智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)解決方案

1、智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)解決方案二0一八年一月二十二日一、平臺(tái)建設(shè)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(shè)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(gè)難題：一是如何改變目前以量取勝 的城市開展模式，實(shí)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(shí)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(shè)施，使之保持活力；最后如何進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)以創(chuàng)造更 多的就業(yè)時(shí)機(jī)，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的開展。在我國資源分配不均衡的現(xiàn)狀 下，需要管理者對(duì)城市資源設(shè)施進(jìn)行完整、有效的監(jiān)控和管理，并在 此根底上對(duì)資源、設(shè)施進(jìn)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(xiàng)設(shè)施狀況，合 理配置資源，減少浪費(fèi)和重復(fù)投資，提升城市的智能化水平和城市建 設(shè)檔次，系統(tǒng)推進(jìn)“智慧城市的建設(shè)，是城市信息化開展的趨勢(shì)。城市地理時(shí)空信息平臺(tái)作為 “智慧城市 整體框架中一個(gè)重要的、 不可缺少的根底設(shè)施，以一種更加直觀的信息可視化方式表達(dá)所有事 物天然俱備的位置特征信息， 是建設(shè)智慧城市的關(guān)鍵性根底信息平臺(tái)。 城市地理時(shí)空信息平臺(tái)通過提供基于位置的信息效勞， 帶動(dòng)個(gè)人消費(fèi)、 企業(yè)應(yīng)用、行業(yè)應(yīng)用和公共管理等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、業(yè)務(wù)創(chuàng)新和應(yīng)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(shí)空信息與智慧城市地理時(shí)空信息系統(tǒng)是一種采集、處理、存儲(chǔ)、管理、分析、輸出地理空間信息及其屬性信息的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。自20世紀(jì)60年代誕生以來，系統(tǒng)開展迅速，應(yīng)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(diǎn)，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(cè)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(tái)之間壁壘清楚，數(shù)據(jù)共享與服 務(wù)共享困難，造成

4、“信息孤島問題。另外，原有平臺(tái)需要不斷升級(jí) 改造、維護(hù)，造成平臺(tái)軟件和硬件建設(shè)的重復(fù)和浪費(fèi)。因此，如何提 高城市地理時(shí)空信息系統(tǒng)軟硬件的利用效率，加強(qiáng)信息共享成為智慧 城市建設(shè)的研究重點(diǎn)。最近開展起來的云計(jì)算技術(shù)為解決上述問題找到了新的途徑。在 云計(jì)算環(huán)境下，通過各種通信網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)選擇相應(yīng)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)系統(tǒng)。系 統(tǒng)平臺(tái)的各項(xiàng)功能將通過通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，用戶可以將各種平臺(tái)應(yīng)用 部署在云計(jì)算供給商所提供的云計(jì)算平臺(tái)中，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整軟件和 硬件的需求。云計(jì)算因其在解決上述問題上具有的巨大優(yōu)勢(shì)，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(jì)算技術(shù)建立了自己的云計(jì)算平臺(tái)。在國 內(nèi)，云計(jì)算開展勢(shì)頭也得到廣泛重視，不同類型的云平臺(tái)建設(shè)的典型 案例日益增多， 涌現(xiàn)出了一系列如北京 “祥云計(jì)算 、上?！霸坪７桨?、 “寧波智慧城市云平臺(tái) 、中國移動(dòng)“ Big Cloud 等云計(jì)算工程。目前，云計(jì)算已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)、電子政務(wù)、信息平安、 網(wǎng)絡(luò)通信等諸多領(lǐng)域。 將云計(jì)算技術(shù)和地理信息技術(shù)相結(jié)合， 通過“云 計(jì)算和“云存儲(chǔ)平臺(tái)，可以使得地理信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算和分 析具有更高可擴(kuò)展性和動(dòng)態(tài)的支持。另外，研究云平臺(tái)環(huán)境下城市地 理時(shí)空信息系統(tǒng)的應(yīng)用模式、效勞體系、存儲(chǔ)遷移等問題顯得很有必 要性

6、和商業(yè)價(jià)值。二、平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容 根據(jù)國家“十二五總體規(guī)劃的建設(shè)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(shí)空云平臺(tái)應(yīng)建立較為完善的公共地 理信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系，平臺(tái)建設(shè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)土地、規(guī)劃、交通、林業(yè)、水 利、稅務(wù)、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(jī)制；最終建成基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行環(huán)境的城市 地理信息效勞平臺(tái)，為政府決策、城市管理、社會(huì)公益效勞等各行業(yè) 提供根底的地理信息效勞。具體建設(shè)內(nèi)容包括以下四點(diǎn)：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(shí)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(shí)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(chǔ)，為智 慧城市提供直觀的展現(xiàn)平臺(tái)，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(tái)的轉(zhuǎn)化，從數(shù)字城市地理空間框架的管理平 臺(tái)向智慧城市的集成運(yùn)營平臺(tái)轉(zhuǎn)化?；跀?shù)據(jù)、效勞及根底設(shè)施可提 供直觀感應(yīng)的特征，將地理時(shí)空信息平臺(tái)提升為智慧城市的集成運(yùn)營 的平臺(tái)，為智慧城市建設(shè)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(shí)基于該平臺(tái)搭建快速配置應(yīng)用系統(tǒng)，為智慧城市的平臺(tái)應(yīng)用開發(fā) 提供支持。第三，平臺(tái)的可拓展性。以云計(jì)算環(huán)境為根底搭建具有云平臺(tái)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(yùn)營模 式的可拓展。為更有效地適應(yīng)智慧城市快速開展和平臺(tái)擴(kuò)展升級(jí)，

8、云 模式的拓展性具有必要性。第四，將原有的系統(tǒng)應(yīng)用納入平臺(tái)的框架應(yīng)用中。在城市時(shí)空信 息平臺(tái)框架中，以原有示范應(yīng)用為根底，建設(shè)具有應(yīng)用根底的平臺(tái)應(yīng) 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(tái)架構(gòu) 智慧城市地理時(shí)空信息云平臺(tái)結(jié)合經(jīng)典云平臺(tái)的設(shè)計(jì)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(tái)共分為四個(gè)核 心層次和兩個(gè)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(yùn)行支持層為根底，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化體系和平安保障體系組成城市地理 時(shí)空信息云平臺(tái)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(wù)訓(xùn)吒'514理侑電椚臺(tái) 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(cái)?shù)厶K評(píng)亞備I11 1理ff*恫.圖2平臺(tái)總體架構(gòu)圖四、關(guān)鍵技術(shù)1、海量數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)技術(shù)城市地理時(shí)空信息云平臺(tái)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(chǔ)大量的小文件。平臺(tái)采用分布式存儲(chǔ)的方式存 儲(chǔ)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(gè)文件 : 一 個(gè)是數(shù)據(jù)文件，保存文件數(shù)據(jù) ; 一個(gè)是索引文件，保存文件的索引信 息；用冗余存儲(chǔ)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(tái)的根底，虛擬化可以在一臺(tái)物理效勞器上聚集多 個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，可以更

10、好地利用效勞器的計(jì)算資源。虛擬化 平臺(tái)軟件幫助客戶搭建公有或私有的虛擬平臺(tái)，供客戶部署應(yīng)用，實(shí) 現(xiàn)效勞器資源的靈活伸縮，降低維護(hù)、升級(jí)本錢。3、負(fù)載、壓力測(cè)試技術(shù) : 不同虛擬機(jī)安裝的軟件不同，實(shí)現(xiàn)的功 能也不同，如何正確評(píng)估虛擬機(jī)分配的資源CPU內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、硬盤空間是否滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，需要我們對(duì)不同類型的效勞器進(jìn) 行負(fù)載、壓力測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整虛擬機(jī)的各項(xiàng)配備資源， 最終在保證系統(tǒng)高效運(yùn)行的同時(shí)充分利用資源。4、3S 技術(shù)在云平臺(tái)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(shí)現(xiàn)對(duì)客戶的地理信息數(shù)據(jù)、效勞數(shù)據(jù)的快速響應(yīng)

11、。五、平臺(tái)應(yīng)用模式基于云計(jì)算的城市時(shí)空信息云平臺(tái)是一項(xiàng)多用戶參與、 多數(shù)據(jù)源、 多應(yīng)用、技術(shù)環(huán)境復(fù)雜的系統(tǒng)工程，平臺(tái)采用三級(jí)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(wù)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(diǎn)-政冊(cè)機(jī)Q C基節(jié)點(diǎn)政府機(jī)溝)(V .j <_- _-_ j vfl仝2r-7i城ib地艸佇.息槪并劃節(jié)點(diǎn)政蔚機(jī)構(gòu)圖3智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)效勞模式圖云平臺(tái)由主節(jié)點(diǎn)、次節(jié)點(diǎn)和基節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，分別依托市、縣區(qū)及相

12、應(yīng)政府部門的地理信息效勞機(jī)構(gòu)，各級(jí)節(jié)點(diǎn)分別管理、提供相應(yīng)信息 數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)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(huì)公眾提供給用效勞，為智慧城市 的運(yùn)行管理提供支撐。數(shù)據(jù)是智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)的根底，如何保證云平臺(tái)正常運(yùn) 行、保護(hù)云平臺(tái)的數(shù)據(jù)資源， 將平臺(tái)穩(wěn)定開展的關(guān)鍵。 根據(jù)不同部門、 機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)保密性要求，云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)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(jī)構(gòu)內(nèi)網(wǎng)實(shí)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(shí)現(xiàn)非涉密地理信 息交換與共享。云平臺(tái)對(duì)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(jì)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)災(zāi)難備份和恢 復(fù)功能，大大地提高數(shù)據(jù)的平安性。六、平臺(tái)根底應(yīng)用效勞智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)在根底數(shù)據(jù)的支撐下，提供四類根底服 務(wù)：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(tái)即服 務(wù)、地理信息根底設(shè)施即效勞。1、地理信息平臺(tái)即效勞地理信息平臺(tái)即效勞是把地理信息整個(gè)開發(fā)環(huán)境作為效勞向外提 供。地理信息平臺(tái)即效勞是提供涉及城市時(shí)空信息系統(tǒng)應(yīng)用一個(gè)開發(fā) 平臺(tái)效勞，包括向開發(fā)人員提供開發(fā)和部署自定義應(yīng)用程序的平臺(tái)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(wù)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(jì)算技術(shù)包 裝效勞，將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在該云平臺(tái)的效勞器上，普通用戶、政 府機(jī)構(gòu)等根據(jù)需求通過互聯(lián)網(wǎng)向廠商訂購應(yīng)用軟件效勞，效勞提供商 免費(fèi)或根據(jù)客戶所定軟件的數(shù)量、時(shí)間的長短等因素收費(fèi)。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(jì)的效勞器、豐富的地理數(shù)據(jù)資 源、強(qiáng)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(tái)應(yīng)用中的最低層次，將云平臺(tái)中的根底 地理信息數(shù)據(jù)有償或免費(fèi)提供給普通公眾、企業(yè)單位及政府機(jī)構(gòu)。我

15、國的地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)、測(cè)繪科學(xué)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(shè)施即效勞地理信息效勞的構(gòu)建可以運(yùn)行在其他商業(yè)公司構(gòu)建的云根底設(shè)施 中。云平臺(tái)運(yùn)營者在以平臺(tái)的根底設(shè)施效勞環(huán)境為根底提供相應(yīng)的計(jì) 算資源、彈性租賃效勞。通過云計(jì)算技術(shù)，平臺(tái)用戶可以租用智慧城 市時(shí)空信息云計(jì)算平臺(tái)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(shè)施的公司主要是Amazon它提供了彈性云計(jì)算(Elastic Compute Cloud , EC2)和簡(jiǎn)單存儲(chǔ)效勞(simpleStorage Service ， S3) 23 兩種租用方式。這種存儲(chǔ)效勞按照每個(gè)月 類似租金

16、的形式行進(jìn)付費(fèi)?，F(xiàn)今的云平臺(tái)使用 REST和簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議(SOAP等標(biāo)準(zhǔn)接 口，用戶可以通過這些接口訪問到相應(yīng)的存儲(chǔ)效勞。在用戶使用模式 上，亞馬遜彈性云計(jì)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(jì)算平臺(tái)，然后調(diào)用亞馬遜的應(yīng)用 編程接口( API)， 對(duì) AMI 進(jìn)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(jì)算平臺(tái)上。七、結(jié)束語智慧城市是城市信息化開展的必然趨勢(shì)，是在數(shù)字城市建設(shè)開展 到一定階段，科學(xué)技術(shù)到達(dá)一定水平，社會(huì)需求到達(dá)一定程度的必然 要求。智慧城市建設(shè)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(jì)開展模