云计算技术在地理空间信息服务中的应用研究

云计算技术在地理空间信息服务中的应用研究

摘要：随着地理空间信息互联共享，使地理空间信息服务平台的数据存储与分析、计算与应用面临技术挑战，运用云计算技术思想来处理海量数据建立地理空

间信息服务平台已成为一种重要技术手段。

关键词：云计算技术；地理空间信息；互联共享

云计算是基于Internet的计算方法。基于此方法共享的软件和硬件资源以及

信息可以根据需要提供给计算机和其他设备。它是传统计算和网络技术（例如分

布式计算，并行计算，实用程序计算，网络存储，虚拟化，负载平衡和热备份冗余）的开发和集成的产品。

1 云计算在地理信息系统中的应用

1.1 从地理信息的角度看云计算

根据纬度和经度的不同，将全球范围和国家范围划分为不同级别的网格，即

传统意义上的图幅概念。空间位置划分为空间信息网格的划分提供了依据，在此

基础上研究解决空间数据表达、组织、检索等问题。

地理科学的网格与计算科学的网格都呈现了“云”的特征：分布式、并行、网

格加网络。借助于网格计算的技术，地理信息部门可以向用户提供与地理信息相

关的服务，这个过程中用户能够像日常使用水电一样付费使用IT基础设施，按需

使用地理空间设施及服务，这就是“云”概念的具体运用。

1.2 云计算的优势

网格研究的重点是：把一个需要巨大计算能力才能解决的问题分成许多小片，然后分别分配给网络上闲置的计算机资源进行处理，然后把这些计算结果综合得

到最终结果。云计算可以说是从网格计算演化而来的，都能够进行分布式计算，

为用户提供共享资源。

云计算和网格计算虽然具有分布式、并行处理等特点，但其运行机制不同。

云计算运行的任务以数据为中心，建立统一的数据中心，通过虚拟的形式提供资源，用户可付费申请计算资源，在虚拟机上搭建自己的技术架构，强调私有，不

需要资源共享，利用中间件调用数据集，通过共享文件系统实现数据的存储与管理。网格计算要求用户通过编程或安装设置来构建基础架构，这增加了系统实现

的难度。在这种框架下实现的系统缺乏灵活性，闲置资源的状况仍然存在，专业

人员需要维护网格计算环境。

1.3 云计算用于地理空间信息服务

GIS正在从专业领域走向社会化服务，谷歌地图、百度地图、高德地图已经深入百姓生活。随着Web服务概念及软件架构思想的发展，真正意义上的分布式地理信息服务逐渐发展起来。互联网地理服务给大众带来了极大便利，也促进了地

理信息资源的扩张。

地理信息应用的爆炸式发展，使得地理空间数据的处理与应用越来越复杂。GIS

系统需要广泛的数据，各种来源以及越来越大的系统。任何单个系统都很难拥有

所有资源和处理能力。地理信息服务平台可以在“云平台”上集成分布式存储和计

算功能，并将各种功能模块有机地绑定在一起，根据需要分配给全球用户提出的

计算请求，并将它们分配给适当的节点。这是一种“云计算”的想法。云计算的概

念使用户可以按需进行请求。这种“数据即服务”的思想进一步多样化和完善了GIS 系统的数据源，大大提高了处理能力，并进一步扩大了适应范围。

2 基于云计算的地理信息服务平台的实现

2.1 地理空间服务平台搭建

根据《国家地理信息公共服务平台技术设计指南》，“公共服务平台”是实现

全国在线地理信息服务所需的信息数据、服务功能及其运行支撑环境的总称。总

体架构主要包括数据层、服务层和运行支持层等。

数据层：主体内容是公共地理框架，包括地理实体数据、地名地址数据、导

航数据、影像数据、高层数据等。

服务层：主要包括平台门户网站、服务管理系统、地理信息服务系统、二次

开发接口。门户网站作为统一访问界面，提供目录、地理信息浏览、信息数据存

取与分析处理等多种服务，并通过服务管理系统实现统一管理。

运行支持层：包括网络、服务器、存储备份、安全保密系统、机房改造等硬

件环境和技术规范与管理办法等软环境。

2.2 地理空间信息云平台建设框架

地理空间信息服务平台满足了地理信息资源综合利用和高效服务的需求，并

通过网络连接分布式地理信息资源，实现了地理信息资源的开发和不间断的“一站式”服务形成共享，更新。协作高效的服务运维机制，全面提高了信息化条件下地理信息服务的能力和水平。

云技术为地理空间信息服务平台搭建平台提供了支撑，一般而言，GIS由数据、软件、硬件和人员等基本部分组成，按照上述国家地理空间信息服务平台的构建

层次，结合云计算的特征，可以建立基于云计算的云GIS的技术架构。

硬件是必需的一层，是基础的层次。从硬件角度看，云计算的硬件设施是云GIS平台的物质基础，包括计算设备、存储设备和网络设备。

数据层是必要的层。从数据角度看，云GIS平台处理的数据对象分为空间数

据（栅格数据、矢量数据）和非空间数据（模型数据、属性数据和其他数据）。

云平台的核心数据--空间数据往往由大型的、具有资质的数据生产单位生产，通

常称为基础数据。

从软件的角度来看，地理信息服务平台需要以云计算平台为基础，它为GIS

应用系统的编程实现提供了接口，例如数据采集接口，服务注册接口，流量统计

接口和计费接口。地理信息应用系统面向特定的企业和用户，云平台提供的数据

和接口实现数据应用功能。

云GIS的总体架构分为物理层，虚拟层，数据资源层，平台和服务组件层，

服务层，应用程序层以及服务发现，服务监视，资源调度，跨多个级别的计量和

计费Fee等服务。

（1）物理层是云计算的最底层，由计算机硬件、操作系统及网络（软硬件）组成。同时也包括虚拟设备，因为在功能上也属于软硬件及操作系统的范围内。

虚拟化应用的结果，使得物理层之上的数据存储、任务、服务、应用等均与真实

的硬件基础设施无关。这也是云计算平台特征之一。

（2）数据层主要功能是存储空间数据及其索引信息，为实际应用提供数据

支持，主要采用各类数据库服务器来管理多源数据，数据库系统的选择按照各专

业系统的具体情况实施。数据库服务器的访问既可以基于中间件，如ArcSDE方式，也可以选择直接接口。数据是地理空间信息公共服务平台的血液和基础，既要保

证信息平台连续不断的运行，又要保护信息平台中数据源的安全性，因此，数据

层同时要考虑数据的安全问题。地理空间数据的安全性措施软硬件都要考虑，一

方面保证数据使用不能崩溃，另一方面保证数据不被非法访问。