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1、面向服务的三维地理信息共享和服务平台建设摘要：面向服务的三维地理信息的共享，不仅可以保证政府部门之间的信息畅通、减少政府重复投资和保证空间数据的一致，同时不同部门的数据共享还可以对复杂的地学和社会经济相关问题进行分析，方便政府部门决策的制定。阐述三维地理信息共享和服务平台的总体构架、以及基于Skyline软件实现这些内容的方法，介绍平台的主要服务功能，该平台可广泛应用于各个相关领域，为经济社会发展提供切实的测绘保障服务。关键词：面向服务，三维地理信息系统，共享服务平台，Skyline1 引言随着城市的快速发展，社会、经济、人口等信息急剧增长，地理信息系统的应用变得越来越广泛，信息共建共享成为城
2、市信息化建设的一项重要任务，也是面向服务时代建设发展的必然要求。据统计，城80%以上的政府部门都需要使用地理信息。以地理信息为基础，实现多种社会经济信息的集成与融合，服务于政府管理和决策分析，为国民经济建设和社会发展提供支撑，具有非常重要的意义。然而，许多政府部门存在着利用手段不当、应用水平不高、地理信息滞后、部门之间信息资源难以共享的问题。同时，各单位部门建立的电子办公平台也是相互独立的，导致空间数据更新力度不同、无法统一，也为地理信息资源共享和应用带来了隐患。目前我国城市地理空间数据共享基本上是采用磁盘拷贝或简单的网络文件共享方式进行的，给数据使用部门造成很大的压力，同时空间数据提供部门也
3、要不断对分布在不同部门的空间数据进行维护和更新，工作量大，而且更新时限难以保证。为了实现地理空间信息的跨平台、跨部门的共享，本文以Skyline软件为基础，旨在建设一个面向服务的三维地理信息共享和服务平台，以基础地理框架数据为核心，搭建一个基于网络的、公共的、面向服务的、开放的空间定位平台，为各类信息资源的整合奠定基础。2 面向服务的地理信息共享ISO、OGC和FGDC等标准化组织在2005年底依据面向服务体系架构和地理信息共享特性制定了相关标准和规范，提出了统一的地理信息服务接口概念，使得用户可以通过相同方式访问不同数据源的数据，而无须掌握数据源的位置和内部结构。面向服务的地理信息共享的基本
4、思想是不同的地理信息系统遵循上述标准开发各自的Web服务。其他的地理信息系统或者客户端通过调用其Web服务的服务接口访问其可以提供的地理数据，而且不同Web服务之间也可以直接调用彼此的服务接口进行交互。Web服务为用户屏蔽了地理信息系统以及其内部数据结构的差异性，而且通过网络使用户能够访问到更多类型、更广范围内的地理信息。Skyline是美国Skyline软件公司发布的地理信息三维显示、浏览与分析软件，它具有类似于Google earth 的全球三维地形及影像浏览、地物建模与三维地理信息查询等功能。Skyline软件是利用航空影像、卫星数据、数字高程模型和其它2D或3D信息源，包括GIS数据集
5、等创建的一个交互式环境。它能够允许用户快速的融合数据、更新数据库，并且有效地支持大型数据库和实时信息流通讯技术，此系统还能够快速和实时地展现给用户3D地理空间影像。Skyline是独立于硬件之外、多平台、多功能的一套软件系统。另外，Skyline软件支持面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture，SOA），可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用。基于Skyline软件的这些特点和优势，此服务平台在该软件的基础之上来创建。本文提出的三维地理信息共享和服务平台是基于现有基础地理信息数据，提取和扩充公共地理空间框架数据，依托城市电
6、子政务内网和互联网，建立省、市、县分布式的公共地理信息数据体系和网络化的地理信息服务体系，为各级政府科学决策、应急管理、公共服务和公众日常生活等提供“一站式”在线三维地理信息综合服务，实现跨地区、跨部门的地理信息资源互联互通和集成应用，建立有效的运行、管理、维护、更新的政策机制，全面提升城市地理空间信息公共服务能力和水平。具体包括：（1）实现地理信息资源的互联互通：依据统一技术规范，整合多尺度地理信息资源，实现基于网络化运行环境的地理信息资源互联互通。（2）提供一站式的三维地理信息综合服务：建成分布式三维地理信息服务系统，提供信息三维浏览、标图制图、导航定位、信息加载、数据分析等网络化三维地理
7、信息服务功能及二次开发接口，为政府、企业、公众提供在线三维地理信息服务。3 三维地理信息共享和服务平台设计3.1 总体结构设计本平台主要采用B/S结构，即客户端通过浏览器（Browser）访问服务器，基于门户网站实现各种功能的展示和二次开发接口调用。本平台由四个层次构成，即运行支撑层、数据层、服务层和应用层。（1）运行支撑层运行支撑层中包括的平台标准体系和运行环境体系两部分，贯穿于整个平台。平台标准体系包括平台数据规范、服务规范和应用规范；运行环境体系包括网络、计算机、存储备份系统、安全保密体系、环境设施和管理办法等。如图3-1所示：图3-1 运行支撑层示意图（2）数据层主体内容是公共地理框架
8、数据，包括电子地图数据、地理实体数据、地名地址数据、影像数据、高程数据、三维模型、元数据等。其是在多尺度基础地理信息数据的基础上，根据在线浏览标注和社会经济、自然资源信息空间化挂接等需求，按照统一技术规范进行整合处理，采用分布式的存储与管理模式，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。数据的处理、存储、编辑等由数据管理系统来实现。各级节点的公共地理框架数据采用分布式存储与管理模式，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。如图3-2所示：图3-2 数据层示意图（3）服务层服务层是平台建设的核心内容。主要包括平台门户网站、服务管理系统、在线地理
9、信息服务系统、二次开发接口库。门户网站是共享平台的统一访问界面，提供包括认证服务、目录服务、元数据服务、地理编码服务、数据接口服务、定制查询、数据发布服务、二次开发服务、地图应用服务以及其他服务，并通过交换管理系统实现统一管理。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，在平台地理信息上进行自身业务信息的分布式集成，快速构建业务应用系统。图3-3是总体结构中服务层的显示：图3-3 服务层示意图（4）应用层应用层是各级政府部门、专业部门和社会公众基于平台服务建立的应用系统的集合。从用户角度看，平台是一个信息服务机构，用户通过应用系统完成对地理信息共享平台
10、所提供各类信息服务的使用。图3-4 应用层示意图3.2 面向服务的产品数据建设平台涉及的面向服务的产品数据的主体内容是公共地理框架数据。它是在现有基础地理信息数据基础上，针对社会经济信息空间化整合和在线阅览标注等网络化服务需求，依据统一技术标准和规范，经过内容提取与分层细化、模型对象化重构、符号化表现、安全保密处理等加工形成的以面向地理实体、分层细化为重要特征的政务版和公众版地理信息数据。面向服务的产品数据包括地理实体数据、影像数据、高程数据、地图数据、地名地址数据和三维景观数据等。如图3-5所示：图3-5 面向服务的产品数据3.3 基于Skyline的地理信息共享基于Skyline的地理空间
11、信息的管理与发布流程如下：TerraBuilder创建的三维地形数据库（MPT）通过TerraGate直接发布MPT，或者结合Direct Connect直连模块发布原始影像数据；本地矢量数据以及WFS和WMS通过SFS实现网络发布，最后在TerraExpolore Pro平台上加载，配置三维场景制作成FLY文件，进行IIS网络发布，以及开发定制B/S架构的应用程序，实现用户基于网络的应用与服务。图3-6是Skyline软件数据管理与发布的流程图。图3-6 Skyline数据管理与发布流程4 主要功能三维地理信息共享和服务平台建设是基于面向服务的设计理念，符合国际通用的开放式服务标准，提供丰富
12、的地理信息服务组件和资源，能够保证用户既能实现地理信息的在线获取与应用，也能使用这些服务组件或资源快速建立各种专题应用系统。其具有以下功能：4.1认证服务通过认证服务接口的调用对用户使用各项服务的资格进行验证，以接口的形式提供认证服务，确认用户可否获得授权调用相关服务。系统用户访问平台提供的其它服务必须携带用户身份信息，否则将无法访问。系统用户发送用户名和密码到服务器端，服务器端返回给系统用户一个凭证；系统用户每次访问平台的服务必须携带该凭证。认证服务可用Cookie或Http的头信息来实现。涉及保密的数据和接口需要采取IP限制，严格限定用户和用户登录的地址。4.2目录服务网络目录服务（Cat
13、alogue Service for Web）提供网络发布、发现空间数据和地理信息服务元数据的功能，完成将空间数据与服务的元数据注册到目录服务中以方便管理和查询。OGC CSW是行业公认的、开放的标准在线目录服务接口，提供了用于发布与访问地理空间数据、服务以及相关资源信息元数据的网络目录服务接口。OGC CSW服务访问接口支持HTTP协议，共享平台的客户端和服务端之间采取标准HTTP协议的“请求-响应”机制进行交互。目录是根据政务人员或社会公众的业务需求，按照统一的目录体系标准，生成地理信息资源和共享专题信息资源目录，为政务人员、社会公众或应用程序提供准确的政务信息资源的发现和定位服务。目录按
14、行业、专题、地理空间信息分类、编码体系、关键词、用户定义等多种方式展现。4.3元数据服务通过提供元数据注册，按标题、关键字、摘要、全文、空间范围、时间范围、数据类型等方式的元数据查询，元数据下载，元数据在线编辑，以及数据的图形预览等功能，方便用户准确了解数据情况。4.4地理编码服务通过提供基于地名地址匹配的地理编码服务功能，如地名地址信息的规范化处理、智能匹配、为匹配数据的地址化、专题数据图层生成等等，将外部的专题部门非空间数据与地名地址数据库中的信息建立关联，实现专题数据的空间定位。4.5数据接口服务平台提供的数据接口服务包括网络地图服务（WMS）、地图要素服务（WFS）和网络覆盖服务（WC
15、S）等，各市县可根据实际需求确定。为外部应用系统提供访问符合OGC WMS/WFS规范的空间数据访问接口，平台还将提供KML服务，使空间数据能被更加广泛的应用。平台发布的WMS/WFS/KML服务接口能支持常用的GIS平台（例如ArcGIS、SuperMap、MapInfo、MapGIS等），其WMS/WFS/KML服务接口能相互调用。4.6数据发布服务通过提供专题数据的发布服务功能，以支持其他部门将自身可共享的专题信息以规定的形式发布为共享数据，提供其他用户访问调用。数据发布时，要求以规定的形式（WMS、MFS等）进行，并将其数据的访问接口在平台上注册。4.7服务注册管理服务通过提供对于第三
16、方服务的注册管理服务功能，支持服务的注册、查询、聚合和链接，如：服务源数据采集、服务元数据有效性检查、服务注册、服务元数据查询、服务元数据自动更新、服务状态监测、同类型服务聚合以及在线服务运行情况的统计分析等。服务注册与反注册：对在本平台发布的服务进行注册，将需要注册的服务向一个目录服务进行登记的活动。提供与上一级节点的服务注册接口，允许管理员将市级注册的服务上传注册到省级国家级总节点。允许服务的反注册，也就是将服务从平台服务目录中删除。服务注册应支持主流GIS软件发布的空间数据服务，基于OGC CSW 规范建立。服务审核：对注册到平台的服务进行审核验证，确保服务符合平台规范。服务运行控制：服
17、务状态监测，显示平台服务的运行情况，对服务的启动、停止、重启、刷新等操作。服务聚合：平台提供客户端、Web服务层和服务层三个层次的服务聚合能力，用户可以在少编程甚至不编程的情况下，能够非常方便的在平台上使用第三方提供的标准网络服务。也可将多个平台的服务聚合到一块后再发布成一个新的服务。4.8二次开发接口服务通过提供标准的二次开发接口函数，并支持在已有服务基础上的进一步扩展功能，以满足用户的个性化需求。二次开发接口库的用户是专业应用系统开发人员，主要通过接口调用平台提供的基本功能。二次开发接口以支持浏览器端开发为主，需要支持现有比较成熟的开源JavaScript接口库，或设计并实现基于JavaS
18、cript的浏览器端开发接口库。随着其他浏览器端开发技术的不断发展，应适时设计开发相应的接口库，以支持多种应用系统的开发。利用业务系统定制向导，用户只需经过简单的配置，如设置系统部署的服务器IP 地址、虚拟目录地址，选择通用GIS 功能（如放大、缩小、量算、查询等），在图层目录中勾选系统所需图层，即可定制属于自己的业务系统。提供各种API和接口，允许授权用户链接、引用本平台提供的地图数据服务和功能服务，进行应用系统开发。4.9三维地图服务三维地图服务指基于遥感影像、DEM和各类矢量数据提供具有真实地形感的、可灵活交互式的景观服务。三维地图服务包含网络地图服务（WMS）、网络要素服务（WFS）、
19、地名地址服务、三维地形服务、三维模型服务等，向用户展示虚拟现实的三维景观。为方便用户浏览发布的三维地图服务，平台提供专门的三维显示客户端软件的下载，并支持满足OGC规范和通用成熟软件厂商发布的二维地图服务的叠加显示。对二次开发用户，三维地图服务作为标准Web Service提供。为提高三维地图显示和访问效率，发布的三维地图服务已按三种不同的缓存模式：完全数据缓存、部分数据缓存和按需缓存，构建了三维地图缓存。完全数据缓存是平台默认提供的三维地图发布模式，用户可快速浏览任意区域和任意比例尺下的数据。包括：可视化浏览服务、地图标绘服务、空间查询服务、空间统计服务和空间分析服务等（如：空间量测、路径分
20、析、缓冲区分析、日照分析、通视分析、视域分析、空间影响分析）。图4-1、4-2分别显示的是空间量测服务与空间分析服务：图4-1 空间量测服务5 结束语Skyline软件家族系列产品为网络和非网络环境提供了一个三维交互世界的窗口。让用户在本地或网络环境下进行基本数据生成、数据传输、数据可视化和数据分析等。产品能够分离开或根据用户需求进行用户化的特殊定制。初始化界面和在线帮助工具能够帮助用户设定适合自己的三维世界窗口来解决特殊的商业案例。基于Skyline软件建设的面向服务的三维地理信息共享平台开创了地理信息应用服务的新模式，通过集成的三维地理信息服务，降低了地理信息的使用门槛。平台集成了丰富的数
21、据和功能，可以快速地为政府职能部门构建业务地理信息系统。因此，可以广泛应用于政府宏观决策、公共事务管理、应急指挥调度、资源普查与开发、环境保护与监测、基础设施建设与管理、区域与城镇规划、智能交通与移动通信、防灾减灾、电子商务、物流管理等领域，为各政府部门提供及时、可靠的数据支撑和决策服务，提升政府行政管理的信息化水平和信息资源共享能力，促进城市稳步建设和谐发展，为经济社会发展提供切实的测绘保障服务。参考文献1. 国家测绘局.国家地理信息公共服务平台专项规划（2009-2015）G.北京：国家测绘局，2009.2. 陈军，蒋捷，周旭.地理信息公共服务平台的总体技术设计研究.建设国家地理信息公共服务平台，2009:7-11.3. 彭明军，樊玮.面向服务的政务地理信息共享平台设计与实现J.地理空间信息，2009，7（6）：59-61.4. 王延亮，储晓雷.地理信息公共服务平台模式探讨J.测绘与空间地理信息，2007,30（2）：71-76.5. 徐开明.地理信息公共服务平台建设与现代测绘服务模式J.地理信息世界，2006,4（3）：41-48.6. 张立朝，潘贞，王珂珂.面向服务的地理系信息系统架构研究J.北京测绘，2008,3:5-8.7. 袁存忠.基于Skyline的福建省三维地理信息公共平台的研建.测绘通报，2009,2：54-57.
