市縣級智慧城市時(shí)空信息云平臺建設(shè)方案研究與應(yīng)用
——以智慧大豐時(shí)空信息云平臺建設(shè)為例

季順海，武俊紅

(江蘇星月測繪科技股份有限公司，江蘇 鹽城 224000)

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市縣級智慧城市時(shí)空信息云平臺建設(shè)方案研究與應(yīng)用
——以智慧大豐時(shí)空信息云平臺建設(shè)為例

季順海，武俊紅

(江蘇星月測繪科技股份有限公司，江蘇 鹽城 224000)

摘要：分析了智慧城市時(shí)空信息云平臺在智慧城市建設(shè)中的定位，針對目前國內(nèi)時(shí)空信息云平臺建設(shè)中普遍存在的一些問題，提出了平臺架構(gòu)云端化、市縣運(yùn)維一體化、數(shù)據(jù)內(nèi)容泛在化、更新方式多樣化的市縣級智慧城市時(shí)空信息云平臺的建設(shè)模式，并在智慧大豐時(shí)空云平臺建設(shè)項(xiàng)目中進(jìn)行了實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：智慧城市；時(shí)空信息云平臺；市縣一體化；地理信息；泛在網(wǎng)絡(luò)

目前由國土資源部、國家測繪地理信息局、住建部、科技部、發(fā)改委等國家部委推行的智慧城市試點(diǎn)已遍布全國各地，總數(shù)達(dá)400多個(gè)。2014年國家發(fā)改委等8部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確提出智慧城市是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)的集成，地理信息時(shí)空數(shù)據(jù)庫是智慧城市四大庫建設(shè)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)啟動的市縣級智慧城市時(shí)空信息云平臺項(xiàng)目大多數(shù)采取獨(dú)立建設(shè)的模式，而一般市縣均存在著技術(shù)力量相對薄弱、重復(fù)投資嚴(yán)重、重建設(shè)輕運(yùn)營、后期投入不足、更新滯后等問題，市縣之間的智慧城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，數(shù)據(jù)和服務(wù)無法同構(gòu)對接；而且公安、稅務(wù)、水利、城管等強(qiáng)GIS應(yīng)用部門對新型測繪數(shù)據(jù)、泛在地理信息大數(shù)據(jù)需求日益增長，傳統(tǒng)的市縣級局部區(qū)域的測繪數(shù)據(jù)和一兩年一更新的頻率已經(jīng)不能滿足日益增長的地理信息需求。因此，筆者提出平臺架構(gòu)云端化、市縣運(yùn)維一體化、數(shù)據(jù)內(nèi)容泛在化、更新方式多樣化的市縣級智慧城市時(shí)空信息云平臺的建設(shè)與運(yùn)維方案，并在江蘇省鹽城市大豐區(qū)智慧大豐時(shí)空信息云平臺項(xiàng)目中進(jìn)行相關(guān)實(shí)踐。

一、平臺架構(gòu)云端化

智慧大豐時(shí)空信息云平臺通過宿主服務(wù)子系統(tǒng)在公有云和私有云兩套環(huán)境實(shí)現(xiàn)了測繪基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)，通過時(shí)空數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)統(tǒng)一管理基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、傾斜攝影等新型地理新型數(shù)據(jù)和泛在傳感實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過時(shí)空信息云服務(wù)子系統(tǒng)發(fā)布地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)，通過星月云服務(wù)管理平臺實(shí)現(xiàn)云平臺的運(yùn)維管理，提供了各類開發(fā)平臺的接口API和開發(fā)環(huán)境SDK，開發(fā)了旅游、交通等智慧應(yīng)用示范。如圖1所示。

圖1　時(shí)空信息云平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

1. 時(shí)空信息云平臺宿主服務(wù)(基礎(chǔ)設(shè)施云)

智慧城市系統(tǒng)的運(yùn)營需要龐大的數(shù)據(jù)中心，用于城市各類海量信息的匯聚、存儲和輸出，當(dāng)信息系統(tǒng)規(guī)模達(dá)到一定程度時(shí)，云計(jì)算的虛擬化與按需分配的優(yōu)點(diǎn)在系統(tǒng)建設(shè)性價(jià)比方面將表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。

智慧大豐時(shí)空信息云平臺與由中興通訊建設(shè)的大豐區(qū)云計(jì)算服務(wù)中心合作建成了公有云和私有云兩套地理信息服務(wù)云平臺，具備宿主服務(wù)能力，能夠寄存用戶數(shù)據(jù)，具備開發(fā)功能，并可將用戶服務(wù)部署在云端。通過高可靠的虛擬化軟件，將集群服務(wù)器、刀片機(jī)、小型機(jī)、磁盤陣列等存儲、計(jì)算物理硬件設(shè)備虛擬出若干邏輯區(qū)。通過云操作系統(tǒng)，針對大數(shù)據(jù)、高并發(fā)訪問，按需動態(tài)分配資源，用戶彈性地調(diào)用資源，迅速完成任務(wù)并釋放，最大限度地提高資源利用率。平臺以統(tǒng)一的門戶面向用戶提供宿主服務(wù)，用戶通過在線申請的方式像租借公共自行車一樣租用平臺提供的預(yù)裝各類地理信息處理軟件或開發(fā)平臺的虛擬設(shè)備。

2.時(shí)空信息云服務(wù)(平臺云)

在智慧城市的系統(tǒng)架構(gòu)中可以引入面向服務(wù)(SOA)的開發(fā)框架和分布式計(jì)算(Hadoop)開發(fā)架構(gòu)，在平臺云的層面實(shí)現(xiàn)時(shí)空信息云服務(wù)。SOA技術(shù)具備高可重用和松散耦合性，通過REST明確接口定義，通過開放的標(biāo)準(zhǔn)JSON或XML進(jìn)行信息交換，可以實(shí)現(xiàn)各種不同平臺和系統(tǒng)信息之間的互聯(lián)互通。Hadoop是一個(gè)分布式計(jì)算平臺和軟件架構(gòu)，以并行的方式工作，通過并行處理加快處理速度，可以運(yùn)行處理海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序，具有高可靠性、高擴(kuò)展性、高效性、高容錯性和低成本的優(yōu)點(diǎn)。

智慧大豐時(shí)空信息云平臺基于時(shí)空數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)，整合矢量、影像、傾斜攝影、三維、街景和其他部門專題數(shù)據(jù)信息并附加時(shí)間屬性；通過時(shí)空信息云服務(wù)子系統(tǒng)，基于SOA開發(fā)架構(gòu)，以服務(wù)的形式對外發(fā)布時(shí)空數(shù)據(jù)服務(wù)、空間分析服務(wù)、地名地址編碼服務(wù)等；通過GIS Tools for Hadoop子系統(tǒng)，以分布式計(jì)算服務(wù)的形式，提供海量數(shù)據(jù)處理服務(wù)，包括圖斑計(jì)算統(tǒng)計(jì)、稅務(wù)統(tǒng)計(jì)分析、交通流量分析、圖像識別分析等；基于星月云服務(wù)管理平臺，實(shí)現(xiàn)服務(wù)度量、彈性調(diào)度和服務(wù)監(jiān)控，使用戶能夠像用電用水一樣直接調(diào)用云上的各類地理信息服務(wù)。

3. 智慧應(yīng)用及相關(guān)開發(fā)接口(軟件云)

云計(jì)算的核心理念是提高云計(jì)算中心的處理能力，減小用戶終端負(fù)擔(dān)?；跁r(shí)空信息云平臺提供的基礎(chǔ)設(shè)施和平臺資源，云端用戶能夠?qū)⒏嗟木?、資源、預(yù)算運(yùn)用到業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能本身，并且根據(jù)應(yīng)用的用戶量級和流量動態(tài)調(diào)用云資源，實(shí)現(xiàn)了各種“瘦”終端。如圖2所示。

智慧大豐時(shí)空信息云平臺提供了各類開發(fā)接口API和開發(fā)SDK環(huán)境，并提供了業(yè)務(wù)流引擎子系統(tǒng)來方便用戶，通過向?qū)нx擇數(shù)據(jù)和功能服務(wù)直接訂制個(gè)性化應(yīng)用系統(tǒng)，在平臺上工作的不再僅僅是GIS專業(yè)人員或開發(fā)者，用戶基于平臺不僅能夠獲得地圖，還能夠與不同專業(yè)不同單位的人士協(xié)同工作。如以下智慧水務(wù)應(yīng)用場景:城市暴雨可能導(dǎo)致下水道堵塞而造成城市內(nèi)澇，氣象部門在地理平臺上分享了未來降雨量預(yù)測專題圖；交通部門提供了實(shí)時(shí)路況信息專題圖；排水集團(tuán)工作人員在地理平臺之上獲得各監(jiān)測點(diǎn)的最新管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)圖層，并疊加上述降雨量預(yù)測和實(shí)時(shí)路況專題圖層，通過空間分析得到合理的維修維護(hù)計(jì)劃和內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警專題信息；內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警專題信息被定向分享給了應(yīng)急部門，以便其公開發(fā)布為城市內(nèi)澇預(yù)警系統(tǒng)供市民訪問。

圖2　基于時(shí)空信息云平臺的智慧應(yīng)用

二、市縣運(yùn)維一體化

市縣級智慧城市時(shí)空信息云平臺要實(shí)現(xiàn)一體化運(yùn)維，必須要從數(shù)據(jù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)、管理平臺和管理模式等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。

1. 市縣級數(shù)據(jù)同構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一

時(shí)空數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)主體是由基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)加工處理形成的公共地理框架數(shù)據(jù)?；A(chǔ)測繪數(shù)據(jù)主要包括多個(gè)比例尺的DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)；公共地理框架數(shù)據(jù)包括地理實(shí)體數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、電子地圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)5類。項(xiàng)目制定了《智慧大豐時(shí)空信息大數(shù)據(jù)整合技術(shù)指南》和《智慧大豐時(shí)空信息云平臺應(yīng)用服務(wù)規(guī)范》，明確了云平臺建設(shè)的基本規(guī)定、數(shù)據(jù)規(guī)范、技術(shù)規(guī)范、接口規(guī)范，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)地址分類命名規(guī)則、編碼規(guī)則，以及與基礎(chǔ)地理信息、專題信息的接口規(guī)范，時(shí)空信息大數(shù)據(jù)交換和共享管理辦法，時(shí)空信息云計(jì)算支撐環(huán)境，時(shí)空信息云平臺建設(shè)、使用與維護(hù)管理辦法等標(biāo)準(zhǔn)。

2. 基于主分平臺分布式管理模式實(shí)現(xiàn)了服務(wù)統(tǒng)一

市縣一體化智慧城市時(shí)空信息云平臺的數(shù)據(jù)服務(wù)地址必須是統(tǒng)一的，矢量地形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)服務(wù)和專題數(shù)據(jù)服務(wù)都是統(tǒng)一的服務(wù)地址。但目前市縣之間智慧城市單獨(dú)建設(shè)的模式下如何實(shí)現(xiàn)服務(wù)地址的統(tǒng)一是關(guān)鍵問題。智慧大豐時(shí)空信息云平臺項(xiàng)目通過主動緩存技術(shù)和主分平臺分布式管理模式實(shí)現(xiàn)了服務(wù)地址的統(tǒng)一。

主動緩存采用Java開源緩存框架，其原理是：首先采取預(yù)先部署的方式將大豐區(qū)和其他區(qū)縣的瓦片進(jìn)行分級保存，中心區(qū)域訪問量高的地區(qū)采取內(nèi)存緩存和SSD緩存，其他地圖采取普通緩存，提高了訪問速度；其次當(dāng)用戶請求大豐及鹽城市區(qū)范圍以外數(shù)據(jù)時(shí)，通過后臺配置文件自動進(jìn)行緩存處理，如果已經(jīng)建立了當(dāng)前地圖范圍的緩存則直接調(diào)用并顯示，若沒有當(dāng)前地圖范圍的緩存服務(wù)則自動下載瓦片并建立緩存；最后通過配置文件建立緩存機(jī)制，根據(jù)訪問次數(shù)調(diào)整緩存級別，對訪問請求頻繁的地區(qū)，服務(wù)器自動建立內(nèi)存緩存提高訪問速度，對一般請求的地區(qū)瓦片則進(jìn)行硬盤緩存。

在主分平臺分布式管理模式下，主平臺部署在智慧鹽城運(yùn)營中心，各個(gè)區(qū)縣部署智慧鹽城平臺分節(jié)點(diǎn)，分節(jié)點(diǎn)定期向主節(jié)點(diǎn)推送數(shù)據(jù)更新內(nèi)容，由主平臺通過主動緩存技術(shù)定期向分節(jié)點(diǎn)收割更新數(shù)據(jù)。如圖3所示。

圖3　主分平臺的分布式管理模式

三、數(shù)據(jù)內(nèi)容泛在化

智慧城市定位為更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能化，其基礎(chǔ)是傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng)在各行各業(yè)的高效融合與綜合應(yīng)用。傳統(tǒng)行業(yè)中地理信息系統(tǒng)對實(shí)時(shí)信息的支撐往往是垂直的，同一系統(tǒng)中不同種類的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)需要單獨(dú)實(shí)現(xiàn)其接入、分析和可視化。這種缺少集成和融合的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會形成多個(gè)微觀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)孤島。如果還用這種方式進(jìn)行整個(gè)城市的信息化建設(shè)將會使物聯(lián)網(wǎng)對智慧城市失去意義，物與物之間無法在信息空間形成任何關(guān)聯(lián)和交互；而使用地理信息平臺作為泛在信息的統(tǒng)一支撐平臺可以避免這個(gè)問題。

智慧城市時(shí)空信息云平臺泛在地理信息數(shù)據(jù)主要包括導(dǎo)航衛(wèi)星、各類傳感器、RFID、攝像頭、移動設(shè)備，另外現(xiàn)在社交平臺每時(shí)每刻也在產(chǎn)生大數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)社交數(shù)據(jù)，將社交平臺與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，產(chǎn)生了一種新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)產(chǎn)生源。平臺通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)輸出，通過泛在物聯(lián)網(wǎng)信息與地理位置信息的結(jié)合有效拓展了測繪地理信息的服務(wù)范圍，產(chǎn)生了更多智慧的應(yīng)用，如智能手環(huán)、健康狀況傳感器與位置信息結(jié)合開發(fā)的智慧養(yǎng)老應(yīng)用、北斗衛(wèi)星定位設(shè)備與地理信息平臺結(jié)合監(jiān)控車輛、微博微信定位信息與輿情監(jiān)控相結(jié)合等。

圖4　泛在網(wǎng)絡(luò)中的地理信息

四、更新方式多樣化

由于智慧城市對地理信息及時(shí)性和有效性的現(xiàn)實(shí)要求，必須不斷豐富地理信息資源建設(shè)手段，加快形成海量多類型地理信息實(shí)時(shí)獲取、自動化智能化處理等能力，及時(shí)響應(yīng)城市管理和運(yùn)行需要，并能幫助其很好地解決問題。項(xiàng)目組正在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，一是建立完備的航空遙感平臺，發(fā)展中低空長航時(shí)航攝飛機(jī)、輕小型航攝飛機(jī)、無人飛艇、低空遙感無人機(jī)等航空遙感平臺；二是研究基于無人機(jī)平臺搭載多傳感器獲取多源遙感數(shù)據(jù)的技術(shù)方法，攻關(guān)無人機(jī)自動定位、姿態(tài)控制、影像數(shù)據(jù)的畸變差去除、自動空中三角測量、自動匹配、影像快速糾正等關(guān)鍵技術(shù)，探索基于無人機(jī)平臺的小區(qū)域基礎(chǔ)地理信息快速采集與更新模式；三是以三維激光掃描技術(shù)、CCD立體測量技術(shù)、GPS+IMU的慣性測量技術(shù)和智能處理技術(shù)為基礎(chǔ)，研究基于移動測繪系統(tǒng)的基礎(chǔ)地理信息快速采集與更新技術(shù)與工作模式；四是豐富高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星影像獲取渠道；五是將城市地理信息云計(jì)算中心與各類傳感器、CORS系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通，組成一個(gè)強(qiáng)大的地理信息傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多平臺、多時(shí)相、多傳感器、多類型、高分辨率、高光譜的地理信息的實(shí)時(shí)獲取、高效智能處理和智慧服務(wù)。

五、結(jié)束語

智慧城市時(shí)空信息云平臺建設(shè)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，也是經(jīng)濟(jì)與社會信息化發(fā)展的必然趨勢。統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一規(guī)劃和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是工程項(xiàng)目成功的前提條件，目標(biāo)是建成權(quán)威、唯一、標(biāo)準(zhǔn)和通用的地理信息公共平臺，切實(shí)解決地理信息獲取困難、應(yīng)用不平衡和重復(fù)建設(shè)等問題，滿足政府各部門和社會公眾對地理信息的需求，加快信息化建設(shè)的進(jìn)程。筆者提出的平臺架構(gòu)云端化、市縣運(yùn)維一體化、數(shù)據(jù)內(nèi)容泛在化、更新方式多樣化的市縣級智慧城市時(shí)空信息云平臺建設(shè)方式特別適用于國內(nèi)市縣普遍存在的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的狀況，加快了建設(shè)周期，減少了建設(shè)投入，尤其是減少了后期平臺運(yùn)行維護(hù)的投入，各地可以根據(jù)自身的信息化水平和智慧城市建設(shè)的側(cè)重點(diǎn)選擇不同的組合，通過數(shù)據(jù)的地圖融合與智慧的空間決策，實(shí)現(xiàn)政府部門的協(xié)同共享、行業(yè)的互動協(xié)調(diào)、城市的精細(xì)化運(yùn)行管理、人與自然的和諧相處，實(shí)現(xiàn)城市讓生活更美好、科技讓城市更智慧的愿景。

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Research and Application of County-level Smart City Spatial Information Cloud Platform——Taking Smart Dafeng Cloud Platform as an Example

JI Shunhai,WU Junhong

收稿日期：2016-05-18

作者簡介：季順海(1967—)，男，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)闇y繪地理信息及智慧城市建設(shè)。E-mail: 46421268@qq.com

中圖分類號：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)06-0113-04

引文格式： 季順海，武俊紅. 市縣級智慧城市時(shí)空信息云平臺建設(shè)方案研究與應(yīng)用——以智慧大豐時(shí)空信息云平臺建設(shè)為例[J].測繪通報(bào)，2016(6)：113-116.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0204.