智慧城市時空信息云平臺解決方案

1、智慧城市時空信息云平臺解決方案二0一八年一月二十二日一、平臺建設背景在經(jīng)歷改革開放 30 年后，中國的城鎮(zhèn)化水平已經(jīng)超過了47%，然而城市建設的速度遠遠跟不上日益涌入的人口增長速度，由此帶來 了一系列城市管理者必須面臨四個難題：一是如何改變目前以量取勝 的城市開展模式，實現(xiàn)以質(zhì)取勝的城市開展；二是如何更有效地分配 城市資源，使之實現(xiàn)公平與效率的平衡；另外如何更有效地管理城市 的諸多方面的設施，使之保持活力；最后如何進行產(chǎn)業(yè)升級以創(chuàng)造更 多的就業(yè)時機，促進地方經(jīng)濟的開展。在我國資源分配不均衡的現(xiàn)狀 下，需要管理者對城市資源設施進行完整、有效的監(jiān)控和管理，并在 此根底上對資源、設施進行合理的再分配

2、和管理。在新一輪信息技術(shù) 變革的過程中，基于信息化的良好根底和城市開展定位，依靠信息化 的力量，通過城市信息化的手段，充分了解城市的各項設施狀況，合 理配置資源，減少浪費和重復投資，提升城市的智能化水平和城市建 設檔次，系統(tǒng)推進“智慧城市的建設，是城市信息化開展的趨勢。城市地理時空信息平臺作為 “智慧城市 整體框架中一個重要的、 不可缺少的根底設施，以一種更加直觀的信息可視化方式表達所有事 物天然俱備的位置特征信息， 是建設智慧城市的關(guān)鍵性根底信息平臺。 城市地理時空信息平臺通過提供基于位置的信息效勞， 帶動個人消費、 企業(yè)應用、行業(yè)應用和公共管理等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、業(yè)務創(chuàng)新和應用 創(chuàng)新，為智慧

3、物流、智慧交通、智能電網(wǎng)、智慧城市平安等各種智慧 城市專業(yè)領(lǐng)域提供根底信息效勞，是智慧城市開展的信息載體。智慧水利圖1城市時空信息與智慧城市地理時空信息系統(tǒng)是一種采集、處理、存儲、管理、分析、輸出地理空間信息及其屬性信息的計算機信息系統(tǒng)。自20世紀60年代誕生以來，系統(tǒng)開展迅速，應用也日趨深入和廣泛，逐漸融入信息技術(shù) 的主流，正成為信息產(chǎn)業(yè)新的增長點，是開展?jié)摿薮蟮牡乩硇畔a(chǎn) 業(yè)的重要組成局部之一。目前，各國已建立了各種地理信息系統(tǒng)，用于測繪制圖、資源管理和輔助決策等。隨著信息技術(shù)的開展，由于不同行業(yè)、不同部門之 間缺乏信息溝通與合作，原有系統(tǒng)平臺之間壁壘清楚，數(shù)據(jù)共享與服 務共享困難，造成

4、“信息孤島問題。另外，原有平臺需要不斷升級 改造、維護，造成平臺軟件和硬件建設的重復和浪費。因此，如何提 高城市地理時空信息系統(tǒng)軟硬件的利用效率，加強信息共享成為智慧 城市建設的研究重點。最近開展起來的云計算技術(shù)為解決上述問題找到了新的途徑。在 云計算環(huán)境下，通過各種通信網(wǎng)絡為用戶提供按需即取效勞。這就使 得用戶可以根據(jù)自身的需要特點選擇相應的計算能力和存儲系統(tǒng)。系 統(tǒng)平臺的各項功能將通過通信網(wǎng)絡來實現(xiàn)，用戶可以將各種平臺應用 部署在云計算供給商所提供的云計算平臺中，以實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整軟件和 硬件的需求。云計算因其在解決上述問題上具有的巨大優(yōu)勢，自誕生 以來開展極為迅速。在國際上Google、亞馬

5、遜、IBM、微軟和雅虎等大公司是先行者，并利用云計算技術(shù)建立了自己的云計算平臺。在國 內(nèi)，云計算開展勢頭也得到廣泛重視，不同類型的云平臺建設的典型 案例日益增多， 涌現(xiàn)出了一系列如北京 “祥云計算 、上海“云海方案、 “寧波智慧城市云平臺 、中國移動“ Big Cloud 等云計算工程。目前，云計算已經(jīng)廣泛應用于電子商務、電子政務、信息平安、 網(wǎng)絡通信等諸多領(lǐng)域。 將云計算技術(shù)和地理信息技術(shù)相結(jié)合， 通過“云 計算和“云存儲平臺，可以使得地理信息數(shù)據(jù)的存儲、計算和分 析具有更高可擴展性和動態(tài)的支持。另外，研究云平臺環(huán)境下城市地 理時空信息系統(tǒng)的應用模式、效勞體系、存儲遷移等問題顯得很有必 要性

6、和商業(yè)價值。二、平臺建設目標和內(nèi)容 根據(jù)國家“十二五總體規(guī)劃的建設內(nèi)容，作為智慧城市的地理 空間信息的提供載體，城市地理時空云平臺應建立較為完善的公共地 理信息數(shù)據(jù)存儲體系，平臺建設應實現(xiàn)土地、規(guī)劃、交通、林業(yè)、水 利、稅務、民政、公安等公共部門及民用企業(yè)互聯(lián)互通，形成地理信 息資源共享交換機制；最終建成基于云計算的網(wǎng)絡化運行環(huán)境的城市 地理信息效勞平臺，為政府決策、城市管理、社會公益效勞等各行業(yè) 提供根底的地理信息效勞。具體建設內(nèi)容包括以下四點：第一，充分利用空間數(shù)據(jù)集的海量異構(gòu)源數(shù)據(jù)，建立智慧城市地 理時空信息的數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)中心的功能倉庫和集成管理等幾方 面的提升，實現(xiàn)包括二維、三維

7、、元數(shù)據(jù)信息的各類數(shù)據(jù)存儲，為智 慧城市提供直觀的展現(xiàn)平臺，為物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化提供根底和 決策支持。第二，管理效勞平臺的轉(zhuǎn)化，從數(shù)字城市地理空間框架的管理平 臺向智慧城市的集成運營平臺轉(zhuǎn)化?；跀?shù)據(jù)、效勞及根底設施可提 供直觀感應的特征，將地理時空信息平臺提升為智慧城市的集成運營 的平臺，為智慧城市建設提供根底數(shù)據(jù)和各類專題數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)支撐， 同時基于該平臺搭建快速配置應用系統(tǒng)，為智慧城市的平臺應用開發(fā) 提供支持。第三，平臺的可拓展性。以云計算環(huán)境為根底搭建具有云平臺可 拓展性的模式。可拓展性主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)、功能、效勞、和運營模 式的可拓展。為更有效地適應智慧城市快速開展和平臺擴展升級，

8、云 模式的拓展性具有必要性。第四，將原有的系統(tǒng)應用納入平臺的框架應用中。在城市時空信 息平臺框架中，以原有示范應用為根底，建設具有應用根底的平臺應 用，使之作為智慧城市的智慧國土、 智慧交通、 智慧規(guī)劃、 智慧旅游、 智慧醫(yī)療等涉及行業(yè)提供給用支撐。三、平臺架構(gòu) 智慧城市地理時空信息云平臺結(jié)合經(jīng)典云平臺的設計思路，采用 面向效勞的SOA架構(gòu)，采取C/S和B/S混合模式。平臺共分為四個核 心層次和兩個支持體系，即以云效勞管理層、云效勞層、根底數(shù)據(jù)層 和運行支持層為根底，結(jié)合標準化體系和平安保障體系組成城市地理 時空信息云平臺的主體架構(gòu)。總體架構(gòu)如下列圖 2 所示。扯Intern diMSAKh椰

9、IH務訓吒'514理侑電椚臺 即加竹T傀耳氣.!tePi'iiT息乩皓1底芳曙亀捕1 1療確.n irn忡蕾財?shù)厶K評亞備I11 1理ff*恫.圖2平臺總體架構(gòu)圖四、關(guān)鍵技術(shù)1、海量數(shù)據(jù)分布存儲技術(shù)城市地理時空信息云平臺由大量效勞器集群組成，需要為大量用戶提供不同效勞，存儲大量的小文件。平臺采用分布式存儲的方式存 儲海量地理信息數(shù)據(jù)，將小文件合并為大的文件。建立兩個文件 : 一 個是數(shù)據(jù)文件，保存文件數(shù)據(jù) ; 一個是索引文件，保存文件的索引信 息；用冗余存儲的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性。2、虛擬化技術(shù)虛擬化是云平臺的根底，虛擬化可以在一臺物理效勞器上聚集多 個操作系統(tǒng)和應用程序，可以更

10、好地利用效勞器的計算資源。虛擬化 平臺軟件幫助客戶搭建公有或私有的虛擬平臺，供客戶部署應用，實 現(xiàn)效勞器資源的靈活伸縮，降低維護、升級本錢。3、負載、壓力測試技術(shù) : 不同虛擬機安裝的軟件不同，實現(xiàn)的功 能也不同，如何正確評估虛擬機分配的資源CPU內(nèi)存、網(wǎng)絡、硬盤空間是否滿足了系統(tǒng)設計的要求，需要我們對不同類型的效勞器進 行負載、壓力測試，根據(jù)測試結(jié)果動態(tài)調(diào)整虛擬機的各項配備資源， 最終在保證系統(tǒng)高效運行的同時充分利用資源。4、3S 技術(shù)在云平臺中，采用圖片引擎技術(shù)快速訪問地圖，采用 地理編碼技術(shù)獲取地址匹配效勞，采用網(wǎng)格的定位、三維建模等3S技術(shù)，實現(xiàn)對客戶的地理信息數(shù)據(jù)、效勞數(shù)據(jù)的快速響應

11、。五、平臺應用模式基于云計算的城市時空信息云平臺是一項多用戶參與、 多數(shù)據(jù)源、 多應用、技術(shù)環(huán)境復雜的系統(tǒng)工程，平臺采用三級分布結(jié)構(gòu)的效勞模 式和技術(shù)模式，結(jié)構(gòu)效勞模式如圖 3 所示。A 丿1城市埴冗信懇就務I :,城巾地珊苗也岷熱:/ 丿HU奴1泯十亢-政酹川構(gòu).X戦甫地理催息眼錚城甫地叫謐效勞:kJ ' V怖廿.臥政府拭構(gòu):廠 ;r:城陋地理佶盤關(guān)弄'kJ G節(jié)點-政冊機Q C基節(jié)點政府機溝)(V .j <_- _-_ j vfl仝2r-7i城ib地艸佇.息槪并劃節(jié)點政蔚機構(gòu)圖3智慧城市時空信息云平臺效勞模式圖云平臺由主節(jié)點、次節(jié)點和基節(jié)點構(gòu)成，分別依托市、縣區(qū)及相

12、應政府部門的地理信息效勞機構(gòu)，各級節(jié)點分別管理、提供相應信息 數(shù)據(jù)，節(jié)點間之間互聯(lián)互通，在云硬件、云軟件和云效勞的技術(shù)支持 下，為政府部門、企事業(yè)單位和社會公眾提供給用效勞，為智慧城市 的運行管理提供支撐。數(shù)據(jù)是智慧城市時空信息云平臺的根底，如何保證云平臺正常運 行、保護云平臺的數(shù)據(jù)資源， 將平臺穩(wěn)定開展的關(guān)鍵。 根據(jù)不同部門、 機構(gòu)和企業(yè)對數(shù)據(jù)保密性要求，云平臺網(wǎng)絡系統(tǒng)分為涉密廣域網(wǎng)和非 涉密廣域網(wǎng)，其中涉密廣域網(wǎng)利用政府機構(gòu)內(nèi)網(wǎng)實現(xiàn)涉密地理信息交 換與共享；非涉密廣域網(wǎng)利用公眾外網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)非涉密地理信 息交換與共享。云平臺對外的空間根底信息數(shù)據(jù)交換共享，除了特殊 的需要外，要盡量防止

13、直接暴露數(shù)據(jù)自身，利用云計算技術(shù)模式可以 大大提高數(shù)據(jù)的平安保密性，能夠快捷方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)災難備份和恢 復功能，大大地提高數(shù)據(jù)的平安性。六、平臺根底應用效勞智慧城市時空信息云平臺在根底數(shù)據(jù)的支撐下，提供四類根底服 務：地理信息內(nèi)容即效勞、地理信息軟件即效勞、地理信息平臺即服 務、地理信息根底設施即效勞。1、地理信息平臺即效勞地理信息平臺即效勞是把地理信息整個開發(fā)環(huán)境作為效勞向外提 供。地理信息平臺即效勞是提供涉及城市時空信息系統(tǒng)應用一個開發(fā) 平臺效勞，包括向開發(fā)人員提供開發(fā)和部署自定義應用程序的平臺或 中間件。 這些中間件提供的常規(guī)解決方案涵蓋了 API 和開發(fā)工具、 數(shù) 據(jù)庫、業(yè)務流程管理系

14、統(tǒng)等。2、地理信息軟件即效勞地理信息軟件即效勞是指地理信息軟件開發(fā)商利用云計算技術(shù)包 裝效勞，將應用軟件統(tǒng)一部署在該云平臺的效勞器上，普通用戶、政 府機構(gòu)等根據(jù)需求通過互聯(lián)網(wǎng)向廠商訂購應用軟件效勞，效勞提供商 免費或根據(jù)客戶所定軟件的數(shù)量、時間的長短等因素收費。3、地理信息內(nèi)容即效勞 地理信息內(nèi)容即效勞，就是把地理信息的內(nèi)容作為一種效勞向外 提供，比方“云位置效勞，數(shù)以萬計的效勞器、豐富的地理數(shù)據(jù)資 源、強大的 GIS 分析功能連接起來形成一片 “云，用戶按需即取即用。 地理信息內(nèi)容即效勞是云平臺應用中的最低層次，將云平臺中的根底 地理信息數(shù)據(jù)有償或免費提供給普通公眾、企業(yè)單位及政府機構(gòu)。我

15、國的地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享網(wǎng)、測繪科學數(shù)據(jù)共享網(wǎng)都屬于地理信息 內(nèi)容即效勞層次。4、地理信息根底設施即效勞地理信息效勞的構(gòu)建可以運行在其他商業(yè)公司構(gòu)建的云根底設施 中。云平臺運營者在以平臺的根底設施效勞環(huán)境為根底提供相應的計 算資源、彈性租賃效勞。通過云計算技術(shù)，平臺用戶可以租用智慧城 市時空信息云計算平臺的軟件和硬件資源，把地理信息效勞部署在云 中提供。目前，提供這種云設施的公司主要是Amazon它提供了彈性云計算(Elastic Compute Cloud , EC2)和簡單存儲效勞(simpleStorage Service ， S3) 23 兩種租用方式。這種存儲效勞按照每個月 類似租金

16、的形式行進付費?，F(xiàn)今的云平臺使用 REST和簡單對象訪問協(xié)議(SOAP等標準接 口，用戶可以通過這些接口訪問到相應的存儲效勞。在用戶使用模式 上，亞馬遜彈性云計算要求用戶創(chuàng)立基于亞馬遜規(guī)格的效勞器映像(AmazonMachine Image, AMI)。地理信息用戶通過創(chuàng)立自己的AMI將自己的地理信息效勞上傳到彈性云計算平臺，然后調(diào)用亞馬遜的應用 編程接口( API)， 對 AMI 進行使用 和 管理 。 目 前， ArcGIS S :/ 51wendang /doc/d71f95e12166043f2180f5b0erver 已經(jīng)可以部署在 Amazon 的云計算平臺上。七、結(jié)束語智慧城市是城市信息化開展的必然趨勢，是在數(shù)字城市建設開展 到一定階段，科學技術(shù)到達一定水平，社會需求到達一定程度的必然 要求。智慧城市建設已經(jīng)從概念研究邁向?qū)嵺`探索，正在成為城市轉(zhuǎn) 變經(jīng)濟開展模