數字廣州地理空間框架與智慧廣州時空信息云平臺建設

張鵬程，何華貴，張珊珊，陳利燕

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

地理空間框架是地理信息數據及其采集、加工、交換、服務所涉及的政策、法規、標準、技術、設施、機制和人力資源的總稱，由基礎地理信息數據體系、目錄與交換體系、公共服務體系、政策法規與標準體系和組織運行體系等構成[1，2]。時空基礎設施是指帶有時間和地理空間特征的公共性、基礎性的眾源數據，及其采集、感知、存儲、處理、共享、集成、挖掘分析、泛在服務所涉及的政策、標準、技術、機制運行環境的總稱[3]。隨著《智慧城市時空信息云平臺建設技術大綱》(2015年)、《智慧城市時空大數據與云平臺建設技術大綱》(2017年)的相繼發布，在原有數字城市地理空間框架的基礎上，依托城市統一的云支撐環境，實現向智慧城市時空基準、時空基礎設施(時空大數據和時空信息云平臺)的提升，是當前時空云平臺試點城市的重要任務。

2010年、2012年，廣州市分別被國家測繪地理信息局列為數字城市地理空間框架、智慧城市時空信息云平臺的試點城市，本文結合廣州市的實際情況，在對數字廣州地理空間框架和智慧城市時空信息云平臺介紹的基礎上，重點對數字廣州地理空間框架升級到智慧廣州時空信息云平臺的思路進行了詳細闡述。

2 數字廣州地理空間框架

2.1 建設歷程

2009年，廣州市被列入國家測繪地理信息局數字城市地理空間框架建設第一批推廣計劃；2010年，廣州市被調整為數字城市地理空間框架建設試點城市；2011年1月，國家測繪地理信息局、廣東省國土資源廳與廣州市政府簽訂《數字區域地理空間框架建設示范合作協議書》；2011年4月，數字廣州地理信息公共服務平臺基本搭建完成；2011年5月，數字廣州綠化平臺、公安警用地理信息系統等第一批應用示范系統建設完成；2011年8月，第一次數字廣州地理空間框架共建交流會召開，同期舉辦數字城市專題講座；2011年9月，數字廣州地理信息公共服務平臺正式試運行；2012年4月，經過近8個月的無故障試運行，數字廣州地理空間框架建設項目順利通過國家測繪地理信息局驗收，廣州市被授予“全國數字城市建設示范市”稱號，并榮獲2012年度地理信息科技進步一等獎。

2.2 建設成果

數字廣州地理空間框架的建設成果包括一個服務平臺、一個數據體系、一套支撐環境和五個應用示范：①一個服務平臺：平臺將地理信息封裝成遵守通用標準的地圖服務和要素服務，針對不同的業務需求和應用層次，通過在線或前置的方式向政府、企業提供不同深度的數據和信息支持，平臺還向用戶提供瀏覽、查詢、分析等通用地理信息功能及標準服務接口和二次開發功能包。②一個數據體系：以土地、房屋“一張圖”數據庫為基礎，建立了涵蓋數字線劃圖數據庫、數字正射影像數據庫、數字高程模型數據庫等城市基礎地理信息數據庫，并集成共享了20多個委辦局80多個專題圖層，覆蓋公安、教育、衛生、交通、旅游、環境的業務專題數據。③一套支撐環境：一是編制了《廣州市測繪成果管理規定》、《數字廣州地理空間框架建設和使用管理規定》、《廣州市數字城市建設規范數據共建共享目錄》等多項政策和標準文件，從框架的建設、使用、數據更新、信息共享等方面加以規范，二是構建了以中心機房、展示大屏、廣州CORS系統為核心的廣州市房地數據中心。④五個應用示范：基于數字廣州地理空間框架，廣州市相關委辦局建立了土地業務管理信息系統、警用地理信息系統、廣州市數字綠化平臺、市情綜合展示決策支持系統、地圖公眾服務網站五個應用示范。

3 智慧廣州時空信息云平臺

3.1 立項過程

2012年12月，國家測繪地理信息局發布《關于開展智慧城市時空信息云平臺建設試點工作的通知》，廣州市人民政府積極響應國家測繪地理信息局的號召并提交了《關于申請國家測繪地理信息局智慧城市試點的函》。同年，國家測繪地理信息局下發《關于智慧廣州時空信息云平臺建設試點項目立項的批復》，并將廣州列入了國家首批試點的三個城市之一。2013年～2015年，廣州市國土資源和規劃管理委員會組織編制《智慧廣州時空信息云平臺建設方案》。2016年，平臺建設方案獲廣州市工業和信息化委立項，批準項目建設周期為3年，2017年5月，平臺設計書通過了國家測繪地理信息局組織的專家評審。

3.2 建設內容

智慧廣州時空云平臺的建設內容包括“1”套支撐環境、“1”個時空大數據、“1”個時空信息云平臺、“N”個應用示范建設等內容：①“1”套支撐環境：包括相關標準規范、云計算基礎設施中心、時空基準等建設內容。②“1”個時空大數據：包括對實時在線、定期在線、離線拷貝的歷史與現狀的基礎地理信息數據、歷史與現狀的公共專題數據、智能感知的實時數據、空間規劃數據等進行資源匯聚，經過統一格式、一致性、空間化等數據處理之后，基于全空間信息模型，建立地上下、室內外、虛實一體化的數據引擎，并開發涵蓋動態數據獲取、大數據管理、分析量測、模擬推演、大數據挖掘的時空大數據管理分析系統。③“1”個時空信息云平臺：包括建立五大服務(數據服務、功能服務、接口服務、基礎設施服務、知識服務)、四大引擎(地名址引擎、業務流引擎、知識化引擎、服務引擎)、一個云服務系統(入口門戶、基本服務功能、按需服務能力、運維管理能力、數據同步服務能力)等建設內容。④應用示范建設：在支撐環境、時空大數據、時空信息云平臺的支撐下，智慧廣州時空云平臺開展廣州市國土規劃一體化平臺、廣州市多規合一信息管理平臺、廣州市地下管線智能化工程、廣州市城鄉規劃動態評估系統、面向公眾的移動化應用系統、面向市管委的智慧城管應用、面向市林業和園林局的智慧綠化應用等。

3.3 建設目標

智慧廣州時空信息云平臺在數字廣州地理空間框架已搭建的數據、平臺等服務的基礎上，依托云計算、物聯網、大數據、移動互聯、智能控制等新型智慧城市支撐技術[4～6]，要實現“四個提升”，如圖1所示：

圖1數字城市地理空間框架與智慧城市時空云平臺

(1)由空間基準到時空基準的提升：數字廣州地理空間框架重點從大地基準、高程基準兩個角度，對基礎地理信息數據、面向服務的產品數據、各行業專題數據的測繪基準(空間基準)進行了規定；而智慧廣州時空信息云平臺則明確了時空基準是時空大數據在時間和空間維度上的基本依據，并分別依托《廣州2000坐標系建立及數據轉換項目》、《廣州市連續運行衛星定位服務系統整合與維護項目》，明確要求時間基準中日期采用公歷紀元，所有時空大數據的時間應采用北京時間，坐標基準統一為廣州2000坐標系，高程基準統一采用1985國家高程系統。

(2)由基礎地理信息數據庫到時空大數據的提升：數字廣州地理空間框架主要以來源于城市測繪部門的基礎地理信息數據，包括測量控制點、水系、居民地及設施、交通、管線等以及在基礎地理信息數據基礎上，經提取、擴充和重組等處理后的地理實體數據、影像數據、地圖數據、地名地址和三維景觀數據等；而智慧廣州時空信息云平臺的時空大數據則包括歷史與現狀的基礎地理信息數據、歷史與現狀的公共專題數據、智能感知的實時數據、空間規劃數據四大類，以歷史與現狀的基礎地理信息數據為例，除了包括傳統的地理實體數據、影像數據、高程模型數據、地名地址數據、三維模型數據之外，還包括了如傾斜攝影、可量測實景、激光點云、室內地圖等眾多的新型測繪產品數據，再以智能感知的實時數據為例，除包括采用空、天、地一體化對地觀測傳感網實時獲取的基礎地理信息數據之外，還包括依托專業傳感器感知的可共享的行業專題實時數據，此外，新增加了空間規劃數據。

(3)由地理信息公共服務平臺到時空信息云平臺：數字廣州地理空間框架中的地理信息公共平臺由數據集、交換管理系統、在線服務系統和支撐環境組成，數據集是地理信息公共平臺的核心內容，主要包括面向服務的產品數據、目錄與元數據和專題數據，交換管理與在線服務系統分別是地理信息公共平臺的應用接口和運行維護工具；而智慧廣州時空信息云平臺則以數據服務、功能服務、接口服務、基礎設施服務和知識服務為核心，形成服務資源池，同時建立服務引擎、地名址引擎、業務流引擎和知識化引擎，并通過云服務系統，為各種業務應用提供按需服務，此外，與地理信息公共平臺相比，時空云平臺進一步細分為通用化平臺、專業化平臺和個性化平臺。

(4)由分散的服務器集群到集約的云環境：數字廣州地理空間框架采用分散的服務器集群模式，分別在基礎地理信息數據體系、目錄與交換體系、公共服務體系中搭建了相應的支撐環境，由于基礎地理信息數據庫和地理信息公共平臺分別部署在不同的網絡環境中，信息交換需要跨網擺渡；而智慧廣州時空信息云平臺則依托全市統一的電子政務云服務平臺，時空大數據和時空信息云平臺部署在同一云環境中，可為用戶提供云GIS集群、云GIS數據庫、云GIS桌面、云GIS服務器等全面的基礎設施即服務。

4 建設思考

在數字廣州地理空間框架已有成果的基礎上，開展智慧廣州時空信息云平臺的建設，除了上述提到的“四個提升”之外，作為試點城市，還應實現如下轉變：

(1)實現傳統架構到云GIS架構的轉變：智慧廣州時空信息云平臺將充分利用廣州市全市統一的云環境和云計算技術，并與GIS融合，實現按需提供GIS的計算和存儲能力：①為用戶提供云GIS資源池的配置和管理功能；②通過特定的權限訪問策略控制機制，達到安全得多租戶和可控的基礎架構的共享；③能夠根據用戶業務應用的實際使用需求，動態的調整GIS Server站點內的計算節點個數；④支持對云GIS服務的監控管理，能幫助用戶快速了解GIS服務的運行和工作狀態，并對服務內容進行預覽查看；⑤能為用戶提供云GIS資源服務使用基礎設施資源的情況統計和報表度量的功能，輔助用戶了解業務系統運行所需基礎設施資源的情況和規律。

(2)實現信息或數據由靜態到動態的轉變：智慧廣州時空信息云平臺中的數據多為動態信息，同數字廣州地理空間框架相比，表現在：①包括基礎地理信息數據、公共專題數據、空間規劃數據等在內的所有數據，通過統一的“三域”標識，增加了時間屬性；②在傳統的基礎地理信息數據的基礎上，新增加了智能感知的實時數據；③新增加了新型的時空大數據，如手機信令、簽到、ETC、公交刷卡等實時數據。

(3)實現由數據服務到知識服務的轉變：數字廣州地理空間框架中，無論是基礎地理信息數據，還是各專業部門共享的行業專題數據，所提供的功能主要是數據服務，而時空信息云平臺強調的不僅僅是數據服務，更加強調的提供數據分析的手段，通過歷史推理方法、購物籃分析、決策樹、遺傳算法、聚類分析、連接分析、在線分析處理、神經網絡、判別分析、邏輯分析、支持向量機、貝葉斯理論、人工智能等大數據挖掘方法，發現隱藏在大數據背后規律和趨勢，即更加強調知識服務。

(4)實現由重復投資建設到節約集約建設的轉變：數字廣州地理空間框架建設中，市級和市轄的各區都各建了一套地理空間框架，這不僅導致重復建設與投資，而且市-區基礎數據信息的更新還不一致，而智慧廣州時空信息云平臺則依托全市統一、集約的云環境，將按照“集中統一管理，分層分級共享”的思路來建設，節約集約建設有利于時空大數據的實時共享、信息對稱、同步更新，防止信息孤島和重復投資。

(5)實現由單一行業的應用到跨部門融合應用的轉變：數字廣州地理空間框架應用示范中的土地業務管理信息系統(面向國土部門)、警用地理信息系統(面向公安部門)、廣州市數字綠化平臺(面向林業部門)、市情綜合展示決策支持系統(面向發改部門)等，主要面向的是單一部門，側重于提升單一部門的工作效率，而智慧廣州時空信息云平臺的應用示范則要體現跨部門的業務協同與深度融合，以云平臺的應用示范之一——廣州市多規合一信息管理系統為例，該系統以智慧廣州時空信息云平臺為基礎，面向廣州市的發改、國土規劃、環保、水利、農業等“多規”部門用戶，開發從項目生成、立項、審批、報建、施工、驗收等全過程審批業務，實現項目由傳統的串聯審批到并聯審批模式轉變；再以另一個應用示范——廣州市地下管線智能化工程為例，該示范以智慧廣州時空信息云平臺為基礎，面向廣州市的管線行政主管部門、行業管理部門、權屬單位等，以基于城市地下管線全生命周期的審批流程為驅動，實現管線規劃、報建、道路挖掘、竣工測量、規劃驗收、檔案驗收等各環節的閉環管理。

(6)實現由傳統的空間數據模型到全空間信息模型的轉變：數字廣州地理空間框架中，基礎地理信息數據、面向服務的產品數據和行業專題數據，多以空間數據的形式存在，一般可采用關系型數據庫管理系統，基于空間數據庫引擎(如ArcSDE)，實現圖形和屬性數據的一體化存貯，而智慧廣州時空信息云平臺中，不僅包括傳統的地理實體、影像、高程模型等地理大數據，而且包括各類手機定位、社交媒體、出租車軌跡、公交刷卡等地理空間大數據，這些時空大數據除了結構化數據之外，更多的是半結構化、非結構化數據，因此，云平臺將綜合采用關系型數據庫管理系統(如Oracle)和NoSQL數據庫(如Redis)實現各類時空大數據的存儲，基于全空間信息模型，實現地上下、室內外、虛實時空大數據的一體化管理。

(7)實現由傳統IT驅動業務到DT(數據)驅動決策的轉變：數字廣州地理空間框架階段，經過城市海量地理空間數據的采集、建庫、共享之后，通過地理信息公共服務平臺提供的相關功能來推動相關部門的業務辦理，即IT驅動業務；而智慧廣州時空信息云平臺遵循“用數據說話、用數據決策、用數據管理、用數據創新”的理念，基于時空大數據，按照描述、診斷、預測、評估、決策的思路，面向政府、企事業、大眾等提供時空基礎設施服務，即數據驅動決策。

5 結 語

(1)云計算、物聯網、大數據、移動互聯、地理空間信息集成等新型智慧城市技術是數字城市地理空間框架升級到智慧城市時空云平臺的核心支撐技術。

(2)空間基準到時空基準、基礎地理信息數據庫到時空大數據、地理信息公共服務平臺到時空信息云平臺、分散的服務器集群到集約的云環境的“四個提升”，是數字城市地理空間框架升級到智慧城市時空云平臺的基本要求。

(3)從數字廣州地理空間框架到智慧廣州時空信息云平臺，應實現傳統架構到云GIS架構、信息或數據由靜態到動態、由數據服務到知識服務、由重復投資建設到節約集約建設、由單一行業的應用到跨部門融合應用、由傳統的空間數據模型到全空間信息模型、由傳統IT驅動業務到DT(數據)驅動決策等轉變。

[1] GB/T30317-2013. 地理空間框架基本規定[S].

[2] CJJ/T103-2013. 城市地理空間框架數據標準[S].

[3] 國家測繪地理信息局. 智慧城市時空大數據與云平臺建設技術大綱[R]. 2017年2月.

[4] 國家測繪地理信息局. 智慧城市時空信息云平臺建設技術大綱[R]. 2015年5月.

[5] 李德仁，邵振峰，楊小敏. 從數字城市到智慧城市的理論與實踐[J]．地理空間信息，2011.9(6)：1～6.

[6] 龔健雅，王國良. 從數字城市到智慧城市：地理信息技術面臨的新挑戰[J]．測繪地理信息，2013，38(2)：1～6.