基于云计算的移动地理信息系统的设计研究

基于云计算的移动地理信息系统的设计研究

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.183

1 引言

移动地理信息系统是GIS、移动通信、GPRS和多媒体等技术的融合下形成的一种系统，其运行在移动计算的环境下，在无线网络的支持下，将系统中的信息和数据进行传输。“互联网+”时代，移动GIS系统得到稳定的发展和进步，在云计算技术的支持下，移动GIS用户能获得更多计算力和对海量数据处理的能力。基于这样的状况，在本次研究中，从云计算的角度，对移动地理信息系统的构建进行研究，旨在推动移动地理信息化系统的建设。

2 云计算和相关系统简介

2.1 云计算简介

在云计算的定义中，“云”是指所有的网络、互联网以及所使用的计算机。具有以下特点：（1）存储能力强，当前，在国际上一些大型的科技公司中，往往会有几十万云服务器，谷歌公司云服务器的数量甚至超过了100万台，就算一些小型的科技企业也会有成百上千台云服务器，这就使得云具有相当大的存储能力；（2）虚拟程度高，在云计算系统中，大部分的功能都是在虚拟的情况下来完成的；（3）具有较强的扩展能力，在当前的社会中，计算机技术飞速发展，社会各行各业都对其进行了广泛的应用，在这种情况下，网络中就会产生出大量的信息数据，这些信息数据都可以成为云计算中的资源，这就体现出了云计算具有很强的扩展能力[1]。

2.2 云计算和GIS融合的优势

云计算技术为地理信息系统带来了以下几个方面的好处：（1）降低了对GIS终端用户的要求，终端用户在实际使用的过程中，只需要1台终端设备就能完成以往较复杂的操作；云计算平台降低了系统开发人员的工作量，空间数据的分析、处理和更新转换方面的工作，均由云计算的系统和平台来完成，省去系统开发人员进行算法的优化，对复杂结构进行并行计算等；（2）具有较高的利用率，基于云计算在实际使用中，能从整体上进行统筹和分配，有效杜绝了各项资源的浪费；（3）提升了信息和数据的安全性，由于云计算的移动GIS空间数据采集含使用存储与备份的形式，这样能有效的提升数据与信息的安全性；（4）降低了网络上的负担[2]。

2.3 Hadoop的云计算系统

Hadoop的核心设计理念是将Map Reduce与HDFS相结合，使其具有更全面的性能。Map Reduce主要是利用大规模数据集并行运算的一种软件框架，而HDFS属于Hadoop分布式下的一种文件系统，其主要为分布式计算中存储提供底层支持，为系统的运行提供更大的存贮和运行的空间。Hadoop平台的最大特点是实现了计算取向存储的理念，能为终端用户节省海量信息和数据在网络传输过程中对时间的开销，进而有效地提高系统对信息处理的效率[3]。

3 Hadoop平台下GIS系统的构建探究

3.1 移动地理信息系统服务流程

云计算的移动GIS平台和以往平台的工作流程类似，将用户在移动终端对信息进行发送时为其提供相应的服务，并通过无线通信网络平台，传送到服务器的终端，服务器终端对相应的信息进行处理之后，再通过无线网络推送到用户为其提供针对性的信息服务。与以往的信息处理相比，Hadoop平台下的地理信息系统存在的差异性主要体现在以下2个方面：（1）在预设处理收集数据阶段，能将海量的信息和数据进行筛选，在归类之后分别保存到分布式的存储系统中；（2）设立主控节点区域中，负责启动、跟踪与调度方面，计算和存储的各个模块的执行状况不同，如图1所示。

图1 Hadoop平台下GIS系统的构建流程图

在执行特定的信息处理任务的过程中，由任务主要节点中的Master接收的通过无线信息网络传递的用户服务请求并能积极的创建从属任务，在验证用户行访问的信息后，将相应的信息转交到部署在云计算平台上的数据库中，在经过对信息数据的深度挖掘后，将处理后的信息和数据反馈到Master中，再由Master通过无线网络提交给用户，为其提供信息服务。在实际的操作中，主要的流程为：（1）终端用户通过移动终端设备，提出相应的地理信息服务的请求，通过无线网络将这些请求的信息上传到Hadoop上；（2）服务器端主控节点区Master Area接收到服务请求后，先向用户数据库提交用户信息进行权限的验证，在通过验证之后，向地理信息的数据库与地理数据库等申请所需要的数据和文件，并将相应的信息和请求发送到数据各个原始数据所在的存储节点上；（3）在各个节点对相应的数据和信息处理之后，经过汇总将信息提交到Master Area，将信息通过无线通信网络提交给用户。这样的流程为终端用户提供了最佳的信息服务，实现了对海量数据简单处理的目的。

3.2 系统的研发

在系统功能方面，在云计算技术支持下的移动的GIS系统主要包含资源管理器、用户管理以及任务管理3大模块。其中，资源管理模块主要是使外部能够相对均匀的来使用云资源中的各个节点，并定期对节点中存在的故障继续检测和屏蔽，同时还能对信息与数据使用的状况进行分析和更新；任务管理模块主要负责对用户提交的各种任务请求予以合理的处理和提交，如开展用户任务的部署管理、发送信息执行命令以及任务调配的工作等。在用户管理模块中，主要对用户基本信息进行管理，在完成用户对登陆和信息使用权限之后，对设置的内容进行管理。在该体系中，主要有3种类型的用户，即普通用户、系统开发人员和系统管理人员。

系统包含了移动终端、服务器端以及无线通信网络等，其中移动终端包含现今广泛使用的电子设备，通过终端用户的互接口对信息进行接收和发送的服务。无线通信网络中不仅包含机构建立的专用网络，同时也包含了网络运营商家所提供的公用网络，服务器存贮与管理的地理数据和信息数据库，并进行与用户相关的服务处理，将服务器放置在Hadoop上，能完成对所有地理信息系统中涉及到的信息和数据进行处理和管理[4]。

4 试验结果与分析

为了检验云计算技术应用在移动地理信息系统中的有效性和实用性，展开相应的试验，对该系统的构建以及后续的完善工作具有重要的意义。在此次试验中，试验数据群选取不同大小，分别为：5M、10M、20M以及50M，在以上4组地图数据中，选择同样的计算机硬件环境，Hadoop的云计算平台主要由7台宝德PR2310N的服务器所组成，其中的2台服务器分别作为主控的节点区，剩余的5台服务器中的1台作为用户信息和数据库，其余4台作为地理信息数据库和地图数据库，移动端使用的是4台相同iPhone手机，选用无线网络进行连接。试验的地点选在无线网络通信较好不同的4个地点，由4组试验人员分别对传统的GIS系统和云计算GIS系统使用接收设备轮轮流在几个不同的地点申请相应的地理信息服务，并对实时网络反应的时间和信息传递信息的时间进行记录。为了使此次研究得到结论的更加准确，4组试验数据在除去差别较大的数据信息后，对平均信息和数据进行计算，并得出平均的数值，如表1所示。

表1 两组系统实验信息收发的反应时间 s

通过表1可知，在4组相同试验数据群、相同电子移动终端和无线移动通信的环境下，云计算的GIS系统在不同试验数据群的环境下，在对地理信息进行查询所使用的时间与传统的GIS系统要短，这说明了在云计算技术的支持下，开发和构建的GIS系统在实际应用中，能有效地降低用户所花费的时间，提高了对地理信息查询的工作效率。

5 结语

技术的发展和升级，为社会的进步提供了重要保障，也为人们创造了优质的生活环境。通过本文的论述得知，云计算对海量数据具有较强的处理能力，其规模较大，将其应用到Hadoop中，能提升对信息处理的工作效率。为了更明确Hadoop云平台在移动地理信息系统中的作用，在此次研究中展开了相应的实验，实验结果表明，在云计算技术的支持下，开发和构建的GIS系统在实际应用中，能有效地降低用户所花费的时间，提高了对地理信息查询的工作效率，望本文的研究结果能为移动地理信息系统的发展起到推动作用。

【1】郑敏辉，林良彬，丁华祥，等.移动地理信息服务动态巡查系统设计与实现[J].测绘地理信息，2015(2):77-79.

【2】惠亚娟.基于云计算的移动护理信息系统设计[J].电子技术与软件工程，2015(12):263-264.

【3】聂鑫路.基于云GIS的城市轨道交通控制保护区管理系统[J].都市快轨交通，2013(4):112-115.

【4】刘仲刚，陈辉，黄章羽，等.云技术在水利地理信息服务平台建设中的应用[J].水利信息化，2014(2):15-19.

Design and Research of Mobile Geographic Information System Based on Cloud Computing

陈文军
（江苏省测绘资料档案馆，南京210013）

CHEN Wen-jun
（Jiangsu Province Surveying and Mapping Data Archives，Nanjing 210013，China）

在地理信息系统中，数据往往是海量的，实际使用时存在存储和传输效率低下的状况，这严重影响地理信息系统效能的发挥。将Hadoop云计算应用到地理信息系统中，对其长远发展具有重大的意义。在此次研究中，从云计算及其相关系统的角度，对Hadoop平台下GIS系统的构建和研发进行探究，并对系统融合使用后的效果进行评估和检测，望此研究能为移动地理信息系统的构建起到促进作用，进而更好地服务政府与社会，促进经济建设的发展。

In the geographic information system, data is often massive, the actual use of the storage and transmission efficiency is low, whichseriously affect the efficiency of the geographical information system to play. The application of Hadoop cloud computing to the geographicinformation system is a great significance to its long-term development. In this study, from the introduction of cloud computing and related systempoint of view, to probe the GIS system under Hadoop platform construction and development, and evaluation and detection of system integrationusing the effect of the hope to construct a mobile geographic information system to promote the role of the government and social services to betterpromote the development of economic construction.

云计算;计算机技术；地理信息系统

cloud computing;computer technology;geographic information system

P208;TP3

B

1007-9467（2016）12-0198-03

2016-11-02

陈文军（1981～），男，湖北天门人，工程师，从事GIS数据生产、管理以及GIS系统设计研究。