基于GIS的京津冀科技资源数字地图服务平台构建

李梅　苗润莲　张岸等

[摘要]在京津冀区域协同发展大背景下，科技资源作为区域科技创新基础和战略资源，其共享直接影响着科技创新成果的有效利用。本文以京津冀科技资源整合、共享为目标，将科技资源数据与地理信息系统（GIS）相结合，建设集科技资源查询、空间统计分析、地图可视化、决策支撑、数据共享服务等功能于一体的京津冀科技资源数字地图服务平台，为政府部门和公众提供直观、全面、具有空间分析特征的科技资源信息服务。

[关键词]京津冀；科技资源；数字地图平台；CIS

DOI：10.3969/j.issn.1008—0821.2017.06.028

[中图分类号]G255.4 [文献标识码]A [文章编号]1008—0821（2017）06—0172—06

科技资源是创造科技成果，推动整个经济和社会发展的要素集合。广义的科技资源包括科技财力资源、科技人力资源、科技物力资源、科技信息资源4个方面，狭义的科技资源则限定在科技人力资源和科技财力资源上。科技资源是科技发展的基础，其共建共享直接影响区域科技创新和科技成果的有效利用。目前，京津冀区域科技资源分布不均，共享程度低，存在诸多科技资源信息孤岛和信息壁垒，这直接影响京津冀地区科技资源的使用效率和科技发展速度。尤其是北京和天津更是中国科技资源最密集的地区之一，坐落有上百所大学和一大批高水平科研院所，聚集了成千上万的高科技公司。高效配置这些科技资源，对整个京津冀区域乃至整个国家的经济转型升级和创新驱动发展将会产生巨大影响。因此，整合京津冀三地科技资源，搭建京津冀科技资源信息综合服务平台，发挥北京在推动京津冀协同创新中的带头引领作用，对北京全国科技创新中心建设和京津冀协同创新具有重要意义。从基于GIS的服务平台构建情况来看，GIS技术已在资源、环境、交通、教育、经济等各行各业中得到重视和应用。基于区域性或全国性的数字地图及各种各样的地图数据库管理系统和地理信息系统大量涌现，但科技领域的应用还不多，全国各地基于GIS的科技资源服务平台十分欠缺。本文基于GIS可视化系统，构建京津冀科技资源数字地图服务平台，为摸清京津冀科技资源现状，开展空间关联挖掘、布局优化与规划、发展路径选择、决策分析与服务等提供基础平台。

1平臺的构建目标与建设原则

京津冀科技资源数字地图服务平台的建设将实现两方面的战略目标：一是不断完善数据共享交换机制，使三地科技情报服务机构协作并共享京津冀科技资源信息，有效开展面向政府、企业等不同用户的集成化情报信息服务；二是能够满足用户全方位科技信息需求，使用户享用“一站式”的信息情报服务。

京津冀科技资源数字地图服务平台需要遵循以下几个原则。

1）统一性。平台应遵循相关通用格式或标准，以统一的方式整合资源，以节省人力、物力，提高时效。

2）开放性。在技术上，京津冀科技资源数字地图服务平台应该是一个开放的系统，一方面应充分利用国内外已有资源、技术；另一方面在集成化过程中实现不同系统和工具间接口和协议的标准化，确保它们之间的互操作性。

3）用户导向。需求决定服务。要确立用户导向在科技资源信息集成服务过程中的核心地位，充分保障用户参与建设过程，从多个角度、多个层次出发来考虑用户需求。

4）经济性。平台的建设应尽可能利用现有的资源和技术，不做无谓的、重复的资源建设与技术开发，以免浪费时间、人力和物力。

2平台建设总体思路

在整合京津冀科技资源信息的基础上，通过构建“京津冀科技资源数据+专业情报工具+数字地图系统”组合构成的情报综合服务平台，搭建创新主体、创新载体、政府、公众等多方共享的京津冀科技资源数字地图服务平台，为京津冀区域科技协同发展、产业升级转移、企业技术创新等提供便捷、专业、集中的一站式情报信息服务。其核心是将京津冀三地科技资源信息集成管理，打破三地信息壁垒，促进三地数据共享，为北京全国科技创新中心建设和京津冀协同发展建设战略决策提供快速响应的信息服务体系。

该平台的总体思路如下。

1）对科技资源信息数据进行整合与分类，综合考虑用户信息需求、数据可获取性、可分析性以及数据特点等，完成数据结构设计、字段设计以及标准制定，构建京津冀科技资源数据库。

2）根据科研机构的地址和名称字段进行地理位置匹配，将科研机构匹配到数字地图上对应的坐标位置，实现科研机构数据的空间化。并根据科研机构主表的主键与其他的副表进行关键字关联，实现所有的信息子库相互贯通。

3）对科研机构、科技专家、科技项目、科技成果、科技基础设施等数据及科技统计指标数据进行深度挖掘分析，并构建决策分析模型、方法，在此基础上借助GIS强大的地图可视化表达，形象的展现京津冀地区科技资源的时空分布、相关指标数据信息和综合决策研究成果。

4）通过京津冀科技资源综合服务门户建设，集成各类工具与系统，对系统进行统一管理，实现科技资源查询、可视化、空间统计分析、综合信息决策支撑、数据共享服务、集中管理等功能，实现数据、成果和系统的集成化。

3平台总体框架

平台总体设计采用基于服务式GIS系统架构，整体结构松耦合。不仅能支持第三方的数据采集或分析统计工具集成，基于组件开发框架，扩展数据服务接口，对接第三方服务，还能对外提供标准的服务接口格式。应用软件的设计考虑扩展性，技术体系上采用.Net平台，基于SOA架构提高业务扩展性。功能设计上预留与其他科技资源共享平台的接口，提供良好的功能扩展性。

平台系统分为数据采集层、数据管理层、应用服务层、价值实现层。数据采集层主要是实现对各类科技资源数据的收集、整理、分类，借助数据采集处理工具，按照统一的数据标准规范进行入库。同时，建立规范的数据库结构，实现不同子库之间的关联。数据管理层主要实现对科技资源数据的管理功能，对科技资源数据进行有效的收集、存储、处理和应用等。应用服务层要实现各类的应用服务，包括科技资源信息查询、科技资源地图可视化、科技资源决策分析、科技资源综合服务门户及相应的系统管理功能等。应用服务层是整个项目的核心内容，由于项目的功能模块较多，所以借助一个统一的服务平台进行功能集成和数据的统一共享。价值实现层基于项目的研究成果基础，为科研、政府、企业和公众提供不同的服务内容，实现科技资源的创新价值（图1）。

4平台建设主要内容

京津冀科技资源数字地图服务平台建设内容可概括为“一库三系统一门户”，一库是指京津冀科技资源数据库（基础）；三系统是指科技资源查询系统、科技资源可视化系统、科技资源决策分析系统（业务）；一门户是指科技资源综合服务门户。

4.1京津冀科技资源数据库建设

4.1.1数据库系统及内容框架

数据库系统是整个平台的基础和重要支撑，它能够实现对科技资源基础数据的存储、查询和利用，为科技决策和服务提供基础数据流和存放运行结果。根据科技资源的整合共享、高效利用的需求，从科学管理各类数据的存储与管理要求出发，综合考虑空间可视化表达、数据可获取性、可分析性，将京津冀科技资源信息归纳为：科技机构资源、科技专家资源、科技项目资源、科技成果资源、科技基础设施资源、科技统计数据、其他数据（图2）。

科技人员隶属于科研机构，科技项目和科技成果隶属于科研机构和科技人员，科技基础设施隶属于机构，科技统计数据、专题数据等基础数据是对整个数据库的补充和完善，为分析、专题研究和决策方案制定等提供数据支撑。

4.1.2数据结构及标准制定

根据科技资源信息结构和检索便利，完成数据表库和数据结构设计、字段設计和标准制定。字段设计时综合考虑检索便利、用户需求、可视化效果以及可分析性，尽可能地细分字段，除了常规的地区、类型/类别、级别、年份等之外，增设了研究领域等特色字段。由于科技活动依托在机构进行的，通过地址匹配空间化工具，把这些科研机构数据进行空间位置可视化。同时，设计了信息模块之间的相互关联和数据调用，如机构和专家库中的专利、获奖、论文等可从项目库和成果库中调用数据，实现信息互补。这些数据分为两个层次，即机构数据（微观）和区域数据（宏观），区域层面的数据部分由机构层面数据得来，部分从统计年鉴数据获得补充。

4.2京津冀科技资源数字地图服务平台系统建设

4.2.1系统结构

该系统为标准B/S架构（Browser/Server，浏览器/服务器），表现层为浏览器或具备Html页面解析功能的其他软件；业务层为C#开发，版本为.net 4.0运行在Windows Server上，使用IIS发布；持久层为SqlServer 2008R2；表现层使用AJAX从业务层获取记录内容，包括详细的经纬度。使用JS以及REST，从Baidu LBS获得的地图图层数据以及经纬度转换后的屏幕坐标点，用于在屏幕上显示用户所选择需要展示的内容。编程语言为C#，软件环境为Window Server 2012 Data Center、Oracle 11g、Super Map iServer 8。

平台功能结构包括数字地图信息系统和数据维护系统，具体功能如图3所示。

4.2.2系统组成

京津冀科技资源数字地图服务平台由数据采集分析与管理工具集，科技资源信息查询系统、科技资源可视化系统、科技资源决策分析系统3个系统，以及能够将上述子系统进行统一接入集中管理的科技资源综合服务门户。所有子系统之间的逻辑结构图如图4所示。

1）科技资源查询系统

科技资源查询服务。在京津冀科技资源数字地图查询界面上，分类了京津冀科技资源类别，用户可以快捷的查找类别中找到自己所要访问的资源。按照科技资源的定义和分类，综合考虑数据可获取性、可操作性、可分析性等，从科技机构资源数据、科技专家资源、科技项目、科技成果、科技基础设施（科学仪器设备）、科技统计数据、科技政策、专题数据等方面选取和建设数据资源。查询方式包括初级查询、高级查询、空间查询、关键词综合查询等。查询结果包括科技资源的空间分布展示、数据列表展示、空间数据与数据列表联动等。

2）科技资源可视化系统

科技资源可视化系统借助GIS可视化平台实现各类科技资源的地图可视化、科技资源时空一体化、空间分析及专题图展示等。

科技资源的地图可视化由查询结果地图可视化、指标统计分析与地图可视化、科技资源决策分析结果地图可视化3个模块组成。科技资源查询结果可视化模块包括各类科技资源的分布地图和数据统计结果展示；科技资源指标统计分析与地图可视化模块可提供多种科技资源专题地图模版，进行宏观指标和微观指标的分析和专题图制作；科技资源决策分析结果地图可视化模块则调用地图服务和模板，生成决策分析专题图并展示。

空间分析工具与专题图可提供缓冲区、泰森多边形、叠加分析、插值分析等空间分析方法，其分析结果以专题图的形式展示，为科技资源的时空数据挖掘和分析提供辅助。

科技资源时空一体化展示通过建立时间轴将科技资源与地图空间位置结合在一起，进行时空信息一体化展示。

3）科技资源决策分析系统

科技资源决策分析系统通过对科技资源数据挖掘、模型方法构建，为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。科技资源决策分析模型可包括科技资源现状评价、科技资源潜力评价、科技资源协同布局评价、区域创新能力评价、科技资源配置效率、资源间空间关联分析、影响分析等，其结果以专题图的形式在数字地图服务平台中展示。例如，科技资源配置模型包括科技资源需求转换、资源快速配置、参数化设计及资源结构分解等子系统，能够快速进行需求对接、科技资源优化配置、资源间关联性等。

4.3京津冀科技资源综合服务门户建设

科技资源综合服务门户为上述所有系统提供统一的入口和管理平台，将各个系统关联起来，形成一个有机整体，为用户提供一站式数据服务。从共享角度，科技资源综合服务门户是对外提供数据和服务的惟一出口，也是各类用户访问平台的惟一入口，为成果数据综合检索、成果图表可视化、分析研究成果发布等提供统一的数据共享、发布、目录服务的平台。整个平台的门户采用简洁设计，显示各个系统以及平台本身自带的一些功能模块。具体功能模块包括科技资源成果中心、科技资源目录服务、数据共享服务、用户中心、系统运行管理等。

4.4京津冀科技资源数据共享机制构建

建立三地科技资源信息交换与共享机制，实现真正的数据开放共享是京津冀科技资源数字地图服务平台建设的长期任务。为了加快三地合作和数据共享，2015年三地科技情报研究機构签订了《京津冀协同发展战略合作框架协议》，形成了战略合作意向，并就京津冀科技资源数字地图服务平台建设达成了数据交换与共享意向。具体措施有遵守“平等自愿、交换对等、分级共享、安全使用”原则，通过制定信息资源共享交换目录、统一数据接口服务标准等，规范数据交换方式，满足不同部门之间的数据共享交换需求；构建用户权限分级管理机制，实现数据分级开放；定期更新机制，保证基础数据的及时更新和共享；完善统一管理机制、定期沟通机制等，确保信息共享顺畅。

5总结

科技资源具有空间和时间上分布的差异性，其中，科技资源空间上分布的差异性主要表现为区域科技资源分布的差异性。科技资源的空间聚集影响区域科技创新能力，创新主体、载体的空间聚集又影响科技创新网络的格局形成和区域产业发展。这其中，CIS技术可以在科技资源信息查询、服务及决策方面的发挥作用巨大。由于科技资源管理所需数据具备空间属性，所以将GIS技术作为整个支持系统的平台建立的科技资源数据库，不仅实现了科技资源数据的可视化表达，也为科技资源的信息管理提供更直观、有效和方便的手段。并通过建立科技资源可视化服务框架，实现空间可视化表达和资源数据整合共享，有利于直观、快速了解科技资源分布现状，寻找空间特征、空间关联等规律和发现问题；有利于发现科技资源和产业关联有利于了解最新科技动态和热点，从而掌握相关科技创新领域的现状及发展趋势。

京津冀地区是我国科技创新的核心地区之一，但三地科技资源区域分布差异大，科技配置不均衡现象严重。由于条块分割和区域壁垒，京津冀科技资源长期处于“分隔和分离”状态，创新对经济发展的驱动潜能未能充分释放。京津冀科技资源数字地图服务平台旨在整合三地科技资源，为政府部门和公众提供全方位的科技资源信息服务，为政府决策和科学研究提供支撑。建立科技资源数字地图服务平台，对促进京津冀地区科技资源的共享，提升科技资源的利用效率，打破信息壁垒，有效的为区域科技协同创新和技术服务提供支撑。京津冀科技资源数字地图服务平台是在信息资源共享下的科技应用创新服务新模式，一种新尝试。随着京津冀科技资源数字地图服务平台的日趋完善和不断改进，平台在推动区域协同发展、科技创新方面将发挥重要作用。