关于城市地质产品共享服务的思考

李凯　李潇　李勇　郭亚杉　于喆　许飞青

关键词：城市地质;地质信息化;地质大数据;共享服务

随着城市化步伐的不断加快，城市可持续发展与土地资源、地下空间、地下水资源、能源、地质灾害、土壤地质环境等城市地质问题的冲突愈发明显。党的十八大、十九大强调大力推进生态文明建设，将城市地质工作推到了突出的位置，新时代的城市地质工作要为城市规划、建设、运行、管理全过程提供安全保障。城市地质研究是基于现代地质学的多学科、多专业协作研究（郑桂森等，2018;王慧军等，2019）。早期的城市地质成果以报告、图件等纸质化产品为主，随着物联网、大数据、云计算的蓬勃发展和国内外智慧城市建设的热潮，地质产品逐步演变为空间数据、属性数据、数字化报告与图件等具有大数据特征的多源异构数据产品，赋予了城市地质工作的数字化活力。基于大数据为主导的科学研究第四范式在地学研究中的应用，将在地学发展中发挥重要作用（赵鹏大，2019;Gray et al.，2007;何文娜，2013;陈建平等，2015;谭永杰等，2017;吴冲龙等，2019）。城市地质产品共享服务在生态文明建设中要肩负重大历史使命，迎来全新发展机遇。面对城市可持续发展所带来的诸多复杂问题，发挥地质工作先行先决作用需充分挖掘地質大数据的潜力，为各类不同的用户（需求）提供“智慧”的城市地质成果产品服务（屈红刚等，2013;王翔等，2015;李潇等，2019），这无疑对地质产品共享服务提出了全方位的要求。

城市地质产品共享服务作为构建良好地质大数据“生态”的基础，是以地质信息化技术为支撑，将地质资料（成果）汇聚管理、二次开发利用，向社会输出共享产品，并推动地质学发展的必要手段。通过对地质产品分类，以云平台作为货架，分布式数据库作为仓储，将产品定期置入货架的方式，为解决传统地质资料共享服务低效率、高成本的问题提供了解决途径（王文等，2006;姜作勤等，2007;颜世强等，2015;张明超等，2016;臧小鹏等，2018;赵林林等，2019;任晓霞等，2019;张会琼等，2021）。但是，地质资料成果利用程度低、用户目标人群不清晰的问题仍然存在。因此，本文在系统总结和分析了城市地质产品发展与城市地质产品共享服务的关系的基础上，探讨了城市地质产品共享服务发展的几点关键要素，结合北京市城市地质产品共享服务的实践，指出基于北京政务云的城市地质产品共享服务发展方向，以期更好地为新形势下城市发展提供服务，为数字经济城市建设提供数据基底。

1城市地质产品共享服务的基本构成

1.1城市地质产品

产品是指人们在实现需求的过程中，与实现需求相关的全部感知事物及意象的集合（闵昱，2018）。城市地质产品是将长期的地质工作形成的大量成果资料按需求汇集、梳理、挖掘，转化成满足需求、可供使用的产品。具体地讲，是在城市地质工作中通过各种专业手段或技术方法（调查、监测、实验、测试、分析、计算、评价、整合、集成、综合研究、设计、加工等）所取得的能满足用户某种需求的专著、论文、报告、图件、数据、软件、设备、标准、技术方法、多媒体等。它可以包括：满足政府地质灾害监测预警预报服务的产品、满足社会公众的科普产品、满足专业人员科学研究需要的可研产品。

3S技术和物联网等信息技术在地质业务领域中的应用，能采集到具有多元性、时空性、相关性、随机性、模糊性和非线性等特征的地质大数据（何文娜，2013;黄少芳等，2016），为地质产品的生产提供了数据基础，使得地质产品覆盖范围更广、数据量更庞大、应用价值更高。大数据、云计算、多源异构数据存储等技术则可对采集及积累的海量异构地质数据实现快速、高效的整合、集成、存储和处理（韩征等，2017;付博等，2020），为地质产品的生产提供了技术支撑。面向政府相关部门的地质资源环境监测预警类产品，是以地面沉降、突发地质灾害、城市隐伏活动断裂、地下水资源等为主要监测对象，通过埋设GPS、雨量计、位移计、含水率仪等物联传感设备，对各类监测数据进行采集，包括不同格式的矢量和栅格图件以及视频数据等，然后经过移动通信、卫星网络或光纤传输，通过统一接口接入信息平台并分析处理，经过专业加工和知识发现，最后输出为监测预警产品。

地质信息化建设经过近20年的飞速发展，形成的数据库已涵盖基础地质调查、矿产地质勘查、地质灾害调查、地热资源勘查、地下水资源与环境调查、工程地质勘察等领域，可面向不同需求的对象建立基础地质产品库、动态监测产品库、监测预警产品库、地学科普产品库等，为城市的集约、智能、绿色、低碳发展提供更为有效便捷的支撑服务。

1.2地学共享服务

国内外都高度重视地学领域信息共享与服务，将高性能计算、新一代通信技术、物联网、人工智能、区块链等技术运用到信息资源建设和共享服务平台搭建中，激发地质产品共享服务的巨大潜力，使得原本笨拙的地质报告和成果共享变得简单快捷便利高效，能有效地为政府、专业人员以及社会公众提供获取信息的途径。全球地质调查组织基于GeoSciML构建了分布式数据系统OneGeology，超过100个国家的学者使用其作为数据获取和共享的平台（Stepien et al.，2013）;英国地质调查局与ESRI合作，基于ArcGIS技术推出了开放式地学信息服务OpenGeoscience;中国地质调查局的“地质云”采用Hadoop、HDFS、HBase等技术，将下属各单位作为分布式节点，各分节点间的互联互通，实现数据共享。2008年，中本聪（Nakamoto，2009）提出区块链，其特点是去中心化、开放性、不可篡改、可追溯、匿名，作为一种去中心化的数据库技术，广泛应用于金融、医疗、保险等行业。传统的地质行业主要是中心化管理，地质产品共享服务将地学信息整合成为一个超大型共享数据库，深时数字地球（Deep-time Digital Earth，DDE）的开启标志着地学应用新时代的诞生，各国、各界乃至个人构成地质区块链，实现高效可信流通、共享和交换的目标（周永章等，2020;姚昕等，2019）。可以说依托于信息化工作的发展，城市地质产品的共享服务水平得到了质的提升，有效的信息共享放大数据的价值，更好地实现各专业、各行业的信息资源整合利用，从而发挥“智慧服务”的作用。

2城市地质产品共享服务的关键要素

以产品用户为导向、以产品服务者为纽带、以产品服务内容为基础、以产品服务策略为保障，对产品服务活动的组成要素及这些要素之间的相互关系的描述，就可以构成一种模式（陈建龙，2003）。在城市地质产品共享服务过程中，以产品用户的需求为导向，通过知识发现过程将现有数据资源转化为可用产品，完成产品发布、共享服务的同时，使城市地质产品生产者与使用者互为输入，同时，在服务中，知识再发现，产生大量数据，构成“数据-服务-数据”链的闭环。综合运用大数据、区块链、云计算等信息技术，建设地质产品共享服务系统，建立以数字化、网络化为主要特征的地质产品共享服务，形成以“服务养服务”的北京市城市地质产品共享服务模式。总体来说，关键要素有以下4个方面。

2.1精准的产品需求定位

地质产品共享服务模式是需求驱动的产品服务模式。精准解读新时代城市建设发展对地质工作的需求，聚焦城市规划、建设、运行、管理的重大问题，以科技创新为引领，挖掘“空间、资源、环境、灾害”多方面需求，建立开放共享、动态更新、一站式、交互式的地质产品服务。中国是地质灾害频发的国家，以物联网、大数据技术为支撑，从海量地质灾害数据中充分挖掘数据的潜在信息价值。大量科学有效的防灾减灾产品服务应运而生，有效预警地质灾害发生，进一步推进地质灾害防治领域地质产品服务的研究与应用。产业发展与应用需求驱动地质产品共享服务发展，供需精准的地质产品支撑服务，能够让政府管理者在决策、管理和政策制定时，指导科学决策和管理;让公众在社会生活中，能够更便利的获取地质科学普及产品服务，提高地质认识和灾害防范意识，了解规避地质灾害风险的基本知识。

2.2开放的共享理念与机制

共享使陈旧的封闭思想转变，地质成果只有变为地质产品，并共享出去得到使用，才能真正地发挥其价值。地质产品共享服务是聚焦国家战略目标和社会发展需要，深度挖掘产品服务需求，加强地质资料服务政策、标准、体制、机制研究，鼓励企业、个人和其他社会组织共同开展地质资料产品开发与服务。同时，需要提供一个开放共享的环境，促进不同行业人员之间的交流互动，由“单一需求”到“万众需求”，由“要我服务”向“我要服务”转变，形成全社会共同参与，既分工合作，又遵循市场调节的服务新格局，为新型地质信息化产品服务的建立提供需求支撑（谭永杰，2016）。

现阶段，城市地质产品共享服务模式是在依法加强安全保障和隐私保护的前提下，根据地质产品的敏感性分类，为用户提供普遍共享和授权共享两种方式的地质产品，并提供查询、下载、调用等服务;向政府部门、企业、科研机构提供数据交易、数据加工、数据分析及能力调用等数据开发支撑服务，开展专题服务、知识发现和学科服务，满足不同科技人员的需求，在提供共享服务和满足需求的过程中，逐步完善地质产品共享库，形成良性循环（图1），逐步提高共享服务水平。

2.3统一的标准化体系

信息化给地质产品的发展带来了机遇，也带来了挑战。一方面，地质信息化建设使地质产品多样化。另一方面，不同单位和不同时间开发的地质数据库、软件和平台通常集成和融合使用，导致了地质产品服务的疑难杂症。中国地调局先后发布了地质大数据平台“地质云1.0”和“地质云2.0”，構建了12类数据库及八大类地质信息产品体系（王少勇等，2018）;北京市地质矿产勘查院正在建设的北京地质安全监测信息系统，包括突发地质灾害、地下水、土地质量生态地球化学、矿山地质环境、地面沉降、重大线性工程地质安全、浅层地热能利用、地热资源、平原区活动断裂、地下空间、地裂缝等11个监测信息系统和相应地质产品库。但是，不难发现，不同部门提供的地质产品服务仍存在数据标准不一致，融合使用较为困难。因此，地质信息化标准体系建设在智慧地质产品共享服务中起着重要的作用。全国信息技术标准化技术委员会已拟定《信息技术质量评价指标》和《信息技术通用数据导入接口规范》，围绕这两项国家标准大纲形成基础标准、信息交换标准、存储管理标准、信息接口服务标准等技术标准体系。2021年，GB/T 39972-2021《国土空间规范“一张图”实施监督信息系统技术规范》正式发布，标定系统实施4个层次，2大体系，有力支撑国土空间规划“一张图”实施。统一的标准是地质产品共享服务的基础，地质产品共享服务要做到由档案式成果向服务型产品转变，最大限度地符合或满足政府、专业人员、社会大众的需求，需要建立统一标准的开发方法与流程。

2.4强大的资源整合能力

高效的资源汇聚整合能力为共享服务持续注入活力，其前提是打破行业数据孤岛的壁垒，保证数据资源可动态扩展。信息化时代，数据的壁垒问题是城市地质产品共享服务、智慧城市建设中长期存在的问题。数据壁垒不仅仅存在各个行业之间，即使在工作体单位内部不同部门之间、不同个人之间也存在着不同程度的壁垒。如何打破壁垒，保障数据的动态扩展性，提升资源整合能力，是共享服务亟待解决的问题。同时，强大的资源整合能力必然要以开放的共享理念、健全的机制及统一的标准化体系为前提。因此，自2015年8月国务院发布《国务院关于印发促进大数据发展行动纲要的通知》（国发〔2015〕50号）起，国家逐步出台了《政务信息资源共享管理暂行办法》（国发〔2016〕51号）、《关于推进公共信息资源开放的若干意见》《国务院关于印发政府网站发展指引的通知》（国办发〔2017〕47号）、《国家发展和改革委员会印发“十三五”国家政务信息化工程建设规划的通知》（发改高技〔2017〕1449号）、《公共信息资源开放试点工作方案》等政策文件，稳步推进政府资源共享、公共信息资源共享开放。按照“共建、共用、互联、共享”原则，建立统一共享开放平台和分布式节点，整合管理各级各类数据信息。在万物互联时代，通过构建分布式节点的共识机制，利用共识算法进行可信环境下分布式节点间的资源共享，保障分布式系统的一致性，进而形成强有力的资源整合能力。

3北京城市地质产品共享服务的实践与探索

3.1立足于地学科普产品的实践

e地质公共服务系统（张诗檬等，2020），初步为社会公众提供包括地质公园、地质遗迹、地质旅游应用、地质灾害、宝石鉴赏、在线博物馆和城市地质等七大类“互联网+地质”产品共享服务。e地质应用系统采用便捷、集约、安全稳定的云服务，提供按需、快速的地质产品服务，是一次成功的地质产品共享服务实践。e地质的问世成为地质旅游发展的又一块试金石，贴近民生需求的城市地质产品服务取得公众的青睐，迈出了促进城市地质产品共享服务的至关重要的一步。随着“大数据大平台”建设，e地质接入北京政务服务平台——“北京通”的北京地质模块，地质科普产品共享服务进入北京市资源目录连，拓宽了共享途径，从而更好地为社会公众提供地学科普产品。截至2021年12月，“北京地质”（e地质）系统在北京通APP中已稳定运行了18个月，年度总访问量达到12.62万人次，月均访问量为1.05万次，其中访问量最大的模块分别为“地质博物馆”和“地质公园”模块。通过对引流的用户行为分析，城市地质产品社会化服务输出方向将逐渐明晰，公众需求进一步被挖掘，产品输出品质也能进一步得到提升，通过共享再次作用于用户行为，形成良性闭环。

3.2立足于专业预警产品的应用

北京市突发地质灾害监测预警系统部署于北京市政务云上（李潇等，2021），通过物联传感监测设备的布设和新一代移动通信技术的应用，搭建了实时共享服务信息系统，提供监测数据分析报告、预警图件实时生成、预警信息生产发布等应用模块，在业务逻辑上基本覆盖了突发地质灾害调查、监测、分析、预警、应急管理工作的全流程，面向不同用户按需提供差异化系统应用服务。该系统为市规划和自然资源委及市委市政府相关部门提供突发地质灾害监测预警专业产品服务，是地质专业预警产品实时生产和在线服务的成功实践。尤其是由北京市规划和自然资源委与北京市气象局联合发布的北京市地质灾害气象风险预警产品，突出了现阶段由共享服务带动多学科交叉、多部门联动的城市地质产品应用，可为北京突发地质灾害监测预警工作提供可靠技术支撑。2021年北京市山区降水量达到933 mm（数据来源北京市突发地质灾害监测预警系统），远高于2016-2020年多年平均降雨量581.6 mm，为极丰水年，汛期突发地质灾害发生概率大大增加，北京市突发地质灾害监测预警系统为怀柔、延庆、门头沟、平谷等多个规划和自然资源分局实时共享辖区突发地质灾害隐患点各项指标监测数据，全年累计接收监测数据230余万条，专业技术人员依托系统数据，为相关部门报送监测信息简报11期。

京津冀交通网络协同发展地质安全监测预警系统（张新伟等，2021），成功预警房山区一处崩塌险情，系统监测到崩塌体累计位移持续增长，触发阈值报警，结合现场研判，启动灾害预警，及时向市规划和自然资源委及房山分局、市交通委房山公路分局通报监测数据及现场情况，采取相应道路管控措施，避免了人员伤亡和财产损失。

除此以外，北京市地质矿产勘查院重点建设的北京市浅层地热能动态监测网（北京市地热研究院，2020）、北京市土壤地质环境监测网（北京市勘察技术院，2018）、北京市地下水环境监测网（北京市水文地质工程地质大队，2020）等城市地质安全信息监测网，已实现专业人员之间的监测数据共享，促进专业人员的技术交流和水平提升。例如，北京市突发地质灾害监测预警系统向专业技术人员提供基础数据产品，如实时雨量统计数据、土壤含水率、地表水位、地下水位、孔隙水压力、GPS及其他地应力参数等，以供其对于滑坡、崩塌、泥石流等突发地质灾害展开研究，促进北京突发地质灾害监测预警水平的提升。由此可见，产品共享配合按需服务，城市地质产品的产出品质和共享服务都将进一步发展。

4结论与建议

1）城市地质产品共享服务需以信息化为支撑，需求为导向，开放共享机制、统一规约与资源整合能力为保障。

2）以北京城市地质产品共享服务为例，利用大数据的思维挖掘需求，以北京政务云作为支撑，通过共享交互进一步提升城市地质产品广度，深度挖掘潜在需求，扩大整个城市地质产品共享服务的维度，符合创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。城市地质产品共享服务的对象覆盖规划与自然资源、应急管理、市政服务、环境保護等行业领域。面向需求，充分发挥共享潜力的城市地质产品服务，在实践中具有重要意义。

3）北京市地质产品共享服务的实践仍处于初级阶段，但广阔的前景已现端倪，在大数据、大平台的大环境下，着力发展地质产品共享服务，是合理规划城市建设、科学管理城市秩序、从容应对地质环境问题、有效保障资源供给、满足百姓知识需求的优质地学保障。