“數(shù)字奉化”地理空間框架建設(shè)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呂華新，陽經(jīng)為，李碧裕

(奉化市測繪院，浙江奉化 315500)

1 引言

數(shù)字城市地理空間框架是“數(shù)字中國”、“數(shù)字省區(qū)”的重要組成部分，是國家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要內(nèi)容。根據(jù)浙江省測繪與地理信息局和寧波市規(guī)劃局的要求，奉化市于2012年3月開始啟動(dòng)了“數(shù)字奉化地理空間框架建設(shè)試點(diǎn)”項(xiàng)目，并在2013年11月順利通過了浙江省測繪主管部門的驗(yàn)收，成為寧波市第一個(gè)通過驗(yàn)收的縣級數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)項(xiàng)目。本文介紹了項(xiàng)目的總體架構(gòu)，并描述了項(xiàng)目技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)，最后總結(jié)了項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新和建設(shè)成果。

2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)字奉化地理信息公共平臺(tái)采用面向服務(wù)架構(gòu)(Service－oriented architecture，SOA)，總體結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)部分組成:運(yùn)行支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。并通過建立標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范體系、硬件網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和安全保障體系來保證共享平臺(tái)數(shù)據(jù)與服務(wù)的共享與交換。框架構(gòu)成如圖1所示［4］:

圖1 平臺(tái)總體架構(gòu)圖

(1)網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是公共平臺(tái)運(yùn)行的載體，本項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)層由規(guī)劃局局域網(wǎng)、電子政務(wù)外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施軟硬件環(huán)境構(gòu)成，包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、刀片服務(wù)器集群系統(tǒng)、存儲(chǔ)備份系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備等物理環(huán)境以及標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)機(jī)房環(huán)境等。

(2)數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要由基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)構(gòu)成，包括DLG數(shù)據(jù)、DOM數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)層是構(gòu)建服務(wù)層公共平臺(tái)數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)。

(3)服務(wù)層

服務(wù)層主要是基于公共平臺(tái)數(shù)據(jù)集提供各種地理信息瀏覽、存取、處理和分析等多種服務(wù)，并通過應(yīng)用服務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。普通用戶可以通過門戶網(wǎng)站獲取在線地理信息服務(wù)，專業(yè)用戶可通過平臺(tái)提供的二次開發(fā)接口，快速構(gòu)建業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

(4)應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是面向平臺(tái)服務(wù)的對象——政府、企業(yè)、公眾。應(yīng)用層搭建了多種電子政務(wù)應(yīng)用，是電子政務(wù)系統(tǒng)中面向最終用戶的層面。無論是政務(wù)外網(wǎng)用戶，還是普通公眾用戶，都可以在應(yīng)用層獲得想要的奉化市地理空間信息。

虛擬現(xiàn)實(shí)紅色教育不受現(xiàn)實(shí)條件制約，內(nèi)容豐富多彩，形式靈活有趣，線上可以充實(shí)紅色教育網(wǎng)站資源，為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)和虛擬交互的新載體；線下可以融入和創(chuàng)新已有的活動(dòng)形式，為學(xué)生課外接受紅色文化教育提供有效途徑。雖然現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)尚未發(fā)展成熟，開發(fā)虛擬紅色教育資源成本較高，但高?？梢猿浞诌\(yùn)用校內(nèi)大量設(shè)備資源，以及計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才資源，自主開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的虛擬紅色教育資源，建立高校間合作化共享機(jī)制，還可以參與社會(huì)虛擬紅色教育資源開發(fā)，使大型虛擬紅色教育資源庫的建立成為可能，節(jié)約教學(xué)成本，建立合作化教育模式。

3 技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字奉化地理信息公共平臺(tái)采用基于SOA的構(gòu)件化設(shè)計(jì)思想，通過詳細(xì)的需求分析，確定軟件功能構(gòu)件的主要內(nèi)容，并根據(jù)應(yīng)用與管理對象的不同，對構(gòu)件靈活組裝搭建成不同的應(yīng)用子系統(tǒng);軟件開發(fā)采用C#作為主要開發(fā)語言，Visual Studio 2008.NET作為開發(fā)環(huán)境;采用Esri的ArcEngine 10作為空間分析與應(yīng)用功能開發(fā)的平臺(tái)，使用ArcGISServer 10來發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù);使用自主研發(fā)的大數(shù)據(jù)量矢量渲染引擎;數(shù)據(jù)庫采用SDE for Oracle進(jìn)行各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理;采用統(tǒng)一建模語言UML作為系統(tǒng)建模語言;采用Visio2007作為面向?qū)ο蠓治雠c系統(tǒng)建模工具。

項(xiàng)目建設(shè)涉及的關(guān)鍵技術(shù)有:

(1)地理信息聯(lián)動(dòng)更新。地理信息數(shù)據(jù)必須注重時(shí)效性，平臺(tái)通過建立切片數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)更新。切片直接由數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)生成。當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，切片也能得到相應(yīng)的更新，為了提高地圖切片的效率，采取地圖的增量更新方式，即數(shù)據(jù)更新完成以后，自動(dòng)獲取當(dāng)前更新的數(shù)據(jù)范圍，判斷更新的切片范圍，調(diào)用切片模塊對更新范圍內(nèi)的地圖進(jìn)行重切。

(2)地理編碼和地址匹配技術(shù)。平臺(tái)將空間信息與非空間信息進(jìn)行集成與融合，建立屬性數(shù)據(jù)和空間位置之間的對應(yīng)關(guān)系，通過地理編碼和地址匹配技術(shù)方便用戶的查詢與檢索，為公眾提供直觀、生動(dòng)的基于空間位置的服務(wù)。

(3)高效三維圖形渲染技術(shù)［5］。項(xiàng)目建立了大規(guī)模仿真模型的快速訪問模型的GPU圖形處理及渲染技術(shù)是國際最新、功能最強(qiáng)的大規(guī)模圖形處理技術(shù)，它能夠?qū)Υ笠?guī)模圖形數(shù)據(jù)更快、更精確的處理，使大規(guī)模圖形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理、快速顯示成為現(xiàn)實(shí);使大規(guī)模圖形數(shù)據(jù)的處理、傳輸、顯示程序的效率大大提高;從而，使以前只能在集群服務(wù)器中處理的一些計(jì)算工作轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行。

(4)GIS與物聯(lián)網(wǎng)融合技術(shù)［2］。項(xiàng)目搭建了若干個(gè)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)、以地理信息為依托的智能化應(yīng)用。將GIS強(qiáng)大的空間分析能力融入物聯(lián)網(wǎng)中，在自來水公司管線系統(tǒng)中通過利用GPRS和傳感器將管道的實(shí)時(shí)壓力和流量集成到系統(tǒng)中來，并能準(zhǔn)確定位，為處理管道爆管等突發(fā)事故提供位置服務(wù)。在水庫三維防洪調(diào)度管理系統(tǒng)中將傳感設(shè)備反應(yīng)的實(shí)時(shí)水雨情信息和電廠發(fā)電量信息集成到三維系統(tǒng)中，為領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)急決策提供更加科學(xué)的依據(jù)。

4 建設(shè)成果

4.1 數(shù)據(jù)成果

數(shù)據(jù)建設(shè)成果包括基準(zhǔn)控制成果、基礎(chǔ)測繪成果和平臺(tái)數(shù)據(jù)集成果。

(1)基準(zhǔn)控制成果:在奉化市政府東大院樓頂，由寧波市測繪與地理信息局建成了寧波市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)(CORS)基準(zhǔn)站1個(gè)。

(2)基礎(chǔ)測繪成果:在大比例尺地形圖方面，完成了 350 km2的 1∶500、1∶2 000地形圖測繪及數(shù)據(jù)庫建設(shè)，并建立了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

(3)平臺(tái)數(shù)據(jù)集成果:制作了政務(wù)版電子地圖和公眾版電子地圖，完成了主城區(qū)和各鎮(zhèn)中心區(qū)范圍6萬多條地名地址采集建庫;在三維數(shù)據(jù)方面，建立了全市域數(shù)字高程模型，制作了市區(qū) 30 km2的真三維城市模型，詳細(xì)到每一棟建筑物，相對于平面表達(dá)的地圖和影像以更直觀、更形象表達(dá)出城市的真實(shí)面貌。

4.2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

在地方測繪單位，地理空間數(shù)據(jù)長期存在多種坐標(biāo)(寧波坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系、WGS84坐標(biāo)系等)、多種格式(CAD數(shù)據(jù)格式和空間數(shù)據(jù)格式)和多種時(shí)相數(shù)據(jù)并存的狀況，增加了數(shù)據(jù)維護(hù)和更新的難度。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對多尺度、多時(shí)相空間數(shù)據(jù)的入庫、更新、查詢、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換、專題制圖和任意范圍和任意圖層輸出等功能。數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用寧波坐標(biāo)系存儲(chǔ)為Geodatabase，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)常用坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換，并可按照任意范圍或標(biāo)準(zhǔn)圖幅輸出CAD文件，既滿足了不用坐標(biāo)系和不同數(shù)據(jù)格式的應(yīng)用需求，而且最大限度減少了數(shù)據(jù)維護(hù)和更新工作量。

圖2 奉化市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

4.3 地理信息公共服務(wù)平臺(tái)

共享平臺(tái)采用數(shù)據(jù)管理和服務(wù)應(yīng)用相分離的架構(gòu)原則，對地理信息資源數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，提供網(wǎng)絡(luò)化共享的在線服務(wù)模式，為政府部門業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)與軟件服務(wù)平臺(tái)的集成提供接口，并根據(jù)奉化市實(shí)際情況建立了政務(wù)版、公眾版和移動(dòng)版3套共享服務(wù)平臺(tái)。政務(wù)版主要運(yùn)行在政府外網(wǎng)中，為政府部門提供數(shù)據(jù)服務(wù);公眾版就是天地圖·奉化，運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上，為公眾提供地理位置服務(wù);移動(dòng)版是基于IPAD平板電腦開發(fā)，主要為領(lǐng)導(dǎo)提供規(guī)劃一張圖的在線地圖服務(wù)。圖3、圖4、圖5為3套公共服務(wù)平臺(tái)界面。

圖3 政務(wù)版公共服務(wù)平臺(tái)

圖4 公眾版公共服務(wù)平臺(tái)

圖5 移動(dòng)版公共服務(wù)平臺(tái)

4.4 示范應(yīng)用

項(xiàng)目采用邊建設(shè)邊推廣的模式，與平臺(tái)建設(shè)同時(shí)啟動(dòng)多個(gè)示范應(yīng)用建設(shè)，平臺(tái)試運(yùn)行后，憑借數(shù)據(jù)的豐富和權(quán)威性、應(yīng)用服務(wù)的方便快捷性，贏得了用戶的歡迎，許多單位主動(dòng)要求接入到平臺(tái)中來。目前已有發(fā)改、建設(shè)、水利局等17個(gè)部門采用離線拷貝、專線接入、服務(wù)器托管、服務(wù)接入、數(shù)據(jù)交換等多種應(yīng)用模式實(shí)現(xiàn)“數(shù)字奉化”地理空間框架建設(shè)成果的廣泛應(yīng)用。圖6、圖7為示范應(yīng)用系統(tǒng)界面。

圖6 奉化市重點(diǎn)項(xiàng)目三維管理系統(tǒng)

圖7 橫山水庫三維防洪調(diào)度管理系統(tǒng)

5 結(jié)語

數(shù)字奉化地理空間框架平臺(tái)的建設(shè)完成只是本項(xiàng)目的開始，建設(shè)平臺(tái)的最終目的是為了平臺(tái)能夠得到廣范圍的推廣應(yīng)用。我們在平臺(tái)建設(shè)過程中努力探索適合奉化的平臺(tái)推廣應(yīng)用模式，為了調(diào)動(dòng)各政府部門的積極性，讓各單位主動(dòng)的參與到平臺(tái)應(yīng)用建設(shè)工作中來，我們采用了先建設(shè)、后共建的建設(shè)方法，即我們主動(dòng)給應(yīng)用單位包攬數(shù)據(jù)處理、服務(wù)發(fā)布、應(yīng)用建設(shè)等工作，完成應(yīng)用系統(tǒng)的上線使用任務(wù)。應(yīng)用后期的數(shù)據(jù)維護(hù)更新和系統(tǒng)維護(hù)更新的工作，采用與應(yīng)用單位共同建設(shè)的模式，讓他們參與到平臺(tái)建設(shè)工作中來，確保各類專題數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，保持平臺(tái)建設(shè)工作的活躍性和持久性。

［1］ 王小軍，陳慧，劉璐等.關(guān)于數(shù)字省區(qū)地理空間框架建設(shè)的研究與思考——以海南國際旅游島數(shù)字地理空間框架為例［J］.測繪通報(bào)，2012(6):28～30.

［2］ 李維森.淺析數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中的創(chuàng)新［J］.測繪通報(bào)，2011(9):1～5.

［3］ 寧津生，何保國.“數(shù)字湖北”地理空間框架建設(shè)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.地理空間信息，2013?？?4～7.

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［5］ 李成名，王繼周，馬照亭.數(shù)字城市三維地理空間基礎(chǔ)框架原理與方法［M］.北京:科學(xué)出版社，2008.