时空大数据平台设计

时空大数据平台设计

1.项目概况

智慧城市作为现代信息技术集中应用与展示的重要载体，已成为促进经济社会建设升级的重要力量。2006年以来测绘地理信息主管部门开始数字城市地理空间框架建设，取得了一系列地理空间数据资源、地理信息公共服务平台软件资源、应用示范建设资源等成果。2012年开始智慧城市时空大数据与云平台建设工作，分别出台了《智慧城市时空信息云平台建设技术指南》（2015版）、《智慧城市时空大数据与云平台建设技术大纲》（2017版）、《智慧城市时空大数据平台建设技术大纲》（2019版）。

时空大数据与云平台作为智慧城市各行各业全面建设的重要基础性支撑平台，是智慧城市所有与地理空间位置有关建设内容的核心支撑，也是智慧城市中用于关联其他信息的时空信息支撑平台和时空信息基础设施，实现时间、空间的地理空间信息共享，提供时空维度的分析与应用，协调和关联各个政府部门时空信息的产生、流向、管理、应用的技术体系和数据保障，将全面服务于政府部门的管理决策，方便广大公众享受更为智能、便捷的生活服务。为推进国民经济发展和城市信息化建设，盘活地理信息资源，促进地理信息资源的共建共享和充分利用，需要建设时空大数据与云平台。

2.建设目标

智慧城市时空大数据与云平台将在智慧城市总体框架下，充分利用基础地理信息已有的建设成果以及在智慧城市方面的建设资源，对

基础地理信息数据库和地理信息公共平台在内容、功能和效能上进行补充建设，构建城市时空信息数据库和云平台，最终实现基础地理信息接入感知信息，从而发展到准确定位、有机整合、深度利用；信息资源由现在的分布式存储、逻辑式集中，发展到用云计算、宿主资源；从现在的对接式服务共享，发展到知识引擎、按需服务。选择多个应用领域，开展智能专题示范建设。

通过丰富带有时间标识的基础地理信息数据和倾斜摄影测量三维等新型产品数据，整理历史和远景规划地理信息，集成智慧城市大数据中心的典型数据资源，形成静态地理信息；同时，扩充物联网智能感知设备位置数据和实时感知的流式数据及其多层次摘要信息等，形成实时动态数据，构建时空信息大数据。建设按需提供服务能力，扩充感知定位、接入解译及模拟推演API接口、云服务系统、地名地址匹配引擎、业务流引擎、云端自主制图、按需定制服务系统，增强大数据时空分析和数据挖掘能力，搭建时空信息云平台。

3.建设内容

按照总体建设目标，时空大数据与云平台分五大部分建设内容。

第一部分是标准规范建设。建设内容包括时空大数据平台建设、使用与维护管理办法，时空数据整合、交换和共享管理办法，时空信息云平台建设的基本规定、数据规范、技术规范、服务规范、接口规范等。

第二部分是时空大数据建设。参照《基础地理信息数据库基本规定》（CH／T 9005-2009）的定义，时空信息数据库应蕴含时空信息和

物联网节点地址数据，实现其获取、分类、编码、输入、编辑、浏览、查询、统计、分析、表达、输出、更新等管理、维护与分发功能的软件，以及支撑环境。项目将建设倾斜摄影测量三维建模等新型数据，集成多时期数字线划图，整合多时期历史影像图，建设多时期地理实体，融合多时期影像、地名地址（POI）和基础地理数据，接入物联网时空数据，整合行业专题数据，开展时空信息大数据管理、分析挖掘和服务产品制作等。

第三部分是时空信息云平台。时空信息云平台在内容上包括业务流引擎、知识化引擎、地名地址服务系统、宿主服务系统、云服务系统、大数据挖掘与可视化系统、云端自主制图系统、按需服务定制系统和时空地理信息公众服务系统等。

第四部分是支撑环境建设。时空大数据与云平台的软硬件环境将依托自然资源和规划局已有的软硬件及新建设备进行部署。

第五部分是应用示范建设。在时空信息云平台基础上，提供接口服务，协助相关委办局开展智慧水利、智慧国土（自然资源）、智慧交通、智慧医疗、智慧旅游、“智慧公安”以及安全应急保障系统等示范应用对接工作。

4.数据建设

(一)基础地理信息数据库建设

（1）多时期数字线划图集成

以自然资源和规划局的基础地理信息建设及更新成果为基础，包括1︰1000 数字线划图（DLG），集成建设单位收集提供的1︰

10000DLG、1︰50000DLG数据、1︰250000DLG数据、1︰500000DLG 数据等多期数据资料，通过数据格式转换、坐标转换、数据重组等处理，形成多时间序列、多尺度的数字线划图成果。

（2）地理实体库建设

以自然资源和规划局的基础地理信息建设及更新成果为基础，融合多行业数据，结合智慧城市应用工程的需求，按照地理实体建设要求，选择试点片区，建设地理实体数据库，实现地理信息与社会经济信息的挂接、管理，实现位置、属性多维度的时态管理与表达。

（3）多时相遥感影像融合

融合已有的多时期0.1米、0.3米分辨率的高清正射影像，整合多年份历史影像成果，建设智慧城市时空大数据与云平台影像时空数据库。

（4）地名地址（POI）融合

以公安部门建设的现势的标准地址库为基础，整合基础地理信息地名地址（POI）成果，融合民政部门、商业电子导航公司的地名地址（POI）数据，形成地名地址（POI）数据。

(二)物联网时空数据获取与融合

（1）智能传感设备位置数据采集与接入

依托时空信息云平台，建智能传感设备位置数据采集平台，满足第三方用户采集具备开放和共享条件的其他传感设备空间位置，为智慧城市传感信息深度共享提供支撑。以城市视频监控共享平台等工程建设为契机，接入各类具备开放和共享条件的智慧城市智能传感设备

位置数据。

（2）实时位置与实时感知数据接入与集成

依托时空信息云平台，接入智慧城市框架下具备开放和共享条件的传感设备，对其实时位置和实时感知流式数据进行动态解析。

(三)行业专题时空信息资源建设

（1）远景规划地理信息集成

融合城市发展规划数据，如国民经济和社会发展规划、国土空间规划、生态环境规划、产业布局规划等规划内容信息，添加时间、空间和属性三域标识。

（2）政务专题数据空间化与集成

配合政务数据开放平台建设，选择典型政务数据将其统一空间化，赋予空间位置信息，丰富政务开放数据的信息度；将政务开放数据资源集成到时空信息云平台。探索建设空间化的政务专题共享数据目录体系，为建立以空间化形式共享政务专题数据的常态机制提供支撑。

(四)基础测绘数据与时空信息数据一体化管理系统

通过自定义数据抽取规则，自动提取基础测绘数据成果，形成天地图、时空信息数据库，自动形成电子地图配图文件。针对在线浏览和专题标图的需要，对矢量数据、影像数据进行内容选取组合所形成的数据集，经符号化处理、图面整饰、分级缓存后形成重点突出、色彩协调、符号形象、图面美观的视屏显示地图。经符号化处理、图面整饰、晕渲、分级裁切后可形成的色彩协调、图面美观的各类显示地图。包括线划图和影像地图两类电子地图，其中线划类电子地图是以

基础地形要素数据为主数据源，经过数据分级、可视化设置而成，影像类电子地图数据是以影像数据为基础，并配以标记级矢量线划数据。成果输出为固定大小（256*256）的分块瓦片，数据格式为PNG。

电子地图数据分面向政府部门应用的政务电子地图和面向公众服务的公众电子地图。政务电子地图在地理实体数据基础上，通过整合政府关注的且具有应用需求的社会经济信息形成，主要内容包括水系、交通、居民地、地貌等基础地理信息以及行政机关、公共服务设施等专题信息，作为电子政府建设的地理底图。

公众电子地图在政务电子地图基础上，将涉密信息及不适于面向公众发布的内容进行删除、屏蔽、简化、模糊和综合，增加公众兴趣信息，包括企事业单位、学校、医院、宾馆酒店、体育场馆等，为社会公众提供服务。公众电子地图的具体内容将结合地理信息公众服务系统的建设进行展开。

系统主要功能如下：

（1）数据提取

建立与基础数据相关数据内容对应的数据层与要素类的对照表，按照图号检索，图幅检索，空间索引图检索，道路、水系等范围要素检索，行政区划检索等检索条件，从相关基础地理数据中提取数字城市框架数据库和智慧城市时空数据库。

（2）数据一致性处理

地理信息公共服务平台的数据源存在着不同来源，不同比例尺、不同坐标系和不同形状特征等情况，根据实际情况，用大比例尺数据

修正小比例尺数据，用权威部门的数据修正其他数据，处理内容主要包括几何形状和数据属性等。

（3）数据编辑

按照《地理信息公共服务平台地理实体与地名地址数据规范》、《地理信息公共服务平台电子地图数据规范》要求，其中道路数据的几何表达与拓扑关系表达应尽可能遵循《导航地理数据模型与交换格式》（GB/T 19711-2005）与《车载导航地理数据采集处理技术规程》（GB/T 20268-2006），对数据进行编辑处理。

（4）电子地图制作

按照《地理信息公共服务平台电子地图规范》的要求，制作地理信息公共服务平台的线划地图、影像地图和DEM晕渲地图。按照显示比例尺规划各级数据，对数据进行符号化，并对其中的细节进行人工数据调整和注记调整。

（5）符号配置管理

按照《地理信息公共服务平台电子地图规范》中对各矢量要素的符号的相关要求进行符号配置，制定电子地图的符号表现方案，可以手工进行要素代码和符号的一一配置，也可以通过制定地形图符号方案配置文件的方式进行载入。

（6）数据检查

数据检查是在建库前对数据进行质量检查，以保证数据的准确性和完整性。按照一定的标准和规范对数据进行检查。

（7）数据脱密

数据脱密是把涉密版数据遵照《基础地理信息公开表示内容的规定（试行）》、《公开地图内容表示若干规定》、《公开地图内容表示补充规定（试行）》、《遥感影像公开使用管理规定（试行）》四个文件的要求过滤、删除涉密信息内容，降低空间精度，形成可在非涉密网环境中使用的公开数据集，并通过地图审核。空间位置精度需符合《公开地图内容表示补充规定（试行）》的要求，即位置精度不高于50米，等高距不小于50米，数字高程模型格网不小于100米，在线发布的影像分辨率不高于0.5米。

（8）生成瓦片库

在线划地图、影像地图和DEM晕渲地图三种电子地图基础上，制作瓦片电子地图，以文件的形式保存在数据库服务器中。瓦片电子地图可以提高用户的访问效率。

5.软件平台建设

(一)云服务系统

云服务系统主要由时空信息资源目录服务、时空信息功能服务、时空信息资源共享交换服务、云平台运维服务、二次开发接口、智慧城市时空信息云门户等组成。

（1）时空信息资源目录服务

对时空信息云平台数据资源服务、功能服务、基础设施服务的目录进行管理，包括目录体系建设、目录的编辑更新等。

（2）时空信息功能服务

为用户提供在线空间分析、空间计算、坐标转换、数据格式转换

等功能服务。

（3）时空信息资源共享交换服务

聚合时空云平台中各类资源服务，为用户提供自有资源服务的共享交换和所需资源服务资源的调用。

（4）云平台运维服务

进行时空云平台业务规则管理、运行服务管理、服务运行监控管理、云节点管理、基础设施租用管理等。

（5）二次开发接口服务

推送或提供矢量数据、影像数据、三维数据、地名地址数据等数据资源及相关专题服务的开发接口及示例。

（6）智慧城市时空信息云门户网站

建设时空信息云门户网站，是时空大数据与云平台所有服务、数据功能的集中展示窗口，包括地图窗口、栏目入口、功能面板、数据切换、工具条、鱼骨条、鹰眼和比例尺等内容。

满足社会公众对地理信息的需求，包括餐饮、商场、学校、医院等一系列生活化信息，例如POI兴趣点，公交驾车出行等快速查询，另一方面，将整合一套数学基础一致、数据现势性强的时空地理信息数据，通过面向政务应用的软件平台满足各委办局的地理信息需求。

(二)地名地址匹配引擎

地名地址匹配引擎是空间信息与其他信息之间的桥梁，能够实现第三方数据资源在时空信息云平台上的精确定位，基于地名地址匹配引擎提供的正向和逆向匹配接口，具体实现包括非空间化数据匹配、

纠正匹配点、坐标匹配、空间数据生成、数据下载、批量匹配等功能。

(三)业务流引擎

业务流引擎是将业务流程中的工作，按照逻辑和规则以恰当的模型进行表示并对其实施计算，实现工作业务的自动化处理。业务建模管理提供一个可视化的业务流建模管理平台，通过拖拽的方式实现业务流程建模，并支持对所建模型的运行、监控和管理。业务流程建模构建在时空大数据之上，以时空信息云服务能力为支撑。其中构建业务工作流所需要的计算资源、存储资源、数据资源、分析模型等都可以从云平台获取，这些资源以原子服务形式存在，可归为两大类：云GIS基础资源服务和云GIS功能服务。云GIS基础资源服务是指为业务流提供基础计算和存储资源、数据服务资源的服务，云GIS功能服务是指提供时空信息数据加工、处理、挖掘、分析等GIS功能的服务。

(四)知识化引擎

知识化引擎系统作为平台子系统，是一个独立的、可扩展的引擎系统，主要负责知识流程流转的驱动，让知识模型在定制的流程结构中以节点和节点组合的方式进行运转并输出结果。

整个知识化引擎系统的核心是知识模型，总体分为三大类：统计分析模型、空间分析模型和面向时空大数据的分析模型。其中，统计分析模型包括：属性统计模型、时间统计模型、空间统计模型；空间分析模型包括：叠加分析模型、网络分析模型、插值分析模型；面向时空大数据的分析模型包括：时空聚类模型、时空分类模型、时空模

式分析模型、时空异常检测模型。

(五)物联网传感器实时信息集成系统

系统主要是地理位置实时信息及主流视频设备的集成平台，各个政府部门通过该系统共享位置传感器设备信息和视频设备信息等。系统提供GPS、北斗设备实时位置定位及其历史轨迹回放功能，提供视频终端实时监控及其历史视频查看和下载功能，提供设备实时定位信息主动推送功能、设备增删改功能、设备分组、分组增删改等功能，提供REST API接口服务，提供包括北斗、GPS、北斗、海康等主流位置服务厂商和视频厂商设备的注册、管理、监控的统一平台，实现平台注册所有设备的统一管理。

(六)倾斜摄影及街景数据展示系统

该子系统主要功能包括倾斜摄影数据的展示与常用空间分析、街景数据的展示和量测功能等。该子系统能够完成倾斜摄影数据无插件二三维一体化展示功能，支持谷歌、火狐等多种浏览器，街景数据展示系统能够接入动态实时视频信息，达到更加真实和动态的展示效果。

(七)宿主服务引擎

基于可靠的云服务/云计算软件，将集群服务器、刀片机、小型机、磁盘阵列等存储、计算物理硬件设备，虚拟出若干逻辑区，支撑宿主服务能够寄存用户数据和开发的系统，且可部署在云上向端服务。(八)云端制图系统

时空信息云平台除了提供桌面端的制图能力以外，还将制图功能扩展到了Web端。Web制图与传统制图目标不同，传统的桌面制图

追求更加精深的制图效果，体现行业特色及专业知识，具有复杂的制图工具和流程；而Web制图倾向于面向更多的人群，简化制图流程，通过预设模板智能的匹配，提供更加轻松智能的制图功能。

云端在线制图实现空间数据可视化的过程和从数据中发现信息的过程变得更加简单，避免行话、效果立即可见、降低决策成本。平台提供更加简便快捷的数据上图方式，对于CSV、TXT或者GPX 文件，直接将其拖拽到地图窗口中即可。

平台还将空间分析与制图功能结合在一起，结合地图图层进行汇总分析、位置查找、临近分析、密度分析、热点分析等分析运算，并将结果进行可视化展现。云端制图技术可实现基于数据驱动的制图工作流，快速得到专业美观的地图，并通过不断丰富的应用程序模板和应用构建器将地图内容快速呈现出来。

(九)按需定制服务系统

用户调用业务流引擎和知识流引擎，自主选择信息化系统界面风格、底图风格，自动化在线完成用户需求理解，经过云服务系统的资源调配，在服务引擎和地名地址引擎的驱动下，解析用户业务数据并基于宿主服务系统进行系统部署和智能封装，满足多层次用户信息化系统搭建需求。云平台提供不同风格类型的封装模板，提供拖拽式功能搭建业务流向导，选择用户个性化数据定制需求和数据上传解析需求，提供个性化的地理信息定制服务。

(十)时空大数据综合分析系统

时空大数据分析是智慧城市时空信息云平台的重要任务之一，该

综合分析系统的主要工作任务是以时空大数据为基础，融合地理国情普查数据、人口普查数据和经济普查数据，围绕资源、生态、经济、社会等方面，采用定性、定量分析评价手段，构建时空大数据、地理国情综合统计指标体系与方法，基于行政区划与管理单元、自然地理单元、社会经济区域单元等统计分析单元，开展不同主题的综合统计分析工作，构建县资源分布与利用、生态格局、基本公共服务均等化、区域经济潜能和城镇发展等五个主题的地理国情指标体系，形成揭示社会经济发展与自然资源环境的内在联系和规律的统计分析系列成果，为政府科学决策和城市可持续发展提供智力支持。

系统主要功能如下：

（1）资源分布与利用分析功能

水资源、土地（耕地、园地、林地、草地）资源是我国重要的自然资源。当前我国水资源、土地资源面临的形势十分严峻，水资源短缺、分布不平衡、污染严重、生态环境恶化、开发难度大以及土地资源人均占有量少、地域差异明显、地区分布不平衡、后备潜力不足、利用程度低等问题日益突出，已成为制约社会经济可持续发展的主要瓶颈。十八大报告针对资源问题，明确提出要优化国土空间开发格局、全面促进资源节约，要通过水资源、土地资源的开发、利用、保护和管理等战略举措推动生态文明建设，全面促进资源节约，着力推动资源利用方式的根本转变。

（2）生态格局分析功能

结合社会经济数据，对生态环境状况进行评价分析，揭示自然生

态环境和人类社会经济活动之间的相互作用、相互影响的内在关系。

（3）基本公共服务均等化分析功能

基本公共服务均等化包含两个方面：一是居民享受基本公共服务的机会均等，如公民都有平等享受义务教育的权利；二是居民享受基本公共服务的结果均等，如每一个公民无论住在什么地方，城市或是乡村，享受的义务教育和医疗救助等公共服务，在数量和质量上都应大体相等。服务均等化指数一定程度上反映区域内教育、医疗、社会福利以及交通网络等公共服务设施的空间覆盖程度、资源配置合理性程度。

（4）城镇空间发展格局分析功能

城镇发展是用于描述城镇地表自然要素和人文要素的空间分布、发展能力或趋势。城镇发展指数与传统发展指标仅考虑社会经济维度有所不同，该指数是从地理、空间角度出发，基于地理国情数据，融合社会经济统计数据，围绕经济发展、社会公共服务、文化科技创新、人居环境状况、空间交通发展等五个方面，衡量城镇社会经济发展水平和生态环境状况，为城镇综合发展水平的评价提供重要工具，为推进我国新型城镇化健康化发展提供参考信息。

6.标准规范建设

时空大数据与云平台标准规范的编制，包括：

（1）时空大数据与云平台建设、使用与维护管理办法

（2）时空地理信息整合、交换和共享管理办法

（3）时空信息基础设施基本规定

（4）时空大数据与云平台基本规定