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GIS与LLM结合Web应用设计与实施方案

一、数据库设计

1.1 核心数据表结构

用户表（users）

字段名	类型	约束	描述
user_id	SERIAL	PRIMARY KEY	用户唯一标识
username	VARCHAR(50)	UNIQUE, NOT NULL	用户名
email	VARCHAR(100)	UNIQUE, NOT NULL	用户邮箱
password_hash	VARCHAR(255)	NOT NULL	密码哈希
api_key	VARCHAR(100)	UNIQUE	第三方API密钥
role	ENUM('admin', 'user')	DEFAULT 'user'	用户角色
created_at	TIMESTAMP	DEFAULT NOW()	创建时间
updated_at	TIMESTAMP	DEFAULT NOW()	更新时间

对话记录表（conversations）

字段名	类型	约束	描述
conversation_id	SERIAL	PRIMARY KEY	对话唯一标识
user_id	INTEGER	FOREIGN KEY(users.user_id)	关联用户ID
title	VARCHAR(100)	NOT NULL	对话标题
created_at	TIMESTAMP	DEFAULT NOW()	创建时间
is_active	BOOLEAN	DEFAULT TRUE	是否活跃

对话消息表（conversation_messages）

字段名	类型	约束	描述
message_id	SERIAL	PRIMARY KEY	消息唯一标识
conversation_id	INTEGER	FOREIGN KEY(conversations.conversation_id)	关联对话ID
sender	ENUM('user', 'system', 'llm')	NOT NULL	发送者类型
content	TEXT	NOT NULL	消息内容
content_type	ENUM('text', 'image', 'map')	DEFAULT 'text'	内容类型
timestamp	TIMESTAMP	DEFAULT NOW()	发送时间

空间分析任务表（spatial_tasks）

字段名	类型	约束	描述
task_id	SERIAL	PRIMARY KEY	任务唯一标识
user_id	INTEGER	FOREIGN KEY(users.user_id)	关联用户ID
conversation_id	INTEGER	FOREIGN KEY(conversations.conversation_id)	关联对话ID
mcp_service_name	VARCHAR(50)	NOT NULL	MCP服务名称
tool_name	VARCHAR(50)	NOT NULL	工具名称
parameters	JSONB	NOT NULL	任务参数
status	ENUM('pending', 'executing', 'success', 'failed')	DEFAULT 'pending'	任务状态
result_path	VARCHAR(255)	NULL	结果存储路径
started_at	TIMESTAMP	NULL	开始时间
completed_at	TIMESTAMP	NULL	完成时间

MCP服务配置表（mcp_services）

字段名	类型	约束	描述
service_id	SERIAL	PRIMARY KEY	服务唯一标识
name	VARCHAR(100)	NOT NULL	服务名称
service_type	ENUM('RESOURCE', 'PROMPT', 'TOOL')	NOT NULL	服务类型
description	TEXT	NULL	服务描述
url	VARCHAR(255)	NOT NULL	服务URL
auth_method	ENUM('none', 'api_key', 'oauth2')	DEFAULT 'none'	认证方式
auth_config	JSONB	NULL	认证配置
schema	JSONB	NULL	参数JSON Schema
is_official	BOOLEAN	DEFAULT FALSE	是否官方认证
created_at	TIMESTAMP	DEFAULT NOW()	创建时间

地图图层配置表（map_layers）

字段名	类型	约束	描述
layer_id	SERIAL	PRIMARY KEY	图层唯一标识
user_id	INTEGER	FOREIGN KEY(users.user_id)	关联用户ID
name	VARCHAR(100)	NOT NULL	图层名称
data_source	VARCHAR(255)	NOT NULL	数据源路径
style_config	JSONB	NULL	样式配置
is_visible	BOOLEAN	DEFAULT TRUE	是否可见
z_index	INTEGER	DEFAULT 0	图层顺序
created_at	TIMESTAMP	DEFAULT NOW()	创建时间

1.2 数据库安全策略

行级安全策略(RLS)

-- 启用RLS
ALTER TABLE spatial_tasks ENABLE ROW LEVEL SECURITY;
ALTER TABLE map_layers ENABLE ROW LEVEL SECURITY;

-- 创建策略
CREATE POLICY user_spatial_tasks_isolation ON spatial_tasks 
  FOR ALL USING (user_id = current_user_id());
  
CREATE POLICY user_layers_isolation ON map_layers 
  FOR ALL USING (user_id = current_user_id());

索引设计

-- 性能优化索引
CREATE INDEX idx_spatial_tasks_user_id ON spatial_tasks(user_id);
CREATE INDEX idx_conversations_user_id ON conversations(user_id);
CREATE INDEX idx_mcp_services_type ON mcp_services(service_type);

二、系统模块设计

2.1 客户端模块

2.1.1 UI层

模块	核心功能	关键函数
地图组件	图层渲染、交互控制	renderLayer(layerConfig)、handleMapClick(event)
对话窗口	消息展示、输入处理	appendMessage(message)、handleSend()
任务面板	任务列表、状态展示	updateTaskStatus(taskId, status)
设置面板	服务配置、参数调整	saveServiceConfig(config)

2.1.2 Host层

模块	核心功能	关键函数
LLM客户端	大模型请求、流式处理	requestStream(prompt, callbacks)
工具解析器	XML解析、参数提取	parseToolCall(xmlContent)、validateParameters(params)
权限管理器	用户授权、操作审计	requestPermission(action)、logAction(action)

2.1.3 Client层

模块	核心功能	关键函数
MCP资源客户端	资源获取、缓存管理	getResource(uri, params)、cacheResource(resource)
MCP工具客户端	工具调用、结果处理	callTool(toolName, params)、handleToolResponse(response)
MCP提示客户端	模板加载、参数替换	getPromptTemplate(name)、renderPrompt(template, params)

2.2 服务端模块

2.2.1 Server层

模块	核心功能	关键接口
LLM服务	模型集成、流式响应	POST /api/v1/llm/chat
MCP服务	服务注册、请求路由	POST /api/v1/mcp/execute
地图服务	图层管理、WMS发布	GET /api/v1/map/wms
用户服务	认证授权、配置管理	POST /api/v1/auth/login

2.2.2 Resource层

模块	核心功能	技术实现
空间分析引擎	地理处理、数据转换	GeoTools + JTS
知识库服务	文档存储、检索	PostgreSQL +向量索引
数据存储服务	文件管理、元数据	MinIO + PostgreSQL

三、API接口设计

3.1 客户端-服务端接口

LLM对话接口

POST /api/v1/llm/chat
Content-Type: application/json
Authorization: Bearer {token}

{
  "conversation_id": "conv_123",
  "prompt": "分析海珠区的建筑密度",
  "stream": true,
  "model": "deepseek-r1"
}

响应（SSE）：

event: message
data: {"type": "text", "content": "正在调用空间分析工具..."}

event: tool_call
data: {
  "service": "arcgis",
  "tool": "density_analysis",
  "parameters": {"region": "海珠区", "type": "building"}
}

event: message
data: {"type": "map", "content": "/api/v1/map/layers/result_456"}

MCP工具调用接口

POST /api/v1/mcp/execute
Content-Type: application/json
Authorization: Bearer {token}

{
  "service_name": "arcgis",
  "tool_name": "clip_analysis",
  "parameters": {
    "input_layer": "buildings",
    "clip_layer": "haizhu_boundary"
  }
}

响应：

{
  "request_id": "req_789",
  "status": "success",
  "result": {
    "output_layer": "clipped_buildings",
    "feature_count": 1562
  }
}

3.2 MCP服务接口规范

资源服务接口

GET /mcp/resources/{resource_uri}
Accept: application/json
Authorization: Bearer {token}

工具服务接口

POST /mcp/tools/{tool_name}
Content-Type: application/json
Authorization: Bearer {token}

{
  "parameters": {
    "param1": "value1",
    "param2": "value2"
  }
}

四、安全实现

4.1 认证与授权

• OAuth 2.1授权框架集成
• JWT令牌管理（访问令牌2小时，刷新令牌7天）
• 基于角色的访问控制(RBAC)

4.2 数据安全

• 所有API通信使用TLS 1.3加密
• 敏感数据存储加密（AES-256）
• 工具调用审计日志（保留90天）

4.3 MCP安全策略

• 用户明确授权机制（工具调用前弹窗确认）
• 资源访问白名单（仅允许访问指定目录）
• 第三方服务沙箱隔离（Docker容器化部署）

五、部署架构

5.1 容器化部署

├── docker-compose.yml
├── frontend/           # React应用
├── backend/            # Spring Boot服务
├── geoserver/          # 地图服务
├── postgres/           # 数据库
└── minio/              # 对象存储

5.2 服务交互流程

1. 用户在前端输入自然语言请求
2. 前端Host层调用LLM客户端获取响应
3. LLM返回工具调用指令（XML格式）
4. Host层解析指令并调用MCP工具客户端
5. 服务端MCP模块路由请求至对应工具
6. 工具执行完成后返回结果
7. Host层将结果整理后发送至LLM生成最终回答
8. 前端展示回答及地图结果