基于云计算的市县级天地图架构设计

文章编号：0494-0911（2012）S1-0621-03中图分类号：P208文献标识码：B基于云计算的市县级“天地图”架构设计江苏省基础地理信息中心，江苏南京210013)摘要：分析建设基于云计算的“天地图”项目的必要性，对云计算架构下“天地图”的应用模式进行分类，设计满足各类应用模式的“天地图”架构并简述该架构在“天地图常州”项目中的应用情况。关键词：云计算；天地图；地理信息公共服务作者简介：谈帅（1981—），男，江苏扬州人，硕士，工程师，主要研究方向为企业级地理信息系统设计。作为国家地理信息公共服务平台的“天地图”建设是当前测绘部门的一项重要工作。随着各省“天地图”节点陆续建成上线，市县级“天地图”节点的建设全面展开。在市县级“天地图”建设过程中出现了一些因素促使“天地图”站点构建在云计算平台上，这方面的因素主要有以下几点：政策因素不少城市将云计算作为本市的重点工程，一方面对使用云平台制订了一些优惠的措施，吸引建设单位使用云平台部署“天地图”；另一方面为了提高硬件利用率，节省政府基础设施的投资，有的城市出台政策与规定，要求政务部门建设的信息系统必须部署在云计算中心。应用需求相比于国家、省级节点，市县级“天地图”应用更趋生活化、本地化，使用者对用户生成内容（UGC）需求强烈，对可访问性以及响应时间等可靠性、性能因素敏感，应用部门需要空间信息软硬件基础设施构建基于“天地图”的本部门应用，云计算架构恰是应对这些挑战的理想解决方案。

技术发展趋势云计算是当前业的发展趋势，“天地图”采用的面向服务架构（SOA）实际上就是云计算模型中的一部分。云计算提供了从软硬件基础设施到软件服务等一整套的服务化解决方案，为“天地图”伸缩性、可靠性提供了有效的保障，符合未来“天地图”一云多端的应用模式。因此，设计基于云架构的“天地图”建设方案势二、云计算云计算是对基于网络的、可配置的共享计算资源池能够方便地、随需访问的一种模式。这些可配置的共享计算资源池包括网络、服务器、存储、应用和服务等，并且这些资源池已最小化地管理或者更通过与服务提供商的交互可以快速地提供和释放。云计算从架构上看一般认为可分为3层：软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）及基础设施即服务（IaaS）。软件即服务Iaas应用程序部署于云服务器中，可同时由多个用户访问，例如SalesForce这样的软件产品。一般来说这类产品具备以下几个特征：1）易用性：无需安装，通常通过Web访问。2）伸缩性：随时随地可访问数据。3）可用性：随时提供按需服务。4）可靠性：持续地提供服务，而不会出现不可用的情况。5）性能稳定：不会因为客户端机器的性能而影响用户所使用的功能。6）易共享：用户就像在使用本地应用一样使用SaaS应用。

平台即服务PaaS建设方将基础、复杂、繁琐的功能进行封装，形成方便、简练的API提供给平台开发者调用，降低平台应用开发的复杂度。同时平台也提供应用开发的开发、测试、部署环境。例如GoogleAppEngine就提供了多种语言的开发包以及对应的clipse开发插件。基础设施即服务IaaS将多台服务器的CPU、内存、存储等计算资源汇集成庞大的计算资源池，然后针对用户的需求对池内的资源进行灵活、动态的划分作为服务提供给使用者。用户不必购买实体的硬件，只需要按需租用池内的资源获取计算能力。这类服务的典型基于云计算的市县级“天地图”架构设计如Amazon的EC2。目前，云计算存在3种模式即公有云、私有云及混合云。公有云是最常见的一种云计算模式，用户将自己所有的数据部署于云中的存储空间中；用户通过互联网访问租用的计算资源，对这些资源拥有完全的控制权。这种模式比较容易遭受蓄意的攻击。私有云部署于某个部门的机房内，该部门具有对云平台的控制权，可以完全控制数据存储并拒绝通过互联网访问。该模式适合注重系统安全的用户。混合云是包含了私有云和公有云，从实质上看混合云是可以访问公有云服务的私有云。三、“天地图”与云计算“天地图”是地理信息公共服务平台的公众版，就其发展趋势看未来将发展成为公共地理信息云平台，其应用模式主要有终端应用与二次开发两类，无论哪一类应用模式都可借助于云计算架构增强系统的伸缩性、灵活性、稳定性以及性能。

终端应用模式“天地图”终端包括浏览器及各类移动客户端。这类应用以SaaS的方式提供，主要访问WMTS、WFS、道路查询等服务，是网站压力的主要来源。访问量突然增加时对“天地图”服务的性能影响很大。借助云计算弹性资源分配技术，当并发访问突然增加时，可以通过动态增加带宽、CPU、内存，甚至动态增加集群中虚拟机的方式提供系统的性能；当访问量下降时回收。二次开发模式二次开发模式主要利用“天地图”应用程序接口（API）进行二次开发构建应用系统，该模式可分为以下几类。独立运营类选择该模式的用户将系统部署在自有的服务器上，仅在自己开发的系统中调用以PaaS形式提供的API访问“天地图”服务。对“天地图”影响也主要在性能方面，通过上节所述云计算弹性资源分配技术来解决性能问题及网站压力是解决该模式对系统挑战的主要技术手段。托管运营类该模式下，用户不仅通过API访问“天地图”服务。由于不具备独立的软硬件环境，用户还需要“天地图”平台提供IaaS服务。“天地图”平台对云计算平台进行定制，构建即租即用的GIS服务器集群、空间数据库集群模板，用户只需要设置CPU、内存、存储容量、机器数目等参数即立刻创建GIS服务器集群和空间数据库集群，并可根据日后系统的负载动态地在集群中增加或者回收计算资源。

云平台互操作类网络社交、网络办公是互联网云平台应用的重要方面。“天地图”平台不仅通过IaaS服务提供用户地理信息云的计算资源，还要能够通过PaaS服务将用户其他云平台的公共信息和授权用户的私有信息集成进来。例如开发腾讯的“天地图”社交应用，抢占Web入口，将部署于新浪云平台的微博应用与“天地图”平台集成构建舆情应用，将GoogleFusionTables等网络办公套件中的数据集成到“天地图”中构建云办公制图应用。四、云架构“天地图”建设方案以公共地理信息云为目标，为满足多种应用模式的需求，本文设计了如图1所示的基于云计算的“天地图”架构方案。“天地图”架构图“天地图”的IaaS层由硬件层、云基础设施、地理信息云计算资源管理软件及虚拟服务器集群构成，其中地理信息与计算资源管理软件是在云基础设提供的开发接口基础上。针对“天地图”应用的特点研发的GIS计算资源管理与调度软件，该软件提供如下功能：1）性能监控：监视Web服务器、数据库服务器的CPU、内存、存储、带宽等资源的使用情况，并及时通知资源分配组件对资源进行调度。2）资源分配：根据性能监控的结果对虚拟机所占用的资源的分配或者回收工作，必要时可自动生成新的GIS应用服务器虚拟机实例并自动加入 GIS 服务器集群。

增刊3）应用集群创建：根据用户的需求设置相应参 数生成GIS 虚拟服务器集群及数据库虚拟服务器集 群，提供即租即用的地图PaaS、SaaS 托管服务。 在PaaS 层“天地图”提供服务端 API 与客户端 API，服务端API 分类与标准如表1 所示。 服务端API分类 功能 REST OGC 服务 SOAP 瓦片地图服务 客户端API面向Web 应用和移动应用，除了服 务端API 的请求与事件外，还结合各种客户端特点 设计了对应的可视化组件进一步简化了应用开发。 客户端 API 支持的平台有 JavaScript、Flex、Silver- light、IOS、Android SaaS层包括“天地图”的网络地图及其扩展应 用，例如社交应用、信息分享应用、生活信息聚合应 五、建设案例本文所设计的基于云计算的市县级“天地图” 建设方案已经在市县级“天地图”节点建设中投入 应用。以“天地图常州”为例，“天地图常州”部 署在常州市云计算应用服务中心。系统通过租用 该中心的虚拟机构建Web 服务器集群、数据库服务 器集群及GIS 服务器集群，这些集群组成系统的内 网，与互联网隔离。另租用连接外网的虚拟服务器 作为反向代理与负载均衡服务器（如图2 所示）。

“天地图常州”部署示意图借助于云计算的动态资源管理机制，“天地图 常州”实现了动态添加虚拟机并加入集群中从而 能够动态调整性能，按需分配计算资源。通过租借 基于云计算的市县级“天地图”架构设计五、结束语 地理信息安全面临着严峻局面，迫切需要实 用、可靠的安全技术手段来解决。密码技术和数字 水印作为信息的前沿技术，对于地理信息安全具有 不可替代的重要作用。面向海量地理空间数据安 全保护，并将安全技术实用化，还有许多问题需要 不断解决。通过对地理信息安全特征的深刻认识， 以及对信息安全关键理论和技术的深入研究和解 决，并实现技术的应用和推广，地理信息安全技术 必将在信息安全领域发挥越来越大的作用。 参考文献： 闾国年，吴平生，陈忠明，等．地理信息特点的研究 南京师范大学学报：自然科学版，2000，23（2）：120-124． 基于混沌序列的遥感图像的加密和解密［J］． 河北遥感，2007（1）：11-12． 论数字水印技术在地理空间数据安全中的应用［J］． 测绘通报，2010（10）：1-3． 基于整数小波变换的栅格数字地图数字水印算法［J］． 武汉大学学报：信息科 学版，2009，34（5）：619-621． 一种基于HVS和DFT 栅格地图自适应数字水印算法［J］．武汉大学学报：信 息科学版． 2011，36（3）：351-354． 基于小波变换的数字栅格地图复合式水印算法［J］． 测绘学报，2011，40（3）： 397-400． 矢量地图数据的水印技术综述［J］． 测绘科学技术学报，2009，26（2）：96-102． 矢量图形脆弱水印研究与实现［J］． 计算机应用研究，2011，28 （10 二维矢量数字地图的零水印算法［J］． 计算机工程与设计，2009，30（6）：1473- 1475，1479． ［10］ GIS矢量数字产品版权认证技 计算资源而非自购硬件和配套设施，业主节约大量的资金。

针对市县级“天地图”用户需求生活化的特点， 系统除了“天地图”常用功能之外，还研发了本地团 购、本地房产、本地公交等功能，这些功能同时通过 API 方式提供给二次开发用户使用云计算地图导航，使得“天地图” 更加贴近市民生活（如图3 所示）。 团购界面六、结束语 在云计算平台上构建“天地图”能够提高系统 的性能，增强可靠性，缩短部署时间，节省建设经 费。弹性资源分配在给系统带来更好的伸缩性的 同时也为不同类型的用户提供差异化服务，适应了 细分市场与全面覆盖发展趋势。随着“天地图”从 地理信息平台向地理计算平台的转变，云基础设施 接口标准化、云地理信息互操作等问题需要更深入 的研究。 参考文献： GISApplica- tions CloudComputing Platform andRecent Advancesc． Proceeding 20115th International Conference RAST．Istanbul：［s． XUEQunwei，ZHOU Xiaolei，MA Juan． PreliminaryStudy SpatialCloud Computing［C］ Proceeding 2010International Conforence ComputerApplication SystemModeling （ICCASM 2010 YANGJinnan，WU Sheng． Studies CloudComputing Techniques 2010Second IITA International Conference RemoteSensing． Qingdao：［s． LUHanyu，CAO Zhiyong． Research SpatialInterpola- tion Based 2012International Conference ComputerScience Elec-tronics Engineering． Hangzhou：［s． 基于云计算技术的GIS 软件工程模 基于集群技术的“天地图”运行支持环境设计［J］． 地理信息世界，2011（4）：15-19．

（编辑：西安站长网）

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