1、面向服務的三維地理信息共享和服務平臺建設摘要：面向服務的三維地理信息的共享，不僅可以保證政府部門之間的信息暢通、減少政府重復投資和保證空間數(shù)據(jù)的一致，同時不同部門的數(shù)據(jù)共享還可以對復雜的地學和社會經(jīng)濟相關問題進行分析，方便政府部門決策的制定。闡述三維地理信息共享和服務平臺的總體構架、以及基于skyline軟件實現(xiàn)這些內(nèi)容的方法，介紹平臺的主要服務功能，該平臺可廣泛應用于各個相關領域，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供切實的測繪保障服務。關鍵詞：面向服務，三維地理信息系統(tǒng)，共享服務平臺，skyline1 引言隨著城市的快速發(fā)展，社會、經(jīng)濟、人口等信息急劇增長，地理信息系統(tǒng)的應用變得越來越廣泛，信息共建共享成為城

2、市信息化建設的一項重要任務，也是面向服務時代建設發(fā)展的必然要求。據(jù)統(tǒng)計，城80%以上的政府部門都需要使用地理信息。以地理信息為基礎，實現(xiàn)多種社會經(jīng)濟信息的集成與融合，服務于政府管理和決策分析，為國民經(jīng)濟建設和社會發(fā)展提供支撐，具有非常重要的意義。然而，許多政府部門存在著利用手段不當、應用水平不高、地理信息滯后、部門之間信息資源難以共享的問題。同時，各單位部門建立的電子辦公平臺也是相互獨立的，導致空間數(shù)據(jù)更新力度不同、無法統(tǒng)一，也為地理信息資源共享和應用帶來了隱患。目前我國城市地理空間數(shù)據(jù)共享基本上是采用磁盤拷貝或簡單的網(wǎng)絡文件共享方式進行的，給數(shù)據(jù)使用部門造成很大的壓力，同時空間數(shù)據(jù)提供部門也

3、要不斷對分布在不同部門的空間數(shù)據(jù)進行維護和更新，工作量大，而且更新時限難以保證。為了實現(xiàn)地理空間信息的跨平臺、跨部門的共享，本文以skyline軟件為基礎，旨在建設一個面向服務的三維地理信息共享和服務平臺，以基礎地理框架數(shù)據(jù)為核心，搭建一個基于網(wǎng)絡的、公共的、面向服務的、開放的空間定位平臺，為各類信息資源的整合奠定基礎。2 面向服務的地理信息共享iso、ogc和fgdc等標準化組織在2005年底依據(jù)面向服務體系架構和地理信息共享特性制定了相關標準和規(guī)范，提出了統(tǒng)一的地理信息服務接口概念，使得用戶可以通過相同方式訪問不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，而無須掌握數(shù)據(jù)源的位置和內(nèi)部結構。面向服務的地理信息共享的基本

4、思想是不同的地理信息系統(tǒng)遵循上述標準開發(fā)各自的web服務。其他的地理信息系統(tǒng)或者客戶端通過調(diào)用其web服務的服務接口訪問其可以提供的地理數(shù)據(jù)，而且不同web服務之間也可以直接調(diào)用彼此的服務接口進行交互。web服務為用戶屏蔽了地理信息系統(tǒng)以及其內(nèi)部數(shù)據(jù)結構的差異性，而且通過網(wǎng)絡使用戶能夠訪問到更多類型、更廣范圍內(nèi)的地理信息。skyline是美國skyline軟件公司發(fā)布的地理信息三維顯示、瀏覽與分析軟件，它具有類似于google earth 的全球三維地形及影像瀏覽、地物建模與三維地理信息查詢等功能。skyline軟件是利用航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型和其它2d或3d信息源，包括gis數(shù)據(jù)集

5、等創(chuàng)建的一個交互式環(huán)境。它能夠允許用戶快速的融合數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)庫，并且有效地支持大型數(shù)據(jù)庫和實時信息流通訊技術，此系統(tǒng)還能夠快速和實時地展現(xiàn)給用戶3d地理空間影像。skyline是獨立于硬件之外、多平臺、多功能的一套軟件系統(tǒng)。另外，skyline軟件支持面向服務的體系結構（service-oriented architecture，soa），可以根據(jù)需求通過網(wǎng)絡對松散耦合的粗粒度應用組件進行分布式部署、組合和使用?；趕kyline軟件的這些特點和優(yōu)勢，此服務平臺在該軟件的基礎之上來創(chuàng)建。本文提出的三維地理信息共享和服務平臺是基于現(xiàn)有基礎地理信息數(shù)據(jù)，提取和擴充公共地理空間框架數(shù)據(jù)，依托城市電

6、子政務內(nèi)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，建立省、市、縣分布式的公共地理信息數(shù)據(jù)體系和網(wǎng)絡化的地理信息服務體系，為各級政府科學決策、應急管理、公共服務和公眾日常生活等提供“一站式”在線三維地理信息綜合服務，實現(xiàn)跨地區(qū)、跨部門的地理信息資源互聯(lián)互通和集成應用，建立有效的運行、管理、維護、更新的政策機制，全面提升城市地理空間信息公共服務能力和水平。具體包括：（1）實現(xiàn)地理信息資源的互聯(lián)互通：依據(jù)統(tǒng)一技術規(guī)范，整合多尺度地理信息資源，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡化運行環(huán)境的地理信息資源互聯(lián)互通。（2）提供一站式的三維地理信息綜合服務：建成分布式三維地理信息服務系統(tǒng)，提供信息三維瀏覽、標圖制圖、導航定位、信息加載、數(shù)據(jù)分析等網(wǎng)絡化三維地理

7、信息服務功能及二次開發(fā)接口，為政府、企業(yè)、公眾提供在線三維地理信息服務。3 三維地理信息共享和服務平臺設計3.1 總體結構設計本平臺主要采用b/s結構，即客戶端通過瀏覽器（browser）訪問服務器，基于門戶網(wǎng)站實現(xiàn)各種功能的展示和二次開發(fā)接口調(diào)用。本平臺由四個層次構成，即運行支撐層、數(shù)據(jù)層、服務層和應用層。（1）運行支撐層運行支撐層中包括的平臺標準體系和運行環(huán)境體系兩部分，貫穿于整個平臺。平臺標準體系包括平臺數(shù)據(jù)規(guī)范、服務規(guī)范和應用規(guī)范；運行環(huán)境體系包括網(wǎng)絡、計算機、存儲備份系統(tǒng)、安全保密體系、環(huán)境設施和管理辦法等。如圖3-1所示：圖3-1 運行支撐層示意圖（2）數(shù)據(jù)層主體內(nèi)容是公共地理框架

8、數(shù)據(jù)，包括電子地圖數(shù)據(jù)、地理實體數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、三維模型、元數(shù)據(jù)等。其是在多尺度基礎地理信息數(shù)據(jù)的基礎上，根據(jù)在線瀏覽標注和社會經(jīng)濟、自然資源信息空間化掛接等需求，按照統(tǒng)一技術規(guī)范進行整合處理，采用分布式的存儲與管理模式，在邏輯上規(guī)范一致、物理上分布，彼此互聯(lián)互通，并以“共建共享”方式實現(xiàn)協(xié)同服務。數(shù)據(jù)的處理、存儲、編輯等由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)來實現(xiàn)。各級節(jié)點的公共地理框架數(shù)據(jù)采用分布式存儲與管理模式，所有數(shù)據(jù)資源在邏輯上規(guī)范一致、物理上分布，彼此互聯(lián)互通。如圖3-2所示：圖3-2 數(shù)據(jù)層示意圖（3）服務層服務層是平臺建設的核心內(nèi)容。主要包括平臺門戶網(wǎng)站、服務管理系統(tǒng)、在線地理

9、信息服務系統(tǒng)、二次開發(fā)接口庫。門戶網(wǎng)站是共享平臺的統(tǒng)一訪問界面，提供包括認證服務、目錄服務、元數(shù)據(jù)服務、地理編碼服務、數(shù)據(jù)接口服務、定制查詢、數(shù)據(jù)發(fā)布服務、二次開發(fā)服務、地圖應用服務以及其他服務，并通過交換管理系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一管理。普通用戶主要通過門戶網(wǎng)站獲得所需的在線地理信息服務，專業(yè)用戶則可通過調(diào)用二次開發(fā)接口，在平臺地理信息上進行自身業(yè)務信息的分布式集成，快速構建業(yè)務應用系統(tǒng)。圖3-3是總體結構中服務層的顯示：圖3-3 服務層示意圖（4）應用層應用層是各級政府部門、專業(yè)部門和社會公眾基于平臺服務建立的應用系統(tǒng)的集合。從用戶角度看，平臺是一個信息服務機構，用戶通過應用系統(tǒng)完成對地理信息共享平臺

10、所提供各類信息服務的使用。圖3-4 應用層示意圖3.2 面向服務的產(chǎn)品數(shù)據(jù)建設平臺涉及的面向服務的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的主體內(nèi)容是公共地理框架數(shù)據(jù)。它是在現(xiàn)有基礎地理信息數(shù)據(jù)基礎上，針對社會經(jīng)濟信息空間化整合和在線閱覽標注等網(wǎng)絡化服務需求，依據(jù)統(tǒng)一技術標準和規(guī)范，經(jīng)過內(nèi)容提取與分層細化、模型對象化重構、符號化表現(xiàn)、安全保密處理等加工形成的以面向地理實體、分層細化為重要特征的政務版和公眾版地理信息數(shù)據(jù)。面向服務的產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括地理實體數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)和三維景觀數(shù)據(jù)等。如圖3-5所示：圖3-5 面向服務的產(chǎn)品數(shù)據(jù)3.3 基于skyline的地理信息共享基于skyline的地理空間

11、信息的管理與發(fā)布流程如下：terrabuilder創(chuàng)建的三維地形數(shù)據(jù)庫（mpt）通過terragate直接發(fā)布mpt，或者結合direct connect直連模塊發(fā)布原始影像數(shù)據(jù)；本地矢量數(shù)據(jù)以及wfs和wms通過sfs實現(xiàn)網(wǎng)絡發(fā)布，最后在terraexpolore pro平臺上加載，配置三維場景制作成fly文件，進行iis網(wǎng)絡發(fā)布，以及開發(fā)定制b/s架構的應用程序，實現(xiàn)用戶基于網(wǎng)絡的應用與服務。圖3-6是skyline軟件數(shù)據(jù)管理與發(fā)布的流程圖。圖3-6 skyline數(shù)據(jù)管理與發(fā)布流程4 主要功能三維地理信息共享和服務平臺建設是基于面向服務的設計理念，符合國際通用的開放式服務標準，提供豐富

12、的地理信息服務組件和資源，能夠保證用戶既能實現(xiàn)地理信息的在線獲取與應用，也能使用這些服務組件或資源快速建立各種專題應用系統(tǒng)。其具有以下功能：4.1認證服務通過認證服務接口的調(diào)用對用戶使用各項服務的資格進行驗證，以接口的形式提供認證服務，確認用戶可否獲得授權調(diào)用相關服務。系統(tǒng)用戶訪問平臺提供的其它服務必須攜帶用戶身份信息，否則將無法訪問。系統(tǒng)用戶發(fā)送用戶名和密碼到服務器端，服務器端返回給系統(tǒng)用戶一個憑證；系統(tǒng)用戶每次訪問平臺的服務必須攜帶該憑證。認證服務可用cookie或http的頭信息來實現(xiàn)。涉及保密的數(shù)據(jù)和接口需要采取ip限制，嚴格限定用戶和用戶登錄的地址。4.2目錄服務網(wǎng)絡目錄服務（cat

13、alogue service for web）提供網(wǎng)絡發(fā)布、發(fā)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和地理信息服務元數(shù)據(jù)的功能，完成將空間數(shù)據(jù)與服務的元數(shù)據(jù)注冊到目錄服務中以方便管理和查詢。ogc csw是行業(yè)公認的、開放的標準在線目錄服務接口，提供了用于發(fā)布與訪問地理空間數(shù)據(jù)、服務以及相關資源信息元數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡目錄服務接口。ogc csw服務訪問接口支持http協(xié)議，共享平臺的客戶端和服務端之間采取標準http協(xié)議的“請求-響應”機制進行交互。目錄是根據(jù)政務人員或社會公眾的業(yè)務需求，按照統(tǒng)一的目錄體系標準，生成地理信息資源和共享專題信息資源目錄，為政務人員、社會公眾或應用程序提供準確的政務信息資源的發(fā)現(xiàn)和定位服務。目錄按

14、行業(yè)、專題、地理空間信息分類、編碼體系、關鍵詞、用戶定義等多種方式展現(xiàn)。4.3元數(shù)據(jù)服務通過提供元數(shù)據(jù)注冊，按標題、關鍵字、摘要、全文、空間范圍、時間范圍、數(shù)據(jù)類型等方式的元數(shù)據(jù)查詢，元數(shù)據(jù)下載，元數(shù)據(jù)在線編輯，以及數(shù)據(jù)的圖形預覽等功能，方便用戶準確了解數(shù)據(jù)情況。4.4地理編碼服務通過提供基于地名地址匹配的地理編碼服務功能，如地名地址信息的規(guī)范化處理、智能匹配、為匹配數(shù)據(jù)的地址化、專題數(shù)據(jù)圖層生成等等，將外部的專題部門非空間數(shù)據(jù)與地名地址數(shù)據(jù)庫中的信息建立關聯(lián)，實現(xiàn)專題數(shù)據(jù)的空間定位。4.5數(shù)據(jù)接口服務平臺提供的數(shù)據(jù)接口服務包括網(wǎng)絡地圖服務（wms）、地圖要素服務（wfs）和網(wǎng)絡覆蓋服務（wc

15、s）等，各市縣可根據(jù)實際需求確定。為外部應用系統(tǒng)提供訪問符合ogc wms/wfs規(guī)范的空間數(shù)據(jù)訪問接口，平臺還將提供kml服務，使空間數(shù)據(jù)能被更加廣泛的應用。平臺發(fā)布的wms/wfs/kml服務接口能支持常用的gis平臺（例如arcgis、supermap、mapinfo、mapgis等），其wms/wfs/kml服務接口能相互調(diào)用。4.6數(shù)據(jù)發(fā)布服務通過提供專題數(shù)據(jù)的發(fā)布服務功能，以支持其他部門將自身可共享的專題信息以規(guī)定的形式發(fā)布為共享數(shù)據(jù)，提供其他用戶訪問調(diào)用。數(shù)據(jù)發(fā)布時，要求以規(guī)定的形式（wms、mfs等）進行，并將其數(shù)據(jù)的訪問接口在平臺上注冊。4.7服務注冊管理服務通過提供對于第三

16、方服務的注冊管理服務功能，支持服務的注冊、查詢、聚合和鏈接，如：服務源數(shù)據(jù)采集、服務元數(shù)據(jù)有效性檢查、服務注冊、服務元數(shù)據(jù)查詢、服務元數(shù)據(jù)自動更新、服務狀態(tài)監(jiān)測、同類型服務聚合以及在線服務運行情況的統(tǒng)計分析等。服務注冊與反注冊：對在本平臺發(fā)布的服務進行注冊，將需要注冊的服務向一個目錄服務進行登記的活動。提供與上一級節(jié)點的服務注冊接口，允許管理員將市級注冊的服務上傳注冊到省級國家級總節(jié)點。允許服務的反注冊，也就是將服務從平臺服務目錄中刪除。服務注冊應支持主流gis軟件發(fā)布的空間數(shù)據(jù)服務，基于ogc csw 規(guī)范建立。服務審核：對注冊到平臺的服務進行審核驗證，確保服務符合平臺規(guī)范。服務運行控制：服

17、務狀態(tài)監(jiān)測，顯示平臺服務的運行情況，對服務的啟動、停止、重啟、刷新等操作。服務聚合：平臺提供客戶端、web服務層和服務層三個層次的服務聚合能力，用戶可以在少編程甚至不編程的情況下，能夠非常方便的在平臺上使用第三方提供的標準網(wǎng)絡服務。也可將多個平臺的服務聚合到一塊后再發(fā)布成一個新的服務。4.8二次開發(fā)接口服務通過提供標準的二次開發(fā)接口函數(shù)，并支持在已有服務基礎上的進一步擴展功能，以滿足用戶的個性化需求。二次開發(fā)接口庫的用戶是專業(yè)應用系統(tǒng)開發(fā)人員，主要通過接口調(diào)用平臺提供的基本功能。二次開發(fā)接口以支持瀏覽器端開發(fā)為主，需要支持現(xiàn)有比較成熟的開源javascript接口庫，或設計并實現(xiàn)基于javas

18、cript的瀏覽器端開發(fā)接口庫。隨著其他瀏覽器端開發(fā)技術的不斷發(fā)展，應適時設計開發(fā)相應的接口庫，以支持多種應用系統(tǒng)的開發(fā)。利用業(yè)務系統(tǒng)定制向?qū)?，用戶只需?jīng)過簡單的配置，如設置系統(tǒng)部署的服務器ip 地址、虛擬目錄地址，選擇通用gis 功能（如放大、縮小、量算、查詢等），在圖層目錄中勾選系統(tǒng)所需圖層，即可定制屬于自己的業(yè)務系統(tǒng)。提供各種api和接口，允許授權用戶鏈接、引用本平臺提供的地圖數(shù)據(jù)服務和功能服務，進行應用系統(tǒng)開發(fā)。4.9三維地圖服務三維地圖服務指基于遙感影像、dem和各類矢量數(shù)據(jù)提供具有真實地形感的、可靈活交互式的景觀服務。三維地圖服務包含網(wǎng)絡地圖服務（wms）、網(wǎng)絡要素服務（wfs）、

19、地名地址服務、三維地形服務、三維模型服務等，向用戶展示虛擬現(xiàn)實的三維景觀。為方便用戶瀏覽發(fā)布的三維地圖服務，平臺提供專門的三維顯示客戶端軟件的下載，并支持滿足ogc規(guī)范和通用成熟軟件廠商發(fā)布的二維地圖服務的疊加顯示。對二次開發(fā)用戶，三維地圖服務作為標準web service提供。為提高三維地圖顯示和訪問效率，發(fā)布的三維地圖服務已按三種不同的緩存模式：完全數(shù)據(jù)緩存、部分數(shù)據(jù)緩存和按需緩存，構建了三維地圖緩存。完全數(shù)據(jù)緩存是平臺默認提供的三維地圖發(fā)布模式，用戶可快速瀏覽任意區(qū)域和任意比例尺下的數(shù)據(jù)。包括：可視化瀏覽服務、地圖標繪服務、空間查詢服務、空間統(tǒng)計服務和空間分析服務等（如：空間量測、路徑分析、緩沖區(qū)分析、日照分析、通視分析、視域分析、空間影響分析）。圖4-1、4-2分別顯示的是空間量測服務與空間分析服務：圖4-1 空間量測服務5 結束語skyline軟件家族系列產(chǎn)品為網(wǎng)絡和非網(wǎng)絡環(huán)境提供了一個三維交互世界的窗口。讓用戶在本地或網(wǎng)絡環(huán)境下進行基本數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)分析等。產(chǎn)品能夠分離開或根據(jù)用戶需求進行用戶化的特殊定制。初始化界面和在線幫助工具能夠幫助用戶設定適合自己的三維世界窗口來解決特殊的商業(yè)案例。