智慧城市時空信息云平臺的建設范文

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《城市勘測雜志》2016年第4期

摘要:

智慧城市時空信息云平臺是智慧城市重要的空間信息基礎設施，在其建設過程中有許多需要探索和解決的問題。本文在分析國內建設現狀的基礎上，對時空信息云平臺的概念內涵、功能定位進行深入思考，認為在建設標準、云架構、智能應用開發、智能感知和知識挖掘等方面需要進一步加強。通過研究和突破時空數據管理及可視化、物聯網感知信息集成、云GIS一體化共享服務體系等多項關鍵技術，以常州為實驗區域，建設“智慧常州時空信息云平臺”。

關鍵詞:

時空信息;云GIS;共享服務;物聯網;時空分析

1引言

隨著智慧城市階段科技不斷進步和應用需求快速變化，特別是云計算和物聯網技術的快速發展，我國提出了“測繪4.0”、“互聯網+測繪”的概念［1］，對數字城市地理空間框架的空間基礎信息提出了“體驗性要好、實時性要強、移動性要大、可控性要高和自主性要多”的新要求。在此背景下，數字城市地理空間框架需要提升，并與云計算、物聯網等新型技術接軌，形成面向智慧城市的時空信息云平臺。時空信息云平臺是智慧城市地理空間信息基礎設施的重要的、基礎性的內容［2］。隨著時空信息云平臺的首次提出，業界對其內涵、定位和相關技術的探索在逐漸深化，全國各地多個城市也已探索并啟動了平臺的建設工作，研究并解決了許多技術難題，形成了部分成果。而未來，作為智慧城市的必備基礎設施，時空信息云平臺必將大范圍加以建設。因此，對時空信息云平臺的概念內涵、功能定位、建設重點、關鍵技術等方面的探討必須深入而明確，形成科學、規范、公認的界定，從而使在此基礎上建設的平臺成果能真正發揮智慧城市基礎設施的作用，支撐整個智慧城市的時空信息智能化運維和共享的需求。

2概念內涵及功能定位

2.1概念內涵

內涵是事物的含義即概念，是事物特有屬性的反映。“智慧城市時空信息云平臺”是一個復合名詞，文章通過對其分詞后的單獨名詞展開探討，以便明確其內涵。(1)智慧城市智慧城市是時空信息云平臺服務的對象和目標。用易于理解的簡單公式表達，可以這樣認為［3］:智慧城市=數字城市+物聯網+云計算。智慧城市通過互聯網把無處不在的被植入城市物體的智能傳感器連接起來(物聯網)，實現對現實城市的全面感知，利用云計算技術、大數據分析等技術手段對海量感知信息進行處理分析，對包括政務、民生、環境、公共安全等在內的各種需求做出智能化響應和決策支持［4～6］。(2)時空信息面向智慧城市的空間信息應該是四維的，不僅可以提供準確的三維坐標信息，還可以提供坐標信息及其屬性隨時間變化的情況。根據文獻，時空信息(時空數據)［2］包括如下幾類信息:①豐富的歷史地理數據;②全覆蓋、精細化的現勢數據;③依托CORS提供的實時位置信息;④精細三維、全景影像、視角三維、立體街景等多維度可視化地理信息;⑤智能感知設備獲取的視頻、RFID、ASCII碼、二進制等實時信息;⑥基于泛在網絡下的眾源地理信息;⑦能反映未來的規劃成果數據、根據各類模型計算的趨勢數據。時空信息大大拓寬了傳統測繪地理信息行業所認知的數據范疇，涵蓋一切與空間信息相關的數據，其邊界根據需要隨時可被突破并擴容，如此通過多種途徑獲取匯集得到的時空數據資源池，形成了時空大數據分析的基礎，是實現數據挖掘、智能專題分析與應用的前提。(3)云GIS平臺云GIS是利用云計算的理論、方法和技術來擴展并改進傳統GIS的結構體系，實現海量時空數據的高性能存取與處理操作，從而提供更為高效的計算能力和數據處理能力，解決各類地理信息計算密集型、地理信息數據密集型問題［7～9］。目前國內提出了在地理信息服務平臺基礎上構建一種云GIS四層服務體系［10］，包括Service服務層、GISServer服務層、基礎設施服務層和虛擬數據中心服務層。

2.2定義及定位

(1)定義

通過前述名詞拆解和內涵分析，“智慧城市時空信息云平臺”具有豐富的內涵，“智慧城市”是其運行背景和支撐對象，“時空信息”是其提供的核心服務內容，“云平臺”是其建設架構和運行方式。因此，國家測繪地理信息局將時空信息云平臺定義如下［11］:智慧城市時空信息云平臺是通過泛在網絡、傳感設備、智能計算等新型高科技手段，實時匯集城市各種時空信息，而形成的更透徹感知、更廣泛互聯、更智能決策、更靈性服務和更安全可靠的地理信息服務平臺，是智慧城市建設的重要的空間信息基礎設施。本文認為，時空信息云平臺的重點在于突破傳統測繪地理信息的認知體系，建立融合3S技術、物聯網感知技術、云計算技術、數據挖掘技術的技術體系，形成匯集城市空間與非空間、歷史現狀與未來、結構化與非結構化等時空信息資源中心，實現數據提供、信息服務、知識服務的多層次、立體化服務，智能化地服務整個智慧城市的建設與運行。

(2)功能定位

若將智慧城市形象地比喻為人體，也具有感官、神經、大腦、骨架和行為，智慧城市的感官應是傳感器，其神經系統是泛在網絡，其大腦是計算中心，其行為是智能化運營，則其骨架應為時空信息，由各部分協同支撐智慧城市。因此，時空信息云平臺的功能定位應是智慧城市的骨骼和經脈，是感知層與智慧決策層之間信息溝通的橋梁，是匯集智慧城市時空信息資源的礦藏，也是智慧城市各行業領域信息互通的渠道。對于城市勘測單位而言，建設時空信息云平臺應立足于城鄉規劃，服務于整個城市管理的各個環節，同時向各行業領域智能化服務進行拓展延伸。

2.3對城市勘測行業的意義

如今移動互聯網市場如火如荼，涌現了大量基于地圖位置的、面向不同需求的在線應用、移動APP，也衍生出許多基于空間位置的大數據分析項目，均以各類時空信息為核心，這其中卻極少看到出自傳統測繪人之手的產品，這一現象值得我們深刻反思。面向智慧城市的、基于地圖服務的好產品、好項目，關鍵在于找準需求著力點及其相匹配的數據鏈條，在空間信息基礎上融合上下游其他專題信息并構建數據模型。測繪地理信息正是由于缺乏專題數據來源、數據鏈環節缺失，才難以開展基于大數據分析的知識挖掘服務。依托時空信息云平臺的建設，大量的時空信息在平臺中匯集和交換，測繪行業有機會提升產品發展層次，延長傳統測繪產品鏈，實現從“數據提供—信息服務”到“數據提供—信息服務—知識服務”的轉型。

3建設現狀與思考

3.1建設現狀

隨著數字城市向智慧城市發展的號角吹響，全國掀起了一波建設智慧城市時空信息云平臺的熱浪。我國的山東濟寧、浙江寧波、江蘇徐州和常州、湖北武漢、河南鄭州、山西太原、云南等省市相繼啟動了智慧城市時空信息云平臺建設的序幕。濟寧市建立了相應的云服務環境，其數據集成現有的基礎地理信息，擴充歷史信息、現勢信息、實時信息和專題信息，各種功能軟件打包成模塊，提供二次開發接口方便調用。重慶市兩江新區［12］的智慧兩江時空信息云平臺建設，利用3S技術、虛擬現實等手段，整合兩江新區基礎空間數據庫、專題數據庫，并建設完成公益性、基礎性的智慧兩江時空信息云服務平臺，針對城鄉規劃管理需求建設規劃信息服務系統，以提高城鄉規劃管理的效率。黑龍江省［13］搭建了ArcGIS私有云，部署云端應用實驗，設計省、市、縣三級總體框架。云南省同樣采用了ArcGIS私有云，通過建設“一個中心、兩個平臺、三層服務、四大能力”，成為全國首個驗收的省級時空信息云平臺。此外，寧波、徐州、武漢、鄭州、太原等時空信息云平臺建設試點，基本處于項目評審后的實施階段，尚未有成果形成應用。

3.2主要問題與思考

(1)建設標準

依據國內各條線領域中的智慧城市公共平臺的認知并不一致，從國家工信部、國家住建部到國土資源部(國家測繪地理信息局)，對智慧城市的公共平臺的名稱、建設側重點、共享范疇等均各有不同，具體如表1所示。為了真正地服務于智慧城市，城市測繪院建設的公共平臺仍應立足于國家測繪局的要求，建立智慧城市時空信息云平臺，以空間地理信息為核心，在共享范疇、共享能力上必須拓展延伸，形成較強的時空信息跨界服務能力，擴展各類非空間公共信息融合能力，從而打通不同部門公共信息共享流通的脈絡，真正承擔起智慧城市骨架的作用。

(2)云平臺建設

云GIS平臺的建設模式與云計算相同，主要有三種建設模式:公有GIS云、私有GIS云和混合GIS云。公有云可便捷實現信息在線共享，但數據保密安全方面較弱;反之私有云則可較好保障信息安全，但其眾源信息獲取和共享靈活性將受限;而混合云可視為二者的權衡折中。本文認為應采用混合方式建設時空信息云平臺，采用公有云實現城市公開信息共享，并在公有云平臺上匯集眾源信息，職權部門間內部信息共享采用私有云。云GIS平臺的建設途徑有三種:①采用成熟的商業產品，建設周期短，但靈活性較差，難以滿足個性化需求;②基于通用公有云平臺搭建，周期較長，費用較高。③自建云平臺，周期最長，需投入較多資金，但自主研發性強，可兼顧多種GIS平臺。采用何種建設途徑取決于各地的建設周期、技術實力、資金財力等多種因素，可根據實際情況綜合抉擇。

(3)智能應用開發

當下的GIS已跳脫出傳統的重型、復雜的大體量項目，向實用、垂直等輕量化方向發展。建設基于時空信息云平臺的智能應用，首先需要找準城市運營管理或社會民眾生活中的痛點需求，結合大數據與數據分析技術，創新思路、量體裁衣。具體措施是基于平臺提供時空信息共享數據資源、地圖小工具、共享開發接口、應用開發模板等，建立多樣化的交流平臺，舉辦創意有獎征集、創意開發大賽，充分鼓勵和調動社會各界對GIS應用開發的探索熱情，形成一批智能應用成果，既發揮了平臺的社會效益，又有利于推動智慧城市各領域的發展。

(4)智能感知與知識挖掘

智慧城市時空信息云平臺匯集了海量物聯網實時感知信息，必須與物聯網節點定位信息進行集成表達和融合分析。平臺基于云計算技術，不僅可高效提供基于地上地下、二維三維、歷史現狀的時空信息云計算服務，還能與智慧城市數據支撐體系中的其他信息云(經濟云、人口云等)協同服務［14］，通過協同大數據分析進一步發揮價值。在具體的大數據分析工作中，需要將大數據的概念變成一個個接地氣的產品或者項目。在城市管理領域、商業和民眾生活領域，均可建立廣泛的數據挖掘案例，例如公安局可根據預測的犯罪幾率動態調整巡邏頻率和人員配備，百貨商場可根據需求實時調整商品價格等。

4常州案例

常州同時作為國家工信部和住建部的“智慧城市”試點城市，是江蘇省唯一的“智慧城市”雙試點城市。基于原有的“數字常州空間信息共享平臺”，重點開展了“智慧常州時空信息云平臺”建設。

4.1總體方案

智慧常州時空信息云平臺項目形成了“一庫、一中心、一平臺、多應用”的成果體系［15］:建設了一套種類齊全、數量龐大、時間跨度長的智慧城市時空數據庫，建設了面向數據集成管理的時空數據運維中心，重點解決了時空數據管理及可視化、物聯網感知信息集成、云GIS一體化共享服務體系等技術問題，在此基礎上研發了時空信息云平臺，并在不同行業領域推廣建設了多個示范應用系統。項目總體技術架構如圖1所示：

4.2特色創新

(1)時空數據體系建設

國內目前對于智慧城市時空信息云平臺的數據體系尚未給出研究成果，項目對此開展了探索，建設了全面的智慧常州時空信息云平臺數據體系。項目充分利用智慧規劃的現有的各類空間數據及相關部委辦的相關專題數據，通過收集、整理、配準常州明清時代古地圖、日軍侵華所繪制地圖、新中國成立后衛星遙感影像、常州不同時期大比例尺地形圖的歷史的地理空間數據，集成了城市三維、地下管線、全景影像等現代的現勢地理數據以及常州規劃、建設、管理的各類專題數據，動態接入了實時位置、視頻、實時傳感器等感知信息，初步搭建了集地上下、室內外、動靜態于一體的時空數據體系，形成了國內少有的種類齊全、數量龐大、覆蓋面廣、時間跨度長的時空數據庫。

(2)時空數據管理及可視化

顧及了智慧城市時空信息云平臺中的海量時空數據，針對時空信息云平臺中各類時空數據的內容、時態特征、時空索引及調度等方面展開研究，其中時空索引機制將時間、空間與專題屬性作為同等重要的維度，兼顧了三者的查詢效率，基于此數據組織機制提出了時空數據的動態可視化表達方法，實現了時間軸動畫、多時態對比、對象狀態回溯等多種可視化方式，如圖2所示。

(3)物聯網感知信息集成

項目將物聯網領域三類典型信息(空間定位、物理量感知、視頻感知等)作為切入點，突破物聯網多源異構信息集成難題，實現了各類信息的地圖定位、信息查詢和實時刷新(如圖3所示)，輔助城市事情實時感知、應急搶險決策支撐。

(4)云GIS一體化共享服務體系

基于用戶在云環境中托管數據與應用的普遍意圖與需求，建設了“數據云”、“服務云”和“應用云”，提出了一套新型的GIS云服務模式，從數據采集、數據存儲、數據制圖、服務、服務管理、應用定制和使用，形成了一套一體化云服務流程。這一基于按需服務、在線提供的云服務模式，采用輕盈的全過程在線交互方式，充分實現不同專業層次用戶的易操作性，實現了時空信息共享的“去平臺化”、“去專業化”。此外，平臺通過“數據云”的云盤，可集成各類非空間數據、非結構化數據、半結構化數據，以支撐其他各類不直接與空間信息相關的政務公共信息，兼顧了智慧城市公共信息平臺的功能需求。

5總結

隨著智慧城市的深化建設，智慧常州時空信息云平臺以及智慧城市時空測繪基準、智慧城市測繪數據智能采集平臺、數字城市三維地理空間框架、智能地下綜合管網數據全生命周期制作與管理平臺等重點項目，將圍繞著空間基礎信息這一核心，服務于不同行業領域的信息化成果建設，推進測繪地理信息產業與智慧城市建設的深度耦合。

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作者:劉全海 冉慧敏 郭云嫣 單位:常州市測繪院 常州市地理信息智能技術中心