智慧城市地理信息數據體系研究

蔣愛華

（1.湖北省國土測繪院，湖北 武漢 430010）

智慧城市地理信息數據體系研究

蔣愛華1

（1.湖北省國土測繪院，湖北 武漢 430010）

根據各種地理信息數據在智慧城市生態系統中所起的作用，將智慧城市地理信息數據劃分為基礎地理信息框架數據群、服務提供者數據群、服務消費者數據群和管理數據群4大數據群落，并對各數據群在智慧城市數據體系中的作用、內容和要求進行了分析和討論。

智慧城市；地理信息；服務提供者；服務消費者；數據群

建設智慧城市的目的是為了保障城市健康有序發展，隨著《國務院促進大數據發展行動綱要》實施，我國智慧城市建設將迎來快速發展機遇期[1]。智慧城市是一個技術復雜、體系龐大的工程[2]，其發展愿景、終級狀態尚在探究之中，為保障智慧城市建設扎實、有序開展，有必要對智慧城市的體系分工、架構及其作用進行更深入研究。在智慧城市建設中，數據是關鍵[3]，智慧城市的發展水平與智慧城市系統的數據獲取能力和處理能力有直接關系[4]。智慧城市建設所需專業數據多、參與者眾、智能化水平不斷提高[5]，在智慧城市發展過程中，其收集的基礎數據在遵循一定規則條件下，應具有自我成長、自我更新、自我繁殖、不斷細分的生態發展特點，以便讓智慧城市建設與時俱進、創新發展。本文根據各種地理信息數據在智慧城市生態體系中所起的作用，將其分為基礎地理信息框架數據群、服務提供者數據群、服務消費者數據群、管理數據群4大數據群落，并分別進行分析和討論。

1 基礎地理信息框架數據群

1.1 基礎地理信息框架數據群的作用

基礎地理信息框架數據群是智慧城市服務提供者數據群和服務消費者數據群的地理信息基礎平臺和加工平臺，為它們提供統一的空間數據數學基礎和語義環境[6]。基礎地理信息框架數據群提供了區域內較全面的地表各類資源現狀信息，其主要作用是：①作為智慧城市相關專業應用的工作底圖，故要求其數據內容涵蓋面廣、數據類型相對齊全，通過對該數據群提供的信息進行多角度解讀，能較完整地獲取各專業所需基本地理空間信息，這樣才能滿足多專業應用基本要求。②作為智慧城市專業和綜合規劃依據，一個合理的規劃，一定是在對其所規劃空間相關信息較全面掌握的情況下制定的，否則便是空中樓閣。③作為專業信息發布背景圖件，要求其圖面表達方式直觀易懂。④作為信息定位依據，要求其數據精度能滿足所提供應用的專業要求。⑤為應急事件提供臨時可借用資源或其他應急拓展資源提供必要信息，便于制定各種可能的緊急事件處理方案，及時對各類緊急事件進行疏導和處理，以免演化成更大的社會或群體事件。

基礎地理信息框架數據共享，有利于消除信息孤島、理順空間信息關系、審查信息沖突、實現信息互聯和共享；同時，避免了空間數據生產工作的重復，節約財政投資。

1.2 對基礎地理信息框架數據群的基本要求

由于基礎地理信息框架數據應具有普適性和易用性的特點[7]，故對其在詳細程度方面的要求不高，它是智慧城市數據體系中的骨架數據，是各專業信息聯系和相互解譯的橋梁，應具有較強的可擴展性和包容性。

鑒于基礎地理信息框架數據群在智慧城市體系中的地位和作用，從理論角度講，基礎地理信息框架數據應是高度共享數據[8]。在現代遙感技術發展水平的條件下，基礎空間數據的保密要求應低于屬性數據的保密要求。

智慧城市建設是一項系統工程[1-3]，提高城市服務水平是其目的之一，從鄉（鎮）政府或縣（市）級社會管理的功能出發，基礎地理信息框架的數據精度，理論上應能滿足大部分使用者的信息定位要求。信息荷載量達到1：2 000地形圖要求時，總體上才能達到行政管理和工程管理的要求，建議縣（市）級智慧城市基礎地理信息框架數據參照1：2 000地形圖數據要求構建；市（州）級智慧城市基礎地理信息框架數據參照1：10 000地形圖數據要求構建；省級智慧城市基礎地理信息框架數據參照1：50 000地形圖數據要求構建，3級數據能基于各自數據共享平臺相互調用。為避免3級數據相互矛盾，應統一地理信息數學基礎，至少應采用地圖動態投影方式進行數據顯示。

1.3 基礎地理信息框架數據群的內容

為滿足智慧城市基礎地理信息框架數據上述3個主要職能的要求，其應包括下列內容：

1）DLG，地面全要素數據，一般用地形圖圖示符號表示。

2）DOM，地面全要素數據，因其通俗易讀，信息豐富，給引用者極大的開發空間。在智慧城市階段的行業中，DOM作為基礎數據或工作底圖被廣泛應用。

3）DEM，地貌情況決定了地表物質遷移的路徑，是地表物質梯度分布的動力來源，對動物活動范圍、植物生長的生態環境都有重要意義，但由于DEM數據對使用人員的專業要求高，目前局限于專業應用。

4）地名數據，地名大多是在人類發展的歷史長河中形成的，具有很高知名度和約定俗成指代地理空間的作用。在日常生活中地名使用無時無處不在，基礎地理信息框架數據如果缺少地名數據，其可用性和可讀性將會極大地降低。

1.4 數據更新

基礎地理信息框架數據更新方式主要有兩種：① 由基礎地理信息框架數據制作單位按規定的時點對基礎地理信息框架各類數據進行統一更新；②根據服務提供者數據或服務消費者數據對DLG進行適時或同步自動更新，而在規定的時點由基礎地理信息框架數據制作單位對DOM、DEM進行統一更新。

一般說來，基礎地理信息框架數據制作單位獲取數據源能力較強，數據制作技術水平較高，應是基礎地理信息框架數據更新工作的主要承擔者，但由于其獲取不同專業的管理或建設信息能力較弱，在進行基礎地理信息框架數據更新時，一般采用全域巡視或全域遙感監察的方法確定需更新內容，其數據更新周期相對較短，更新成本較高。

當（部門）服務提供者數據或服務消費者數據對基礎地理信息框架數據覆蓋不全時，或GIS部門技術能力不足時，宜采用上述第2種方式，其DOM、DEM更新時點間隔可以更久，更新成本較低。

2 服務提供者數據群

2.1 服務提供者數據群的作用

服務提供者數據群是業務部門為滿足自身工作、服務或管理需要，便于全面準確掌握其責任范圍內相關資源信息及其變化、資源供應網絡及其狀況，將與其業務相關的資源和設施的地理信息數據納入集中管理，所形成的數據群落。數據齊全的服務提供者數據群，便于業務（管理）部門掌握與其相關的資源來源、匯集、存儲信息，即時統計資源總量和可用量，掌握資源供應設施狀況，評估服務潛力和服務效能，評價管理績效，提高管理水平，優化管理體制。

2.2 服務提供者數據群的內容

按全方位管理要求，服務提供者數據內容應涉及其自身業務或工作管理全過程所形成的空間數據和管理數據，下面以農田水利業務為例進行說明。

1）資源數據。歷史年降水時間及雨量分布、總量、旱澇周期，大氣層下墊面物質水文特性及地表徑流數據；地下潛水位及其變化，水庫及湖泊容量、死水位、水位年變化數據；江河過境水量及年變化量、過水能力數據；坑、塘、井分布及可用水量數據；自來水供給數據。

2）各類供水水體質量和環境數據。水體成分和質量分類，各類污染源（包括工農業生產全過程中產生的排放物、設備及設施，自然界中本身存在的有害可遷移或可擴散物質等）分布及特點。

3）灌溉設施數據。渠系類別、過水斷面、材質、高程數據，橋、涵、閘、分水口等設計數據（掃描件）；竣工及其質量數據；提水泵站數據等。

4）權屬數據。灌溉設施權屬；資源存賦的設施權屬狀況數據。

5）運行數據。水體治理或凈化設施數據；水資源運動及調度監測數據；設施運行及服務能力數據；設施歷年實際運行監測數據；各類設施運行監控。

6）監察數據。資源來源監測、水質監測、監測設施及使用狀況、各項設施完好程度及維護情況等數據。

7）規劃數據。轄區農田水利規劃圖件數據。

8）管理數據。環境執法、安全管理、日常工作管理等數據。

由此可見，服務提供者數據應反映資源供給總量及其分布和變化特征，質量、資源調度方案，設施、資源權屬及其管理情況。

2.3 對服務提供者數據群的要求

服務提供者數據群應內容全面，能全方位反映本部門工作所需資源來源、設施狀況和資源供給體系。數據質量要高，圖、數、實三者應嚴格一致，數據變更（包括空間位置和屬性值）及時，變更證據確鑿。

從過程管理角度看，服務提供者數據內容應包括與其業務有關聯的相關要素的來由、歷史、現狀、發展變化及其原因、未來規劃（項目）實施方案等全過程數據。

服務提供者數據是相對專業的管理應用數據，與其他管理部門的業務分工明確，共享要求較低。由于其運行（或資源調度）是系統性的，工程、設施安全管理相對嚴格，特別是有些涉及個人信息，故其保密級別較高。

由于服務提供者數據是智慧城市的主要基礎數據，是智慧城市決策體系的基礎之一，為避免使用無效數據導致系統決策失誤，應盡可能采用實時數據；從節約成本角度出發，宜采取靜態和動態數據采集相結合的辦法，以能全面、系統、適度地反映要素變化情況信息為度。

3 服務消費者數據群

3.1 服務消費者數據群的作用

服務消費者數據群是業務部門為滿足自身工作、服務和管理需要，將責任范圍內服務對象和消費需求的信息及其變化、資源消費傳輸路徑和狀況等地理信息數據納入集中管理所形成的數據群落。數據齊全的服務消費者數據群，便于業務（管理）部門掌握與其相關的服務對象對資源需求情況，審視其服務能力，制訂其科學發展規劃，滿足經濟和社會效益最大化要求。

3.2 服務消費者數據群的內容

按全方位管理要求，服務消費者數據內容應涉及其自身業務或工作管理全過程所形成的空間數據和管理數據，下面以農田水利業務為例進行說明。

1）服務對象數據。園林、水田、旱地分布和總量；養殖業數據；人、蓄用水數據；其他（如旅游）設施數據。

2）資源需求數據。各服務對象對資源需求指標、需求量及其動態變化數據。

3）排水設施數據。溝系類別、過水斷面、材質、高程數據，橋、涵、閘等設計數據（掃描件）；竣工及其質量數據；排水泵站數據等。

4）排放水體質量和環境數據。水體成分和質量分類數據；污水治理設備或設施數據。

5）權屬數據。服務對象、排水設施權屬狀況數據。

6）運行數據。水資源運動及調度監測數據；設施運行及服務能力數據；設施歷年實際運行監測數據；各類設施運行監控數據。

7）監察數據。資源消耗監測、水質監測、監測設施及使用狀況、各類設施完好程度及維護情況等數據。

8）規劃數據。轄區農田水利規劃圖件數據。

9）管理數據。服務收益、環境執法、安全管理、日常工作管理等數據。

由此可見，服務消費者數據應反映資源消費者類型及其總量、各類資源消費者的消費特點及其分布情況、資源消費者權屬及其管理情況。

3.3 對服務消費者數據群的要求

服務消費者數據應內容全面，包括與其業務有關聯的相關要素的來由、歷史、現狀、發展變化及其原因、未來規劃（項目）實施方案等全過程數據，能全方位反映本部門工作范圍內資源消費體系。數據質量要高，圖、數、實三者應嚴格一致。數據變更（包括空間位置和屬性值）及時、正確。尤其是涉及權屬的信息，應注意保密。服務消費者數據群中的實際消費數據一般以基于物聯網（包括移動物聯網）感知和神經網絡傳輸的動態數據為主。

4 管理數據群

4.1 管理數據群的作用

管理數據群是業務實際運行數據以及按數學規則建立的起智能管理基礎作用的數據群，其核心作用是為服務提供者和服務消費者提供資源需求和消費匹配分析，提供不同層次解決方案，使城市建設運行有序、資源高效利用。

地理信息專項調查的目的一般是為了掌握其所關注要素（或專項資源）的分布和特點，并進行分類統計。在此基礎上，分析其產出或效用水平，找出其形成的主要原因、關聯因子和制約因素，研究其發展變化規律及發展趨勢，提出持續改進建議，供決策機構參考，并對相關措施或改進方案的執行結果進行評估，達到人和自然關系融洽、社會經濟與生態環境和諧發展的期愿。

管理數據群中的分析決策數據是智慧城市體系中的高級數據，位于智慧城市數據生態系統高端，該數據群的處理速度和數據質量標示著智慧城市的建設和發展水平。在管理數據群中，統計數據是基礎，分析數據是解決方案提供者，管理的核心工作是科學決策。

4.2 管理數據群的內容和要求

1）統計數據。主要以服務提供者和服務消費者數據群為基礎，數據統計單元、分類方法、分類指標要科學合理，數據質量審計和數據完善方案是統計數據結果正確的關鍵。

2）分析數據。資源需求和消費匹配算法科學，目標數據指向（或用途）清楚，數據挖掘方法先進，分析建模科學，各類參數設置、約束條件合理。

3）指標體系，指標是系統（或體系）運行水平和運行質量的指示數據，是決策模型的入口引導，是智能管理的基礎數據之一。指標體系設置科學合理是城市管理專業系統有效、健康運行的基本保證。

4）管理運行數據，業務實際運行、管理、決策的過程和效果積累而成形成管理運行數據。運行數據必須實時、真實、可靠、有效，管理、決

策過程和結果數據應真實、有效、齊全。

5）智能評估，資源調度高效，監管模型實用，評價方法合規、評價體系科學。焦點事件或應急事件分析和處理方案的優劣是評估智慧城市的智能管理能力最簡明的指標。

在智慧城市發展到一定階段時，管理數據群應是基于基礎地理信息框架數據群、服務提供者數據群和服務消費者數據群，由程序自動化生產，并進行日常管理決策。特別是與智慧城市各系統預警相關的數據都應由程序自動化處理，并能將監測到的異常數據快速傳遞給決策系統，以便及時決策和響應。

5 結 語

智慧城市管理要解決的核心問題是使城市運行有序和資源利用效益最大化。一個完整的智慧城市地理信息數據體系中，應包含一個基礎地理信息框架數據群，眾多專業服務提供者數據群、服務消費者數據群和管理數據群，4大數據群共同構成智慧城市運行基礎。在各數據群內，不同類數據相互協同，才能完成各數據群任務。各數據群之間的相互作用，才能掌握足夠的信息，達到智慧城市管理目標。多個服務提供者數據群協作，才能為民眾搭建全方位服務環境，構建智慧城市資源供應體系信息。多個服務消費者數據群協作，才能全面反映大眾不同層次的服務需求，構建智慧城市資源消費體系信息。各數據群數據相互借鑒、補充、完善、細化和繁衍，構建了智慧城市數據生態發展環境，為智慧城市進步和繁榮提供充足的養分。

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P208

B

1672-4623（2016）03-0015-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.006

蔣愛華，高級工程師，從事航測與遙感、GIS、土地規劃工作。

2015-11-16。

項目來源：湖北省地質局科技資助項目（KJ2015-6）。