智慧时空信息云平台构建下的天水时空志建设与研究

王筱君

摘要：以智慧天水時空信息云平台建设为依托，天水时空志建设是以《天水市志》为基础，通过收集天水市城市历史、发展现状、规划等与城市发展、文化传承、自然资源保护等相关的多源时空数据，利用三维仿真、地理信息、多媒体融合等技术，按照“适度物理集中、共建共享”的原则构建天水市多源时空数据库，实现从城市发展、历史文化、特色产业等多方面对城市发展过程的多维动态信息展示。通过开发天水时空志展示系统，实现城市发展信息、历史文化信息、产业发展信息的交互式展示和应用，达到宣传城市发展、提升城市形象的目的。

关键词：智慧城市  云平台  时空志  框架设计

中图分类号：P208   文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Construction and Research of Tianshui Spatiotemporal Chronicles under the Construction of Intelligent Spatiotemporal Information Cloud Platform

WANG Xiaojun

（Gansu Industrial Vocational and Technical College Tianshui， Gansu Province， 741025 China）

Abstract： Relying on the construction of intelligent Tianshui spatiotemporal information cloud platform， the construction of Tianshui spatiotemporal chronicles is based on Tianshui City chronicles， by collecting multi-source spatiotemporal data related to urban development， cultural inheritance and natural resource protection， such as urban history， development status and planning， and using technologies such as three-dimensional simulation， geographic information and multimedia integration， according to the principle of "moderate physical concentration， co construction and sharing"， build a multi-source spatio-temporal database of Tianshui city to realize the multi-dimensional dynamic information display of the urban development process from the aspects of urban development， history and culture， characteristic industries and so on. Through the development of Tianshui space-time chronicle display system， the interactive display and application of urban development information， historical and cultural information and industrial development information can be realized， so as to publicize urban development and enhance urban image.

Key Words： Smart city; Cloud platform; Spatio-temporal chronicle; Framework design

智慧城市的建设是运用新一代信息技术，通过对信息资源的整合与利用，实现基础设施智能化、公共服务便捷化、生活环境宜居化、城市管理精细化。地理信息作为整合各类信息资源的空间框架，是实现信息资源整合共享与开发利用的基础[1]。

天水时空志，是结合《天水市志》，将收集到的天水市地图数据，按照年代与专题进行分类，从地理空间角度组织历史地图数据，实现浏览和查询不同时间、不同专题的历史地图数据，并可以获得介绍原始资料和相关信息的多媒体数据信息，为更好地展示天水历史文化提供交流平台。同时，结合天水市的城市发展、特色产业等情况，通过数据融合、交互式展示等手段，形成一个天水市宣传和展示的平台。

1 建设内容与总体设计

天水时空志的建设内容包括：（1）构建天水城市时空数据库，包括城市规划发展专题库、历史文化专题库、特色产业专题库、精准扶贫专题库[2]。（2）开发天水时空志展示系统，实现城市发展信息、历史文化信息、产业发展信息、精准扶贫信息的交互式展示和应用。

天水时空志系统的总体架构可分为支撑层、数据层、服务层、应用层和用户层这5个层次。如图1所示。

（1）支撑层是指系统运行的软硬件、网络和安全实施环境，该系统主要利用天水市电子政务云平台提供的硬件、网络和安全设施，利用智慧天水时空信息云平台提供的软件环境构建。

（2）数据层是信息管理系统的基础[3]，主要包括城市基础信息库、历史文化库、特色产业库、精准扶贫库中整合而成的数据集。这些专题数据集是天水时空信息大数据中心的子库。

（3）服务层用于提供各类服务接口，不仅包括天水时空志系统提供的数据服务和功能服务接口，同时也聚合了智慧天水时空信息云平台的数据服务，通过智慧天水时空信息云平台提供数据服务。

（4）应用层是提供面向用户的应用服务系统，包括城市发展志、历史文化志、特色产业志、精准扶贫志。

（5）用户层是指系统的服务对象，该系统主要面向政务用户。

技术框架采用先进的技术与产品，降低开发过程中的风险风险，基于面向服务的SOA架构，子系统之间实现单点登录及统一权限管理。数据库采用MySQL主流数据库，三维软件平台采用Gaea Explorer平台[4]。系统采用C/S模式开发，服务器端操作系统采用Windows Server 2008及以上版本。技术架构图如图2所示。

1.4  天水时空志系统模块设计

天水时空志主要从城市发展、历史文化、特色产业、精准扶贫等四个方面全面介绍天水文化，如图3所示。

2  关键技术

2.1  三维虚拟仿真

虚拟仿真，也被称为3D虚拟仿真，是一种通过模拟现实世界并以数字化的形式把现实世界重现到计算机展现的可视化技术[5]。软件可以通过外设接口连接头盔、耳机、手套、着装等传感器设备，给用户提供一种身临其境的场景去直接观看、感受、探索、操作模拟的对象。三维虚拟仿真系统具有交互的沉浸性、操作的交互性、思维的联想性等特点。

2.2  影像金字塔

影像金字塔技术是为了解决栅格地图在网络或软件平台中加载显示的流畅性和分析的高效性而产生的技术[6]。由于原始地理空间数据具有存储海量性的特征，数据量大，因此通过金字塔技术使得影像在不同的比例尺尺度下显示不同的分辨率，即在小比例尺下显示粗粒度的宏观影像，而在大比例尺下显示较为精细的局部影像。目前，常用影像金字塔生成方式主要有双线性插值法、最邻近分配法和三次卷积插值法。这三种方法的本质是对影像进行重采样，改变不同尺度对应的像元大小，其中最邻近分配法速度最快，三次卷积插值法效果最好。

2.3  面向服务架构的SOA技术

SOA是一种软件平台开发技术，也是一种功能模块组合松散、业务交互耦合的软件架构。SOA技术具有良好的数据、功能与业务共享特征。比如：地理信息共享服务平台，可高效地共享地理数据、地图、功能等，可帮助政府、企业和个人开发者在无需了解原架构底层逻辑的基础上，基于SOA架构开放的API接口，快速调用共享数据并搭建符合自己业务需求的软件系统。

2.4  组件化、构件化开发技术

组件化开发技术是一种基于模板开发软件平台的设计思路，彻底地解决了传统软件开发设计中因闭门造车而存在的代码重复性高、开发周期性长、程序迁移性差等问题。组件化、构件化设计理念是为了让使用者无需关注软件底层的功能性的代码实现，无需“重新发明车轮”，开发者只需关注程序的业务和逻辑关系，基于第三方组件拖拽、接口调用的“拿来主义”思想快速搭建开发软件平台。常见的地理信息组件化开发平台有ArcGIS Engine、SupMap iObject、MapGIS Object等。

2.5规范标准的系统开发方法

基于规范标准的系统开发方法，一般采用面向对象的统一建模语言UML，以类图、对象图、接口图、活动图、序列图、矩形、椭圆、文字、箭头等图示描述系统的功能架构与连接关系，有机表达目标系统各个组成部分，充分描述出对系统需求、设计、开发的思路。此外，基于规范标准的系统开发本质上是采用软件工程设计与开发中“软件工程生命周期”思想，从系统的需求分析、可行性分析、关键技术选型、软件研发、软件测试、软件部署多个维度描述系统研发的全生命周期，监控系统研发的进度和质量。系统开发的过程不仅在流程上遵循UML建模规范标准，还在数据库设计、数据存储、代码编写、软件测试等环节遵循行业或企业规范标准，这样整个软件设计与開发流程中采用了工业化的标准规范，让开发的软件平台安全性好、稳定性强、执行效率高、可扩展性强。

2.6  企业服务总线

考虑到本项目业务的复杂性和应用特殊性，采用企业服务总线方式部署平台，企业总线技术是一种在物理或逻辑上分开部署系统，在运维上统一管理系统的技术。企业服务总线是一种服务器去中心化技术，在其中一个或若干个网络断连情况下仍能保证平台的稳定运行和信息的安全传输，这样保证了整个平台部署的高效性、运维的便捷性和系统的安全性。

3 建设成果

3.1  城市发展志

通过三维动态仿真结合多媒体的模式，依次将天水市的地理位置、区划沿革、交通枢纽、特色旅游、人口变化等信息进行总体的介绍，如图4所示。城市概况介绍即可交互操作，也可以自动播放。

根据时间轴在地表上展现天水市7 800年前至今的行政区划和现今的行政区划的对比和变化，加上多媒体音频播报和字幕显示，形象生动的体现了天水市的区划沿革信息。

通过三维矢量要素顯示和高亮结合多媒体音频文件来展现天水市人口分布特点等信息。

围绕陇东南交通枢纽主题，通过三维仿真及多媒体互动展示的方式，将天水市铁路网发展过程进行动态展示。以电子地图、影像和多媒体音频相结合的方式，将天水市区内的景区位置、景点分布等信息进行动态展示。

3.2  历史文化志建设

通过收集天水区域历史古地图，通过三维仿真方式，构建天水市历史文化发展概略图，实现各类文化信息的动态展示和宣传，如图5所示。以短视频的形式简单概述伏羲文化，加载伏羲庙的精细化仿真场景功能，通过打开本地场景的仿真域文件，解析实例化，生成仿真实体，构建精细化仿真场景并可视化。以短视频的形式简单概述大地湾、先秦、石窟和三国古文化。以电子地图、影像、地形结合模型的形式在地表上形象地再现古遗址;再以飞行浏览的形式自动浏览古遗址。

3.3  特色产业志建设

特色产业志是以天水市产业发展规划和产业现状数据为基础，将天水市特色产业的规划、分布等信息上图，利用二三维结合的技术手段，动态展示天水市特色产业的规划、产业发展、产业成果等信息，达到对天水各项产业的宣传和推广作用。以果品数据为例，在三维地表上生成果品分布图;并对果品数据的种植面积、产量进行统计，生成果品种植面积统计图和果品产量统计图。同时可以点击地表上的矢量要素对果品分布图进行查询。

3.4  精准扶贫志建设

以2018年贫困村数据和扶贫项目资金计划数据为基础，在三维地表上生成天水市贫困村分布图和扶贫项目资金分布图;并对各个区县贫困村数据和扶贫项目资金进行统计，生成贫困村数量统计图和扶贫项目资金统计图。同时可以点击地表上的矢量要素对贫困村分布图和资金分布图进行查询。

4  项目建设特色

4.1  基于自主知识产权的三维平台

目前，主流的三维开发平台主要有ArcGIS 、ArcGlobal、Skyline等国际产品。如果采用这些三维平台搭建天水时空志，短期来看简单快捷，但是从长远发展来看，这种建设模式无论是在技术上还是在投资上都将受制于人。因此，项目组立足自身，开发了拥有自主知识产权的Gaea Explorer三维平台软件体系，并根据需求不断对Gaea Explorer平台进行改进，既节约了成本，又便于平台升级，牢牢掌握了系统建设的主动权。

4.2  二维与三维一体化的GIS技术

二三维一体化的GIS技术，可实现二维信息在三维场景中的可视化、二维分析功能在三维场景中的操作和丰富的三维分析功能。突破了只能看一看的应用瓶颈，使系统平台的应用更加深入。

4.3  三维仿真与多媒体结合的市情风貌介绍

天水时空志提供了三维动态仿真结合多媒体的模式来向公众展示天水的市情风貌。传统的地理信息数据在展现方式上比较专业，不容易为大众所接受。在天水时空志的建设过程中，项目组收集了大量天水市情概况的图片、视频，同时通过三维仿真将天水市的重要景点以及文化进行仿真还原，辅以音频、视频以及图文介绍，以一种全新的模式来展示天水的历史、人文、风景等情况，为公众了解天水概况提供了一个直观的信息窗口。

5  结语

天水时空志系统，作为智慧天水时空信息云平台的示范应用之一，丰富了智慧天水时空信息云平台服务于公众用户的途径;实现了天水市市情概况、人文历史、风景特色等的信息展示，以三维仿真结合音频、视频、图文的多媒体方式来直观地介绍天水的各种文化，为天水市的宣传发展提供了一个直观的信息窗口，极大地提高了公众对天水的了解度和兴趣度。

参考文献

[1] 张芳芳，沈少青，陈学业，等.智慧城市规划云平台的设计与实现[J].测绘通报，2019（1）：123-126.

[2] 王利军，杨军义，韩立钦.数字定西地理信息公共服务平台设计与实现[J].矿山测量，2019，47（1）：49-52，56.

[3] 覃禹.智慧管廊云平台中人工智能及大数据模块的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2021.

[4] 徐瑛楠，孙景睿.基于微服务架构的智慧云平台任务分配研究[J].计算机仿真，2021，38（10）：482-486.

[5] 徐鑫鑫.智慧社区云平台的设计与实现[D].曲阜：曲阜师范大学，2021.

[6] 王剑锋，高升，张旭，等.基于微应用的多租户智慧云存储平台架构方法[J].科学技术与工程，2018，18（25）：78-83.