智慧時空信息云平臺構(gòu)建下的天水時空志建設(shè)與研究

王筱君

摘要：以智慧天水時空信息云平臺建設(shè)為依托，天水時空志建設(shè)是以《天水市志》為基礎(chǔ)，通過收集天水市城市歷史、發(fā)展現(xiàn)狀、規(guī)劃等與城市發(fā)展、文化傳承、自然資源保護等相關(guān)的多源時空數(shù)據(jù)，利用三維仿真、地理信息、多媒體融合等技術(shù)，按照“適度物理集中、共建共享”的原則構(gòu)建天水市多源時空數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)從城市發(fā)展、歷史文化、特色產(chǎn)業(yè)等多方面對城市發(fā)展過程的多維動態(tài)信息展示。通過開發(fā)天水時空志展示系統(tǒng)，實現(xiàn)城市發(fā)展信息、歷史文化信息、產(chǎn)業(yè)發(fā)展信息的交互式展示和應(yīng)用，達到宣傳城市發(fā)展、提升城市形象的目的。

關(guān)鍵詞：智慧城市??云平臺??時空志??框架設(shè)計

中圖分類號：P208???文獻標識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Construction?and?Research?of?Tianshui?Spatiotemporal?Chronicles?under?the?Construction?of?Intelligent?Spatiotemporal?Information?Cloud?Platform

WANG?Xiaojun

（Gansu?Industrial?Vocational?and?Technical?College?Tianshui，?Gansu?Province，?741025?China）

Abstract：?Relying?on?the?construction?of?intelligent?Tianshui?spatiotemporal?information?cloud?platform，?the?construction?of?Tianshui?spatiotemporal?chronicles?is?based?on?Tianshui?City?chronicles，?by?collecting?multi-source?spatiotemporal?data?related?to?urban?development，?cultural?inheritance?and?natural?resource?protection，?such?as?urban?history，?development?status?and?planning，?and?using?technologies?such?as?three-dimensional?simulation，?geographic?information?and?multimedia?integration，?according?to?the?principle?of?"moderate?physical?concentration，?co?construction?and?sharing"，?build?a?multi-source?spatio-temporal?database?of?Tianshui?city?to?realize?the?multi-dimensional?dynamic?information?display?of?the?urban?development?process?from?the?aspects?of?urban?development，?history?and?culture，?characteristic?industries?and?so?on.?Through?the?development?of?Tianshui?space-time?chronicle?display?system，?the?interactive?display?and?application?of?urban?development?information，?historical?and?cultural?information?and?industrial?development?information?can?be?realized，?so?as?to?publicize?urban?development?and?enhance?urban?image.

Key?Words：?Smart?city;?Cloud?platform;?Spatio-temporal?chronicle;?Framework?design

智慧城市的建設(shè)是運用新一代信息技術(shù)，通過對信息資源的整合與利用，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施智能化、公共服務(wù)便捷化、生活環(huán)境宜居化、城市管理精細化。地理信息作為整合各類信息資源的空間框架，是實現(xiàn)信息資源整合共享與開發(fā)利用的基礎(chǔ)[1]。

天水時空志，是結(jié)合《天水市志》，將收集到的天水市地圖數(shù)據(jù)，按照年代與專題進行分類，從地理空間角度組織歷史地圖數(shù)據(jù)，實現(xiàn)瀏覽和查詢不同時間、不同專題的歷史地圖數(shù)據(jù)，并可以獲得介紹原始資料和相關(guān)信息的多媒體數(shù)據(jù)信息，為更好地展示天水歷史文化提供交流平臺。同時，結(jié)合天水市的城市發(fā)展、特色產(chǎn)業(yè)等情況，通過數(shù)據(jù)融合、交互式展示等手段，形成一個天水市宣傳和展示的平臺。

1?建設(shè)內(nèi)容與總體設(shè)計

天水時空志的建設(shè)內(nèi)容包括：（1）構(gòu)建天水城市時空數(shù)據(jù)庫，包括城市規(guī)劃發(fā)展專題庫、歷史文化專題庫、特色產(chǎn)業(yè)專題庫、精準扶貧專題庫[2]。（2）開發(fā)天水時空志展示系統(tǒng)，實現(xiàn)城市發(fā)展信息、歷史文化信息、產(chǎn)業(yè)發(fā)展信息、精準扶貧信息的交互式展示和應(yīng)用。

天水時空志系統(tǒng)的總體架構(gòu)可分為支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層這5個層次。如圖1所示。

（1）支撐層是指系統(tǒng)運行的軟硬件、網(wǎng)絡(luò)和安全實施環(huán)境，該系統(tǒng)主要利用天水市電子政務(wù)云平臺提供的硬件、網(wǎng)絡(luò)和安全設(shè)施，利用智慧天水時空信息云平臺提供的軟件環(huán)境構(gòu)建。

（2）數(shù)據(jù)層是信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)[3]，主要包括城市基礎(chǔ)信息庫、歷史文化庫、特色產(chǎn)業(yè)庫、精準扶貧庫中整合而成的數(shù)據(jù)集。這些專題數(shù)據(jù)集是天水時空信息大數(shù)據(jù)中心的子庫。

（3）服務(wù)層用于提供各類服務(wù)接口，不僅包括天水時空志系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)接口，同時也聚合了智慧天水時空信息云平臺的數(shù)據(jù)服務(wù)，通過智慧天水時空信息云平臺提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

（4）應(yīng)用層是提供面向用戶的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，包括城市發(fā)展志、歷史文化志、特色產(chǎn)業(yè)志、精準扶貧志。

（5）用戶層是指系統(tǒng)的服務(wù)對象，該系統(tǒng)主要面向政務(wù)用戶。

技術(shù)框架采用先進的技術(shù)與產(chǎn)品，降低開發(fā)過程中的風險風險，基于面向服務(wù)的SOA架構(gòu)，子系統(tǒng)之間實現(xiàn)單點登錄及統(tǒng)一權(quán)限管理。數(shù)據(jù)庫采用MySQL主流數(shù)據(jù)庫，三維軟件平臺采用Gaea?Explorer平臺[4]。系統(tǒng)采用C/S模式開發(fā)，服務(wù)器端操作系統(tǒng)采用Windows?Server?2008及以上版本。技術(shù)架構(gòu)圖如圖2所示。

1.4??天水時空志系統(tǒng)模塊設(shè)計

天水時空志主要從城市發(fā)展、歷史文化、特色產(chǎn)業(yè)、精準扶貧等四個方面全面介紹天水文化，如圖3所示。

2??關(guān)鍵技術(shù)

2.1??三維虛擬仿真

虛擬仿真，也被稱為3D虛擬仿真，是一種通過模擬現(xiàn)實世界并以數(shù)字化的形式把現(xiàn)實世界重現(xiàn)到計算機展現(xiàn)的可視化技術(shù)[5]。軟件可以通過外設(shè)接口連接頭盔、耳機、手套、著裝等傳感器設(shè)備，給用戶提供一種身臨其境的場景去直接觀看、感受、探索、操作模擬的對象。三維虛擬仿真系統(tǒng)具有交互的沉浸性、操作的交互性、思維的聯(lián)想性等特點。

2.2??影像金字塔

影像金字塔技術(shù)是為了解決柵格地圖在網(wǎng)絡(luò)或軟件平臺中加載顯示的流暢性和分析的高效性而產(chǎn)生的技術(shù)[6]。由于原始地理空間數(shù)據(jù)具有存儲海量性的特征，數(shù)據(jù)量大，因此通過金字塔技術(shù)使得影像在不同的比例尺尺度下顯示不同的分辨率，即在小比例尺下顯示粗粒度的宏觀影像，而在大比例尺下顯示較為精細的局部影像。目前，常用影像金字塔生成方式主要有雙線性插值法、最鄰近分配法和三次卷積插值法。這三種方法的本質(zhì)是對影像進行重采樣，改變不同尺度對應(yīng)的像元大小，其中最鄰近分配法速度最快，三次卷積插值法效果最好。

2.3??面向服務(wù)架構(gòu)的SOA技術(shù)

SOA是一種軟件平臺開發(fā)技術(shù)，也是一種功能模塊組合松散、業(yè)務(wù)交互耦合的軟件架構(gòu)。SOA技術(shù)具有良好的數(shù)據(jù)、功能與業(yè)務(wù)共享特征。比如：地理信息共享服務(wù)平臺，可高效地共享地理數(shù)據(jù)、地圖、功能等，可幫助政府、企業(yè)和個人開發(fā)者在無需了解原架構(gòu)底層邏輯的基礎(chǔ)上，基于SOA架構(gòu)開放的API接口，快速調(diào)用共享數(shù)據(jù)并搭建符合自己業(yè)務(wù)需求的軟件系統(tǒng)。

2.4??組件化、構(gòu)件化開發(fā)技術(shù)

組件化開發(fā)技術(shù)是一種基于模板開發(fā)軟件平臺的設(shè)計思路，徹底地解決了傳統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計中因閉門造車而存在的代碼重復(fù)性高、開發(fā)周期性長、程序遷移性差等問題。組件化、構(gòu)件化設(shè)計理念是為了讓使用者無需關(guān)注軟件底層的功能性的代碼實現(xiàn)，無需“重新發(fā)明車輪”，開發(fā)者只需關(guān)注程序的業(yè)務(wù)和邏輯關(guān)系，基于第三方組件拖拽、接口調(diào)用的“拿來主義”思想快速搭建開發(fā)軟件平臺。常見的地理信息組件化開發(fā)平臺有ArcGIS?Engine、SupMap?iObject、MapGIS?Object等。

2.5規(guī)范標準的系統(tǒng)開發(fā)方法

基于規(guī)范標準的系統(tǒng)開發(fā)方法，一般采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模語言UML，以類圖、對象圖、接口圖、活動圖、序列圖、矩形、橢圓、文字、箭頭等圖示描述系統(tǒng)的功能架構(gòu)與連接關(guān)系，有機表達目標系統(tǒng)各個組成部分，充分描述出對系統(tǒng)需求、設(shè)計、開發(fā)的思路。此外，基于規(guī)范標準的系統(tǒng)開發(fā)本質(zhì)上是采用軟件工程設(shè)計與開發(fā)中“軟件工程生命周期”思想，從系統(tǒng)的需求分析、可行性分析、關(guān)鍵技術(shù)選型、軟件研發(fā)、軟件測試、軟件部署多個維度描述系統(tǒng)研發(fā)的全生命周期，監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)的進度和質(zhì)量。系統(tǒng)開發(fā)的過程不僅在流程上遵循UML建模規(guī)范標準，還在數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)存儲、代碼編寫、軟件測試等環(huán)節(jié)遵循行業(yè)或企業(yè)規(guī)范標準，這樣整個軟件設(shè)計與開發(fā)流程中采用了工業(yè)化的標準規(guī)范，讓開發(fā)的軟件平臺安全性好、穩(wěn)定性強、執(zhí)行效率高、可擴展性強。

2.6??企業(yè)服務(wù)總線

考慮到本項目業(yè)務(wù)的復(fù)雜性和應(yīng)用特殊性，采用企業(yè)服務(wù)總線方式部署平臺，企業(yè)總線技術(shù)是一種在物理或邏輯上分開部署系統(tǒng)，在運維上統(tǒng)一管理系統(tǒng)的技術(shù)。企業(yè)服務(wù)總線是一種服務(wù)器去中心化技術(shù)，在其中一個或若干個網(wǎng)絡(luò)斷連情況下仍能保證平臺的穩(wěn)定運行和信息的安全傳輸，這樣保證了整個平臺部署的高效性、運維的便捷性和系統(tǒng)的安全性。

3?建設(shè)成果

3.1??城市發(fā)展志

通過三維動態(tài)仿真結(jié)合多媒體的模式，依次將天水市的地理位置、區(qū)劃沿革、交通樞紐、特色旅游、人口變化等信息進行總體的介紹，如圖4所示。城市概況介紹即可交互操作，也可以自動播放。

根據(jù)時間軸在地表上展現(xiàn)天水市7?800年前至今的行政區(qū)劃和現(xiàn)今的行政區(qū)劃的對比和變化，加上多媒體音頻播報和字幕顯示，形象生動的體現(xiàn)了天水市的區(qū)劃沿革信息。

通過三維矢量要素顯示和高亮結(jié)合多媒體音頻文件來展現(xiàn)天水市人口分布特點等信息。

圍繞隴東南交通樞紐主題，通過三維仿真及多媒體互動展示的方式，將天水市鐵路網(wǎng)發(fā)展過程進行動態(tài)展示。以電子地圖、影像和多媒體音頻相結(jié)合的方式，將天水市區(qū)內(nèi)的景區(qū)位置、景點分布等信息進行動態(tài)展示。

3.2??歷史文化志建設(shè)

通過收集天水區(qū)域歷史古地圖，通過三維仿真方式，構(gòu)建天水市歷史文化發(fā)展概略圖，實現(xiàn)各類文化信息的動態(tài)展示和宣傳，如圖5所示。以短視頻的形式簡單概述伏羲文化，加載伏羲廟的精細化仿真場景功能，通過打開本地場景的仿真域文件，解析實例化，生成仿真實體，構(gòu)建精細化仿真場景并可視化。以短視頻的形式簡單概述大地灣、先秦、石窟和三國古文化。以電子地圖、影像、地形結(jié)合模型的形式在地表上形象地再現(xiàn)古遺址;再以飛行瀏覽的形式自動瀏覽古遺址。

3.3??特色產(chǎn)業(yè)志建設(shè)

特色產(chǎn)業(yè)志是以天水市產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將天水市特色產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃、分布等信息上圖，利用二三維結(jié)合的技術(shù)手段，動態(tài)展示天水市特色產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)成果等信息，達到對天水各項產(chǎn)業(yè)的宣傳和推廣作用。以果品數(shù)據(jù)為例，在三維地表上生成果品分布圖;并對果品數(shù)據(jù)的種植面積、產(chǎn)量進行統(tǒng)計，生成果品種植面積統(tǒng)計圖和果品產(chǎn)量統(tǒng)計圖。同時可以點擊地表上的矢量要素對果品分布圖進行查詢。

3.4??精準扶貧志建設(shè)

以2018年貧困村數(shù)據(jù)和扶貧項目資金計劃數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在三維地表上生成天水市貧困村分布圖和扶貧項目資金分布圖;并對各個區(qū)縣貧困村數(shù)據(jù)和扶貧項目資金進行統(tǒng)計，生成貧困村數(shù)量統(tǒng)計圖和扶貧項目資金統(tǒng)計圖。同時可以點擊地表上的矢量要素對貧困村分布圖和資金分布圖進行查詢。

4??項目建設(shè)特色

4.1??基于自主知識產(chǎn)權(quán)的三維平臺

目前，主流的三維開發(fā)平臺主要有ArcGIS?、ArcGlobal、Skyline等國際產(chǎn)品。如果采用這些三維平臺搭建天水時空志，短期來看簡單快捷，但是從長遠發(fā)展來看，這種建設(shè)模式無論是在技術(shù)上還是在投資上都將受制于人。因此，項目組立足自身，開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的Gaea?Explorer三維平臺軟件體系，并根據(jù)需求不斷對Gaea?Explorer平臺進行改進，既節(jié)約了成本，又便于平臺升級，牢牢掌握了系統(tǒng)建設(shè)的主動權(quán)。

4.2??二維與三維一體化的GIS技術(shù)

二三維一體化的GIS技術(shù)，可實現(xiàn)二維信息在三維場景中的可視化、二維分析功能在三維場景中的操作和豐富的三維分析功能。突破了只能看一看的應(yīng)用瓶頸，使系統(tǒng)平臺的應(yīng)用更加深入。

4.3??三維仿真與多媒體結(jié)合的市情風貌介紹

天水時空志提供了三維動態(tài)仿真結(jié)合多媒體的模式來向公眾展示天水的市情風貌。傳統(tǒng)的地理信息數(shù)據(jù)在展現(xiàn)方式上比較專業(yè)，不容易為大眾所接受。在天水時空志的建設(shè)過程中，項目組收集了大量天水市情概況的圖片、視頻，同時通過三維仿真將天水市的重要景點以及文化進行仿真還原，輔以音頻、視頻以及圖文介紹，以一種全新的模式來展示天水的歷史、人文、風景等情況，為公眾了解天水概況提供了一個直觀的信息窗口。

5??結(jié)語

天水時空志系統(tǒng)，作為智慧天水時空信息云平臺的示范應(yīng)用之一，豐富了智慧天水時空信息云平臺服務(wù)于公眾用戶的途徑;實現(xiàn)了天水市市情概況、人文歷史、風景特色等的信息展示，以三維仿真結(jié)合音頻、視頻、圖文的多媒體方式來直觀地介紹天水的各種文化，為天水市的宣傳發(fā)展提供了一個直觀的信息窗口，極大地提高了公眾對天水的了解度和興趣度。

參考文獻

[1] 張芳芳，沈少青，陳學業(yè)，等.智慧城市規(guī)劃云平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].測繪通報，2019（1）：123-126.

[2] 王利軍，楊軍義，韓立欽.數(shù)字定西地理信息公共服務(wù)平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].礦山測量，2019，47（1）：49-52，56.

[3] 覃禹.智慧管廊云平臺中人工智能及大數(shù)據(jù)模塊的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學，2021.

[4] 徐瑛楠，孫景睿.基于微服務(wù)架構(gòu)的智慧云平臺任務(wù)分配研究[J].計算機仿真，2021，38（10）：482-486.

[5] 徐鑫鑫.智慧社區(qū)云平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D].曲阜：曲阜師范大學，2021.

[6] 王劍鋒，高升，張旭，等.基于微應(yīng)用的多租戶智慧云存儲平臺架構(gòu)方法[J].科學技術(shù)與工程，2018，18（25）：78-83.