数字广州地理空间框架与智慧广州时空信息云平台建设

张鹏程，何华贵，张珊珊，陈利燕

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

1 引 言

地理空间框架是地理信息数据及其采集、加工、交换、服务所涉及的政策、法规、标准、技术、设施、机制和人力资源的总称，由基础地理信息数据体系、目录与交换体系、公共服务体系、政策法规与标准体系和组织运行体系等构成[1，2]。时空基础设施是指带有时间和地理空间特征的公共性、基础性的众源数据，及其采集、感知、存储、处理、共享、集成、挖掘分析、泛在服务所涉及的政策、标准、技术、机制运行环境的总称[3]。随着《智慧城市时空信息云平台建设技术大纲》(2015年)、《智慧城市时空大数据与云平台建设技术大纲》(2017年)的相继发布，在原有数字城市地理空间框架的基础上，依托城市统一的云支撑环境，实现向智慧城市时空基准、时空基础设施(时空大数据和时空信息云平台)的提升，是当前时空云平台试点城市的重要任务。

2010年、2012年，广州市分别被国家测绘地理信息局列为数字城市地理空间框架、智慧城市时空信息云平台的试点城市，本文结合广州市的实际情况，在对数字广州地理空间框架和智慧城市时空信息云平台介绍的基础上，重点对数字广州地理空间框架升级到智慧广州时空信息云平台的思路进行了详细阐述。

2 数字广州地理空间框架

2.1 建设历程

2009年，广州市被列入国家测绘地理信息局数字城市地理空间框架建设第一批推广计划；2010年，广州市被调整为数字城市地理空间框架建设试点城市；2011年1月，国家测绘地理信息局、广东省国土资源厅与广州市政府签订《数字区域地理空间框架建设示范合作协议书》；2011年4月，数字广州地理信息公共服务平台基本搭建完成；2011年5月，数字广州绿化平台、公安警用地理信息系统等第一批应用示范系统建设完成；2011年8月，第一次数字广州地理空间框架共建交流会召开，同期举办数字城市专题讲座；2011年9月，数字广州地理信息公共服务平台正式试运行；2012年4月，经过近8个月的无故障试运行，数字广州地理空间框架建设项目顺利通过国家测绘地理信息局验收，广州市被授予“全国数字城市建设示范市”称号，并荣获2012年度地理信息科技进步一等奖。

2.2 建设成果

数字广州地理空间框架的建设成果包括一个服务平台、一个数据体系、一套支撑环境和五个应用示范：①一个服务平台：平台将地理信息封装成遵守通用标准的地图服务和要素服务，针对不同的业务需求和应用层次，通过在线或前置的方式向政府、企业提供不同深度的数据和信息支持，平台还向用户提供浏览、查询、分析等通用地理信息功能及标准服务接口和二次开发功能包。②一个数据体系：以土地、房屋“一张图”数据库为基础，建立了涵盖数字线划图数据库、数字正射影像数据库、数字高程模型数据库等城市基础地理信息数据库，并集成共享了20多个委办局80多个专题图层，覆盖公安、教育、卫生、交通、旅游、环境的业务专题数据。③一套支撑环境：一是编制了《广州市测绘成果管理规定》、《数字广州地理空间框架建设和使用管理规定》、《广州市数字城市建设规范数据共建共享目录》等多项政策和标准文件，从框架的建设、使用、数据更新、信息共享等方面加以规范，二是构建了以中心机房、展示大屏、广州CORS系统为核心的广州市房地数据中心。④五个应用示范：基于数字广州地理空间框架，广州市相关委办局建立了土地业务管理信息系统、警用地理信息系统、广州市数字绿化平台、市情综合展示决策支持系统、地图公众服务网站五个应用示范。

3 智慧广州时空信息云平台

3.1 立项过程

2012年12月，国家测绘地理信息局发布《关于开展智慧城市时空信息云平台建设试点工作的通知》，广州市人民政府积极响应国家测绘地理信息局的号召并提交了《关于申请国家测绘地理信息局智慧城市试点的函》。同年，国家测绘地理信息局下发《关于智慧广州时空信息云平台建设试点项目立项的批复》，并将广州列入了国家首批试点的三个城市之一。2013年～2015年，广州市国土资源和规划管理委员会组织编制《智慧广州时空信息云平台建设方案》。2016年，平台建设方案获广州市工业和信息化委立项，批准项目建设周期为3年，2017年5月，平台设计书通过了国家测绘地理信息局组织的专家评审。

3.2 建设内容

智慧广州时空云平台的建设内容包括“1”套支撑环境、“1”个时空大数据、“1”个时空信息云平台、“N”个应用示范建设等内容：①“1”套支撑环境：包括相关标准规范、云计算基础设施中心、时空基准等建设内容。②“1”个时空大数据：包括对实时在线、定期在线、离线拷贝的历史与现状的基础地理信息数据、历史与现状的公共专题数据、智能感知的实时数据、空间规划数据等进行资源汇聚，经过统一格式、一致性、空间化等数据处理之后，基于全空间信息模型，建立地上下、室内外、虚实一体化的数据引擎，并开发涵盖动态数据获取、大数据管理、分析量测、模拟推演、大数据挖掘的时空大数据管理分析系统。③“1”个时空信息云平台：包括建立五大服务(数据服务、功能服务、接口服务、基础设施服务、知识服务)、四大引擎(地名址引擎、业务流引擎、知识化引擎、服务引擎)、一个云服务系统(入口门户、基本服务功能、按需服务能力、运维管理能力、数据同步服务能力)等建设内容。④应用示范建设：在支撑环境、时空大数据、时空信息云平台的支撑下，智慧广州时空云平台开展广州市国土规划一体化平台、广州市多规合一信息管理平台、广州市地下管线智能化工程、广州市城乡规划动态评估系统、面向公众的移动化应用系统、面向市管委的智慧城管应用、面向市林业和园林局的智慧绿化应用等。

3.3 建设目标

智慧广州时空信息云平台在数字广州地理空间框架已搭建的数据、平台等服务的基础上，依托云计算、物联网、大数据、移动互联、智能控制等新型智慧城市支撑技术[4～6]，要实现“四个提升”，如图1所示：

图1数字城市地理空间框架与智慧城市时空云平台

(1)由空间基准到时空基准的提升：数字广州地理空间框架重点从大地基准、高程基准两个角度，对基础地理信息数据、面向服务的产品数据、各行业专题数据的测绘基准(空间基准)进行了规定；而智慧广州时空信息云平台则明确了时空基准是时空大数据在时间和空间维度上的基本依据，并分别依托《广州2000坐标系建立及数据转换项目》、《广州市连续运行卫星定位服务系统整合与维护项目》，明确要求时间基准中日期采用公历纪元，所有时空大数据的时间应采用北京时间，坐标基准统一为广州2000坐标系，高程基准统一采用1985国家高程系统。

(2)由基础地理信息数据库到时空大数据的提升：数字广州地理空间框架主要以来源于城市测绘部门的基础地理信息数据，包括测量控制点、水系、居民地及设施、交通、管线等以及在基础地理信息数据基础上，经提取、扩充和重组等处理后的地理实体数据、影像数据、地图数据、地名地址和三维景观数据等；而智慧广州时空信息云平台的时空大数据则包括历史与现状的基础地理信息数据、历史与现状的公共专题数据、智能感知的实时数据、空间规划数据四大类，以历史与现状的基础地理信息数据为例，除了包括传统的地理实体数据、影像数据、高程模型数据、地名地址数据、三维模型数据之外，还包括了如倾斜摄影、可量测实景、激光点云、室内地图等众多的新型测绘产品数据，再以智能感知的实时数据为例，除包括采用空、天、地一体化对地观测传感网实时获取的基础地理信息数据之外，还包括依托专业传感器感知的可共享的行业专题实时数据，此外，新增加了空间规划数据。

(3)由地理信息公共服务平台到时空信息云平台：数字广州地理空间框架中的地理信息公共平台由数据集、交换管理系统、在线服务系统和支撑环境组成，数据集是地理信息公共平台的核心内容，主要包括面向服务的产品数据、目录与元数据和专题数据，交换管理与在线服务系统分别是地理信息公共平台的应用接口和运行维护工具；而智慧广州时空信息云平台则以数据服务、功能服务、接口服务、基础设施服务和知识服务为核心，形成服务资源池，同时建立服务引擎、地名址引擎、业务流引擎和知识化引擎，并通过云服务系统，为各种业务应用提供按需服务，此外，与地理信息公共平台相比，时空云平台进一步细分为通用化平台、专业化平台和个性化平台。

(4)由分散的服务器集群到集约的云环境：数字广州地理空间框架采用分散的服务器集群模式，分别在基础地理信息数据体系、目录与交换体系、公共服务体系中搭建了相应的支撑环境，由于基础地理信息数据库和地理信息公共平台分别部署在不同的网络环境中，信息交换需要跨网摆渡；而智慧广州时空信息云平台则依托全市统一的电子政务云服务平台，时空大数据和时空信息云平台部署在同一云环境中，可为用户提供云GIS集群、云GIS数据库、云GIS桌面、云GIS服务器等全面的基础设施即服务。

4 建设思考

在数字广州地理空间框架已有成果的基础上，开展智慧广州时空信息云平台的建设，除了上述提到的“四个提升”之外，作为试点城市，还应实现如下转变：

(1)实现传统架构到云GIS架构的转变：智慧广州时空信息云平台将充分利用广州市全市统一的云环境和云计算技术，并与GIS融合，实现按需提供GIS的计算和存储能力：①为用户提供云GIS资源池的配置和管理功能；②通过特定的权限访问策略控制机制，达到安全得多租户和可控的基础架构的共享；③能够根据用户业务应用的实际使用需求，动态的调整GIS Server站点内的计算节点个数；④支持对云GIS服务的监控管理，能帮助用户快速了解GIS服务的运行和工作状态，并对服务内容进行预览查看；⑤能为用户提供云GIS资源服务使用基础设施资源的情况统计和报表度量的功能，辅助用户了解业务系统运行所需基础设施资源的情况和规律。

(2)实现信息或数据由静态到动态的转变：智慧广州时空信息云平台中的数据多为动态信息，同数字广州地理空间框架相比，表现在：①包括基础地理信息数据、公共专题数据、空间规划数据等在内的所有数据，通过统一的“三域”标识，增加了时间属性；②在传统的基础地理信息数据的基础上，新增加了智能感知的实时数据；③新增加了新型的时空大数据，如手机信令、签到、ETC、公交刷卡等实时数据。

(3)实现由数据服务到知识服务的转变：数字广州地理空间框架中，无论是基础地理信息数据，还是各专业部门共享的行业专题数据，所提供的功能主要是数据服务，而时空信息云平台强调的不仅仅是数据服务，更加强调的提供数据分析的手段，通过历史推理方法、购物篮分析、决策树、遗传算法、聚类分析、连接分析、在线分析处理、神经网络、判别分析、逻辑分析、支持向量机、贝叶斯理论、人工智能等大数据挖掘方法，发现隐藏在大数据背后规律和趋势，即更加强调知识服务。

(4)实现由重复投资建设到节约集约建设的转变：数字广州地理空间框架建设中，市级和市辖的各区都各建了一套地理空间框架，这不仅导致重复建设与投资，而且市-区基础数据信息的更新还不一致，而智慧广州时空信息云平台则依托全市统一、集约的云环境，将按照“集中统一管理，分层分级共享”的思路来建设，节约集约建设有利于时空大数据的实时共享、信息对称、同步更新，防止信息孤岛和重复投资。

(5)实现由单一行业的应用到跨部门融合应用的转变：数字广州地理空间框架应用示范中的土地业务管理信息系统(面向国土部门)、警用地理信息系统(面向公安部门)、广州市数字绿化平台(面向林业部门)、市情综合展示决策支持系统(面向发改部门)等，主要面向的是单一部门，侧重于提升单一部门的工作效率，而智慧广州时空信息云平台的应用示范则要体现跨部门的业务协同与深度融合，以云平台的应用示范之一——广州市多规合一信息管理系统为例，该系统以智慧广州时空信息云平台为基础，面向广州市的发改、国土规划、环保、水利、农业等“多规”部门用户，开发从项目生成、立项、审批、报建、施工、验收等全过程审批业务，实现项目由传统的串联审批到并联审批模式转变；再以另一个应用示范——广州市地下管线智能化工程为例，该示范以智慧广州时空信息云平台为基础，面向广州市的管线行政主管部门、行业管理部门、权属单位等，以基于城市地下管线全生命周期的审批流程为驱动，实现管线规划、报建、道路挖掘、竣工测量、规划验收、档案验收等各环节的闭环管理。

(6)实现由传统的空间数据模型到全空间信息模型的转变：数字广州地理空间框架中，基础地理信息数据、面向服务的产品数据和行业专题数据，多以空间数据的形式存在，一般可采用关系型数据库管理系统，基于空间数据库引擎(如ArcSDE)，实现图形和属性数据的一体化存贮，而智慧广州时空信息云平台中，不仅包括传统的地理实体、影像、高程模型等地理大数据，而且包括各类手机定位、社交媒体、出租车轨迹、公交刷卡等地理空间大数据，这些时空大数据除了结构化数据之外，更多的是半结构化、非结构化数据，因此，云平台将综合采用关系型数据库管理系统(如Oracle)和NoSQL数据库(如Redis)实现各类时空大数据的存储，基于全空间信息模型，实现地上下、室内外、虚实时空大数据的一体化管理。

(7)实现由传统IT驱动业务到DT(数据)驱动决策的转变：数字广州地理空间框架阶段，经过城市海量地理空间数据的采集、建库、共享之后，通过地理信息公共服务平台提供的相关功能来推动相关部门的业务办理，即IT驱动业务；而智慧广州时空信息云平台遵循“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的理念，基于时空大数据，按照描述、诊断、预测、评估、决策的思路，面向政府、企事业、大众等提供时空基础设施服务，即数据驱动决策。

5 结 语

(1)云计算、物联网、大数据、移动互联、地理空间信息集成等新型智慧城市技术是数字城市地理空间框架升级到智慧城市时空云平台的核心支撑技术。

(2)空间基准到时空基准、基础地理信息数据库到时空大数据、地理信息公共服务平台到时空信息云平台、分散的服务器集群到集约的云环境的“四个提升”，是数字城市地理空间框架升级到智慧城市时空云平台的基本要求。

(3)从数字广州地理空间框架到智慧广州时空信息云平台，应实现传统架构到云GIS架构、信息或数据由静态到动态、由数据服务到知识服务、由重复投资建设到节约集约建设、由单一行业的应用到跨部门融合应用、由传统的空间数据模型到全空间信息模型、由传统IT驱动业务到DT(数据)驱动决策等转变。

[1] GB/T30317-2013. 地理空间框架基本规定[S].

[2] CJJ/T103-2013. 城市地理空间框架数据标准[S].

[3] 国家测绘地理信息局. 智慧城市时空大数据与云平台建设技术大纲[R]. 2017年2月.

[4] 国家测绘地理信息局. 智慧城市时空信息云平台建设技术大纲[R]. 2015年5月.

[5] 李德仁，邵振峰，杨小敏. 从数字城市到智慧城市的理论与实践[J]．地理空间信息，2011.9(6)：1～6.

[6] 龚健雅，王国良. 从数字城市到智慧城市：地理信息技术面临的新挑战[J]．测绘地理信息，2013，38(2)：1～6.