基于北斗時(shí)空碼的城市空間數(shù)字底座設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)探究

摘要：為了打造高效、統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、精準(zhǔn)的時(shí)空數(shù)據(jù)底板，構(gòu)建全空間數(shù)據(jù)體系，設(shè)計(jì)基于北斗時(shí)空碼的城市空間數(shù)字底座，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚、融合治理、城市級(jí)海量三維數(shù)據(jù)的高效、高逼真渲染和多維可視化表達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)，為“一網(wǎng)統(tǒng)管”建設(shè)、城市管理信息化和政務(wù)數(shù)據(jù)利用提供標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的時(shí)空數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，并以呼倫貝爾市為例，基于北斗網(wǎng)格碼的可定制、高效率、可擴(kuò)展等特性，以期為新型智慧城市建設(shè)添磚加瓦。

關(guān)鍵詞：城市空間數(shù)字底座""北斗網(wǎng)格位置碼""北斗剖分時(shí)間碼""一網(wǎng)統(tǒng)管""智慧城市

中圖法分類(lèi)號(hào)：P237

Exploration"of"Key"Technologies"for"Design"and"Implementation"of"Urban"Space"Digital"Base"Based"on"Beidou"Spatio-Temporal"Code

CHEN"Qingcong1*""SHI"Chao2""GUO"Yating1""ZHANG"Guofeng2""CAI"Zifu1

1."Hulunbeir"Smart"City"Development"Research"Institute，"Hulunbeir，"Inner"Mongolia"Autonomous"Region，"021000"China;"2."Hulunbeir"Big"Data"Center，"Hulunbeir，"Inner"Mongolia"Autonomous"Region，"021000"China

Abstract："To"create"an"efficient，"unified，"standardized"and"precise"spatio-temporal"data"base"and"establish"a"full"spatial"data"system，"this"paper"designs"an"urban"digital"base"utilizing"BeiDou"spatio-temporal"code."Key"technologies"such"as"multi-source"heterogeneous"data"aggregation，"fusion"governance，"efficient"and"highly"realistic"rendering"of"massive"3D"data"at"the"city"level，"and"multidimensional"visualization"expression"are"implemented"to"provide"a"standardized"and"unified"spatiotemporal"data"service"platform"for"the"construction"of"\"One"Network"Unified"Management\"，"urban"management"informatization，"and"government"data"utilization."Taking"Hulunbuir"City"as"an"example，"based"on"the"customizable，"efficient，"and"scalable"characteristics"of"the"Beidou"grid"code，"it"aims"to"contribute"to"the"construction"of"a"new"smart"city.

Key"Words："Urban"space"digital"base;"Beidou"grid"location"code;"Beidou"subdivision"time"code;"One"Network"Unified"Management;"Smart"city

“十四五”規(guī)劃進(jìn)一步提出要打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢(shì)，加快數(shù)字社會(huì)建設(shè)步伐，提高數(shù)字政府建設(shè)水平，營(yíng)造良好數(shù)字生態(tài)[1]。作為智慧城市最重要的數(shù)據(jù)底座，吳杭彬等人[2]給出了城市空間數(shù)字底座的概念、架構(gòu)及特點(diǎn)，提出了基于本體和知識(shí)圖譜的城市空間數(shù)字底座架構(gòu)。趙峰等人[3]給出了城市“空間數(shù)字底座”發(fā)展趨勢(shì)以及上海的建設(shè)思路，指出“空間數(shù)字底座”在應(yīng)用領(lǐng)域多元化發(fā)展、各細(xì)分領(lǐng)域融合發(fā)展和從政府驅(qū)動(dòng)向從企業(yè)和公眾需求驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化等3個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。王聰[4]初步設(shè)計(jì)了基于時(shí)空信息模型的智慧城市數(shù)字底座，數(shù)字底座信息模型的內(nèi)容包括空間數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和屬性信息，集成城市管理的屬性信息。賈澤露等人[5]提出利用地理實(shí)體空間語(yǔ)義模型、多尺度空間計(jì)算模型、多尺度地址匹配與位置關(guān)聯(lián)等技術(shù)，建設(shè)智能數(shù)字底座以打破數(shù)據(jù)壁壘。張唯[6]從分類(lèi)體系、采集標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用框架和典型案例等方面研究了上海農(nóng)業(yè)數(shù)字底座的建設(shè)和應(yīng)用方法。韓雯雯等人[7]從數(shù)據(jù)工程體系角度出發(fā)，構(gòu)建基于人居環(huán)境理論數(shù)據(jù)框架體系、搭建支撐融合可用的城市信息模型（City"Information"Modeling，CIM）數(shù)據(jù)空間組織、探索操作性強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集更新方法，為平臺(tái)更全面豐富、橫縱向融合、動(dòng)態(tài)鮮活的數(shù)據(jù)建設(shè)提供行之有效的解決途徑。陳元元[8]利用“北斗網(wǎng)格碼”建立投資項(xiàng)目信息庫(kù)，為項(xiàng)目監(jiān)管賦能價(jià)值。但是，針對(duì)多源異構(gòu)海量數(shù)據(jù)，鮮有專(zhuān)門(mén)基于北斗時(shí)空碼構(gòu)建高效、統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、精準(zhǔn)的時(shí)空數(shù)據(jù)底板，因此，本文研究了“地下+地表+地上+空中”的全空間數(shù)據(jù)體系，設(shè)計(jì)了基于北斗時(shí)空碼的城市空間數(shù)字底座，充分利用北斗網(wǎng)格位置碼[9]和北斗剖分時(shí)間碼[10]的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚、融合治理、城市級(jí)海量三維數(shù)據(jù)的高效高逼真渲染和多維可視化表達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)，并以呼倫貝爾市為例，以期為新型智慧城市建設(shè)添磚加瓦。

1基于北斗時(shí)空碼的城市空間數(shù)字底座設(shè)計(jì)

城市時(shí)空數(shù)字底座按照“統(tǒng)一時(shí)空框架、分布式微服務(wù)、高可用可擴(kuò)展”的原則，融合北斗剖分時(shí)間碼與北斗網(wǎng)格位置碼，設(shè)計(jì)相關(guān)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)規(guī)范和集成規(guī)范，采用“北斗網(wǎng)格位置碼+北斗剖分時(shí)間碼+分級(jí)分類(lèi)碼+標(biāo)識(shí)碼”的方式，關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)屬性信息，生成一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)集裝箱，把多維多尺度數(shù)據(jù)裝箱成一維索引，類(lèi)似于模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，形成統(tǒng)一的接口交互規(guī)則，構(gòu)建綜合應(yīng)用技術(shù)體系，提高時(shí)空大數(shù)據(jù)的組織、處理、分析、傳遞和運(yùn)用效率。

城市時(shí)空數(shù)字底座通過(guò)將地理信息系統(tǒng)（Geographic"Information"System，GIS）大空間宏觀場(chǎng)景與建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）小空間微觀場(chǎng)景無(wú)縫融合，以及物聯(lián)網(wǎng)（Internet"of"Things，IoT）數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚，提供多樣化實(shí)時(shí)計(jì)算、分析挖掘和動(dòng)態(tài)展示、城市信息全量接入，構(gòu)建全空間數(shù)據(jù)體系、城市級(jí)海量三維數(shù)據(jù)的高效渲染和多維可視化表達(dá)，形成數(shù)字孿生綜合管理體系，并通過(guò)數(shù)字孿生的虛實(shí)雙體，以全要素的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)可視化、可模擬和分析管理，實(shí)現(xiàn)“時(shí)空一體化、管理一體化、全程一體化”新模式。

2城市空間數(shù)字底座關(guān)鍵技術(shù)

2.1"多源異構(gòu)數(shù)據(jù)接入、融合與可視化

時(shí)空數(shù)字底座實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)、遙感影像、數(shù)字高程模型（Digital"Elevation"Model，DEM）、數(shù)字正射影像（Digital"Orthophoto"Map，DOM）、傾斜攝影模型、精細(xì)建模數(shù)據(jù)、BIM、激光點(diǎn)云和視頻數(shù)據(jù)等海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯聚管理，提高數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，使得城市立體表達(dá)體征可以更快速、更精細(xì)、更真實(shí)?；谧鴺?biāo)變換和空間配準(zhǔn)能力，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)在平面坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，將BIM模型與傾斜攝影模型、地形等多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)各種信息對(duì)齊?；谌S空間數(shù)據(jù)鑲嵌、裁剪、壓平、挖洞及設(shè)置緩坡等操作和處理功能，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平滑銜接，還可通過(guò)時(shí)空隧道方式呈現(xiàn)走馬燈式動(dòng)態(tài)可視化。

2.2"構(gòu)建全空間數(shù)據(jù)體系，引接全量城市信息

城市時(shí)空數(shù)字底座將具備城市全量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚融合能力，兼容國(guó)內(nèi)外主流時(shí)空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，全面支持城市“二三維”“全空間”“靜動(dòng)態(tài)”的基礎(chǔ)地理、公共專(zhuān)題、行業(yè)專(zhuān)題、物聯(lián)感知、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入，通過(guò)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)一致化、時(shí)空一致化、結(jié)構(gòu)一致化以及規(guī)則一致化，構(gòu)建全空間數(shù)據(jù)體系，為新型智慧城市提供完整統(tǒng)一的時(shí)空三維數(shù)字底座。

2.3"城市級(jí)海量三維數(shù)據(jù)的渲染和表達(dá)

針對(duì)全空間數(shù)據(jù)范圍廣、體量大、類(lèi)型多、精度高的特點(diǎn)，對(duì)海量三維數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分、分層組織和動(dòng)態(tài)切片，采用流式傳輸模式，實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)據(jù)多端一屏的高效解析和虛實(shí)結(jié)合的高逼真渲染。支持差異化渲染優(yōu)化策略，基于紋理壓縮、場(chǎng)景裁剪、幾何紋理合并，三維模型輕量化，多級(jí)LOD等策略，實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)景下三維數(shù)據(jù)的快速可視化。能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模城市建筑的動(dòng)態(tài)加載，從全球視野、全國(guó)呈現(xiàn)到大規(guī)模城市建筑直至具體設(shè)施的平滑過(guò)渡，無(wú)須畫(huà)面切換；支持L1級(jí)到L4級(jí)精細(xì)建筑模型的無(wú)縫切換。

3"呼倫貝爾市應(yīng)用案例

2024年3月，內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府關(guān)于印發(fā)自治區(qū)數(shù)字政府建設(shè)實(shí)施方案的通知明確指出，要構(gòu)建全區(qū)“一網(wǎng)統(tǒng)管”體系[11]。呼倫貝爾市利用基于北斗網(wǎng)格碼的城市空間數(shù)字底座及關(guān)鍵技術(shù)積極開(kāi)發(fā)空間數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、二三維可視化平臺(tái)和呼倫貝爾市空間數(shù)字底座平臺(tái)，梳理各相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的關(guān)聯(lián)性，編制數(shù)據(jù)資源目錄，建立信息資源交換管理標(biāo)準(zhǔn)體系，在業(yè)務(wù)可行性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，推進(jìn)信息公開(kāi)，建立跨部門(mén)跨領(lǐng)域以空間大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)融合，將逐步形成如下成效。

（1）將呼倫貝爾市所有空間數(shù)據(jù)管理從各自為政的狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)轫?xiàng)目統(tǒng)籌規(guī)劃、數(shù)據(jù)集中管理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)交互、系統(tǒng)高度集成，確保數(shù)據(jù)資源的有序管理、數(shù)據(jù)的充分共享等。建立綜合性數(shù)據(jù)庫(kù)把城市管理領(lǐng)域基本的時(shí)空核心數(shù)據(jù)全部納入其數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同。

（2）對(duì)呼倫貝爾市現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，形成城市管理領(lǐng)域時(shí)空元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，為今后的智慧城市管理領(lǐng)域信息化建設(shè)提供元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。同時(shí)，在元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系下，將各子系統(tǒng)和不同領(lǐng)域內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造、清洗融合，利用大數(shù)據(jù)分析機(jī)制建立深度的衍伸關(guān)聯(lián)和模型分析，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)需求，基于大量的可視化信息手段和GIS地圖，將事件、人員、設(shè)備等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以不同專(zhuān)題的形式進(jìn)行分析結(jié)果展現(xiàn)和分析預(yù)測(cè)展現(xiàn)。

（3）通過(guò)呼倫貝爾市空間數(shù)字底座平臺(tái)，將城市管理基本的、核心的多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的海量動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)整合加工利用，科學(xué)分析，提供決策參考依據(jù)，構(gòu)建呼倫貝爾市市級(jí)頂層城市管理的智能“大腦”，從而真正實(shí)現(xiàn)高位統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、監(jiān)督指揮。

4結(jié)語(yǔ)

基于北斗時(shí)空碼的城市空間數(shù)字底座充分運(yùn)用遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)，設(shè)計(jì)北斗時(shí)空融合碼，建立空間大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系、共享與交換服務(wù)平臺(tái)、保障體系以及示范工程，建立數(shù)據(jù)與系統(tǒng)維護(hù)更新的運(yùn)行機(jī)制，使整個(gè)系統(tǒng)健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)以多尺度、多分辨率、多種類(lèi)、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的全市覆蓋與動(dòng)態(tài)更新，為智慧城市建設(shè)、“一網(wǎng)統(tǒng)管”建設(shè)、城市管理信息化和政務(wù)數(shù)據(jù)利用提供標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，推進(jìn)政務(wù)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，為決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的信息依據(jù)，提高政務(wù)工作的前瞻性和針對(duì)性，加大宏觀調(diào)控力度，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展。

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