智慧城市时空大数据与云平台建设技术研究

李乃强，刘婵娟

(江苏省测绘工程院，江苏 南京 210013)

0 引 言

智慧城市是实现城市可持续发展的新路径、新形态、新模式，也是落实国家新型城镇化发展战略，促进城市发展方式转型升级的系统工程。随着以大数据、云计算、移动互联网、物联网、人工智能等为代表的信息技术应用不断深入，智慧城市创新了政府管理手段，建立了公共服务新模式，极大提升了城市治理能力，进而为人类创造更美好的生活，促进城市和谐、可持续成长提供了有利条件。时空大数据与云平台是智慧城市建设的基础，是新型智慧城市建设不可或缺的时空基础设施，是城市信息资源共享、交换、协同的桥梁，是城市智能化规划、建设、管理、服务的支撑[1]。

智慧城市时空大数据与云平台建设要结合城市各委办局数据的使用现状、IT基础设施的基本情况、用户需求，汇聚城市全空间信息，共享资源跨部门协同应用和服务规划、建设、管理的全周期，支撑城市建设各环节；挖掘时空大数据价值，以时空信息监测城市运行，提升城市治理能力[2]。本文按照国家相关规范，详细介绍智慧城市时空大数据与云平台的建设目标与任务、技术路线、关键技术等方面内容。

1 建设目标与任务

按照《新型智慧城市建设部际协调工作组2016-2018年任务分工》要求，智慧城市时空大数据与云平台总体建设任务是构建城市矢量地图、遥感影像、地名地址、地理实体、地下空间设施以及全景三维等时空信息基础数据集，以地理位置为中心，进一步整合和广泛关联各行业部门数据、物联网数据以及网络泛在信息，建立时空大数据；采用云计算、物联网、大数据智能计算等新技术，建设时空信息云平台；完善全市跨部门、多层次的地理空间数据资源共享交换机制，以时空信息云平台为依托，建立全市地理信息数据资源目录，汇集全市地理国情监测数据、人口、法人、宏观经济等公共专题数据，并按照统一标准进行处理和集成整合，形成标准统一、内容丰富、形式多样的地理空间信息及相关数据库群。目标是在完成其在城市规划、市政建设与管理、国土资源开发利用、生态文明建设以及公众服务中的智能化应用，促进城市科学、高效、可持续发展[3]。

2 技术路线

2.1 时空大数据建设

大数据是重要的城市信息基础设施，已成为智慧城市建设的关键。在城市大数据中，以时间空间为维度的相关数据称为时空大数据。一方面，时空大数据是大数据的重要组成部分，另一方面，时空大数据也是其他各类大数据集成共享的基础，通过地理位置信息，人口、法人、宏观经济等各部门、各行业数据才能叠加在一起使用。

时空数据基于统一的时空基准，实现海量地理空间数据、社会经济数据的关联与融合，构建数据来源权威、数据类型丰富、数据更新及时、数据范围全空间覆盖的时空大数据体系；物联感知通过接入包括基于北斗、GPS的实时位置数据、视频监控、气象监测、环境监测、水务监测、国土视频监测、手机信令等海量物联网感知信息，实现对流式数据的实时接收、解译、标注、管理、调取和分析，构建空、天、地一体化的智能传感网络。

时空大数据在数字城市地理空间框架基础上，不断丰富数据内容，拓展数据范围，提高数据精度，增强时空特性，按“空间、时间、属性”三个维度构建三位一体的时空数据模型，实现地理空间要素的“全生命周期管理”和“属性关联”；在城市范围内以地理空间信息、人口、法人、建筑等为核心，集成整合全市信息，形成多类型、多图层的时空信息大数据库，加强传感信息、位置信息、互联网信息、众源信息等新型数据接入。

2.2 时空信息云平台建设

时空信息云平台能够面向不同用户、不同需求，以弹性服务、按需服务、智慧服务为核心理念，构建面向泛在网络的云服务平台，形成多层次、多粒度的时空信息共享服务体系；建设“一套”服务资源池，整合数据服务、接口服务、功能服务、基础设施服务、知识服务，实现一站式自助式服务能力。它可以建设“四大”引擎：① 服务引擎，具备多样化的服务能力，用户可以在线调用数据和图鉴、知识和服务；② 地名址引擎，通过正向、逆向地名地址匹配，实现空间定位和空间信息整合，提供专题数据在线空间化能力；③ 业务流引擎，基于时空大数据挖掘业务过程的分析、建模、优化、管理与集成，建立业务过程的自动化和基于业务流的服务链，用户能够实现业务定制可视化；④ 知识化引擎，提供并行化的挖掘算法库，解决超海量矢量数据的复杂空间分析、遥感影像的人工智能识别、长时间序列的深度学习预测等问题，提供丰富强大的知识化引擎服务，提供不同层次能力的大数据分析工具，用户能够实现对数据的深度挖掘，进而获取有价值的知识服务。时空信息云平台建设了“一体化”云平台运维管理系统，实现多元服务集成管理、多类型云资源的运维管理和多租户多级运维管理模式，提供时空大数据的共享交换支撑，优化时空数据服务的安全管理。此外，还能建设“一站式”服务门户，融合资源检索与展示，“开放式”共享交换以及用户个性化内容管理于一体的新型地理信息资源门户，并具备在线智能地图、应用系统快速组装、用户按需自服务等能力[4]。

时空信息云平台将为生态环境监测、空间规划等工作提供专业平台支撑：① 服务领导干部自然资源资产离任审计、城市地理国情监测等工作，打造生态环境监测平台；② 服务城市“多规合一”工作，打造空间规划平台。同时，时空信息云平台将强化政务服务能力，通过政务专网向全市的政务部门提供丰富的空间地理信息数据服务，智能的地址匹配与分析功能服务以及标准的二次开发接口和按需定制服务，为全市智慧城市建设和“互联网+”产业创新工程提供基础设施、基础数据和基础平台。

2.3 云支撑环境建设

云支撑环境建设结合云、网、端相结合的基础设施构架，从服务器集群到云，采用云计算架构，建立统一资源池，实现存储和计算资源的智能弹性调度能力，建立泛在网络(内网、政务网、互联网)的数据同步与交换机制，形成基础设施集约一体化管理、资源按需弹性使用、高可用的动态混合云，并完善安全管理机制和容灾可靠性。

2.4 标准机制建设

制定智慧城市时空大数据汇聚、整合、融合技术标准，调研城市各委办局，梳理各个政务信息系统，开展技术标准研制，形成时空大数据汇聚、整合、融合三级标准体系；建立政务信息资源目录，摸清政府部门与空间位置相关的数据情况，明确数据“有什么，在哪里”；建立信息资源专题应用目录，面向不同应用领域，形成经济建设、社会发展、资源环境、医疗健康、民生服务、信用服务、交通运输等各个应用领域的专题数据资源目录标准，明确数据“如何应用”；建立信息资源融合技术标准，以多元数据融合应用为目标，以地理实体数据为基础，按照“时间+空间+分类”三位一体的方式融合各类城市数据资源，明确数据“如何融合”。

2.5 智慧应用建设

智慧示范应用从需求导向、问题导向、注重解决民生问题、实现信息共享和业务融合等方面，选择需求迫切和特色突出的应用领域开展示范建设，依托时空大数据与云平台加强大数据挖掘能力，强化基于时空大数据开展深度挖掘分析、智能决策服务。应用突出智慧点，比如智慧国土应用实现国土数据获取自动化、实时化，遥感影像自动解译，国土业务办公移动化，国土业务流程管理智能化；智慧公安应用实现视频监控、手机信令等实时感知数据接入、管理和分析，时空警务大数据分析；智慧交通应用实现交通流量、出行信息获取实时化，交通管理运营智能化，交通决策智慧科学化；智慧养老应用实现居家养老信息获取实时智能化、社区业务处理自动化、社区综合管理服务智能化；智慧旅游应用实现旅游信息全面物联，旅游资源充分整合，旅游服务协同运作[5]。

3 关键技术

(1)构建多源异构数据自动化接入、业务自治条件下的共享交换、字段级权限控制、智能化数据流转监控等技术，建成集“资源管理、智能接入、共享协同、安全运行”于一体的共享交换平台。

(2)建设基于数据仓库的大数据引擎，实现面向互联网应用的大数据管理、搜索查询和快速发布。时空大数据引擎突破矢量数据线性渐进传输、“云端计算+终端渲染”分布式图形运算模型，基于GeoHash的非空间数据运算模型等技术，研发具有秒级响应、一图多用、所见即所得的时空大数据引擎，实现时空大数据的高效管理和服务[6]。

(3)利用空间语义推理、准确地名标注、自然语言精确分词、机器自我学习等技术、研发语义解析、可控匹配、容错性好的地理编码系统，解决海量非空间数据空间化分析、管理的难题。

(4)基于深度学习的遥感影像智能提取，采用深度学习方法，训练多组标注样本，建立多层神经网络，构建建筑物等各种对象自动判别提取模型。并实时对各种对象，实现定量识别和智能监管。

4 结 语

智慧城市时空大数据与云平台建设是一项大型综合类地理信息工程，涉及航空摄影、基础地理数据整合、时空信息云平台软件研发、云支撑环境建设、标准机制建设等内容；需要紧扣国家智慧城市时空大数据与云平台建设新大纲，以数字城市为载体整合政务公共数据、各委办局专题数据、互联网及物联网等实时感知数据，形成各类时空大数据云服务。平台建成后，将打破不同行业、不同领域之间的空间信息交互的壁垒，建立新的跨行业、跨领域时空大数据共建共享模式，实现多领域间的信息交换与共享，将为政府部门、企事业单位、社区和公众提供高质量的、权威的时空大数据信息服务。本文介绍的项目实施技术路线和关键技术等内容，可供同类项目借鉴。