智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用

袁學(xué)旺，楊金濤，趙倩，謝桂華

(1.濰坊市自然資源和規(guī)劃局，山東 濰坊 261041；2.山東省國土空間數(shù)據(jù)和遙感技術(shù)中心，山東 濟(jì)南 250014；3.山東經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261011)

0 引言

2012年12月，原國家測(cè)繪地理信息局下發(fā)了《關(guān)于開展智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》(國測(cè)發(fā)〔2012〕122號(hào))，在全國開展智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)試點(diǎn)建設(shè)[1]，并多次修訂建設(shè)技術(shù)大綱，發(fā)布了《智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)建設(shè)技術(shù)大綱》。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，地理信息平臺(tái)面臨著體驗(yàn)性要好、實(shí)時(shí)性要強(qiáng)、移動(dòng)性要大和自主性要多等新要求，勝任城市“骨架”的新要求[2-3]。

2015年6月，智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目列入原國家測(cè)繪地理信息局試點(diǎn)計(jì)劃。項(xiàng)目緊密結(jié)合濰坊市推進(jìn)智慧城市建設(shè)的總體目標(biāo)，積極探索智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)的建設(shè)、共享和服務(wù)模式，以及地理信息為智慧城市建設(shè)的方式和途徑，推動(dòng)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)融合、智能運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展。

1 需要解決的問題

試點(diǎn)建設(shè)前期，通過深入調(diào)研，從數(shù)據(jù)、應(yīng)用、管理3個(gè)方面對(duì)全市地理信息平臺(tái)建設(shè)進(jìn)行梳理，濰坊在數(shù)字城市建設(shè)應(yīng)用和智慧城市開展建設(shè)方面主要存在“五個(gè)不全”，“四個(gè)不能滿足”和“三個(gè)不夠統(tǒng)一”問題，亟需在數(shù)字濰坊地理信息公共服務(wù)平臺(tái)向智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)升級(jí)中解決[4-5]。

(1)“五個(gè)不全”：一是基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)不全。隨著城市建成區(qū)面積不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有的大比例尺地圖和高分辨率影像數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)域不全。二是專題數(shù)據(jù)不全。數(shù)字城市階段未搭建共享交換平臺(tái)，人口、法人等專題數(shù)據(jù)匯聚交換無法實(shí)現(xiàn)，基本以國土數(shù)據(jù)為主，專題數(shù)據(jù)單一。三是新型數(shù)據(jù)不全。數(shù)字城市階段主要著眼于傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)采集，傾斜攝影、街景點(diǎn)云等新型數(shù)據(jù)未納入建設(shè)范疇。四是實(shí)時(shí)和遠(yuǎn)景規(guī)劃數(shù)據(jù)不全。五是歷史數(shù)據(jù)不全。有的數(shù)據(jù)還是紙質(zhì)保存，未作矢量化處理；有的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中單獨(dú)存放，沒有進(jìn)行標(biāo)識(shí)化處理和關(guān)聯(lián)分析。

(2)“四個(gè)不能滿足”：一是不能滿足城市發(fā)展需求。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，原有數(shù)據(jù)年度更新模式無法滿足現(xiàn)實(shí)需求。二是不能滿足部門需求。原有的單一應(yīng)用模式，單向提供數(shù)據(jù)和服務(wù)，不能進(jìn)行部門數(shù)據(jù)共享交換和大數(shù)據(jù)分析。三是不能滿足公眾需求。數(shù)字城市階段主要面向政務(wù)應(yīng)用，老百姓沒有充分享受到數(shù)字城市的建設(shè)成果。四是不能滿足環(huán)境需求。隨著用戶和數(shù)據(jù)量急劇增加，存儲(chǔ)環(huán)境和計(jì)算能力顯得嚴(yán)重不足，急需向云環(huán)境部署和遷移。

(3)“三個(gè)不夠統(tǒng)一”：一是標(biāo)準(zhǔn)不夠統(tǒng)一。因數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，無法進(jìn)行大數(shù)據(jù)的共享和分析，很大程度上制約和阻礙了試點(diǎn)進(jìn)度。二是軟件不夠統(tǒng)一。數(shù)字城市階段，一種數(shù)據(jù)一個(gè)軟件，界面差異大，底層架構(gòu)不一致，導(dǎo)致應(yīng)用不順暢。三是網(wǎng)絡(luò)不夠統(tǒng)一。有些部門使用自己的業(yè)務(wù)專網(wǎng)，還有的使用局域網(wǎng)，未能接入統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，這給云平臺(tái)推廣應(yīng)用造成了很大阻礙。

2 建設(shè)內(nèi)容

針對(duì)數(shù)字城市建設(shè)存在的弊端和云平臺(tái)技術(shù)大綱要求[6]、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[7]和各部門單位的時(shí)空信息服務(wù)需求，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，深化細(xì)化工作任務(wù)，突出濰坊特色，開展頂層設(shè)計(jì)，圍繞時(shí)空大數(shù)據(jù)中心、支撐環(huán)境、時(shí)空信息云平臺(tái)和智慧應(yīng)用，加快推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)，爭(zhēng)取將試點(diǎn)建設(shè)成為可復(fù)制、可推廣、有特色、有應(yīng)用的樣板工程，取得了階段性的建設(shè)成果[8]。項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)圖

2.1 時(shí)空大數(shù)據(jù)中心

時(shí)空大數(shù)據(jù)中心主要包括時(shí)空大數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和共享交換系統(tǒng)。該部分主要是滿足全市各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、交換和管理需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。時(shí)空大數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、公共專題數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)景規(guī)劃數(shù)據(jù)四類數(shù)據(jù)。其中，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)包括歷史和現(xiàn)狀的矢量、影像(含傾斜攝影)、高程、地名地址、三維、仿真三維、360°全景、街景點(diǎn)云、地下管線、地理國情等數(shù)據(jù)。公共專題數(shù)據(jù)主要包括法人、人口、宏觀經(jīng)濟(jì)、興趣點(diǎn)等數(shù)據(jù)，以便于后期的大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析，深入挖掘公共數(shù)據(jù)的時(shí)空價(jià)值。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括視頻探頭、交通流量、共享單車軌跡、環(huán)境監(jiān)測(cè)等設(shè)備位置信息和實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)景規(guī)劃數(shù)據(jù)包括城市規(guī)劃、土地規(guī)劃以及各類專題規(guī)劃數(shù)據(jù)。

大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)面向數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)服務(wù)提供CS和BS兩個(gè)版本，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)地上地下、室內(nèi)室外、虛實(shí)結(jié)合的時(shí)空數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)全市地理信息數(shù)據(jù)和各類其他數(shù)據(jù)的全空間一體化管理，主要功能包括導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)編輯處理、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)比對(duì)、元數(shù)據(jù)管理、安全設(shè)置等。

共享交換系統(tǒng)是打通測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)和其他各業(yè)務(wù)部門以及公共數(shù)據(jù)交換的通道，各部門單位的數(shù)據(jù)通過共享交換系統(tǒng)匯聚到時(shí)空大數(shù)據(jù)中心，同時(shí)對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空化，為各部門單位提供時(shí)空地理信息服務(wù)，發(fā)揮時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施作用。截至目前，共匯聚了濰坊市49個(gè)部門的6000萬條專題數(shù)據(jù)，逐步實(shí)現(xiàn)全市公共數(shù)據(jù)時(shí)空化，奠定了時(shí)空云平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

濰坊市時(shí)空大數(shù)據(jù)中心匯集了以上基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、公共專題數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)景規(guī)劃數(shù)據(jù)4大類時(shí)空大數(shù)據(jù)，跨越10個(gè)年份，涵蓋52個(gè)行業(yè)部門，共計(jì)54小類、218個(gè)圖層、2億條記錄，數(shù)據(jù)總量超過100TB。同時(shí)，建立了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新機(jī)制，達(dá)到地名地址、地形圖及主要地物巡查、匯總、上圖的“月清季結(jié)旬更新”效果[9]。

2.2 支撐環(huán)境

支撐環(huán)境主要包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源和安全體系?？紤]到日益增長的軟硬件需求和更好發(fā)揮基礎(chǔ)設(shè)施作用，將時(shí)空大數(shù)據(jù)和時(shí)空信息云平臺(tái)遷移到市云計(jì)算中心，融合并提供四維服務(wù)[10]，并采用基于F5的負(fù)載均衡高可用技術(shù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，支撐海量高并發(fā)用戶不間斷服務(wù)，提供故障情況下的自動(dòng)切換與處理。

2.3 時(shí)空信息云平臺(tái)

該部分充分利用已有的數(shù)字濰坊地理信息公共平臺(tái)成果和時(shí)空大中心數(shù)據(jù)資源,開展時(shí)空信息云平臺(tái)升級(jí),以數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)、接口服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)和知識(shí)服務(wù)為核心，形成服務(wù)資源池，建立了服務(wù)引擎，通過云服務(wù)系統(tǒng)，為各種業(yè)務(wù)應(yīng)用提供按需服務(wù)[11-12]。

時(shí)空信息云平臺(tái)包括大數(shù)據(jù)、云匯聚、資源池、云應(yīng)用、超引擎和云管控6個(gè)模塊。大數(shù)據(jù)在BS端實(shí)現(xiàn)時(shí)空大數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的瀏覽和管理。云匯聚包括數(shù)據(jù)匯聚、服務(wù)匯聚、應(yīng)用匯聚和知識(shí)匯聚，實(shí)現(xiàn)各類資源的統(tǒng)一管理。資源池主要是擴(kuò)充各類服務(wù)資源和開發(fā)接口，滿足云環(huán)境下的開發(fā)應(yīng)用。云應(yīng)用主要是基于服務(wù)資源和計(jì)算資源，為應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)提供技術(shù)支持。超引擎主要指開發(fā)了服務(wù)引擎，包括服務(wù)發(fā)布、服務(wù)目錄、服務(wù)管理、服務(wù)查詢、服務(wù)申請(qǐng)和服務(wù)監(jiān)測(cè)等功能。云管控可以實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)的運(yùn)行維護(hù)(圖2)。

圖2 智慧濰坊時(shí)空信息云平臺(tái)

為了滿足各部門單位業(yè)務(wù)需求的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用功能，平臺(tái)提供了業(yè)務(wù)流引擎、知識(shí)化引擎和地名地址引擎。物流引擎是將業(yè)務(wù)流程中的工作，按照邏輯和規(guī)則以恰當(dāng)?shù)哪Ｐ瓦M(jìn)行表示并對(duì)其實(shí)施計(jì)算，實(shí)現(xiàn)工作業(yè)務(wù)的自動(dòng)化處理，可以幫助各部門單位快速搭建?；跇I(yè)務(wù)的專題應(yīng)用，具體包括業(yè)務(wù)規(guī)則庫管理、運(yùn)行服務(wù)管理、運(yùn)行監(jiān)控管理等功能。

2.4 智慧應(yīng)用

濰坊市高度重視智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)建設(shè)，把項(xiàng)目作為“智慧濰坊”建設(shè)的重要基礎(chǔ)平臺(tái)，專門成立了建設(shè)工作領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)項(xiàng)目建設(shè)、維護(hù)管理、推廣應(yīng)用等工作，市發(fā)改、經(jīng)信等部門單位按職責(zé)分工，協(xié)同配合做好相關(guān)工作，合力推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)。專門出臺(tái)文件，將云平臺(tái)確定為全市權(quán)威、唯一、通用的地理信息平臺(tái)，要求各部門單位凡建設(shè)應(yīng)用系統(tǒng)，涉及地理信息需求的，一律基于云平臺(tái)建設(shè)，避免重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)。

基于數(shù)據(jù)服務(wù)資源和平臺(tái)建設(shè)成果，開展了智慧公安、智慧城管和智慧街道等典型示范和一系列大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，在社會(huì)治理、城市管理、環(huán)境保護(hù)、土地節(jié)約集約利用等方面取得了良好的效果。

3 推廣應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，市級(jí)平臺(tái)先后在城管、規(guī)劃、社保、農(nóng)業(yè)、教育、旅游等60多個(gè)部門120多個(gè)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，市縣共推廣應(yīng)用了270多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，項(xiàng)目入選國家《新型智慧城市發(fā)展報(bào)告2017》優(yōu)秀案例，項(xiàng)目積累了一批基于智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)搭建的智慧系統(tǒng)典型案例，真正做到大數(shù)據(jù)的大推廣、大應(yīng)用。

3.1 物聯(lián)濰坊

物聯(lián)濰坊項(xiàng)目結(jié)合智慧濰坊建設(shè)規(guī)劃，以建立起有效感知、數(shù)據(jù)共享、智能處理、安全傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐體系為目標(biāo)，通過在智慧泊車、車聯(lián)網(wǎng)、智慧市政、智能抄表、智慧水務(wù)、智慧養(yǎng)老、智慧樓宇、智慧物流、智慧農(nóng)業(yè)、智能制造等重點(diǎn)領(lǐng)域和行業(yè)組織實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用，構(gòu)建起城市實(shí)時(shí)感知的“眼睛”和智慧調(diào)度運(yùn)行的“大腦”，全面提升城市管理和公共服務(wù)的實(shí)時(shí)化、精細(xì)化、智能化水平(圖3)。

圖3 物聯(lián)濰坊應(yīng)用

3.2 智慧國土

基于云平臺(tái)發(fā)布的基礎(chǔ)地理信息服務(wù)，結(jié)合國土資源“批、供、用、補(bǔ)、查、登”業(yè)務(wù)開展實(shí)際，以全流程優(yōu)化審批、全區(qū)域便民服務(wù)、全業(yè)務(wù)網(wǎng)上辦理、全節(jié)點(diǎn)效能監(jiān)管“四全”為方向，形成了面向自然資源的一體化業(yè)務(wù)受理、行政審批、綜合監(jiān)管和社會(huì)服務(wù)的“智慧國土”系統(tǒng)[13]。

3.3 大數(shù)據(jù)分析

將大數(shù)據(jù)中心中的地理數(shù)據(jù)、公共數(shù)據(jù)等進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，建立地理模型，進(jìn)行深入挖掘分析，并實(shí)現(xiàn)可視化，應(yīng)用于政府決策和宏觀分析。例如，濰坊市降雨量的大數(shù)據(jù)分析，為黨委政府抗旱防汛提供輔助決策；將公共自行車站點(diǎn)信息和借還車輛實(shí)時(shí)信息進(jìn)行時(shí)空挖掘，方便公共出行，優(yōu)化站點(diǎn)布局。共享自行車流向大數(shù)據(jù)分析效果如圖4所示。

圖4 共享自行車流向大數(shù)據(jù)分析

4 創(chuàng)新點(diǎn)

(1)構(gòu)建了智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)，創(chuàng)新時(shí)空大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新和共享管理機(jī)制。提出了全空間信息模型，研制了實(shí)時(shí)感知流數(shù)據(jù)和知識(shí)挖掘引擎，構(gòu)建了集基礎(chǔ)地理、公共專題、智能感知和空間規(guī)劃數(shù)據(jù)于一體的智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)，形成了靜動(dòng)態(tài)、二三維、室內(nèi)外、地上下、市縣區(qū)一體化的濰坊全時(shí)空，開發(fā)了具備大數(shù)據(jù)分析能力的分布式、非關(guān)系型時(shí)空大數(shù)據(jù)系統(tǒng)；建立了“月清季結(jié)旬更新”的基礎(chǔ)地理信息實(shí)時(shí)更新機(jī)制和依托信息資源共享交換平臺(tái)的大數(shù)據(jù)共享交換體系，為智慧濰坊建設(shè)提供時(shí)空數(shù)據(jù)支撐和時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施[14]。

(2)搭建了時(shí)空信息云平臺(tái)，創(chuàng)新多模式平臺(tái)建設(shè)服務(wù)體系。研制開發(fā)了時(shí)空信息云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一服務(wù)認(rèn)證、管理和服務(wù)，包括通用平臺(tái)、個(gè)性化平臺(tái)，空間規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)專業(yè)平臺(tái)，以及移動(dòng)版“濰地圖”，形成了多模式平臺(tái)建設(shè)服務(wù)體系，全面保障云平臺(tái)長效穩(wěn)定運(yùn)行和服務(wù)。

其中，面向?qū)I(yè)用戶，擴(kuò)充空間規(guī)劃數(shù)據(jù)、地理國情普查數(shù)據(jù)，以及專業(yè)化功能和業(yè)務(wù)流程，提供空間規(guī)劃專業(yè)平臺(tái)和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)。面向個(gè)性用戶，通過用戶自主選擇或流程的組裝向?qū)?，搭建了個(gè)性平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和功能的智能封裝、自動(dòng)部署和按需服務(wù)。面向公眾用戶，擴(kuò)充豐富智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)中可公開數(shù)據(jù)資源，全面升級(jí)“天地圖·濰坊”，開發(fā)“濰地圖”移動(dòng)APP，實(shí)現(xiàn)了“軟件即服務(wù)”[15]。

(3)進(jìn)行時(shí)空信息的大數(shù)據(jù)知識(shí)挖掘分析，用于時(shí)空知識(shí)服務(wù)?；谥腔蹫H坊時(shí)空大數(shù)據(jù)，采用多因子關(guān)聯(lián)分析、時(shí)空分析等多種空間分析挖掘方法，形成智慧濰坊時(shí)空大數(shù)據(jù)的4大類15種知識(shí)結(jié)果，并將時(shí)空知識(shí)結(jié)果發(fā)布為時(shí)空知識(shí)服務(wù)，政府部門決策由原來的經(jīng)驗(yàn)決策提升為知識(shí)決策[16]。

5 總結(jié)與展望

2017年11月3日，試點(diǎn)項(xiàng)目作為全國第一個(gè)地級(jí)市順利通過原國家測(cè)繪地理信息局驗(yàn)收，驗(yàn)收專家一致認(rèn)為，項(xiàng)目整體達(dá)到了國際先進(jìn)水平，為智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)建設(shè)提供了可復(fù)制、可推廣、可落地經(jīng)驗(yàn)。隨著自然資源部門的成立，結(jié)合自然資源地理空間信息庫建設(shè)，加快云平臺(tái)建設(shè)成果在自然資源、多規(guī)合一領(lǐng)域的共享開放和開發(fā)利用，提高自然資源管理的精準(zhǔn)化、智能化和信息化水平[11-18]。同時(shí)，繼續(xù)在智慧城市建設(shè)中提供持續(xù)穩(wěn)定的時(shí)空基準(zhǔn)服務(wù)，深入廣泛發(fā)揮大數(shù)據(jù)分析決策作用，助力城市各領(lǐng)域智慧化應(yīng)用[19-20]。