基于GIS的京津冀科技資源數字地圖服務平臺構建

李梅　苗潤蓮　張岸等

[摘要]在京津冀區域協同發展大背景下，科技資源作為區域科技創新基礎和戰略資源，其共享直接影響著科技創新成果的有效利用。本文以京津冀科技資源整合、共享為目標，將科技資源數據與地理信息系統（GIS）相結合，建設集科技資源查詢、空間統計分析、地圖可視化、決策支撐、數據共享服務等功能于一體的京津冀科技資源數字地圖服務平臺，為政府部門和公眾提供直觀、全面、具有空間分析特征的科技資源信息服務。

[關鍵詞]京津冀；科技資源；數字地圖平臺；CIS

DOI：10.3969/j.issn.1008—0821.2017.06.028

[中圖分類號]G255.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1008—0821（2017）06—0172—06

科技資源是創造科技成果，推動整個經濟和社會發展的要素集合。廣義的科技資源包括科技財力資源、科技人力資源、科技物力資源、科技信息資源4個方面，狹義的科技資源則限定在科技人力資源和科技財力資源上?？萍假Y源是科技發展的基礎，其共建共享直接影響區域科技創新和科技成果的有效利用。目前，京津冀區域科技資源分布不均，共享程度低，存在諸多科技資源信息孤島和信息壁壘，這直接影響京津冀地區科技資源的使用效率和科技發展速度。尤其是北京和天津更是中國科技資源最密集的地區之一，坐落有上百所大學和一大批高水平科研院所，聚集了成千上萬的高科技公司。高效配置這些科技資源，對整個京津冀區域乃至整個國家的經濟轉型升級和創新驅動發展將會產生巨大影響。因此，整合京津冀三地科技資源，搭建京津冀科技資源信息綜合服務平臺，發揮北京在推動京津冀協同創新中的帶頭引領作用，對北京全國科技創新中心建設和京津冀協同創新具有重要意義。從基于GIS的服務平臺構建情況來看，GIS技術已在資源、環境、交通、教育、經濟等各行各業中得到重視和應用。基于區域性或全國性的數字地圖及各種各樣的地圖數據庫管理系統和地理信息系統大量涌現，但科技領域的應用還不多，全國各地基于GIS的科技資源服務平臺十分欠缺。本文基于GIS可視化系統，構建京津冀科技資源數字地圖服務平臺，為摸清京津冀科技資源現狀，開展空間關聯挖掘、布局優化與規劃、發展路徑選擇、決策分析與服務等提供基礎平臺。

1平臺的構建目標與建設原則

京津冀科技資源數字地圖服務平臺的建設將實現兩方面的戰略目標：一是不斷完善數據共享交換機制，使三地科技情報服務機構協作并共享京津冀科技資源信息，有效開展面向政府、企業等不同用戶的集成化情報信息服務；二是能夠滿足用戶全方位科技信息需求，使用戶享用“一站式”的信息情報服務。

京津冀科技資源數字地圖服務平臺需要遵循以下幾個原則。

1）統一性。平臺應遵循相關通用格式或標準，以統一的方式整合資源，以節省人力、物力，提高時效。

2）開放性。在技術上，京津冀科技資源數字地圖服務平臺應該是一個開放的系統，一方面應充分利用國內外已有資源、技術；另一方面在集成化過程中實現不同系統和工具間接口和協議的標準化，確保它們之間的互操作性。

3）用戶導向。需求決定服務。要確立用戶導向在科技資源信息集成服務過程中的核心地位，充分保障用戶參與建設過程，從多個角度、多個層次出發來考慮用戶需求。

4）經濟性。平臺的建設應盡可能利用現有的資源和技術，不做無謂的、重復的資源建設與技術開發，以免浪費時間、人力和物力。

2平臺建設總體思路

在整合京津冀科技資源信息的基礎上，通過構建“京津冀科技資源數據+專業情報工具+數字地圖系統”組合構成的情報綜合服務平臺，搭建創新主體、創新載體、政府、公眾等多方共享的京津冀科技資源數字地圖服務平臺，為京津冀區域科技協同發展、產業升級轉移、企業技術創新等提供便捷、專業、集中的一站式情報信息服務。其核心是將京津冀三地科技資源信息集成管理，打破三地信息壁壘，促進三地數據共享，為北京全國科技創新中心建設和京津冀協同發展建設戰略決策提供快速響應的信息服務體系。

該平臺的總體思路如下。

1）對科技資源信息數據進行整合與分類，綜合考慮用戶信息需求、數據可獲取性、可分析性以及數據特點等，完成數據結構設計、字段設計以及標準制定，構建京津冀科技資源數據庫。

2）根據科研機構的地址和名稱字段進行地理位置匹配，將科研機構匹配到數字地圖上對應的坐標位置，實現科研機構數據的空間化。并根據科研機構主表的主鍵與其他的副表進行關鍵字關聯，實現所有的信息子庫相互貫通。

3）對科研機構、科技專家、科技項目、科技成果、科技基礎設施等數據及科技統計指標數據進行深度挖掘分析，并構建決策分析模型、方法，在此基礎上借助GIS強大的地圖可視化表達，形象的展現京津冀地區科技資源的時空分布、相關指標數據信息和綜合決策研究成果。

4）通過京津冀科技資源綜合服務門戶建設，集成各類工具與系統，對系統進行統一管理，實現科技資源查詢、可視化、空間統計分析、綜合信息決策支撐、數據共享服務、集中管理等功能，實現數據、成果和系統的集成化。

3平臺總體框架

平臺總體設計采用基于服務式GIS系統架構，整體結構松耦合。不僅能支持第三方的數據采集或分析統計工具集成，基于組件開發框架，擴展數據服務接口，對接第三方服務，還能對外提供標準的服務接口格式。應用軟件的設計考慮擴展性，技術體系上采用.Net平臺，基于SOA架構提高業務擴展性。功能設計上預留與其他科技資源共享平臺的接口，提供良好的功能擴展性。

平臺系統分為數據采集層、數據管理層、應用服務層、價值實現層。數據采集層主要是實現對各類科技資源數據的收集、整理、分類，借助數據采集處理工具，按照統一的數據標準規范進行入庫。同時，建立規范的數據庫結構，實現不同子庫之間的關聯。數據管理層主要實現對科技資源數據的管理功能，對科技資源數據進行有效的收集、存儲、處理和應用等。應用服務層要實現各類的應用服務，包括科技資源信息查詢、科技資源地圖可視化、科技資源決策分析、科技資源綜合服務門戶及相應的系統管理功能等。應用服務層是整個項目的核心內容，由于項目的功能模塊較多，所以借助一個統一的服務平臺進行功能集成和數據的統一共享。價值實現層基于項目的研究成果基礎，為科研、政府、企業和公眾提供不同的服務內容，實現科技資源的創新價值（圖1）。

4平臺建設主要內容

京津冀科技資源數字地圖服務平臺建設內容可概括為“一庫三系統一門戶”，一庫是指京津冀科技資源數據庫（基礎）；三系統是指科技資源查詢系統、科技資源可視化系統、科技資源決策分析系統（業務）；一門戶是指科技資源綜合服務門戶。

4.1京津冀科技資源數據庫建設

4.1.1數據庫系統及內容框架

數據庫系統是整個平臺的基礎和重要支撐，它能夠實現對科技資源基礎數據的存儲、查詢和利用，為科技決策和服務提供基礎數據流和存放運行結果。根據科技資源的整合共享、高效利用的需求，從科學管理各類數據的存儲與管理要求出發，綜合考慮空間可視化表達、數據可獲取性、可分析性，將京津冀科技資源信息歸納為：科技機構資源、科技專家資源、科技項目資源、科技成果資源、科技基礎設施資源、科技統計數據、其他數據（圖2）。

科技人員隸屬于科研機構，科技項目和科技成果隸屬于科研機構和科技人員，科技基礎設施隸屬于機構，科技統計數據、專題數據等基礎數據是對整個數據庫的補充和完善，為分析、專題研究和決策方案制定等提供數據支撐。

4.1.2數據結構及標準制定

根據科技資源信息結構和檢索便利，完成數據表庫和數據結構設計、字段設計和標準制定。字段設計時綜合考慮檢索便利、用戶需求、可視化效果以及可分析性，盡可能地細分字段，除了常規的地區、類型/類別、級別、年份等之外，增設了研究領域等特色字段。由于科技活動依托在機構進行的，通過地址匹配空間化工具，把這些科研機構數據進行空間位置可視化。同時，設計了信息模塊之間的相互關聯和數據調用，如機構和專家庫中的專利、獲獎、論文等可從項目庫和成果庫中調用數據，實現信息互補。這些數據分為兩個層次，即機構數據（微觀）和區域數據（宏觀），區域層面的數據部分由機構層面數據得來，部分從統計年鑒數據獲得補充。

4.2京津冀科技資源數字地圖服務平臺系統建設

4.2.1系統結構

該系統為標準B/S架構（Browser/Server，瀏覽器/服務器），表現層為瀏覽器或具備Html頁面解析功能的其他軟件；業務層為C#開發，版本為.net 4.0運行在Windows Server上，使用IIS發布；持久層為SqlServer 2008R2；表現層使用AJAX從業務層獲取記錄內容，包括詳細的經緯度。使用JS以及REST，從Baidu LBS獲得的地圖圖層數據以及經緯度轉換后的屏幕坐標點，用于在屏幕上顯示用戶所選擇需要展示的內容。編程語言為C#，軟件環境為Window Server 2012 Data Center、Oracle 11g、Super Map iServer 8。

平臺功能結構包括數字地圖信息系統和數據維護系統，具體功能如圖3所示。

4.2.2系統組成

京津冀科技資源數字地圖服務平臺由數據采集分析與管理工具集，科技資源信息查詢系統、科技資源可視化系統、科技資源決策分析系統3個系統，以及能夠將上述子系統進行統一接入集中管理的科技資源綜合服務門戶。所有子系統之間的邏輯結構圖如圖4所示。

1）科技資源查詢系統

科技資源查詢服務。在京津冀科技資源數字地圖查詢界面上，分類了京津冀科技資源類別，用戶可以快捷的查找類別中找到自己所要訪問的資源。按照科技資源的定義和分類，綜合考慮數據可獲取性、可操作性、可分析性等，從科技機構資源數據、科技專家資源、科技項目、科技成果、科技基礎設施（科學儀器設備）、科技統計數據、科技政策、專題數據等方面選取和建設數據資源。查詢方式包括初級查詢、高級查詢、空間查詢、關鍵詞綜合查詢等。查詢結果包括科技資源的空間分布展示、數據列表展示、空間數據與數據列表聯動等。

2）科技資源可視化系統

科技資源可視化系統借助GIS可視化平臺實現各類科技資源的地圖可視化、科技資源時空一體化、空間分析及專題圖展示等。

科技資源的地圖可視化由查詢結果地圖可視化、指標統計分析與地圖可視化、科技資源決策分析結果地圖可視化3個模塊組成?？萍假Y源查詢結果可視化模塊包括各類科技資源的分布地圖和數據統計結果展示；科技資源指標統計分析與地圖可視化模塊可提供多種科技資源專題地圖模版，進行宏觀指標和微觀指標的分析和專題圖制作；科技資源決策分析結果地圖可視化模塊則調用地圖服務和模板，生成決策分析專題圖并展示。

空間分析工具與專題圖可提供緩沖區、泰森多邊形、疊加分析、插值分析等空間分析方法，其分析結果以專題圖的形式展示，為科技資源的時空數據挖掘和分析提供輔助。

科技資源時空一體化展示通過建立時間軸將科技資源與地圖空間位置結合在一起，進行時空信息一體化展示。

3）科技資源決策分析系統

科技資源決策分析系統通過對科技資源數據挖掘、模型方法構建，為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的環境，調用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質量?？萍假Y源決策分析模型可包括科技資源現狀評價、科技資源潛力評價、科技資源協同布局評價、區域創新能力評價、科技資源配置效率、資源間空間關聯分析、影響分析等，其結果以專題圖的形式在數字地圖服務平臺中展示。例如，科技資源配置模型包括科技資源需求轉換、資源快速配置、參數化設計及資源結構分解等子系統，能夠快速進行需求對接、科技資源優化配置、資源間關聯性等。

4.3京津冀科技資源綜合服務門戶建設

科技資源綜合服務門戶為上述所有系統提供統一的入口和管理平臺，將各個系統關聯起來，形成一個有機整體，為用戶提供一站式數據服務。從共享角度，科技資源綜合服務門戶是對外提供數據和服務的惟一出口，也是各類用戶訪問平臺的惟一入口，為成果數據綜合檢索、成果圖表可視化、分析研究成果發布等提供統一的數據共享、發布、目錄服務的平臺。整個平臺的門戶采用簡潔設計，顯示各個系統以及平臺本身自帶的一些功能模塊。具體功能模塊包括科技資源成果中心、科技資源目錄服務、數據共享服務、用戶中心、系統運行管理等。

4.4京津冀科技資源數據共享機制構建

建立三地科技資源信息交換與共享機制，實現真正的數據開放共享是京津冀科技資源數字地圖服務平臺建設的長期任務。為了加快三地合作和數據共享，2015年三地科技情報研究機構簽訂了《京津冀協同發展戰略合作框架協議》，形成了戰略合作意向，并就京津冀科技資源數字地圖服務平臺建設達成了數據交換與共享意向。具體措施有遵守“平等自愿、交換對等、分級共享、安全使用”原則，通過制定信息資源共享交換目錄、統一數據接口服務標準等，規范數據交換方式，滿足不同部門之間的數據共享交換需求；構建用戶權限分級管理機制，實現數據分級開放；定期更新機制，保證基礎數據的及時更新和共享；完善統一管理機制、定期溝通機制等，確保信息共享順暢。

5總結

科技資源具有空間和時間上分布的差異性，其中，科技資源空間上分布的差異性主要表現為區域科技資源分布的差異性?？萍假Y源的空間聚集影響區域科技創新能力，創新主體、載體的空間聚集又影響科技創新網絡的格局形成和區域產業發展。這其中，CIS技術可以在科技資源信息查詢、服務及決策方面的發揮作用巨大。由于科技資源管理所需數據具備空間屬性，所以將GIS技術作為整個支持系統的平臺建立的科技資源數據庫，不僅實現了科技資源數據的可視化表達，也為科技資源的信息管理提供更直觀、有效和方便的手段。并通過建立科技資源可視化服務框架，實現空間可視化表達和資源數據整合共享，有利于直觀、快速了解科技資源分布現狀，尋找空間特征、空間關聯等規律和發現問題；有利于發現科技資源和產業關聯有利于了解最新科技動態和熱點，從而掌握相關科技創新領域的現狀及發展趨勢。

京津冀地區是我國科技創新的核心地區之一，但三地科技資源區域分布差異大，科技配置不均衡現象嚴重。由于條塊分割和區域壁壘，京津冀科技資源長期處于“分隔和分離”狀態，創新對經濟發展的驅動潛能未能充分釋放。京津冀科技資源數字地圖服務平臺旨在整合三地科技資源，為政府部門和公眾提供全方位的科技資源信息服務，為政府決策和科學研究提供支撐。建立科技資源數字地圖服務平臺，對促進京津冀地區科技資源的共享，提升科技資源的利用效率，打破信息壁壘，有效的為區域科技協同創新和技術服務提供支撐。京津冀科技資源數字地圖服務平臺是在信息資源共享下的科技應用創新服務新模式，一種新嘗試。隨著京津冀科技資源數字地圖服務平臺的日趨完善和不斷改進，平臺在推動區域協同發展、科技創新方面將發揮重要作用。