哈爾濱城市空間信息系統建設總體架構

● 文| 孔繁宇鮑珊珊葛寶玉侯玉瑩

1. 哈爾濱市信息化建設項目管理中心2.哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司

哈爾濱城市空間信息系統建設總體架構

● 文| 孔繁宇1鮑珊珊2葛寶玉2侯玉瑩2

1. 哈爾濱市信息化建設項目管理中心2.哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司

簡要介紹了哈爾濱城市空間信息系統建設對于哈爾濱智慧城市建設的作用，闡述了哈爾濱城市空間信息系統的建設方案，通過研究用戶業務需求、數據需求、功能需求及網絡需求對系統進行設計，搭建了城市空間信息云平臺，并在云平臺基礎上開發城市空間信息管理系統及行業應用支撐系統，實現了對城市空間信息的智能化管理。

哈爾濱城市空間信息系統 云平臺 管理系統 行業應用支撐系統

一、概述

城市空間信息是反映城市中發揮城市功能的各類現存設施[1]的空間分布特征的信息。空間分布特征包括設施的位置信息、物理屬性和管理屬性等。因此，城市空間信息是智慧城市基礎建設的重要組成部分，是城市發展水平和文明程度的重要支撐，是城市正常運行的物質基礎，也是城市經濟和社會和諧發展的物質條件。城市空間信息對于改善人居環境、加強城市網格化管理[2]、提高城市運行效率、穩步推進智慧城市建設、確保全面建成小康社會具有重要作用。

哈爾濱城市空間信息系統的建設旨在通過先進的技術手段，全面準確掌握哈爾濱城市空間信息；建立全市技術標準統一、數據全面完整、更新及時準確、智能程度較高的城市空間信息系統，為全市跨部門政務信息共享和業務協同發展提供數據支撐，夯實智慧交通、智慧照明等數據分析基礎，為城市規劃管理信息化、基礎設施智能化、公共服務便捷化、產業發展現代化以及社會治理精細化[3]創造有利條件，有力推動哈爾濱“智慧城市”建設步伐。

本文介紹了哈爾濱城市空間信息系統設計的總體方案，本方案在整合基礎地理信息、地上空間信息、地下管網信息、地下空間信息數據的基礎上搭建了城市空間信息云平臺，構建城市空間信息管理系統和行業應用支撐系統，支持一系列查詢、統計、分析及二三維、地上地下一體化展示等操作，滿足政府、各行業職能管理部門、企事業單位及市民公眾四大類用戶的不同需求。

二、哈爾濱城市空間信息系統設計需求

哈爾濱城市空間信息系統在設計過程中對四大類用戶進行科學分析，對各類用戶進行需求調研，并且根據國家政府網絡建設要求，結合哈爾濱現有網絡環境，總結了用戶的業務需求、數據需求、功能需求和網絡需求，具體歸納見表1。

表1 空間信息用戶需求調研表

三、哈爾濱城市空間信息系統總體設計方案

1.總體架構

依據建設任務，哈爾濱城市空間信息系統建設項目的總體架構分為應用層和平臺層兩部分，其中平臺層又分為虛擬化層、數據支撐層和服務層。總體架構參見圖1所示。

虛擬化層采用航天恒星自主研發的AcloudAge OS XS體系架構，整合現有政府硬件環境，包括臺式機和存儲磁盤陣列形成可統一管理分配的計算資源池和存儲資源池，系統用戶可通過虛擬化資源配置分配相應資源，用戶通過“云終端”按需獲取動態資源及虛擬計算資源。

數據支撐層包括了哈爾濱城市空間信息普查的所有數據及相應的數據庫。數據層管理的數據主要包括：空間信息、動態信息和公共信息。項目建設初期，在城市空間信息云平臺上主要設計實現空間信息數據庫，包括：基礎地形測繪建設生成的地理信息數據、城市空間信息普查建設生成的城市空間信息、地下管網普查生成的地下管網數據等。后續平臺還將接入動態信息數據庫、公共信息數據庫，最終，3個數據庫共同構成數據支撐層。

服務層主要包括平臺引擎、公共服務組件、業務組件和數據管理相關組件等。通過數據共享與交換技術，為應用層提供城市空間信息的展示、交換、檢索及擴展開發等服務，并具備大數據存儲、大數據挖掘、大數據處理等功能。

應用層提供了空間信息管理系統和行業應用支撐系統。空間信息管理系統主要負責對城市空間信息數據進行直觀展示及基礎數據管理等工作，為用戶提供定位、查詢、統計、分析及地上地下一體化展示、二三維聯動展示等應用服務；行業應用支撐系統主要是基于城市空間信息云平臺為各行業職能管理部門提供擴展開發接口和快捷組裝工具，可以接入已有的基礎地理信息系統和地下管網信息系統，還可以通過二次開發建設如安監應用信息系統、照明應用信息系統及人防應用信息系統等具有典型行業特色的專題類應用系統。

圖1 哈爾濱城市空間信息系統總體架構

2.系統組成

哈爾濱城市空間信息系統包括“一個平臺”和“兩類應用”：“一個平臺”指城市空間信息云平臺，“兩類應用”指空間信息管理系統和行業應用支撐系統。

（1）城市空間信息云平臺

哈爾濱城市空間信息云平臺為系統提供了多種數據庫類型，構建了哈爾濱市基礎地理信息數據庫、地下管網信息數據庫、地下人防工程數據庫和地上空間信息數據庫，并具備對其他城市管理相關的基礎管理數據及動態監管數據進行接入及集成的能力。其中，數據類型涵蓋了元數據、基本要素數據、數字高程模型數據、多尺度（1 ： 500～1 ： 2000、1 ： 2 000～1 ： 5000、1 ： 5000～1 ： 10000等）影像數據、圖片數據、文本屬性數據、三維模型數據等多種類型的數據。

通過采用一系列算法對上述數據進行快速高效的抽取、轉換和裝載，并基于云計算[4]并行處理算法對系統進行分析和設計，以便從大量的空間信息數據[5]中挖掘出存在一定聯系的專題類信息，為用戶提供輔助決策、專題分析等應用支撐。

由于城市空間信息數據是巨量的、多樣性的、快速性的[6]，部分數據涉及敏感信息，因此在平臺設計過程中不但要支持大數據存儲[7]、大數據處理、大數據挖掘等[8]，還要充分考慮系統的安全可靠性，對登陸系統的用戶采用訪問控制、身份認證等機制，實現按行政區劃或按委辦局兩種方式對不同用戶進行訪問和身份控制。根據最小化原則，用戶依照自身的權限，來獲取其可知悉范圍內的數據與管理權限。

（2）城市空間信息管理系統

空間信息管理系統在設計過程中充分考慮了各委辦局的業務需求、數據需求及網絡需求，旨在提供定位、量測、標注、查詢、統計、分析等基本操作的基礎上充分滿足各類用戶的管理需求及應用需求，如為政府部門用戶及行業職能管理部門用戶提供相應管轄范圍內空間信息網格化管理、管理屬性在線更新、模擬規劃、輔助決策、三維場景巡覽、空間量算、專題類數據分析、應急預警、協同辦公、數據交互及圖紙打印輸出等功能；為市民公眾提供滿足其生活生產相關的查詢、定位及宣傳教育等功能。

空間信息管理系統還具備文本屬性、二三維聯動功能、地上地下空間信息一體化展示功能，可以滿足用戶進行全方位360°空間查看，提供給用戶良好的界面效果及簡單友好的操作體驗。

（3）城市空間行業應用支撐系統

城市空間信息系統具備二次開發能力，可以支持行業應用支撐系統的擴展開發。根據委辦局對城市空間信息管理及應用的迫切程度不同，可以在哈爾濱城市空間信息系統基礎上開發相應的專題類應用信息系統，如安監應用信息系統、照明應用信息系統及人防應用信息系統等。

行業應用支撐系統內的二次開發子系統會為平臺專業用戶提供擴展開發API接口及幫助文檔，在安監應用信息系統、照明應用信息系統及人防應用信息系統等行業應用系統底層為其提供接口服務，為各委辦局數據對接、基于平臺開發專業系統及基于平臺完善其自有系統等方面提供了快捷的組裝工具。

3.網絡部署

哈爾濱城市空間信息數據具有巨量性、多樣性、分散性等特點，因此部分數據屬于敏感數據，系統在設計及部署的過程中需要嚴格按照國家相關保密規定控制數據的知悉范圍，保障數據的安全性。因此，哈爾濱采用了三網部署方式分別部署政務內網空間信息系統、政務外網空間信息系統及公眾網空間信息系統。

1）哈爾濱政務內網部署全套城市空間信息系統，系統符合涉密信息系統建設要求，系統采用完全物理隔離的方式存儲全要素、全信息、全周期、高精度的城市空間信息數據，數據在更新及傳輸的過程中完全采用移動存儲介質進行傳輸，內網數據只能被政府部門的個別領導通過身份驗證進行數據訪問。

2）政務外網建立系統包括定位、量測、查詢、展示、統計、分析、預警、輔助決策、數據信息共享服務管理、共享資源管理、管理屬性更新及報建審批等方面功能，提供經脫密處理[9]后的不含敏感信息的中等精度或低精度城市空間信息數據，主要用戶對象包括大多數行業職能管理部門、區縣政府、街道以及部分相關企事業單位等，系統具備對數據進行安全監測的功能。政務外網部署的原則是在保留各行業職能管理部門中已建成或在建系統及數據的基礎上，利用城市空間信息系統預留的數據交互接口進行數據傳輸，將各委辦局數據在空間信息云平臺上進行集中匯總。

3）公眾網空間信息系統建設依托于政務外網空間信息系統的基礎軟件架構，建立包括信息發布、公眾服務等社會服務功能在內的應用系統。政務外網與公眾網之間利用網絡防火墻實現邏輯隔離，控制數據的安全性。公眾網空間信息系統主要用戶就是社會公眾，為其提供非密公開的數據的查詢、瀏覽等基本功能，實現通用精度數據的全面開放。

四、結論

通過建設哈爾濱城市空間信息系統，將全面準確掌握哈爾濱城市空間信息數據，滿足各類用戶的業務需求，實現了城市空間信息的全生命周期和全過程管理，提升城市管理的標準化、信息化、精細化水平，滿足城市現代化建設和可持續發展的切實需求，推動了哈爾濱智慧城市的發展速度。

[1]承繼成，李琦，林琿，董寶青，夏曙東.數字城市——理論、方法與應用[M].北京：科學出版社，2003.

[2]Li Deren，Yao Yuan，Shao Zhenfeng，et al.From Digital Earth to Smar Earth[J].Chinese Science Bulletin，2014，59(8)：722-733.

[3]新華社.國家新型城鎮化規劃(2014-2020年)[J].農村工作通訊，2014：44.

[4]Deed C，Cragg P.Business Impacts of Cloud Computing[J].Cloud Computing Service and Deployment Models：Layers and Management，2012：274.

[5]Li Deren，Wang Shuliang，Li Deyi.Spatial Data Mining Theories and Applications[M].Beijing：Science Press，2006.

[6]Philip Russom.Big data analytics[R].TEWI Best Practices Report ，2011.

[7]霍娜.非結構化數據來襲[N].中國計算機報，2011.

[8]王珊，王會舉，覃雄派，周烜.架構大數據：挑戰、現狀與展望[J].計算機學報，2011，34(10)：1741-1752.

[9]傅宏.公眾版地圖地理要素脫密處理方法[J].地理空間世界，2010，8(4)：133-134.