哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)建設(shè)總體架構(gòu)

● 文| 孔繁宇鮑珊珊葛寶玉侯玉瑩

1. 哈爾濱市信息化建設(shè)項(xiàng)目管理中心2.哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司

哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)建設(shè)總體架構(gòu)

● 文| 孔繁宇1鮑珊珊2葛寶玉2侯玉瑩2

1. 哈爾濱市信息化建設(shè)項(xiàng)目管理中心2.哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司

簡要介紹了哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)建設(shè)對(duì)于哈爾濱智慧城市建設(shè)的作用，闡述了哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)的建設(shè)方案，通過研究用戶業(yè)務(wù)需求、數(shù)據(jù)需求、功能需求及網(wǎng)絡(luò)需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，搭建了城市空間信息云平臺(tái)，并在云平臺(tái)基礎(chǔ)上開發(fā)城市空間信息管理系統(tǒng)及行業(yè)應(yīng)用支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市空間信息的智能化管理。

哈爾濱城市空間信息系統(tǒng) 云平臺(tái) 管理系統(tǒng) 行業(yè)應(yīng)用支撐系統(tǒng)

一、概述

城市空間信息是反映城市中發(fā)揮城市功能的各類現(xiàn)存設(shè)施[1]的空間分布特征的信息?？臻g分布特征包括設(shè)施的位置信息、物理屬性和管理屬性等。因此，城市空間信息是智慧城市基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，是城市發(fā)展水平和文明程度的重要支撐，是城市正常運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)和諧發(fā)展的物質(zhì)條件。城市空間信息對(duì)于改善人居環(huán)境、加強(qiáng)城市網(wǎng)格化管理[2]、提高城市運(yùn)行效率、穩(wěn)步推進(jìn)智慧城市建設(shè)、確保全面建成小康社會(huì)具有重要作用。

哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)的建設(shè)旨在通過先進(jìn)的技術(shù)手段，全面準(zhǔn)確掌握哈爾濱城市空間信息；建立全市技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)全面完整、更新及時(shí)準(zhǔn)確、智能程度較高的城市空間信息系統(tǒng)，為全市跨部門政務(wù)信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐，夯實(shí)智慧交通、智慧照明等數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)，為城市規(guī)劃管理信息化、基礎(chǔ)設(shè)施智能化、公共服務(wù)便捷化、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)代化以及社會(huì)治理精細(xì)化[3]創(chuàng)造有利條件，有力推動(dòng)哈爾濱“智慧城市”建設(shè)步伐。

本文介紹了哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案，本方案在整合基礎(chǔ)地理信息、地上空間信息、地下管網(wǎng)信息、地下空間信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上搭建了城市空間信息云平臺(tái)，構(gòu)建城市空間信息管理系統(tǒng)和行業(yè)應(yīng)用支撐系統(tǒng)，支持一系列查詢、統(tǒng)計(jì)、分析及二三維、地上地下一體化展示等操作，滿足政府、各行業(yè)職能管理部門、企事業(yè)單位及市民公眾四大類用戶的不同需求。

二、哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中對(duì)四大類用戶進(jìn)行科學(xué)分析，對(duì)各類用戶進(jìn)行需求調(diào)研，并且根據(jù)國家政府網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求，結(jié)合哈爾濱現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，總結(jié)了用戶的業(yè)務(wù)需求、數(shù)據(jù)需求、功能需求和網(wǎng)絡(luò)需求，具體歸納見表1。

表1 空間信息用戶需求調(diào)研表

三、哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

1.總體架構(gòu)

依據(jù)建設(shè)任務(wù)，哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目的總體架構(gòu)分為應(yīng)用層和平臺(tái)層兩部分，其中平臺(tái)層又分為虛擬化層、數(shù)據(jù)支撐層和服務(wù)層。總體架構(gòu)參見圖1所示。

虛擬化層采用航天恒星自主研發(fā)的AcloudAge OS XS體系架構(gòu)，整合現(xiàn)有政府硬件環(huán)境，包括臺(tái)式機(jī)和存儲(chǔ)磁盤陣列形成可統(tǒng)一管理分配的計(jì)算資源池和存儲(chǔ)資源池，系統(tǒng)用戶可通過虛擬化資源配置分配相應(yīng)資源，用戶通過“云終端”按需獲取動(dòng)態(tài)資源及虛擬計(jì)算資源。

數(shù)據(jù)支撐層包括了哈爾濱城市空間信息普查的所有數(shù)據(jù)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)層管理的數(shù)據(jù)主要包括：空間信息、動(dòng)態(tài)信息和公共信息。項(xiàng)目建設(shè)初期，在城市空間信息云平臺(tái)上主要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)空間信息數(shù)據(jù)庫，包括：基礎(chǔ)地形測繪建設(shè)生成的地理信息數(shù)據(jù)、城市空間信息普查建設(shè)生成的城市空間信息、地下管網(wǎng)普查生成的地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)等。后續(xù)平臺(tái)還將接入動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)庫、公共信息數(shù)據(jù)庫，最終，3個(gè)數(shù)據(jù)庫共同構(gòu)成數(shù)據(jù)支撐層。

服務(wù)層主要包括平臺(tái)引擎、公共服務(wù)組件、業(yè)務(wù)組件和數(shù)據(jù)管理相關(guān)組件等。通過數(shù)據(jù)共享與交換技術(shù)，為應(yīng)用層提供城市空間信息的展示、交換、檢索及擴(kuò)展開發(fā)等服務(wù)，并具備大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)處理等功能。

應(yīng)用層提供了空間信息管理系統(tǒng)和行業(yè)應(yīng)用支撐系統(tǒng)?？臻g信息管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)城市空間信息數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀展示及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等工作，為用戶提供定位、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析及地上地下一體化展示、二三維聯(lián)動(dòng)展示等應(yīng)用服務(wù)；行業(yè)應(yīng)用支撐系統(tǒng)主要是基于城市空間信息云平臺(tái)為各行業(yè)職能管理部門提供擴(kuò)展開發(fā)接口和快捷組裝工具，可以接入已有的基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)和地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)，還可以通過二次開發(fā)建設(shè)如安監(jiān)應(yīng)用信息系統(tǒng)、照明應(yīng)用信息系統(tǒng)及人防應(yīng)用信息系統(tǒng)等具有典型行業(yè)特色的專題類應(yīng)用系統(tǒng)。

圖1 哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.系統(tǒng)組成

哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)包括“一個(gè)平臺(tái)”和“兩類應(yīng)用”：“一個(gè)平臺(tái)”指城市空間信息云平臺(tái)，“兩類應(yīng)用”指空間信息管理系統(tǒng)和行業(yè)應(yīng)用支撐系統(tǒng)。

（1）城市空間信息云平臺(tái)

哈爾濱城市空間信息云平臺(tái)為系統(tǒng)提供了多種數(shù)據(jù)庫類型，構(gòu)建了哈爾濱市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、地下管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)庫、地下人防工程數(shù)據(jù)庫和地上空間信息數(shù)據(jù)庫，并具備對(duì)其他城市管理相關(guān)的基礎(chǔ)管理數(shù)據(jù)及動(dòng)態(tài)監(jiān)管數(shù)據(jù)進(jìn)行接入及集成的能力。其中，數(shù)據(jù)類型涵蓋了元數(shù)據(jù)、基本要素?cái)?shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、多尺度（1 ： 500～1 ： 2000、1 ： 2 000～1 ： 5000、1 ： 5000～1 ： 10000等）影像數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)、文本屬性數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等多種類型的數(shù)據(jù)。

通過采用一系列算法對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行快速高效的抽取、轉(zhuǎn)換和裝載，并基于云計(jì)算[4]并行處理算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，以便從大量的空間信息數(shù)據(jù)[5]中挖掘出存在一定聯(lián)系的專題類信息，為用戶提供輔助決策、專題分析等應(yīng)用支撐。

由于城市空間信息數(shù)據(jù)是巨量的、多樣性的、快速性的[6]，部分?jǐn)?shù)據(jù)涉及敏感信息，因此在平臺(tái)設(shè)計(jì)過程中不但要支持大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)[7]、大數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)挖掘等[8]，還要充分考慮系統(tǒng)的安全可靠性，對(duì)登陸系統(tǒng)的用戶采用訪問控制、身份認(rèn)證等機(jī)制，實(shí)現(xiàn)按行政區(qū)劃或按委辦局兩種方式對(duì)不同用戶進(jìn)行訪問和身份控制。根據(jù)最小化原則，用戶依照自身的權(quán)限，來獲取其可知悉范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)與管理權(quán)限。

（2）城市空間信息管理系統(tǒng)

空間信息管理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中充分考慮了各委辦局的業(yè)務(wù)需求、數(shù)據(jù)需求及網(wǎng)絡(luò)需求，旨在提供定位、量測、標(biāo)注、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等基本操作的基礎(chǔ)上充分滿足各類用戶的管理需求及應(yīng)用需求，如為政府部門用戶及行業(yè)職能管理部門用戶提供相應(yīng)管轄范圍內(nèi)空間信息網(wǎng)格化管理、管理屬性在線更新、模擬規(guī)劃、輔助決策、三維場景巡覽、空間量算、專題類數(shù)據(jù)分析、應(yīng)急預(yù)警、協(xié)同辦公、數(shù)據(jù)交互及圖紙打印輸出等功能；為市民公眾提供滿足其生活生產(chǎn)相關(guān)的查詢、定位及宣傳教育等功能。

空間信息管理系統(tǒng)還具備文本屬性、二三維聯(lián)動(dòng)功能、地上地下空間信息一體化展示功能，可以滿足用戶進(jìn)行全方位360°空間查看，提供給用戶良好的界面效果及簡單友好的操作體驗(yàn)。

（3）城市空間行業(yè)應(yīng)用支撐系統(tǒng)

城市空間信息系統(tǒng)具備二次開發(fā)能力，可以支持行業(yè)應(yīng)用支撐系統(tǒng)的擴(kuò)展開發(fā)。根據(jù)委辦局對(duì)城市空間信息管理及應(yīng)用的迫切程度不同，可以在哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)相應(yīng)的專題類應(yīng)用信息系統(tǒng)，如安監(jiān)應(yīng)用信息系統(tǒng)、照明應(yīng)用信息系統(tǒng)及人防應(yīng)用信息系統(tǒng)等。

行業(yè)應(yīng)用支撐系統(tǒng)內(nèi)的二次開發(fā)子系統(tǒng)會(huì)為平臺(tái)專業(yè)用戶提供擴(kuò)展開發(fā)API接口及幫助文檔，在安監(jiān)應(yīng)用信息系統(tǒng)、照明應(yīng)用信息系統(tǒng)及人防應(yīng)用信息系統(tǒng)等行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)底層為其提供接口服務(wù)，為各委辦局?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)接、基于平臺(tái)開發(fā)專業(yè)系統(tǒng)及基于平臺(tái)完善其自有系統(tǒng)等方面提供了快捷的組裝工具。

3.網(wǎng)絡(luò)部署

哈爾濱城市空間信息數(shù)據(jù)具有巨量性、多樣性、分散性等特點(diǎn)，因此部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于敏感數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及部署的過程中需要嚴(yán)格按照國家相關(guān)保密規(guī)定控制數(shù)據(jù)的知悉范圍，保障數(shù)據(jù)的安全性。因此，哈爾濱采用了三網(wǎng)部署方式分別部署政務(wù)內(nèi)網(wǎng)空間信息系統(tǒng)、政務(wù)外網(wǎng)空間信息系統(tǒng)及公眾網(wǎng)空間信息系統(tǒng)。

1）哈爾濱政務(wù)內(nèi)網(wǎng)部署全套城市空間信息系統(tǒng)，系統(tǒng)符合涉密信息系統(tǒng)建設(shè)要求，系統(tǒng)采用完全物理隔離的方式存儲(chǔ)全要素、全信息、全周期、高精度的城市空間信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在更新及傳輸?shù)倪^程中完全采用移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行傳輸，內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)只能被政府部門的個(gè)別領(lǐng)導(dǎo)通過身份驗(yàn)證進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。

2）政務(wù)外網(wǎng)建立系統(tǒng)包括定位、量測、查詢、展示、統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)警、輔助決策、數(shù)據(jù)信息共享服務(wù)管理、共享資源管理、管理屬性更新及報(bào)建審批等方面功能，提供經(jīng)脫密處理[9]后的不含敏感信息的中等精度或低精度城市空間信息數(shù)據(jù)，主要用戶對(duì)象包括大多數(shù)行業(yè)職能管理部門、區(qū)縣政府、街道以及部分相關(guān)企事業(yè)單位等，系統(tǒng)具備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全監(jiān)測的功能。政務(wù)外網(wǎng)部署的原則是在保留各行業(yè)職能管理部門中已建成或在建系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用城市空間信息系統(tǒng)預(yù)留的數(shù)據(jù)交互接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將各委辦局?jǐn)?shù)據(jù)在空間信息云平臺(tái)上進(jìn)行集中匯總。

3）公眾網(wǎng)空間信息系統(tǒng)建設(shè)依托于政務(wù)外網(wǎng)空間信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件架構(gòu)，建立包括信息發(fā)布、公眾服務(wù)等社會(huì)服務(wù)功能在內(nèi)的應(yīng)用系統(tǒng)。政務(wù)外網(wǎng)與公眾網(wǎng)之間利用網(wǎng)絡(luò)防火墻實(shí)現(xiàn)邏輯隔離，控制數(shù)據(jù)的安全性。公眾網(wǎng)空間信息系統(tǒng)主要用戶就是社會(huì)公眾，為其提供非密公開的數(shù)據(jù)的查詢、瀏覽等基本功能，實(shí)現(xiàn)通用精度數(shù)據(jù)的全面開放。

四、結(jié)論

通過建設(shè)哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)，將全面準(zhǔn)確掌握哈爾濱城市空間信息數(shù)據(jù)，滿足各類用戶的業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)了城市空間信息的全生命周期和全過程管理，提升城市管理的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、精細(xì)化水平，滿足城市現(xiàn)代化建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的切實(shí)需求，推動(dòng)了哈爾濱智慧城市的發(fā)展速度。

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