一、引言
国家基础地理信息系统是国家空间数据基础设施的重要组成部分，其主要运行载体是计算机和网络软硬件设备。国家基础地理信息数据处理、建库、分发服务等工作依赖于计算机和网络软硬件设备的稳定、可靠和效能。国家基础地理信息中心(简称“中心”)成立以来，在国家财政的支持下，逐步建成了较为先进实用的计算机和网络系统，以及基础地理信息系统计算机和网络运行支持环境。20年来，中心技术人员经过不断努力，计算机和网络系统实现了单机到网络、网络到高速网络、高速网络到云计算/大数据的历史跨越。
二、初创
1995年中心成立之初，面临着设备短缺、机房简陋等诸多困难。中心技术人员迎难而上，找资料搞调研，历时3个月赴总参测绘局、原铁道部信息中心和美国SUN、SGI、IBM、Esri等公司参观、学习。经过不懈努力，在深入分析国家基础地理信息基本比例尺数据库建库需求的基础上，准确定位，抓住“数据密集型”业务特点，以数据库服务器和存储备份软硬件设备为核心，以网络为基础，集成设计和部署了中心第一套计算机和网络系统，实现了单机到网络时代的跨越，装备初具规模。1995年底，中心网络主干达到100Mbps，桌面10Mbps，节点数达到100个;配置核心Unix服务器1台、图形工作站4台、磁盘阵列1台(可用存储空间200GB)、光盘库1台(可用备份空间10GB)，基础地理信息处理与管理软件达到3套。中心首次建成符合C级国标的核心机房，面积达100m2，并配置了UPS和空调设备。
三、奠基
全球测绘业从20世纪60年代的模拟测图和纸质地图产品逐渐发展到70年代的机助制图、80年代的地理信息数据库建设、90年代的空间数据基础设施建设和数字化测绘产品，测绘部门开始逐步从地图生成者向地理信息提供者演变［1］。几十年来，我国基础测绘工作取得了很大进展，但随着我国经济社会的迅速发展和国民经济与社会信息化的突飞猛进，我国基础测绘滞后于国家经济建设和社会发展的问题越来越严重，主要表现在模拟测绘产品更新缓慢和现势性差，以及数字化测绘产品供不应求两个方面，测绘事业面临严峻挑战。形势要求测绘部门必须从生产纸类介质的模拟产品转化到生产磁(光、电)记录的数字化测绘产品，传统的测绘技术体系必须加快实现向数字化测绘技术体系的战略转变［1］。鉴于上述背景，国家测绘地理信息局于1999年正式启动“国家基础测绘设施项目”(简称大专项)。中心紧紧抓住从传统测绘技术体系向数字化测绘技术体系转变的历史契机，依托大专项，集成设计与配置了先进可靠的计算机和网络软硬件设备，构建了网络传输、存储备份、ASM层次化存储管理及服务器双机集群等先进系统。2004年底，中心网络主干达到1000Mbps，桌面100Mbps，节点数达到400个;核心Unix服务器达到6台、图形工作站15台、磁盘阵列4台(可用存储空间4TB)、磁带库2台(可用备份空间14TB)，基础地理信息处理与管理软件达到29套。同时，中心核心机房配置了较为先进可靠的电气、照明、防雷接地、综合布线、新风、消防、UPS供电和工业精密空调等系统，面积达到了200m2。大专项建设促使中心计算机和网络系统发展步入了快车道，实现了网络到高速网络的跨越。
1．网络
依托大专项，中心技术人员深入设计网络拓扑架构、IP地址规划和链路配置，集成建设了局域网、Internet和“中国测绘网”广域联网主节点。中心局域网首次全面采用网络交换设备，彻底摆脱了落后的同轴电缆和共享设备的束缚。中心第一次通过DDN方式接入互联网，带宽达到2Mbps，服务对象包括中心、测绘报社和测绘局机关，节点数超过50。中心作为“中国测绘网”的主节点，采用SDH光纤链路与陕西、黑龙江、四川、海南等直属局实现了涉密广域联通，总带宽达到8Mbps，具有涉密测绘地理信息交换、IP电话和视频会议等功能。
2．存储备份
依托大专项，为解决中心数据存储空间不足、备份速度不高等瓶颈问题，实现自动存储备份、优化存储应用，获得成果数据管理的高安全性［2］，中心设计和建设了存储区域网系统(storageareanet-work，SAN)。SAN是以数据存储为中心，由磁带库、磁盘阵列、服务器、光纤通道和存储备份软件构成，可提供SAN内部任意节点之间的多路可选择的数据交换，将数据存储管理集中在相对独立的存储专网内［3］。该方案是中国最早付诸实施的基于异构平台(Unix和WindowsNT/2000)的SAN解决方案之一。
3．ASM层次化存储管理
为解决中心遥感数据量不断增长与在线存储空间短缺的矛盾，中心基于大专项设计和建设了ASM层次化存储管理系统，为海量遥感数据管理提供了一个近线存储平台。ASM是StorageTek公司的一个层次化存储管理(HSM)软件，主要采用虚拟存储技术。它将廉价海量的磁带库存储系统和相对价格高但高效的磁盘存储系统结合起来，虚拟成一个易于使用、成本低廉的具有巨大容量的存储系统［4］，如图1所示。
4．服务器双机集群系统
为确保中心基础地理信息数据库高可用运行，中心基于大专项设计和建设了数据库服务器双机集群系统。该系统采用VeritasClusterServer软件监控管理两台SUNEnterprise5500服务器，一旦发现故障，在不到1s时间内定位故障点、隔离故障机，同时另一台主机及时接替应用，提高了系统可用性。
四、发展
大专项结束后，2004—2012年间中心没有大型固定资产投资项目或基础测绘项目提供计算机和网络软硬件设备的批量采购，主要设备逐渐进入报废期，难以满足不断发展的基础地理信息系统建设与分发服务工作要求。8年来，中心技术人员紧跟IT技术发展趋势，不断学习高性能计算、高速网络、数据库集群、海量存储等理论与技术，不断深化中心计算机和网络系统的设计和规划，争取国家专项投资。同时，苦练内功，编制规章制度，落实人员职责，深化设备应用，将设备资源和测绘地理信息业务有机整合。
1．“927一期工程”计算机设备
2009年国家发改委批准立项的“927一期工程”项目中，中心主要负责网络通信、数据汇集与成果交换、数据管理、数据服务等工作，对中心高性能计算、海量空间数据存储备份、空间数据库集群管理能力提出了更高要求。2010—2012年中心技术人员进行了相关系统的集成设计和建设，配置了科学计算服务器、企业级服务器、网络设备、存储备份设备及数据库管理软件等核心装备。“927一期工程”项目配置的科学计算服务器可支持高速并行海量空间数据高性能计算，主要用于卫星测高数据处理、重力场计算、潮汐反演、卫星定位连续运行站网实时数据处理与分析等;完善了大专项建成的存储区域网，使得数据交换速度提升了4倍以上，可用存储空间超过150TB，为空间数据成果在线存储提供了可靠高效空间;构建了2套企业级关系型数据库集群，解决了单节点数据库运行效率低、稳定性差等问题，实现了空间数据库管理单节点到分布式集群的转变。
2．地理国情监测项目计算机设备
2012年立项的地理国情监测项目对中心海量空间关系型数据库统计分析能力、分布式云存储管理能力提出了更高要求。2013—2014年中心技术人员进行了相关系统的集成设计和建设，集成设计与配置了Oracle数据库云平台和云存储等核心装备。Oracle数据库云平台有效整合数据层、存储层和网络层的软硬件资源，能够满足大数据环境下的空间数据密集型和计算密集型的业务需求，中心空间大数据入库、加载和统计分析等应用的处理效率大幅提升;云存储设备具有存储资源弹性伸缩、智能调配、敏捷适配复杂业务的能力，为地理国情普查大数据快速导入、快速处理、快速建库和快速分发服务提供分布式集群存储支撑，有效管理海量的地形地貌、遥感影像、地表覆盖与国情要素等空间数据。依托“927一期工程”和地理国情监测项目，中心全面推进计算机和网络技术创新应用，计算机和网络系统实现了“高速网络到云计算/大数据”的跨越。
五、能力
随着测绘地理信息事业的持续发展，中心通过基础测绘项目配置的计算机和网络装备能力不断提高。目前，中心在线运行的核心计算机和网络装备总计381台套，其中服务器177台、网络设备51台、存储备份设备55台套、地理信息处理与管理软件89套、数据库管理软件9套，形成了强大的计算机和网络装备能力。2009年，中心核心机房由百胜村1号院搬迁至莲花池西路28号院，使用面积由100m2扩展到800m2，网络主干带宽扩展到10Gbps，桌面达到1Gbps，网络设备达到28台套，节点数达到2000个，机房建设由C级升级至B级标准，如图2所示。图2中心核心设备部署22测绘通报2015年第10期据统计，2015年核心装备总数是1995年底的32倍，存储备份空间分别提升5000倍、214倍，网络带宽提升100倍，管理的数据成果增长了1370倍，整体架构正从高速网络迈向云计算/大数据体系。1．科学计算能力中心科学计算能力主要基于IBMP780企业级服务器和Oracle数据库云平台设备的集成使用。前者可为中心和其他测绘单位提供大地基准、潮汐反演等计算及空间数据库建库服务，性能提升8～10倍;后者为中心、中国测绘科学研究院国情监测矢量数据建库及统计分析提供强大的I/O、网络和计算吞吐能力，经测试较传统数据库架构空间数据统计分析性能提高了3．3～164倍。2．数据库管理能力中心局域网共配置9台高性能Unix数据库管理服务器，支撑运行国家基础地理信息数据库管理系统。中心数据库服务器实现了单机到集群管理的跨越，在线运行管理的数据成果超过120TB，整体性能和数量居于测绘界前列。数据库服务器主要满足1∶5万数据库更新、“927一期工程”和地理国情监测等项目建库与管理需求。
3．存储备份能力
中心局域网在线存储容量超过2PB，共配置18台高性能磁盘阵列;中心局域网备份容量达到3PB，共配置2台大中型磁带库，共搭载6个智能机械手、12台高速磁带机、2200盘大容量磁带。存储备份容量和装备性能居于测绘界前列，实现了SAN架构向云存储架构的转变，能够为1∶5万数据库更新、“927一期工程”和地理国情监测等项目提供自动化数据存储备份服务。
4．核心机房保障能力
中心核心机房使用面积超过1200m2，网络节点达到2100个，满足恒温恒湿、高洁净度、配电安全等要求，达到国家B级机房建设标准。核心机房为天地图、1∶5万数据库更新、“927一期工程”和地理国情监测等项目及其他工作提供稳定可靠的机房环境保障。
5．运行维护能力
中心计算机和网络软硬件设备的安全稳定运行，不仅关系到设备投资的有效利用、设备使用成本的有效降低，而且与基础测绘项目建设、应急保障和数据成果安全紧密相关。中心先后投入60万元开发计算机和网络系统运行维护管理软件系统，以实现运维管理流程化、设备监控自动化、设备管理规范化及统计分析全面化，运维管理逐步从手工阶段转变为自动化阶段，如图3所示。
六、展望
20年间，中心计算机和网络系统实现了单机到网络、网络到高速网络、高速网络到云计算/大数据这3次跨越，已建成性能先进、规模庞大的计算机和网络系统。同时，借助科学有效的运维管控，设备年故障率控制在3%以下，可用性提升到97%以上，充分保障了国家基础地理信息系统的安全稳定运行。在这20年间，从历史的角度分析，中心计算机和网络系统的装备具有依托项目、阶段性强等特点，导致中心计算机和网络系统存在核心装备老化、云计算/大数据装备不足和数据成果异地容灾能力不强等问题。为解决上述问题，中心需要继续提升计算机和网络核心装备水平，完善大数据快速处理、分析、存储管理、异地容灾和发布能力，保障空间云计算和大数据时代国家基础地理信息系统的稳定运行和快速发展。
作者：翟永 刘津 刘磊 陈杰 邢绪超 毛敬明 单位：国家基础地理信息中心
