智慧城市中地理平臺的價值研究

任志峰，沙志友，林雪淋，栗向鋒

(易智瑞(中國)信息技術有限公司，北京 100028)

On the Value of Geographic Platform for Smart Cities

REN Zhifeng,SHA Zhiyou,LIN Xuelin,LI Xiangfeng

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智慧城市中地理平臺的價值研究

任志峰，沙志友，林雪淋，栗向鋒

(易智瑞(中國)信息技術有限公司，北京 100028)

On the Value of Geographic Platform for Smart Cities

REN Zhifeng,SHA Zhiyou,LIN Xuelin,LI Xiangfeng

摘要：分析了地理信息在智慧城市建設中的定位，并提出了地理平臺的概念及其在智慧城市中的價值：空間信息資源共享、泛在信息支撐和協(xié)同管理。空間信息資源共享價值在于空間數(shù)據(jù)的共享及云計算資源轉化為云GIS資源的共享；泛在信息支撐價值在于支撐物聯(lián)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)接入，提供實時空間分析能力并以地圖、短信、E-mail等多形式輸出；協(xié)同管理價值體現(xiàn)在人人都能使用地理平臺，平臺本身的易用性和方便地將各種異構信息空間化的能力是其核心。構建集成、融合、開放、協(xié)同的智慧城市地理空間框架是地理平臺諸多價值的具體實踐。

關鍵詞：智慧城市；地理平臺；GIS；地理空間框架；泛在網(wǎng)絡

一、引言

從2008年11月初IBM公司正式提出智慧地球的概念至今，全球約有200多個智慧城市的項目正在實施[1]，并在一些試點工程中取得了較好的效果。同時，還有更多的智慧城市建設計劃提上日程，如歐盟一直致力于制定智慧城市整體戰(zhàn)略，以實現(xiàn)大都市圈的智慧化發(fā)展。[2]印度也提出計劃，要在未來建設100座智慧城市[3]。據(jù)預測，到2020年全世界智慧城市服務業(yè)規(guī)模將達到每年4000億美元[4]。

2009年11月，時任總理溫家寶在《讓科技引領中國可持續(xù)發(fā)展》的報告中，首次提到智慧地球和感知中國[5]。此后，國內(nèi)便掀起了建設智慧城市的高潮。自2011年起，智慧城市多次被寫入住房和城鄉(xiāng)建設部、國家測繪地理信息局、工業(yè)和信息化部的相關政策法規(guī)。據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)和信息化部制訂的與智慧城市相關規(guī)劃已達10多個。2014年8月發(fā)改委、住建部等八部委聯(lián)合印發(fā)的《關于促進智慧城市健康發(fā)展的指導意見》提出要“提出加強地理信息等技術的集成應用，確保智慧城市建設健康有序推進”[6]。

與此同時，在智慧城市的建設中，地理信息技術的定位也在發(fā)生著改變，《關于促進智慧城市健康發(fā)展的指導意見》明確提出要“以城市統(tǒng)一的地理空間框架和人口、法人等信息資源為基礎，疊加各部門、各行業(yè)相關業(yè)務信息，加快促進跨部門協(xié)同應用”。地理空間框架不再是傳統(tǒng)意義上的專業(yè)化信息系統(tǒng)，這標志著地理信息技術在智慧城市中由系統(tǒng)向平臺方向的轉變：一方面，各專業(yè)應用都需要地理信息，地圖成為了支持各行業(yè)智慧化運營的空間基礎設施；另一方面，智慧城市面向大眾、服務與更廣泛的非信息化專業(yè)人員，他們更習慣于互聯(lián)網(wǎng)地圖各種應用，而非專業(yè)化的地理信息系統(tǒng)。回顧歷史，地理信息技術走過了一開始的以文件為中心的應用時代，也走過了以數(shù)據(jù)庫為中心的系統(tǒng)建設時代，最近也走過了以服務器為中心的應用服務時代，接下來迎接智慧城市的將是地理平臺時代。

二、智慧城市中的地理平臺

城市各有其特點。智慧城市建設“沒有一個絕對的定義和模式，也沒有終結點，而是一個建設過程，或者一系列措施，幫助城市變得更宜居，更加快速的應對新的挑戰(zhàn)”[4]。因地制宜是各地建設智慧城市的天然標準。在這一背景下，智慧城市信息化建設的模式也不再采用過去單純的行業(yè)信息系統(tǒng)的建設思路，而應以模塊化、可復用的信息化平臺為基礎，其上再建特色應用的模式來實現(xiàn)，以取得靈活性和經(jīng)濟性之間的平衡。國內(nèi)外IT公司紛紛整合自身優(yōu)勢，基于這種模式推出了智慧城市信息化平臺，如IBM Intelligent Operations Center、微軟CityNext智慧城市大數(shù)據(jù)平臺、華為e-city智慧城市平臺等。

同樣，地理信息技術也應當在智慧城市信息化中承擔平臺的角色，筆者稱之為地理平臺。從地理信息行業(yè)的角度，智慧城市是數(shù)字城市建設的升級，是建立在數(shù)字城市的基礎框架上，通過無所不在的傳感網(wǎng)將它與現(xiàn)實城市關聯(lián)起來，將海量數(shù)據(jù)存儲、計算、分析和決策交由云計算平臺處理，并按照分析決策結果對各種設施進行自動化的控制。[7]城市中的海量數(shù)據(jù)在數(shù)量、種類、異構性和復雜性方面都遠超以往，傳統(tǒng)上以屬性關系為基本邏輯組織梳理信息的方式會讓智慧城市的信息模型變得相當復雜且難以維護，同時也會天然地形成行業(yè)壁壘和信息孤島。而利用地圖為基礎組織信息只要信息本身具有空間位置屬性即可集成，能夠避免上述問題，同時兼容已有數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，并保留對未來未知數(shù)據(jù)的擴展基于統(tǒng)一地理平臺的應用系統(tǒng)建設能夠有效降低系統(tǒng)引入空間信息支撐的邊際成本，促進地理信息在一些非傳統(tǒng)GIS領域的推廣和應用。而更多不同行業(yè)的專業(yè)數(shù)據(jù)“上圖”又能反過來加快不同行業(yè)、不同部門之間異構數(shù)據(jù)和信息的聯(lián)動，在共享和協(xié)同這兩個層次上發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢，信息化和智慧化之間形成相互促進的機制，達到建設智慧城市的目的。

三、地理平臺的價值

地理平臺是智慧城市的重要組成部分。一方面，地理平臺要承載并發(fā)布城市信息化建設，尤其是數(shù)字城市建設所積累的大量空間信息資源，供各行業(yè)信息化系統(tǒng)調用；另一方面，地理平臺還需要能整合各種通用IT資源，尤其是云計算、物聯(lián)網(wǎng)等智慧城市特征IT資源，通過地圖真正發(fā)揮其智慧之處。

筆者認為，智慧城市地理平臺的價值表現(xiàn)為3個部分：資源共享、泛在信息支撐及協(xié)同管理。下面對其分別進行討論。

1. 地理平臺的空間信息資源共享價值

空間信息資源共享是數(shù)字城市走向智慧城市的基礎支撐。多年的數(shù)字城市建設為城市信息化提供了大量通用或專業(yè)的空間數(shù)據(jù)。這些空間數(shù)據(jù)通過可控的、精細的共享，將成為其他信息溝通的橋梁。地理信息在機構和用戶之間的共享和流通不僅有利于促進交流合作，而且能夠減少數(shù)據(jù)的重復建設，有助于保證信息一致性和加強數(shù)據(jù)儲備。

在智慧城市建設中，地理平臺空間信息資源共享價值的內(nèi)涵得到了豐富。一方面，地理平臺延續(xù)了地理信息系統(tǒng)空間信息共享的價值，達成以下目標：①建立較為完善的公共地理信息數(shù)據(jù)體系(包括基礎地理地圖數(shù)據(jù)及行業(yè)專業(yè)空間資源數(shù)據(jù))；

②建立一站式在線地理信息服務平臺，提供一站式的地理信息綜合服務，建成分布式的地理信息共享與應用開發(fā)環(huán)境，提供信息瀏覽、標圖制圖、導航定位、信息加載、系統(tǒng)搭建等地理信息服務功能，為各應用系統(tǒng)提供權威高效的地理信息服務；③形成公共服務平臺業(yè)務化運行維護與管理機制：建立健全地理資源共享平臺運行維護有關規(guī)定和管理辦法，建成共享平臺服務管理、運行調度等系統(tǒng)。另一方面，隨著云計算在智慧城市建設中落地，其資源池化、按需供應的特性可以讓地理平臺的資源共享價值更好地發(fā)揮。基于IaaS層建設的地理平臺不僅能夠一站式運維、調配空間信息資源，還能夠對底層云資源池進行管理，將資源池中的底層資源自動快速地整合為云GIS站點提供給用戶，并提供云GIS站點管理、資源彈性調整、資源度量等功能，從而提供PaaS及SaaS模式的地理信息云服務。因此可以說地理平臺資源共享價值的發(fā)揮是將云平臺轉化為云GIS平臺的關鍵。

2. 地理平臺的泛在信息支撐價值

地理平臺的資源共享價值搭建了數(shù)字城市的空間基礎設施。智慧城市要通過無所不在的物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)實城市與數(shù)字城市連在一起，就需要發(fā)揮地理平臺在泛在信息支撐方面的價值。

智慧城市定位為更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能化[8]，其基礎是傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng)在各行各業(yè)的高效融合與綜合應用。這種能夠實現(xiàn)人與人、人與物乃至物與物之間隨時隨地溝通的全新網(wǎng)絡環(huán)境稱為泛在網(wǎng)絡[9]。各種傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為泛在網(wǎng)絡帶來的大量信息有一個共同的特點：實時性。萊斯馳(Resch)將地圖對泛在網(wǎng)絡的支撐統(tǒng)稱為實況地理學(live geography)，并將其結構模型定義為：傳感器—觀測或測量數(shù)據(jù)—數(shù)據(jù)融合—處理模型—實時分析—GIS可視化—輸出，鐘耳順[10]對此也做過介紹，如圖1所示。

傳統(tǒng)行業(yè)中地理信息系統(tǒng)對實時信息的支撐往往是垂直的，同一系統(tǒng)中不同種類的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)需要單獨實現(xiàn)其接入、分析和可視化。這種缺少集成和融合的實時數(shù)據(jù)會形成多個微觀實時數(shù)據(jù)孤島。如果還用這種方式進行整個城市的信息化建設將會使物聯(lián)網(wǎng)對智慧城市失去意義——物與物之間無法在信息空間形成任何關聯(lián)和交互。而使用地理平臺作為泛在信息的統(tǒng)一支撐平臺可以避免這個問題。

圖1　實況地理學:基于標準的松耦合結構模型

首先，地理平臺提供城市中各種多源異構數(shù)據(jù)流的接入和融合，如對車輛、人員、設備等動態(tài)目標跟蹤，對PM2.5污染、交通擁堵、降水監(jiān)控及各種社交媒體的實時監(jiān)控等，其中地理平臺接入實時信息的連接器(connector)應當是可定制的，以應對更多新類型的實時設備。

其次，如實況地理學模型所提到的，地理平臺還應當提供處理模型構建和實時分析泛在信息的能力，如圖2所示。尤其是地理平臺可以引入地理圍欄等空間分析條件，充分發(fā)揮地理位置這一泛在信息通用屬性，在城市級傳感器設備群中提取有價值的物聯(lián)網(wǎng)信息或進行地理控制。

最后，在輸出階段，地理平臺對泛在信息的處理結果會更加豐富，除GIS可視化—輸出外還可提供諸如SMS短信、E-mail及社交軟件消息等多種形式， 以適應當前移動智能設備應用趨勢。從應用角度，地理平臺的泛在信息支撐應用場景可以分為物聯(lián)網(wǎng)實時態(tài)勢感知、移動目標監(jiān)控、企業(yè)級數(shù)據(jù)整合及眾包大數(shù)據(jù)分析等幾類，如圖3所示。

圖2　地理平臺為智慧城市泛在信息提供處理模型構建和實時分析的能力

圖3　地理平臺的泛在信息支撐應用場景：物聯(lián)網(wǎng)實時態(tài)勢感知、移動目標監(jiān)控、企業(yè)級數(shù)據(jù)整合及眾包大數(shù)據(jù)分析

3. 地理平臺的協(xié)同管理價值

上一節(jié)提到，空間信息資源共享是數(shù)字城市走向智慧城市的基礎支撐。隨著城市信息化互聯(lián)互通程度的提升，地理信息作為承載各類專題信息統(tǒng)一和唯一平臺的特點愈加突出。智慧城市之所以智慧，并非信息化本身能生產(chǎn)智慧，而是利用信息化連接整個城市管理者、建設者和市民，把人類的知識充分應用到信息化條件下的城市規(guī)劃、設計、建設、管理、運營和發(fā)展當中。因此智慧城市的信息化平臺一定是人人都能使用的平臺。這就要求地理平臺一方面本身足夠易用，另一方面還能方便地將各種異構信息空間化。

地理平臺足夠易用，要求地理平臺應當按照公眾消費者的思維設計、使用和管理，并且能提供足夠豐富的應用場景，如桌面程序、Web和移動端APP等。同時在地理平臺擴展性上，不僅要求平臺資源可以通過開發(fā)整合入業(yè)務系統(tǒng)，而且還應當為非技術人員提供可配置的地圖模板通過無代碼開發(fā)定制應用。

異構信息空間化方便指的是各企事業(yè)單位現(xiàn)有的非空間信息，如各種辦公文檔、企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)、商業(yè)智能(BI)、客戶關系管理(CRM)等，只要帶有地址或空間坐標，都能夠在不改變已有信息系統(tǒng)的前提下將信息導入地圖，引入地理平臺。

人人都能使用使地理平臺得以發(fā)揮其協(xié)同管理價值。智慧城市是多個垂直行業(yè)智能系統(tǒng)的聯(lián)動而形成的智慧大系統(tǒng)[11]。在地理平臺上工作的不再僅僅是GIS專業(yè)人員或開發(fā)者。基于地理平臺，用戶不僅能夠獲得地圖，而且還能夠與不同專業(yè)不同單位的人士協(xié)同工作。例如以下智慧水務應用場景：城市暴雨可能導致下水道堵塞而造成城市內(nèi)澇，氣象部門在地理平臺上分享了未來降雨量預測專題圖；交通部門提供了實時路況信息專題圖；排水集團工作人員在地理平臺之上獲得各監(jiān)測點的最新管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)圖層，疊加上述降雨量預測和實時路況專題圖層，通過空間分析得到合理的維修維護計劃和內(nèi)澇風險預警專題信息；內(nèi)澇風險預警專題信息被定向分享給了應急部門以便其公開發(fā)布為城市內(nèi)澇預警系統(tǒng)供市民訪問，主要流程如圖4所示。

圖4　多部門協(xié)同的智慧水務應用場景

不同業(yè)務部門之間協(xié)同信息資源管理、協(xié)同創(chuàng)新是全面提升智慧城市信息化建設能力的重要途徑[12]。不同部門不同專業(yè)背景的人員協(xié)同工作、共同決策，這也是地理平臺在智慧城市中的核心價值。

四、智慧城市地理空間框架設計

地理平臺價值的體現(xiàn)在于智慧城市地理空間框架的建設。地理空間框架的平臺部分可以設計成3個分平臺對應的地理平臺的3種價值。對于使用者或其他使用地理信息資源的信息系統(tǒng)，地理平臺的入口應當是唯一的，因而3個分平臺被設計成“品”字形結構，協(xié)同管理分平臺即為地理平臺的入口，由空間信息資源共享分平臺和泛在信息支撐分平臺組織提供所有的地理信息資源。

平臺之上使用者可以直接訪問以地圖形式存在的各種空間信息資源，或者訪問以這些地圖為內(nèi)容支撐的各種信息化業(yè)務系統(tǒng)，甚至可以直接在平臺上借助模板實現(xiàn)自身需求的無代碼定制系統(tǒng)。

平臺之下各種空間信息基礎數(shù)據(jù)、泛在信息及各種未空間化業(yè)務信息被發(fā)布為地圖服務再接入地理平臺，由地理平臺控制它們的權限、共享和流轉。

由此得到的智慧城市地理空間框架如圖5所示。

圖5　智慧城市地理空間框架

基于地理平臺的智慧城市地理空間框架有以下特點：

1) 整合。在服務器端、Web端把硬件、數(shù)據(jù)、應用和其他各方面的內(nèi)容整合在一起，對外提供相關的服務。

2) 普適。使用者所面對的不再是復雜的數(shù)據(jù)、分析模型和地圖投影等專業(yè)術語，讓后勤保障人員、擁有指揮決策權的領導層、一線操作的業(yè)務人員、外界工作人員，乃至公眾參與者等都可以直接使用地圖。

3) 協(xié)同。地理平臺為每一個人、每一個決策提供了一個唯一的身份標識，大家通過這個身份標識可以登錄這個平臺，去托管、管理，去分享自己在這個平臺中的自己工作空間里的所有內(nèi)容。

4) 開放。地理平臺提供的地圖可以被進一步的定制和擴展，這些資源可以通過地圖模板或開發(fā)定制整合入業(yè)務系統(tǒng)。

五、結束語

智慧城市地理平臺建設沒有一定之規(guī)，也不能照搬照抄現(xiàn)成的方案。從價值的角度考慮地理平臺的建設更容易找準其意義、定位和建設內(nèi)容。在智慧城市推進過程中，應以合理規(guī)劃為前提，以共享協(xié)同的智慧城市地理空間框架為基礎，做好頂層設計。構建集成、融合、開放、協(xié)同的智慧城市公共服務支撐平臺是智慧城市建設的核心。

智慧城市地理平臺主要包括了空間信息資源共享分平臺、泛在信息支撐分平臺和協(xié)同管理分平臺建設。其中的空間信息資源共享分平臺和泛在信息支撐分平臺主要提供信息資源支撐，協(xié)同管理分平臺定位為智慧城市地理平臺的入口。在智慧城市建設推進過程中，3個平臺相輔相成，卻不是缺一不可。各地可以根據(jù)自身的信息化水平和智慧城市建設側重點選擇不同的組合，通過數(shù)據(jù)的地圖融合與智慧的空間決策，實現(xiàn)政府部門的協(xié)同共享、行業(yè)的互動協(xié)調、城市的精細化運行管理、人與自然的和諧相處，助建城市讓生活更美好、科技讓城市更智慧的愿景。

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作者簡介：任志峰(1984—)，男，碩士，高級應用咨詢師，研究方向為地理信息智慧城市應用和企業(yè)級地理信息系統(tǒng)設計。E-mail：renzf@esrichina.com.cn

收稿日期：2015-07-22

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)12-0108-06

引文格式： 任志峰，沙志友，林雪淋，等. 智慧城市中地理平臺的價值研究[J].測繪通報，2015(12)：108-113.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.392