智慧城市云平台时空数据库设计与研究

雷欢++胡惠菱

摘要：数据是建设云平台的重点，整合各类专题数据、主题数据、基础数据和平台运行支撑数据统一为时空数据库为智慧云平台提供决策分析的数据基础。本文主要研究时空数据库建设中空间与属性的关联、现状与历史的关联、二维与三维的关联等特性，建设时空基础库、时空专题库、时空主题库和时空运行支撑库等四大库。

关键词：时空数据；二维与三维；主题数据；专题数据

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0177-02

信息资源的整合共享与开发利用，是智慧城市建设的基础，也是最终体现。在智慧云平台建设中，以信息资源整合为核心的城市公共基础数据库、以及以信息资源共享应用为核心的城市公共信息平台，是两大基础性工程，也是国家住建部智慧城市试点考核指标中必须建设的内容。在公共数据层面，为了实现更为深入、智能、科学的分析决策，智慧云平台公共数据建设的重点是地理空间信息、建筑物信息、人口、等基础库以及其他专题信息的整合，从而为智慧云平台奠定数据基础。

1 时空数据库设计思路

1.1 空间与属性关联设计

时空信息数据库管理都是地理空间数据，即地理实体，地理实体的空间和属性如何关联，是时空数据库首先要考虑的，尤其是要考虑如何将描述同一空间尺度的各类业务属性进行整合，如基于房屋的人口数据、基于房屋的企业经营数据，基于房屋的产权信息，这三类数据如何整合、展现在统一空间上，并能关联分析房屋各类属性的关系。地理实体空间与属性的关联可以通过对地理实体进行统一编码，实现其空间信息一属性的关联，可以对房屋进行统一编码，实现基于房屋的人口数据专题、基于房屋的企业经营专题、基于房屋的产权专题三个图层中的房屋编码一致，变能将三个专题进行统一展示和关联分析，为时空数据库建设打下基础。

1.2 现状与历史关联设计

在空间数据库的基础上，如何加入时间信息，描述地理实体的空间和属性随时间的变化情况，是构建时空信息数据库的关键[1]。解决此问题可以通过对数据添加时间描述信息，通过时序来组织和编排地理空间数据，实现现状与历史数据关联。数据时间信息的添加包括三个层级，即数据库级别、图层级别和对象级别，添加的时间信息包括数据采集更新时间和数据内容时间，数据的时间信息通过其对应的元数据来描述，如描述影像数据需在数据库元数据中加上数据更新时间、数据拍摄时间等时间属性；描述行政区划专题，需在图层元数据中加入数据更新时间、区划形成时间等时间属性；描述房屋数据，需在房屋属性表添加房屋更新时间、房屋建设时间等时间属性，实现基于元数据的时序数据组织。

1.3 二维与三维关联设计

构建的时空信息数据，除了二维数据外，还有三维数据，因此，需考虑二维与三维数据的关联，实现二三维一体化。本项目所构建的三维模型包括建筑物、道路、水系、植被等，需要开展业务应用的主要是建筑物，因此，本章节以建筑物模型为例，介绍如何实现二维与三维的关联。本项目建筑物涉及到的二维数据包括建筑物面数据、建筑物点（兴趣点）数据，建筑物涉及到的三维数据包括传统建模的精细化三维模型以及倾斜摄影建立三维模型数据，精细化三维模型与二维建筑物数据通过建筑物编码进行关联、与地名地址数据进行空间坐标关联，倾斜摄影三维模型与二维建筑物数据和地名地名地址数据都通过空间坐标进行关联。

2 时空数据库方案

时空信息数据库总体上分为平台运行支撑库、时空基础数据库、时空专题数据库、时空主题数据库等四部分，如图1所示。

2.1 时空基础数据

对原有的公共地理框架数据进行补充更新、数据时间信息添加、数据重组而来，包括大比例尺矢量数据、高分辨率影像数据、精细地名地址数据和倾斜摄影三维模型数据时空基础数据库采用集中式管理，统一存储在平台中心端。

2.2 时空专题数据

是针对某一部门业务或某一行业业务，基于单个或多个部门数据，经过数据加工、时间信息添加、数据重组而来，包括物联网节点数据、精细化三维模型数据、建筑物数据、人口空间统计数据、行政区划数据、地下管线数据、地理国情普查数据等，时空专题数据采取分布式管理，可存储平台中心端或部门应用端[2]。

2.3 时空主题数据库

是在时空基础数据库和时空专题数据库的基础上，根据应用所需，进行逻辑上的重新组织和编排而得，如面向综合分析应用的决策分析库、面向国情监测的综合市情数据库、面向应急的城市应急数据库等，由各应用系统进行建设，本期项目需要构建决策分析库、时空主题数据库物理上不存储数据，是对时基础数据和专题数据的逻辑组织，通过元数据来实现[3]。

2.4 平台运行支撑库

包括元数据库、组织机构和权限库、日志数据等。

元数据库用于存储描述数据属性的数据，元数据分为资源位置元数据、服务元数据、数据库元数据、文件元数据四大类。其中资源位置元数据主要描述信息资源所在位置，以信息系统为基本单元，包含服务器和数据源；服务元数据主要描述信息系统中服务器可以提供的服务，如Web Service；数据库元数据主要描述数据库的组成结构及其相互关系；文件元数据主要描述文件数据的相关信息，如类型、所有者、创建时间。其中文件元数据中的描述信息可以扩展增加所属区划、文件时间。用于对文件数据时间和空间位置信息的描述，以元数据关联专题信息的时间和空间属性，实现时空信息一体化。

组织机构和权限数据库存储综合市情系统的用户组和角色权限信息，用于识别用户身份，判断登录用户所属的组织和所具有的访问、操作权限。该数据库是运维管理中权限管理的基础库，与统一身份验证相结合，共同维护系统安全。

日志数据库存储系统运行以及用户操作所产生的各类日志记录，重点是对数据采集到数据发布整个流程的全部操作节点进行记录，当系统出现故障时，可以随时回溯整个过程，为系统问题排查和故障恢复提供信息支撑。

3 结语

本文整合各类时空数据构建时空数据库，通过建立地理信息服务总线，将时空信息资源进行统一管理，并对外提供全面无缝集成、自动智能化的公共基础服务，形成统一的时空信息数据中心、服务中心、共享交换中心与云管理中心，实现城市不同部门异构系统间的资源共享和业务协同，促进部门间信息资源的互联、互通、共享与集成。

参考文献

[1]林秀玉，廖磊.基于ArcGIS的時空数据库的设计与实现[J].现代测绘，2007，30（5）：11-12.

[2]肖建华.智慧城市时空信息云平台及协同城乡规划研究[J].规划师，2013，29（2）：11-15.

[3]龚健雅，李小龙，吴华意.实时GIS时空数据模型[J].测绘学报，2014（3）：226-232.