智慧潍坊时空大数据与云平台建设及应用

袁学旺，杨金涛，赵倩，谢桂华

(1.潍坊市自然资源和规划局，山东 潍坊 261041；2.山东省国土空间数据和遥感技术中心，山东 济南 250014；3.山东经贸职业学院，山东 潍坊 261011)

0 引言

2012年12月，原国家测绘地理信息局下发了《关于开展智慧城市时空信息云平台建设试点工作的通知》(国测发〔2012〕122号)，在全国开展智慧城市时空信息云平台试点建设[1]，并多次修订建设技术大纲，发布了《智慧城市时空大数据与云平台建设技术大纲》。随着云计算、物联网和大数据的快速发展，地理信息平台面临着体验性要好、实时性要强、移动性要大和自主性要多等新要求，胜任城市“骨架”的新要求[2-3]。

2015年6月，智慧潍坊时空大数据与云平台建设项目列入原国家测绘地理信息局试点计划。项目紧密结合潍坊市推进智慧城市建设的总体目标，积极探索智慧潍坊时空大数据与云平台的建设、共享和服务模式，以及地理信息为智慧城市建设的方式和途径，推动城市的经济发展、产业融合、智能运行和可持续发展。

1 需要解决的问题

试点建设前期，通过深入调研，从数据、应用、管理3个方面对全市地理信息平台建设进行梳理，潍坊在数字城市建设应用和智慧城市开展建设方面主要存在“五个不全”，“四个不能满足”和“三个不够统一”问题，亟需在数字潍坊地理信息公共服务平台向智慧潍坊时空大数据与云平台升级中解决[4-5]。

(1)“五个不全”：一是基础地理信息数据不全。随着城市建成区面积不断扩大，现有的大比例尺地图和高分辨率影像数据覆盖区域不全。二是专题数据不全。数字城市阶段未搭建共享交换平台，人口、法人等专题数据汇聚交换无法实现，基本以国土数据为主，专题数据单一。三是新型数据不全。数字城市阶段主要着眼于传统地理信息数据采集，倾斜摄影、街景点云等新型数据未纳入建设范畴。四是实时和远景规划数据不全。五是历史数据不全。有的数据还是纸质保存，未作矢量化处理；有的数据在数据库中单独存放，没有进行标识化处理和关联分析。

(2)“四个不能满足”：一是不能满足城市发展需求。随着经济社会发展，原有数据年度更新模式无法满足现实需求。二是不能满足部门需求。原有的单一应用模式，单向提供数据和服务，不能进行部门数据共享交换和大数据分析。三是不能满足公众需求。数字城市阶段主要面向政务应用，老百姓没有充分享受到数字城市的建设成果。四是不能满足环境需求。随着用户和数据量急剧增加，存储环境和计算能力显得严重不足，急需向云环境部署和迁移。

(3)“三个不够统一”：一是标准不够统一。因数据标准不统一，无法进行大数据的共享和分析，很大程度上制约和阻碍了试点进度。二是软件不够统一。数字城市阶段，一种数据一个软件，界面差异大，底层架构不一致，导致应用不顺畅。三是网络不够统一。有些部门使用自己的业务专网，还有的使用局域网，未能接入统一的网络，这给云平台推广应用造成了很大阻碍。

2 建设内容

针对数字城市建设存在的弊端和云平台技术大纲要求[6]、评价指标体系[7]和各部门单位的时空信息服务需求，坚持问题导向，深化细化工作任务，突出潍坊特色，开展顶层设计，围绕时空大数据中心、支撑环境、时空信息云平台和智慧应用，加快推进项目建设，争取将试点建设成为可复制、可推广、有特色、有应用的样板工程，取得了阶段性的建设成果[8]。项目总体设计见图1。

图1 项目总体设计图

2.1 时空大数据中心

时空大数据中心主要包括时空大数据、大数据管理系统和共享交换系统。该部分主要是满足全市各类数据的存储、交换和管理需求，实现对各类型数据的统一管理。时空大数据主要包括基础地理信息数据、公共专题数据、实时数据和远景规划数据四类数据。其中，基础地理信息数据包括历史和现状的矢量、影像(含倾斜摄影)、高程、地名地址、三维、仿真三维、360°全景、街景点云、地下管线、地理国情等数据。公共专题数据主要包括法人、人口、宏观经济、兴趣点等数据，以便于后期的大数据应用分析，深入挖掘公共数据的时空价值。实时数据包括视频探头、交通流量、共享单车轨迹、环境监测等设备位置信息和实时感知数据。远景规划数据包括城市规划、土地规划以及各类专题规划数据。

大数据管理系统面向数据管理和数据服务提供CS和BS两个版本，主要是实现对地上地下、室内室外、虚实结合的时空数据的统一管理，实现对全市地理信息数据和各类其他数据的全空间一体化管理，主要功能包括导入导出、数据编辑处理、数据可视化、数据比对、元数据管理、安全设置等。

共享交换系统是打通测绘地理信息数据和其他各业务部门以及公共数据交换的通道，各部门单位的数据通过共享交换系统汇聚到时空大数据中心，同时对各类数据进行时空化，为各部门单位提供时空地理信息服务，发挥时空基础设施作用。截至目前，共汇聚了潍坊市49个部门的6000万条专题数据，逐步实现全市公共数据时空化，奠定了时空云平台应用服务的数据基础。

潍坊市时空大数据中心汇集了以上基础地理信息数据、公共专题数据、实时数据和远景规划数据4大类时空大数据，跨越10个年份，涵盖52个行业部门，共计54小类、218个图层、2亿条记录，数据总量超过100TB。同时，建立了基础地理信息数据实时更新机制，达到地名地址、地形图及主要地物巡查、汇总、上图的“月清季结旬更新”效果[9]。

2.2 支撑环境

支撑环境主要包括计算资源、存储资源、网络资源和安全体系。考虑到日益增长的软硬件需求和更好发挥基础设施作用，将时空大数据和时空信息云平台迁移到市云计算中心，融合并提供四维服务[10]，并采用基于F5的负载均衡高可用技术实现平台的连续稳定运行，支撑海量高并发用户不间断服务，提供故障情况下的自动切换与处理。

2.3 时空信息云平台

该部分充分利用已有的数字潍坊地理信息公共平台成果和时空大中心数据资源,开展时空信息云平台升级,以数据服务、功能服务、接口服务、基础设施服务和知识服务为核心，形成服务资源池，建立了服务引擎，通过云服务系统，为各种业务应用提供按需服务[11-12]。

时空信息云平台包括大数据、云汇聚、资源池、云应用、超引擎和云管控6个模块。大数据在BS端实现时空大数据中心数据的浏览和管理。云汇聚包括数据汇聚、服务汇聚、应用汇聚和知识汇聚，实现各类资源的统一管理。资源池主要是扩充各类服务资源和开发接口，满足云环境下的开发应用。云应用主要是基于服务资源和计算资源，为应用系统建设提供技术支持。超引擎主要指开发了服务引擎，包括服务发布、服务目录、服务管理、服务查询、服务申请和服务监测等功能。云管控可以实现云平台的运行维护(图2)。

图2 智慧潍坊时空信息云平台

为了满足各部门单位业务需求的大数据分析应用功能，平台提供了业务流引擎、知识化引擎和地名地址引擎。物流引擎是将业务流程中的工作，按照逻辑和规则以恰当的模型进行表示并对其实施计算，实现工作业务的自动化处理，可以帮助各部门单位快速搭建。基于业务的专题应用，具体包括业务规则库管理、运行服务管理、运行监控管理等功能。

2.4 智慧应用

潍坊市高度重视智慧潍坊时空大数据与云平台建设，把项目作为“智慧潍坊”建设的重要基础平台，专门成立了建设工作领导小组，负责项目建设、维护管理、推广应用等工作，市发改、经信等部门单位按职责分工，协同配合做好相关工作，合力推进项目建设。专门出台文件，将云平台确定为全市权威、唯一、通用的地理信息平台，要求各部门单位凡建设应用系统，涉及地理信息需求的，一律基于云平台建设，避免重复建设和资源浪费。

基于数据服务资源和平台建设成果，开展了智慧公安、智慧城管和智慧街道等典型示范和一系列大数据分析应用，在社会治理、城市管理、环境保护、土地节约集约利用等方面取得了良好的效果。

3 推广应用现状

目前，市级平台先后在城管、规划、社保、农业、教育、旅游等60多个部门120多个系统中得到广泛应用，市县共推广应用了270多个业务系统，项目入选国家《新型智慧城市发展报告2017》优秀案例，项目积累了一批基于智慧潍坊时空大数据与云平台搭建的智慧系统典型案例，真正做到大数据的大推广、大应用。

3.1 物联潍坊

物联潍坊项目结合智慧潍坊建设规划，以建立起有效感知、数据共享、智能处理、安全传输的物联网应用支撑体系为目标，通过在智慧泊车、车联网、智慧市政、智能抄表、智慧水务、智慧养老、智慧楼宇、智慧物流、智慧农业、智能制造等重点领域和行业组织实施物联网创新应用，构建起城市实时感知的“眼睛”和智慧调度运行的“大脑”，全面提升城市管理和公共服务的实时化、精细化、智能化水平(图3)。

图3 物联潍坊应用

3.2 智慧国土

基于云平台发布的基础地理信息服务，结合国土资源“批、供、用、补、查、登”业务开展实际，以全流程优化审批、全区域便民服务、全业务网上办理、全节点效能监管“四全”为方向，形成了面向自然资源的一体化业务受理、行政审批、综合监管和社会服务的“智慧国土”系统[13]。

3.3 大数据分析

将大数据中心中的地理数据、公共数据等进行关联分析，建立地理模型，进行深入挖掘分析，并实现可视化，应用于政府决策和宏观分析。例如，潍坊市降雨量的大数据分析，为党委政府抗旱防汛提供辅助决策；将公共自行车站点信息和借还车辆实时信息进行时空挖掘，方便公共出行，优化站点布局。共享自行车流向大数据分析效果如图4所示。

图4 共享自行车流向大数据分析

4 创新点

(1)构建了智慧潍坊时空大数据，创新时空大数据的实时更新和共享管理机制。提出了全空间信息模型，研制了实时感知流数据和知识挖掘引擎，构建了集基础地理、公共专题、智能感知和空间规划数据于一体的智慧潍坊时空大数据，形成了静动态、二三维、室内外、地上下、市县区一体化的潍坊全时空，开发了具备大数据分析能力的分布式、非关系型时空大数据系统；建立了“月清季结旬更新”的基础地理信息实时更新机制和依托信息资源共享交换平台的大数据共享交换体系，为智慧潍坊建设提供时空数据支撑和时空基础设施[14]。

(2)搭建了时空信息云平台，创新多模式平台建设服务体系。研制开发了时空信息云平台，实现了统一服务认证、管理和服务，包括通用平台、个性化平台，空间规划、生态环境监测专业平台，以及移动版“潍地图”，形成了多模式平台建设服务体系，全面保障云平台长效稳定运行和服务。

其中，面向专业用户，扩充空间规划数据、地理国情普查数据，以及专业化功能和业务流程，提供空间规划专业平台和生态环境监测平台。面向个性用户，通过用户自主选择或流程的组装向导，搭建了个性平台，实现了数据和功能的智能封装、自动部署和按需服务。面向公众用户，扩充丰富智慧潍坊时空大数据中可公开数据资源，全面升级“天地图·潍坊”，开发“潍地图”移动APP，实现了“软件即服务”[15]。

(3)进行时空信息的大数据知识挖掘分析，用于时空知识服务。基于智慧潍坊时空大数据，采用多因子关联分析、时空分析等多种空间分析挖掘方法，形成智慧潍坊时空大数据的4大类15种知识结果，并将时空知识结果发布为时空知识服务，政府部门决策由原来的经验决策提升为知识决策[16]。

5 总结与展望

2017年11月3日，试点项目作为全国第一个地级市顺利通过原国家测绘地理信息局验收，验收专家一致认为，项目整体达到了国际先进水平，为智慧城市时空大数据与云平台建设提供了可复制、可推广、可落地经验。随着自然资源部门的成立，结合自然资源地理空间信息库建设，加快云平台建设成果在自然资源、多规合一领域的共享开放和开发利用，提高自然资源管理的精准化、智能化和信息化水平[11-18]。同时，继续在智慧城市建设中提供持续稳定的时空基准服务，深入广泛发挥大数据分析决策作用，助力城市各领域智慧化应用[19-20]。