省级空间地理基础信息系统建设与实施——以贵州为例

薛兰格，郭振华

(北京新兴华安智慧科技有限公司，北京 100071)

1 引 言

多年来，由于部门管理的条块分割、大量的地理空间信息资源始终未能按照地理空间信息自身的特点进行整合和管理，导致地理空间信息在标准规范、时效性、数据完整性、数据质量、信息化程度等方面存在很大差异，使得信息资源也条块分割，难以发挥数据效应，基于“云上贵州”基础平台开发的贵州省基础地理信息平台，有效整合了分散的地理空间信息资源，形成可以利用的信息产品，作为国土资源定位、空间分布、空间分析以及日常空间相关业务的办理基础、背景数据来源，为贵州省国土资源信息化工作发挥基础作用。

贵州省基础地理信息平台的建设主要是为贵州省国土资源云提供基础空间地理信息数据和服务支撑，能够为政府部门、企业及社会公众提供底板数据，并完善示范数据应用。贵州省基础地理信息数据量大，包含全省4D数据(DEM、DOM、DLG、DRG)、航摄数据、国情普查数据、各行业专题数据、统计分析数据、真三维影像数据、历史数据等等，因此信息系统平台数据管理格外关键。

2 构建与实施

2.1 系统框架

贵州省基础地理信息系统平台总体上由基础设施、数据库、数据库管理系统三部分组成。系统平台总体结构如图1所示：

图1 平台总体结构

(1)基础设施

基础设施主要依附于贵州省国土云，包括计算资源、存储资源、网络资源、安全设施四部分。计算资源主要为系统提供基础的计算负载能力，存储与网络主要提供数据的存储空间与数据传输通道，安全设施则为整个系统从基础数据到顶层系统应用之间的各项安全性保证。

(2)数据库

主要包括地形地貌、遥感影像、地表覆盖、地理要素、专业专题要素数据、地理信息统计分析成果、地表三维模型库七个子库。数据库主要对不同数据的分类存储，以方便统一管理、数据更新及数据维护。此外还包括为系统层提供关系型、非关系型、空间数据库统一的访问接口。

(3)数据库管理系统

数据库管理系统主要包括桌面应用系统和WEB应用系统，是集成数据管理、二三维集成展示、信息查询分析、成果应用服务、数据更新维护、系统安全管理等为一体的对内对外出口。桌面应用系统主要负责对数据的更新及系统安全管理，数据的更新必须经过数据的质检达到入库的标准，同时对数据更新做日志记录，记录操作人员、更新内容及时间戳。WEB应用系统主要以成果展示为主，包括二三维联动展示、查询与分析、成果应用服务等，可分为面向公众、面向企业和面向政府政务的三大应用类型。

2.2 建设目标

贵州省基础地理信息系统建设项目将提供GIS管理服务、目录服务、分发服务、在线服务等支撑能力，且能够与国土“一张图”“天地图贵州公众版、政务版和涉密版”“云上贵州”平台进行对接，提供数据与服务支撑，在满足现有其他平台需求能力的基础上，进一步改造提升计算、存储和网络资源能力，以提高系统运行和服务效率。

2.3 总体技术路线

采用构件化的设计思想，在需求分析抽象的基础上，先进行软件功能构件的设计，然后根据应用与管理对象的不同，对构件灵活组装搭建成不同的应用模块；按照统一时空框架、面向对象的空间数据组织和管理的基本原则进行系统开发。

采用B/S架构，并采用OGC服务标准，以ArcGIS Server作为地图服务发布引擎，B/S应用系统服务代理采用Tomcat。

2.4 关键技术

系统建设关键技术主要有基于服务聚合与拆分的地图服务调用，数据库索引建立、地理底图制作、分布式存储技术、基于插件框架的功能模块实现、性能加速优化技术。性能加速优化技术包括ArcGIS API for Java Script技术、Spring MVC框架技术等。云服务总线可提供强大的服务整合和服务综合治理功能，主要面向SOA/WOA应用领域，提供快速响应，高吞吐量、高可靠性消息中介引擎和服务中介引擎。同时云服务总线还支持事件发布与订阅，支持DB2、Oracle、MSSQL、MySQL、H2等关系数据库访问，支持将数据库存储过程封装成服务，提供服务动态发现(WS-Dicovery规范)等。

2.5 系统实施

贵州省基础地理信息数据库管理系统是数据进出口的平台，其功能包含成果数据入库质检工具、入库预处理工具、数据库集成管理系统、基本统计分析系统、成果应用服务系统。功能结构图如图2所示：

图2 数据库管理系统

(1)入库质检工具

加快各种基础地理信息数据整合，包括多尺度DEM、地表覆盖分类数据、地理国情要素数据、遥感影像解译样本数据等在数据成果入库前需要进行入库检查，主要检查成果数据中影响入库的数据质量，包括文件与结构一致性检查、空间拓扑检查、逻辑一致性检查、空间参考正确性检查、数据接边检查。除了以上必要的检查项外，系统还提供了可选检查项：

①空值检查

②图形检查

③精度检查

④标准化检查

⑤县界检查

⑥乡镇检查

……

(2)数据预处理工具

数据质量是信息平台建设的关键，深度挖掘数据价值。为保证基础地理信息各种成果数据顺利入库，对基础地理信息数据进行入库前预处理，生成满足基础地理信息数据建库与统计分析的数据成果。包括投影转换模块、属性结构调整模块、基本预处理模块、数据派生提取模块(图3)、要素对象化处理模块、路网与水网数据预处理模块、数据逻辑分区处理模块、元数据空间化处理模块、专题数据整合处理模块、规则格网生成模块等。

图3 数据派生提取模块

(3)数据库集成管理系统

数据库集成管理系统提供数据入库、管理、更新、检索和提取等功能，可对预处理后的成果数据(包括其他扩展的数据内容)和其他专题数据进行批量自动化的数据入库。同时还支持用户自定义数据模型，实现DLG、DEM和DOM数据的入库、管理、更新、检索和分发等功能。包括以下模块：数据入库模块、数据更新模块、综合查询模块、元数据查询模块、数据提取模块、用户管理模块、运行监控模块、备份与恢复模块、基本统计分析模块、综合统计分析模块、变化分析模块、专题分析评价模块、目录服务模块、在线服务模块、分发服务模块、接口服务模块、二维模块、三维模块、二三维联动模块、系统帮助模块、系统反馈模块，如图4所示。

图4 数据库集成管理系统

(4)统计分析系统

基本统计分析模块。实现地形地貌统计分析、植被覆盖统计分析、荒漠与裸露地统计分析、水域统计分析、交通网络统计分析、居民地与设施统计分析、地理单元统计分析；

综合统计分析模块。实现地表要素空间分布形态、地表覆盖空间格局、地表覆盖程度、基础设施配置水平、地面交通通达性、地表要素空间相关性；

专题分析评价模块。实现区域生态协调性空间分析、城市空间发展状况分析评价、经济区域地理空间发展、基本公共服务设施布局空间发展。

(5)门户系统

门户网站是平台面向公众最直接和最佳的表现形式与服务窗口，因此整体布局将围绕庄重大方、简洁美观，网站功能框架脉络清晰，突出功能定位来展开。设计元素强调抽象、极简、符号化，去除冗余的装饰效果，突显应用的文字图片等内容，完美兼容PC网站、Andoid、iOS等不同系统的平台和不同屏幕分辨率的设备，适应性强。

门户界面主要提供平台所有功能的入口和用户登录的入口，数据服务和功能服务的缩略图，提供友好的用户服务界面，界面如图5所示：

门户首页为用户提供基础数据、基础服务、电子地图服务、平台应用的入口，界面如图6所示：

图6 门户首页

用户登录后，门户首页的资源中心为用户提供数据服务目录。图7为贵州省资料馆的管理员权限登录的界面。

图7 用户权限登陆

门户首页功能如下：

①特色功能轮播：一体化平台、云平台、信息时空汇聚、共享互通；

②数据服务：智能地图、矢量数据服务、影像数据服务、三维数据服务等；

③功能服务：缓冲区分析、数据空间聚合分析等；

④电子地图服务：二三维地图服务、影像对比、交通导航；

⑤平台应用：第三方集成，开发中心。

3 结 语

本文基于云计算和大数据体系关键技术，统一管理和安全防护多层次实践，全面阐述贵州省基础地理信息系统平台解决方案，为贵州省自然资源和空间地理基础信息库建设奠定了基础。通过省级层次的自然资源和空间基础数据库建设，建立起地理空间信息采集、加工生产、共享服务的机制和标准规范，开发典型特色应用，助力城市治理，将大大丰富国家地理空间信息基础设施的内容、不断提升其对自然资源、社会精细化管理综合能力，具有重要意义。