基于云架构的智慧城市GIS共享平台架构设计

彭清涛　孙海永

作者简介：彭清涛（1982—），男，本科，高级工程师，主要从事地理信息数据处理和地图编制与出版研究工作。

基于云架构的智慧城市GIS共享平台架构设计

彭清涛   孙海永

（吉林省航测遥感院  吉林长春  130000）

本文以GIS技术助力智慧城市信息共享平台架构设计为研究对象，结合智慧城市时空信息云平台构建为背景，基于云GIS四层地理服务体系架构，论述了智慧长春时空信息云平台的“四横三纵”的总体架构，横向上包括基础支撑环境、时空大数据、时空信息云平台、智慧应用4个层面，纵向上采用政策制度标准和安全运维保障两大手段，平台已应用于长春市地理信息网、自然资源管理服务平台、自然资源监测平台、其他智慧应用集成，应用结果表明，云GIS平台提高了社会管理效能和质量，为城市可持续发展的改善和调控提供有力工具。

智慧城市  GIS  云平台  构建

PENG Qingtao  SUN Haiyong

（Jilin Institute of Aerial Survey and Remote Sensing， Changchun， Jilin Province， 130000 China）

This paper takes the architecture design of smart city information sharing platform assisted by GIS technology as the research object， combined with the construction of smart city spatio-temporal information cloud platform as the background， based on the cloud GIS four layer geographic service system architecture， discusses the "four horizontal and three vertical" overall architecture of smart Changchun spatio-temporal information cloud platform， which horizontally includes the basic support environment， spatio-temporal big data， spatio-temporal information cloud platform. The platform has been applied to the integration of Changchun geographic information network， natural resource management service platform， natural resource monitoring platform and other intelligent applications. The application results show that the cloud GIS platform improves the efficiency and quality of social management， It provides a powerful tool for the improvement and regulation of urban sustainable development.

Smart city; GIS; Common platform; Construction

地理空间数据是城市信息资源的重要组成部分，也是集成整合城市其他业务信息资源的重要基础。城市地理空间数据的应用经历了一开始以文件为中心的时代，走过了以数据库为中心的系统建设时代，近几年也走过了以面向地理服务为中心的服务时代，接下来将是面向云服务的智慧城市地理平台时代。随着云计算的不断发展和深入应用，云GIS技术应运而生，其发展势必会提升现有的城市地理空间数据的服务方式。云计算在智慧城市建设中落地，其资源池化、按需供应的特性可以更好地发挥地理平台的资源共享价值。

云GIS实质是将地理空间数据的建模、存储、处理和GIS的平台、软件等方便、高效地部署到以云计算为支撑的“云”基础设施之上，能够以弹性的、按需获取的方式提供最广泛的基于Web的服务，从而改变传统GIS应用方法和建设模式，使用户以一种更加友好的方式，高效率、低成本地使用地理信息资源。

1 云GIS架构及服务模式

1.1 数据整合在云端

传统GIS模式下，空间数据整合的核心是数据“放在哪”，数据的提供者需要建设自有的数据中心运维数据。而在云模式下，为用户提供了理论上无限的存储运维终端——云端的中心。云端中心广泛整合了各类数据资源（包括空间数据和各类业务数据），并且能应用各类数据资源提供统一的服务，但同时又对各个用户之间的信息资源、计算资源、存储网络资源之间保持严格的逻辑安全控制。這样一个数据资源丰富，运维有保障的一站式云门户，也为真正地发挥数据应用价值奠定了基础，如图1所示。

1.2 云端资源，随用随取

传统GIS，空间数据的更新和维护对技术实力和财力都是巨大挑战。云模式下，用户根据自身情况租用云端的资源，既可以是特定的硬软件环境、网络带宽等，也可以是经过处理后的数据资源，使用户在“一站式云门户”平台上方便获取资源，用户只需专注于业务的拓展。用户根据度量功能的统计结果，随需地支付资源的使用费用，实现资源最佳配置。

1.3 满足多平台、多用户协同工作

云端中心是一个整合了海量数据、功能强大的超级中心，可以拓展出使用各种平台、各种设备的终端用户与其连接，共享交换资源、应用服务，进而满足不同角色、使用不同技术的用户基于统一云平台进行协同工作。

2 ArcGIS云平台

2.1 新型的Site-GIS Server模型架构

新型的Site-GIS Server模型采用点对点（P2P）的方式，即每一个GIS Server节点都是平等的，在逻辑上將这n个GIS Server节点组织为一个Site站点。数据存储在单独的数据服务器节点之上，在计算集群中即使是某一个GIS Server节点意外宕机，也不会导致整个地图服务的停止运行。当需要增加一个GIS Server节点时，以plug-in方式插入一个节点为服务提高负载能力。这种松散的、热插拔的架构，实现了GIS Server在计算节点上的自动伸缩。

2.2 出色的私有云解决方案

ArcGIS Server可实现“云端发布服务、本地搭建应用”，让用户能够发布具有弹性调整能力的GIS服务，并可将其应用于自己的业务应用系统当中，同时允许用户将开发的应用托管至云端。ArcGIS私有云解决了基础底图服务、GIS站点租用、虚拟数据中心、资源托管、智能化底层资源管理等服务问题。

3 基于云架构的智慧城市地理空间信息共享平台构建

3.1 平台基本情况

本文以智慧长春时空信息云平台为例，探讨“四横三纵”的总体架构，横向上包括基础支撑环境、时空大数据、时空信息云平台、智慧应用4个层面，纵向上采用政策制度标准和安全运维保障两大手段。

采用ArcGIS和SuperMap来集成政府各类业务系统，实现基于地理空间数据的社会管理一体化服务，其中ArcGIS主要用来管理二维数据、SuperMap 主要用来管理三维数据。

平台应用含3个子系统及多项智慧应用对接：地理信息网系统以影像、矢量、三维一体化的数字城市地理空间框架为基础，融合叠加医疗、教育、住房、民政、交通、气象、旅游、应急、公共设施等9个部门的专题数据，通过多种方式的数据可视化为政府辅助决策提供依据。

多项智慧应用集成实现与时空信息云平台的数据服务对接，主要包含数字城管、智慧公安、智慧河长、智慧人居、智慧环保、智慧党建、智慧医疗、智慧文旅等8个行业的系统对接。

3.2 平台设计及架构

时空信息云平台按4层架构设计，主要业务构架如图2所示。平台按架构层划分为：支撑云环境、时空大数据、时空信息云平台、智慧应用4个层面。

（1）支撑云环境：主要是本项目的运行支撑环境，包括计算资源、存储资源、网络资源等硬件环境，以及 GIS 软件、数据库软件等软件环境。（2）时空大数据：其数据内容包括基础时空数据、公共专题数据、物联网实时感知数据和互联网在线抓取数据四大类。基于高性能分布式数据引擎，实现时空大数据的汇聚、融合和管理，构建完善的时空大数据治理体系。（3）时空信息云平台：最核心层，基于时空大数据，构建各类服务资源池，为各类智慧应用提供按需服务。服务资源池包括数据服务、功能服务、应用服务、知识服务和开发服务等。（4）智慧应用层：通过平台提供的各类服务资源，实现应用的智能化。各政府部门可基于时空信息云平台，开展政府决策、城市管理和公众应用等方面的智慧应用建设。本项目智慧应用包括长春市地理信息网、自然资源管理服务平台、自然资源监测平台、其他智慧应用集成。

4 云平台中关于地理空间信息的关键研究工作

4.1 基于分布式计算的时空大数据分析挖掘

时空大数据具有数据体量大、数据种类多、处理速度要快等特点，这些大数据中蕴涵着丰富的知识，为形成“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的城市管理新模式，需采用分布式时空大数据分析技术，基于时空大数据分析的方法模型库，实现时空大数据在线可视化分析挖掘。

4.2 基于动态切片的海量时空数据实时渲染

矢量切片技术继承了矢量数据和切片地图的双重优势，基于矢量切片的动态渲染技术，提供不同风格的底图服务，为用户提供多样化的选择;同时提供丰富的二次开发接口，用户可以基于ArcGIS API、Openlayers、leaflet 等客户端进行矢量切片数据的调用。

4.3 基于实景三维的智慧城市管理与服务

基于WebGL 技术的新型三维技术，突破了三维数据的浏览和运算瓶颈，通过三维数据切片，用户可以在免插件的现代浏览器上流畅运行三维数据。同时，该项技术支持细粒度的三维模型，对于工业级别的 BIM 模型也能流畅运行。

对项目范围内的三维数据（包括三维建模数据、倾斜三维数据）进行升级改造和技术革新，让用户在线畅快体验三维地理信息服务和价值。同时，提供开放的三维API开发接口，助力各行业开展基于三维地图服务的深入应用。

4.4 基于物联网感知数据的实时地图

平台支持不同网络、适配不同协议，并与设备建立长对话的通信机制，进而对设备实时监测的数据进行采集、解析、存储与预警，为时空大数据体系提供及时鲜活的物联网实时感知数据。利用物联网感知数据与二、三维地图进行深度融合，为智慧城市、自然资源的动态监测提供全新的视角和手段。

5 结语

智慧城市发展阶段，城市地理空间数据最终是以地理空间信息服务平台的方式展现给用户的。云GIS平台架构技术结合云计算与GIS平台架构的优点，以解决传统GIS平台的弊端，是智慧城市运行的智能化时空载体。基于云架构的智慧城市GIS共享平台通过集成虚拟化、网络化、智能化等关键技术，实现了对城市精细化、网格化管理，创建了智慧城市社会管理与服务新模式，提高了社会管理效能和质量，为城市可持续发展的改善和调控提供有力工具。

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