智慧城市云平臺時空數據庫設計與研究

雷歡++胡惠菱

摘要：數據是建設云平臺的重點，整合各類專題數據、主題數據、基礎數據和平臺運行支撐數據統一為時空數據庫為智慧云平臺提供決策分析的數據基礎。本文主要研究時空數據庫建設中空間與屬性的關聯、現狀與歷史的關聯、二維與三維的關聯等特性，建設時空基礎庫、時空專題庫、時空主題庫和時空運行支撐庫等四大庫。

關鍵詞：時空數據；二維與三維；主題數據；專題數據

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0177-02

信息資源的整合共享與開發利用，是智慧城市建設的基礎，也是最終體現。在智慧云平臺建設中，以信息資源整合為核心的城市公共基礎數據庫、以及以信息資源共享應用為核心的城市公共信息平臺，是兩大基礎性工程，也是國家住建部智慧城市試點考核指標中必須建設的內容。在公共數據層面，為了實現更為深入、智能、科學的分析決策，智慧云平臺公共數據建設的重點是地理空間信息、建筑物信息、人口、等基礎庫以及其他專題信息的整合，從而為智慧云平臺奠定數據基礎。

1 時空數據庫設計思路

1.1 空間與屬性關聯設計

時空信息數據庫管理都是地理空間數據，即地理實體，地理實體的空間和屬性如何關聯，是時空數據庫首先要考慮的，尤其是要考慮如何將描述同一空間尺度的各類業務屬性進行整合，如基于房屋的人口數據、基于房屋的企業經營數據，基于房屋的產權信息，這三類數據如何整合、展現在統一空間上，并能關聯分析房屋各類屬性的關系。地理實體空間與屬性的關聯可以通過對地理實體進行統一編碼，實現其空間信息一屬性的關聯，可以對房屋進行統一編碼，實現基于房屋的人口數據專題、基于房屋的企業經營專題、基于房屋的產權專題三個圖層中的房屋編碼一致，變能將三個專題進行統一展示和關聯分析，為時空數據庫建設打下基礎。

1.2 現狀與歷史關聯設計

在空間數據庫的基礎上，如何加入時間信息，描述地理實體的空間和屬性隨時間的變化情況，是構建時空信息數據庫的關鍵[1]。解決此問題可以通過對數據添加時間描述信息，通過時序來組織和編排地理空間數據，實現現狀與歷史數據關聯。數據時間信息的添加包括三個層級，即數據庫級別、圖層級別和對象級別，添加的時間信息包括數據采集更新時間和數據內容時間，數據的時間信息通過其對應的元數據來描述，如描述影像數據需在數據庫元數據中加上數據更新時間、數據拍攝時間等時間屬性；描述行政區劃專題，需在圖層元數據中加入數據更新時間、區劃形成時間等時間屬性；描述房屋數據，需在房屋屬性表添加房屋更新時間、房屋建設時間等時間屬性，實現基于元數據的時序數據組織。

1.3 二維與三維關聯設計

構建的時空信息數據，除了二維數據外，還有三維數據，因此，需考慮二維與三維數據的關聯，實現二三維一體化。本項目所構建的三維模型包括建筑物、道路、水系、植被等，需要開展業務應用的主要是建筑物，因此，本章節以建筑物模型為例，介紹如何實現二維與三維的關聯。本項目建筑物涉及到的二維數據包括建筑物面數據、建筑物點（興趣點）數據，建筑物涉及到的三維數據包括傳統建模的精細化三維模型以及傾斜攝影建立三維模型數據，精細化三維模型與二維建筑物數據通過建筑物編碼進行關聯、與地名地址數據進行空間坐標關聯，傾斜攝影三維模型與二維建筑物數據和地名地名地址數據都通過空間坐標進行關聯。

2 時空數據庫方案

時空信息數據庫總體上分為平臺運行支撐庫、時空基礎數據庫、時空專題數據庫、時空主題數據庫等四部分，如圖1所示。

2.1 時空基礎數據

對原有的公共地理框架數據進行補充更新、數據時間信息添加、數據重組而來，包括大比例尺矢量數據、高分辨率影像數據、精細地名地址數據和傾斜攝影三維模型數據時空基礎數據庫采用集中式管理，統一存儲在平臺中心端。

2.2 時空專題數據

是針對某一部門業務或某一行業業務，基于單個或多個部門數據，經過數據加工、時間信息添加、數據重組而來，包括物聯網節點數據、精細化三維模型數據、建筑物數據、人口空間統計數據、行政區劃數據、地下管線數據、地理國情普查數據等，時空專題數據采取分布式管理，可存儲平臺中心端或部門應用端[2]。

2.3 時空主題數據庫

是在時空基礎數據庫和時空專題數據庫的基礎上，根據應用所需，進行邏輯上的重新組織和編排而得，如面向綜合分析應用的決策分析庫、面向國情監測的綜合市情數據庫、面向應急的城市應急數據庫等，由各應用系統進行建設，本期項目需要構建決策分析庫、時空主題數據庫物理上不存儲數據，是對時基礎數據和專題數據的邏輯組織，通過元數據來實現[3]。

2.4 平臺運行支撐庫

包括元數據庫、組織機構和權限庫、日志數據等。

元數據庫用于存儲描述數據屬性的數據，元數據分為資源位置元數據、服務元數據、數據庫元數據、文件元數據四大類。其中資源位置元數據主要描述信息資源所在位置，以信息系統為基本單元，包含服務器和數據源；服務元數據主要描述信息系統中服務器可以提供的服務，如Web Service；數據庫元數據主要描述數據庫的組成結構及其相互關系；文件元數據主要描述文件數據的相關信息，如類型、所有者、創建時間。其中文件元數據中的描述信息可以擴展增加所屬區劃、文件時間。用于對文件數據時間和空間位置信息的描述，以元數據關聯專題信息的時間和空間屬性，實現時空信息一體化。

組織機構和權限數據庫存儲綜合市情系統的用戶組和角色權限信息，用于識別用戶身份，判斷登錄用戶所屬的組織和所具有的訪問、操作權限。該數據庫是運維管理中權限管理的基礎庫，與統一身份驗證相結合，共同維護系統安全。

日志數據庫存儲系統運行以及用戶操作所產生的各類日志記錄，重點是對數據采集到數據發布整個流程的全部操作節點進行記錄，當系統出現故障時，可以隨時回溯整個過程，為系統問題排查和故障恢復提供信息支撐。

3 結語

本文整合各類時空數據構建時空數據庫，通過建立地理信息服務總線，將時空信息資源進行統一管理，并對外提供全面無縫集成、自動智能化的公共基礎服務，形成統一的時空信息數據中心、服務中心、共享交換中心與云管理中心，實現城市不同部門異構系統間的資源共享和業務協同，促進部門間信息資源的互聯、互通、共享與集成。

參考文獻

[1]林秀玉，廖磊.基于ArcGIS的時空數據庫的設計與實現[J].現代測繪，2007，30（5）：11-12.

[2]肖建華.智慧城市時空信息云平臺及協同城鄉規劃研究[J].規劃師，2013，29（2）：11-15.

[3]龔健雅，李小龍，吳華意.實時GIS時空數據模型[J].測繪學報，2014（3）：226-232.