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龚健雅:地理信息地理信息公共服务平台及关键技术

现在大家都在用地理信息公共服务平台,都在推这个概念,国家建立了天地图,对整个影响非常大。


   尊敬的各位领导,各位专家,下面我就地理信息公共服务介绍一下相关的关键技术,其中只有一小部分与移动测量有关系,刚才李院士已经讲了很多移动测量技术和应用,其中移动测量在地理信息公共服务方面是一方面应用,我主要介绍地理信息公共服务平台的技术。从这几个方面进行汇报:一是基本概念,二是体系架构,三是关键技术,四是应用系统的开发。

  现在大家都在用地理信息公共服务平台,都在推这个概念,国家建立了天地图,对整个影响非常大。天地图是公共的地理信息公共服务平台,实际上公共服务平台还包括电子政务公共服务平台,主要的概念是在线的系统,为各个部门,各个老百姓提供各种信息服务,各个系统本身可以构建出很多模型,加载自己的信息,构建自己的应用系统。这里面包含一些内容,我们需要解决计算机集群服务,公共服务要有很好的集群计算机,有要家庭网络和公共网络。今天主要介绍一下关于软件方面的技术问题,数据的估值、数据的应用也是非常重要的。

  从地理信息公共服务这个概念来讲,在前几年推出以后,大家都逐渐接受了这么一个概念。它的总体思想就是纵向多极,分级管理,由于现在基础地理信息和各种信息分级管理,国家、省和市是分级管理,希望建一个系统能够把国家省市的地理信息系统集成起来,保持原来分级管理和维护的职能,他们各自进行更新,但是要有一个集成的方案。同一个级别横向来说,我们希望能够建立多部,分建分管,我们国家基础地理信息中心,各个省的基础地理信息中心,各个市的信息中心建立自己的信息系统。其他的教育部门,国土资源部门,规划部门,其他的部门建立自己系统,我们希望这些系统能够一起实现在线集成,兼容补充的软硬件环境,建成以后可以选择不同的软件,可以分布在不同的地方,我们希望进行集成。但是我们强调一点,要有统一的标准,协同的服务,不管是谁建,要按照一个统一的标准进行设计,来进行协同服务,这就是八句话。这个概念对整个地理信息公共服务奠定了一个理论指导的基础,但是如何实现它,我们首先要看一下在体系架构上。

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  在体系架构上现在把它分成两大块,一块是公共服务,一块是电子政务服务。在每一块中又分成垂直的和横向的,垂直的是国家、省、市能够相互调用,横向在各个部门能够相互交付。总体来讲,分成两个大的体系,一个是公共服务体系,一个是专业应用体系。在原来传统地理信息基础之上要增加公共服务系统。以前部门涉及的地理信息系统也好,还是国家测绘局的地理信息系统也好,都是直接从下面大数据库到后面的应用,现在中间由原来的两层改成了三层,这三层主要是什么技术呢?我们需要把原来的基础地理信息重新进行整理,要进行重新组织,在整理的基础之上非常重要的就是把数据切成网片。现在要保持公共服务的效率,它需要数据的设计,要有很好的缩影,传统的DS比较难,我们把地理数据栅格化,然后切成网片,建成金字塔,影像数据一般做了比较大的压缩,大概是20—30倍的压缩,压缩之后建立起金字塔。再加上地理质量和各种分析服务,包括地理服务,地理要素的服务,公共服务覆盖,各种数据的接口,无论是公共应用系统,还是专业应用系统,都是用这种模式,在这里用接口连接。

  从关键技术上有这么几种:首先是要解决一个问题,就是分布式。现在无论是横向还是纵向,都不是一个数据库,都不是一个分布系统,首先要解决注册以及管理,要把各个部门的信息系统目录和国家、省、市各个地方的目录能够集成起来,能够在一个目录下反映当前各个地方各个部门的数据状况,要解决多级或者是平级多个的目录共享问题。这里面有一系列关键技术,包括多种实现方案。我们任何一个单位,加了数据进去,能够在一个总体的目录中反映,有联邦式的方式,有完全复制的方式,还有修格式的方式,能够定期在一两分钟之内探索到每个服务器增加的目录,然后反映到整体的目录系统中来。这是一系列的关键技术。现在我们国家在这方面已经做得相当不错,无论是横向还是纵向的目录系统集成都完全解决了。现在国家的公共服务平台可以延伸到省里,可以延伸到市里,首先解决的问题就是目录的系统问题。

  现在如此海量的数据,从国家和整个全球来说,一个大的集成系统它的数据量非常大,我们可以分布,我们要把一个地球从低分辨率一直能够管理到高分辨率,这个数据量就是多少个PB值。如何把这些数据在一个网络上快速定位,快速查找,需要有一个很好的数据估值。我们要建立一个全球多源,多尺度,多维多实象的海量数据方式。现在技术基本按照网片的方式,分层切片,无论多大的数据文件,最终切成256×256。切片有一个规则,但切片之后对于缩影是非常大的问题,可以用不同的缩影方式。我们提出了叉式缩影方式,根据这个点可以很快查找下一个点,无须放大,就可以快速找到相应的比例尺和服务器。整个网片的管理,讨论分布的可能有不同的数据库管理系统,有文件管理系统,有数据管理系统,还有其他的系统,包括地图,影像,数据和模型,还可能成为一个缓存系统,在这里面提供高效检索索引。索引有多种方式,本身对每个数据块建立起一个索引,如果找不到索引就把这个数据直接调过来,建立起一个从上到下,从粗分辨率到高分辨率的金字塔,有了这个金字塔可以保证数据快速调动,现在的技术基本上都是差不多的,这个方法1997年在广东国土厅采用了,现在运用到数字地球方面来,跟很多技术一致的。

  多服务器并发访问和协同调动问题。我们要实现整个国家和各个省,各个市,各个部门,他们之间的协同访问,首先一个问题是这么多服务器,从每个服务器节点加入进来注册,各个客户端要到目录中心访问,发现这些目录,发现他们的数据,要进行绑定,整个国家就是非常庞大的一个系统。可能有国家地理信息中心上的百台服务器,各个省也有几十台服务器,各个部门还有自己的服务器,到底哪一台服务器应付哪一个用户的访问,我们要有必须复杂的技术,需要做到并发动作。对每个用户的请求要看到,哪一台服务器是最适合对它提供服务,需要给出哪一个服务器现在正忙,要用哪一台服务器代替,这些要在零点几秒之内迅速作出反映,要解决复杂平台的问题,数据的叠加问题。

  基于渐进传输调度的球面三维可视化引擎。数据本身的调动是瓶颈问题,更瓶颈的问题是网络上的传输,现在真正决定网络传输服务平台的效能关键因素是数据的压缩以及传输。这么大的数据量不可能同时调动内存,需要动态调动,当鼠标在这个位置的时候要能够迅速到找这个地方周围的数据,然后把它调到客户端。同时当我们的鼠标稍微定一下的时候,又在自动找旁边的数据,只要我们用了一次以后,我们把这个图已经调出来,有一个自动的多个现存调动缓存。这里面还需要压缩,现在的图象也好,还是矢量地图,都是压缩了20—30倍,要有一个压缩的功能。通过这些数据处理,我们看到的是一个球,但是数据在全国不同的地方,当你迈入到这个地方自动把数据调动出来。

  我们要解决异构系统的问题。我们国家在做天地图和公共服务平台的时候就提出来大家可以各显神通,可以用不同的系统平台来做,没有说哪一个系统最好,所以让各个测绘局和各个城市自己选用,但是要定一个标准,要满足互操作的要求。无论是国外的软件还是国内的软件,现在相互之间都能够满足要求,大家都是基于这个接口的规范。现在整个国家在运行的系统,不同的接口都能够调用。调用有两个层次的互操作,一个是基于API函数操作,一个是基于web service的操作。基于API函数的操作,可以直接调用ARCSDE数据,也可以调GEOGLOBE,GEO本身也可以反过来调GLOBE。同样的道理,根据这些可以调用其他惯用系统信息,现在基本上都是用标准的XMI发布出来,可以直接接到球上,可以放到系统中去,关于专业的沙尘暴数据可以放到网上,包括关于地震的数据,用它的XMI公布出来,把它接进来就可以把这些信息公布出去。最近天地图有一个改版,把每个城市的气象数据接进来,实际上非常简单,把一些数据在网上直接公布。不同的数字地球之间也可以进行无缝连接,可以通过函数,如果我们觉得数据不好,它的更好,可以直接接它的,这涉及到版权问题,但是技术上没有问题。

  今天来了很多的领导和专家,大部分可能是测绘局的,还有其他部门的,测绘局系统都对天地图有比较好的了解,整个系统的设计,整个方案都已经在正常化的运行。天地图现在建立了整个全国的公共服务系统,矢量数据,影像数据,到了300多个城市高空影像,也有一些城市开始生产三维模型。最主要的一点,我要给大家介绍,国家省市节点的服务聚合,各个省市都在开始建立自己的公共服务系统这个系统本身为各个省和市服务,但是国家层面希望把各个省和市纳入到一起,形成整个全国的信息服务网。有几个好处,各个省各个市肯定更新比较快,它的数据和分辨率肯定比国家高,如何把它集在一起,又不能让老百姓知道这个事,它在这个地方访问的时候,老百姓不知道,它只不过是用这个数据。我们有一个标签,看一下国家和省的情况,当我们看山西的时候,上面比例值小的时候是国家的,漫游到比例值大的时候出来了一个小的标签,就是山西综合地理信息中心,那一块的数据是山西提供的,但是老百姓不看这个并不知道,用起来是完全一致的。从国家到省是一个多级分布式的联网,要解决目录问题和标准数据定位问题。同样到市里也是这样,现在有几个市直接接上来的,包括黑龙江的伊春,这是一个比例尺的数据,有中央的数据,有省里的数据,再到下面是伊春的数据,省市可以是两级直接从国家到省,也可以从国家直的,接到市里,中间有辽宁省,我们就把抚顺直接做上来,这个数据就是很重要的。通过这些技术,现在了解其他方面的信息也是很重要,如果上面移动,影像也能够直接进来。可量测的影像,不只是天地图,谷歌也已经提供了链接,它的链接跟我们不一样,以前做一个全景,一个点一个点,最近谷歌做整个街道了,马上把这个图缩小了,放到整个街道的信息,它不像我们做的三维图象,只是把图片拼起来。SOSO地图跟腾讯合作,出来一个街景,然后把地图缩小。这一点来看,对街景影像大家非常感兴趣,最大的好处就是提供了可量测的功能,他们的效率也比较快。

  简单介绍一下天地图的开发。有两种技术,一是API函数,二是基于国家标准来看法。现在有1千多个API函数,我们可以直接用天地图上的数据和软件搭建开发,包括一些开发说明。我们开发了一些系统,包括中国地震,把现在中国地震的每天检测的数据直接在天地图上进行发布,还有一些地方,像武汉市,它在江夏区做了一个应用系统,在上面加了很多功能,但是基本的函数调给天地图了,以及基本的数据也调过来,这样就省了很多做数据和系统的功能。天地图上面已经发布了手机地图,这也不是基于天地图增加开发的。其他的一些应用系统可能不像用天地图的API,而直接用国际上的标准就可以进行开发,这些标准每个系统都支持了,这是我们国家的测绘局跟国务院做的国家专项应急系统,原来已经有一套系统,只是把它接通了,然后就把它放到这里面来,这就解决了系统的集成问题。这是国家电网公司做的一个电网专项应急系统,这些都是已有平台了,通过国家的标准直接来进行开发,不需要很了解天地图,不需要了解GEOGLOBE,这些技术现在已经比较成熟的。

  小结,地理信息公共服务体系架构已经达成了共识,无论是研究的学者还是具体实施的单位都认可了,技术基本成熟,标准也可以达到要求,国家的地理信息公共服务平台已经提供了空间数据共享基础平台和数据,无论是应用系统,是各个地方开发还是国家层面开发系统,都是很快的,非常容易和快速。未来我们要在天地图和公共服务平台上增加软件功能,有一些功能和服务不满足要求的时候直接在网上提供服务,增加增值服务,不像现在只是一个简单的搭建,谢谢大家!

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