市縣級智慧城市時空信息云平臺建設方案研究與應用
——以智慧大豐時空信息云平臺建設為例

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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市縣級智慧城市時空信息云平臺建設方案研究與應用
——以智慧大豐時空信息云平臺建設為例

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：分析了智慧城市時空信息云平臺在智慧城市建設中的定位，針對目前國內時空信息云平臺建設中普遍存在的一些問題，提出了平臺架構云端化、市縣運維一體化、數據內容泛在化、更新方式多樣化的市縣級智慧城市時空信息云平臺的建設模式，并在智慧大豐時空云平臺建設項目中進行了實踐。

關鍵詞：智慧城市；時空信息云平臺；市縣一體化；地理信息；泛在網絡

目前由國土資源部、國家測繪地理信息局、住建部、科技部、發改委等國家部委推行的智慧城市試點已遍布全國各地，總數達400多個。2014年國家發改委等8部委聯合發布《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》，明確提出智慧城市是物聯網、云計算、大數據、空間地理信息集成等新一代信息技術的集成，地理信息時空數據庫是智慧城市四大庫建設的基礎。目前，國內啟動的市縣級智慧城市時空信息云平臺項目大多數采取獨立建設的模式，而一般市縣均存在著技術力量相對薄弱、重復投資嚴重、重建設輕運營、后期投入不足、更新滯后等問題，市縣之間的智慧城市建設標準不盡相同，數據和服務無法同構對接；而且公安、稅務、水利、城管等強GIS應用部門對新型測繪數據、泛在地理信息大數據需求日益增長，傳統的市縣級局部區域的測繪數據和一兩年一更新的頻率已經不能滿足日益增長的地理信息需求。因此，筆者提出平臺架構云端化、市縣運維一體化、數據內容泛在化、更新方式多樣化的市縣級智慧城市時空信息云平臺的建設與運維方案，并在江蘇省鹽城市大豐區智慧大豐時空信息云平臺項目中進行相關實踐。

一、平臺架構云端化

智慧大豐時空信息云平臺通過宿主服務子系統在公有云和私有云兩套環境實現了測繪基礎設施云服務，通過時空數據庫管理子系統統一管理基礎地形數據、傾斜攝影等新型地理新型數據和泛在傳感實時數據，通過時空信息云服務子系統發布地理信息數據服務和功能服務，通過星月云服務管理平臺實現云平臺的運維管理，提供了各類開發平臺的接口API和開發環境SDK，開發了旅游、交通等智慧應用示范。如圖1所示。

圖1　時空信息云平臺架構設計

1. 時空信息云平臺宿主服務(基礎設施云)

智慧城市系統的運營需要龐大的數據中心，用于城市各類海量信息的匯聚、存儲和輸出，當信息系統規模達到一定程度時，云計算的虛擬化與按需分配的優點在系統建設性價比方面將表現出很大的優勢。

智慧大豐時空信息云平臺與由中興通訊建設的大豐區云計算服務中心合作建成了公有云和私有云兩套地理信息服務云平臺，具備宿主服務能力，能夠寄存用戶數據，具備開發功能，并可將用戶服務部署在云端。通過高可靠的虛擬化軟件，將集群服務器、刀片機、小型機、磁盤陣列等存儲、計算物理硬件設備虛擬出若干邏輯區。通過云操作系統，針對大數據、高并發訪問，按需動態分配資源，用戶彈性地調用資源，迅速完成任務并釋放，最大限度地提高資源利用率。平臺以統一的門戶面向用戶提供宿主服務，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裝各類地理信息處理軟件或開發平臺的虛擬設備。

2.時空信息云服務(平臺云)

在智慧城市的系統架構中可以引入面向服務(SOA)的開發框架和分布式計算(Hadoop)開發架構，在平臺云的層面實現時空信息云服務。SOA技術具備高可重用和松散耦合性，通過REST明確接口定義，通過開放的標準JSON或XML進行信息交換，可以實現各種不同平臺和系統信息之間的互聯互通。Hadoop是一個分布式計算平臺和軟件架構，以并行的方式工作，通過并行處理加快處理速度，可以運行處理海量數據的應用程序，具有高可靠性、高擴展性、高效性、高容錯性和低成本的優點。

智慧大豐時空信息云平臺基于時空數據庫管理子系統，整合矢量、影像、傾斜攝影、三維、街景和其他部門專題數據信息并附加時間屬性；通過時空信息云服務子系統，基于SOA開發架構，以服務的形式對外發布時空數據服務、空間分析服務、地名地址編碼服務等；通過GIS Tools for Hadoop子系統，以分布式計算服務的形式，提供海量數據處理服務，包括圖斑計算統計、稅務統計分析、交通流量分析、圖像識別分析等；基于星月云服務管理平臺，實現服務度量、彈性調度和服務監控，使用戶能夠像用電用水一樣直接調用云上的各類地理信息服務。

3. 智慧應用及相關開發接口(軟件云)

云計算的核心理念是提高云計算中心的處理能力，減小用戶終端負擔?；跁r空信息云平臺提供的基礎設施和平臺資源，云端用戶能夠將更多的精力、資源、預算運用到業務系統功能本身，并且根據應用的用戶量級和流量動態調用云資源，實現了各種“瘦”終端。如圖2所示。

智慧大豐時空信息云平臺提供了各類開發接口API和開發SDK環境，并提供了業務流引擎子系統來方便用戶，通過向導選擇數據和功能服務直接訂制個性化應用系統，在平臺上工作的不再僅僅是GIS專業人員或開發者，用戶基于平臺不僅能夠獲得地圖，還能夠與不同專業不同單位的人士協同工作。如以下智慧水務應用場景:城市暴雨可能導致下水道堵塞而造成城市內澇，氣象部門在地理平臺上分享了未來降雨量預測專題圖；交通部門提供了實時路況信息專題圖；排水集團工作人員在地理平臺之上獲得各監測點的最新管網狀態監測數據圖層，并疊加上述降雨量預測和實時路況專題圖層，通過空間分析得到合理的維修維護計劃和內澇風險預警專題信息；內澇風險預警專題信息被定向分享給了應急部門，以便其公開發布為城市內澇預警系統供市民訪問。

圖2　基于時空信息云平臺的智慧應用

二、市縣運維一體化

市縣級智慧城市時空信息云平臺要實現一體化運維，必須要從數據生產標準、數據庫、服務、管理平臺和管理模式等多個方面實現統一。

1. 市縣級數據同構及標準統一

時空數據庫的數據主體是由基礎測繪數據加工處理形成的公共地理框架數據?；A測繪數據主要包括多個比例尺的DLG、DEM、DOM數據；公共地理框架數據包括地理實體數據、地名地址數據、電子地圖數據、影像數據、高程數據5類。項目制定了《智慧大豐時空信息大數據整合技術指南》和《智慧大豐時空信息云平臺應用服務規范》，明確了云平臺建設的基本規定、數據規范、技術規范、接口規范，物聯網節點地址分類命名規則、編碼規則，以及與基礎地理信息、專題信息的接口規范，時空信息大數據交換和共享管理辦法，時空信息云計算支撐環境，時空信息云平臺建設、使用與維護管理辦法等標準。

2. 基于主分平臺分布式管理模式實現了服務統一

市縣一體化智慧城市時空信息云平臺的數據服務地址必須是統一的，矢量地形數據、影像數據服務和專題數據服務都是統一的服務地址。但目前市縣之間智慧城市單獨建設的模式下如何實現服務地址的統一是關鍵問題。智慧大豐時空信息云平臺項目通過主動緩存技術和主分平臺分布式管理模式實現了服務地址的統一。

主動緩存采用Java開源緩存框架，其原理是：首先采取預先部署的方式將大豐區和其他區縣的瓦片進行分級保存，中心區域訪問量高的地區采取內存緩存和SSD緩存，其他地圖采取普通緩存，提高了訪問速度；其次當用戶請求大豐及鹽城市區范圍以外數據時，通過后臺配置文件自動進行緩存處理，如果已經建立了當前地圖范圍的緩存則直接調用并顯示，若沒有當前地圖范圍的緩存服務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制，根據訪問次數調整緩存級別，對訪問請求頻繁的地區，服務器自動建立內存緩存提高訪問速度，對一般請求的地區瓦片則進行硬盤緩存。

在主分平臺分布式管理模式下，主平臺部署在智慧鹽城運營中心，各個區縣部署智慧鹽城平臺分節點，分節點定期向主節點推送數據更新內容，由主平臺通過主動緩存技術定期向分節點收割更新數據。如圖3所示。

圖3　主分平臺的分布式管理模式

三、數據內容泛在化

智慧城市定位為更透徹的感知、更全面的互聯互通和更深入的智能化，其基礎是傳感網、物聯網和因特網在各行各業的高效融合與綜合應用。傳統行業中地理信息系統對實時信息的支撐往往是垂直的，同一系統中不同種類的實時監測數據需要單獨實現其接入、分析和可視化。這種缺少集成和融合的實時數據會形成多個微觀實時數據孤島。如果還用這種方式進行整個城市的信息化建設將會使物聯網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聯和交互；而使用地理信息平臺作為泛在信息的統一支撐平臺可以避免這個問題。

智慧城市時空信息云平臺泛在地理信息數據主要包括導航衛星、各類傳感器、RFID、攝像頭、移動設備，另外現在社交平臺每時每刻也在產生大數據量的實時社交數據，將社交平臺與物聯網結合起來，產生了一種新的實時數據產生源。平臺通過實時數據采集、數據接入、數據分析處理、數據清洗、數據輸出，通過泛在物聯網信息與地理位置信息的結合有效拓展了測繪地理信息的服務范圍，產生了更多智慧的應用，如智能手環、健康狀況傳感器與位置信息結合開發的智慧養老應用、北斗衛星定位設備與地理信息平臺結合監控車輛、微博微信定位信息與輿情監控相結合等。

圖4　泛在網絡中的地理信息

四、更新方式多樣化

由于智慧城市對地理信息及時性和有效性的現實要求，必須不斷豐富地理信息資源建設手段，加快形成海量多類型地理信息實時獲取、自動化智能化處理等能力，及時響應城市管理和運行需要，并能幫助其很好地解決問題。項目組正在進行相關技術攻關，一是建立完備的航空遙感平臺，發展中低空長航時航攝飛機、輕小型航攝飛機、無人飛艇、低空遙感無人機等航空遙感平臺；二是研究基于無人機平臺搭載多傳感器獲取多源遙感數據的技術方法，攻關無人機自動定位、姿態控制、影像數據的畸變差去除、自動空中三角測量、自動匹配、影像快速糾正等關鍵技術，探索基于無人機平臺的小區域基礎地理信息快速采集與更新模式；三是以三維激光掃描技術、CCD立體測量技術、GPS+IMU的慣性測量技術和智能處理技術為基礎，研究基于移動測繪系統的基礎地理信息快速采集與更新技術與工作模式；四是豐富高分辨率商業遙感衛星影像獲取渠道；五是將城市地理信息云計算中心與各類傳感器、CORS系統、物聯網互聯互通，組成一個強大的地理信息傳感網，實現多平臺、多時相、多傳感器、多類型、高分辨率、高光譜的地理信息的實時獲取、高效智能處理和智慧服務。

五、結束語

智慧城市時空信息云平臺建設是一項龐大的系統工程，也是經濟與社會信息化發展的必然趨勢。統一領導、統一規劃和統一標準是工程項目成功的前提條件，目標是建成權威、唯一、標準和通用的地理信息公共平臺，切實解決地理信息獲取困難、應用不平衡和重復建設等問題，滿足政府各部門和社會公眾對地理信息的需求，加快信息化建設的進程。筆者提出的平臺架構云端化、市縣運維一體化、數據內容泛在化、更新方式多樣化的市縣級智慧城市時空信息云平臺建設方式特別適用于國內市縣普遍存在的經濟發展不平衡的狀況，加快了建設周期，減少了建設投入，尤其是減少了后期平臺運行維護的投入，各地可以根據自身的信息化水平和智慧城市建設的側重點選擇不同的組合，通過數據的地圖融合與智慧的空間決策，實現政府部門的協同共享、行業的互動協調、城市的精細化運行管理、人與自然的和諧相處，實現城市讓生活更美好、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，主要研究方向為測繪地理信息及智慧城市建設。E-mail: 46421268@qq.com

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)06-0113-04

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