市县级智慧城市时空信息云平台建设方案研究与应用<br/>——以智慧大丰时空信息云平台建设为例

市县级智慧城市时空信息云平台建设方案研究与应用
——以智慧大丰时空信息云平台建设为例

2016-07-15季顺海武俊红

测绘通报 2016年6期

关键词：大丰时空智慧

季顺海，武俊红

(江苏星月测绘科技股份有限公司，江苏盐城 224000)

市县级智慧城市时空信息云平台建设方案研究与应用
——以智慧大丰时空信息云平台建设为例

季顺海，武俊红

(江苏星月测绘科技股份有限公司，江苏盐城 224000)

摘要：分析了智慧城市时空信息云平台在智慧城市建设中的定位，针对目前国内时空信息云平台建设中普遍存在的一些问题，提出了平台架构云端化、市县运维一体化、数据内容泛在化、更新方式多样化的市县级智慧城市时空信息云平台的建设模式，并在智慧大丰时空云平台建设项目中进行了实践。

关键词：智慧城市；时空信息云平台；市县一体化；地理信息；泛在网络

目前由国土资源部、国家测绘地理信息局、住建部、科技部、发改委等国家部委推行的智慧城市试点已遍布全国各地，总数达400多个。2014年国家发改委等8部委联合发布《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》，明确提出智慧城市是物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术的集成，地理信息时空数据库是智慧城市四大库建设的基础。目前，国内启动的市县级智慧城市时空信息云平台项目大多数采取独立建设的模式，而一般市县均存在着技术力量相对薄弱、重复投资严重、重建设轻运营、后期投入不足、更新滞后等问题，市县之间的智慧城市建设标准不尽相同，数据和服务无法同构对接；而且公安、税务、水利、城管等强GIS应用部门对新型测绘数据、泛在地理信息大数据需求日益增长，传统的市县级局部区域的测绘数据和一两年一更新的频率已经不能满足日益增长的地理信息需求。因此，笔者提出平台架构云端化、市县运维一体化、数据内容泛在化、更新方式多样化的市县级智慧城市时空信息云平台的建设与运维方案，并在江苏省盐城市大丰区智慧大丰时空信息云平台项目中进行相关实践。

一、平台架构云端化

智慧大丰时空信息云平台通过宿主服务子系统在公有云和私有云两套环境实现了测绘基础设施云服务，通过时空数据库管理子系统统一管理基础地形数据、倾斜摄影等新型地理新型数据和泛在传感实时数据，通过时空信息云服务子系统发布地理信息数据服务和功能服务，通过星月云服务管理平台实现云平台的运维管理，提供了各类开发平台的接口API和开发环境SDK，开发了旅游、交通等智慧应用示范。如图1所示。

图1　时空信息云平台架构设计

1. 时空信息云平台宿主服务(基础设施云)

智慧城市系统的运营需要庞大的数据中心，用于城市各类海量信息的汇聚、存储和输出，当信息系统规模达到一定程度时，云计算的虚拟化与按需分配的优点在系统建设性价比方面将表现出很大的优势。

智慧大丰时空信息云平台与由中兴通讯建设的大丰区云计算服务中心合作建成了公有云和私有云两套地理信息服务云平台，具备宿主服务能力，能够寄存用户数据，具备开发功能，并可将用户服务部署在云端。通过高可靠的虚拟化软件，将集群服务器、刀片机、小型机、磁盘阵列等存储、计算物理硬件设备虚拟出若干逻辑区。通过云操作系统，针对大数据、高并发访问，按需动态分配资源，用户弹性地调用资源，迅速完成任务并释放，最大限度地提高资源利用率。平台以统一的门户面向用户提供宿主服务，用户通过在线申请的方式像租借公共自行车一样租用平台提供的预装各类地理信息处理软件或开发平台的虚拟设备。

2.时空信息云服务(平台云)

在智慧城市的系统架构中可以引入面向服务(SOA)的开发框架和分布式计算(Hadoop)开发架构，在平台云的层面实现时空信息云服务。SOA技术具备高可重用和松散耦合性，通过REST明确接口定义，通过开放的标准JSON或XML进行信息交换，可以实现各种不同平台和系统信息之间的互联互通。Hadoop是一个分布式计算平台和软件架构，以并行的方式工作，通过并行处理加快处理速度，可以运行处理海量数据的应用程序，具有高可靠性、高扩展性、高效性、高容错性和低成本的优点。

智慧大丰时空信息云平台基于时空数据库管理子系统，整合矢量、影像、倾斜摄影、三维、街景和其他部门专题数据信息并附加时间属性；通过时空信息云服务子系统，基于SOA开发架构，以服务的形式对外发布时空数据服务、空间分析服务、地名地址编码服务等；通过GIS Tools for Hadoop子系统，以分布式计算服务的形式，提供海量数据处理服务，包括图斑计算统计、税务统计分析、交通流量分析、图像识别分析等；基于星月云服务管理平台，实现服务度量、弹性调度和服务监控，使用户能够像用电用水一样直接调用云上的各类地理信息服务。

3. 智慧应用及相关开发接口(软件云)

云计算的核心理念是提高云计算中心的处理能力，减小用户终端负担。基于时空信息云平台提供的基础设施和平台资源，云端用户能够将更多的精力、资源、预算运用到业务系统功能本身，并且根据应用的用户量级和流量动态调用云资源，实现了各种“瘦”终端。如图2所示。

智慧大丰时空信息云平台提供了各类开发接口API和开发SDK环境，并提供了业务流引擎子系统来方便用户，通过向导选择数据和功能服务直接订制个性化应用系统，在平台上工作的不再仅仅是GIS专业人员或开发者，用户基于平台不仅能够获得地图，还能够与不同专业不同单位的人士协同工作。如以下智慧水务应用场景:城市暴雨可能导致下水道堵塞而造成城市内涝，气象部门在地理平台上分享了未来降雨量预测专题图；交通部门提供了实时路况信息专题图；排水集团工作人员在地理平台之上获得各监测点的最新管网状态监测数据图层，并叠加上述降雨量预测和实时路况专题图层，通过空间分析得到合理的维修维护计划和内涝风险预警专题信息；内涝风险预警专题信息被定向分享给了应急部门，以便其公开发布为城市内涝预警系统供市民访问。

图2　基于时空信息云平台的智慧应用

二、市县运维一体化

市县级智慧城市时空信息云平台要实现一体化运维，必须要从数据生产标准、数据库、服务、管理平台和管理模式等多个方面实现统一。

1. 市县级数据同构及标准统一

时空数据库的数据主体是由基础测绘数据加工处理形成的公共地理框架数据。基础测绘数据主要包括多个比例尺的DLG、DEM、DOM数据；公共地理框架数据包括地理实体数据、地名地址数据、电子地图数据、影像数据、高程数据5类。项目制定了《智慧大丰时空信息大数据整合技术指南》和《智慧大丰时空信息云平台应用服务规范》，明确了云平台建设的基本规定、数据规范、技术规范、接口规范，物联网节点地址分类命名规则、编码规则，以及与基础地理信息、专题信息的接口规范，时空信息大数据交换和共享管理办法，时空信息云计算支撑环境，时空信息云平台建设、使用与维护管理办法等标准。

2. 基于主分平台分布式管理模式实现了服务统一

市县一体化智慧城市时空信息云平台的数据服务地址必须是统一的，矢量地形数据、影像数据服务和专题数据服务都是统一的服务地址。但目前市县之间智慧城市单独建设的模式下如何实现服务地址的统一是关键问题。智慧大丰时空信息云平台项目通过主动缓存技术和主分平台分布式管理模式实现了服务地址的统一。

主动缓存采用Java开源缓存框架，其原理是：首先采取预先部署的方式将大丰区和其他区县的瓦片进行分级保存，中心区域访问量高的地区采取内存缓存和SSD缓存，其他地图采取普通缓存，提高了访问速度；其次当用户请求大丰及盐城市区范围以外数据时，通过后台配置文件自动进行缓存处理，如果已经建立了当前地图范围的缓存则直接调用并显示，若没有当前地图范围的缓存服务则自动下载瓦片并建立缓存；最后通过配置文件建立缓存机制，根据访问次数调整缓存级别，对访问请求频繁的地区，服务器自动建立内存缓存提高访问速度，对一般请求的地区瓦片则进行硬盘缓存。

在主分平台分布式管理模式下，主平台部署在智慧盐城运营中心，各个区县部署智慧盐城平台分节点，分节点定期向主节点推送数据更新内容，由主平台通过主动缓存技术定期向分节点收割更新数据。如图3所示。

图3　主分平台的分布式管理模式

三、数据内容泛在化

智慧城市定位为更透彻的感知、更全面的互联互通和更深入的智能化，其基础是传感网、物联网和因特网在各行各业的高效融合与综合应用。传统行业中地理信息系统对实时信息的支撑往往是垂直的，同一系统中不同种类的实时监测数据需要单独实现其接入、分析和可视化。这种缺少集成和融合的实时数据会形成多个微观实时数据孤岛。如果还用这种方式进行整个城市的信息化建设将会使物联网对智慧城市失去意义，物与物之间无法在信息空间形成任何关联和交互；而使用地理信息平台作为泛在信息的统一支撑平台可以避免这个问题。

智慧城市时空信息云平台泛在地理信息数据主要包括导航卫星、各类传感器、RFID、摄像头、移动设备，另外现在社交平台每时每刻也在产生大数据量的实时社交数据，将社交平台与物联网结合起来，产生了一种新的实时数据产生源。平台通过实时数据采集、数据接入、数据分析处理、数据清洗、数据输出，通过泛在物联网信息与地理位置信息的结合有效拓展了测绘地理信息的服务范围，产生了更多智慧的应用，如智能手环、健康状况传感器与位置信息结合开发的智慧养老应用、北斗卫星定位设备与地理信息平台结合监控车辆、微博微信定位信息与舆情监控相结合等。

图4　泛在网络中的地理信息

四、更新方式多样化

由于智慧城市对地理信息及时性和有效性的现实要求，必须不断丰富地理信息资源建设手段，加快形成海量多类型地理信息实时获取、自动化智能化处理等能力，及时响应城市管理和运行需要，并能帮助其很好地解决问题。项目组正在进行相关技术攻关，一是建立完备的航空遥感平台，发展中低空长航时航摄飞机、轻小型航摄飞机、无人飞艇、低空遥感无人机等航空遥感平台；二是研究基于无人机平台搭载多传感器获取多源遥感数据的技术方法，攻关无人机自动定位、姿态控制、影像数据的畸变差去除、自动空中三角测量、自动匹配、影像快速纠正等关键技术，探索基于无人机平台的小区域基础地理信息快速采集与更新模式；三是以三维激光扫描技术、CCD立体测量技术、GPS+IMU的惯性测量技术和智能处理技术为基础，研究基于移动测绘系统的基础地理信息快速采集与更新技术与工作模式；四是丰富高分辨率商业遥感卫星影像获取渠道；五是将城市地理信息云计算中心与各类传感器、CORS系统、物联网互联互通，组成一个强大的地理信息传感网，实现多平台、多时相、多传感器、多类型、高分辨率、高光谱的地理信息的实时获取、高效智能处理和智慧服务。

五、结束语

智慧城市时空信息云平台建设是一项庞大的系统工程，也是经济与社会信息化发展的必然趋势。统一领导、统一规划和统一标准是工程项目成功的前提条件，目标是建成权威、唯一、标准和通用的地理信息公共平台，切实解决地理信息获取困难、应用不平衡和重复建设等问题，满足政府各部门和社会公众对地理信息的需求，加快信息化建设的进程。笔者提出的平台架构云端化、市县运维一体化、数据内容泛在化、更新方式多样化的市县级智慧城市时空信息云平台建设方式特别适用于国内市县普遍存在的经济发展不平衡的状况，加快了建设周期，减少了建设投入，尤其是减少了后期平台运行维护的投入，各地可以根据自身的信息化水平和智慧城市建设的侧重点选择不同的组合，通过数据的地图融合与智慧的空间决策，实现政府部门的协同共享、行业的互动协调、城市的精细化运行管理、人与自然的和谐相处，实现城市让生活更美好、科技让城市更智慧的愿景。

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