基于云服务的e地质应用系统研究

张诗檬 王文文 付博 韩征 刘钊

摘 要：e地质应用系统包括地质公园、地质遗迹、地质灾害、在线博物馆、城市地质等模块，支持PC端和移动智能终端，实现北京市各大地质公园、地质遗迹、地质灾害、地质科普等信息服务于广大群众。e地质应用系统部署在市级政务云平台，通过物联网、云计算技术的介入，同时根据e地质应用系统的访问量需求特点，使用弹性计算资源和存储资源的云平台技术，为广大的地质爱好者提供获取地质信息的平台，为社会公众提供了地质公园旅游导览服务、地质科普知识服务和突发地质灾害预警服务。

关键词：e地质;云服务;地质公园

Abstract： This paper puts forward the construction model of e-geological system， which includes some modules such as geopark， geological relic， geological hazard， online geological museum and urban geology. This system can be applied on both PC terminal and mobile intelligent terminal. The system is in the public services of Beijing geoparks， geological relics， geological hazards and geological popular science information. The e-geological system is deployed on the municipal government cloud platform. Through the intervention of the internet of things and cloud computing technology， at the same time， according to the pageview demand characteristics of e-geological system， it uses the technology of cloud platform that can flexibly compute and store resources. This system can not only provide a platform for the majority of geological enthusiasts to obtain geological information， and also provide valuable experience and technology. Through the construction and implementation of this system， it can improve the satisfaction of tourists in the tourism， promote the development of Beijing geological tourism， and promote information sharing service and social development. It is of great significance to improve the public service level of geological knowledge in the tourism industry.

Keywords： e-geology; Cloud services; Geopark

0 引言

城市地质工作是城市规划和经济建設的重要支柱，与城市运行管理息息相关，更是未来地质工作的重要发展方向（卫万顺等，2016;郭萌等，2018）。近来年，云计算、互联网+、大数据技术在行业中发展越来越深入，基于地质领域信息化云平台的应用逐渐兴起，中国地质调查局建设的“地质云”系统，开创了“互联网+地质调查”的全新模式，是地质工作模式的转型的里程碑，也为我国地质信息共享服务打开了全新局面，也标志着我国地质调查信息化建设的长足发展（高振记等，2016;缪谨励等，2014）。使用WebGIS和云平台技术，结合现代地质数据资料特征构建满足地质行业应用的云平台应用系统，是地质信息化的研究热点。在土地资源调查、油气资源评价、矿产资源评估以及地质科普服务等方面发挥着越来越重要的作用（苏国辉等，2012;王卷乐等，2014;徐效波等，2012;Fitch et al.，2009;Feng et al.，2011）。

云服务是一种新型的网络平台架构和网络服务模式，以分布式的部署方式，提供给用户强大的存储能力和计算能力，以虚拟化技术手段，对互联网上庞大的资源进行统一调度和管理，为用户提供按需服务。采用云平台不仅可以获取高效的计算处理能力，也能够提升信息资源的利用率，降低信息系统的开发成本。

北京市e地质应用系统的建设利用了地质信息物联网、云计算技术、大数据应用、移动应用、智能控制等前沿技术，主要收集、整理、集成了北京市部分地质公园、温泉（冷泉）、地质遗迹、岩石矿物标本、突发地质灾害、地质科普文献等各类信息，是“互联网+地质”信息资源的服务系统，将现有的地质科学信息资源、环保监测实时数据、气象信息等公开信息，通过基于互联网云服务的方式，面向各类用户提供地质科学信息资源目录服务、成果资料内容服务、专题地图服务、岩石矿物标本的展示服务、各类突发地质灾害信息以及其他相关地质科学信息资源等服务。基于云服务平台的e地质应用系统建设，加快了地质科学信息资源的共享应用，向公众扩充了科普地学知识，提升了北京市地质科普的服务水平，扩大了地学交流，对公众具有重要科普意义。

1 系统云架构模式的设计

1.1 总体设计

基于云服务的e地质应用系统主要由云平台的应用层、支撑层、管理层以及基础设施层4个部分构成，用户可以通过智能终端PC机、手机、平板电脑等访问云平台，实现单点登录和信息同步。e地质应用系统的云平台架构如图1所示。

（1）应用层。云平台应用层主要针对两个方面，分别是：面向PC端的e地质公共服务平台和面向移动端的e地质软件APP。在云平台的管理下，云平台的应用层实现了统一认证和管理，并且还加强了认证等级，能够提供各类服务展示功能给用户。

（2）支撑层。支撑层是面向用户和系统应用所必要的组件和服务，能够提供对应用系统建设的统一支持，能够提高系统建设的可靠度、降低其复杂程度。支撑层包括：应用服务管理子系统、系统管理维护子系统、内容管理子系统、以及在线地图集成组件。所以，如此大量丰富的云端服务，为e地质应用系统平台的云推送、云标签、云分享等功能提供了强有力的支撑服务。云数据管理层：云数据管理层的作用主要针对大数据可扩展进行管理，能够实现数据信息的采集、调度及维护。云数据管理层主要包括属性数据库、多媒体数据库、空间数据库、三维数据库以及共享交换数据库。e地质应用系统的数据层主要以地质遗迹、地质公园、地熱温泉（冷泉）、地质遗迹等成果资料以及岩石矿物标本等实物信息，构造系统的底层基础和数据资源。

（3）管理层。管理层包括数据的采集、传输、存取和管理，一般以数据库管理系统作为其核心软件，是信息系统的基础。e地质应用系统的管理层根据不同需求，主要设计了多媒体数据库、空间数据库、属性数据库、共享交换数据库、三维数据库，以支撑e地质应用系统的不同类型数据。

（4）基础设施层。基础设施层是通过虚拟化的计算机资源、存储资源、网络资源等资源，以基本基础设施即“服务”的形式，通过虚拟的网络提供给用户管理和使用（朱菘等，2014）。基础设施层同时兼有软件运行的软件环境和硬件环境，主要包括资源抽象、负责管理、资源监控、资源部署安全、存储管理和风险管理等功能，e地质应用系统安装部署在北京市市级政务云上。

1.2 政务云的服务方式

e地质应用系统部署在北京市政务云上，政务云服务方式主要有以下特点：

（1）提供基础设施服务，北京市属政务云整合现有软硬件资源，通过市级政务云平台为各服务系统提供虚拟化资源，包括存储、虚拟机、网络等资源，通过统一的调度和数据处理，较好的实现系统的快速部署、实时监控以及综合分析。

（2）构建了互联互通的网络环境，政务云的搭建符合互联网发展的现状和总体规划，解决了“信息孤岛”的问题，政务云提供了互联互通的网络设计模式，构建了网络资源服务。

（3）完备的应用支撑和业务应用服务能力，对系统的研发和快速部署，政务云平台提供了可靠的操作系统、数据库、中间件和开发工具等应用支撑软件。同时，系统部署在政务云上也能实现市级政务云平台的统一规划、设计、开发和管理，并能够直接使用政务云平台上提供的各应用服务软件，如邮件系统、即时通讯、电子公文系统等服务软件。

（4）较高的安全环境，e地质应用安全等级保护为三级，部署在政务云上能够保证系统安全可靠的运行，政务云平台建设了安全可靠的信息安全基础设施，制定了相关保障制度，并设计了相应的安全保护措施，同时明确了信息安全职责，切实有效的规避系统安全风险。

（5）健全的运维保障机制，政务云平台建立了统一的运行服务体系，有专人提供系统的日常维护工作，能够保障系统在政务云平台的正常运行、维护和更新，实现对系统服务的全生命周期精细化管理。

2 e地质应用系统功能设计

在设计初期，由于e地质应用系统的受众群体不同，考虑到系统的使用时节，所以针对不同受众群体、不同季节，用户的访问量也会按需增长。同时，在后期的系统宣传期间，针对不同受众群体，也在不同时间对本系统的不同功能模块宣传推广，以提高本系统的访问量。例如，春天是外出踏青的好季节，e地质应用系统将在地质公园门口向游客大力宣传和推广地质公园、地质遗迹模块，游客可以使用本系统从线上更加详细的了解地质公园及其景点信息，那么春天的时候本系统的访问量会随着公园人流量增多而增多;当每年夏天到来的时候，正是北京市的汛期，e地质应用系统将配合北京市规划和自然资源委员会突发地质灾害的预警推送，向公众们大力宣传和推广突发地质灾害模块，公众们可以根据通过本系统随时了解地质公园内突发地质灾害的预警，那么每年夏天的时候e地质应用系统的突发地质灾害模块的访问量会随着公园人流量增多而增多;当每年9月份，中小学生开展户外教学的时候，地质工作者会走入校园，向老师、学生们宣传本系统的科普信息模块，老师、学生们可以通过本系统直观、深入地了解地质科普只是，那么e地质应用系统的地质科普模块的访问量会随着科普量增多而增多，而云服务技术可以利用存储资源和计算资源提供弹性的按需服务，可以根据系统用户的并发量分配充盈的计算资源。所以，根据e地质应用系统的访问量趋势与不均匀的访问量高峰，正好需要云服务的这种按需服务的需求，最终基于云服务的e地质应用系统就应运而生了。

基于云服务的e地质应用系统采用B/S模式，系统主体使用Java开发，数据库采用MySQL，部署在北京市市级政务云上，完成了3个主要系统的建设：e地质公共服务平台、移动端e地质服务单元以及系统运维支撑系统，其中系统运维支撑系统包括3个子系统，分别为应用服务管理子系统、网站内容管理子系统和系统管理维护子系统。

2.1 e地质公共服务平台

e地质公共服务平台，主要是面向计算机终端的网页系统，共划分为8个大的功能模块（图2）。

（1）地质公园。主要报告各类地质公园列表、地质公园基本信息、社会公众评论信息、地质公园境内导览以及对周边信息查询等功能。地质公园的资料主要来源于《北京市重要地质遗迹建议保护名录》，本系统重点整理了7个地质公园，其中包括了世界级地质公园2个：房山世界地质公园、中国延庆世界地质公园;国家级世界公园4个：十渡国家地质公园、延庆硅化木国家地质公园、云蒙山国家森林公园、北京平谷黄松峪国家地质公园;市级地质公园1个：北京房山圣莲山地质公园，详细介绍了7个地质公园的旅游信息、公园概况、景区图片等信息。

（2）地质遗迹。包含地质遗迹列表、地质遗迹的基本信息以及相关的点位详细信息。地质遗迹的资料主要来源于《北京市地质遗迹资源及其保护现状综合调查报告》，系统能够将地质地貌遗迹、典型地层剖面、构造遗迹等地质遗迹进行分类，将科普文字、摄像照片、地质科普知识以空间数据的形式纳入系统，实现景点的导航、旅游服务、遗迹检索的功能。

（3）地质灾害。主要实现地质灾害的预警，预警信息的发布、上传预警信息;对地质灾害进行相关的科普教育;对地质公园中监测的地质灾害隐患点及避险场所进行相关展示及引导工作。

（4）旅游应用。系统主要集成了七大地质公园的基本信息。通过e地质应用系统，用户可以采用语音、视频等手段全面的了解地质公园的旅游信息，并可通过系统进行导览。

（5）地质文献。系统主要集成了各类地质科普文献，包含各类地质期刊、公开出版物以及公开的地质成果，以供对地质科普感兴趣的用户查阅。

（6）城市地质。主要展示了北京市各项地质工作内容，包括城市地质的八大监测系统展示，涉及北京市地面沉降、地下空间、隐伏线性构造、地下水环境、突发地质灾害、土壤地质环境、重大线性工程、地热两能等监测工作的内容及成果展示。

（7）在线博物馆。e地质应用系统采用三维全景和多媒体技术相融合的方法，将岩石矿物标本以全景三维的方式展示给用户。浏览者可以对展馆场景中的场景进行数字化漫游、进行雷达方位导航，同时具有语音视频解说、查询文字说明、岩石矿物360°观看等功能。

（8）经典旅游路线。系统为用户展示经典地质旅游路线，内容包括在地图显示的规划的线路，景点介绍性文字、图片、语音，还有景点的相关信息、交通攻略、门票及景点间的距离等信息。

2.2 移动端e地质服务单元

移动端e地质服务单元，主要是作为e地质应用系统移动端，如手机、平板电脑使用，所建设的移动APP程序。移动端e地质服务单元包含了计算机终端网页系统柜的大部分功能，主要包含首页导引、旅游应用、地质公园、地质遗迹、经典旅游路线、地质科普模块等功能。用户通过移动端的e地质服务单元可实现与网页端系统服务的交互。

2.3 系统运维支撑系统

为保障系统正常、安全、可靠地运行，开发了对应的系统运维支撑系统。系统支持用户进行权限管理、数据备份以及系统运行监控等功能;通过对系统数据字典、系统日志的管理，实现对系统、人员的日常管理维护工作。

2.4 系统的数据库设计

e地质应用系统采用MySQL数据库，针对系统业务需求的不同，分别建立了多媒体数据库、空间数据库、属性数据库、共享交换数据库以及三维数据库。多媒体数据库主要用于存放流媒体文件，空间数据库主要用于存储地图数据，属性数据库主要用于存储基础结构化数据，共享交换数据库主要用于存储日常上传的共享文件、临时文件等数据，三维数据库主要用于存储在线博物馆岩石扫描生成的三维模型数据。在本系统中采用常规的数据库设计方法实体——联系方法（即E-R模型）。系统的安全性要求体现在数据库安全、信息安全以及系统安全上。通过视图机制，对不同的用户智能访问系统授权的视图，再通过分配权限、设置权限级别来区别对待不同用户对数据库的操作，数据库设计严格的命名规范，用户也只能通过账号登录到系统后台管理页面，通过后台管理访问数据库，确保数据库的安全。

3 关键技术

3.1 云技术在e地质系统中的重要作用

（1）弹性计算资源和存储资源

在云服务中，计算资源和存储资源是可以由云服务提供扩展和缩小的，弹性计算资源和存储资源能够为e地质应用系统弄随时随地提供灵活的计算资源和存储资源能力，这些资源中的弹性资源可以是计算的处理能力、存储、带宽等。政务云平台能够根据e地质应用系统的访问量需求来按需计算资源，例如在系统使用高峰期，适当的增加系统资源配置，在淡季时期，适当减少资源配置。

（2）安全的运行环境

安全的运行环境是网络信息安全的前提，政务云平台能够提供安全的系统运行环境。e地质应用系统部署在政务云平台，能够实现统一的用户身份安全管理，信息资源安全管理，以及用户数据的安全管理。政务云平台能够确保使用e地质应用系统用户的信息安全，保障运行在系统上的数据安全，也能确保整套系统正常运行的安全。

（3）便捷、按需的资源服务

政务云平台可以根据用户的需求合理的购买CPU、内存、存储、带宽等资源，大幅的提高了e地质应用系统的业务灵活性，能够快速的实现资源部署，并根据实际的用户需求将业务流量分配给后端服务器，隔离不可用的云服务器，提供e地质应用系统的业务承载能力和可用性，实现负载均衡。

（4）便捷的云管理服务

e地质应用系统部署在北京市政务云平台上，政务云平台有专门的云服务商来进行统一的管理，在考虑e地质应用系统的建设上仅需完成系统的设计、研发和部署工作，系统后期的运维和安全保障，有专门的政务云服务商来进行管理，政务云提供了安全可靠的运维服务环境，因此我们仅需要对系统的业务层面进行完善、维护和更新，不仅确保了系统安全，也减少了后期系统运维人员的投入。

（5）集约的租赁方式

e地质应用系统部署在政务云平台上，采用的是以年租赁的方式，这样可以更好的实现资源的集约化，合理的运用云服务的优势，保障系统运行环境稳定正常安全，降低后期硬件维护费用，保障系统的完善更新，降低了系统后期运维人员的投入，以租赁的方式使用政务云平台，能够充分的发挥e地质应用系统资源的有效使用，提高工作效益和效率。

3.2 建立地质共享服务平台

首次建立城市地质共享服务平台，集成七大地質公园，实现了地质公园、地质遗迹语音、视频导览服务。通过系统用户管理，实现了政民互动，切实将城市地质服务于广大群众。系统采用三维全景与多媒体技术相融合的数媒技术，实现了岩石矿物标本的展示，进一步提升了地质科普服务能力。

3.3 支持多終端设备

e地质应用系统部署在政务云平台，方便系统的快速部署。实现城市地质信息的云推送、云同步。通过云平台，在同一个账号下，无论用户使用何种终端设备，能够实现多平台的信息同步、共享。系统终端设备包括PC、移动智能设备。移动智能设备包含平板电脑、智能手机等，有IOS操作系统、也包括Android等其他操作系统，在设备不同、操作系统不同的运行环境下，采用了以HTML5、CSS、JavaScript网页开发的模式，完成了平台的前端开发，支持主流浏览器，能够有效的适配手机、平台、PC设备，实现了跨平台的操作。

4 结论

e地质应用系统建立了地质数据公共服务平台，为社会公众提供了地质公园旅游导览服务、地质科普知识服务和突发地质灾害预警服务。e地质应用系统建设主要部署在北京市政务云上，具备云服务的诸多优点，云服务技术不仅为e地质应用系统提供了较好的安全性和可靠性环境，也大大降低了系统前期的研发成本。在系统日常运维过程中，也存在着一些不足，系统需要较好的网络运行环境，如果一旦断网，维护起来比较麻烦;同时，系统数据的安全与质量也需要专人进行校验与维护，需要专门的培训与资金的支持。今后系统的研究将更集中于对数据处理、数据分析以及数据的呈现方式进行研究，将大数据、深度学习等技术应用到系统中。

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