数字城市数据中心建设方案.docx
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地理信息共享数据中心
建设方案
ESRI（中国）信息技术有限公司
2012年8月
目录
1、 项目概述 4
1.1 背景情况 4
1.2 建设意义 4
1.3 建设目标 5
1.4 指导思想 5
1.5 参考规范与标准 6
2、 现状与需求分析 7
2.1 用户分析 7
2.2 数据建设需求 7
2.3 应用服务需求 8
2.4 性能需求 8
2.5 安全保密需求 9
3、 平台总体设计 10
3.1 平台总体构架 10
3.2 主要建设内容 12
3.2.1标准体系建设 12
3.2.2分层建设内容 12
3.2.2.4应用模板建设 13
3.3 总体技术路线 13
3.3.1基于ArcGIS云GIS解决方案的系统架构 13
3.3.2基于SOA设计平台框架 14
3.3.3基于Web服务实现地理空间数据的共享应用模式 15
3.3.4基于ArcGISServer构筑空间数据服务平台 15
3.3.5基于GISPortal建设平台门户网站 16
3.3.6构筑完整的平台安全技术支撑体系 16
4、 数据层设计 17
4.1 基础地理框架数据构成 17
4.1.1导航级地理实体数据 17
4.1.2影像数据 19
4.1.3高程数据 21
4.1.4地名地址数据 21
4.1.5电子地图数据 22
4.2 框架数据生产处理系统 23
4.2.1基于影像的矢量化数据生产 23
4.2.2基于地理编码的专业图层生成 23
4.2.3数据模型的设计 24
4.2.4数据ETL 25
4.3 框架数据库管理系统 25
4.3.1专业图层划分 25
4.3.2数据库组织 26
4.3.3管理系统功能设计 29
4.4 数据维护更新 33
4.4.1应急更新 33
4.4.2日常更新 33
5、 服务层设计 34
5.1 服务层构成 34
5.2 服务模式 35
5.2.1服务提供模式 35
5.2.2服务使用模式 36
5.3 地理信息服务基础软件 36
5.4 二次开发接口库 38
5.5 平台运维管理系统 39
5.6 门户网站系统 39
5.7 数据交换服务 39
5.7.1功能设计 41
5.7.2系统性能 43
6、 应用系统设计 46
6.1 应用需求 46
6.2 应用模式 46
6.3 专业服务应用 47
6.3.1综合应急指挥 47
6.3.2在交通部门的应用 48
6.3.3在工商税务部门中的应用 50
6.3.4在国土部门的应用 50
7、 典型应用案例 51
案例1：
杭州市基础空间数据库共享服务平台建设及应用 51
背景 51
杭州市基础空间数据库建设及应用现状 52
平台的建设目标和建设内容 54
平台总体设计方案 55
结束语 62
案例2：
卢湾区电子政务地理信息共享平台 63
建设背景 64
解决方案 64
建设特点 65
总结 67
案例3：
云GIS——ArcGISOnline 68
1、项目概述
近年来，内蒙古自治区信息化建设与应用不断深入，网络化地理信息应用如雨后春笋，政府部门和社会大众使用地理信息的方式与频率正在发生翻天覆地的变化。
政府管理决策科学化迫切需要综合利用地理信息；内蒙古自治区信息化建设迫切需要转变地理信息服务方式；以及我区综合减灾和风险管理迫切需要全面、准确、及时的地理信息服务保障等，针对这些重大应用需求，内蒙古自治区经信委认真学习和贯彻落实科学发展观，做出了建设内蒙古地理信息共享数据中心（以下简称“地理信息数据中心”）的战略性决策。
相继推出了一系列有关建设地理信息数据中心的工作计划安排和设计规范要求。
通过对内蒙古自治区经信委相关指导精神和技术要求的深刻理解和体会，我们提出了内蒙古地理信息共享数据中心的整体建设解决方案，以更好地解决地理信息应用在各个政府部门存在的突出问题，提高基础地理信息共享服务能力和水平，促进地理信息产业的发展，更好的服务大局、服务社会、服务民生。
1.1背景情况
地理信息是内蒙古自治区的重要战略信息资源，在政府管理决策、新兴产业发展、人民生活改善等方面发挥着越来越重要的作用。
随着政府管理决策科学化、国家经济与社会发展信息化以及和谐社会建设的不断推进，各级政府部门和社会公众对权威、可靠的地理信息服务的需求与日俱增，迫切要求实现内蒙古自治区多尺度、多类型地理信息资源的综合利用与在线服务。
1.2建设意义
“地理信息数据中心”建设是深入贯彻科学发展观、落实我区信息化建设工作的重要举措，对于增强我区地理信息公共服务能力、发挥地理信息资源的最大效益、提升全社会地理信息资源开发利用水平、促进国民经济又好又快发展具有十分重要的意义。
具体体现为四个方面：
（1）切实地提升我区地理信息公共服务能力；
（2）有效地促进地理信息的深入广泛应用；
（3）充分地发挥地理信息资源的最大效益；
（4）有力推进地理信息产业的技术进步。
1.3建设目标
“地理信息数据中心”建设的总目标是：
建立较为完善的公共地理信息数据体系，建立“一站式”在线地理信息协同服务机制；建立与土地、交通、教育、林业、水利、民政、公安等部门互联互通，形成地理信息资源共建共享交换机制。
最终建成基于电子政务网的网络化运行环境的地理信息共享服务平台，为政府宏观决策、应急管理、社会公益服务提供在线地图与地理信息服务，全面提升信息化条件下我区地理信息公共服务能力和水平。
其具体目标有：
（1）实现全区地理信息资源的互联互通：
建立全区统一的地理信息资源体系，建成基于电子政务网的网络化运行环境，实现自治区级主节点、东西部分节点以及盟市级信息基地的地理信息资源互联互通。
（2）提供一站式的地理信息综合服务：
建成基于云GIS架构的地理信息共享与应用开发环境，提供信息浏览、标图制图、数据交换、导航定位、信息加载、系统搭建等网络化地图与地理信息服务功能，为政府宏观决策、应急管理等提供权威高效的地理信息协同服务，为公众提供内容丰富的公开地图与地理信息服务。
（3）形成业务化运行维护与管理机制：
建立健全“地理信息数据中心”运行维护有关规定和管理办法，建成“地理信息数据中心”服务管理、运行调度等系统，形成24小时不间断运行服务机制，为“地理信息数据中心”的资源管理、服务调度、运行监控及适时更新等提供有力的保障。
1.4指导思想
（1）需求牵引、保障服务：
面向政府宏观决策、应急管理、社会公益服务等对在线地图与地理信息服务的迫切需求，充分发挥内蒙古自治区各部门长期积累的基础地理数据资源、服务架构及更新优势，以多元化公共地理数据为基础，以分布式数据管理为手段，以网络化信息服务为方式，以适时数据更新为保障，开展“地理信息数据中心”设计和建设，最大限度地满足跨部门、跨地区地理空间信息共享与应用的需要。
（2）统一标准、集成创新：
充分借鉴国内外先进经验，采用先进成熟的技术标准与方法，做好“地理信息数据中心”概念设计与技术规范制定，力求在公共地理框架数据、网络化地图与地理信息服务形式、纵横向网络互联互通等关键问题上有所创新，形成符合国情、先进实用、标准统一的“地理信息数据中心”设计方案与技术方法。
（3）统筹兼顾、持续发展：
“地理信息数据中心”建设是一个技术复杂、涉及面广、周期较长的超大型地理信息工程。
总体设计要兼顾当前急需与未来扩展，功能设计要有较强的开放性和扩展性，自治区级主节点和东西部分节点、盟市级信息基地建设既要符合统一技术要求，也要发挥自身特点，并为今后技术提升、功能升级留有余地；系统建设要在统一规划指导下，急用先行，分步实施。
1.5参考规范与标准
本设计将遵循和参照国家和有关主管部门制定和发布的一系列与公共信息平台建设有关的技术标准规范与管理规定，主要分为三类：
（1）计算机信息系统有关标准规范与规定：
如电子政务信息系统技术规定、信息安全保密规定等。
（2）国家及行业地理信息技术标准规范：
如基础地理信息要素分类与代码、地理元数据标准、OGC服务标准等；
（3）地理信息服务的有关管理规定：
如测绘成果密级划分、公开地图发布规定等。
（4）国家测绘局发布的地理信息共享服务平台建设方面的标准规范文件。
2、现状与需求分析
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2.1 用户分析
空间信息共享主要面对的用户有三类：
社会公众、企事业和政府部门。
根据不用的用户对空间信息的需求不同，共享的途径和使用方式也不尽相同。
即使是政府，不同的职能部门对空间信息的需求也有很大差别。
在此，我们仅做简单划分和分析。
对于三类用户来说，空间信息共享的服务模式如下图所示：
【图2 1】空间信息共享的服务模式
2.2 数据建设需求
根据数据来源、数据内容的不同，可以将数据分为基础地理信息数据和来自各职能业务部门的专题数据。
（1）基础地理信息数据，主要包括航空航天遥感数据（DOM）、数字地面高程数据（DEM）、数字栅格地形图数据（DRG）、数字矢量地形数据（DLG）等，并逐步形成动态更新机制，在一定程度上保证数据的更新维护。
（2）专题业务数据，政府各职能部委积累了大量的与地理空间分布有关的自然资源专题数据和人文经济数据。
如：
人文和社会经济发展信息数据、土地利用现状和规划等信息数据等。
但由于缺乏空间数据的支持，专题数据多以二维关系型数据保存。
通过对各部门对空间地理数据的需求分析，从宏观、中观到微观不同层次的管理决策、不同的应用目的、不同的信息使用者,其对空间基础信息的需求程度往往是不一致的。
这需要平台能够灵活适应不同的需求，提供不同详尽程度的空间基础信息和产品，能够提供从城市大比例尺的、多种比例尺的、多类型的、覆盖范围广的空间基础地理信息，即使对于同一比例尺、同一类型的空间基础地理信息，也要能够依据不同的应用目的和应用对象,提供简繁程度不同的信息。
2.3 应用服务需求
地理信息数据中心的核心内容是提供在线的数据服务，而各部门对数据服务的使用需求主要可分为两个层次。
一方面各部门跨部门的数据需求普遍而迫切，但目前却难以实现共享交流，已在一定程度上影响了相关部门业务的顺利进行，因此对跨部门数据共享呼声很高。
例如，应急部门的业务应用，可能需要集成规划、交通、公安等各方面的数据资源，而获得多个部门的数据文件通常是非常困难的。
另一方面在于业务应用对及时现势性数据的需求，空间数据最重要的特性就是其时效性，各业务部门的具体的应用需要及时更新的数据来支撑，而传统方式的离线数据复制已带来了数据现势性差、缺乏统一标准的空间定位、更新维护复杂等诸多弊端，基于SOA的系统架构，通过数据服务的方式，从技术角度能够很方便的为基于平台的专题应用提供最新的数据资源，改变了过去数据更新流程、手续复杂难以执行的弊端，重点在于对平台数据资源的及时更新维护。
2.4 性能需求
根据内蒙古自治区基础地理信息数据中心的建设要求，各节点的并发访问数不少于100，远距离访问地理信息服务的时间等待限制在4～5秒内，互操作和信息加载的服务等待时间不能超过15秒。
为满足以上性能指标要求，需要有强大的计算能力支撑环境，选择正确、合理的硬件资源是保证平台正常运行的基础和保障。
考虑到系统运行后各盟市以及委办局大量实时的在线访问需求，平台硬件资源配置方案应充分体现系统灾备和异常宕机快速恢复的需要，具备灵活、可扩展的体系架构，以充分应对未来平台应用不断发展的需要。
2.5 安全保密需求
地理信息数据中心既包括服务中心节点内部复杂的存储、服务局域网同时也包括由运行在平台之上的大量应用一起组成的广域网络。
因此，平台建设一方面要求考虑平台内部局域网络的安全，另一方面要求考虑面向平台服务的网络安全。
为保障地理信息数据中心的安全需要，必须在综合分析平台整体安全需求的基础上构筑一个完整的安全服务体系。
包括：
（1）安全保密工作贯穿于网络设计、基础软硬件选择及平台系统开发建设、数据工程等各个层面；
（2）要求采用操作权限控制、设备钥匙、密码控制、系统日志监督、数据更新严格凭证等多种手段防止平台数据被窃取和纂改；
（3）用户认证、安全管理要和电子政务网络中统一部署的安全应用支撑平台进行集成。
数据是地理信息数据中心的血液和基础，如何保证信息平台连续不断的运行、保护信息平台中最宝贵的数据资产，将地理信息数据中心稳定发展的关键。
平台对外的空间基础信息数据交换共享，除了特殊的需要外，要尽量避免直接暴露数据自身，以提高数据的安全保密性。
随着平台的不断完善和发展，将会有越来越多的关键业务与数据集中于平台计算机系统中，能否提供一个高可靠性和高可用性的网络服务成为衡量服务质量的一个重要指标；同时，计算机系统无时无刻不受到来自自然灾害、人为因素、供电、病毒、黑客攻击等各方面的破坏和侵袭，具备快捷方便的灾难恢复和数据恢复功能就成为平台安全保密需求的重要目标。
为此，必须为平台设计出智能、高效的数据备份与恢复方案。
3、平台总体设计
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3.1平台总体构架
“地理信息数据中心”具有三级与三层结构体系。
按照“地理信息数据中心”行政建设级别的不同，针对从自治区到各个盟市地方地理信息资源联通的要求，“地理信息数据中心”拟由主节点、分节点和信息基地构成。
主节点、分节点和信息基地分别依托自治区主节点、东西部分节点、盟市信息基地的三级地理信息服务机构，各级节点针对管理不同比例尺级别的数据，节点间通过电子政务网实现纵横向互联互通，如下图所示。
【图3 1】不同级别节点之间互联互通
所有节点与信息基地在平台管理系统的统一调度之下，形成一体化的地理信息服务资源，向政府部门和公众提供在线为主、离线和移动为辅的地图和地理信息服务。
抽象归纳地理信息数据中心建设的具体内容，可将其划分为三层的建设结构。
地理信息数据中心节点具有相同的三层技术结构以及一致的对外服务接口。
三层技术结构是指数据层、服务层、运行支持层，如下图所示。
三层内容构成了整个地理信息数据中心的完整体系，而基于地理信息数据中心，可搭建相应的专业应用系统。
【图3 2】“地理信息数据中心”的三层结构
（1）数据层：
主体内容是公共地理框架数据。
它是面向地理信息网络化服务需求，依据统一技术规范而构建的一体化地理信息资源体系。
公共地理框架数据采用分布式存储与管理模式，按照自治区主节点、东西部数据中心、盟市信息基地三级进行部署，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，并以“共建共享”方式实现协同服务。
（2）服务层：
根据多数用户对基础地理信息应用的共性需求而设计并实现的系列标准服务接口，以及在此基础上建立的门户网站系统、在线服务系统和服务管理系统。
专业用户可以通过接口实现平台地理信息与其自身业务信息的分布式集成，并快速构建业务应用系统。
普通用户可以访问门户网站获得各类在线地理信息服务。
（3）运行支持层：
主要包括网络、云GIS基础设施、云GIS资源池、安全保密系统等硬环境和技术规范与管理办法等软环境。
其中云GIS基础设施部分由一定规模同构或异构的基础设施资源组成。
资源不仅包括主机、存储、网络及其他硬件设备，同时也包括操作系统、数据库、中间件、GIS平台等软件。
资源池构建在基础设施层之上，是通过云计算虚拟化技术对基础设施资源进行全面整合而形成的一个庞大的云计算资源池，在这个资源池中包含有经过池化的GIS服务资源实例，所有资源实例都是通过标准化的服务器流程，由镜像库中的镜像模板创建而成。
安全保密系统实现全系统安全保密策略的统一配置、分发和管理，满足国家有关安全保密管理要求。
技术规范是依据有关国家、行业标准规定或制订的，包括数据规范、服务规范、运行支持规范、应用规范等。
3.2 主要建设内容
3.2.1标准体系建设
地理信息数据中心的建设是一个多样用户参与、使用多种技术环境、包括多数据源的，建立多样应用的庞大、复杂的系统工程，为保证系统建设的顺利进行，必须建立起规范平台建设各个环节的标准体系。
主要包括有数据标准体系建设、服务标准体系建设、安全标准体系建设以及应用标准体系建设。
3.2.2分层建设内容
3.2.2.1数据层建设
主要是对基础地理信息数据进行内容提取、数据加工、分层细化、模型对象化重构、统计分析、符号化表现等处理改造，形成用于地理信息数据中心的公共地理框架数据，通过云GIS平台运行支持环境进行存储、管理和更新。
3.2.2.2服务层建设
主要是开发并部署在线服务系统、服务注册管理系统、用户管理系统、平台门户网站、二次开发接口库等内容。
其中在线服务系统提供地图和地理信息服务；服务注册管理系统是全区各级节点提供的地理信息服务的“黄页”系统；用户管理系统实现对各类用户的注册、权限、日志、管理等；门户网站是用户了解并获得平台信息资源和服务的入口。
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，在平台基础上进行自身业务信息的分发式集成，快速构建业务应用系统。
3.2.2.3运行支持层建设
主要是构建基于电子政务网的网络接入环境，以及云计算平台数据库服务、存储备份、安全保密控制和管理的软硬件环境。
同时，还要依据“地理信息数据中心”的整体技术规范与管理办法，细化制定各节点数据整合处理方案和信息共享与应用实施细则等内容。
3.2.2.4应用模板建设
地理信息数据中心提供数据服务和功能接口，各最终业务应用部门需要以平台应用接口为基础，建设各自的应用系统，以便为政府部门及社会普通用户提供服务，而应用模板的开发建设是检验公共平台建设是否成功、合理的重要标志。
应用系统一般以B/S模式设计开发，包括面向公众的数字地图专业门户网站、数字三维展示系统、在线电子地图系统以及面向政府部门的各专业业务系统等。
3.3 总体技术路线
3.3.1基于ArcGIS云GIS解决方案的系统架构
ArcGIS产品提供了全系列的软件体系，对于云计算架构来说，我们考虑到基础设施、平台、应用程序，都可以在云计算平台上实现。
用户端可以通过多种方式来访问云端的服务，云GIS平台系统架构如下图所示：
业务需求
服务类型
SLA需求
访问控制
资源统计
自服务门户
基础设施即服务（IaaS）
云端管理
用户管理
服务管理
资源管理
监控系统
成本核算
容灾备份
运营管理
客户支持
运营管理门户
平台即服务
（PaaS）
软件即服务
（SaaS）
空间数据
存储服务
弹性
GIS服务
GIS应用
部署服务
服务目录
服务监控
服务度量
公众
国土
教育
卫生
其他
交通
【图3 3】“云GIS平台”系统架构
ArcGIS提供了云计算产品的解决方案，主要包括以下：
（1）IaaS（基础设施即服务）：
云端地图切片，缓存的地图切片可以上传到云端，并在云端建立数据中心。
（2）SaaS（软件即服务）：
针对SaaS目前提供了ESRIBusinessAnalystOnline，允许用户将GIS技术结合大量的统计专题、消费者数据，以及商业数据。
这可以将按需分析、报表和地图通过Web进行传递。
（3）PaaS（平台即服务）：
ArcGIS开发人员可将内容和功能扩展至GIS平台之上，并通过ArcGISWebMappingAPIs，例如JavaScript，Flex，Silverlight/WPF等来提供平台服务，并在云端进行统一的维护和管理。
（4）软件加服务（S+S）：
ArcGIS提供了软件加服务的模式，可以让用户按需配置所需要的服务。
ArcGISOnlineMap和GISServices提供S+S的用户可以快速访问制图设计，无缝的基础底图，并可以添加用户自己的数据到ArcGIS的按需配置产品上。
3.3.2基于SOA设计平台框架
SOA是基于开放的Internet标准和协议、支持对应用程序或应用程序组件进行描述、发布、发现和使用的一种应用架构。
SOA支持将可重用的数据应用作为应用服务或功能进行单独开发集成，并可以在需要时通过网络访问这些服务或功能。
通过SOA，开发者可以对不同的服务或功能进行组合以完成一系列的业务逻辑与展现，最终可让用户像使用本地桌面业务组件一样方便地调用服务或功能等各种资源。
3.3.3基于Web服务实现地理空间数据的共享应用模式
Web服务是一种革命性的分布式计算技术。
从表面上看，Web服务就是一个应用程序，它向外部暴露了一个能够通过网络进行调用的API。
它使用基于XML的消息处理作为基本的数据通讯方式，消除使用不同组件模型、操作系统和编程语言的系统之间存在的差异，使异构系统能够作为计算网络的一部分协同运行。
开发人员可以使用像过去创建分布式应用程序时使用组件的方式，创建由各种来源的Web服务组合在一起的应用程序。
通过Web服务，客户端和服务器能够自由的用HTTP进行通信，不论两个程序的平台和编程语言是什么，都可以跨越不同区各部门网络防火墙限制。
正是基于Web服务的这些技术特性，使用了HTTP和其他Web协议，地理信息数据中心采用基于开放标准与技术的Web服务方式共享数据，不需要了解各部门的应用系统现状，形成松散耦合的共享模式，便于平台服务根据发展需要进行伸缩。
综合考虑，平台对外的数据共享模式将主要基于WebService方式实现，达到跨平台异构多源数据的访问和互操作。
3.3.4基于ArcGISServer构筑空间数据服务平台
ArcGISServer是功能强大的基于服务器的GIS产品，用于构建集中管理的、支持多用户的、具备高级GIS功能的企业级GIS应用与服务，如：
空间数据管理、二维三维地图可视化、数据编辑、空间分析等即拿即用的应用和类型丰富的服务。
ArcGISServer提供广泛的基于Web的GIS服务，以支持在分布式环境下实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、编辑和其它的GIS功能。
ArcGISServer主要功能包括：
u提供通用的框架在企业内部建立和分发GIS应用；
u提供操作简单、易于配置的Web应用；
u提供广泛的基于Web的空间数据获取功能；
u提供通用的GIS数据管理框架；
u支持在线的空间数据编辑和专业分析；
u支持二维三维地图可视化；
u除标准浏览器外，还支持ArcGISDesktop和ArcGISExplorer等桌面客户端；
u可以集成多种GIS服务；
u支持标准的WMS、WFS；
u提供配置、发布和优化GIS服务器的管理工具；
u提供.NET和Java软件开发工具包；
u为移动客户提供应用开发框架；
3.3.5基于GISPortal建设平台门户网站
GISPortal可以解决广泛访问分布式空间数据库所带来的问题。
GISPortal起到了联系企业化、社会化用户与多个空间数据源的作用，并且提供了友好的Web界面和GIS数据的分类、搜索功能，能够推动地理空间数据的共享和应用。
3.3.6构筑完整的平台安全技术支撑体系
建立完整无缝的安全技术支撑体系是安全防护的具体技术体现，平台安全可由数据安全、应用安全、账号安全、系统安全、网络安全五个层次涵盖。
（1）网络安全设计，安全设备选型与配置；
（2）应用系统及数据安全设计，安全产品选型与配置；
（3）基于数字证书认证体系的可信平台安全设计；
（4）对数据灾难备份恢复的设计；
（5）信息安全与保密管理；
4、数据层设计
数据层涵盖了平台所有的数据资源库，包括平台基础地理数据库，专题非空间数据库和专题空间数据库。
这些数据库，以分布式异构的形式存储在不同地理位置的专网节点接入单位。
其中平台基础地理数据库由自治区节点的基础地理数据库衍生而来，基础地理信
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