寧波東錢湖智慧地理信息系統(tǒng)建設研究

薛濤 ，王艷軍

(1.武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北武漢 430079; 2.寧波市測繪設計研究院，浙江寧波 315042)

1 引言

為了更好地推進和服務寧波智慧城市建設，管理和開發(fā)利用基礎地理信息資源，建立公益性、基礎性和前瞻性的空間數(shù)據(jù)基礎設施，為社會經(jīng)濟的各個方面提供統(tǒng)一標準的、精確的、權(quán)威的基礎地理信息資源，為其他專業(yè)信息系統(tǒng)建設和各種地圖產(chǎn)品的綜合開發(fā)利用提供統(tǒng)一的基礎平臺［1～2］，寧波市東錢湖旅游度假區(qū)實施了智慧地理信息系統(tǒng)建設。其核心是一個滿足東錢湖區(qū)域政府及社會各行業(yè)需要，適應廣泛地理空間信息要求的基礎空間數(shù)據(jù)庫，形成集基礎空間數(shù)據(jù)的采集、更新、處理、分析和業(yè)務辦公于一體的由軟件、硬件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡以及人員構(gòu)成的高效信息平臺，以測繪與規(guī)劃專業(yè)領(lǐng)域為重點突破口，切入測繪數(shù)據(jù)共享、規(guī)劃信息管理等業(yè)務工作實際需求，建立完整的信息系統(tǒng)平臺。

東錢湖智慧地理信息系統(tǒng)，主要集成管理包括規(guī)劃編制成果、建設工程規(guī)劃審批信息、基礎測繪成果在內(nèi)的庫的地理空間資源體系，面向業(yè)務建立規(guī)劃成果信息管理系統(tǒng)，以城市三維仿真平臺和移動服務應用為規(guī)劃方案評審、移動辦公執(zhí)法和領(lǐng)導決策提供科學支撐。

2 東錢湖智慧地理信息建設概述

為加強規(guī)劃與測繪的信息化管理工作，推進智慧地理信息的建設，按照寧波智慧城市的總體部署，寧波市東錢湖旅游度假區(qū)實施了東錢湖智慧地理信息系統(tǒng)。區(qū)域原有的基礎地形圖和政務電子地圖均分測區(qū)跨年度施測，數(shù)據(jù)零散和雜亂，歷年城市規(guī)劃成果數(shù)據(jù)主要以紙質(zhì)文件方式存儲和手工管理，給成果的調(diào)閱和使用帶來很大困難，空間地理信息的集成管理和共享缺乏有效機制［3］。

為解決以上問題，需要建立完整統(tǒng)一的智慧地理信息系統(tǒng)，充分利用原有的基礎測繪數(shù)據(jù)和制作城市三維精細模型，實現(xiàn)測繪與規(guī)劃信息的集成、互操作和共享，為規(guī)劃業(yè)務、領(lǐng)導決策和移動辦公提供服務。

3 智慧地理信息系統(tǒng)框架設計

東錢湖智慧地理信息系統(tǒng)，主要按照三層架構(gòu)模式設計，即數(shù)據(jù)層、服務層和應用層，如圖1所示。

圖1 東錢湖智慧地理信息系統(tǒng)框架

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的基礎層，負責對數(shù)據(jù)庫的存儲組織和訪問控制。本層提供了對外統(tǒng)一的數(shù)據(jù)發(fā)布標準和訪問方式，具體集成了包括基礎地形數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、三維仿真數(shù)據(jù)等地理空間數(shù)據(jù)和規(guī)劃審批數(shù)據(jù)、規(guī)劃編制成果數(shù)據(jù)和建設工程數(shù)據(jù)等規(guī)劃專題數(shù)據(jù)，并分別建立相應數(shù)據(jù)庫管理［4］。

服務層基于數(shù)據(jù)層為前端應用層各種應用系統(tǒng)提供了一系列的標準服務接口。根據(jù)不同系統(tǒng)的共性需求，實現(xiàn)了對公共服務的統(tǒng)一管理和集成，并通過不同的調(diào)用方式提供應用服務［5～6］。服務層作為數(shù)據(jù)層和應用層的中間層，包括的主要內(nèi)容為針對各類數(shù)據(jù)的標準化與整合、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、地理信息支撐中心、系統(tǒng)管理輔助、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡發(fā)布、數(shù)據(jù)掃描錄入、三維模型渲染和系統(tǒng)維護中心等。

應用層涵蓋了系統(tǒng)需要建設的三個系統(tǒng)平臺，具體是二維規(guī)劃成果信息管理系統(tǒng)、三維仿真規(guī)劃應用系統(tǒng)以及智慧規(guī)劃移動服務應用系統(tǒng)。其中:二維規(guī)劃成果信息管理系統(tǒng)，針對歷年規(guī)劃審批數(shù)據(jù)、規(guī)劃編制數(shù)據(jù)和建設工程等檔案文件數(shù)據(jù)提供方便的在線查詢?yōu)g覽、調(diào)閱和檢索功能。三維仿真規(guī)劃應用，是采用三維仿真技術(shù)，結(jié)合規(guī)劃業(yè)務實際需求，以三維直觀生動的形式實現(xiàn)對東錢湖新城核心區(qū)1.64 km2的城市三維精細化模型的管理。智慧規(guī)劃移動服務應用，是在移動設備(如iPad)中實現(xiàn)控制性詳細規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃圖、各類規(guī)劃編制成果圖、區(qū)域內(nèi)重點項目分布圖的隨遇便攜式瀏覽、查詢、錄入和整合。應用層是面向用戶級別的層，滿足規(guī)劃管理、規(guī)劃審批和地理信息的多樣化應用需求，負責與用戶產(chǎn)生交互行為，并且傳送用戶的行為指令到基礎數(shù)據(jù)服務層。

3.1 基礎數(shù)據(jù)整理及規(guī)劃數(shù)據(jù)庫

基礎數(shù)據(jù)整理及規(guī)劃數(shù)據(jù)庫是東錢湖智慧地理信息系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)資源，提供各類數(shù)據(jù)服務，即圖1的數(shù)據(jù)層。規(guī)劃成果數(shù)據(jù)庫包括規(guī)劃審批數(shù)據(jù)、規(guī)劃編制成果數(shù)據(jù)和建設工程數(shù)據(jù)。規(guī)劃審批數(shù)據(jù)主要為規(guī)劃選址意見書、規(guī)劃用地許可證、規(guī)劃設計條件等;規(guī)劃編制成果數(shù)據(jù)為總體規(guī)劃、控制性詳細規(guī)劃、修建性詳細規(guī)劃和其他專項規(guī)劃等幾大類數(shù)據(jù);建設工程審批數(shù)據(jù)主要是分為區(qū)重點工程項目、政府投資項目、普通項目、征地項目等幾類，包括選址意見書、用地規(guī)劃許可證、規(guī)劃設計條件、建設工程規(guī)劃方案、工程規(guī)劃許可證、規(guī)劃驗收等6個過程數(shù)據(jù)信息。

規(guī)劃成果數(shù)據(jù)庫的建設主要通過掃描、加工和整理錄入到規(guī)劃數(shù)據(jù)庫中。規(guī)劃成果數(shù)據(jù)庫建庫的總體思路是:將具有法律效力約束和對于日后規(guī)劃管理在應用上有指導性意義的規(guī)劃編制圖進行整合入庫(SDE庫)，其他規(guī)劃圖及規(guī)劃類文件的瀏覽采取路徑調(diào)檔方式實現(xiàn)，歷年規(guī)劃審批數(shù)據(jù)、規(guī)劃編制數(shù)據(jù)和建設工程規(guī)劃數(shù)據(jù)的紙質(zhì)形式掃描數(shù)字化以文件方式保存，相關(guān)的規(guī)劃元數(shù)據(jù)進行錄入、數(shù)據(jù)標準化整理和數(shù)據(jù)入庫。

3.2 面向業(yè)務的規(guī)劃成果信息化管理

規(guī)劃成果信息化管理系統(tǒng)，是面向規(guī)劃業(yè)務管理需要的信息化系統(tǒng)，即圖1應用層中的“規(guī)劃成果信息管理系統(tǒng)”，提高規(guī)劃成果檔案的方便快捷查找和利用。系統(tǒng)集成1∶500基礎地形圖管理、規(guī)劃審批成果管理、規(guī)劃編制成果管理和建設工程規(guī)劃管理等規(guī)劃成果數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對歷年規(guī)劃選址意見書、用地規(guī)劃許可證和建設工程規(guī)劃許可證等數(shù)據(jù)的管理、調(diào)閱和查詢，主要包括以下子模塊:分類信息、數(shù)據(jù)掃描、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)瀏覽、成果調(diào)閱、綜合檢索、統(tǒng)計分析和系統(tǒng)幫助。規(guī)劃成果信息化管理系統(tǒng)的功能設計如圖2所示:

3.3 三維仿真規(guī)劃應用

三維仿真規(guī)劃應用，著重以真三維多視角方式科學支持多規(guī)劃方案的必選，對應圖1應用層中的“三維仿真規(guī)劃應用”。系統(tǒng)提供地理信息三維可視化平臺所需的影像、矢量、地形等空間數(shù)據(jù)和三維建筑物模型數(shù)據(jù)的處理、組織、管理和維護功能;地理信息三維可視化服務子模塊作為三維客戶端，側(cè)重于多源、多尺度地理信息的三維瀏覽和查詢功能。主要功能如下:

(1)數(shù)據(jù)組織與管理子模塊

該子模塊主要負責海量影像、地形、三維城市模型等數(shù)據(jù)的預處理、壓縮和組織，提供數(shù)據(jù)存儲訪問的接口，分為數(shù)據(jù)庫訪問接口和文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問接口。

數(shù)據(jù)處理與壓縮，提供對數(shù)據(jù)格式、坐標變換、投影變換等數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮存儲。三維模型和地形(DEM)數(shù)據(jù)中金字塔結(jié)構(gòu)，則將處理好的海量地形數(shù)據(jù)進行分塊和分層處理，建立連續(xù)多分辨率金字塔結(jié)構(gòu)的三維模型和地形數(shù)據(jù)服務庫。

(2)地理信息三維可視化服務子模塊

圖2 規(guī)劃成果信息管理系統(tǒng)功能設計

該子模塊實現(xiàn)海量影像、地形、三維模型、地名數(shù)據(jù)等實時瀏覽、信息查詢。主要包括:場景的縮放和漫游，支持多分辨率影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的連續(xù)放大，縮小;圖層控制功能;經(jīng)緯度的定位。

3.4 智慧規(guī)劃移動服務應用

智慧規(guī)劃移動服務應用，是基于3GWIFI網(wǎng)絡在移動終端(如iPad)上可方便瀏覽各類地理數(shù)據(jù)及規(guī)劃專題信息的客戶端軟件，是智慧城市建設在規(guī)劃業(yè)務領(lǐng)域中的擴展應用，整合二維、2.5維、政務電子地圖等基礎空間數(shù)據(jù)，拓展移動辦公業(yè)務形式，方便規(guī)劃管理人員隨時隨地、快速瀏覽與查詢各類規(guī)劃信息，提高規(guī)劃現(xiàn)場調(diào)研工作效率。主要包括以下功能:

支持多種地理數(shù)據(jù)，如政務電子地圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、2.5維數(shù)據(jù)等，可在各類地圖數(shù)據(jù)中進行自由切換，方便地圖瀏覽和漫游;綜合查詢各類數(shù)據(jù)，一鍵式搜索平臺中所有信息(如地名、地址、規(guī)劃等)，搜索結(jié)果疊加在電子地圖、影像數(shù)據(jù)上，并實現(xiàn)分類顯示縮略信息;提供完備的后臺配置，新增數(shù)據(jù)只需按照一定規(guī)則處理，即可進入平臺，無需額外開發(fā);并根據(jù)用戶權(quán)限，擁有不同級別的數(shù)據(jù)訪問能力和的功能模塊。

4 應用系統(tǒng)實現(xiàn)

東錢湖智慧地理信息系統(tǒng)以基礎地理空間數(shù)據(jù)資源體系建設為基礎，推進區(qū)域規(guī)劃與地理信息共享服務，搭建一套完整的地理信息集成應用系統(tǒng)，已實現(xiàn)移動端辦公、三維仿真和規(guī)劃檔案在線管理等創(chuàng)新工作模式。

智慧規(guī)劃移動服務應用，主要是以移動終端iPad為載體，實現(xiàn)政務電子地圖、土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)、用地控制性規(guī)劃、建設工程等信息的便攜式調(diào)閱和共享，如圖3所示為在iPad2移動設備在線調(diào)閱東錢湖區(qū)域用地規(guī)劃信息，以實時了解每個地塊的用地規(guī)劃類型。

圖3 智慧規(guī)劃移動服務應用

三維仿真規(guī)劃應用(如圖4所示)，以真三維空間直觀生動地展現(xiàn)東錢湖新城核心區(qū)規(guī)劃方案，結(jié)合周圍地形地貌環(huán)境和道路水系網(wǎng)，支持方案的科學客觀評審。

圖4 三維仿真規(guī)劃應用

東錢湖規(guī)劃成果信息化管理，以整理的歷年規(guī)劃審批、編制和建設工程等數(shù)據(jù)為基礎，結(jié)合基礎地理空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)各類規(guī)劃成果的在線瀏覽、調(diào)閱和檢索。圖5即是在線調(diào)閱東錢湖區(qū)域2009年控制性規(guī)劃信息。

圖5 規(guī)劃成果信息化管理

5 總結(jié)與展望

東錢湖智慧地理信息系統(tǒng)的建立及其一系列的示范應用，是當前寧波智慧城市建設重要的延伸和拓展，也是智慧東錢湖框架中地理空間定位和資源共享的前提和基礎。通過東錢湖智慧地理信息系統(tǒng)，以基礎測繪和城市規(guī)劃為專業(yè)切入點，梳理與整合了區(qū)域原有的基礎地理空間資源體系，面向業(yè)務應用對歷年規(guī)劃編制和建設工程進行標準化規(guī)范建庫，實現(xiàn)信息化規(guī)劃成果檔案管理。同時，開發(fā)建立了三維仿真規(guī)劃應用和智慧規(guī)劃移動服務應用系統(tǒng)，為規(guī)劃審批和輔助決策提供技術(shù)支撐。

同時在系統(tǒng)建設中，也面臨各種問題和挑戰(zhàn)，包括:信息化建設基礎薄弱，歷年規(guī)劃成果數(shù)據(jù)不完整、標準不統(tǒng)一、歸檔不規(guī)范，信息化建設剛起步;關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)難度大，規(guī)劃成果數(shù)據(jù)標準化、數(shù)據(jù)庫建設、大規(guī)模三維場景的快速渲染、海量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸和可視化、移動平臺的智慧應用等關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)和應用難度也越來越大。該系統(tǒng)建設克服了以上困難，為智慧地理信息系統(tǒng)提供了有益解決方案，可推廣應用于智慧區(qū)域及其示范應用工程建設。

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