基于云GIS 构建数据集群构架设计

发布网友 发布时间：2022-04-14 21:26

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热心网友 时间：2022-04-14 22:55

黄华坤

（广东省国土资源档案馆）

摘 要 以广东省地质资料集群服务平台建设为例，探讨了基于云GIS构建地质资料数据档案集群应用技术，即“云+端”的组合应用模式；深入研究了地质资料数据档案私有云构建技术。

关键词 云 GIS 地质资料 集群

广东省国土资源档案馆承担了广东省地质资料信息服务集群化产业化（以下简称“两化”）的建设工作。根据国土资源部的工作部署，我省多次组织人员对“两化”工作进行了深入的探讨研究。目前，我馆正在开发广东省地质资料数据集群与管理服务平台。该平台的建设结合时下最前沿的云计算技术，提出了基于云 GIS 构建地质资料数据档案私有云的思路，突破了各省已建或在建的技术方法，在全国“两化”建设中创新了工作思路。

1 云 GIS 概念

云 GIS 概念是由云计算引申出来的。云计算的概念可以用管道煤气作比喻，单瓶的煤气罐就是一个计算中心，每一个燃气灶就是每一个终端，而管道煤气就是在城市的某个角落集中建设了更大的储气罐，这个储气罐就相当于云计算中心，燃气灶通过煤气管道（相当于网络）根据用户的需要供应煤气。

将云计算的各种特征用于支撑地理空间信息的各要素，包括建模、存储、处理，从而改变用户传统的 GIS 应用方法和系统建设模式，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，就是云 GIS 一种理解方式。云 GIS 就是在云计算的基础上引申而来，是 GIS 未来发展的一个方向。云 GIS 具有三个特征：一个集中的空间信息存储环境，一个以服务为基础的空间信息应用平台，一个以租赁为主要形式的商业运营模式。

2 构建地质资料数据档案云

*和大型企业都需要私有云，因为*有大量的涉密数据，必须与公网隔离。地质资料数据档案，是国民经济建设和进一步开展地质工作、科学研究等的依据和基础，是国家的宝贵财富。它必须实行内部统一管理，在内部网络使用，而不能直接发布到*，因此需要构建地质资料数据档案私有云。

2.1 数据基础

广东省地质资料数据中心的数据库主要包括：基础地理数据库，基础地质数据库，矿政管理专业数据库等。

基础地理数据库内容包括：省级行政区、市级行政区、县级行政区、乡镇、行政界线、居民地、道路、铁路、水系线、水系面等。

表 1 基础地理数据库

基础地质数据库内容包括：基础地质、水文地质、矿产地质、环境地质及地球物理和地球化学等，具体如表 2。

表 2 基础地质数据库

矿政管理专业数据库内容包括：矿产资源规划数据、地质勘查规划数据、矿产资源储量数据、矿业权数据库和矿产地数据库等。这类数据库有 ArcGIS 平台的 ShapeFile 格式、MapGIS 格式，平面坐标系：1980 西安坐标系统。

2.2 多源数据整合技术

现有地质资料数据档案具有多源性、多尺度和多格式等特征，在数据整合中将涉及数据格式转换、数据投影转换、数据库标准结构转换，以及数据组织调整、数据检查等技术。从单个技术角度上，并不存在难度；在数据格式转换方面，有成熟的产品工具，如 ArcGIS 的 Conversion 工具，但是遇到属性数据库转换空间数据库时，这些软件就难以满足需要。如对 Access 格式的探矿权数据库，在通过拐点坐标信息转换为面状图层数据时，这些软件几乎难以实现。需要针对实际需求开发转换模块，再将这些转换模块集成起来，成为一套满足实际需求的转换工具软件。数据整合工作流程有如下几个阶段：

源数据分析：分析源数据的数据基础、建库标准、空间图层分层、属性信息、数据质量等情况，整理源数据与整合标准之间的差异，编辑新旧标准之间信息分类、图层关系对照表；

数据预处理：在元数据分析的基础上，分类进行数据预处理，对属性数据库、图文数据库、空间数据库进行数据处理，建立具有统一规范基础的数据库；

数据转换：包括数据格式转换、坐标系转换、分类代码转换、图层重组定义、属性信息提取等处理；

数据入库：建立统一数据入库规范，建立统一框架的空间数据库；

数据编辑处理：对数据转换后的数据进行接边处理、拓扑处理、属性信息添加等后续工作；

数据质量检查：从数据的完整性、逻辑一致性、合理性、空间定位准确度、数据正确性等方面，对整合后的数据进行质量检查。

2.3 私有云构建研究

广东省地质资料数据集群服务平台的构建，从两方面着手：一是体系构架，二是技术构架。

2.3.1 体系构架

目前，全国很多省份都在推动政务云筹建工作。实际上，地质资料数据档案私有云只是政务私有云的一个组成部分；政务云提供的体系模式，完全可以作为地质资料数据集群私有云的载体。只是现在各方面条件的*，地质资料管理行业还必须首先建立自己的地质资料数据集群私有云，而政务云的模式又提供了借鉴。从省级出发，向下延伸至市县、至行业，就构成了类型金字塔结构的体系。从业务逻辑上来看，建立省级地质资料数据中心，就是这个金字塔的顶端，也是地质资料数据档案私有云的核心。在垂直管理的地质部门可以建立行业云，在省级建立省域云，在有实力的城市建立市域云，行业云和地域云之间又可以形成交叉，形成广东省地质资料数据档案私有云的体系构架模式，如图 1 所示。

图 1 省级地质资料数据档案私有云体系构架模式

2.3.2 技术构架

地质资料数据档案私有云构建的技术模式归结为两方面：支持虚拟化的 Service GIS 平台和二三维GIS 一体化技术。

支持虚拟化的 Service GIS 平台的 GIS 软件目前比较成熟的是 ArcGIS Server。这类型的 GIS 软件能够直接在虚拟机上运行，而不需要物理上的计算机。实现基于云 GIS 的地质资料数据档案私有云，前提是GIS 服务器软件的选型必须是能够实现支持虚拟化的 Service GIS 平台。原因是应用系统在多个计算机上使用时资源配置简单，各个应用系统在服务器上是相对独立的空间运行而互不干扰，最终可以显著地提高计算机的工作效率和资源利用率。

云GIS下的二三维一体化技术，将逐渐淘汰过去经常采用的“二维GIS+三维可视化软件”的合成技术，如目前一些省份采用的 ArcGIS+Sky Line 组合技术。地质行业的三维，不仅要求能够表达可视化，还要求能够进行空间分析。它实现的目标是：海量的二维数据，无须转换，能够直接在三维场景中高性能的可视化。这样就必须做到，基于空间数据库来管理三维数据，这样方便地实现面向模型实体对象的统计和查询。同时，三维线性地物符号化，不再以模型方式构建，数据库中存储的是线性地物的坐标串，只要配置相应的三维线性符号，即可在三维场景中展现为三维线性地物，如铁路、公路等，这样的线性地物既可实现三维可视化，还可建立拓扑关系，进行空间分析。

3 地质资料集群“端”应用

建立地质资料数据档案私有云之后，还必须能够实现在端上的应用服务。端的应用服务主要从两方面进行概括：一是开发多类型的智能的端；二是提供多应用功能完善的端。

多类型的智能的端是目前软件技术发展的方向，也是用户选择的主流。在 ArcGIS 中开发多类型的端，如桌面 GIS 客户端，移动 GIS 终端、Web 客户端和导航终端。这些端能够满足目前人们在普通 PC 机、不同操作系统和手机等终端的应用要求。

多应用功能完善的端是在不同的终端上进行开发的系统功能。本系统开发的功能主要有两类，后台数据管理平台和地质资料应用服务平台。后台数据管理平台提供的是能够为满足数据管理维护的需要（部署云端背后，由管理人员操作使用，在这里不作讨论）。地质资料应用服务平台即是在云端上提供的服务，是不同的端上用户能够在云上获得地质资料信息服务的方式。平台功能设计如图 2 所示。

图 2 地质资料应用服务平台功能结构

针对不同的端，系统开发需要在不同的操作系统上进行，如在PC终端上，必须基于Windows进行开发；在移动终端上，比较主流的如 IOS 和 Android 操作系统，则应在相应的环境下进行开发。系统功能满足不同云端、不同用户的应用服务需求。

4 结语

目前，地质资料信息服务“两化”建设已经在全国各省铺开。各省尤其是试点省，为我们提供了一些建设经验，如上海、山东、湖南、湖北等省基于 MapGIS 开发的系统。但综合笔者了解的情况来看，在系统建设方面能结合云 GIS 技术的案例尚无。本文提出的云 GIS 构建地质资料数据档案集群服务的思路是：在全国范围内，建立地质资料概念云，适应未来政务云发展需要，整合地质资料数据资源，实现地质资料在网上的信息共享，在终端提供便捷智能的地质资料信息服务。其优点在于：一是节省软硬件资源；二是数据即服务（Daas），实现最大程度的信息共享，提供免费地理信息资源；三是支持虚拟化 ServiceGIS，可显著提高计算机的工作效率和资源利用率；四是二三维一体化技术，弥补过去采用二维分析和三维可视化组合技术的缺陷，实现面向模型实体对象的统计和查询，二维数据无需转换，能够直接在三维场景中高性能的可视化。

希望本文提出的研究思路在我国地质资料信息服务“两化”建设中起到抛砖引玉的作用，在云计算时代汹涌到来之际，更好地为“两化”建设服务。