摘要：基于已建成的数字城市地理空间框架,通过基础地理信息数据库和地理信息公共平台在内容、功能和效能上的新增和扩充,建立时空大数据和云平台,从而提升政府服务效能。

关键词： 云平台 地理信息公共平台 大数据 智慧城市 测绘学 计算机工程

多年来各个城市越来越重视基础地理信息的建设、共享与应用,并逐年完善“数字城市”地理空间框架的建设。以南京为例,在数字城市基础数据建设方面,完成了地下管线普查、地名地址poi数据采集等工作,建立了城市地下管线数字化信息与动态维护平台等。

1、可行性分析

(1)需求分析。

一般来说,数字城市地理空间框架已经能够积累一定的用户基础,通过在线服务调用、前置服务以及API开发等方案,为各部门解决了基础地理信息数据的更新问题。但是实际调研中,以上功能远远不能满足需求,主要表现在:一是对空间数据有更大的需求,需要更顶层的设计和专业引导。二是统一标准规范和机制保障,加强基于空间的人口、法人和经济库的共享。三是对信息数据显示需求强烈,不局限于浏览层面。四是对移动端应用需求日益旺盛,且能够简单易用。

(2)网络建设分析。

按照数字城市地理空间框架的应用现状,参照涉密信息系统建设规范和标准,以已覆盖市、区、街镇、社区四级的政务应用为基础,依托政务云环境统一部署,能够将智慧城市时空大数据与云平台分别搭建在涉密版(政务内网)、政务版(政务外网)以及公众版(互联网)等三套网络上。

(3)技术分析。

通过GIS技术、大数据、云计算、物联网的技术分析,借鉴全国先进城市成功的案例,具备充分的条件来满足平台建设的要求。

综上,时空大数据与云平台项目无论是需求层面还是技术层面都已达到建设的基本要求,建成后,不仅能够实现数字城市空间框架向智慧时空基础设施的转型升级,还能够实现基础软硬件资源的集约化建设,避免重复投资,节约财政经费。

2、总体框架

平台的总体架构采用开放组织体系结构框架构构建方法开展顶层设计。包括时空基准、平台运行保障体系、时空大数据、时空大数据与云平台、云支撑环境以及应用示范六个部分组成(如图1)。

图1平台的总体架构

3、技术路线

大数据和云平台的服务一般使用面向服务体系结构,为平台建设提供灵活的组建开发和系统部署方式。考虑到大数据的多样性,在数据库建设时要运用NoSQL的MongoDB数据库。平台服务接口和开发接口的类型和易用性,一般接口分为两层:(1)平台的接口,包括SOAP服务、REST服务、OGC服务等。(2)应用程序开发接口,包括构建Web应用的JavaScriptAPI、构建移动应用的AndroidAPI以及桌面端应用的.Net接口。所有的应用均需支持移动端,且要加强信息安全保密和云支撑环境。

4、项目实施

建设标准规范体系。依据国家测绘局时空大数据与云平台专项标准规范体系要求,以及智慧城市相关大数据、共享交换及应用技术标准。

建立时空大数据。时空大数据是城市地理信息大数据进行空间汇聚、智能服务的基础与核心。从数字城市发展到智慧城市,基础地理信息数据由静态数据上升为具有时间标识的地理信息数据。在原来静态地理信息数据的基础上,不仅增加不同版本的历史数据,还要扩充精细的物联网感知设备位置数据及其流式数据、多规合一规划地理信息、甚至融合宏观经济及其他行业专题数据,实现从基础地理框架数据到信息时空大数据的升级。

设计总体框架如图2。(1)统一时空基准。大数据和云平台项目要统一采用公历纪元、北京时间、地方坐标体系,为城市建设提供时间基准和坐标系统及高精度的定位服务。(2)大数据汇聚。在统一时空基准的前提下,通过数据更新、元数据管理、适配器接入、服务聚合、数据融合等方式,聚合时空标识数据、地理实体数据、静态时空数据、动态时空数据、地理国情数据等。(3)时空大数据数据库管理系统。主要实现对电子地图、地理实体、地名地址、三维模型等时空框架数据建库、更新、管理。用户登录系统后,将矢量、影像、栅格、地名地址等数据导入或更新到各用户数据库中。登录用户只可查看、维护及管理自己的数据,而不可查看和使用其他用户数据。对地理框架数据的元数据进行管理,提供数据浏览、查询、编辑能力。用户可对已加载的矢量数据信息进行多种空间分析,分析功能包括有:地图量算、重叠分析、缓冲区分析、统计分析、网络分析等。

图2时空大数据架构

大数据管理系统包括大数据仓库中主要存储的是地理空间数据、自然资源数据、物联网传感器数据、应用专题数据。这些数据是通过数据接入、抽取、清洗、转换等流程,实现对平台门户网站网盘中各政府部门存储的业务专题数据、物联网传感器数据、外部系统的各种数据表达进行抽取、融合形成的智慧空间数据成果。智慧城市大数据仓库采取分布式数据库MongoDB进行数据存储与管理,数据库中管理的数据包含各部门的业务专题数据(包含空间数据和非空间化的数据)与基础地理数据融合后的业务应用数据、从物联网中抽取的空间化数据或非结构化数据、以及整个服务平台对外共享、交换、发布的服务、数据、应用的元数据。

5、时空大数据与云平台

总体框架如图3,(1)静态时空数据。将时空大数据中的矢量、影像、三维、地名地址及建(构)筑物数据和其他新型产品等静态数据,按国家有关电子地图相应标准规范进行数据实体化、配图、切片和脱密处理,并以国际通用标准服务的形式发布,方便用户在泛在网络环境下对数据的快速获取和使用。各类数据在进行服务提供时,至少具备矢量数据、影像数据、三维数据、地名地址数据、新型产品数据五项目服务。(2)动态时空数据。又称为物联网节点服务,时空大数据职能服务系统提供物联网节点定位服务,准确定位实时信息发生地,拾取信息内容并与地理信息有机整合。物联网技术在互联网及无线通信网的基础上,利用射频识别、条形码、卫星定位、传感器等技术,构造了一个可以覆盖各种物品的信息网络。它的出现,将极大地改变物流、仓储、设备管理以及安防等行业的工作方式,给人们的生活带来极大便利。(3)云支撑环境。基于城市政务云环境建设,通过建设云GIS管理平台与对接城市云环境中心的管理接口,实现基础设施资源转化为GIS平台资源,即“地图云中心”,实现云GIS集群的弹性调整策略和负载均衡,为时空大数据与云平台的各软件系统和应用系统提供GIS环境支撑。

图3平台应用

城市政务外网是非涉密版网络,而传统的数据(包括大比例尺地形图、DEM等)都必须基于涉密网运行,与现行的共享需求有矛盾,因此,需要单独辟出一块保密区域,实现涉密版数据的共享服务。

6、结语

随着应用需求的不断深入,存在着服务拓展能力不够、服务缺少多元化、缺少统一标准和规范以及信息共享率低等问题。建立时空大数据和云平台,以应用促共享,以服务促空间信息汇聚。