数字城市数据中心建设方案

地理信息共享数据中心地理信息共享数据中心 建设方案建设方案 ESRI 中国 信息技术有限公司 2012 年 8 月 1 目录目录 1 项目概述 4 1 1背景情况 4 1 2建设意义 4 1 3建设目标 5 1 4指导思想 5 1 5参考规范与标准 6 2 现状与需求分析 7 2 1用户分析 7 2 2数据建设需求 7 2 3应用服务需求 8 2 4性能需求 8 2 5安全保密需求 9 3 平台总体设计 10 3 1平台总体构架 10 3 2主要建设内容 12 3 2 1 标准体系建设 12 3 2 2 分层建设内容 12 3 2 2 4 应用模板建设 13 3 3总体技术路线 13 3 3 1 基于 ArcGIS 云 GIS 解决方案的系统架构 13 3 3 2 基于 SOA 设计平台框架 14 3 3 3 基于 Web 服务实现地理空间数据的共享应用模式 15 3 3 4 基于 ArcGIS Server 构筑空间数据服务平台 15 3 3 5 基于 GIS Portal 建设平台门户网站 16 3 3 6 构筑完整的平台安全技术支撑体系 16 4 数据层设计 17 4 1基础地理框架数据构成 17 2 4 1 1 导航级地理实体数据 17 4 1 2 影像数据 19 4 1 3 高程数据 21 4 1 4 地名地址数据 21 4 1 5 电子地图数据 22 4 2框架数据生产处理系统 23 4 2 1 基于影像的矢量化数据生产 23 4 2 2 基于地理编码的专业图层生成 23 4 2 3 数据模型的设计 24 4 2 4 数据 ETL 25 4 3框架数据库管理系统 25 4 3 1 专业图层划分 25 4 3 2 数据库组织 26 4 3 3 管理系统功能设计 29 4 4数据维护更新 33 4 4 1 应急更新 33 4 4 2 日常更新 33 5 服务层设计 34 5 1服务层构成 34 5 2服务模式 35 5 2 1 服务提供模式 35 5 2 2 服务使用模式 36 5 3地理信息服务基础软件 36 5 4二次开发接口库 38 5 5平台运维管理系统 39 5 6门户网站系统 39 5 7数据交换服务 39 5 7 1 功能设计 41 5 7 2 系统性能 43 3 6 应用系统设计 46 6 1应用需求 46 6 2应用模式 46 6 3专业服务应用 47 6 3 1 综合应急指挥 47 6 3 2 在交通部门的应用 48 6 3 3 在工商税务部门中的应用 50 6 3 4 在国土部门的应用 50 7 典型应用案例 51 案例 1 杭州市基础空间数据库共享服务平台建设及应用 51 背景 51 杭州市基础空间数据库建设及应用现状 52 平台的建设目标和建设内容 54 平台总体设计方案 55 结束语 62 案例 2 卢湾区电子政务地理信息共享平台 63 建设背景 64 解决方案 64 建设特点 65 总结 67 案例 3 云 GIS ArcGIS Online 68 4 1 项目概述项目概述 近年来 内蒙古自治区信息化建设与应用不断深入 网络化地理信息应用 如雨后春笋 政府部门和社会大众使用地理信息的方式与频率正在发生翻天覆 地的变化 政府管理决策科学化迫切需要综合利用地理信息 内蒙古自治区信 息化建设迫切需要转变地理信息服务方式 以及我区综合减灾和风险管理迫切 需要全面 准确 及时的地理信息服务保障等 针对这些重大应用需求 内蒙 古自治区经信委认真学习和贯彻落实科学发展观 做出了建设内蒙古地理信息 共享数据中心 以下简称 地理信息数据中心 的战略性决策 相继推出了一 系列有关建设地理信息数据中心的工作计划安排和设计规范要求 通过对内蒙古自治区经信委相关指导精神和技术要求的深刻理解和体会 我们提出了内蒙古地理信息共享数据中心的整体建设解决方案 以更好地解决 地理信息应用在各个政府部门存在的突出问题 提高基础地理信息共享服务能 力和水平 促进地理信息产业的发展 更好的服务大局 服务社会 服务民生 1 1 背景情况 地理信息是内蒙古自治区的重要战略信息资源 在政府管理决策 新兴产 业发展 人民生活改善等方面发挥着越来越重要的作用 随着政府管理决策科 学化 国家经济与社会发展信息化以及和谐社会建设的不断推进 各级政府部 门和社会公众对权威 可靠的地理信息服务的需求与日俱增 迫切要求实现内 蒙古自治区多尺度 多类型地理信息资源的综合利用与在线服务 1 2 建设意义 地理信息数据中心 建设是深入贯彻科学发展观 落实我区信息化建设 工作的重要举措 对于增强我区地理信息公共服务能力 发挥地理信息资源的 最大效益 提升全社会地理信息资源开发利用水平 促进国民经济又好又快发 展具有十分重要的意义 具体体现为四个方面 5 1 切实地提升我区地理信息公共服务能力 2 有效地促进地理信息的深入广泛应用 3 充分地发挥地理信息资源的最大效益 4 有力推进地理信息产业的技术进步 1 3 建设目标 地理信息数据中心 建设的总目标是 建立较为完善的公共地理信息数据 体系 建立 一站式 在线地理信息协同服务机制 建立与土地 交通 教育 林业 水利 民政 公安等部门互联互通 形成地理信息资源共建共享交换机 制 最终建成基于电子政务网的网络化运行环境的地理信息共享服务平台 为 政府宏观决策 应急管理 社会公益服务提供在线地图与地理信息服务 全面 提升信息化条件下我区地理信息公共服务能力和水平 其具体目标有 1 实现全区地理信息资源的互联互通 建立全区统一的地理信息资源体 系 建成基于电子政务网的网络化运行环境 实现自治区级主节点 东西部分 节点以及盟市级信息基地的地理信息资源互联互通 2 提供一站式的地理信息综合服务 建成基于云 GIS 架构的地理信息 共享与应用开发环境 提供信息浏览 标图制图 数据交换 导航定位 信息 加载 系统搭建等网络化地图与地理信息服务功能 为政府宏观决策 应急管 理等提供权威高效的地理信息协同服务 为公众提供内容丰富的公开地图与地 理信息服务 3 形成业务化运行维护与管理机制 建立健全 地理信息数据中心 运 行维护有关规定和管理办法 建成 地理信息数据中心 服务管理 运行调度 等系统 形成 24 小时不间断运行服务机制 为 地理信息数据中心 的资源管 理 服务调度 运行监控及适时更新等提供有力的保障 1 4 指导思想 1 需求牵引 保障服务 需求牵引 保障服务 面向政府宏观决策 应急管理 社会公益服务 等对在线地图与地理信息服务的迫切需求 充分发挥内蒙古自治区各部门长期 积累的基础地理数据资源 服务架构及更新优势 以多元化公共地理数据为基 6 础 以分布式数据管理为手段 以网络化信息服务为方式 以适时数据更新为 保障 开展 地理信息数据中心 设计和建设 最大限度地满足跨部门 跨地 区地理空间信息共享与应用的需要 2 统一标准 集成创新 统一标准 集成创新 充分借鉴国内外先进经验 采用先进成熟的技 术标准与方法 做好 地理信息数据中心 概念设计与技术规范制定 力求在 公共地理框架数据 网络化地图与地理信息服务形式 纵横向网络互联互通等 关键问题上有所创新 形成符合国情 先进实用 标准统一的 地理信息数据 中心 设计方案与技术方法 3 统筹兼顾 持续发展 统筹兼顾 持续发展 地理信息数据中心 建设是一个技术复杂 涉及面广 周期较长的超大型地理信息工程 总体设计要兼顾当前急需与未来 扩展 功能设计要有较强的开放性和扩展性 自治区级主节点和东西部分节点 盟市级信息基地建设既要符合统一技术要求 也要发挥自身特点 并为今后技 术提升 功能升级留有余地 系统建设要在统一规划指导下 急用先行 分步 实施 1 5 参考规范与标准 本设计将遵循和参照国家和有关主管部门制定和发布的一系列与公共信息 平台建设有关的技术标准规范与管理规定 主要分为三类 1 计算机信息系统有关标准规范与规定 计算机信息系统有关标准规范与规定 如电子政务信息系统技术规定 信息安全保密规定等 2 国家及行业地理信息技术标准规范 国家及行业地理信息技术标准规范 如基础地理信息要素分类与代码 地理元数据标准 OGC 服务标准等 3 地理信息服务的有关管理规定 地理信息服务的有关管理规定 如测绘成果密级划分 公开地图发布 规定等 4 国家测绘局发布的地理信息共享服务平台建设方面的标准规范文件 国家测绘局发布的地理信息共享服务平台建设方面的标准规范文件 7 2 现状与需求分析现状与需求分析 用户分析 空间信息共享主要面对的用户有三类 社会公众 企事业和政府部门 根 据不用的用户对空间信息的需求不同 共享的途径和使用方式也不尽相同 即 使是政府 不同的职能部门对空间信息的需求也有很大差别 在此 我们仅做 简单划分和分析 对于三类用户来说 空间信息共享的服务模式如下图所示 图 2 1 空间信息共享的服务模式 2 2 数据建设需求 根据数据来源 数据内容的不同 可以将数据分为基础地理信息数据和来 自各职能业务部门的专题数据 1 基础地理信息数据 主要包括航空航天遥感数据 DOM 数字地 面高程数据 DEM 数字栅格地形图数据 DRG 数字矢量地形数据 DLG 等 并逐步形成动态更新机制 在一定程度上保证数据的更新维护 8 2 专题业务数据 政府各职能部委积累了大量的与地理空间分布有关的 自然资源专题数据和人文经济数据 如 人文和社会经济发展信息数据 土地 利用现状和规划等信息数据等 但由于缺乏空间数据的支持 专题数据多以二 维关系型数据保存 通过对各部门对空间地理数据的需求分析 从宏观 中观到微观不同层次 的管理决策 不同的应用目的 不同的信息使用者 其对空间基础信息的需求程 度往往是不一致的 这需要平台能够灵活适应不同的需求 提供不同详尽程度 的空间基础信息和产品 能够提供从城市大比例尺的 多种比例尺的 多类型 的 覆盖范围广的空间基础地理信息 即使对于同一比例尺 同一类型的空间 基础地理信息 也要能够依据不同的应用目的和应用对象 提供简繁程度不同的 信息 2 3 应用服务需求 地理信息数据中心的核心内容是提供在线的数据服务 而各部门对数据服 务的使用需求主要可分为两个层次 一方面各部门跨部门的数据需求普遍而迫切 但目前却难以实现共享交流 已在一定程度上影响了相关部门业务的顺利进行 因此对跨部门数据共享呼声 很高 例如 应急部门的业务应用 可能需要集成规划 交通 公安等各方面 的数据资源 而获得多个部门的数据文件通常是非常困难的 另一方面在于业务应用对及时现势性数据的需求 空间数据最重要的特性 就是其时效性 各业务部门的具体的应用需要及时更新的数据来支撑 而传统 方式的离线数据复制已带来了数据现势性差 缺乏统一标准的空间定位 更新 维护复杂等诸多弊端 基于 SOA 的系统架构 通过数据服务的方式 从技术角 度能够很方便的为基于平台的专题应用提供最新的数据资源 改变了过去数据 更新流程 手续复杂难以执行的弊端 重点在于对平台数据资源的及时更新维 护 2 4 性能需求 根据内蒙古自治区基础地理信息数据中心的建设要求 各节点的并发访问 9 数不少于 100 远距离访问地理信息服务的时间等待限制在 4 5 秒内 互操作 和信息加载的服务等待时间不能超过 15 秒 为满足以上性能指标要求 需要有强大的计算能力支撑环境 选择正确 合理的硬件资源是保证平台正常运行的基础和保障 考虑到系统运行后各盟市以及委办局大量实时的在线访问需求 平台硬件 资源配置方案应充分体现系统灾备和异常宕机快速恢复的需要 具备灵活 可 扩展的体系架构 以充分应对未来平台应用不断发展的需要 2 5 安全保密需求 地理信息数据中心既包括服务中心节点内部复杂的存储 服务局域网同时 也包括由运行在平台之上的大量应用一起组成的广域网络 因此 平台建设一 方面要求考虑平台内部局域网络的安全 另一方面要求考虑面向平台服务的网 络安全 为保障地理信息数据中心的安全需要 必须在综合分析平台整体安全需求 的基础上构筑一个完整的安全服务体系 包括 1 安全保密工作贯穿于网络设计 基础软硬件选择及平台系统开发建设 数据工程等各个层面 2 要求采用操作权限控制 设备钥匙 密码控制 系统日志监督 数据 更新严格凭证等多种手段防止平台数据被窃取和纂改 3 用户认证 安全管理要和电子政务网络中统一部署的安全应用支撑平 台进行集成 数据是地理信息数据中心的血液和基础 如何保证信息平台连续不断的运 行 保护信息平台中最宝贵的数据资产 将地理信息数据中心稳定发展的关键 平台对外的空间基础信息数据交换共享 除了特殊的需要外 要尽量避免直接 暴露数据自身 以提高数据的安全保密性 随着平台的不断完善和发展 将会有越来越多的关键业务与数据集中于平 台计算机系统中 能否提供一个高可靠性和高可用性的网络服务成为衡量服务 质量的一个重要指标 同时 计算机系统无时无刻不受到来自自然灾害 人为 因素 供电 病毒 黑客攻击等各方面的破坏和侵袭 具备快捷方便的灾难恢 10 复和数据恢复功能就成为平台安全保密需求的重要目标 为此 必须为平台设 计出智能 高效的数据备份与恢复方案 3 平台总体设计平台总体设计 平台总体构架 地理信息数据中心 具有三级与三层结构体系 按照 地理信息数据中心 行政建设级别的不同 针对从自治区到各个盟 市地方地理信息资源联通的要求 地理信息数据中心 拟由主节点 分节点和 信息基地构成 主节点 分节点和信息基地分别依托自治区主节点 东西部分 节点 盟市信息基地的三级地理信息服务机构 各级节点针对管理不同比例尺 级别的数据 节点间通过电子政务网实现纵横向互联互通 如下图所示 图 3 1 不同级别节点之间互联互通 所有节点与信息基地在平台管理系统的统一调度之下 形成一体化的地理 信息服务资源 向政府部门和公众提供在线为主 离线和移动为辅的地图和地 理信息服务 11 抽象归纳地理信息数据中心建设的具体内容 可将其划分为三层的建设结 构 地理信息数据中心节点具有相同的三层技术结构以及一致的对外服务接口 三层技术结构是指数据层 服务层 运行支持层 如下图所示 三层内容构成 了整个地理信息数据中心的完整体系 而基于地理信息数据中心 可搭建相应 的专业应用系统 图 3 2 地理信息数据中心 的三层结构 1 数据层 数据层 主体内容是公共地理框架数据 它是面向地理信息网络化服 务需求 依据统一技术规范而构建的一体化地理信息资源体系 公共地理框架 数据采用分布式存储与管理模式 按照自治区主节点 东西部数据中心 盟市 信息基地三级进行部署 所有数据资源在逻辑上规范一致 物理上分布 彼此 互联互通 并以 共建共享 方式实现协同服务 2 服务层 服务层 根据多数用户对基础地理信息应用的共性需求而设计并实现 的系列标准服务接口 以及在此基础上建立的门户网站系统 在线服务系统和 服务管理系统 专业用户可以通过接口实现平台地理信息与其自身业务信息的 分布式集成 并快速构建业务应用系统 普通用户可以访问门户网站获得各类 12 在线地理信息服务 3 运行支持层 运行支持层 主要包括网络 云 GIS 基础设施 云 GIS 资源池 安 全保密系统等硬环境和技术规范与管理办法等软环境 其中云 GIS 基础设施部分由一定规模同构或异构的基础设施资源组成 资 源不仅包括主机 存储 网络及其他硬件设备 同时也包括操作系统 数据库 中间件 GIS 平台等软件 资源池构建在基础设施层之上 是通过云计算虚拟 化技术对基础设施资源进行全面整合而形成的一个庞大的云计算资源池 在这 个资源池中包含有经过池化的 GIS 服务资源实例 所有资源实例都是通过标准 化的服务器流程 由镜像库中的镜像模板创建而成 安全保密系统实现全系统 安全保密策略的统一配置 分发和管理 满足国家有关安全保密管理要求 技 术规范是依据有关国家 行业标准规定或制订的 包括数据规范 服务规范 运行支持规范 应用规范等 3 2 主要建设内容 3 2 1 标准体系建设标准体系建设 地理信息数据中心的建设是一个多样用户参与 使用多种技术环境 包括 多数据源的 建立多样应用的庞大 复杂的系统工程 为保证系统建设的顺利 进行 必须建立起规范平台建设各个环节的标准体系 主要包括有数据标准体 系建设 服务标准体系建设 安全标准体系建设以及应用标准体系建设 3 2 2 分层建设内容分层建设内容 3 2 2 1 数据层建设数据层建设 主要是对基础地理信息数据进行内容提取 数据加工 分层细化 模型对 象化重构 统计分析 符号化表现等处理改造 形成用于地理信息数据中心的 公共地理框架数据 通过云 GIS 平台运行支持环境进行存储 管理和更新 13 3 2 2 2 服务层建设服务层建设 主要是开发并部署在线服务系统 服务注册管理系统 用户管理系统 平 台门户网站 二次开发接口库等内容 其中在线服务系统提供地图和地理信息 服务 服务注册管理系统是全区各级节点提供的地理信息服务的 黄页 系统 用户管理系统实现对各类用户的注册 权限 日志 管理等 门户网站是用户 了解并获得平台信息资源和服务的入口 普通用户主要通过门户网站获得所需 的在线地理信息服务 专业用户则可通过调用二次开发接口 在平台基础上进 行自身业务信息的分发式集成 快速构建业务应用系统 3 2 2 3 运行支持层建设运行支持层建设 主要是构建基于电子政务网的网络接入环境 以及云计算平台数据库服务 存储备份 安全保密控制和管理的软硬件环境 同时 还要依据 地理信息数 据中心 的整体技术规范与管理办法 细化制定各节点数据整合处理方案和信 息共享与应用实施细则等内容 3 2 2 4 应用模板建设应用模板建设 地理信息数据中心提供数据服务和功能接口 各最终业务应用部门需要以 平台应用接口为基础 建设各自的应用系统 以便为政府部门及社会普通用户 提供服务 而应用模板的开发建设是检验公共平台建设是否成功 合理的重要 标志 应用系统一般以 B S 模式设计开发 包括面向公众的数字地图专业门户网 站 数字三维展示系统 在线电子地图系统以及面向政府部门的各专业业务系 统等 14 3 3 总体技术路线 3 3 1 基于基于 ArcGIS 云云 GIS 解决方案的系统架构解决方案的系统架构 ArcGIS 产品提供了全系列的软件体系 对于云计算架构来说 我们考虑到 基础设施 平台 应用程序 都可以在云计算平台上实现 用户端可以通过多 种方式来访问云端的服务 云 GIS 平台系统架构如下图所示 业务需求 服务类型 SLA 需求 访问控制 资源统计 基础设施即服务 IaaS 云端管理 用户管理 服务管理 资源管理 监控系统 成本核算 容灾备份 运营管理 客户支持 平台即服务 PaaS 软件即服务 SaaS 空间数据 存储服务 弹性 GIS 服务 GIS 应用 部署服务 服务目录 服务监控服务度量 图 3 3 云 GIS 平台 系统架构 ArcGIS 提供了云计算产品的解决方案 主要包括以下 1 IaaS 基础设施即服务 云端地图切片 缓存的地图切片可以上传 到云端 并在云端建立数据中心 2 SaaS 软件即服务 针对 SaaS 目前提供了 ESRI Business Analyst Online 允许用户将 GIS 技术结合大量的统计专题 消费者数据 以及商业数 据 这可以将按需分析 报表和地图通过 Web 进行传递 3 PaaS 平台即服务 ArcGIS 开发人员可将内容和功能扩展至 GIS 平台之上 并通过 ArcGIS Web Mapping APIs 例如 JavaScript Flex Silverlight WPF 等来提供平台服务 并在云端进行统一的维 护和管理 4 软件加服务 S S ArcGIS 提供了软件加服务的模式 可以让用户 按需配置所需要的服务 ArcGIS Online Map 和 GIS Services 提供 S S 的用户可 15 以快速访问制图设计 无缝的基础底图 并可以添加用户自己的数据到 ArcGIS 的按需配置产品上 3 3 2 基于基于 SOA 设计平台框架设计平台框架 SOA 是基于开放的 Internet 标准和协议 支持对应用程序或应用程序组件 进行描述 发布 发现和使用的一种应用架构 SOA 支持将可重用的数据应用 作为应用服务或功能进行单独开发集成 并可以在需要时通过网络访问这些服 务或功能 通过 SOA 开发者可以对不同的服务或功能进行组合以完成一系列 的业务逻辑与展现 最终可让用户像使用本地桌面业务组件一样方便地调用服 务或功能等各种资源 3 3 3 基于基于 Web 服务实现地理空间数据的共享应用模式服务实现地理空间数据的共享应用模式 Web 服务是一种革命性的分布式计算技术 从表面上看 Web 服务就是 一个应用程序 它向外部暴露了一个能够通过网络进行调用的 API 它使用基 于 XML 的消息处理作为基本的数据通讯方式 消除使用不同组件模型 操作 系统和编程语言的系统之间存在的差异 使异构系统能够作为计算网络的一部 分协同运行 开发人员可以使用像过去创建分布式应用程序时使用组件的方式 创建由各种来源的 Web 服务组合在一起的应用程序 通过 Web 服务 客户端 和服务器能够自由的用 HTTP 进行通信 不论两个程序的平台和编程语言是什 么 都可以跨越不同区各部门网络防火墙限制 正是基于 Web 服务的这些技术特性 使用了 HTTP 和其他 Web 协议 地 理信息数据中心采用基于开放标准与技术的 Web 服务方式共享数据 不需要了 解各部门的应用系统现状 形成松散耦合的共享模式 便于平台服务根据发展 需要进行伸缩 综合考虑 平台对外的数据共享模式将主要基于 Web Service 方式实现 达到跨平台异构多源数据的访问和互操作 16 3 3 4 基于基于 ArcGIS Server 构筑空间数据服务平台构筑空间数据服务平台 ArcGIS Server 是功能强大的基于服务器的 GIS 产品 用于构建集中管理的 支持多用户的 具备高级 GIS 功能的企业级 GIS 应用与服务 如 空间数据管 理 二维三维地图可视化 数据编辑 空间分析等即拿即用的应用和类型丰富 的服务 ArcGIS Server 提供广泛的基于 Web 的 GIS 服务 以支持在分布式环境下 实现地理数据管理 制图 地理处理 空间分析 编辑和其它的 GIS 功能 ArcGIS Server 主要功能包括 提供通用的框架在企业内部建立和分发 GIS 应用 提供操作简单 易于配置的 Web 应用 提供广泛的基于 Web 的空间数据获取功能 提供通用的 GIS 数据管理框架 支持在线的空间数据编辑和专业分析 支持二维三维地图可视化 除标准浏览器外 还支持 ArcGIS Desktop 和 ArcGIS Explorer 等桌面客 户端 可以集成多种 GIS 服务 支持标准的 WMS WFS 提供配置 发布和优化 GIS 服务器的管理工具 提供 NET 和 Java 软件开发工具包 为移动客户提供应用开发框架 3 3 5 基于基于 GIS Portal 建设平台门户网站建设平台门户网站 GIS Portal 可以解决广泛访问分布式空间数据库所带来的问题 GIS Portal 起到了联系企业化 社会化用户与多个空间数据源的作用 并且提供了友好的 Web 界面和 GIS 数据的分类 搜索功能 能够推动地理空间数据的共享和应用 17 3 3 6 构筑完整的平台安全技术支撑体系构筑完整的平台安全技术支撑体系 建立完整无缝的安全技术支撑体系是安全防护的具体技术体现 平台安全 可由数据安全 应用安全 账号安全 系统安全 网络安全五个层次涵盖 1 网络安全设计 安全设备选型与配置 2 应用系统及数据安全设计 安全产品选型与配置 3 基于数字证书认证体系的可信平台安全设计 4 对数据灾难备份恢复的设计 5 信息安全与保密管理 18 4 数据层设计数据层设计 数据层涵盖了平台所有的数据资源库 包括平台基础地理数据库 专题非 空间数据库和专题空间数据库 这些数据库 以分布式异构的形式存储在不同 地理位置的专网节点接入单位 其中平台基础地理数据库由自治区节点的基础 地理数据库衍生而来 基础地理信息数据库和平台基础地理信息数据库之间 通过规定的接口标准和规范互动 达到更新同步 维护简易 服务科学的效果 基础地理框架数据构成 4 1 1 导航级地理实体数据导航级地理实体数据 地理实体数据是针对相关社会经济 自然资源信息空间化挂接的需求而构 建的 其采用实体化数据模型 以地理要素为空间数据表达与分类分层组织的 基本单元 每个要素均赋以唯一性的要素标识 实体标识 分类标识与生命周 期标识 通过这些标识信息能够实现地理要素相关社会经济 自然资源信息的 挂接 还能够灵活地进行信息内容分类分级与组合 并实现基于要素的增量更 新 地理实体数据包括基本地理实体和扩展地理实体两类 其中基本地理实体 是对基础地理信息数据进行内容提取与分层细化 模型对象化重构 统计分析 等处理而形成的 包括境界与政区实体 道路实体 铁路实体 宗地实体 房 屋实体 院落实体 河流实体 地理统计量测数据等 自治区级地理实体数据 主要以 1 50000 及以小比例尺基础地理信息数据构成 旗县所在地区地理试题 数据主要以 1 5000 以及 1 10000 数据构成 各个盟市主城区地市实体数据主要 以 1 1000 以及 1 2000 大比例尺数据构成 扩展地理实体由各级节点及基地根据 具体情况以其它各类地理信息为数据源而整合加工 1 境界与政区实体 境界与政区实体 包括行政境界及其所围区域 行政区域实体按不同 级别行政单元划分 包括国家 省 盟市地区 旗县 乡镇等 行政境界是行 政区域的边界 每个行政境界实体由相邻行政区域单元定义 自治区级公共地 19 理框架数据境界与政区实体的最小粒度至三级行政区 市辖区 县级市 县 旗 特区 林区 及相应界线 盟市级公共地理框架数据境界与政区实体的最 小粒度至四级行政区 区公所 镇 乡 苏木 街道 及相应界线 2 道路实体 道路实体 按道路名称划分 以道路中心线表达 即将具有同一名称 的道路的中心线定义为表示该道路的实体 所有道路实体构成连通的道路网 自治区级 盟市级公共地理框架数据中的道路实体的最小粒度与相应数据集所 记录的内容相同 即不同尺度数据集中的所有道路都需以中心线表达 并构成 连通的网络 对于源数据中没有名称的道路 按其中心线的最小弧段定义实体 3 铁路实体 铁路实体 按铁路名称或专业编号划分 以铁路中心线表达 即将具 有同一名称或专业代码的铁路中心线定义为表示该铁路的实体 所有的铁路实 体构成连通的铁路网 自治区级 盟市级公共地理框架数据中的铁路实体的最 小粒度与相应数据集所记录的内容相同 即不同尺度数据集中的所有铁路都需 以中心线表达 并构成连通的网络 对于源数据中没有名称或专业代码的铁路 按其中心线的最小弧段定义实体 4 宗地实体 宗地实体 以土地登记权属范围为基本单元进行划分 每个权属单位 的范围定义为一个宗地实体 5 房屋实体 房屋实体 以基础地理信息数据中所表达的能够独立标识的最小房屋 单元定义 6 院落实体 院落实体 定义为表示院落外轮廓的封闭多边形 院落实体主要在比 例尺为 1 2000 1 1000 盟市级公共地理框架数据集中表达 7 河流实体 河流实体 按河流名称划分 以河流骨架表达 即将具有同一名称的 河流的骨架线定义为表示该河流的实体 所有河流实体构成连通的水网 自治 区级 盟级公共地理框架数据中的河流实体的最小粒度与相应数据集所记录的 内容相同 即不同尺度数据集中的所有河流都需以中心线表达 并构成连通的 网络 对于源数据中没有名称的河流 按其骨架线的最小弧段定义实体 8 地理统计量测数据 地理统计量测数据 包括重要山峰高程 重要地物 如景点 标志性 建筑等 长度等量测数据 以及基于基础地理信息数据成果统计提取的重要地 理信息 如行政界线长度 行政区域面积 区域地势信息 海拔分级 海拔极 20 值 平均高程 和地形信息 如坡度 起伏度等 4 1 2 影像数据影像数据 影像数据是指面向网络地图服务要求而处理形成的地表影像 建筑物纹理 立面街景数据 其中地表影像采用最新时相的各类卫星影像 航拍遥感数据 经过正射纠正 拼接 匀色 融合 影像金字塔建设等处理 可与地理实体数 据配置形成影像地图 或与 DEM 结合构成三维地形景观 构筑物纹理和立面街景数据是采用激光扫描仪 CCD 数码相机等获取的构 筑物和街景表面影像 可与三维构筑物模型结合形成三维城市景观 影像数据依据分辨率的要求划分为三个级别 覆盖全区的影像数据主要包 括 2 5 米 3 0 米分辨率地表影像 如下图所示 图 4 1 2 5 米分辨率影像数据 各个旗县所在地区影像数据主要以 0 5 米地表影像数据为主 如下图所示 21 图 4 2 0 5 米分辨率影像数据 覆盖各个地市主要城区级影像数据包括 0 1 米 0 2 米分辨率地表影像及构筑 物纹理 立面街景数据 如下图所示 图 4 3 0 2 米分辨率影像数据 22 4 1 3 高程数据高程数据 高程数据是描述地形地物及构筑物高程或高度信息的数据 其主要表现形 式为数字高程模型数据 DEM 和三维构筑物模型 其中数字高程模型用一组有 序数值阵列描述地面高程信息 可作为工程建设土方量计算 通视分析 汇水 区分析 水系网络分析 降雨分析 蓄洪计算 淹没分析 移动通讯基站分析 的基础 也可与影像数据集成形成三维地形场景 三维构筑物模型是对构筑物 三维体特征的描述 可与构筑物表面纹理 DEM 及影像数据集成 形成三维城 市景观 自治区级三维景观模型数据以 1 5 万 1 400 万 DEM 为主 盟市级数据以 1 10000 以及 1 2000 DEM 和三维构筑物模型为主 图 4 4 数字高程模型 DEM 数据 4 1 4 地名地址数据地名地址数据 地名地址数据以坐标点位的方式描述某一特定空间位置上自然或人文地理 实体的专有名称和属性 是实现地理编码必不可少的数据 是专业或社会经济 信息与地理空间信息挂接的媒介与桥梁 地名地址信息以地址位置标识点要素来表达 现实世界任一地理实体均可 以利用地名地址信息 地址位置标识点 来实现其地理定位 通过地址匹配 23 与某一地理实体相关的自然与社会经济信息 如法人机构 POI 户籍 可以挂接到地址位置标识点上 也可以通过地址位置标识点的地理实体标识码 实现与相关地理实体的关联 同一地理实体可以抽象为不同类型的多个要素 其均继承该地理实体的地名地址信息 地名地址数据必须包含标准地址 地理实体所在地理位置的结构化描述 地址代码 地址位置 地址时态等信息 还需包括与其相关的地理实体的标准 名称 根据国家有关法规经标准化处理 并由有关政府机构按法定的程序和权 限批准予以公布使用的地名 地理实体标识码等信息 4 1 5 电子地图数据电子地图数据 是针对在线浏览和标注的需要 对矢量数据 影像数据 高程数据进行内 容选取组合所形成的数据集 经符号化处理 图面整饰后可形成的重点突出 色彩协调 符号形象 图面美观的各类地理底图 可用于在线浏览 专题标图 也可供用户下载后打印输出或作为文档插图 电子地图包括线划地图 影像地图两类 线划地图是以矢量基础地理信息 数据与高程数据组合而成 影像底图以航空 航天遥感影像为基础内容 叠以 适当的矢量要素 除制作符合统一技术规范的基本电子地图外 各节点或信息基地可根据其 实际情况与需求制作扩展底图 如各类旅游图 人口图 房地产图等 针对不同用户的需求 通过内容选取和组合 电子地图可以形成四种不同 级别的数据集 基础专业级 基础专业级 是全要素矢量数据 政务应用级 政务应用级 是在基础专业级矢量数据的基础上 删除测量控制点等测绘 专业要素 政务应用级数据可用于政务网环境下提供在线服务 公众服务级 公众服务级 是在基础专业级矢量数据的基础上 依据地图公开发布的标 准 删除测量控制点 等高线 高程点等地貌要素 管线要素 土质要素以及 工矿农业等设施信息 采用特定技术进行进一步的涉密信息过滤 内容抽取 几何变换后可用于互联网的在线信息服务 影像标记级 影像标记级 包括用于标记影像的线划和地名注记 24 4 2 框架数据生产处理系统 框架数据生产处理系统主要包括对影像和矢量两大类数据处理子系统 数 据源主要是各种不同分辨率的卫星遥感影像以及航拍遥感影像 针对原始影像数据 提供影像镶嵌 匀色 融合等常用的影像数据处理功 能 针对矢量数据 利用 ArcGIS 的提供的基于遥感影像处理以及矢量化提取 具体实现符合数据规范的要求 可扩展的数据模型 基于 ArcGIS 数据互操作 的扩展模块 提供数据的 ETL 功能 进行数据的处理操作 4 2 1 基于影像的矢量化数据生产基于影像的矢量化数据生产 平台地理框架数据主要是以各种不同分辨率的遥感影像数据作为基础数据 源 并在此基础上通过矢量化数据生产 生成满足业务应用要求的矢量化地理 实体数据 根据影像数据 可基于 0 1 米 0 2 米分辨率的影像数据生产近似 1 1000 1 2000 的盟市主要城区矢量数据 基于 0 5 米分辨率影像数据生产近似 1 5000 的旗县所在地区矢量数据 基于 2 5 米分辨率全覆盖影像数据生产 1 10000 1 50000 的矢量数据 填补覆盖空白区域 基于不同比例尺生产的各类 基础图层 与 1 500 全要素图层进行比对 比对结果以列表的形式存储于数据 管理系统中 4 2 2 基于地理编码的专业图层生成基于地理编码的专业图层生成 地理信息数据中心平台的各应用单位 可以通过平台提供的地理编码服务 实现各类业务数据的 落地 生成不同领域的各类专业图层 以人口数据为例 各个与人口相关的部门 统一以公安户籍以及二代证数据库为基准 进行人口 数据的比对 核实工作 在此基础上将人口数据中的地址信息 通过地理编码 服务进行地址匹配 生成相应的人口图层 人口要素数据与各个单位和部门的 业务数据形成关联与共享 最终实现对各类与人口相关的业务数据可以通过空 25 间查询与分析的形式加以利用 比对 交 换 共 享 整合 人人人 学 龄 育 龄 低 保 残 障 两 类 社 保 户 籍 公安 人保 司法 残联 民政 计生 教育 地理编码 服务 社会 服务 社会 管理 公众 参与 领导 服务 适适适度度度集集集中中中 图 4 5 基于地理编码的专业图层生成 4 2 3 数据模型的设计数据模型的设计 遵照数据规范的要求 在 ArcGIS Geodatabase 数据模型的基础上 设计实 现了框架数据库的地理实体数据模型 基于该数据模型 统一规范了地理实体数据的方案模型结构 通过值域 子类的方式 一定程度上规范了数据的内容 保证数据质量 26 图 4 5 地理实体数据模型示意图 4 2 4 数据数据 ETL ETL 是数据抽取 Extract 转换 Transform 装载 Load 的过程 用 户从数据源抽取出所需的数据 经过数据清洗 最终按照预先定义好的数据模型 将数据加载到目标数据容器中 该目标容器可以是数据库 也可以是某种特定 的文件格式 该功能的主要核心在于数据转换规则的设计 ArcGIS ETL 功能支持的主要数据转换规则包括有针对属性项 字段 过滤 语句的数据过滤操作 以及针对数据内容的运算处理操作 如数学计算 日期 格式处理等 4 3 框架数据库管理系统 基于基础地理数据以及栅格影像成果数据 经过矢量数据提取和整合 栅 格及影像数据处理 以及数据脱密处理等一系列处理后的框架数据 为数据一 体化管理 应用的需要 需要建立完善的框架数据库及相应的数据库管理系统 基础地理信息数据库是由数据生产部门产生的用于专业用途的空间数据库 一般不直接应用于空间信息共享 4 3 1 专业图层划分专业图层划分 业务单位接入数据中心平台 通过地理编码服务完成专业数据的落地生成 的专业图层 按照数据的来源于用途 在空间信息资源目录中以两种方式进行 分类划分 1 根据数据提供单位部门进行专业图层划分 基础共享目录针对发布和 共享专业图层数据的单位进行划分 例如同样是人口专业图层 但不同的单位 和部门提供的专业数据包含的业务信息完全不同 公安 民政 教育 卫生等 部门需要依据专业数据的来源不同进行分类 如图 4 6 左侧所示 2 根据专业图层主题类型进行划分 许多应用需要整合某一类型的多来 27 源数据进行综合利用 这时就需要对专业数据进行主题类型的划分 如图 4 6 右侧所示 图 4 6 专业图层划分示意图 4 3 2 数据库数据库组织组织 各个不同行政级别建立的框架数据库在技术架构上基本完全相同 所管理 的数据种类基本一致 只是所管理的数据的尺度有所不同 主节点 自治区级 库主要管理包括 1 25 万 1 5 万这两个比例尺的框 架数据 分节点 东西部数据中心 库主要管理的 1 1 万的框架数据 信息基地节点 盟市级 库主要管理 1 2000 1 1000 1 500 的框架数据 28 这些节点间通过网络实现纵横向互联互通 形成一体化的地理信息服务资 源 向用户提供在线地理信息服务所需的框架数据 对于每个节点上的框架数据库 在总体结构上 按照上文所述的数据种类 可将框架数据库的数据分为五个子库进行组织 4 3 2 1 地理实体子库地理实体子库 该分库中管理的是地理实体数据 其中地理实体数据是采用实体化数据模 型 以地理要素为空间数据表达与分类分层组织的基本单元 地理实体数据包 括基本地理实体和扩展地理实体两类 基本地理实体是对基础地理信息数据进行内容提取和处理形成的 包括境 界 政区 道路 铁路 宗地 房屋 院落 河流 地理统计量测数据等 扩展地理实体由各级节点及基地根据具体情况以其它各类地理信息为数据 源整合加工形成 地理实体数据是公共平台对外提供空间分析和辅助决策服务的基础 它常 被作为电子地图内涵的一部分配套引用 其组织方式遵照 公共地理框架数据地理实体数据规范 4 3 2 2 地名地址子库地名地址子库 地名地址分库中管理的是地名地址数据 地名地址以坐标点位的方式描述 某一特定空间位置上自然或人文地理实体的专有名称和属性 以地址位置标识 点要素来表达 地名主要表达各种兴趣点 如车站 商场 学校 医院等 地 址则以统一标准的规范化文本表达相应地名的空间关系 如 XX 省 XX 市 XX 区 县 XX 路 XX 号 地名地址数据是公共平台对外提供位置查询和定位服务的信息源 它常被 作为电子地图内涵的一部分配套引用 地名地址数据的组织方式为 直接以矢量点图层的形式进行组织 同比例尺同专题的不同区域的矢量数据全部整合到同一图层中 29 4 3 2 3 电子地图子库电子地图子库 电子地图分库中管理的是电子地图数据 电子地图是栅格地图和矢量数据 的统一体 电子地图分库中管理的电子地图主要有两种形式 矢量电子地图数据 电子地图原始数据是用于制作电子地图的所有相关专题的矢量图层的集合 考虑原始数据的组织方式 基础测绘数据以分图幅组织为主 在电子地图分库 中的组织方式可以考虑 直接保留原始矢量图层的组织形式 分幅 分层 分专题建库保存 进行一定的数据拼接 处理操作 将同比例尺同专题的矢量数据整合到同 一层中进行组织 缓存电子地图数据 以文件形式组织各级地图缓存图片数据 将地图缓存切片按指定目录结构 和命名规则保存在服务器存储设备上 4 3 2 4 影像子库影像子库 影像分库中管理的是影像数据 影像数据主要包括地表影像 构筑物纹理 立面街景数据 地表影像是经过正射纠正 融合 匀色 镶嵌 创建金字塔等 处理的航片和卫片数据 构筑物纹理和立面街景数据是采用激光扫描仪 数码 相机等获取的构筑物和街景表面影像 地表影像可与地理实体数据配置形成影像地图 或与 DEM 结合构成三维 地形景观 构筑物纹理 立面街景数据可与三维构筑物模型结合形成三维城市 景观 自治区级系统的影像数据以地表影像为主 包括 2 5 米 0 5 米 优于 0 2 米这三个级别分辨率 影像分库中的各种数据按专题可分为三个子库 地表影像子库 地表影像数据按照两级目录进行组织 第一级目录为影像分辨率 即相同分辨率的数据组织为一类 第二级目录为影像归属行政区 该目录可根据需要分为多级 如国家 省 30 市 县 构筑物纹理子库 构筑物纹理数据按照两级目录进行组织 第一级目录为构筑物归属行政区 该目录可根据需要分为多级 如国家 省 市 县 第二级目录为构筑物名 立面街景子库 立面街景数据按照两级目录进行组织 第一级目录为数据归属行政区 该目录可根据需要分为多级 如国家 省 市 县 第二级目录为街道名 4 3 2 5 高程子库高程子库 该分库中管理的是具有高程信息的框架数据 高程数据是描述地形地物及 构筑物高程或高度信息的数据 其主要表现形式为数字高程模型数据 DEM 和 三维构筑物模型 其中 高程数据构建三维地形景观和三维城市景观的基础 DEM 数据的格网间距也与各节点框架库管理的相应的比例尺相对应 高程分库中的各种数据按专题可分为两个子库 DEM 子库 DEM 数据按照其格网间距来进行组织 即相同间距的数据组织为一类 三维构筑物模型子库 三维构筑物模型按照构筑物所属行政区进行组织 如省 市 县 街道等多级 行政区目录 4 3 3 管理系统功能设计管理系统功能设计 基于各种商用关系型大型数据库管理系统 为对各级公共地理框架数据库 进行高效的 一体化管理 需要建立完善框架数据库管理系统 管理系统主要 包含以下子系统 31 4 3 3 1 数据检查子系统数据检查子系统 数据检查子系统数据入库子系统的先决条件 通过数据检查功能来约束 规范数据质量 同时 在数据生产过程中 也需要进行数据质检的工作 基于数据字典和数据规范的要求 采用预定义的检查规则 以自动检查为 主 人工交互为辅的方式 对目标数据的空间拓扑规则 数据模型 值域范围 等技术项进行检查 数据检查子系统考虑实现基于规则和方案驱动的自动化设计 通过对质检 规则的灵活的增加 删除 修改 定制质检方案 减少人工干预的工作量 提 高质检效率 4 3 3 2 数据入库子系统数据入库子系统 数据入库子系统主要提供各类不同框架数据的数据入库功能 地理实体 地理实体的入库方式按照一次入库的图幅数量的不同可分为单幅入库和批 量入库 而入库的模式上 可以选择是追加入现有的图层或者是创建新图层 电子地图 电子地图数据指的经过图幅整饰 符号化操作之后的地图成果 基于 ArcGIS 技术路线 入库管理的数据的形式主要是 MXD 的制图文件 另一方面 大量预渲染好的地图切片成果需要入库管理 管理形式以文件组织为主 地名地址 地名地址数据可作为普通点图层直接入库 同时还可支持批量入库 影像 地表影像 地表影像入库按照具体需要 考虑采用文件形式和数据库保存结合的方式 32 对所有入库的地表影像需创建金字塔 支持多幅数据的批量入库 入库的影像数据需建立索引目录管理结构 便 于影像数据的查询使用以及入库数据的管理 更新 构筑物纹理 构筑物纹理入库同时将数据进行切片存储 支持在入库过程中创建构筑物 纹理数据的索引目录 比如按相应行政区目录 建筑