基于云端GIS架构的福建省水土保持综合信息平台初步设计
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基于云端GIS架构的福建省水土保持综合信息平台初步设计
摘要：本文首先从福建省水土保持常态化业务着手，分析了福建省水土保持信息化的现状以及所面临的问题；其次文章简要介绍了云端GIS架构的特点，阐述了选择云端GIS架构设计水土保持信息平台的原因；最后，根据以上分析，文章初步设计了福建省水土保持信息平台的总体框架及具体功能。
关键词：云端GIS架构 水土保持 信息平台
1 引言
当前，信息化水平已经成为衡量一个国家和地区现代化水平的重要标志。党的十八大报告中将信息化水平大幅提升纳入了全面建成小康社会的总体发展目标。作为水利信息化的重要组成部分，福建省水利厅高度重视水土保持信息化工作。分管厅领导提出要通过建设基于GIS的福建省水土保持综合信息平台来提升水土流失监测预报能力、重塑现有的水土保持政务流程、提高水土保持综合治理和预防监督的管理能力，实现信息技术在水土保持核心业务领域的充分应用和融合。
这一背景下，如何设计合理的架构体系实现水土保持业务、GIS技术以及信息平台三者的有机结合是福建省水土保持信息化工作的重点。本文将以福建省水土保持业务的信息化现状为切入点，以云端GIS架构为基础，设计福建省水土保持信息平台的技术架构。
2 信息化现状及面临问题
根据水土保持各部门职能的不同，福建省水土保持业务大体上可以分为治理、监测、监督三个部分。本文将对这几个部分的信息化现状以及存在问题等进行分析，作为水土保持综合信息平台架构设计的出发点。
2.1信息化现状
（1）水土保持治理信息化现状
水土保持治理工作的主要内容是依据国家及福建省的水土保持规划目标，以小流域为单元，完成水土流失治理项目的储备、审批、实施、验收及后期管理等相关工作。目前，福建省已建成“小流域治理项目管理系统”，可对水土流失治理项目的相关信息进行查询、管理。
（2）水土保持监督信息化现状
水土保持监督工作以生产建设项目的水土保持方案编报、组织评审、报批并监督落为核心，此外还包括实施水土保持监督检查，征收水土保持补偿费等。目前福建省正在使用“全国水土保持监督管理系统”，其包括水土保持方案管理、监督检查、设施验收、规费征收、行政执法等功能。
（3）水土保持监测信息化现状
水土保持监测作为水土保持事业的基础性工作，其主要内容是对水土流失动态变化的情况进行常态化监测。根据监测手段及对象的不同，福建省水土保持监测业务可以分为水土流失动态监测、地面站点观测以及水土保持工程监测三大部分。
○1水土流失动态监测
2000年福建省首次利用3S技术对福建省水土流失现状进行动态遥感调查，经过十多年的发展，3S技术已普遍应用于水土流失动态监测或水土保持专题调查。与此同时，福建省通过开发相应的信息系统来管理和应用监测成果。目前已建成的信息系统有福建省水土流失现状查询系统、东南沿海水土流失动态查询系统、福建省山地水土流失查询系统等。
○2地面站点观测
地面站点观测主要指利用全国水土保持监测网络二期工程在福建省建设的15个水土流失观察场进行的常态化水土流失观测。观察场有专人负责观测并上报数据。目前，地面水土流失观测数据均以文件形式存储，没有建立专门的数据库及信息系统进行管理。
○3水保工程监测信息管理
水土保持工程监测主要针对的是在建的生产建设项目以及水土保持治理项目。水土保持主管部门主要对项目业主或业主委托的监测单位上报的监测数据、监测实施方案、监测报告等进行审核、管理。全国水土保持监测管理系统提供这部分数据的管理功能。
2.2存在的问题
（1）网络及硬件资源未充分利用
福建省目前已建成数字福建云计算平台以及政务网，福建省水利厅在政务网上搭建了水利专网，全国水土保持监测网络建设也为福建省配置了相应的网络及硬件设备。但是由于我省信息化建设缺乏统筹规划，这就造成了一方面现有的网络及硬件资源没有被充分利用，另一方面网络连通障碍或者硬件瓶颈使得现有信息系统利用率较低。
（2）数据采集、上报系统化程度低，数据管理能力落后
目前无论是水土流失动态监测的成果数据，还是水土保持治理、监督相关的业务数据，其采集、上报、审核过程还是经由人工操作完成，没有统一的采集传输体系支持，自动化、系统化程度较低。落后的采集上报体系也一定程度造成了水土保持数据库更新、管理的滞后，数据的管理完全凭借水土保持工作人员的责任意识，水土保持数据混乱和遗失的现象容易发生，造成相关数据查询、应用的不便。
（3）系统间缺乏联系，信息孤岛现象普遍存在
尽管国家与福建省水土保持部门建立了多个管理信息系统，但是由于各个系统的技术架构不同，系统之间缺乏联系，数据交互共享存在障碍，信息孤岛现象普遍存在，用户无法在单一的系统上获取全部所需的数据及服务。
3 云端GIS架构及具备的优势
云端GIS架构由云GIS平台、端GIS软件以及云端互联三部分构成的。云GIS平台指的是云计算平台与GIS的结合。端GIS软件主要是指桌面端GIS软件、移动端GIS软件以及浏览器端GIS软件等。云端互联指的是云GIS平台与端GIS软件通过有线网络、无线网络进行的资源共享及数据交互，进而实现多终端同步、多用户协作的安全高效的GIS工作模式。
图1 云端GIS架构
3.1云GIS平台 云计算是在分布式处理、并行处理和网格计算及分布式数据库的基础上，依靠虚拟化技术演进而来。它以网络为载体，将应用程序与物理设备之间进行最大程度剥离，整合底层分布式计算机的计算、存储及软件等能力并以服务的形式通过网络提供给用户，有效提高软硬件使用效率，实现服务随时随地获取的计算模式[5]。
云GIS平台是将云计算的理论、方法和技术应用于GIS的存储、建模、分析处理等要素中，通过改进传统GIS 的结构体系，发挥云计算平台的优势，实现海量空间数据的高性能存取与处理操作。其实质是将GIS软件平台和空间数据部署到以云计算为支撑的“云”基础设施之上，以弹性的、按需获取的方式通过网络向用户提供GIS服务[5]。目前，主流的GIS厂商推出的GIS平台都支持在云计算平台上部署，如Arc Server（Esri）、iServer（超图）。
3.2 端GIS软件
端GIS软件主要包括桌面端GIS、浏览器端GIS、移动端GIS三类。
（1）桌面端GIS
桌面端GIS既包括专业的GIS软件，也包括基于GIS组件开发的桌面客户端软件。
专业的GIS软件如ArcMap（Esri）或者iDesktop（超图），可以实现任何从简单到复杂的GIS任务。这些软件提供强大的地图编辑工具、高级的地理分析和处理能力、完整的地图生产过程以及便捷的数据和地图分享体验，是用于制作、分析、管理地理空间数据的专业GIS工具。
基于GIS组件开发的桌面客户端主要适用于定制各行各业的GIS应用或者在现有应用中增添GIS逻辑的情形。这些应用程序包括从简单的地图浏览到高级的GIS编辑程序，企业或政府机构可以利用GIS组件开发出自己想要的GIS应用程序。
（2）浏览器端GIS
浏览器端GIS是利用Web APIs来创建自定义富客户端WebGIS的应用程序。Web端GIS可以实现空间数据展示、符号渲染、在线编辑等基础的GIS功能。
（3）移动端GIS
移动端GIS产品主要指即拿即用的移动应用程序和灵活轻便的移动开发包。开发者可以利用各个GIS厂商提供的移动开发包来开发和定制各种移动应用。目前，如Esri、超图等主流GIS厂商开发的移动产品均支持Android、IOS、WP等主流移动终端。
3.3云端GIS交互的特征
（1）网络连接
端GIS软件可以通过有线网络、Wifi或2G/3G网络等方式与云GIS平台相连。有线网络或Wifi具有价格便宜，速度快且稳定等优点；而2 G /3 G网络在户外工作时具有优势，但存在资费比较昂贵、信号不稳定等缺点。端GIS软件可以根据网络环境选择合适的连接方式。
（2）任务处理分配
桌面端GIS的主要依靠本地的处理运算能力；浏览器端GIS和移动端GIS在本地主要完成地图显示、渲染、简单编辑、查询等简单的GIS功能，对于复杂的空间数据处理，其通过调用云GIS平台发布的服务，执行空间分析、地理数据处理或其他需要云GIS平台执行的工具、模型、运算等。
（3）数据交互
桌面端GIS和云GIS平台的数据交互具有很大的灵活性，它可以根据需要选择本地或云GIS上的数据进行处理、分析，也可以选择是否将处理好的数据上传到云GIS上。浏览器端GIS主要是调用云GIS平台上的数据进行分析和处理，最终成果也在云GIS平台上保存。移动端GIS可以在本地保存部分数据，支持在线或离线编辑。
3.4 选择云端GIS架构的原因
（1）利用现有云计算平台，不必考虑平台设备的管理和维护 云端GIS架构是基于云计算平台搭建的，可以以弹性的、按需获取的方式通过网络向用户提供服务。作为省级水土保持部门，资金、人员都十分有限，无法投入太多力量管理、维护服务器，借助现有的云计算平台实现水土保持信息平台的搭建具有很强的可操作性。
（2）基于3S技术，实现全业务流程系统化
云端GIS平台实际上是云计算之上的GIS平台。基于云端GIS架构搭建的水土保持信息平台具备GPS定位、野外信息采集、遥感影像解译、空间数据分析处理等3S技术的功能。涉及3S应用的水土保持业务都可以在统一的平台下完成，而不必使用其他GIS、RS软件或GPS终端设备，实现业务流程系统化。
（3）支持多种终端接入，提高系统的易用性和利用率
云端GIS架构支持桌面端、浏览器端、移动端对云平台的访问，用户可以通过多种设备访问云平台。不管是水土流失调查、监督检查还是水保工程的方案设计，水保从业人员都需要经常出差，而且户外工作居多。这时候，便捷的访问渠道使系统能为水土保持工作人员提供更多数据及服务的支持，提高系统的使用率。
（4）能实现系统间的数据、资源的共享，消除“信息孤岛”现象
云端GIS架构具有良好的开放性，系统可以以服务形式向其他系统提供数据、工具或计算模型，其他系统在不需要了解设计细节的情况下，可以根据其权限通过相应的协议访问云平台的资源。国家、流域以及省级水土保持部门各自开发了一些水土保持应用系统，系统间需要进行数据及服务的交互、共享。水土保持部门与其他部门之间有时也需要进行数据的共享。云端GIS架构可以很好地实现系统间信息、资源的交互，消除系统间存在的“信息孤岛”现象。
4 福建省水土保持综合信息平台初步设计
本节在上文分析基础上，以云端GIS架构为蓝本，对福建省水土保持综合信息平台的总体架构和功能进行设计。
4.1总体架构设计
福建省水土保持综合信息平台由水土保持信息平台本身以及平台接入终端两部分构成。
图2 福建省水土保持综合信息平台架构设计
