智慧城市建設(shè)模式影像地理信息處理技術(shù)及集群應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)研究

吳光耀，李滿娥

（1.江西有色地質(zhì)測(cè)繪院；2.浙江省測(cè)繪大隊(duì)）

智慧城市建設(shè)模式影像地理信息處理技術(shù)及集群應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)研究

吳光耀1，李滿娥2

（1.江西有色地質(zhì)測(cè)繪院；2.浙江省測(cè)繪大隊(duì)）

智慧城市是信息化時(shí)代的產(chǎn)物，通過(guò)對(duì)信息技術(shù)的充分利用，賦予了城市以智慧，實(shí)現(xiàn)了城市管理的智能化和精細(xì)化，對(duì)于推動(dòng)城市的可持續(xù)發(fā)展意義重大。而在智慧城市建設(shè)中，從感知城市日常運(yùn)作的角度出發(fā)，設(shè)置了大量的傳感器設(shè)備，收集到的空間維度地理信息數(shù)據(jù)量極其龐雜，如何針對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速有效的處理，是智慧城市系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。論文從智慧城市的內(nèi)涵出發(fā)，立足影像地理信息處理技術(shù)，針對(duì)集群應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。

智慧城市；建設(shè)模式；影像地理信息處理技術(shù)；集群應(yīng)用；系統(tǒng)架構(gòu)

1 引言

在智慧城市建設(shè)中，包括了互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)等的建設(shè)和推廣，而這個(gè)過(guò)程必然伴隨著大量的數(shù)據(jù)信息，傳統(tǒng)以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理的方式無(wú)法很好地滿足大數(shù)據(jù)處理在存儲(chǔ)、處理、挖掘、應(yīng)用等方面的需求，需要運(yùn)用分布式計(jì)算與存儲(chǔ)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及集群計(jì)算技術(shù)等對(duì)上述問(wèn)題加以解決。而在這個(gè)過(guò)程中，做好影像地理信息處理技術(shù)的選擇和集群計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，是需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

2 智慧城市的內(nèi)涵

改革開(kāi)放至今，我國(guó)的城鎮(zhèn)化建設(shè)取得了顯著成果，城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的加快使得城市面臨著許多的發(fā)展問(wèn)題，如人地矛盾問(wèn)題、交通擁堵問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題等。在這種情況下，智慧城市得以產(chǎn)生和發(fā)展，通過(guò)對(duì)各種先進(jìn)信息技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市運(yùn)作的有效感知，提升資源分配的合理性，逐步推動(dòng)城市管理的智能化和自動(dòng)化，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。智慧城市實(shí)現(xiàn)了對(duì)于信息技術(shù)和信息資源的深入挖掘和充分利用，并通過(guò)信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)城市的精細(xì)化管理，提升了資源的利用效率。通過(guò)發(fā)展智慧城市，能夠更好地把握新一輪信息技術(shù)改革帶來(lái)的巨大機(jī)遇，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速健康發(fā)展，提升我國(guó)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力[1]。

3 智慧城市的建設(shè)模式選擇

在我國(guó)，智慧城市的發(fā)展時(shí)間尚短，在建設(shè)過(guò)程中也存在著許多的制約因素，如經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、基礎(chǔ)設(shè)施狀況、城市地理區(qū)域以及城市人口規(guī)模等，在這些因素的影響下，智慧城市的建設(shè)模式也應(yīng)該有所不同。例如，在東部沿海地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，智慧城市的建設(shè)可以采用全面推進(jìn)模式，加快速度；在中部地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不太高，需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇建設(shè)模式，做到層層遞進(jìn)；在西部地區(qū)，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，應(yīng)該適當(dāng)延緩智慧城市的建設(shè)步伐，強(qiáng)調(diào)“知難而退”。相比較而言，不同的建設(shè)模式都存在各自的優(yōu)勢(shì)和不足，全面推進(jìn)模式效率較高，能夠縮短智慧城市建設(shè)的時(shí)間，但是成本消耗巨大；層層遞進(jìn)模式能夠?qū)崿F(xiàn)由點(diǎn)及面，逐步推進(jìn)，在積累經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，也能夠降低風(fēng)險(xiǎn)和成本，不過(guò)需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)智慧城市的建設(shè)目標(biāo)。

從建設(shè)主體分析，可以將智慧城市的建設(shè)模式分為政府主導(dǎo)型和市場(chǎng)主導(dǎo)型。前者是以政府部門(mén)為主導(dǎo)，企業(yè)進(jìn)行輔助，后者則是以市場(chǎng)為主導(dǎo)，政府部門(mén)通過(guò)相應(yīng)的政策進(jìn)行支持。在我國(guó)，智慧城市建設(shè)一般都是選擇政府主導(dǎo)型[2]。

4 智慧城市影像地理信息處理技術(shù)

在地理信息數(shù)據(jù)中，網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較常見(jiàn)，其能夠?qū)⒂跋衿矫娣譃槿舾烧叫畏礁?，不僅簡(jiǎn)單直觀，而且能夠通過(guò)自然實(shí)體占據(jù)的柵格的區(qū)域和坐標(biāo)，對(duì)其具體位置和形態(tài)進(jìn)行定義。在現(xiàn)代城市中，空間地物的分布存在著不連續(xù)性和離散性的特征，結(jié)合規(guī)則的陣列能夠方便對(duì)地物的分析和調(diào)整，為城市規(guī)劃提供可靠數(shù)據(jù)。一般情況下，單幅高分辨率影像的掃描范圍較大，影像存儲(chǔ)所需的空間也較大，在對(duì)其進(jìn)行計(jì)算處理的過(guò)程中，存在著內(nèi)存溢出、資源浪費(fèi)以及假計(jì)算的問(wèn)題。在這種情況下，需要對(duì)處理算法進(jìn)行分解，實(shí)現(xiàn)算法的并發(fā)處理，以影像切片技術(shù)來(lái)滿足圖像處理的實(shí)際需求[3]。

在對(duì)封裝算法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要從3個(gè)方面著手：（1）節(jié)點(diǎn)算法封裝，包括了輸入輸出過(guò)程中的所有節(jié)點(diǎn)，必須保證設(shè)計(jì)的全面性，通過(guò)計(jì)算節(jié)點(diǎn)封裝模塊化程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸入數(shù)據(jù)的有效處理；（2）流程算法封裝，能夠?qū)斎牍?jié)點(diǎn)以及計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確描述及可靠處理；（3）輸入輸出算法封裝，能夠完成對(duì)流程輸入輸出的靈活編輯，對(duì)所有相關(guān)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)[4]。

5 集群應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 硬件架構(gòu)

1）存儲(chǔ)設(shè)備，可以選擇HDS AMS2300磁盤(pán)列陣，配合RAID5方案來(lái)兼顧存儲(chǔ)的性能、成本以及數(shù)據(jù)安全；

2）服務(wù)器，選擇基于多用戶、多任務(wù)同時(shí)支持多線程的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)以POSIX為核心；

3）計(jì)算節(jié)點(diǎn)，集群處理系統(tǒng)應(yīng)該包含多個(gè)物理服務(wù)器和虛擬服務(wù)器，在條件允許的情況下，盡量增加CPU核數(shù)，保證計(jì)算資源能夠切實(shí)滿足智慧城市數(shù)據(jù)處理的要求；

4）操作終端，通常由多個(gè)工作站組成，確保其能夠滿足多系統(tǒng)混合操作的要求，通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)對(duì)于集群系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理及遠(yuǎn)程操作。

5.2 軟件架構(gòu)

在集群處理系統(tǒng)中，軟件架構(gòu)應(yīng)該包括系統(tǒng)層、用戶層和服務(wù)層等，將所有的功能模塊設(shè)置在用戶界面菜單中。這里以較為成熟的PF系統(tǒng)為例進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。集群應(yīng)用系統(tǒng)的具體工作流程是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，不僅能夠在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建相應(yīng)的規(guī)則，觸發(fā)任務(wù)執(zhí)行，允許并發(fā)規(guī)則，還可以自動(dòng)進(jìn)行任務(wù)參數(shù)的設(shè)置以及數(shù)據(jù)的選擇。PF系統(tǒng)是一種針對(duì)大數(shù)據(jù)生產(chǎn)的遙感影像自動(dòng)處理系統(tǒng)，在設(shè)置有GPS或者IMU的數(shù)碼傳感器中有著良好的適用性，可以有效減少過(guò)程數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)處理的效率。依照相應(yīng)的集群應(yīng)用系統(tǒng)工作流程，在PF軟件平臺(tái)上，盡量減少人工干預(yù)，通過(guò)相應(yīng)的封裝算法和數(shù)字模型、正射影像生產(chǎn)處理等，就能夠形成具備較高質(zhì)量的GRID地理影像數(shù)據(jù)[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在智慧城市建設(shè)中，涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，需要處理的數(shù)據(jù)信息眾多，想要確保智慧城市的穩(wěn)定發(fā)展，不僅需要做好建設(shè)模式的選擇，還需要做好集群計(jì)算技術(shù)的分析和應(yīng)用，提升數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，為智慧城市的建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)條件。

[1]張偉.智慧城市建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2014.

[2]齊嘉偉.以三維地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)的智慧城市管理新模式研究[J].城市建筑,2015(2)：351.

[3]王艷軍.地理空間信息在智慧規(guī)劃中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化,2015(3)：20-22.

[4]袁遠(yuǎn)明.智慧城市信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：武漢大學(xué),2012.

[5]陶祥亞,仲兆滿.智慧城市建設(shè)模式影像地理信息處理技術(shù)及集群應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)研究[J].城市管理與科技,2017,19(1)：56-59.

Research on Intelligent City Construction Model, Image Geographic Information Processing Technology and Cluster Application System Framework

WU Guang-yao, LI Man-e

(1.Jiangxi Institute of Nonferrous Geological Surveying and mapping;2. Zhejiang surveying and mapping brigade)

The wisdom of the city is a product of the information age, the information technology to make full use of, give a city with wisdom, intelligent and meticulous management of the city, to promote the sustainable development of the city of great signif i cance. In the smart city construction, starting from the perception of the city daily operation angle, set up a large number of sensor devices, the spatial dimension of geographic information data collected is extremely complex, how to deal effectively according to these data, is the wisdom of the city system construction links need to focus on the issue. Based on the connotation of smart city, and based on image and geographic information processing technology, this paper designs and analyzes the architecture of cluster application system.

smart city; construction model; image geographic information processing technology; cluster application; system architecture