学术论坛 基于云计算的地理空问信息公共服务平台 建设构想 李水英 （浙江省第一测绘院浙江杭州３１００１２） 摘要：随着我国信息化建设与应用的不断深入，地理信息系统（ＧＩＳ）软件已在政府部门和社会公众中得到广泛地应用，这些ＧＩＳ软件虽 在功能和应用的方式上存在差异。但其基本共性都是需要海量的地理空间数据支持作为其应用基础，因此地理空间信息互联共享已是大势所趋。 面对海量地理空间信息存储调用和分析计算所带来的ＧＩＳ软硬件压力和应用服务挑战，云计算技术思想为地理空间信息公共服务平台建设提供了 一种崭新的解决思路。 关键词：云计算技术 中图分类号：ＴＰ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１６（２０１ １）０８—０２３３—０２ １、云计算技术思想 台信息共享的优势将体现在项目成本的降低，重复投入和资源浪费 云计算（Ｃｌｏｕｄ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）是２００６年Ｇｏｏｇｌｅ公司首席执行 的大大减少，ＧＩＳ应用也能够快速搭建和部署。基于云计算技术支持 官Ｅｒｉｃ Ｓｃｈｍｉｄｔ在搜索引擎大会上首次提出的概念，其源于Ｇｏｏｇｌｅ 下的ＧＩＳ应用对供应商、开发商、用户以及整个行业来说都具有巨大 高级工程师Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ Ｂｉｓｃｉｇｌｉａ所做的“Ｇｏｏｇｌｅ １０１”项目，它是 的潜在价值。 继上世纪八十年代大型计算机到客户端一服务器（Ｃｌｉｅｎｔ—Ｓｅｒｖｅｒ） ２０１ ｌｑＺ４月，Ｅｓｉｆ公司软件研发总监兼ＡｒｃＧＩＳ产品总设计ＪＪｉｌｉＳｃｏｔｔ 的大转变之后的又一种新兴技术思想。云计算是一种基于互联网的 Ｍｏｒｅｈｏｕ ｅ云计算技术思想在ＧＩＳ上的应用潜力也谈到：云计算促 计算方式，基于该方式共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计 进ＧＩＳ信息共享有多种途径，其中之一是Ｗｅｂ系统架构使信息通过出 算机和其它设备，整个运行方式犹如目前的国家电网。云计算是网 租或托管服务方式更容易访问Ｇ１Ｓ应用；同时，可以通过技术方式实 格计算（Ｇｒｉｄ Ｃｏｍｐｕｔｎｉｇ）、分布式计算（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＣｏｍｐｕｔｉｎｇ）、 现地理空间信息公开化、半公开化或私有化，保证信息的共享安全； 并行计算（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）、效用计算（Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｃｏｍｐｕｔｎｉｇ）、 对于网络地理信息系统（ＷｅｂＧＩＳ）来说，最大的障碍就是建立和管理 网络存储（Ｎｅｔｗ０ｒｋ Ｓｔ０ｒａｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、虚拟化 服务器，采用云计算技术通过一系列的方式使其变得容易，可以利用 （Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉ０ｎ）、负载均衡（Ｌｏａｄ Ｂａｌａｎｃｅ）等传统计算机和网络 云计算方式作为托管环境、搭建并管理传统企业级服务器和服务，或 技术发展融合的产物。云计算提供了一种基于互联网的新的ＩＴ服务 作为服务器的虚拟数据中心。可以说，云计算服务降低了ＧＩＳ使用的 增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且 门槛，它允许利用像ＡＺｕｒｅ框架的扩展性建立新的轻量化的服务，因 经常虚拟化的资源。典型的云计算技术应用往往是由服务商提供通 此可以从客户端通过Ｗｅｂ方式更加容易来管理和服务。 用的网络业务应用，可以通过浏览器等软件或者其它ｗｅｂ服务来访 ３、云计算技术支持下的地理空间信息公共服务平台建设 问，而软件和数据都存储在服务器上。云计算分为三个层次的服务： 云设备（Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｓ ａ Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＩａａＳ）），云平台（Ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｓ 地理空间信息是国家重要战略信息资源，其在政府管理决策、 ａ Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＰａａＳ）和云软件（Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｓ ａ Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＳａａＳ），即从 新兴产业发展、人民生活改善等方面发挥着越来越重要的作用。随 设备、平台和软件三个方面提供云计算技术服务。 着政府管理决策科学化、国家经济与社会发展信息化以及和谐社会 云计算具有四个显著的特点：首先，云计算能够提供最可靠、最 建设的不断推进，各级政府部门和社会公众对权威、可靠的地理空 安全的数据存储中心，用户不必担心数据丢失、病毒入侵等困扰 其 间信息服务的需求与日俱增，迫切要求实现全国多尺度、多类型地 次，云计算对客户端的硬件设备配置要求较低，软件使用服务方便； 理空间信息资源的综合利用与在线服务。因此，地理空间信息公共 此外，云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享服务，能 服务平台建设将是今后国家测绘部门重点发展建设的一个方向。 够跨越不同的平台；最后，云计算为今后使用网络数据提供了几乎 国家提出的地理空间信息公共服务平台（简称“公共服务平 无限多的可能，扩展潜力巨大。 台”）建设的总目标：￣２０１５年，建立较为完善的公共地理信息数据 体系，建立“一站式”在线地理信息协同服务机制；建立与土地、交 ２、云计算在ＧＩＳ上的应用潜力 通，林业、水利、民政、公安等部门互联互通，形成地理信息资源共建 云计算技术的出现为传统计算方式和互联网信息共享带来了 共享交换机制；最终建成基于电子政务内、外网的网络化运行环境 诸多变革，“按需获取计算资源、灵活扩展基础架构”等优势让云计 的地理信息公共服务平台，为政府宏观决策、国家应急管理、社会公 算技术在不同领域的ＩＴ解决方案中所采用，并用以海量信息共享与 益服务提供在线地图与地理信息服务，全面提升信息化条件下国家 创新服务方式。云计算对于各个行业的应用来说都是令人期待的。 地理信息公共服务能力和水平。 如每个城市都有电子政务的需求，但在不同地域和不同行业中电子 公共服务平台建设是一个技术复杂、涉及面广、周期较长的超 政务的具体需求内容都会有不同，这将导致软硬件的服务成本增 大型地理信息工程，也是一个多样用户参与、使用多种技术环境、包 加；同样地，随着空间地理信息呈几何级数地剧增，在相关ＧＩＳ行业 括多数据源的，建立多样应用的庞大、复杂的系统工程。其平台采用 中对于ＧＩＳ平台的供应商和项目开发商来说，其开发难度和资源投 三级分布结构的服务模式（见图１）和三层技术模式（见图２）。 入也会上升。而利用云计算技术的支持模式，地理信息公共服务平 ……下转第２３６页 学术论坛 过快速相关运算得到每－－（Ｌ 点的相关系数ＲＵ， ，寻找最大Ｒ（Ｉ， 对应的坐标（，＇ 作为目标图像的左上角坐标位置，整个基于空一 频域结合快速相关计算的目标图像检测流程如图３所示。 ・・…・上接第２３３页 ３、目标图像快速检测定位试验与讨论 检测目标为圆形钢管工件，其模板图像取自最能反映钢管体 征的截面圆环部分，即通常所说的关注区ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）。 为适合不同尺度需要，模板图像尺寸按级缩放为４０ Ｘ ４０，６０ Ｘ ６０，１００ ×１００，１２０Ｘ １２０ ｐｉｘｅｌ，其中一组典型的实验结果如图４所示。图５ 是相关运算的频域结果，亮度最大处代表着相关最大，所对应的左 上角坐标（１５７，５６）即为要寻找的ＲＯＩ区在被测图像中坐标。相关系 数Ｒ的变化如图６所示，峰值所在的坐标即为匹配点坐标（１５７，５６）。 ■●尺寸，—瑚ｌ 图７三种目标图像检测方法的比较 为了进行匹配效率的比较，分别采用了４０×４０，６０×６０，１００× １００，１２０×１２０四种模板尺寸，分别按传统的ＮＣＣ算法、ｓｓＤＡ序贯 相似检测算法和快速相关法进行钢管目标的定位检测，三种模板匹 配法消耗的时间如图７所示。从图７可以看出当模板尺寸较小时， ＳＳＤＡ算法号决速相关算法效率相近，而模板图像较大时，尺寸超过 ６０＊６０，则快速相关法效率高，对于像素尺寸为１２０×１２０的情况，快 速相关算法Ｉ：Ｉ￣ＳＳＤＡ算法效率提高近１倍，这说明在大模板尺度下， 采用快速相关运算能更有效地提高目标图像的检测速度。 ４、结语 通过对被测图像与模板图像互相关匹配计算分析，将模板匹配 的互相关函数计算在图像空间域上进行归一化处理，然后在图像频 域上利用ＦＦＴ进行两者的快速相关运算，即采用了空间域与频率域 联合相关运算的方法使传统模板匹配方法效率得到了很大提高。实 验结果表明，对于大尺度的目标图像，本文建议的快速相关算法检 测效率远高于传统的ＮＣＣ模板匹配，比常用的ＳＳＤＡ快速算法效率 提高１倍以上， 该方法能够用于各种机器视觉系统中搜索目标的快 速定位。 参考文献 ［１］范祥．卢道华．王佳．机器视觉在工业领域中的研究应用［Ｊ］．现代 制造工程。２００７．６：１ ２９～１ ３１． ［２］Ｃａｒｓｔｅｎ Ｓ，Ｍａｒｋｕｓ Ｕ．机器视觉算法与应用．北京：清华大学出版 社．２００８：３０２—３０９． ［３］吴培景，陈光梦．一种改进的ＳＳＤＡ图像匹配算法［Ｊ］．计算机工程 与应用，２００５，４ １（３３）：７６－７８． ［４］Ｌｅｗｉｓ Ｊ Ｐ．Ｆａｓｔ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ［Ｊ］．Ｖｉｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，１ ９９５： １２０—１２３． ［５］Ｖｉｌｏａ Ｐ，Ｊｏｎｅｓ Ｍ．Ｒｏｂｕｓｔ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｏｂｊｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ａ］． Ｓｅｃｏｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｏｆ Ｖｉｓｉｏｎ—Ｍｏｄｅｌｉｎｇ。Ｌｅａｒｎｉｎｇ，Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｓａｍｐｌｉｎｇ． Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ。Ｃａｎａｄａ，Ｊｕｌｙ １ ３，２００１． 图１地理空间信息公共服务平台分布结构与服务模式 公共服务平台由主节点、分节点和信息基地构成，主节点、分节 点和信息基地分别依托国家、省区市、市县的三级地理信息服务机 构，各级节点分别管理不同比例尺级别的数据，节点间通过电子政 务内／外网实现纵横互联互通，在云硬件、云软件和云服务的技术 支持下，为政府部门、企事业单位和社会公众提供应用服务。 图２地理空间信息公共服务平台三级技术结构 数据是地理空间信息公共服务平台的血液和基础，如何保证信 息平台连续不断的运行、保护信息平台中最宝贵的数据资产，将地 理空间信息公共服务平台稳定发展的关键。根据数据保密性要求， 公共服务平台网络系统分为涉密广域网和非涉密广域网，其中涉密 广域网利用电子政务内网实现涉密地理信息交换与共享，构成测绘 业务网；非涉密广域网利用电子政务外网以及互联网实现非涉密地 理信息交换与共享。公共服务平台对外的空间基础信息数据交换共 享，除了特殊的需要外，要尽量避免直接暴露数据自身，利用云计算 技术模式可以大大提高数据的安全保密性。 随着公共服务平台的不断完善和发展，将会有越来越多的关键 业务与数据集中于平台网络系统中，需要提供一个高可靠性和高可 用性的地理空间信息服务网络；但是，网络系统无时无刻不受到来 自自然灾害、人为因素和技术因素等各方面的破坏和侵袭。采用云 计算技术能够快捷方便地实现数据灾难备份和恢复功能，大大地提 高数据的安全性。 ４、结语 目前，云计算技术思想已在Ｅｓｒｉ公司的ＡｒｃＧＩＳ Ｏｎｌｉｎｅ、 ＳｕｐｅｒＭａｐ公司的ＳｕｐｅｒＭａｐ ＳＧＳ、Ｇｏｏｇｌｅ公司的Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ等 ＷｅｂＧＩＳ应用系统中初步采用，服务效率良好。随着云计算技术在地 理空间信息公共服务平台建设中的深入应用，我国ＧＩＳ的应用服务 和行业发展必将更加繁荣。 船．一－ 数 ● 术一用，船