智慧濰坊時空大數據與云平臺建設及應用

袁學旺，楊金濤，趙倩，謝桂華

(1.濰坊市自然資源和規劃局，山東 濰坊 261041；2.山東省國土空間數據和遙感技術中心，山東 濟南 250014；3.山東經貿職業學院，山東 濰坊 261011)

0 引言

2012年12月，原國家測繪地理信息局下發了《關于開展智慧城市時空信息云平臺建設試點工作的通知》(國測發〔2012〕122號)，在全國開展智慧城市時空信息云平臺試點建設[1]，并多次修訂建設技術大綱，發布了《智慧城市時空大數據與云平臺建設技術大綱》。隨著云計算、物聯網和大數據的快速發展，地理信息平臺面臨著體驗性要好、實時性要強、移動性要大和自主性要多等新要求，勝任城市“骨架”的新要求[2-3]。

2015年6月，智慧濰坊時空大數據與云平臺建設項目列入原國家測繪地理信息局試點計劃。項目緊密結合濰坊市推進智慧城市建設的總體目標，積極探索智慧濰坊時空大數據與云平臺的建設、共享和服務模式，以及地理信息為智慧城市建設的方式和途徑，推動城市的經濟發展、產業融合、智能運行和可持續發展。

1 需要解決的問題

試點建設前期，通過深入調研，從數據、應用、管理3個方面對全市地理信息平臺建設進行梳理，濰坊在數字城市建設應用和智慧城市開展建設方面主要存在“五個不全”，“四個不能滿足”和“三個不夠統一”問題，亟需在數字濰坊地理信息公共服務平臺向智慧濰坊時空大數據與云平臺升級中解決[4-5]。

(1)“五個不全”：一是基礎地理信息數據不全。隨著城市建成區面積不斷擴大，現有的大比例尺地圖和高分辨率影像數據覆蓋區域不全。二是專題數據不全。數字城市階段未搭建共享交換平臺，人口、法人等專題數據匯聚交換無法實現，基本以國土數據為主，專題數據單一。三是新型數據不全。數字城市階段主要著眼于傳統地理信息數據采集，傾斜攝影、街景點云等新型數據未納入建設范疇。四是實時和遠景規劃數據不全。五是歷史數據不全。有的數據還是紙質保存，未作矢量化處理；有的數據在數據庫中單獨存放，沒有進行標識化處理和關聯分析。

(2)“四個不能滿足”：一是不能滿足城市發展需求。隨著經濟社會發展，原有數據年度更新模式無法滿足現實需求。二是不能滿足部門需求。原有的單一應用模式，單向提供數據和服務，不能進行部門數據共享交換和大數據分析。三是不能滿足公眾需求。數字城市階段主要面向政務應用，老百姓沒有充分享受到數字城市的建設成果。四是不能滿足環境需求。隨著用戶和數據量急劇增加，存儲環境和計算能力顯得嚴重不足，急需向云環境部署和遷移。

(3)“三個不夠統一”：一是標準不夠統一。因數據標準不統一，無法進行大數據的共享和分析，很大程度上制約和阻礙了試點進度。二是軟件不夠統一。數字城市階段，一種數據一個軟件，界面差異大，底層架構不一致，導致應用不順暢。三是網絡不夠統一。有些部門使用自己的業務專網，還有的使用局域網，未能接入統一的網絡，這給云平臺推廣應用造成了很大阻礙。

2 建設內容

針對數字城市建設存在的弊端和云平臺技術大綱要求[6]、評價指標體系[7]和各部門單位的時空信息服務需求，堅持問題導向，深化細化工作任務，突出濰坊特色，開展頂層設計，圍繞時空大數據中心、支撐環境、時空信息云平臺和智慧應用，加快推進項目建設，爭取將試點建設成為可復制、可推廣、有特色、有應用的樣板工程，取得了階段性的建設成果[8]。項目總體設計見圖1。

圖1 項目總體設計圖

2.1 時空大數據中心

時空大數據中心主要包括時空大數據、大數據管理系統和共享交換系統。該部分主要是滿足全市各類數據的存儲、交換和管理需求，實現對各類型數據的統一管理。時空大數據主要包括基礎地理信息數據、公共專題數據、實時數據和遠景規劃數據四類數據。其中，基礎地理信息數據包括歷史和現狀的矢量、影像(含傾斜攝影)、高程、地名地址、三維、仿真三維、360°全景、街景點云、地下管線、地理國情等數據。公共專題數據主要包括法人、人口、宏觀經濟、興趣點等數據，以便于后期的大數據應用分析，深入挖掘公共數據的時空價值。實時數據包括視頻探頭、交通流量、共享單車軌跡、環境監測等設備位置信息和實時感知數據。遠景規劃數據包括城市規劃、土地規劃以及各類專題規劃數據。

大數據管理系統面向數據管理和數據服務提供CS和BS兩個版本，主要是實現對地上地下、室內室外、虛實結合的時空數據的統一管理，實現對全市地理信息數據和各類其他數據的全空間一體化管理，主要功能包括導入導出、數據編輯處理、數據可視化、數據比對、元數據管理、安全設置等。

共享交換系統是打通測繪地理信息數據和其他各業務部門以及公共數據交換的通道，各部門單位的數據通過共享交換系統匯聚到時空大數據中心，同時對各類數據進行時空化，為各部門單位提供時空地理信息服務，發揮時空基礎設施作用。截至目前，共匯聚了濰坊市49個部門的6000萬條專題數據，逐步實現全市公共數據時空化，奠定了時空云平臺應用服務的數據基礎。

濰坊市時空大數據中心匯集了以上基礎地理信息數據、公共專題數據、實時數據和遠景規劃數據4大類時空大數據，跨越10個年份，涵蓋52個行業部門，共計54小類、218個圖層、2億條記錄，數據總量超過100TB。同時，建立了基礎地理信息數據實時更新機制，達到地名地址、地形圖及主要地物巡查、匯總、上圖的“月清季結旬更新”效果[9]。

2.2 支撐環境

支撐環境主要包括計算資源、存儲資源、網絡資源和安全體系。考慮到日益增長的軟硬件需求和更好發揮基礎設施作用，將時空大數據和時空信息云平臺遷移到市云計算中心，融合并提供四維服務[10]，并采用基于F5的負載均衡高可用技術實現平臺的連續穩定運行，支撐海量高并發用戶不間斷服務，提供故障情況下的自動切換與處理。

2.3 時空信息云平臺

該部分充分利用已有的數字濰坊地理信息公共平臺成果和時空大中心數據資源,開展時空信息云平臺升級,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，建立了服務引擎，通過云服務系統，為各種業務應用提供按需服務[11-12]。

時空信息云平臺包括大數據、云匯聚、資源池、云應用、超引擎和云管控6個模塊。大數據在BS端實現時空大數據中心數據的瀏覽和管理。云匯聚包括數據匯聚、服務匯聚、應用匯聚和知識匯聚，實現各類資源的統一管理。資源池主要是擴充各類服務資源和開發接口，滿足云環境下的開發應用。云應用主要是基于服務資源和計算資源，為應用系統建設提供技術支持。超引擎主要指開發了服務引擎，包括服務發布、服務目錄、服務管理、服務查詢、服務申請和服務監測等功能。云管控可以實現云平臺的運行維護(圖2)。

圖2 智慧濰坊時空信息云平臺

為了滿足各部門單位業務需求的大數據分析應用功能，平臺提供了業務流引擎、知識化引擎和地名地址引擎。物流引擎是將業務流程中的工作，按照邏輯和規則以恰當的模型進行表示并對其實施計算，實現工作業務的自動化處理，可以幫助各部門單位快速搭建。基于業務的專題應用，具體包括業務規則庫管理、運行服務管理、運行監控管理等功能。

2.4 智慧應用

濰坊市高度重視智慧濰坊時空大數據與云平臺建設，把項目作為“智慧濰坊”建設的重要基礎平臺，專門成立了建設工作領導小組，負責項目建設、維護管理、推廣應用等工作，市發改、經信等部門單位按職責分工，協同配合做好相關工作，合力推進項目建設。專門出臺文件，將云平臺確定為全市權威、唯一、通用的地理信息平臺，要求各部門單位凡建設應用系統，涉及地理信息需求的，一律基于云平臺建設，避免重復建設和資源浪費。

基于數據服務資源和平臺建設成果，開展了智慧公安、智慧城管和智慧街道等典型示范和一系列大數據分析應用，在社會治理、城市管理、環境保護、土地節約集約利用等方面取得了良好的效果。

3 推廣應用現狀

目前，市級平臺先后在城管、規劃、社保、農業、教育、旅游等60多個部門120多個系統中得到廣泛應用，市縣共推廣應用了270多個業務系統，項目入選國家《新型智慧城市發展報告2017》優秀案例，項目積累了一批基于智慧濰坊時空大數據與云平臺搭建的智慧系統典型案例，真正做到大數據的大推廣、大應用。

3.1 物聯濰坊

物聯濰坊項目結合智慧濰坊建設規劃，以建立起有效感知、數據共享、智能處理、安全傳輸的物聯網應用支撐體系為目標，通過在智慧泊車、車聯網、智慧市政、智能抄表、智慧水務、智慧養老、智慧樓宇、智慧物流、智慧農業、智能制造等重點領域和行業組織實施物聯網創新應用，構建起城市實時感知的“眼睛”和智慧調度運行的“大腦”，全面提升城市管理和公共服務的實時化、精細化、智能化水平(圖3)。

圖3 物聯濰坊應用

3.2 智慧國土

基于云平臺發布的基礎地理信息服務，結合國土資源“批、供、用、補、查、登”業務開展實際，以全流程優化審批、全區域便民服務、全業務網上辦理、全節點效能監管“四全”為方向，形成了面向自然資源的一體化業務受理、行政審批、綜合監管和社會服務的“智慧國土”系統[13]。

3.3 大數據分析

將大數據中心中的地理數據、公共數據等進行關聯分析，建立地理模型，進行深入挖掘分析，并實現可視化，應用于政府決策和宏觀分析。例如，濰坊市降雨量的大數據分析，為黨委政府抗旱防汛提供輔助決策；將公共自行車站點信息和借還車輛實時信息進行時空挖掘，方便公共出行，優化站點布局。共享自行車流向大數據分析效果如圖4所示。

圖4 共享自行車流向大數據分析

4 創新點

(1)構建了智慧濰坊時空大數據，創新時空大數據的實時更新和共享管理機制。提出了全空間信息模型，研制了實時感知流數據和知識挖掘引擎，構建了集基礎地理、公共專題、智能感知和空間規劃數據于一體的智慧濰坊時空大數據，形成了靜動態、二三維、室內外、地上下、市縣區一體化的濰坊全時空，開發了具備大數據分析能力的分布式、非關系型時空大數據系統；建立了“月清季結旬更新”的基礎地理信息實時更新機制和依托信息資源共享交換平臺的大數據共享交換體系，為智慧濰坊建設提供時空數據支撐和時空基礎設施[14]。

(2)搭建了時空信息云平臺，創新多模式平臺建設服務體系。研制開發了時空信息云平臺，實現了統一服務認證、管理和服務，包括通用平臺、個性化平臺，空間規劃、生態環境監測專業平臺，以及移動版“濰地圖”，形成了多模式平臺建設服務體系，全面保障云平臺長效穩定運行和服務。

其中，面向專業用戶，擴充空間規劃數據、地理國情普查數據，以及專業化功能和業務流程，提供空間規劃專業平臺和生態環境監測平臺。面向個性用戶，通過用戶自主選擇或流程的組裝向導，搭建了個性平臺，實現了數據和功能的智能封裝、自動部署和按需服務。面向公眾用戶，擴充豐富智慧濰坊時空大數據中可公開數據資源，全面升級“天地圖·濰坊”，開發“濰地圖”移動APP，實現了“軟件即服務”[15]。

(3)進行時空信息的大數據知識挖掘分析，用于時空知識服務。基于智慧濰坊時空大數據，采用多因子關聯分析、時空分析等多種空間分析挖掘方法，形成智慧濰坊時空大數據的4大類15種知識結果，并將時空知識結果發布為時空知識服務，政府部門決策由原來的經驗決策提升為知識決策[16]。

5 總結與展望

2017年11月3日，試點項目作為全國第一個地級市順利通過原國家測繪地理信息局驗收，驗收專家一致認為，項目整體達到了國際先進水平，為智慧城市時空大數據與云平臺建設提供了可復制、可推廣、可落地經驗。隨著自然資源部門的成立，結合自然資源地理空間信息庫建設，加快云平臺建設成果在自然資源、多規合一領域的共享開放和開發利用，提高自然資源管理的精準化、智能化和信息化水平[11-18]。同時，繼續在智慧城市建設中提供持續穩定的時空基準服務，深入廣泛發揮大數據分析決策作用，助力城市各領域智慧化應用[19-20]。