基于军民融合的时空信息云服务体系设计

赵裴姚静张奋杨娜

基于军民融合的时空信息云服务体系设计

赵裴1，2，姚静1，2，张奋1，杨娜2

（1.地理信息工程国家重点实验室，陕西 西安 710054；2.西安航天天绘数据技术有限公司，陕西 西安 710061）

在大数据时代，时空信息作为国家的战略性资源，具有巨大的应用空间和价值。构建分布式的时空信息云服务体系框架，统筹军民两类时空数据资源，是实现军民深度融合的重要举措。在军民融合战略背景下，分析了国内外时空数据资源基础设施建设、应用服务等方面的现状以及中国目前存在的问题，提出了军民一体化的时空信息云服务体系建设构想，分析了体系建设目标、建设思路、路线图及应用前景，为未来中国军民融合时空信息云服务体系建设提供技术支撑。

军民融合；时空信息；云服务体系；体系架构

1 军民融合时空信息服务现状

1.1 国外发展现状

近年来，美国等发达国家相继开展军民融合时空信息服务体系构建，重点发展天基资源基础设施建设。在导航方面，美国于2016年完成GPS-II部署，2017年发射GPS-III首颗卫星[1]，可全天候、连续、实时为全球用户提供高精度导航、定位、定时等服务，提供精密的三维坐标、速度和时间；在通信方面，美国在2010年启动全球覆盖通信体系，2015年SpaceX公司发展低轨通信小卫星星座，03B公司发展OneWeb低轨宽带通信星座，已经形成了宽带、窄带、防护、中继和商业卫星构成的通信卫星体系；在遥感方面，2011年启动建设国家生态观测系统（NEON）。2014年SeeME快速响应小卫星网络研制[2]，已形成高、低轨结合，涵盖光学、微波和物理场等探测手段结合的综合遥感观测能力。

目前为止，美国在轨卫星数量、信息处理技术水平和应用能力均处于绝对领先地位，其构建的时空信息应用服务体系已经成熟，能够为军用、民用、商用等领域提供全面、精确的数据服务。

1.2 国内发展现状

改革开放以来，中国卫星应用事业取得了辉煌成就，已经形成了东方红系列通信卫星、返回式系列遥感卫星、风云系列气象卫星、资源系列资源卫星、海洋系列海洋卫星以及军用系列卫星的时空信息应用服务体系[2]，能够为通信、导航、遥感等多个领域的信息应用提供数据支撑。

但相较于发达国家的“军民一体、实时服务”来说，中国的时空信息服务体系存在“军民孤立、信息分离、服务滞后”的问题，并且主要是面向专业用户进行服务，尚未达到服务大众的目的。具体表现在以下几个方面。

在军民时空信息数据交换融合方面，长期以来，由于体制、机制、安全等诸多方面的限制，军用时空信息系统和民用时空信息系统是两个完全独立的系统，军民用系统间缺乏有效的军民数据交换和融合机制，使得大量的军民用时空信息数据得不到充分利用。

在军民时空信息分发服务方面，由于军用数据的高安全保密，使得军用数据长期以来完全处于封闭状态，缺乏与民用时空信息系统间的有效共享和信息服务机制，无法实现时空信息数据的军民实时有效共享分发服务。

在军民时空信息智能化服务体系方面，缺乏完整、有效、规范的服务体系顶层设计为军民时空信息数据融合处理、共享分发等服务应用及推广提供指导。

因此，亟需建立军民融合时空信息服务体系，打通军民服务“壁垒”，为各类军民用户提供定位、导航、授时、遥感、通信等服务，促使时空信息服务实现大众化、实时化、智能化[3]。

2 建设目标

面向时空信息军民融合应用需求，基于云计算、大数据等技术，以数据为核心，以智能化服务为向导，重点研究军民时空信息一体化方法和军民时空信息智能化服务方法，集成军用和民用的空间数据资源及空间数据应用成果，完成海量多源异构军民时空信息数据资源汇交、入库、交换融合、互联共享、统一管理、多元化智能服务，构建结构开放、时空统一、面向服务的军民一体化时空信息云服务体系，开展军民一体化时空信息应用服务的典型示范应用。

3 建设内容与构想

3.1 建设路线图

以军民融合深度发展为战略背景，以军民多源异构时空信息数据为支撑，以智能化服务为核心，集成军用领域和民用领域的时空信息数据资源，构建分布式协同、时空基准统一、面向智能化服务的军民一体化时空信息云服务体系，针对军民用领域时空信息应用需求，提供数据服务和应用功能服务，开展军民一体化时空信息应用服务的验证示范和推广应用。其技术路线如图1所示。

图1 军民一体化时空信息服务技术路线图

3.2 军民一体化云服务体系构建

在军民时空信息服务标准规范支撑下，通过整合时空信息资源，构建分布式的军民一体化云服务体系框架，在统一的时空服务框架支撑下，为军用、民用领域提供时空信息数据服务和功能服务。

3.2.1 体系架构

军民一体化时空信息云服务体系基于面向服务（SOA）的体系架构，其总体框架如图2所示。

图2 军民一体化时空信息云服务体系框架图

支撑层：包括硬件设施和虚拟资源两部分，为资源并行计算、分布式调用、任务调度等提供计算、存储、网络等资源支撑。该层面内容是体系建设的基础支撑部分，不作为体系建设内容，所以采用虚框标识。

资源管理层：通过引入大数据并行存储管理和资源调度技术，对军民多源时空信息数据资源进行统一、高效、安全地引接、规范化处理、分布式组织、存储和管理，为资源服务层提供数据支撑。

资源服务层：在统一的服务支撑框架下，通过服务资源聚合为上层用户提供数据服务和功能服务支撑。其中数据服务包括数据查询/浏览服务、数据订阅发布服务、数据推送服务等；功能服务包括需求提报服务、多源数据融合服务、专题产品制作服务、在线处理服务、远程处理服务、可视化展示服务、态势生成服务、智能分析服务和二次开发服务等。

领域应用层：在终端应用支撑框架下，为军民领域用户提供军民一体化时空信息，完成具体的军民时空信息服务和功能应用服务。

3.2.2 主要功能

军民一体化时空信息云服务体系面向各类军民用终端提供天基资源引接、共享、按需服务、数据支撑、协同交互、数据处理、智能化分析等，重点包括如下功能：①军民时空信息引接功能。实现军民时空信息数据的接入、规范化处理和质量检查，为实现专题产品生产、空间分析、可视化展示等服务提供数据支撑。②军民时空信息资源一体化管理功能。提供军民时空信息资源的统一管理功能，包括目录管理、数据编辑、查询统计、数据归档等数据管理功能。③海量大数据军民时空信息的通用处理和专业处理功能。通过并行计算集群、云计算等手段，将规范化后的时空信息进行通用处理和深加工，构建标准化的通用处理流程，实现标准产品、其他高级产品的加工制作以及产品的质量评定；同时提供面向军用领域和民口领域应用的专题产品，如通过多时相遥感数据的专业处理和分析，生成面向国防安全、应急救援、国土、环境等辅助决策的专题情报产品。④支持多终端的时空信息可视化显示功能。在应用终端的支撑下，提供桌面端、手持端、Web端等多终端快速、及时、准确的时空信息服务，并能够根据用户需求叠加不同的图层进行显示，实现地形数据、高程模型数据、三维模型、遥感影像、专题产品等信息的叠加显示。⑤数据服务和功能服务功能。实现对外发布时空信息中各类标准产品、专题产品以及应用功能等的服务功能，实现各行业各类数据产品的统一展示及服务，为行业用户提供一站式的专题产品服务，以Web Service的形式提供服务接口，使得用户可以方便的将服务功能集成至自身业务系统中。同时，向用户开放接口，允许用户通过平台定义的规范要求共享开放其所属资源，实现入库产品的展示、实时发布功能。⑥服务管理功能。提供数据服务、功能服务等服务的注册、发布、申请、授权、监控等一体化管理功能，是军民一体化时空信息云服务体系的重要组成部分。⑦智能化分析服务功能。提供军事地形分析、近邻分析、缓冲区分析、网络拓扑分析、地下管线分析等智能算法。⑧终端应用支撑功能。能够提供桌面端、手持端、Web端等多终端的时空信息服务请求、查看、资源下载、服务评价等功能。支持不同图层的叠加显示。⑨运行维护管理功能。对服务状态、计算资源、服务器等的统一监控和管理，主要包括硬件设备监控管理、资源池监控、集群监控与扩展和平台使用状态监控，实现对云GIS资源的实时监控管理，确保平台安全、稳定、高效运行。⑩统一服务标准功能。通过沿用、修订以及制定等相关时空信息服务标准规范，构建统一的面向基于军民融合的时空信息服务标准规范体系，为体系的构建提供了标准依据。

3.2.3 云服务体系组成

根据军民一体化云服务体系构建目标及主要提供功能，将其划分为资源管理、数据服务、功能服务、服务管理、运维管理、标准规范等系统。云服务体系组成如图3所示。

图3 云服务体系组成

3.2.4 服务流程

军民一体化时空信息云服务体系主要由资源管理、服务管理、数据服务、功能服务和运维管理五大功能构成，其工作流程如图4所示。

图4 时空信息云服务体系流程图

服务注册与发布：通过服务管理，进行数据服务和功能服务的注册、发布和管理，是用户服务请求的统一入口以及数据服务、功能服务的统一出口。

数据服务请求与响应：当用户通过桌面端、手持端、Web端等多终端提出数据服务时，如果存在相应数据，则通过服务管理通道将数据返回给用户；否则通过地面网络或卫星链路向相关军民时空信息应用系统提出数据申请，并通过调用相应卫星资源获取相关数据。

功能服务请求与响应：用户提出功能服务时，在数据和计算资源的支撑下，实现相关数据的处理、分析等，并将结果返给用户。

3.3 应用前景

在天基资源、通信网络等基础设施支撑下，军民一体化时空信息云服务体系实现了军民时空信息的汇聚、规范化处理、融合、交换、一体化管理，实现了数据服务、功能服务等各类服务的聚合、发布、管理，通过统一的服务接口为军民领域用户提供信息服务和应用服务。军民一体化时空信息云服务体系的推广应用将进一步加快军民用时空资源的快速整合，并不断促进中国军民时空领域的深度融合，增强中国航天软实力。

4 结语

军民融合发展是中国的一项重大战略部署，也是一项需要不断改革、创新的研究课题。基于军民融合的时空信息云服务体系是突破现有体制束缚，实现军民时空信息融合的有效方式，通过在数据服务和功能服务层面实现军民时空信息共享，并不断提升时空信息的应用价值，服务于国防建设和国民经济发展。后续将重点研究服务标准体系的框架构建，细化相关服务标准条目，通过对现有标准进行梳理，总结出哪些标准可以直接沿用、哪些标准需要修订、哪些标准需要制订等，不断完善军民融合方面的时空信息服务标准体系规范，从而更好地服务于云服务体系的建设。

［1］唐宁.空间信息栅格系统框架、服务体系与服务聚合技术研究［D］.长沙：国防科技大学，2004：25-27.

［2］李德仁.建设军民深度融合的空天信息实时服务系统［J］.网信军民融合，2017（2）：26-30.

［3］陈琦程.面向服务的行业解决方案：原理方法和实践［M］.北京：电子工业出版社，2011：41-42.

2095－6835（2019）22－0080－03

E919

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.028

赵裴（1987—），女，河北保定人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为地理信息应用服务。

〔编辑：张思楠〕