基于北斗時空碼的城市空間數字底座設計與實現關鍵技術探究

摘要：為了打造高效、統一、標準、精準的時空數據底板，構建全空間數據體系，設計基于北斗時空碼的城市空間數字底座，實現多源異構數據匯聚、融合治理、城市級海量三維數據的高效、高逼真渲染和多維可視化表達等關鍵技術，為“一網統管”建設、城市管理信息化和政務數據利用提供標準統一的時空數據服務平臺，并以呼倫貝爾市為例，基于北斗網格碼的可定制、高效率、可擴展等特性，以期為新型智慧城市建設添磚加瓦。

關鍵詞：城市空間數字底座""北斗網格位置碼""北斗剖分時間碼""一網統管""智慧城市

中圖法分類號：P237

Exploration"of"Key"Technologies"for"Design"and"Implementation"of"Urban"Space"Digital"Base"Based"on"Beidou"Spatio-Temporal"Code

CHEN"Qingcong1*""SHI"Chao2""GUO"Yating1""ZHANG"Guofeng2""CAI"Zifu1

1."Hulunbeir"Smart"City"Development"Research"Institute，"Hulunbeir，"Inner"Mongolia"Autonomous"Region，"021000"China;"2."Hulunbeir"Big"Data"Center，"Hulunbeir，"Inner"Mongolia"Autonomous"Region，"021000"China

Abstract："To"create"an"efficient，"unified，"standardized"and"precise"spatio-temporal"data"base"and"establish"a"full"spatial"data"system，"this"paper"designs"an"urban"digital"base"utilizing"BeiDou"spatio-temporal"code."Key"technologies"such"as"multi-source"heterogeneous"data"aggregation，"fusion"governance，"efficient"and"highly"realistic"rendering"of"massive"3D"data"at"the"city"level，"and"multidimensional"visualization"expression"are"implemented"to"provide"a"standardized"and"unified"spatiotemporal"data"service"platform"for"the"construction"of"\"One"Network"Unified"Management\"，"urban"management"informatization，"and"government"data"utilization."Taking"Hulunbuir"City"as"an"example，"based"on"the"customizable，"efficient，"and"scalable"characteristics"of"the"Beidou"grid"code，"it"aims"to"contribute"to"the"construction"of"a"new"smart"city.

Key"Words："Urban"space"digital"base;"Beidou"grid"location"code;"Beidou"subdivision"time"code;"One"Network"Unified"Management;"Smart"city

“十四五”規劃進一步提出要打造數字經濟新優勢，加快數字社會建設步伐，提高數字政府建設水平，營造良好數字生態[1]。作為智慧城市最重要的數據底座，吳杭彬等人[2]給出了城市空間數字底座的概念、架構及特點，提出了基于本體和知識圖譜的城市空間數字底座架構。趙峰等人[3]給出了城市“空間數字底座”發展趨勢以及上海的建設思路，指出“空間數字底座”在應用領域多元化發展、各細分領域融合發展和從政府驅動向從企業和公眾需求驅動轉化等3個發展趨勢。王聰[4]初步設計了基于時空信息模型的智慧城市數字底座，數字底座信息模型的內容包括空間數據、元數據和屬性信息，集成城市管理的屬性信息。賈澤露等人[5]提出利用地理實體空間語義模型、多尺度空間計算模型、多尺度地址匹配與位置關聯等技術，建設智能數字底座以打破數據壁壘。張唯[6]從分類體系、采集標準、應用框架和典型案例等方面研究了上海農業數字底座的建設和應用方法。韓雯雯等人[7]從數據工程體系角度出發，構建基于人居環境理論數據框架體系、搭建支撐融合可用的城市信息模型（City"Information"Modeling，CIM）數據空間組織、探索操作性強的數據采集更新方法，為平臺更全面豐富、橫縱向融合、動態鮮活的數據建設提供行之有效的解決途徑。陳元元[8]利用“北斗網格碼”建立投資項目信息庫，為項目監管賦能價值。但是，針對多源異構海量數據，鮮有專門基于北斗時空碼構建高效、統一、標準、精準的時空數據底板，因此，本文研究了“地下+地表+地上+空中”的全空間數據體系，設計了基于北斗時空碼的城市空間數字底座，充分利用北斗網格位置碼[9]和北斗剖分時間碼[10]的優勢，實現多源異構數據匯聚、融合治理、城市級海量三維數據的高效高逼真渲染和多維可視化表達等關鍵技術，并以呼倫貝爾市為例，以期為新型智慧城市建設添磚加瓦。

1基于北斗時空碼的城市空間數字底座設計

城市時空數字底座按照“統一時空框架、分布式微服務、高可用可擴展”的原則，融合北斗剖分時間碼與北斗網格位置碼，設計相關的系統開發規范和集成規范，采用“北斗網格位置碼+北斗剖分時間碼+分級分類碼+標識碼”的方式，關聯業務屬性信息，生成一個個數據集裝箱，把多維多尺度數據裝箱成一維索引，類似于模擬信號轉換成數字信號，形成統一的接口交互規則，構建綜合應用技術體系，提高時空大數據的組織、處理、分析、傳遞和運用效率。

城市時空數字底座通過將地理信息系統（Geographic"Information"System，GIS）大空間宏觀場景與建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）小空間微觀場景無縫融合，以及物聯網（Internet"of"Things，IoT）數據動態匯聚，提供多樣化實時計算、分析挖掘和動態展示、城市信息全量接入，構建全空間數據體系、城市級海量三維數據的高效渲染和多維可視化表達，形成數字孿生綜合管理體系，并通過數字孿生的虛實雙體，以全要素的數字化實現可視化、可模擬和分析管理，實現“時空一體化、管理一體化、全程一體化”新模式。

2城市空間數字底座關鍵技術

2.1"多源異構數據接入、融合與可視化

時空數字底座實現矢量數據、遙感影像、數字高程模型（Digital"Elevation"Model，DEM）、數字正射影像（Digital"Orthophoto"Map，DOM）、傾斜攝影模型、精細建模數據、BIM、激光點云和視頻數據等海量多源異構數據的統一匯聚管理，提高數據的利用價值，使得城市立體表達體征可以更快速、更精細、更真實。基于坐標變換和空間配準能力，實現多源數據在平面坐標系和地理坐標系之間的轉換，將BIM模型與傾斜攝影模型、地形等多源數據統一到同一個坐標系，實現各種信息對齊。基于三維空間數據鑲嵌、裁剪、壓平、挖洞及設置緩坡等操作和處理功能，可實現數據平滑銜接，還可通過時空隧道方式呈現走馬燈式動態可視化。

2.2"構建全空間數據體系，引接全量城市信息

城市時空數字底座將具備城市全量多源異構數據匯聚融合能力，兼容國內外主流時空數據標準，全面支持城市“二三維”“全空間”“靜動態”的基礎地理、公共專題、行業專題、物聯感知、互聯網數據接入，通過多源異構數據的存儲一致化、時空一致化、結構一致化以及規則一致化，構建全空間數據體系，為新型智慧城市提供完整統一的時空三維數字底座。

2.3"城市級海量三維數據的渲染和表達

針對全空間數據范圍廣、體量大、類型多、精度高的特點，對海量三維數據進行網格劃分、分層組織和動態切片，采用流式傳輸模式，實現了三維數據多端一屏的高效解析和虛實結合的高逼真渲染。支持差異化渲染優化策略，基于紋理壓縮、場景裁剪、幾何紋理合并，三維模型輕量化，多級LOD等策略，實現大場景下三維數據的快速可視化。能夠實現大規模城市建筑的動態加載，從全球視野、全國呈現到大規模城市建筑直至具體設施的平滑過渡，無須畫面切換；支持L1級到L4級精細建筑模型的無縫切換。

3"呼倫貝爾市應用案例

2024年3月，內蒙古自治區人民政府關于印發自治區數字政府建設實施方案的通知明確指出，要構建全區“一網統管”體系[11]。呼倫貝爾市利用基于北斗網格碼的城市空間數字底座及關鍵技術積極開發空間數據處理系統、二三維可視化平臺和呼倫貝爾市空間數字底座平臺，梳理各相關系統數據資源的關聯性，編制數據資源目錄，建立信息資源交換管理標準體系，在業務可行性的基礎上，實現數據信息共享，推進信息公開，建立跨部門跨領域以空間大數據平臺為基礎的業務融合，將逐步形成如下成效。

（1）將呼倫貝爾市所有空間數據管理從各自為政的狀態，轉變為項目統籌規劃、數據集中管理、數據標準交互、系統高度集成，確保數據資源的有序管理、數據的充分共享等。建立綜合性數據庫把城市管理領域基本的時空核心數據全部納入其數據庫，實現高效協同。

（2）對呼倫貝爾市現有的數據信息進行整理，形成城市管理領域時空元數據標準體系，為今后的智慧城市管理領域信息化建設提供元數據標準規范。同時，在元數據標準體系下，將各子系統和不同領域內各項數據信息進行結構改造、清洗融合，利用大數據分析機制建立深度的衍伸關聯和模型分析，結合實際業務需求，基于大量的可視化信息手段和GIS地圖，將事件、人員、設備等業務數據以不同專題的形式進行分析結果展現和分析預測展現。

（3）通過呼倫貝爾市空間數字底座平臺，將城市管理基本的、核心的多個細分領域的海量動態信息數據整合加工利用，科學分析，提供決策參考依據，構建呼倫貝爾市市級頂層城市管理的智能“大腦”，從而真正實現高位統籌協調、監督指揮。

4結語

基于北斗時空碼的城市空間數字底座充分運用遙感、全球定位系統、地理信息系統和計算機網絡等高新技術，設計北斗時空融合碼，建立空間大數據的基礎數據體系、共享與交換服務平臺、保障體系以及示范工程，建立數據與系統維護更新的運行機制，使整個系統健康發展，實現以多尺度、多分辨率、多種類、現勢性強的多源異構空間數據的全市覆蓋與動態更新，為智慧城市建設、“一網統管”建設、城市管理信息化和政務數據利用提供標準統一的空間數據服務平臺，推進政務數據共享和業務協同，為決策提供及時、準確、可靠的信息依據，提高政務工作的前瞻性和針對性，加大宏觀調控力度，促進經濟持續健康發展。

參考文獻

[1]劉奕，沈雙穎.新城新區數字底座建設助推城市數字化轉型的理論與路徑研究[J].復旦城市治理評論，2022（2）：165-192.

[2]吳杭彬，韋朝旭，陳茜茜，等.基于本體和知識圖譜的城市空間數字底座架構及應用[J].時空信息學報，2024，31（2）：292-301.

[3]趙峰，王偉，劉一寧.城市\"空間數字底座\"發展趨勢及上海的建設思路[J].科學發展，2023（8）：5-13.

[4]王聰.基于時空信息模型的智慧城市數字底座設計初探[J].測繪地理信息，2021，46（S1）：162-164.

[5]賈澤露，朱毅，唐文武.服務城市精細治理的數字底座關鍵技術研究[J].地理空間信息，2023，21（2）：67-71.

[6]張唯.面向城市數字化轉型的上海農業數字底座建設與應用研究[J].測繪與空間地理信息，2023，46（6）：75-77.

[7]韓雯雯，邢韻，王飛飛，等.面向數據工程體系建設的CIM基礎平臺研究[J].智能建筑與智慧城市，2022（4）：6-10.

[8]陳元元.基于“北斗網格碼”的智慧園區項目全流程監管系統研究[J].現代信息科技，2023，7（3）：139-142，146.

[9]國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會."北斗網格位置碼：GB/T"39409—20209[S].北京：中國標準出版社，2020.

[10]國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會.北斗剖分時間碼：GB/T"42578—2023[S].北京：中國標準出版社，2023

[11]內蒙古自治區人民政府.內蒙古自治區數字政府建設實施方案[EB/OL].（2024-03-21）[2024-08-16].https：//www.nmg.gov.cn/zwgk/zfxxgk/zfxxgkml/202403/t20240321_2483364.html.