劉福剛

（淮南聯(lián)合大學(xué)，安徽 淮南 232001）

建立像Azure這樣擴(kuò)展性的框架，可以實(shí)現(xiàn)輕量化的數(shù)據(jù)服務(wù)，人們可以從網(wǎng)頁客戶端實(shí)現(xiàn)對信息的訪問和發(fā)送等，與購買硬件相比，直接與網(wǎng)絡(luò)連接會(huì)比較容易，而且利用云計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)最大程度上的信息管理，建立無障礙的信息系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)一系列的系統(tǒng)功能等[1].地理信息系統(tǒng)就是利用GIS給目標(biāo)用戶提供時(shí)間和空間的數(shù)據(jù)屬性，利用時(shí)空標(biāo)識可以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的獲取.地理信息系統(tǒng)（GIS）就是收集各種地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來實(shí)現(xiàn)服務(wù)，它是一種時(shí)空數(shù)據(jù)處理，對象需要具有空間和時(shí)間的特性.

1 時(shí)空信息和大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)的發(fā)展為時(shí)空地理信息的標(biāo)識提供了新的發(fā)展方向，該技術(shù)具有顯著的3個(gè)特征，其中有：高速性、規(guī)模性、多樣性.處理大數(shù)據(jù)，其實(shí)就是利用軟件和工具，通過建構(gòu)的大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分析、收取、收取、集成等功能.時(shí)空信息數(shù)據(jù)它包含了大數(shù)據(jù)所有的功能，它是針對特定的數(shù)據(jù)領(lǐng)域的集合.這種技術(shù)還需要依賴大數(shù)據(jù)技術(shù)，在數(shù)據(jù)平臺(tái)上設(shè)計(jì).時(shí)空信息數(shù)據(jù)云平臺(tái)的建立，就是在原有的工作平臺(tái)上，構(gòu)建一個(gè)時(shí)空數(shù)據(jù)處理平臺(tái)（GISBDPlatform），通過大數(shù)據(jù)對各種資源進(jìn)行整合，主要在物理載體基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高效的時(shí)空數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)對資源的高效整合和共享[2].

2 GISBDPlatform大數(shù)據(jù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 GISBDPlatform架構(gòu)的設(shè)計(jì)

GISBDPlatform是一種面向多源異構(gòu)形式的地理數(shù)據(jù)，它可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)，連接共享，實(shí)現(xiàn)接收信息等.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)需要經(jīng)過抽取、清洗、融合等方式來處理，實(shí)際的應(yīng)用要根據(jù)需求到中心數(shù)據(jù)中提取.

GISBDPlatform核心的功能就是地理時(shí)空標(biāo)識數(shù)據(jù)集群，包括共享數(shù)據(jù)集與核心數(shù)據(jù)集.地理時(shí)空信息是處理空間地理數(shù)據(jù)的，它將來自不同渠道的資源進(jìn)行整合，為系統(tǒng)提供資源數(shù)據(jù).時(shí)空數(shù)據(jù)有交換數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)傳感器、非空間數(shù)據(jù)等組成.凡是時(shí)空數(shù)據(jù)都是對向上層系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)[3].

GISBDPlatform的分層設(shè)計(jì)框架：

（1）資源層中包括：儲(chǔ)存資源池、計(jì)算資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池等3個(gè)部分.這里所有的資源都是利用虛擬化將其整合在一起，從而實(shí)現(xiàn)資源服務(wù).資源層主要包括計(jì)算、儲(chǔ)存資源、計(jì)算資源等服務(wù)，還有就是基礎(chǔ)性的硬件與基礎(chǔ)硬件上的軟件系統(tǒng)等.對于虛擬化的資源，則是建立在GISCloud服務(wù)平臺(tái)上的.而GISCloud則是在虛擬化層對所有資源進(jìn)行虛擬化，并封裝在GISBDPlatform資源服務(wù)中.

（2）服務(wù)層是由時(shí)空數(shù)據(jù)共享、時(shí)空功能信息服務(wù)兩個(gè)重要的子系統(tǒng)組成，主要是為業(yè)務(wù)邏輯、平臺(tái)支撐、應(yīng)用請求等提供服務(wù)，在時(shí)空信息系統(tǒng)中尋找數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、集成、定制、共享、整理、管理等實(shí)際操作.時(shí)空信息實(shí)現(xiàn)公共的服務(wù)，是在共享數(shù)據(jù)集中實(shí)現(xiàn)信息服務(wù)，它的服務(wù)是面向公眾平臺(tái)的.該層系統(tǒng)和服務(wù)接口連接，可以對應(yīng)用數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，在統(tǒng)一的接口上實(shí)現(xiàn)對上層數(shù)據(jù)的服務(wù).時(shí)空信息共享系統(tǒng)對于相關(guān)業(yè)務(wù)和平臺(tái)提供數(shù)據(jù)的交換和共享的子系統(tǒng)，它是在地理信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對各關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、中心層進(jìn)行服務(wù).

（3）應(yīng)用層就是面向?qū)ο螅汗姾陀脩?這個(gè)系統(tǒng)是在GISBDPlatform層獲取資源和服務(wù)，給用戶提供準(zhǔn)確的地理信息.GISBDPlatform數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)是由系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制.而與云計(jì)算相關(guān)的則是GIS系統(tǒng)中的服務(wù)[4].

2.2 云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

云計(jì)算是多個(gè)服務(wù)器組成的具有相同邏輯的云實(shí)現(xiàn)資源的計(jì)算，從而提供高效的資源分配和安全.首先將底層硬件信息進(jìn)行抽象化，再給上層進(jìn)行計(jì)算和保存資源，云計(jì)算對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，對于底層基礎(chǔ)設(shè)施采取屏蔽，對上層用戶則是透明的，這樣可以保證資源使用的高效性.它就是利用GISBDPlatform云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo).

GISCloud就是對主要資源進(jìn)行整合和提供服務(wù)，GISBDPlatform是在GISCloud基礎(chǔ)上建立的，為系統(tǒng)提供一個(gè)合理的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的服務(wù)對應(yīng)用層和用戶.

GISCloud應(yīng)用平臺(tái)是建立在GIS服務(wù)平臺(tái)上的，具有GIS服務(wù)功能.GIS系統(tǒng)可以服務(wù)管理設(shè)施和平臺(tái)等，同時(shí)也能提供接口給上層的應(yīng)用或是用戶.GIS使用層有兩個(gè)部分的服務(wù)，一個(gè)是對面向?qū)犹峁┑腉IS服務(wù)，二是給面向?qū)犹峁┑腉IS服務(wù).GIS層和它的子系統(tǒng)一同服務(wù)管理和上層應(yīng)用，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)云儲(chǔ)存、云設(shè)施、云計(jì)算、云平臺(tái)等管理和服務(wù).

GISCloud包括GIS應(yīng)用平臺(tái)和GIS服務(wù)平臺(tái)兩個(gè)體系.GIS支撐平臺(tái)的就是將底層硬件細(xì)節(jié)資源進(jìn)行隔離，這樣可以保證基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行對外擴(kuò)展服務(wù).GIS服務(wù)平臺(tái)是在GISCloud云端建立，它可以實(shí)現(xiàn)對底層大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和計(jì)算，它可以為用戶提供計(jì)算機(jī)的服務(wù)器連接，還能提供儲(chǔ)存的服務(wù)器連接.底層資源是建立在異構(gòu)結(jié)構(gòu)中的，利用GIS虛擬化對服務(wù)器進(jìn)行資源的儲(chǔ)存和計(jì)算，它具有高效可利用的邏輯組織、高的擴(kuò)展性和可靠性的基礎(chǔ)資源系統(tǒng).

2.3 分層接口的設(shè)計(jì)

在GISBDPlatform系統(tǒng)中，每個(gè)層的功能都是獨(dú)立，它們是利用接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互.接口的設(shè)計(jì)使用的CDMI協(xié)議.CDMI具有管理和訪問云平臺(tái)的能力，比如：獲取、刪除、產(chǎn)生等操作，這樣就打破了每層之間相互訪問的局限性.CDMI也是面向?qū)ο蠊芾恚膶ο蟀ǎ汗δ?、域、列?duì)、容器等對象.容器對象實(shí)現(xiàn)目錄服務(wù)，不能直接保存數(shù)值.域?qū)ο缶褪钦J(rèn)證用戶真實(shí)性的方法.數(shù)據(jù)對象就是保存數(shù)值的，實(shí)現(xiàn)管理文件的功能.功能對象就是展現(xiàn)CDMI的功能，用戶可以直接獲取功能列表來得到.CDMI包括的元數(shù)據(jù)有：HTTP元數(shù)據(jù)系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、用戶等.不同的元數(shù)據(jù)協(xié)議也是不同的，比如：HTTP元數(shù)據(jù)則是HTTP協(xié)議.

HTTP是在ISO規(guī)范內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)管理、安全的認(rèn)證等進(jìn)行靈活的管理，同時(shí)需要獲得云儲(chǔ)存平臺(tái)上的認(rèn)可.GISBDPlatform使用的接口是CDMI，每個(gè)層之間的數(shù)據(jù)互動(dòng)非常高效且安全，同時(shí)還能在平臺(tái)上進(jìn)行升級操作.

湖北省時(shí)空數(shù)據(jù)總體框架就是從基礎(chǔ)設(shè)施層逐漸對開展開的，在各個(gè)體系中都貫穿了組織管理、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、政策法規(guī)、保障體系等.

（1）數(shù)據(jù)層：該層的主要資源就是空間數(shù)據(jù)庫，它是根據(jù)需求建立“一張圖”，這里就是在地理空間數(shù)據(jù)上進(jìn)行建立的.它是通過煤層對公眾服務(wù)、各部門的專題進(jìn)行匯集，從而實(shí)現(xiàn)涵蓋全省的，最具有權(quán)威的統(tǒng)一性數(shù)據(jù)庫，為實(shí)現(xiàn)時(shí)空數(shù)據(jù)服務(wù)打下基礎(chǔ).時(shí)空數(shù)據(jù)庫包括：調(diào)用、入庫、資源預(yù)處理、更新等一系列的數(shù)據(jù)管理流程，最終實(shí)現(xiàn)時(shí)空數(shù)據(jù)管理的功能.

（2）基礎(chǔ)設(shè)施層：該層的主要內(nèi)容有：網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、機(jī)房環(huán)境、服務(wù)器集群等操作系統(tǒng)、硬件資源、GIS平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫、中間件等軟件資源，是有異構(gòu)或是同構(gòu)設(shè)施資源構(gòu)成.基礎(chǔ)設(shè)施是利用虛擬化技術(shù)對數(shù)據(jù)儲(chǔ)存池、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)資源池進(jìn)行統(tǒng)一服務(wù)，使用虛擬技術(shù)對基礎(chǔ)層進(jìn)行資源的有效整合，建立統(tǒng)一的整體，在通用的接口上就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、儲(chǔ)存功能.

（3）應(yīng)用層：它是建立在北斗時(shí)空基礎(chǔ)上，為水利廳、機(jī)要局、公安廳、農(nóng)業(yè)廳、北斗等提供用戶服務(wù).

（4）平臺(tái)層：可以為用戶提供公共的時(shí)空數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)時(shí)空數(shù)據(jù)的交換和共享，同時(shí)具有對各類時(shí)空信息進(jìn)行管理、交換、整合、共享、集成等服務(wù).

3 結(jié)語

綜上所述，時(shí)空信息數(shù)據(jù)是在大數(shù)據(jù)技術(shù)上建立的GISBDPlatform系統(tǒng)，其中GISBDPlatform是基礎(chǔ)的云平臺(tái)，它貫穿在數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、資源層、服務(wù)層等，使用CDMI接口數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，建立一個(gè)較為完整的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng).GISBDPlatform大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建立，主要是以湖北省建立的時(shí)空信息數(shù)據(jù)框架進(jìn)行分析，該時(shí)空數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理、流轉(zhuǎn)、共享、融合膽囊管服務(wù)功能，對時(shí)空信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行的升級，實(shí)現(xiàn)了時(shí)空信息數(shù)據(jù)的服務(wù).

〔1〕 何亞文,魏海濤,杜云艷.基于云計(jì)算的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)共享平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2016,41(10):1307-1312.

〔2〕 Wiener P,Simko V,Nimis J.Taming the Evolution of Big Data and its Technologies in BigGIS:A Conceptual Architectural Framework for Spatio-Temporal Analytics at Scale[C]//International Conference on Geographical Information Systems Theory,Applications and Management.2017.

〔3〕 張慶全,關(guān)顯明,劉恒飛.黑龍江省、市、縣三級時(shí)空信息云平臺(tái)總體框架設(shè)計(jì)[J].測繪與空間地理信息,2015,38(11):155-157.

〔4〕 Rebelo C,Rodrigues A M,Tenedório J A,et al.Building 3D City Models:Testing and Comparing Laser Scanning and Low-Cost UAV Data Using FOSS Technologies[C]//International Conference on Computational Science and Its Applications.Springer,Cham,2015:367-379.