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# GIS与LLM结合Web应用设计与实施方案
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## 一、数据库设计
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### 1.1 核心数据表结构
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#### 用户表（users）
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| 字段名 | 类型 | 约束 | 描述 |
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|--------|------|------|------|
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| user_id | SERIAL | PRIMARY KEY | 用户唯一标识 |
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| username | VARCHAR(50) | UNIQUE, NOT NULL | 用户名 |
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| email | VARCHAR(100) | UNIQUE, NOT NULL | 用户邮箱 |
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| password_hash | VARCHAR(255) | NOT NULL | 密码哈希 |
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| api_key | VARCHAR(100) | UNIQUE | 第三方API密钥 |
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| role | ENUM('admin', 'user') | DEFAULT 'user' | 用户角色 |
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| created_at | TIMESTAMP | DEFAULT NOW() | 创建时间 |
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| updated_at | TIMESTAMP | DEFAULT NOW() | 更新时间 |
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#### 对话记录表（conversations）
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| 字段名 | 类型 | 约束 | 描述 |
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|--------|------|------|------|
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| conversation_id | SERIAL | PRIMARY KEY | 对话唯一标识 |
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| user_id | INTEGER | FOREIGN KEY(users.user_id) | 关联用户ID |
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| title | VARCHAR(100) | NOT NULL | 对话标题 |
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| created_at | TIMESTAMP | DEFAULT NOW() | 创建时间 |
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| is_active | BOOLEAN | DEFAULT TRUE | 是否活跃 |
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#### 对话消息表（conversation_messages）
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| 字段名 | 类型 | 约束 | 描述 |
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|--------|------|------|------|
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| message_id | SERIAL | PRIMARY KEY | 消息唯一标识 |
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| conversation_id | INTEGER | FOREIGN KEY(conversations.conversation_id) | 关联对话ID |
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| sender | ENUM('user', 'system', 'llm') | NOT NULL | 发送者类型 |
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| content | TEXT | NOT NULL | 消息内容 |
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| content_type | ENUM('text', 'image', 'map') | DEFAULT 'text' | 内容类型 |
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| timestamp | TIMESTAMP | DEFAULT NOW() | 发送时间 |
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#### 空间分析任务表（spatial_tasks）
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| 字段名 | 类型 | 约束 | 描述 |
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|--------|------|------|------|
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| task_id | SERIAL | PRIMARY KEY | 任务唯一标识 |
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| user_id | INTEGER | FOREIGN KEY(users.user_id) | 关联用户ID |
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| conversation_id | INTEGER | FOREIGN KEY(conversations.conversation_id) | 关联对话ID |
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| mcp_service_name | VARCHAR(50) | NOT NULL | MCP服务名称 |
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| tool_name | VARCHAR(50) | NOT NULL | 工具名称 |
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| parameters | JSONB | NOT NULL | 任务参数 |
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| status | ENUM('pending', 'executing', 'success', 'failed') | DEFAULT 'pending' | 任务状态 |
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| result_path | VARCHAR(255) | NULL | 结果存储路径 |
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| started_at | TIMESTAMP | NULL | 开始时间 |
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| completed_at | TIMESTAMP | NULL | 完成时间 |
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#### MCP服务配置表（mcp_services）
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| 字段名 | 类型 | 约束 | 描述 |
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|--------|------|------|------|
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| service_id | SERIAL | PRIMARY KEY | 服务唯一标识 |
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| name | VARCHAR(100) | NOT NULL | 服务名称 |
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| service_type | ENUM('RESOURCE', 'PROMPT', 'TOOL') | NOT NULL | 服务类型 |
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| description | TEXT | NULL | 服务描述 |
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| url | VARCHAR(255) | NOT NULL | 服务URL |
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| auth_method | ENUM('none', 'api_key', 'oauth2') | DEFAULT 'none' | 认证方式 |
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| auth_config | JSONB | NULL | 认证配置 |
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| schema | JSONB | NULL | 参数JSON Schema |
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| is_official | BOOLEAN | DEFAULT FALSE | 是否官方认证 |
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| created_at | TIMESTAMP | DEFAULT NOW() | 创建时间 |
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#### 地图图层配置表（map_layers）
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| 字段名 | 类型 | 约束 | 描述 |
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|--------|------|------|------|
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| layer_id | SERIAL | PRIMARY KEY | 图层唯一标识 |
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| user_id | INTEGER | FOREIGN KEY(users.user_id) | 关联用户ID |
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| name | VARCHAR(100) | NOT NULL | 图层名称 |
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| data_source | VARCHAR(255) | NOT NULL | 数据源路径 |
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| style_config | JSONB | NULL | 样式配置 |
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| is_visible | BOOLEAN | DEFAULT TRUE | 是否可见 |
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| z_index | INTEGER | DEFAULT 0 | 图层顺序 |
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| created_at | TIMESTAMP | DEFAULT NOW() | 创建时间 |
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### 1.2 数据库安全策略
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#### 行级安全策略(RLS)
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```sql
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-- 启用RLS
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ALTER TABLE spatial_tasks ENABLE ROW LEVEL SECURITY;
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ALTER TABLE map_layers ENABLE ROW LEVEL SECURITY;
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-- 创建策略
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CREATE POLICY user_spatial_tasks_isolation ON spatial_tasks
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FOR ALL USING (user_id = current_user_id());
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CREATE POLICY user_layers_isolation ON map_layers
|
||
FOR ALL USING (user_id = current_user_id());
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```
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#### 索引设计
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```sql
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-- 性能优化索引
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CREATE INDEX idx_spatial_tasks_user_id ON spatial_tasks(user_id);
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CREATE INDEX idx_conversations_user_id ON conversations(user_id);
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CREATE INDEX idx_mcp_services_type ON mcp_services(service_type);
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```
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## 二、系统模块设计
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### 2.1 客户端模块
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#### 2.1.1 UI层
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| 模块 | 核心功能 | 关键函数 |
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| 地图组件 | 图层渲染、交互控制 | `renderLayer(layerConfig)`、`handleMapClick(event)` |
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| 对话窗口 | 消息展示、输入处理 | `appendMessage(message)`、`handleSend()` |
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| 任务面板 | 任务列表、状态展示 | `updateTaskStatus(taskId, status)` |
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| 设置面板 | 服务配置、参数调整 | `saveServiceConfig(config)` |
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#### 2.1.2 Host层
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| 模块 | 核心功能 | 关键函数 |
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|------|----------|----------|
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| LLM客户端 | 大模型请求、流式处理 | `requestStream(prompt, callbacks)` |
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| 工具解析器 | XML解析、参数提取 | `parseToolCall(xmlContent)`、`validateParameters(params)` |
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| 权限管理器 | 用户授权、操作审计 | `requestPermission(action)`、`logAction(action)` |
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#### 2.1.3 Client层
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| 模块 | 核心功能 | 关键函数 |
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|------|----------|----------|
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| MCP资源客户端 | 资源获取、缓存管理 | `getResource(uri, params)`、`cacheResource(resource)` |
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| MCP工具客户端 | 工具调用、结果处理 | `callTool(toolName, params)`、`handleToolResponse(response)` |
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| MCP提示客户端 | 模板加载、参数替换 | `getPromptTemplate(name)`、`renderPrompt(template, params)` |
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### 2.2 服务端模块
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#### 2.2.1 Server层
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| 模块 | 核心功能 | 关键接口 |
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| LLM服务 | 模型集成、流式响应 | `POST /api/v1/llm/chat` |
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| MCP服务 | 服务注册、请求路由 | `POST /api/v1/mcp/execute` |
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| 地图服务 | 图层管理、WMS发布 | `GET /api/v1/map/wms` |
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| 用户服务 | 认证授权、配置管理 | `POST /api/v1/auth/login` |
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#### 2.2.2 Resource层
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| 模块 | 核心功能 | 技术实现 |
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|------|----------|----------|
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| 空间分析引擎 | 地理处理、数据转换 | GeoTools + JTS |
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| 知识库服务 | 文档存储、检索 | PostgreSQL +向量索引 |
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| 数据存储服务 | 文件管理、元数据 | MinIO + PostgreSQL |
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## 三、API接口设计
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### 3.1 客户端-服务端接口
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#### LLM对话接口
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```
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POST /api/v1/llm/chat
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Content-Type: application/json
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Authorization: Bearer {token}
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{
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"conversation_id": "conv_123",
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"prompt": "分析海珠区的建筑密度",
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"stream": true,
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"model": "deepseek-r1"
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}
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```
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响应（SSE）：
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```
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event: message
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data: {"type": "text", "content": "正在调用空间分析工具..."}
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event: tool_call
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data: {
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"service": "arcgis",
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"tool": "density_analysis",
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||
"parameters": {"region": "海珠区", "type": "building"}
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||
}
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event: message
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data: {"type": "map", "content": "/api/v1/map/layers/result_456"}
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```
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#### MCP工具调用接口
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||
```
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POST /api/v1/mcp/execute
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Content-Type: application/json
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Authorization: Bearer {token}
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{
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"service_name": "arcgis",
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||
"tool_name": "clip_analysis",
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"parameters": {
|
||
"input_layer": "buildings",
|
||
"clip_layer": "haizhu_boundary"
|
||
}
|
||
}
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||
```
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||
响应：
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||
```json
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{
|
||
"request_id": "req_789",
|
||
"status": "success",
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||
"result": {
|
||
"output_layer": "clipped_buildings",
|
||
"feature_count": 1562
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||
}
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}
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```
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### 3.2 MCP服务接口规范
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#### 资源服务接口
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```
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GET /mcp/resources/{resource_uri}
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Accept: application/json
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Authorization: Bearer {token}
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```
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#### 工具服务接口
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```
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POST /mcp/tools/{tool_name}
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||
Content-Type: application/json
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Authorization: Bearer {token}
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{
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"parameters": {
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"param1": "value1",
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"param2": "value2"
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}
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}
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```
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## 四、安全实现
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### 4.1 认证与授权
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- OAuth 2.1授权框架集成
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- JWT令牌管理（访问令牌2小时，刷新令牌7天）
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- 基于角色的访问控制(RBAC)
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### 4.2 数据安全
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- 所有API通信使用TLS 1.3加密
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- 敏感数据存储加密（AES-256）
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- 工具调用审计日志（保留90天）
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### 4.3 MCP安全策略
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- 用户明确授权机制（工具调用前弹窗确认）
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- 资源访问白名单（仅允许访问指定目录）
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- 第三方服务沙箱隔离（Docker容器化部署）
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## 五、部署架构
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### 5.1 容器化部署
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├── docker-compose.yml
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├── frontend/ # React应用
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├── backend/ # Spring Boot服务
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├── geoserver/ # 地图服务
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├── postgres/ # 数据库
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└── minio/ # 对象存储
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```
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### 5.2 服务交互流程
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1. 用户在前端输入自然语言请求
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2. 前端Host层调用LLM客户端获取响应
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3. LLM返回工具调用指令（XML格式）
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4. Host层解析指令并调用MCP工具客户端
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5. 服务端MCP模块路由请求至对应工具
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6. 工具执行完成后返回结果
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7. Host层将结果整理后发送至LLM生成最终回答
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8. 前端展示回答及地图结果 |