数字城市数据运维平台初探

李东阳，张书亮，储征伟，陶亚婷

数字城市数据运维平台初探

李东阳1，张书亮2，3，储征伟4，陶亚婷2

( 1．浙江省地理信息中心，浙江杭州310012; 2．南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室，江苏南京210023; 3．江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，江苏南京210023; 4．南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏南京210019)

The Primary Exploration of Data Operation Platform for Digital City

LI Dongyang，ZHANG Shuliang，CHU Zhengwei，TAO Yating

针对数字城市建设中普遍存在的“两重视、两忽视和两匮乏”问题，提出了数据运维的概念及内容，设计和开发了数据运维平台软件。应用结果表明，软件能满足市县独立开展数据运维的需求，并显著提高数据运维的效率和水平。

数字城市;地理信息公共平台;数据运维;地理空间框架

一、引言

国家测绘地理信息局于2006年启动了数字城市地理空间框架建设工作，截至2013年底，国内已有321个地级市开展数字城市建设，已建成190个数字城市，开发应用系统逾2500个，成果的广泛应用有力促进了城市运行管理的科学化、精细化、信息化、协同化，并成为城市管理的重要平台［1］。地理信息公共平台是数字城市地理空间框架项目建设的重要内容和核心软件系统，也是数字城市地理信息资源集成、管理、发布与共享交换的基础性空间服务平台。随着国内众多数字城市的建成并投入应用，保持地理信息公共平台数据的现势性与提升数据更新的效率正在成为数字城市运行维护工作的核心［2］。然而，纵观当前的数字城市运维工作，普遍存在着“两重视(重视地理信息公共平台软件能力、界面和易用性的建设;重视数字城市应用软件和系统的运维)、两忽视(忽视数字城市纵向数据体系的内容更新;忽视数字城市横向数据体系的集中管理和联动更新)和两匮乏(区别于传统数据库运维和数据中心运维的思路，数字城市数据运行维护思路的匮乏;专业的数字城市数据运维技术方法与软件的匮乏)”的问题，因此，本着推动数字城市相关成果朝纵深方向推进及保障其可持续发展的目标出发，突破传统“平台建设”与“平台运维”的思维局限，探讨和研究数字城市数据运维相关的概念、内容、关键技术及应用系统，则显得迫切且意义重大。

二、数字城市“数据运维”的概念及内容体系

1．地理空间框架的数据及其相互关系

数字城市地理空间框架项目主要包含3大类数据:基础地理信息数据、面向服务的产品数据、目录及专题数据［3-4］，3类数据的内容体系及其相互间的关系如图1所示。其中，地理实体数据是在数字线划图( DLG)基础上经过面向对象的数据重组和模型重构形成的，可挂接社会经济和自然信息的数据;影像数据是在数字正射影像( DOM)基础上通过影像的拼接、匀色、反差、重影和镶嵌等处理，以及影像金字塔构建形成的数据;地图数据包括对基础地理信息数据经过符号化处理和图面整饰后形成的地图，以及在此基础上经提取、重组和扩充形成的政务电子地图和公众电子地图，政务电子地图整合了政府关注的社会经济信息，公众电子地图增加了公众兴趣信息，并经过保密技术处理;地名地址数据是通过对山脉、山峰、河流、湖泊等自然地名和行政区域、街巷、小区、门(楼)址等人文地名进行规范化处理，建立其与空间位置之间的一一对应关系形成的数据;三维景观数据是将影像数据、数字高程模型( DEM)和地名地址数据进行集成，扩充各类政府或企业、公众的兴趣信息形成的数据。

地理空间框架中的数据类型多样、内容丰富，但由于应用目的、表达形式和处理流程的差异，数据间的组织与管理方法有着较大的不同。此外，以地理信息服务为核心、面向3类用户、制作3版数据、基于3种网络、提供3套应用系统的地理信息公共平台建设模式［5］，也使得框架中数据间的关系更加复杂。传统的各自进行数据管理，且在不同时间构建的基础地理信息系统、电子地图配图与管理系统、地名/地址管理系统等，在面对数字城市地理空间框架数据统一管理和联动更新的新需求下，面临着技术、方法和支撑软件匮乏的种种问题。

图1 空间框架数据内容及其关系

2．数据运维的概念及内容体系

区别于传统的软件系统运维及数据库运维概念，数字城市的数据运维以基础地理信息数据、地理实体数据、影像数据、地图数据(政务电子地图、公众电子地图)、地名地址数据、专题地理信息数据等框架数据资源体系中各种类型数据的更新为基础，以提高数据更新效率和质量为目标，通过数据集中管理及联动更新的关键技术方法，重点实现数据变化发现、数据库变更和数据服务更新的一体化、自动化流程。数字城市数据运维工作的开展，将改善现行采用已有专业系统分别维护各类数据造成的系统之间信息不对称、孤岛现象明显和数据联动更新困难等弊端，从而为数字城市可持续发展提供强劲动力。

基于此，数字城市数据运维工作的内容体系如图2所示，它主要由实施逻辑集成的数据管理、数据联动更新环境、统一地理信息服务管理、数据运维平台和数据运维保障制度5部分内容组成。

1)实施逻辑集成的数据管理策略。将空间框架中的数据统一集中管理起来，改善以往不同类型数据分散管理的弊端。这并非完全替代传统数据管理系统的职能，而是通过统一管理手段实施逻辑上不同应用及数据库间的集成，保证在任意时刻都能了解和查看不同数据的现势性版本，从而为数据运维工作奠定基础。

图2 数据运维内容体系

2)建立数据联动更新环境。以往的数据更新受数据自身生产工艺流程和获取频度的影响，在不同的应用环境中独立进行，而通过构建数据联动更新环境，将改变具有联动关系数据更新效率低且时效性差的问题。数据的联动更新也不是简单集成以往的各种数据更新方法，而是在共享不同数据更新系统中更新数据集的基础上，维护数据变更元素(更新要素、更新区域、更新数据目录及元数据)之间的关系，规范数据变更流程，推动数据变更工作的科学开展。

3)构建统一的地理信息服务管理体系。地理信息公共服务平台最大的技术特点就是以地理信息服务为核心进行构建和应用，数据籍由服务对外发布和共享，数据的更新推动服务更新。因此，构建统一的地理信服务管理体系，管理服务的发布、发现、启动/停止，是数据运维工作重要的一个环节。在平台服务体系中，WMS/WMTS和WFS/WFS-G是面向瓦片数据资源和矢量数据资源的两类具有代表性的服务形式，如何在不影响服务正常运行和应用的情况下，实现数据局部变更驱动的服务更新，是数据运维中服务管理的核心之所在。

4)开发数据运维平台软件。数据运维平台软件以数据统一管理为基础，以数据更新的相关关键技术为支撑，是数据运维管理工作的支撑性工具软件，也是空间框架数据管理系统(简称库管系统)概念及能力的提升。

5)制定科学的数据运维保障制度。数据运维涉及不同标准、不同形式、不同更新频度数据的管理与集成，这就需要建立科学有效的运维保障制度，规范运维工作合理、可持续的开展。具体需要在包括数据标准、建库标准、更新数据规范、更新数据技术规程的基础上，制定能保障软件长期运行、数据现势性强、人员职责明确的运维制度。

三、数据运维平台的设计与实现

1．数据运维平台的设计

数字城市数据运维平台并非是要完全替代现有的面向框架中不同数据的多个应用管理系统，更不是对各个数据源另起炉灶的集中拷贝，而是一个可连接多数据源，以数据更新为主线汇集数据的平台。平台实时监控各数据源的数据变更，记录变化要素，推送各关联服务及数据的更新提示，并完成其局部更新。平台的设计框架如图3所示。

图3 数据运维平台设计框架

数据运维平台框架主要由支撑层、数据层、业务层及应用层4部分组成。支撑层主要包括软硬件、网络及运维保障制度等支撑环境;数据层主要由基础地理信息数据库、公共地理框架数据库、目录与元数据库、专题数据库及更新数据库组成;业务层主要由框架数据管理、更新数据管理及服务管理组成;应用层主要包括基础地理信息数据运维管理、电子地图运维管理、地名/地址数据运维管理及地理实体数据运维管理。

2．数据运维平台的软件实现

以Esri ArcGIS 10．1为GIS开发平台，基于Oracle11g，在．NET环境下，笔者所在的课题组研制了数字城市数据运维平台软件，如图4所示，面向地理空间框架中的各类地理信息资源，提供数据/服务的管理与更新等功能。

图4 软件界面

1)基础地理信息数据的管理与更新。在数据标准的支撑下，平台支持基础地理信息数据按区域级或要素级方式进行更新，用户可根据各自需求选择使用。区域级更新方法简单，易操作，但容易造成地理语义上没有发生变化的数据也被修改，造成了大量的数据冗余，同时追踪地物变得较为困难。要素级更新过程及实现方法复杂，但以要素为更新单位，可改善区域级更新造成的数据冗余等问题，并可较为便捷地形成多时相数据集，保存要素的完整版本。

2)电子地图的管理与更新。当基础地理信息数据或地名/地址数据发生变化时，软件会驱动产生电子地图的瓦片更新任务，检测出指定时间范围内变化的要素，形成区域范围，并自动更新变化区域内的地图瓦片。此方法不仅避免了每次更新重新切片的问题，而且解决了瓦片数据应用中的历史追溯与推演问题，其优势在于在数据更新时无须维护每个瓦片的生命周期，只需要调整检测事件对应的变化要素，即可动态产生瓦片。

3)地理实体数据的管理与更新。系统可利用权威部门提供的地理实体辅助信息，通过地名匹配或人工选取的方式，依据不同类型要素间统一的图形编码方式，即图形身份证，建立实体辅助信息与相应基础地理信息要素间的映射，自动/半自动生成图元及地理实体的数据及相关编码。在此过程中，图形身份证技术保证了基础地理信息数据、图元数据及地理实体数据间的一致性，同时也使得不同数据间的联动成为可能。当基础数据发生变化时，驱动着与之关联的图元及地理实体，从而保障了地理实体数据的现势性。

4)地名/地址数据的管理与更新。软件实现了标准地名/地址库的管理、地址匹配及地名/地址采集数据的更新等功能，通过中文分词技术，将地名地址数据进行语义拆分，借助从各类地理信息资源中筛选的领域特征词库，采用全文检索工具Lucene实现地名地址信息索引的构建与维护，并根据文本相关性和地理语义相关性的综合评价指标对结果进行排序，实现地名地址检索。基于中文分词和Lucene的地名地址索引技术，顾及了地理语义，融合主流信息检索技术，具有准确、高效等特点。此外，当税务、教育等各行业非空间数据在包含地址信息的前提下，即可利用地址匹配技术完成空间化，与地理实体、专题数据对接，进一步丰富地理空间框架数据库。

数字城市数据运维平台软件实现了框架数据集成、数据联动更新、地理信息服务统一管理等功能，通过在部分市县的应用，平台能满足市县数字城市项目管理人员独立开展数据运维的需求，极大地提高了数据运维的效率和质量，提升了数字城市的应用和服务水平。

四、结束语

本文分析了当前数字城市建设中存在的问题，提出了数据运维的概念及其建设内容，设计和实现

了数据运维平台软件。当前，众多城市的数字城市地理空间框架项目都已建成完毕，地理信息公共服务平台在各个行业信息化中发挥着日益重要的作用，从传统的平台建设到数据运维思路的转变，不仅可以丰富数字城市的建设内涵，更是数字城市向智慧城市迈进的重要举措。

［1］ 国家测绘地理信息局．截至2013年底数字城市已建成190个［EB/OL］．［2014-01-11］．http:∥www．gov．cn/jrzg/2014-01/11/content_2564461．htm．

［2］ 卫东．地理空间数据一体化更新发布系统的技术研究［J］．测绘通报，2013( 7) : 77－81．

［3］ 国家测绘地理信息局．CH/T 9003—2009地理空间框架基本规定［S］．北京:测绘出版社，2009．

［4］ 国家测绘地理信息局．CH/T 9004—2009地理信息公共平台基本规定［S］．北京:测绘出版社，2009．

［5］ 陈军，蒋捷，周旭，等．地理信息公共服务平台的总体技术设计研究［J］．地理信息世界，2009( 3) : 7-11．

P208

B

0494-0911( 2015) 11-0088-04

李东阳，张书亮，储征伟，等．数字城市数据运维平台初探［J］．测绘通报，2015( 11) : 88-91．

10．13474/j．cnki．11-2246．2015．0354

2014-11-05

国家自然科学基金( 41171301)

李东阳( 1979—)，男，高级工程师，研究方向为数字城市。E-mail: ldywish@ 126．com

张书亮