环保部共享平台方案V12.doc

可编辑修改 基于基于 SuperMapSuperMap GISGIS 的的 环保空间信息共享与服务平台环保空间信息共享与服务平台 建设方案建设方案 北京超图软件股份有限公司 2008 6 01 I 目录 1 1项目概述项目概述 1 1 1 1空间信息应用的现状分析 1 1 2 环保空间信息共享与服务平台 呼之欲出 2 1 2 1平台建设的客观必要性 异构 GIS 环境下的空间信息聚合 3 1 2 2平台建设的主观推动力 环保部信息中心的核心角色 5 1 3 环保空间信息共享与服务平台 的建设目标 6 1 3 1核心目标 空间信息资源的共享 交换与整合 6 1 3 2平台基础 空间数据库群的共享 7 1 3 3平台升级 开放性的平台应用拓展 8 1 3 4软硬件的技术先进性 8 2 2 环保空间信息共享与服务平台环保空间信息共享与服务平台 的建设原则的建设原则 9 9 2 1顶层设计 统筹规划 可持续发展 9 2 2基础性与公用性 9 2 3安全为先 实用为本 9 2 4前瞻开放 经济可行 10 2 5标准化与规范化 11 3 3基于共享与服务的开放式平台模式基于共享与服务的开放式平台模式 1212 3 1数据层面的共享 12 3 1 1数据直接访问 12 3 1 2数据交换 13 3 2服务层面的共享 服务共享 15 3 3应用层面的共享 WEB应用共享 19 3 4服务式 GIS 技术 SERVICE GIS 19 3 4 1 Service GIS 的定义 19 3 4 2 Services GIS 的组成 20 3 4 3服务端 21 3 4 4服务规范 21 3 4 5客户端 22 3 5SERVICES GIS 的主要特征 22 3 6SERVICES GIS 与 SERVER WEB GIS 的不同 23 4 4主要用户及其需求分析主要用户及其需求分析 2626 4 1信息中心及业务司局 26 4 2其他部委 27 4 3省市县各级环保部门 27 4 4公众 27 4 5共享与服务平台建设目标和内容 28 5 5系统总体设计系统总体设计 2929 5 1系统总体架构 29 可编辑修改 5 1 1数据仓库管理平台 30 5 1 2应用服务平台 30 5 1 3服务共享门户网站 31 5 1 4部门专题应用系统 32 5 2总体技术路线 32 5 2 1基于 SOA 的总体架构 32 5 2 2基于 ServiceGIS 的环保 一张图 建设思路 34 5 3软硬件配置参考 36 6 6系统功能设计系统功能设计 3939 6 1数据仓库管理平台 39 6 1 1数据库的组成 39 6 1 2数据库管理平台 43 6 2应用与服务平台 47 6 2 1总体结构设计 47 6 2 2应用与服务搭建系统 48 6 2 3信息中心专题应用系统 49 6 2 4 Web 服务管理系统 49 6 3门户网站 50 6 3 1网站结构图 50 6 3 2服务目录浏览与检索 51 6 3 3数据的浏览和查询 52 6 3 4自助式数据下载功能 52 6 3 5专题应用 53 1 1 专题地图浏览专题地图浏览 5353 2 2 专题数据查询专题数据查询 5353 6 3 6其他 53 7 7标准规范体系标准规范体系 5454 7 1空间数据库设计标准 54 7 2数据质量检验标准 55 7 3元数据 55 7 4数据交换格式标准 57 7 5WEB服务共享标准 57 7 6数据访问接口标准 57 7 7管理和服务流程规范 58 8 8 环保空间信息共享与服务平台环保空间信息共享与服务平台 的建设策略的建设策略 5959 9 9SUPERMAPSUPERMAP GISGIS 的优势的优势 6060 9 1SUPERMAP GIS 的行业优势 60 9 1 1我国 GIS 软件平台领域实力最强的企业 60 9 1 2国家重点支持的 GIS 软件平台 60 9 1 3在国际市场上发挥着越来越重大的作用 60 可编辑修改 9 1 4符合地理信息系统标准体系要求 61 9 2SUPERMAP GIS 的技术优势 61 9 2 1具有规范的产品和项目管理体系 61 9 2 2高安全性 高保密性 62 9 3SUPERMAP GIS 的产品优势 62 9 3 1海量数据存储与管理能力 63 9 3 2更全面的 SOA 支持 63 9 3 3可搭建企业级的网络服务器 64 9 3 4支持服务器群集 64 9 3 5使用浏览器轻松实现编辑功能 64 9 3 6可伸缩可灵活扩展的体系结构 64 9 3 7成熟的标准符号库 65 9 3 8高性价比 65 9 4SUPERMAP GIS 的服务优势 66 9 4 1本土化 原厂商级培训与技术服务 66 9 4 2可以提供 GIS 基础软件到专有功能开发全方位的服务 66 9 4 3提供咨询等服务 是项目成功的有力保障 67 1010应用案例应用案例 6868 10 1中国环境监测总站地表水环境监测空间信息平台 68 10 1 1项目概述 68 10 1 2和建立水质监测数据的自动采集和传输网络 69 10 1 3全国多比例尺水质监测基础空间数据库系统 71 10 1 4水质监测月报生成系统 72 10 1 5水质监测空间查询系统 74 10 1 6关键技术 75 10 2中国气象局多轨道业务探测资料实时交换监视与统计平台 75 10 2 1项目概述 75 10 2 2系统特点 77 10 2 3系统主要功能 78 10 3中国社会科学研究院地理信息共享平台 81 10 3 1项目概述 81 10 3 2平台功效 81 10 4国家海洋局海域动态监测系统 83 10 4 1系统概述 83 10 4 2建设目标 83 10 4 3系统功能 84 10 5东京湾流域流入负荷源数据分析和显示系统用 86 10 5 1项目背景 86 10 5 2系统功能 87 可编辑修改 图表目录 图 1 环保业务间的关系 3 图 2 条线形环保业务结构 4 图 3 环保空间信息资源整合 6 图 4 空间数据库在环保信息化中的位置 7 图 5 数据直接访问的共享模式 12 图 6 基于数据交换的共享模式 13 图 7 自助式的数据交换流程 14 图 8 基于 ServiceGIS 的服务共享模式 15 图 9 基于 Iserver 的共享模式 16 图 10 WFS 发布图例 17 图 11 基于 ServiceGIS 实现 GIS 功能发布 18 图 12 Services GIS 产生的背景 20 图 13 Services GIS 三要素 21 图 14 服务规范的提交 22 图 15 Service GIS 的主要特征 23 图 16 Services GIS 与 Server GIS 的差异 24 图 17 服务聚合的位置 25 图 18 平台用户组成 26 图 19 系统总体架构 29 图 20 基于 SOA 的系统总体架构 33 图 21 传统的 一张图 建设模式 35 图 22 基于 Service 的环保 一张图 模式 36 图 23 系统网络拓扑示意图 37 图 24 信息共享与服务数据库构成 39 图 25 基础空间库组成 40 图 26 专业基础数据库 41 图 27 专业数据库 41 图 28 综合数据库 43 图 29 数据库管理平台功能结构图 44 图 30 应用服务平台的总体结构 47 可编辑修改 图 31 服务门户网站功能结构 50 图 32 标准规范体系 54 图 33 OGDC 体系结构 58 图 34 环境监测总站 VPN 传输网络模型 69 图 35 水质自动传输系统功能结构图 70 图 36 水质监测空间数据库功能结构图 71 图 37 地表水月报生成功能模块 72 图 38 地表水月报接收查看 73 图 39 水质监测空间查询分析系统结构图 74 图 40 综合探测资料自动监控平台 76 图 41 交互式业务资料监视与统计平台 77 图 42 综合探测资料实时监测平台饼状图显示统计结果 79 图 43 气象实时资料分站点显示 79 图 44 特定时间的站点温度值 80 图 45 单站日要素变化曲线分析功能 80 图 46 社科院地理信息共享平台功能之民族分布地图 82 图 47 社科院地理信息共享平台功能之历史地图 82 图 48 海域使用功能区划图 84 图 49 国家海洋环境监测公报 85 图 50 启动界面 86 图 51 空间分析系统 87 图 52 时系列分析 88 图 53 种类构成分析 89 可编辑修改 1 1 项目概述项目概述 充分利用现代化的信息技术手段 提高环境保护 监测和污染控制的能力 是当前中 国环境保护事业的重要发展趋势 经过多年的实践 环保信息化建设特别是部门级的环保 信息化应用 取得了显著的成绩 在 国家环境信息化 十一五 发展规划 的战略指导 下 环保部信息化建设按照 三体系 四平台 五应用 的框架目标稳步快速前进 该框 架囊括了环境信息标准规范体系 环境信息基础设施平台 环境信息应用支撑平台 环境 信息资源共享平台 环境信息资源服务平台 环境信息安全保障体系和环境信息运行管理 体系等 并在应用支撑平台上建立包含饮用水源管理 环境质量监测管理 污染源监督执 法管理 污染总量控制管理 建设项目管理 自然保护区管理 危险废物管理 核设施监 控管理 环境应急管理等五大类业务应用系统 本着对 发展规划 的详细研究和遵循框 架目标的指导 本项目方案将详细阐述北京超图公司基于 SuperMap GIS 的环保空间信息共 享与服务平台的建设构想与具体实施建议 致力于国家环保信息的开放 共享及安全 1 11 1 空间信息应用的现状分析空间信息应用的现状分析 在社会信息化的发展过程中 空间信息技术获得了突破性进展 在国民经济建设的多 个方面发挥着重要的作用 空间信息技术的应用也逐步实现了产业化 在日益丰富的业务 需求刺激下 空间数据及技术被有效集成 广泛地应用于国家资源 环境保护方面 可预 见的是 对空间信息掌握越完整 对空间信息研究和应用的越深入 我们对资源的开发能 力和与自然环境相容就越和谐 愈发促进我国人口 资源 环境与经济可持续发展 然而 在当前空间信息的实际应用中遇到了下述发展瓶颈 1 空间信息资源分散独立建设 环保信息化建设在逻辑上应当是一个统一的过程 基 于统一基础数据的共享 各业务部门各取所需 整体服务于国家的环保事业 实现其社会 效益 然而 目前环保部还缺乏一套完善的环保电子地图基础空间数据 体系 各业务司 局和下属省局单位则在应用建设过程中 各自购置不同来源 不同精度要求和不同信息质 量的信息数据 这意味着大量的重复投资放在公共性地理信息的采集上 不仅浪费资金和 人力 而且增加了数据后续维护和更新的成本 更加不利于数据的安全保管与使用 2 空间信息标准不统一 实现资源共享是环保信息化网的目的 而统一标准是实现共 可编辑修改 享的基本条件 当前环保地理信息在分类编码 图层分层 数据采集 元数据标准 具体 应用等方面都缺乏一系列明确规定的统一标准 加剧了基础数据共享和跨部门协作的难度 以各业务司局和下属省局单位采购的电子地图为例 大量来源各异的电子地图在投影 坐 标系 数据格式 分层等方面都互不统一 形成了用 不同的语言 描述同一个数据的局 面 而且不同格式的数据在相互转换方面也很难完成 3 技术系统不统一 各单位已建的地理信息系统在 GIS 软件平台 数据库的选型 数据存储格式 空间 属性数据的组织方式和体系结构设计等方面各不相同 此外 由于缺 乏统一的数据交换和数据通讯接口标准 系统之间相互独立 无法实现数据共享 缺乏统筹的独立建设 统一标准的缺失 技术系统的各自为营 这些导致了环保信息 化建设过程中的一个个 信息孤岛 的产生 与此同时 随着环境基础数据的不断增长 环境管理工作 复合型 数据也大幅增长 如何处理业务领域基础数据与空间信息的关系 对业务系统功能的整合 把环境数据转化为信息资源 为国家环境保护部领导决策 业务 监督和信息服务提供有用信息资源迫在眉睫 针对这一矛盾 不仅需要克服客观的技术因 素 例如建立统一的数据标准和技术系统 更需要有主观的 有意识 推动 尽可能寻找 到主动力量来打破信息孤岛 促使环保信息的开放与共享 在这场攻坚战中 环境保护部 信息中心具有天然的核心优势 作为环境保护部信息服务与支撑的核心单位 信息中心具 有提高对内对外的环保信息服务与共享能力的义务与技术基础 通过借鉴自身在以往环保 信息领域的丰富经验 信息中心能够利用先进的信息整合平台 整合而非抛弃原有的基础 设施 建立一个统一的数据平台和共享服务体系统 更好地实现为各级环保部门信息化建 设服务 这样既保护了原有投资 又平滑地实现环保信息应用的深化和扩充 1 21 2 环保空间信息共享与服务平台环保空间信息共享与服务平台 呼之欲出呼之欲出 针对上述空间信息应用的现状分析 构建一个 环保空间信息共享与服务平台 具有 格外的必要性和迫切性 平台的建设 着眼于环境信息资源的全面有效开发和共享 以及 环保业务的信息化 目前 环保信息化的工作主要在环境应急 污染控制 环境监测 环 境科研几个方面开展 其中污染控制是各业务的基础也是重点 环境监测和环境科研提供 了技术支撑平台 污染控制作为事务型的业务则需要持久的投入 可编辑修改 图 1 环保业务间的关系 2008 年年初的雪灾和 5 12 的汶川大地震 把严重自然灾害的毁灭性后果摆在了国家 和社会面前 灾后 各业务部门的日常工作 应急演练和响应 灾后重建等方面都迫切依 赖大量的数据资源 GIS 作为重要的区域自然资源信息和社会经济信息的整合平台 不仅 整合数据资源 更作为重要的分析工具 协助环保部门的快速正确决策 1 2 11 2 1平台建设的客观必要性 异构平台建设的客观必要性 异构 GISGIS 环境下的空间信息环境下的空间信息 聚合聚合 当前各应用 业务 系统均基于不同的 GIS 平台而开发 就单独系统而言 其功能强 大 但弊端在于各信息系统不具备整合功能 加上部门与部门之间缺乏统一的规范 这些 分散于各业务司局数据难以在第一时间内汇总为集中决策提供有效支持 更无法服务于环 境保护部的总体业务 可编辑修改 图 2 条线形环保业务结构 近年来 各地纷纷建设 数字环保 系统 在网络 硬件等基础投入方面花费了大量的 精力 完成了部分环境监测 污染控制 环境科研 环境应急的信息化管理工作 但是依 靠国家财政 当地政府财政支持建设的海量基础数据 缺乏系统的规划和统筹安排 普遍 存在以下问题 1 基层机构的数据汇总后无法入库 2 高层发布并提供出的空间信息服务 基层无法利用 3 已经采购的软件平台随着项目的结束而废弃 无法重复利用 综上 建设 环保空间信息共享与服务平台 时对 GIS 平台的选择 不能停留在传统思 路 即只关注单纯 GIS 产品在业务系统中的功能应用 而是要体现出 GIS 平台厂商对环境 信息化建设的前瞻性理解与高可用性支持 要求 GIS 平台能够符合环保信息化所需的整合 共享 完善与提高 能够对不同司局业务系统进行柔性化融合 实现异构 GIS 环境下各业 务系统的数据聚合与功能重用 突出环境保护部的业务总体性 提高环境信息资源与服务 的有效开发利用和共享水平 可编辑修改 1 2 21 2 2平台建设的主观推动力 环保部平台建设的主观推动力 环保部信息中心信息中心的核心角色的核心角色 在对传统环保业务及信息化建设思路进行梳理 建设统一环保空间信息共享与服务平 台的过程中 环保部信息中心具有天然的独特优势 它能够且应当处在建设的核心地位 充分利用在基础数据业务中的丰富经验和信息化支持的技术优势 来整合一切资源为环境 保护部领导及各业务司局实现空间信息服务的聚合与共享 环保部信息中心需要在平台构建进程中充当主导角色 这是由 环保空间信息共享与 服务平台 的性质本身决定的 平台构建的核心步骤是建设数据中心 这将整合存留在各 业务司局的空间信息数据及业务数据 因而需要一个主导方将不同来源 不同格式的空间 与非空间数据进行有序整合 而信息中心历来具有处理各类数据的成功经验 它能够协调 环保业务数据在横向的环保部各业务部门间 和纵向的上下级环保机构间对环保业务数据 共享交换 此外 环保数据中心的建立与维护都需要一个相对应的安全管理制度 环保部 信息中心能运用自身的技术优势来构筑全方位多层次安全体系 保障建成后的共享服务平 台健康有序地发展 一旦该共享与服务平台建成 它将作为业务数据 信息资源整合展现的基础 实现异 构服务聚合 信息中心作为环保部信息服务的主体 也将在提高各类资源统一指挥调度的 效率上发挥重要作用 以环境应急事件为例 目前各司局的业务系统中均包含有相关应急 预案内容 倘若有突发性事件发生 环保部门的工作就由常态进入非常态 在缺乏共享与 服务平台的情况下 往往是各业务司局独立汇报数据 无法形成整合性报告 进而影响迅 速地处理紧急事件 而建设中的共享与服务平台就能有助于避免这一状况的发生 通过基 础数据的聚合 促使各业务部门针对突发性事件进行联动处理 提供决策所需的整合性报 告 加速预案处理的及时生成 可编辑修改 1 31 3 环保空间信息共享与服务平台环保空间信息共享与服务平台 的建设目标的建设目标 1 3 11 3 1核心目标核心目标 空间信息资源的共享 交换与整合空间信息资源的共享 交换与整合 图 3 环保空间信息资源整合 共享与服务平台的核心目标是实现空间信息资源的整合及异构环境下的在线共享与交 换 环保基础空间信息包括资源环境 基础设施和社会经济信息 人口 基本单位及宏观 社会经济信息 它们通过 环保空间信息共享与服务平台 与各环保部门专业空间信息进 行整合 方便信息使用者的在线共享与交换 其目的是打破信息孤岛 提升信息资源的有 效利用率 促进部门之间的业务协同 进一步提高环境保护部管理与服务的效率 质量和 水平 在信息资源整合的基础上 该平台旨在为领导层提供科学建议和辅助决策 空间信息的在线共享与交换之所以关键 在于其能够帮助环保信息平台实现 滚雪球 效应 所谓的滚雪球效应 是指一旦获得了起始的优势 雪球就会越滚越大 优势也越来 越明显 就环保空间信息共享与服务平台而言 其初始的优势就恰恰在于实现了空间信息 的在线共享与交换 通过信息资源的整合 可以充分地发挥信息资源在政府决策 企业管 理和社会服务中的作用 从而进一步促进信息资源的共享与交换 最终形成以基础地理空 可编辑修改 间信息为核心 环境监测 环境研究 环境应急为基础的全社会环保信息资源大整合与大 共享 大雪球 的自身滚动惯力足够大时 还能开发利用环境保护部各业务司局闲置的空 间信息资源 为相关业务局 部委乃至公众提供信息服务 将应用面的涉及范围从环境质 量公报 空间决策分析推广到面向环境监测 环境污染分析 环境应急管理等多核心业务 1 3 21 3 2平台基础平台基础 空间数据库群空间数据库群的共享的共享 图 4 空间数据库在环保信息化中的位置 建设由环保基础空间数据库和公共基础的专题数据库构成的数据库群是 环保空间信 息与服务共享平台 建设的重要基础 首先促进公共基础性空间数据资源的在线共享 其 次带动环保部各司局专业数据的整合和在线共享 以数据库群建设为基础 提高数据管理 共享的效率 促进信息资源 人才 硬件 网络 软件和数据 的集约化 减少信息化建 设的重复投入 提高数据的容灾备份能力 保障空间信息资源的安全 并在此基础上建立 信息资源管理体制 可编辑修改 建设的关键是根据各业务部门的需要以及环保信息化系统的本质特征 选定 规划和 设计数据库群所必需的公共的空间信息基础库和专题数据库 以减少平台建设的前期投入 并由核心数据库共享和应用的扩展 逐步有计划和滚动式地增加数据库群 促进数据中心 空间信息资源的可持续发展 1 3 31 3 3平台升级平台升级 开放性的平台开放性的平台应用拓展应用拓展 平台前期建设主要涉及基础性和框架性的工作 随着平台建设工作的深入 应用拓展 将成为平台可持续发展的动力 没有应用 平台的价值将无法体现 应用拓展应根据环境保护部的实际应用需要 提供各种空间信息的应用集成接口和建 立专业应用 Web GIS 网站群 1 应用集成接口主要体现为数据服务接口和应用服务接口 其中数据服务接口主要基 于组件式 GIS 软件加以封装形成可重用的应用组件平台 而应用服务接口主要基于 Web Service 如 OGC 的 WMS WFS WCS 和 WPS 加以封装 兼顾 SOA Service Oriented Architecture 服务导向架构 的应用服务与集成体系 形成平台开放式的应用扩展模式 2 专业应用 Web GIS 网站群是指在数据平台的基础上 针对一些非专业 GIS 应用部 门建立 Web GIS 网站 实现这些部门的空间信息专业化应用 一方面减少数据管理系统的 投资 另一方面可以实现数据到应用的集约化和专业化管理 减少系统维护成本 同时扩 展平台的数据库群 形成非专业 GIS 应用部门的 ASP 模式 Application Service Provider 应用服务提供者 空间信息应用 1 3 41 3 4软硬件的技术先进性软硬件的技术先进性 为了确保平台的可持续发展 需要采用先进技术以确保平台的技术架构和技术体系长 期不落后 延长平台软件的生命周期 构建平台的软硬件都需要符合国际 国内先进标准 具备强大的容错能力 完善的安全机制 友好的用户操作界面和方便的维护手段 如利用 空间数据库技术来管理空间数据 包括矢量和栅格数据 基于 Web Service 如 WFS WMS 建立符合 SOA 的应用扩展体系 建立元数据驱动的软件模式 以元数据为基础的基于目录 的数据与服务管理模式 总之 技术的先进性保证了 环保空间信息共享与服务平台 满 足于目前和将来的实际应用需要 可编辑修改 2 2 环保空间信息共享与服务平台环保空间信息共享与服务平台 的建的建 设原则设原则 环保空间信息共享与服务平台 基于 SOA 架构建设 作为支持平台的 GIS 软件在满足 环保部门的基础功能应用前提下 要有足够的延展性满足未来业务的发展 同时要考虑适 用性 安全性 可靠性 稳定性和可扩展性 2 12 1 顶层设计 统筹规划 可持续发展顶层设计 统筹规划 可持续发展 最大程度满足环境保护部信息中心业务需要 为业务管理提供最大的辅助决策 是 环 保空间信共享与服务平台 建设的根本目标 在共享与服务平台中 GIS 软件界面友好 易 于使用 便于管理维护 数据更新快捷 具有优化的系统结构及支持现有的主流数据库系 统 具有与其他系统数据共享 协同工作的能力 系统建设要从环保信息化建设整体发展的角度加以统筹规划 设计和开发 充分发挥 空间信息资源共享 数据交换和提供公用性 基础性信息服务的核心作用 避免基础性和 公用性的数据库重复建设 信息资源开发利用的 条块分割 造成的浪费 形成以平台为中 心的体系结构 实现以数据共享带动业务发展的服务机制 2 22 2 基础性与公用性基础性与公用性 环保空间信息共享与服务平台 的建设目标 要将环境保护部的各项业务整合为一个 统一的整体 实现对基础地理数据 空间数据 业务数据的统一管理 同时对各司局的业 务系统中 GIS 业务功能进行有效聚合 实现对数据获取 数据存储 分析 业务数据分发 的一体化 因此 系统的建设要从 GIS 平台的基础性和公用性的角度加以考虑 从各部门 业务系统建设的共同需要 如公用性 基础性的数据库 数据共享与数据交换的需要 公 用软件服务 出发 为环境保护部各司局的业务应用提供基础性和公用性的地理信息服务 可编辑修改 2 32 3 安全为先 实用为本安全为先 实用为本 由于地理信息系统平台在电子政务的基础性和公用性的作用 在设计 开发与实现要 确保地理空间数据的安全性和可靠性 通过高效的安全机制 使系统提供的基础性 公用 性的地理空间数据准确可靠 用户可以按照授权访问相同所提供的空间地理信息服务 本 系统要考虑与电子政务 CA 安全认证平台进行结合 确保基础地理信息平台的稳定和安全 GIS 平台本身需要能够对环保空间基础数据进行管理及加密 并且则要求操作简便 另外 环保空间信息共享与服务平台 应该具备安全权限 不让非法用户操作 同时要具备 足够容错能力 以保证合法用户操作时不至于引起系统出错 充分保证系统数据的逻辑准 确性 2 42 4 前瞻开放 经济可行前瞻开放 经济可行 目前 IT 技术与 GIS 技术发展非常快 同时环境保护部门内业务司局的业务管理能力 在不断扩大和加强 这就要求 环保空间信息共享与服务平台 的框架设计具有前瞻性和可 扩展性 GIS 平台作为此项目的基础 厂商必须对共享信息与服务的应用建设有足够的重 视 能够为系统建设提确保系统能适应现代信息技术和环境保护部信息中心业务高速发展 的需要 充分考虑数据不断变化增加的需要 数据是共享与服务中最重要的基础 也是生命力 所在 数据管理是一个不断更新的过程 因此充分满足对环保部业务司局业务数据不断更 新的需要 是保证系统持续长久生命力的关键 为了确保 GIS 平台的可持续发展 系统的设计 开发和集成要充分利用目前成熟的技 术 在经济合理的基础上 尽可能采用先进的技术和方法 如 Web Service Net java 元数据驱动等技术 并充分考虑未来发展的需要 使系统具有开 放的体系结构 系统的功能和数据具有良好的可扩展性 以满足系统未来发展的需要 1 充分考虑空间数据不断增加和变化的需要 空间数据是本系统中最重要的基础 也 是系统生命力所在 空间数据管理是一个不断更新的过程 因此充分满足系统空间数据不 断更新的需要 是保证系统持续长久生命力的关键 2 充分考虑业务发展的需要 本系统面临的业务有一个不断变化的过程 系统在功能 设计时必须考虑为业务的变化留有余地 系统必须具有较强的可扩展性和对需求变化的自 可编辑修改 适应能力 以适应业务管理内容和工作流程变化造成的系统需求的变化 3 充分考虑软硬件技术发展的需要 软件和硬件的更新升级非常快 系统必须要具备 前瞻性 以保证软硬件的升级不会给系统使用带来困难 在采用先进技术和方法的同时 要确保平台建设的经济合理 使现阶段平台建设经济 可行 以最小的投入获得最大的产出 在硬件和软件配置 系统开发和数据库设计上应充 分考虑在实现系统全部功能基础上尽量节约经济成本 2 52 5 标准化与规范化标准化与规范化 为了确保环保空间信息共享与服务平台的基础性和公用性 必须参照国际 国家 地 方和行业的有关标准 建立统一的标准和共同遵守的规范 使公用性 基础性的数据库以 及在此之上构建的公用信息服务和数据交换接口的能为环保部各部门及社会各行各业所接 受和使用 1 数据分类与代码规范化 数据分类与代码的规范化是系统扩充联网 实现信息交流与数据共享的基础 系统数 据的分类与代码采用国家标准结合环保行业的实际情况 并根据本系统内容和特点 制定 扩充代码 2 空间数据库设计规范化 系统对空间数据库和属性数据库的结构和内容分别进行规范化设计 3 空间数据采集录入和质量检验规范化 空间数据采集录入规范化是数据库质量的保证 在本系统建设过程中 遵照统一制定 的数字化规程 数据控制标准和精度要求 数字化过程中的每一工序均需接受质量检验 4 地理信息服务与数据交换接口的标准化与规范化 要确保平台提供的地理信息服务数据交换接口的标准化与规范化 发挥平台的基础性 与公用性的作用 可编辑修改 3 3 基于共享与服务的开放式平台模式基于共享与服务的开放式平台模式 根据目前技术的发展和环境信息化建设的总体需求 本次建立的 环保空间信息共享 与服务平台 可以有三种共享和服务方式 即 1 数据直接访问 2 数据交换 3 服务共享 这三种共享和服务方式都是当前系统建设需要考虑和设计的 数据直接访问和数据交换 的共享是传统的数据共享和服务平台的建设方式 而服务共享则是基于 Service GIS 面 向 SOA 架构的一种崭新的服务共享架构 也是信息系统发展的未来方向 下面 对这三种共享和服务方式作详细介绍 3 13 1 数据层面的共享数据层面的共享 3 1 13 1 1数据直接访问数据直接访问 数据库服务器 Oracle 数据库服务器 Oracle GIS空间数据服务器 SuperMap SDX 核安全局 其他部门 污染控制司 环境监察局 空间数据库引擎 SDX 空间数据库引擎 SDX 环保部信息中心 图 5 数据直接访问的共享模式 可编辑修改 适合用户 政务外网内的国家环保部各司局单位 不适合于省市级用户共享数据 适合系统 适合开发能力强 需要开发更高性能和更强功能的环保专题应用系统 如 重大污染源的扩散分析系统 灾害模拟评估系统和决策分析系统等 这些系统一般都 需要在客户端进行高密度的空间运算 系统架构一般为 C S 结构的胖客户端应用 使用环境 需要开放数据库直接访问的权限 需要和服务共享平台采用相同的 GIS 平 台软件 客户端需要安装空间数据库引擎的客户端 如 SuperMap Objects 优点 可以开发更高性能 更强功能 客户端运算密集型的环保专题应用系统 不足 系统开发的工作量和开发难度较大 3 1 23 1 2数据交换数据交换 数据库服务器 Oracle 数据库服务器 Oracle GIS空间数据服务器 SuperMap SDX 环保局各司局等 省市县各级环保部门 环保部信息中心 本地数据库 本地数据库 文件交换服务器 数据文件 数据文件 图 6 基于数据交换的共享模式 适合用户 国家环保部各司局单位和省市县各级环保部门 其他政府部门 适合系统 适合各种不便于采用数据直接访问形式访问数据 数据库需要保持相对独 立的用户 由于采用了相对独立的数据库服务器 用户可根据需要开发各类应用 包 括 C S 结构的胖客户端应用和 B S 结构的客户端应用 特别适合于不需要保持数据同 步的省市县各级环保部门和其他政府部门的应用 使用环境 需要配置单独的数据库服务器和软件 用户可根据需要采购适合的 GIS 平 台软件 可编辑修改 优点 数据库保持相对独立 便于部门内的管理和应用 不足 需要重复购置服务器等硬件和数据库 GIS 平台等系统软件 数据交换的共享的方式也有两种 一是纯手工形式的数据交换 即由信息中心系统管 理人员利用系统提供的功能根据用户要求生成交换的数据文件 然后采用邮寄 上传下载 以及其他的方式交给用户 二是基于共享的门户网站采用流程化 自动化的方式 这种方 式下 用户只需登录网站 提出数据交换的要求 然后由系统自动生成待交换的数据文件 然后由用户自行下载 如下图所示 访问共享门户网站 用户登录 浏览数据目录 预览数据 选择数据比例尺 选择数据范围 选择图层 选择下载的数据格式 服务器端按请求生成数据 返回下载地址 用户下载 继续其他操作 图 7 自助式的数据交换流程 第一种方式因为需要大量的人工参与 数据交换的周期相对较长 第二种方式由于采 用了电子化的方式 不需要人工参与 数据交换的周期最短 可编辑修改 3 23 2 服务层面的共享服务层面的共享 服务共享服务共享 基于 Service GIS 的服务共享包括三个层面的能力 一是地图服务聚合能力 适合用 集成整合其他异构平台发布的数据的情况 二是地图显示服务的发布能力 适合于其他异构 平台需要集成整合本平台数据的情况 三是 WPS Web Processing Service GIS 的 Web 处理 服务 和自定义 WebService 服务的发布能力 适合于需要远程调用集成公共 GIS 基础功能 和专业基础功能的情况 地图服务聚合能力为平台提供了一个聚合异构平台的 入口 而 地图服务发布能力则提供了一个被其他异构平台整合的 出口 这两个能力主要解决异构 平台之间的整合问题 功能服务的发布能力则是整个平台的 强心剂 为用户系统提供了 可远程调用 运行于服务端 可灵活布署的功能组件调用能力 这三个能力是基于 ServiceGIS 的服务共享平台的核心能力 如下图所示 数据库服务器 Oracle 数据库服务器 Oracle GIS空间数据服务器 SuperMap SDX 环保部信息中心 服务发布器 服务聚合器 ServiceGIS服务器 其他环保部门 SuperMap ArcGIS Google SuperMap ArcGIS MapInfo 其他环保部门 WMS WFS WCS KML WMS WFS WCS KML Service Objects 图 8 基于 ServiceGIS 的服务共享模式 考虑到国家环保部目前有些部门已经建立的 GIS 应用系统 如环境监测总站基于 SuperMap GIS 建立了地表水环境空间信息监测平台 核安全局基于 ArcGIS 建立了核与辐 射安全应急系统 环境监察局基于 ArcGIS 建立了污染源在线监测系统 以及应用 MapGIS 建立的业务系统等 上述已经建立的信息系统中的部分数据也是环保空间信息共享与服务 平台的重要内容 因此在系统中要考虑采用适当的方式将这些信息整合到大平台中 由于 存在多个异构的 GIS 平台系统 因此采用直接数据访问的方式显然是行不通的 虽然采用 数据交换的方式简单易行 但会导致不同平台之间数据不能有效及时的更新 特别是对于 可编辑修改 那些实时性较强的数据 如污染源的实时监测数据 这种方式的弊端不言而喻 而基于 ServiceGIS 的服务共享平台提供了服务聚合功能 则能较好的解决这个问题 基于 ServiceGIS 的服务共享平台借助于 ServiceGIS 内置的服务聚合器 可通过 OGC 的 WMS WFS 和 WCS 等互操作规范 将其他平台发布的 GIS 数据集成到整个平台中 即实现 了集成 又避免了数据交换所导致的数据不能同步的问题 目前 国内外主流的 GIS 平台 都提供了发布 WMS WFS WCS 的能力 如 SuperMap ArcGIS MapInfo 等 ServiceGIS 内 置的服务聚合器还提供了集成 Google Earth 和 Google Map 的能力 在缺少背景数据的情 况下 可以通过这种能力来直接利用 Google 提供的免费影像和地图 并实现与环保专题数 据的叠加 如下图所示 图 9 基于 Iserver 的共享模式 基于 ServiceGIS 的服务共享平台还可通过服务发布器实现地图数据共享和集成 这 主要是基于服务发布器发提供的发布 WFS WMS WCS 和 KML 的能力 WMS 提供了基于图像格式发布 JPG PNG 等 的能力 即可直接在客户端与异构 GIS 平台的数据叠加显示 也可以在服务端与异构 GIS 平台的数据叠加显示发布 基于 WMS 的 地图服务发布适合于地图数据的静态显示 不能实现编辑 查询和选择等进一步的功能 WFS 提供了基于矢量格式发布地图数据的能力 同样即可以在在客户端与异构 GIS 平 台的数据叠加显示 也可以在服务端与异构 GIS 平台的数据叠加显示发布 基于 WFS 的地 图服务发布适合于地图数据显示 查询 选择 空间分析等功能 基于 T WFS 的地图数据 发布还支持在其他异构客户端 可编辑修改 下图是在桌面 GIS 软件中集成显示国家基础地理信息中心发布的地图数据 WFS 的 示例 接自国家基础地理信息中心 国家测绘科学数据共享服务网 图 10 WFS 发布图例 WMS 适合于发布那些仅用做背景的数据 特别是遥感影像数据 发布速度最快 WFS 适合于发布那些需要在服务接收端需要进行查询 选择 空间分析和运算以及编辑 T WFS 的数据 速度较 WMS 稍慢 在环保部信息中心的服务共享平台中 可根据各类数据的 应用特点 灵活应用这两种方式 WMS 和 WFS 以及 WCS 的地图数据发布服务适合于各类桌 面 GIS 软件 组件式 GIS 软件 ServerGIS ServiceGIS 等各种形态的 GIS 平台 WPS 和自定义 WebService 服务发布能力是基于 ServiceGIS 的服务共享平台的最为强 大的能力 传统的组件式 GIS 软件只能在客户端运行 必须要在客户端布署运行环境 不 能在客户端之间共享功能组件 而基于微软的 COM 和 OMG 的 CORBA 规范虽然提供了远程组 件调用的机制 但这种调用是基于 进程 调用的 客户端与服务器是采用紧耦合方式 开发和部署的难度比较大 而基于 ServiceGIS 平台的 WPS 和自定义 WebService 服务发布 和调用则是采用基于 WebService 来实现的 是采用松耦合的方式进行 开发和部署都非常 可编辑修改 容易 如下图所示 空间分析功能 服务组件 基础GIS功能服务组件 网络分析功能 服务组件 三维分析功能 服务组件 污染源扩散分 析功能服务组 件 环保专业GIS功能服务组件 等值线和等值 面功能服务组 件 其他 WebService SOA 地图发布服务 WMS WFS WCS等 SuperMap ArcGIS MapInfo 环保部信息中心服务共享平台各类应用系统 图 11 基于 ServiceGIS 实现 GIS 功能发布 地图显示服务 WPS 服务的方式特别适合于开发分析型的环保专业应用系统 如某部 门要开发一个重大污染源的监测和分析系统 用户不需要再重复购买数据 只需要在 GIS 客户端开发组件中通过 WMS 和 WFS 服务把信息中心共享平台中的数据集成到自己的系统中 并与自己的数据进行叠加显示 分析和运算 在信息中心服务共享平台中已经开发了针对 各种污染源的扩散分析模型和算法 用户也不需要自己开发 只需要通过 WebService 服务 调用服务共享平台中的功能 分析完成后再将结果在本地叠加显示即可 这种开发模式即 不需要重复做数据购买和建库工作 又避免了类似功能的重复购买 用户的开发周期和开 发难度会大大降低 基于以上分析 可以对服务共享的模式作一总结 如下 适合用户 国家环保部各司局单位和省市县各级环保部门 适合系统 即可支持廋客户端模式下的轻量级开发 如信息发布系统 也支持胖客户 端模式下的重量级开发 如分析决策系统 使用环境 各种支持 WFS WMS WCS 等协议和 SOA 架构的 GIS 平台 优点 松耦合 即插即用的数据共享和功能共享 布署和开发都相对简单 可实现高 级 GIS 分析功能 可编辑修改 不足 对网络的依赖性较强 服务共享管理的工作量较大 对管理人员要求较高 3 33 3 应用层面的共享应用层面的共享 Web Web 应用共享应用共享 这个层面的共享 主要是要建设一个基于 WebGIS 的一个数据显示和应用的网站 并可 以将 WebGIS 服务嵌入到环保 OA 或其他环保业务应用系统中 通过浏览器根据授权访问基 础空间数据 提供图形与属性的双向查询 路径分析 信息定位 地图缩放等功能 并可 以根据应用需要扩展功能 3 43 4 服务式服务式 GISGIS 技术技术 Service Service GISGIS 3 4 13 4 1 ServiceService GISGIS 的定义的定义 Service GIS 是一种基于面向服务软件工程方法的 GIS 技术体系 它支持按照一定规 范把 GIS 的全部功能以服务的方式发布出来 可以跨平台 跨网络 跨语言地被多种客户 端调用 并具备服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的 GIS 服务 Service GIS 能更全面地支持 SOA 通过对多种 SOA 实践标准与空间信息服务标准的支 持 可以使用于各种 SOA 架构体系中 与其它 IT 业务系统进行无缝的异构集成 从而可以 更容易地让应用开发者快速构建业务敏捷应用系统 与基于面向组件软件工程方法的组件 式 GIS 相比 服务式 GIS 继承了前者的技术优势 但同时又有一个质的飞跃 Service GIS 可以提供开放的 易于定制和扩充的 可复用和聚合的地理空间信息服 务 具备很强的兼容性 适应性和业务敏捷性 能为环保信息共享平台提供一个理想的架 构体系 Services GIS 产生的背景有很多 这与当前 IT 计算能力的强大以及互联网技术的发 展密不可分 总的来看包括了以下几个方面 1 传统的 IT 功能逐渐从用户的客户端向服务端转变 用户的笔记本和 PC 更多的时候 仅仅是数据的表现 大数据量的存储和计算都交给服务器端完成 虚拟化 64 位计算 多 核 多 CPU 对象关系型数据库等 IT 技术均为这些发展提供了保障 今年 世界著名的 Google 公司更是提出了 云计算 的模式 这也意味着未来用户不 可编辑修改 再需要购买软件 软件将被放置在网络中的某个其他地方 各大厂商在 软件即服务 SaaS 领域的竞争早在 10 年前就已开始 2 另外 当前的行业信息化工作也从上个世纪的部门级应用过渡到今天按照行政区划 表现的 条现型 结构 或者在一个区域内的 星型 结构呈现 高速网络 3G 移动计 算等新兴的技术为这类模式的实施提供了保障 3 另外 传统的测绘 规划 国土等地理信息的采集 拥有单位也逐级形成了区域和 行业的地理信息中心 其职能也从原始的地理信息共享 向共享数据和服务能力两个层面 发展 与 SOA 相关的 WebServices BEPL 等标准的出现 业务敏捷 Business Agility 以及随需应变 On Demand 等概念的提出 各大 IT 公司均纷纷推出了自己的 SOA 解决方 案 这都为各个行业的信息化工作的发展指明了方向 图 12 Services GIS 产生的背景 3 4 23 4 2 ServicesServices GISGIS 的组成的组成 Service GIS 是一种基于面向服务软件工程方法的 GIS 技术体系 它支持按照一定规 范把 GIS 的全部功能以服务的方式发布出来 可以跨平台 跨网络 跨语言地被多种客户 端调用 并具备服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的 GIS 服务 ServiceGIS 主要由 三个要素组成 如下图所示 可编辑修改 图 13 Services GIS 三要素 3 4 33 4 3服务端服务端 Service GIS 的服务器是服务的提供者 可以遵循某一种或多种规范发布服务 服务 规范可以是公认的服务标准 如 WMS WCS WFS WPS 和 GeoRSS 等 同时 GIS 平台软件厂 商也可以自定义服务规范 3 4 43 4 4服务规范服务规范 服务规范可以是公认的服务标准 如 WMS WCS WFS WPS 和 GeoRSS 等 同时 GIS 平 台软件厂商也可以自定义服务规范 可编辑修改 图 14 服务规范的提交 3 4 53 4 5客户端客户端 Service GIS 的客户端是服务的接受者 一般地 可分为瘦客户端 Thin Client 和胖 客户端 Rich Client 两种 前者通常体现为浏览器中加载轻量级的插件 甚至无需任何插 件 由浏览器直接执行来自服务器端的脚本实现 后者可以