李乃強(qiáng)，劉嬋娟

(江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013)

0 引 言

智慧城市是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的新路徑、新形態(tài)、新模式，也是落實(shí)國家新型城鎮(zhèn)化發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)城市發(fā)展方式轉(zhuǎn)型升級的系統(tǒng)工程。隨著以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等為代表的信息技術(shù)應(yīng)用不斷深入，智慧城市創(chuàng)新了政府管理手段，建立了公共服務(wù)新模式，極大提升了城市治理能力，進(jìn)而為人類創(chuàng)造更美好的生活，促進(jìn)城市和諧、可持續(xù)成長提供了有利條件。時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)，是新型智慧城市建設(shè)不可或缺的時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施，是城市信息資源共享、交換、協(xié)同的橋梁，是城市智能化規(guī)劃、建設(shè)、管理、服務(wù)的支撐[1]。

智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺建設(shè)要結(jié)合城市各委辦局?jǐn)?shù)據(jù)的使用現(xiàn)狀、IT基礎(chǔ)設(shè)施的基本情況、用戶需求，匯聚城市全空間信息，共享資源跨部門協(xié)同應(yīng)用和服務(wù)規(guī)劃、建設(shè)、管理的全周期，支撐城市建設(shè)各環(huán)節(jié)；挖掘時(shí)空大數(shù)據(jù)價(jià)值，以時(shí)空信息監(jiān)測城市運(yùn)行，提升城市治理能力[2]。本文按照國家相關(guān)規(guī)范，詳細(xì)介紹智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺的建設(shè)目標(biāo)與任務(wù)、技術(shù)路線、關(guān)鍵技術(shù)等方面內(nèi)容。

1 建設(shè)目標(biāo)與任務(wù)

按照《新型智慧城市建設(shè)部際協(xié)調(diào)工作組2016-2018年任務(wù)分工》要求，智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺總體建設(shè)任務(wù)是構(gòu)建城市矢量地圖、遙感影像、地名地址、地理實(shí)體、地下空間設(shè)施以及全景三維等時(shí)空信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，以地理位置為中心，進(jìn)一步整合和廣泛關(guān)聯(lián)各行業(yè)部門數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)泛在信息，建立時(shí)空大數(shù)據(jù)；采用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)智能計(jì)算等新技術(shù)，建設(shè)時(shí)空信息云平臺；完善全市跨部門、多層次的地理空間數(shù)據(jù)資源共享交換機(jī)制，以時(shí)空信息云平臺為依托，建立全市地理信息數(shù)據(jù)資源目錄，匯集全市地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)、人口、法人、宏觀經(jīng)濟(jì)等公共專題數(shù)據(jù)，并按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理和集成整合，形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、內(nèi)容豐富、形式多樣的地理空間信息及相關(guān)數(shù)據(jù)庫群。目標(biāo)是在完成其在城市規(guī)劃、市政建設(shè)與管理、國土資源開發(fā)利用、生態(tài)文明建設(shè)以及公眾服務(wù)中的智能化應(yīng)用，促進(jìn)城市科學(xué)、高效、可持續(xù)發(fā)展[3]。

2 技術(shù)路線

2.1 時(shí)空大數(shù)據(jù)建設(shè)

大數(shù)據(jù)是重要的城市信息基礎(chǔ)設(shè)施，已成為智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵。在城市大數(shù)據(jù)中，以時(shí)間空間為維度的相關(guān)數(shù)據(jù)稱為時(shí)空大數(shù)據(jù)。一方面，時(shí)空大數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)的重要組成部分，另一方面，時(shí)空大數(shù)據(jù)也是其他各類大數(shù)據(jù)集成共享的基礎(chǔ)，通過地理位置信息，人口、法人、宏觀經(jīng)濟(jì)等各部門、各行業(yè)數(shù)據(jù)才能疊加在一起使用。

時(shí)空數(shù)據(jù)基于統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)海量地理空間數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)與融合，構(gòu)建數(shù)據(jù)來源權(quán)威、數(shù)據(jù)類型豐富、數(shù)據(jù)更新及時(shí)、數(shù)據(jù)范圍全空間覆蓋的時(shí)空大數(shù)據(jù)體系；物聯(lián)感知通過接入包括基于北斗、GPS的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、氣象監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、水務(wù)監(jiān)測、國土視頻監(jiān)測、手機(jī)信令等海量物聯(lián)網(wǎng)感知信息，實(shí)現(xiàn)對流式數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、解譯、標(biāo)注、管理、調(diào)取和分析，構(gòu)建空、天、地一體化的智能傳感網(wǎng)絡(luò)。

時(shí)空大數(shù)據(jù)在數(shù)字城市地理空間框架基礎(chǔ)上，不斷豐富數(shù)據(jù)內(nèi)容，拓展數(shù)據(jù)范圍，提高數(shù)據(jù)精度，增強(qiáng)時(shí)空特性，按“空間、時(shí)間、屬性”三個(gè)維度構(gòu)建三位一體的時(shí)空數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)地理空間要素的“全生命周期管理”和“屬性關(guān)聯(lián)”；在城市范圍內(nèi)以地理空間信息、人口、法人、建筑等為核心，集成整合全市信息，形成多類型、多圖層的時(shí)空信息大數(shù)據(jù)庫，加強(qiáng)傳感信息、位置信息、互聯(lián)網(wǎng)信息、眾源信息等新型數(shù)據(jù)接入。

2.2 時(shí)空信息云平臺建設(shè)

時(shí)空信息云平臺能夠面向不同用戶、不同需求，以彈性服務(wù)、按需服務(wù)、智慧服務(wù)為核心理念，構(gòu)建面向泛在網(wǎng)絡(luò)的云服務(wù)平臺，形成多層次、多粒度的時(shí)空信息共享服務(wù)體系；建設(shè)“一套”服務(wù)資源池，整合數(shù)據(jù)服務(wù)、接口服務(wù)、功能服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、知識服務(wù)，實(shí)現(xiàn)一站式自助式服務(wù)能力。它可以建設(shè)“四大”引擎：① 服務(wù)引擎，具備多樣化的服務(wù)能力，用戶可以在線調(diào)用數(shù)據(jù)和圖鑒、知識和服務(wù)；② 地名址引擎，通過正向、逆向地名地址匹配，實(shí)現(xiàn)空間定位和空間信息整合，提供專題數(shù)據(jù)在線空間化能力；③ 業(yè)務(wù)流引擎，基于時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘業(yè)務(wù)過程的分析、建模、優(yōu)化、管理與集成，建立業(yè)務(wù)過程的自動(dòng)化和基于業(yè)務(wù)流的服務(wù)鏈，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)定制可視化；④ 知識化引擎，提供并行化的挖掘算法庫，解決超海量矢量數(shù)據(jù)的復(fù)雜空間分析、遙感影像的人工智能識別、長時(shí)間序列的深度學(xué)習(xí)預(yù)測等問題，提供豐富強(qiáng)大的知識化引擎服務(wù)，提供不同層次能力的大數(shù)據(jù)分析工具，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的深度挖掘，進(jìn)而獲取有價(jià)值的知識服務(wù)。時(shí)空信息云平臺建設(shè)了“一體化”云平臺運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多元服務(wù)集成管理、多類型云資源的運(yùn)維管理和多租戶多級運(yùn)維管理模式，提供時(shí)空大數(shù)據(jù)的共享交換支撐，優(yōu)化時(shí)空數(shù)據(jù)服務(wù)的安全管理。此外，還能建設(shè)“一站式”服務(wù)門戶，融合資源檢索與展示，“開放式”共享交換以及用戶個(gè)性化內(nèi)容管理于一體的新型地理信息資源門戶，并具備在線智能地圖、應(yīng)用系統(tǒng)快速組裝、用戶按需自服務(wù)等能力[4]。

時(shí)空信息云平臺將為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、空間規(guī)劃等工作提供專業(yè)平臺支撐：① 服務(wù)領(lǐng)導(dǎo)干部自然資源資產(chǎn)離任審計(jì)、城市地理國情監(jiān)測等工作，打造生態(tài)環(huán)境監(jiān)測平臺；② 服務(wù)城市“多規(guī)合一”工作，打造空間規(guī)劃平臺。同時(shí)，時(shí)空信息云平臺將強(qiáng)化政務(wù)服務(wù)能力，通過政務(wù)專網(wǎng)向全市的政務(wù)部門提供豐富的空間地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)，智能的地址匹配與分析功能服務(wù)以及標(biāo)準(zhǔn)的二次開發(fā)接口和按需定制服務(wù)，為全市智慧城市建設(shè)和“互聯(lián)網(wǎng)+”產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新工程提供基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)平臺。

2.3 云支撐環(huán)境建設(shè)

云支撐環(huán)境建設(shè)結(jié)合云、網(wǎng)、端相結(jié)合的基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)架，從服務(wù)器集群到云，采用云計(jì)算架構(gòu)，建立統(tǒng)一資源池，實(shí)現(xiàn)存儲和計(jì)算資源的智能彈性調(diào)度能力，建立泛在網(wǎng)絡(luò)(內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng))的數(shù)據(jù)同步與交換機(jī)制，形成基礎(chǔ)設(shè)施集約一體化管理、資源按需彈性使用、高可用的動(dòng)態(tài)混合云，并完善安全管理機(jī)制和容災(zāi)可靠性。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制建設(shè)

制定智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)匯聚、整合、融合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研城市各委辦局，梳理各個(gè)政務(wù)信息系統(tǒng)，開展技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制，形成時(shí)空大數(shù)據(jù)匯聚、整合、融合三級標(biāo)準(zhǔn)體系；建立政務(wù)信息資源目錄，摸清政府部門與空間位置相關(guān)的數(shù)據(jù)情況，明確數(shù)據(jù)“有什么，在哪里”；建立信息資源專題應(yīng)用目錄，面向不同應(yīng)用領(lǐng)域，形成經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、資源環(huán)境、醫(yī)療健康、民生服務(wù)、信用服務(wù)、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的專題數(shù)據(jù)資源目錄標(biāo)準(zhǔn)，明確數(shù)據(jù)“如何應(yīng)用”；建立信息資源融合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以多元數(shù)據(jù)融合應(yīng)用為目標(biāo)，以地理實(shí)體數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按照“時(shí)間+空間+分類”三位一體的方式融合各類城市數(shù)據(jù)資源，明確數(shù)據(jù)“如何融合”。

2.5 智慧應(yīng)用建設(shè)

智慧示范應(yīng)用從需求導(dǎo)向、問題導(dǎo)向、注重解決民生問題、實(shí)現(xiàn)信息共享和業(yè)務(wù)融合等方面，選擇需求迫切和特色突出的應(yīng)用領(lǐng)域開展示范建設(shè)，依托時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺加強(qiáng)大數(shù)據(jù)挖掘能力，強(qiáng)化基于時(shí)空大數(shù)據(jù)開展深度挖掘分析、智能決策服務(wù)。應(yīng)用突出智慧點(diǎn)，比如智慧國土應(yīng)用實(shí)現(xiàn)國土數(shù)據(jù)獲取自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化，遙感影像自動(dòng)解譯，國土業(yè)務(wù)辦公移動(dòng)化，國土業(yè)務(wù)流程管理智能化；智慧公安應(yīng)用實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、手機(jī)信令等實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)接入、管理和分析，時(shí)空警務(wù)大數(shù)據(jù)分析；智慧交通應(yīng)用實(shí)現(xiàn)交通流量、出行信息獲取實(shí)時(shí)化，交通管理運(yùn)營智能化，交通決策智慧科學(xué)化；智慧養(yǎng)老應(yīng)用實(shí)現(xiàn)居家養(yǎng)老信息獲取實(shí)時(shí)智能化、社區(qū)業(yè)務(wù)處理自動(dòng)化、社區(qū)綜合管理服務(wù)智能化；智慧旅游應(yīng)用實(shí)現(xiàn)旅游信息全面物聯(lián)，旅游資源充分整合，旅游服務(wù)協(xié)同運(yùn)作[5]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

(1)構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)自動(dòng)化接入、業(yè)務(wù)自治條件下的共享交換、字段級權(quán)限控制、智能化數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)監(jiān)控等技術(shù)，建成集“資源管理、智能接入、共享協(xié)同、安全運(yùn)行”于一體的共享交換平臺。

(2)建設(shè)基于數(shù)據(jù)倉庫的大數(shù)據(jù)引擎，實(shí)現(xiàn)面向互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的大數(shù)據(jù)管理、搜索查詢和快速發(fā)布。時(shí)空大數(shù)據(jù)引擎突破矢量數(shù)據(jù)線性漸進(jìn)傳輸、“云端計(jì)算+終端渲染”分布式圖形運(yùn)算模型，基于GeoHash的非空間數(shù)據(jù)運(yùn)算模型等技術(shù)，研發(fā)具有秒級響應(yīng)、一圖多用、所見即所得的時(shí)空大數(shù)據(jù)引擎，實(shí)現(xiàn)時(shí)空大數(shù)據(jù)的高效管理和服務(wù)[6]。

(3)利用空間語義推理、準(zhǔn)確地名標(biāo)注、自然語言精確分詞、機(jī)器自我學(xué)習(xí)等技術(shù)、研發(fā)語義解析、可控匹配、容錯(cuò)性好的地理編碼系統(tǒng)，解決海量非空間數(shù)據(jù)空間化分析、管理的難題。

(4)基于深度學(xué)習(xí)的遙感影像智能提取，采用深度學(xué)習(xí)方法，訓(xùn)練多組標(biāo)注樣本，建立多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建建筑物等各種對象自動(dòng)判別提取模型。并實(shí)時(shí)對各種對象，實(shí)現(xiàn)定量識別和智能監(jiān)管。

4 結(jié) 語

智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺建設(shè)是一項(xiàng)大型綜合類地理信息工程，涉及航空攝影、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)整合、時(shí)空信息云平臺軟件研發(fā)、云支撐環(huán)境建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制建設(shè)等內(nèi)容；需要緊扣國家智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺建設(shè)新大綱，以數(shù)字城市為載體整合政務(wù)公共數(shù)據(jù)、各委辦局專題數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)等實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)，形成各類時(shí)空大數(shù)據(jù)云服務(wù)。平臺建成后，將打破不同行業(yè)、不同領(lǐng)域之間的空間信息交互的壁壘，建立新的跨行業(yè)、跨領(lǐng)域時(shí)空大數(shù)據(jù)共建共享模式，實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域間的信息交換與共享，將為政府部門、企事業(yè)單位、社區(qū)和公眾提供高質(zhì)量的、權(quán)威的時(shí)空大數(shù)據(jù)信息服務(wù)。本文介紹的項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容，可供同類項(xiàng)目借鑒。