数字西安地理空间框架信息平台建设与应用.doc

数字西安地理空间框架信息平台建设与应用白湘霖，马哲元，王媛摘 要：本文对数字地理空间框架信息平台的建设和应用中没有统一标准、数据分散，政府部门之间数据不能交互共享等问题进行探讨，研究建立地理空间信息的相关标准与规范体系和政府部门之间数据共享交换服务模式，利用先进的Service GIS、数据库等技术，建设数字城市地理空间框架信息平台，整合和管理各类信息资源，构建基于数字西安地理空间框架信息平台的一体化服务体系，为城市规划、建设、管理与决策及社会公众提供完善、权威的地理空间信息服务。本文以数字西安地理空间框架信息平台的建设与应用为例进行说明，以期为数字地理空间框架的建设和应用提供实用有效的解决方案。关键词：地理空间框架 共享交换服务模式 一体化服务体系 Service GIS（西安市信息化办公室，西安市北院门159号，710007）1. 建设背景国家空间框架是以基础地理空间信息资源为基础，以地理空间框架数据为核心，采用共建共享的建设模式，按照统一的地理信息数据标准，利用现代信息服务技术，建立一个面向政府、公众和行业用户的、开放式的信息服务平台，在提供高质量的基于空间位置的应用服务的同时，对各种分布式的、异构的地理信息资源进行一体化组织与管理。国家空间框架是信息化基础设施的重要组成部分，是经济社会发展的基础支撑平台。我国城市化水平2010年将达到40，2020年将达到50以上。目前一个以数字城市为旗帜的城市信息化行动正在全国展开，为应对城市信息化的浪潮，“数字城市地理空间框架”被列为国家测绘局“十一五”重点建设项目，目标每年选出符合条件城市，在技术、资金等方面继续予以支持，到2015年基本完成全国地级以上城市地理空间框架建设，使城市建设与管理的信息化水平得到明显提升，为城市政府科学决策提供可靠的地理信息保障。2008年，国家测绘局又提出了建设“全国地理信息公共服务平台”的宏大构想，并积极组织规划实施。基于上述政策，作为国家测绘局数据字城市地理空间框架建设推广城市之一，西安市启动了数字西安地理空间框架信息平台的建设，由国家测绘局、陕西省测绘局和西安市政府三方合作，共同构建西安市统一的地理空间框架服务平台，是国家进行地理空间框架建设试点唯一的副省级城市。西安信息化建设发展迅速，形成了拥有光纤、数字微波、卫星、程控交换、数据与多媒体等多种通信手段，覆盖全市城乡，连接全国和世界各地的现代化电信通信网络。“数字西安”正在建设之中，西安电信宽带多媒体城域网已经覆盖西安城区90%以上的区域和郊县40%以上的区域，西安邮政是全国六大通信中心和11个一类邮件转口局之一。2. 平台建设数字西安地理空间框架信息平台，基于SuperMap Service GIS等技术，采用统一规范整合和完善西安市现有地理信息资源，建成了多尺度空间框架数据库，在此基础上完成了信息共享与管理服务平台以及地理信息共享与分发机制的建设，通过地理信息共享服务模式为政府、公众和行业用户提供开放式的地理空间信息服务，解决了公共地理空间数据重复建设、格式坐标不统一，行业间数据不能共享的突出问题。2.1平台的总体定位数字西安地理空间框架信息平台是西安市电子政务的有机组成部门，是西安市电子政务的基础空间框架。一方面它可以为西安市电子政务应用提供空间定位服务和地理数据服务，另一方面通过空间核心要素可以建立和整合“四库”信息资源，扩展到整个电子政务信息资源。图1 平台的总体定位2.2 建设目标与内容建设目标概况为如下3点：u 构建地理空间框架服务体系，建立国家、省、市及各相关部门的共建共享服务机制，加强空间资源开发利用；u 实现地理空间定位“一张图”，通过平台来带动政务地理应用，以应用来完善平台，避免重复投资。u 面向政府、公众和行业用户提供开放式的信息服务平台，实现西安地理空间信息资源的有效管理和综合应用。建设内容归纳为如下4个方面：1） 标准规范与共享维护机制建设2） 地理编码普查与建库3） 地理空间框架数据建库4） 地理空间框架共享服务平台与4示范系统开发（公众、环保、120、三维）2.3 标准规范与政策法规建设采用现有地理信息和电子政务国家标准、测绘等行业标准基础上，结合我国地理信息资源及其应用的实际情况，根据西安市各业务部门对地理空间数据的应用需求，编制适用于数字西安地理空间框架建设和应用的标准规范，特别是共建共享和分发机制的建设，通过标准规范的建设来规范地理空间信息的采集、管理、共享工作，为地理信息资源的共享交换服务提供保障。在建设过程中主要引用了如下国家和行业标准：u 数字城市地理空间信息公共平台技术规范（CH/Z 90012007）u 数字城市地理空间信息公共平台地名/地址分类、描述及编码规则CH/Z 90022007 u 地理空间框架基本规定CH/T 90032009 u 地理信息公共平台基本规定CH/T 90042009 u 基础地理信息数据库基本规定CH/T 90052009u 政务信息资源目录体系 第4部分：政务信息资源分类GB/T 21063.4-2007u 城市市政综合监管信息系统地理编码(CJ/T215-2005)u 基础地理信息标准数据基本规定（GB 211392007）u 基础地理信息要素分类与代码 GB/T 13923-2006 u 地理信息 元数据GB/T 19710-2005u 地球空间数据交换格式GB/T 177981999为了让平台能够持续服务各委办局，以平台来带动应用示范，以应用示范来完善平台，形成良性循环互动，制定了如下机制来保障系统数据的持续更新、平台功能服务的持续改进和稳定运行。（1）政策机制西安市地理空间信息共享服务平台-管理规定西安市地理空间信息共享服务平台-共享与合作协议西安市地理空间信息共享服务平台-保密协议西安市地理空间信息共享服务平台-地名地址匹配服务流程规定西安市地理空间信息共享服务平台-政务专题图层更新流程规定西安市地理空间信息共享服务平台-政务电子地图更新流程规定（2）标准规范西安市地理空间信息共享服务平台-数据规范包括“目录和元数据规范”、“政务专题图层数据规范”、“政务电子地图数据规范”、“地名地址数据规范”。西安市地理空间信息共享服务平台-接口规范。2.4 数据共享交换机制建设各委办局将已建设的空间信息服务注册到共享平台，共享平台通过服务聚合，再将服务重新发布，供各委办局使用；同时支持在各数据共享应用单位部署适配器，通过前置机获取和分发共享数据资源，并在数据中心建设基础共享数据库及资源目录，通过门户为用户提供资源查找、申请等业务应用。资源的共享审批由数据提供单位完成，并由数据中心对资源共享交换的过程及结果进行全程监控和记录。平台主要提供以下3种共享交换服务模式：(1) “中心交换、集中管理”管理模式地理空间信息共享服务平台在数据中心的交换服务器上部署应用集成系统服务器端和交换适配器，作为各单位数据共享和交换的中心节点，各个业务系统前置机交换客户端部署适配器，形成星形连接，他们之间的数据格式转换以及数据传输是通过应用集成中间件和适配器来实现的。中心连接各个业务系统的交换客户端，远程集中配置、管理各个交换客户端，提高中心节点对子节点的管理和监控能力，便于统一的应用开发与信息挖掘。(2) “数据集中、分布相结合”的共享模式各单位通过数据中心共享的数据资源，按照资源的密级划分为两类：基础信息类和业务信息类，基础信息类数据采用“数据集中”的方式提供共享应用，业务信息类采用“逻辑集中、物理分布”的方式提供共享应用。(3) “混合交换”的交换模式系统建设采用的应用集成和应用适配器既可以独立使用，也可以组合使用，应用适配器支持Web Service 和HTTP，因此可以实现数据层交换，也可以实现应用层交换。2.5 城市地理空间框架数据库群建设数字西安地理空间框架信息平台利用数据仓库技术和面向对象的设计技术，坚持实用性、先进性、扩充性的设计原则，建立了满足各委办局对地理空间资源共享需求的框架数据库群，逻辑上概括为“空间框架数据库”、“地名地址数据库”、“遥感影像库”、“三维模型库”、“部门专题库”等，目前数据总量已达1TB，未来可能增长至5TB。图 2 数字西安数据库群2.6 数字西安地理空间信息共享服务平台建设开发数字西安地理空间信息共享服务平台，为西安市提供统一规范的地理信息资源数据服务和功能服务。各委办局用户可以通过平台在线使用平台提供的各种功能和服务，包括基础电子地图服务、影像地图服务、地名地址查询服务、政务专题服务等。平台具有二次开发服务接口，方便各委办局业务系统与平台的对接，目前已实现120指挥服务应用系统和环境在线监测应用系统的对接应用开发工作，具有平台推广应用示范作用，随着平台应用的深入，并逐步推广城管、公安、医疗、交通、教育等领域。2. 平台应用3.1 应用组成数字西安地理空间框架的应用系统一共有6个软件系统组成，形成“1+1+4”格局，即1套数据管理系统、1套共享服务平台系统和4套应用示范系统，系统与用户关系如下图所示：图 1 平台应用组成3.2 政务空间地理信息管理系统是管理人员全面掌握和管理西安市地理空间共享交换资源的工具，实现对空间资源入库、更新、管理和发布管理工作。具体包括数据目录注册、数据入库与编辑、元数据管理、数据发布、地理编码匹配等功能。图 2 政务地理信息管理系统图 3 地理编码服务3.3 西安市地理空间信息共享服务平台按照政务信息资源共建共享原则，在已有的西安市电子政务网络基础之上，构建西安市地理空间信息共享服务平台，建立相应的空间数据标准和数据分发、交换和服务机制，实现全市范围内地理数据的广泛共享。平台包括“共享平台门户子系统”、“地理信息交换子系统”、“运维管理子系统”组成，其中“数据管理子系统”也属于平台的组成部分，各子系统访问共同的数据资源，相互协作，实现地理空间信息资源的入库-管理-共享-应用等业务需求。图 4平台主界面图 5 平台运维管理3.4 公众地理信息服务示范系统基于平台搭建的公众地理信息资源服务示范系统，旨为社会公众提供电子地图查询分析服务，提供个性化、网络化的电子地图服务。同时配合建设现代化都市的区域定位，逐步开发相应的专题或主题应用，突出西安区域特色文化，为经济和社会发展环境起到一定的宣传、服务和优化作用。在电子地图背景上集成便民服务信息、政务公开信息等，为社会公众和企业提供便利的服务，进一步提升政府的服务能力。系统采用WebGIS技术，基于西安市地理空间框架数据库系统，为社会公众提供权威、方便、快捷的综合地理信息服务。包括：电子地图操作、地名查询、公交查询、市民留言等功能。图 6 公众服务信息服务系统3.5 120指挥服务应用示范系统通过有效集成GIS、GPS与GSM，实现的120急救指挥地理信息系统，呼救者通过拨打120急救电话和接线员进行信息交流，系统提供快速定位信息，为急救决策提供信息服务。系统主要包括呼叫位置定位、呼叫周边医疗资源分析、呼叫统计对比分析以及GPS跟踪等模块，为实现呼叫快速定位、出车路径分析、患者空间分布特征分析、急救站设置等业务提供技术支撑。图 7 120急救指挥系统图8 呼叫空间分析3.6 环境在线监测应用示范系统环保在线监测服务系统是在西安市地理信息共享平台服务接口基础上开发搭建的应用示范系统，系统不需要任何GIS软件平台，也不再需要管理政务电子地图数据，通过在线调用共享平台提供的数据服务接口与西安市环境监测实时数据进行集成，形成统一的环境服务分析应用出口，系统提供饮用水检测、地表水检测、大气监测、噪音监测、污染源监测、河道排污口管理等模块。系统能够将监测设备传递上来的指标数据在地图上直观展示出来，系统根据不同监测指标状态用不同显示符号进行表达，让管理者直观地在地图上看清哪些监测对象超标，哪些监测对象运行正常，为环境污染快速发现与解决提供了有力技术支撑，提升环境管理的信息化水平。 图 9水环境在线监测图 10 大气在线监测图 11河道排污口管理3.7 三维全景展示服务示范系统通过三维场景制作软件和高效的数据压缩、融合算法，以遥感数据、地形数据和3D模型数据为核心，综合运用GIS、RS、二三维一体化等技术，实现对西安市城市360度全方位展示应用，可以在三维场景中直接操作二维数据，包括查询、定位、查看属性，同时支持对模型的选取、查询与定位等操作，做到二三维一体化集成，提升应用体验与管理效果。 图 12 三维服务主界面 图 13 二三维叠加应用界面 图 14 叠加三维模型应用3. 平台服务模式4.1 基于“一张图的”应用模式图 1 基于一张图的应用模式基于统一的坐标体系，统一的政务电子地图，统一的地理空间信息共享服务平台，进行一层层叠加委办局的业务专题数据，通过平台提供的数据接口和功能接口进行对接集成或开发形成委办局专业GIS应用系统。4.2 离线独立地理编码服务模式需求特征：u 需求单位为各委办局或企事业单位；u 一般不接入政务内网，不使用平台；u 拥有大量含有地址信息的业务数据，需要批量匹配生成GIS空间数据做业务应用。平台提供的服务支撑：服务功能：地址批量匹配功能。服务方式：由管理员通过空间数据管理子系统中的地理编码匹配模块进行批量匹配提供。图 2 批量地址匹配服务4.3 在线调用数据服务模式需求特征：u 使用部门为政府各委办局单位；u 接入政务内网；u 有自己的GIS平台（需能打开OGC标准规范接口数据）；u 只需共享数据服务，不需要共享功能服务。平台提供的服务支撑u 在提供地理编码服务的基础上，提供数据资源OGC访问接口。图 3 打开平台发布WMS数据服务4.4 在线调用平台服务接口模式需求特征：u 政府部门，接入政务内网或局域网；u 地理编码匹配和共享交换门户系统功能不能满足更深的应用需求，需要在线或离线调用西安市地理信息共享服务平台提供的服务接口搭建满足部门专业应用的办公地理信息系统；u 不再重复投资公共地理数据资源和GIS平台。平台提供的服务支撑：u 平台的批量地址匹配模块（管理员负责完成）；u 共享门户系统（在线浏览使用）；u 提供开发服务接口和开发范例程序（在线调用接口）；u 提供对接开发手册和培训服务支持。委办局准备工作：u 接入政务内网；u 向信息办提出使用申请，签订服务接口对接和保密协议；u 提交需要访问共享交换平台的使用账号。u 人员和对接前置机配置建议：为了更好地服务各委办局的对接开发工作，建议对接单位配备专门技术对口负责人和用于对接开发服务的前置机服务器（配置：双核CPU；4G以上内存；硬盘100G以上）。4.5 委办局基于平台搭建自己业务专题平台服务模式需求特征u 政府部门，垂直和水平业务管理明显，如公安、环保、应急等部门u 接入政务内网或局域网。u 基于地理信息的业务办公需求明显，拥有自己的GIS平台，拥有较多非共享业务专题数据，需要建立服务行业部门内的业务服务中心，为其终端业务系统提供公共业务支撑。u 不再重复投资公共地理数据资源和GIS平台。平台提供的服务支撑u 在委办局部署分布式共享分平台图 4 中心平台与专题平台的应用关系委办局准备工作u 接入政务内网或者局域网；向信息办提出使用申请并签订服务接口对接和保密协议；u 提交访问共享交换平台的使用账号；u 提供用于部署专题分平台需要的设备；u 配备分平台服务器和管理人员：基于专题分平台建设委办局业务中心平台的单位需要配备专门负责管理维护专题分平台的管理员，并配置相应的专题分平台服务器（配置：2颗双核CPU；8G以上内存；硬盘200G以上）。4. 总结通过数字西安地理空间框架信息平台建设，研究建立了数字地理空间框架信息标准规范化体系；在此标准基础上，整合和完善西安市现有地理信息资源，完成了西安市城市地理空间框架数据库群的建设；通过研究建立和推行共享交换服务机制，结合西安市数字空间框架信息平台应用需求，建立了基于数字西安地理空间框架信息平台，并形成基于平台的一体化空间服务体系，有效解决了数字地理空间框架建设中的标准不统一、各部门数据分散、不能交互共享的问题，避免在地理空间数据应用方面的重复建设，实现政府各部门及各行各业之间数据共享交换空间，促进城市建设及其可持续发展数字西安建设的基础地理信息数据生产和应用，为城市规划、建设、管理与决策及社会各行业提供完善、优质和高效的地理空间数据服务；通过平台的示范应用，为城市的信息化建设、特别是为与地理信息相关的综合应用提供良好的基础和支持。但仍存在着一定的问题：n 数字城市空间框架平台需不断更新完善随着城市数据的日新月异，实际业务应用发展变化和技术的快速发展，需要在数字地理框架模型研究和应用方面，不断引进新的技术，根据实际应用及时修正，使其满足现实需求，实现数字城