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1、数字城市地理空间框架建设项目技术介绍数字城市地理空间框架建设项目技术介绍 早在 2006 年，国家测绘局就首先在经济最发达、人口最密集、设施最集中的城市地区，启动了“数字城市地理空间框架建设”工作。截止到 2010 年底，全国将有 29 个省的 150个城市经遴选成为试点或推广城市。其中，太原、潜江、嘉兴等城市已经顺利通过了国家级验收。北京西城、通州、郑州、西安等近 30 个城市现已全面完成了框架建设。这些城市通过国家、省和地市三级之间共建共享机制，建成了 1:25 万、1:5 万、1:1 万或 1:5 千、1:2 千、1:500 数字线划图数据，2.5 米、1 米、0.5 米遥感影像数据，以
2、及相应精度的数字高程模型数据。还通过低空遥感、车载激光雷达等高新测量技术，获取了优于0.1 米的高分辨率遥感影像、每栋建筑物的精细三维模型、沿道路立面街景数据以及标志性建筑物的 360 度全景影像，真正形成了市域覆盖横向到边、数据尺度纵向到底、信息内容深入到点的完备基础地理信息数据资源体系。框架建设显著提升了我国在地理信息领域的自主创新能力。依托 NewMap 等自主知识产权软件建立的地理信息公共平台，通过网络提供在线调用、零码组装、标准服务和二次开发四种应用模式，建立了 300 多个专题应用系统，很好地满足了政府及部门、企事业单位和社会公众不同层次的需求。为当地经济社会发展提供坚实的支撑。对
3、下一步工作，国家测绘局徐德明局长在 2010 年之初就提出了十分具体的要求：“2015年前，要完成全国地级市和有条件县级市的框架建设，力争将 2020 年初步建成数字中国地理空间框架的目标提前 5 年实现！”1技术背景技术背景二十一世纪初，Web2.0 的问世，迅速带动 Web Service、地图混搭（Mashup）等新技术在地理信息领域的应用，使基于网络的地理信息服务不仅成为可能，更成为社会公众衣食住行不可或缺、灵活便捷的基本工具，导致人类对地理信息以及相关的在线发布软件和技术需求空前迫切。然而，以文件和数据库为基础的传统架构地理信息软件，很难适应以服务为核心的应用要求，如 ArcGIS、
4、MapInfo 等，面对数据即服务、功能即服务、处理即服务、工作流即服务、资源即服务等以服务为核心的新体系架构，存在效率不高、互操作性不强、跨平台性不够等诸多不适应。在需求牵引和技术拉动的双重动力驱使下，以文件和数据库为基础的传统架构的 GIS 软件向以服务为核心的 GIS 软件过渡发展端倪渐现。GIS 软件源于美国、加拿大等发达国家，于上世纪八九十年代引入我国并在众多领域得到广泛应用。尽管后期出现了国产化的软件，但一直以来处于模仿与跟踪的发展状态。因此，为彻底改变传统架构 GIS 软件时代我国落后的被动局面，紧紧抓住转型升级这一历史机遇，自 2001 年始就积极向科技部、信息产业部、国家测绘
5、局等部门争取 973 基础研究前期、863 计划、国家科技支撑计划、电子创新基金等理论与技术研究开发项目，项目率先开始并多年来坚持不懈地研制完全自主知识产权的全新架构的服务型 GIS 软件，旨在发挥后发优势，迎头赶上，实现 GIS 软件的跨越式发展，助推我国地理信息应用从数据提供发展到服务提供的新的历史阶段。2技术内容技术内容1）总体思路）总体思路随着 Web 技术的普及和升级换代，近十年内已从“静态、单向应用”的 1.0 发展到了“资源自由整合与有效聚合”的 3.0 时代，带动了地理信息应用从数据提供阶段进入到在线服务这样一个全新的历史阶段。以文件和数据库为基础的传统架构地理信息软件，如 A
6、rcGIS、MapInfo 等，面对数据即服务、功能即服务、处理即服务、工作流即服务、资源即服务等以服务为核心的新体系架构，存在效率不高、互操作性不强、跨平台性不够等诸多不适应。为此，项目采用 SOA 架构的先进理念，面向地理信息资源分布式存储、逻辑式集中的需求，提出并建立服务型地理信息公共平台软件的四层体系架构：数据层、GIS 服务层、Web 服务层和应用层，完全从底层研制自主知识产权的 Newmap 原子级底层核心，具有长期稳定、联动更新、细颗粒度、环境普适、服务高效和公共性的特质。针对地理信息大数据量、快速处理的需求，基于 Newmap 原子级底层核心，遵循 COM技术规范，封装全组件式
7、开发控件包 Newmap Objects，提供部件化、标准化、工业化的 GIS 功能模块，并搭建 Newmap DMP GIS 系统，实现空间数据的加工、建库、管理、配置、制图、分析与输出等功能。针对新历史阶段下提供地理信息在线服务的需求，基于 Newmap 原子级底层核心，遵循WebService 标准，封装 Newmap Server：“云”（服务器端）的服务接口和“端”（客户端）的二次开发接口，并搭建 Newmap PLAT Portal 系统，实现在线的服务提供、发现、注册、聚合以及安全认证、实时监控和运维管理等功能。Newmap 原子级底层核心以及 Newmap Objects、Ne
8、wmap Server，连同 Newmap DMP GIS 系统和 Newmap PLAT Portal 系统，共同构成服务型地理信息公共平台完整的软件技术体系。该体系可以提供多种类型的地理信息服务，具有服务丰富、管理便捷、经济实用、性能高效的特点，能够全面满足数字城市、数字区域、数字中国以及数字行业建设和应用的需要。2）技术方案）技术方案（1）整体架构）整体架构秉承面向服务架构（SOA，Service Oriented Architecture）的设计思想和理念，项目提出了服务型地理信息公共平台软件 Newmap 的整体架构，由数据层、GIS 服务层、Web 服务层和应用层四层体系构成。数据
9、层，提供在线地理信息服务的数据集合，包括地图数据、要素数据、影像数据、三维数据等，支持 shp、mif、dxf、dwg、dgn、img、tif、3ds、x 等 20 种文件格式，以及Oracle、SQLServer 等常用大型数据库；GIS 服务层，实现多种类型、多种功能的地理信息服务的发布与管理，支持目录服务、地图服务、要素服务、网络服务、功能服务、标准服务、地理编码服务、三维服务等，以及第三方服务的聚合及再发布；Web 服务层，实现基于标准协议（HTTP/TCP）的服务请求的接收、分发、处理及结果返回，支持基于 Apache、IIS、Nginx、Lighttpd 等常用 Web 服务的部署
10、；应用层，实现客户端在线应用、第三方软件接口调用、专题系统定制应用等多种模式的地理信息服务访问和调用，支持 IE、FireFox、Chrome 等多浏览器、跨平台客户端应用。（2）原子级底层核心）原子级底层核心计算机技术的发展一方面推动了地理信息软件的进步，但同时也让地理信息软件为不断追赶 IT 技术变化承受了沉重负担。操作系统从 Unix 为主到 Windows 主宰再到当前的 Unix、Windows、Linux 多元鼎立，开发语言从汇编语言到 Pascal 到 C 语言再到 Java、.net，网络浏览器从 Netscape、IE 到 FireFox、Chrome，这些发展变化使 GIS
11、 软件所依赖的技术环境越来越复杂，为跟上技术变化满足不同类型应用环境需求，采用传统架构研发 GIS 软件的负担越来越重。为摆脱此种窘境，保证所研制的服务型地理信息软件能够满足不同类型环境的应用需求，以相当小的调整普遍适应当前和未来信息技术在硬件设备、操作系统、开发语言等方面的发展和进步，Newmap 软件研发之始就采用了一种领先的软件架构，确立了可保持长期稳定的原子级底层核心 Newmap Components 以及在此基础上通过环境相关的扩展进行产品封装的整体思路。Newmap 软件的原子级底层核心 Newmap Components 的构建思路为：把实现地理信息处理、表达、管理、应用与服务
12、的各项功能、算法、流程和所依赖的开发技术进行有效隔离，剥离提取出相对稳定的、不依赖软件界面、开发接口、事件机制、数据引擎等易变的技术环境的核心功能和算法，并进行细颗粒度的组织，采用高效、成熟、标准的 C+语言予以具体实现，建立了 Newmap 原子级底层核心 Newmap Components。以 Newmap 原子级底层核心为基础，通过外围功能模块和人机交互界面的扩展实现产品级软件的封装和搭建，从而保证在相关技术环境发展变化时仅需重新实现或调整外围扩展部分，确保 Newmap 系列软件的长期可维护性、扩展性和伸缩性。Newmap 原子级底层核心具有以下技术特点：系统平台无关性，支持多种操作系
13、统，包括 Windows（2003 Server、2008 Server、XP、Vista、7 系列等）、Unix 和 Linux 等；硬件平台无关性，支持多种计算机设备，包括小型机、刀片服务器、PC 服务器、微机和移动计算设备等；长期稳定性，底层核心实现的是不依赖于外围开发技术的细颗粒度的公共性功能与算法，可以保持长期稳定；运行高效性，底层核心采用标准 C+语言实现，运行高效，可以满足复杂空间分析运算和大数据量处理要求；家族产品一致性，统一的底层核心保证了 Newmap 系列产品功能的一致性以及彼此之间良好的兼容性；产品升级同步性，由于 Newmap 软件产品底层是完全一致的，底层核心升级后
14、，全系列所有产品的相关功能同步升级；开发语言多样性，支持 C/C+、Java、JavaScript、PHP、ASP、.Net 等多种语言的调用开发。Newmap 原子级底层核心共包含 7 层 40 大类 278 亚类内容。（3）Newmap Objects在 Newmap 原子级底层核心的基础上，遵循 COM 技术规范，封装了全组件式的开发控件包 Newmap Objects，提供了部件化、标准化、工业化的 GIS 功能模块，开发人员可以借助它搭建各种类型的地理信息应用，大幅降低了系统开发的技术门槛，缩短了开发周期。Newmap Objects 包括 11 大类控件。（4）Newmap DMP
15、Newmap 的统一底层支持是自主研制的包含 40 大类 278 亚类内容的 Newmap Components，以此为基础，针对提供在线地理信息服务所需的数据管理、地图制作、服务发布、二次开发、在线应用、维护管理、专题应用等全流程的技术需求，通过动态装配组装建立了数据管理软件 Newmap DMP、信息服务软件 Newmap Server、运维管理软件 Newmap Manager、辅助应用软件 Newmap PLAT 以及一系列的行业应用软件（规划、国土、公安、应急、工商、卫生、统计等），各软件均基于统一的底层支持，采用松散耦合结构，通过标准接口实现信息交换，具有良好的可扩充性和可维护性特
16、征。Newmap DMP数据管理软件，实现了从基础地理信息数据到面向服务数据的加工、配置及管理，支持矢量数据、影像数据、缓存数据、元数据等多种类型，提供了多种格式数据的导入、编辑、入库、更新、删除、裁切、转换、导出、制图等功能，兼容各种常用的数据格式达 20 多种，提供了快速的一键式地图配置和灵活的符号编辑制作功能，实现了平台无关的地图可视化表达，为网络地理信息发布服务提供基础支撑。Newmap DMP 的性能指标和技术特点如下：良好的数据兼容性，支持 20 多种数据格式的导入与输出；多类型地理信息的一体化管理，包括矢量、影像、地名、三维数据等；支持 TB 级海量数据的管理；具备网格与瓦片一体的空间索引，实现海量数据快速浏览调度；基于专家知识模版的自动化制图；基于地图基元模型的跨平台地图可视化；可视化的符号编辑器，支持地图符号的自主扩充与可视化定制；高效的瓦片输出，普通微机上，矢量数据生成瓦片可达 300K/秒，影像数据可达 2048K/秒。（5）Newmap ServerNewmap Server 在 Newmap
