面向新基建的时空大数据深度融合方法及应用

王淼 李华 鲁欣宇 刘思远

（河南省遥感测绘院，河南 郑州 450003）

1 引言

抢抓新基建、大数据时代的重大机遇，积极构建以数据为核心的大数据产业链，大力推动“大数据+实体经济”深度融合，依托新基建大力发展数字经济，是新时期产业发展的重点方向。据中国信息通信研究院预计，到2025 年，5G 网络建设投资累计将达到1.2万亿元。5G 网络建设还将带动产业链上下游以及各行业应用投资，预计到2025 年将累计带动超过3.5 万亿元投资。与此同时，国内数据中心（IDC）也将迎来发展提速时代，未来发展潜力和成长空间可期[1]。

新基建的重心是5G+、人工智能、工业互联网、信息化建设等新型基础设施建设，可以将新基建看作宽泛定义下的信息基建，如光纤宽带、窄带物联网（NB-IoT）、5G、IPv6、北斗等，数据信息的相关服务，如大数据中心、云计算中心、信息和网络安全保障等。时空大数据是同时具有时间和空间维度的数据，具有数据量大、多源、更新快的特点。现实世界中超过80%的信息与时空大数据有关，包括时间、空间、专题属性三维信息，在政府管理与服务、水利交通、生态环境保护、物流运输、维稳救灾等方面起到重要支撑作用，也是新基建的底板数据和重要组成部分。如何实现时空大数据与新基建融合是需要关注的重点，本文对时空大数据深度融合的相关技术和思路进行了探索和研究。

2 时空大数据融合技术发展现状

时空大数据的产生是源源不断的，且来源多样，数据量大，有效数据与大量无序、无效信息混杂，解决数据的真实性、有效性问题，处理、分析、加工各类信息，建立合理、完备数据体系是重中之重。随着新基建迭代更新，大数据管理体系也必须快速更新和发展，要积极推进时空大数据体系建设和数据融合标准设立，有效解决数据重复建设、加工效率不高和应用深度不够等问题，降低数据运维成本，快速推进政府数据共享开放和开发应用，提高行政效率和服务水平，为新基建和产业升级赋能。

智慧城市时空大数据平台作为智慧城市大脑的基础设施，需要融合多源数据，例如，将数字城市基础数据、5G+、智慧合杆、高精度导航地图、卫星遥感动态监测、气象、水文、手机信令和北斗导航信息等充分融合转化，在基础地理信息、专项专题数据、社会经济数据和物联感知数据等基础上，围绕重大项目建设、政府大数据治理、民生服务等领域，提供权威、准确、实时、可感知的活数据，经城市智慧大脑分析预判，实施应对预案，进行快速反应和处置，实现多维信息聚合，提升城市治理效能。

时空大数据平台作为城市时空信息共享流通中心枢纽，能有效将各类数据资源融合、时空化，发挥新基建的重要作用，并为政府决策管理提供基础，促进政务空间信息资源共享交换和业务协同，建立起政府、企业与公众之间的信息共享和良性互动渠道，让分散于各部门各单位的数据“串起来”“活起来”，使数据碰撞叠加产生超聚合作用。新基建关注的方向在云计算、感知和神经网络建设等方面，时空大数据作为新基建的“定位器”和“底板数据”，不在“大”，而在于“融”。如何使用这些时空大数据是政府整体服务与管理水平提升的关键。时空信息云平台架构如图1 所示。

图1 时空信息云平台架构

3 多源数据融合方法

智慧城市时空大数据融合是一项庞大复杂的工程，不同的城市资源、发展状况不同，需要制定符合各自特征的总体规划，充分考虑各领域间的关系，全面建设一个智慧城市技术体系。一般来说，多源数据融合有三种方法。

（1）基于特征拼接的方法，将传统的信息特征串联加上一些基本地理信息与时空信息属性方法，包括多视角、概率学模型、相似度及迁移学习的融合。实现“人-事-物”的关联数据融合，首先要确定特征和特征之间的关联关系信息，即基于语义信息的方法。跟视频、图像、语音不同，时空数据有空间属性，即空间的距离和空间的层次（多层级），比如，在自然资源动态监管和“两长一网”巡查数据中，每个层级数据和物联网时空信息都有特别的语义信息。时空大数据融合可以做到优势互补，针对不同数据源进行配准叠合，并进行融合处理与叠合显示，方便数据深度融合，开展信息挖掘，为政府科学决策、治理能力提升提供依据。

（2）以时空数据的规律性构建模型进行融合。时空数据有周期性规律，不同时期的交通流量、人群流量都有周期，这种周期性在视频、语音和文本里没有，无法产生有效知识信息。比如，每天交通高峰期的交通流量可能跟以往同期类似，但由于低潮期交通流量不同，人流潮汐的变化与时间关联紧密，引导模型就会不同，物联网和多源数据的时空信息叠加，可以获得有效时空大数据模型推导和预测，从而提高城市管理的决策效能。

（3）以时空数据的趋势性构建模型进行融合。随着时空大数据的不断积累和汇聚，潮汐现象也在不断变化和迁徙。日出时间和工作时间的变化，决定了交通高峰期的提前或延后。细微潮汐的变化与时空大数据的多源融合和变化模型有关，把所分析管理的区域分成细化的网格，充分融合新基建和手机信令信息等多源数据，利用趋势模型，在网格中统计潮汐变化趋势，并将其转化成一个潮汐模型，生成时空中独一无二的时空信息点，形成动态潮汐演化，叠加不同时间的数据构成可视化热力图，融合事件和天气信息即构成基本趋势变化所需数据源。

4 时空大数据融合成果的应用

近年来，上海、深圳、南京、武汉、成都、杭州、宁波、佛山、昆山等地相继推出了“智慧城市”发展战略[2]，不断探索时空大数据与人工智能、物联网、智慧城市等领域的融合发展，通过新基建推进大数据的融合，实现虚拟经济和现实世界的时空通道，为时空大数据建设做出表率，为自然资源管理和产业优化升级提供了新的可能。目前时空大数据融合成果的常见应用如下：

4.1 违规用地变化监测

基于时空大数据实现从原始影像数据获取、处理、信息提取、变化监测专题制图，到报告、分析一站式全流程处理，进而掌握某地区的土地利用变化情况，与地区土地年度规划相比对，提取违规用地变化图斑，为后续核查、执法提供数据支撑。

4.2 支撑违建督查

时空大数据平台整合高分辨率和高实效卫星数据，通过人机交互的手段，将自然资源管理工作前移，快速提取和发现全要素变化，重点监测变化区域，按照住宅、公共管理和公共服务、工业仓储、设施农用地等进行分类监测，通过动态遥感监测快速发现并预判。

4.3 捍卫生态红线

多年来，重点生态功能区、生态环境敏感区和脆弱区等生态红线区域广阔、条件复杂、类型多样，仅靠常规技术手段费时费力，难以实现及时、有效监管。大数据技术所特有的宏观、快捷、动态、连续等特点，能够实现“天空地一体化”监管，为生态保护红线监管提供最直观、最客观、最宏观、最准确的技术支撑。

4.4 生态环境修复

生态环境修复治理项目往往地处偏僻、地形复杂、交通不便，人员、车辆难以抵达，利用传统外业勘察，难以涵盖全部修复工程范围，无法精确确定修复工程边界，且工作难度大、监测周期长、费用高，给生态环境修复治理带来很大困难。时空大数据技术具有监测范围大、获取信息速度快、监测周期短、费用低廉、限制少的特点，可以细分管理修复前、修复中、修复后的数据，为生态环境修复提供强有力支撑。

5 结论

新基建的加速建设为开展时空大数据的深度应用提供了可能，需要“无形之手”与“有形之手”结合起来整体推进[3]。作为新基建的重要组成部分，时空大数据的关键在于“用”和“融”，要充分整合大数据资源，优化大数据体系，将物联网、5G、北斗导航定位服务等与时空大数据深度融合，加强时空大数据平台的感知能力，扩大信息收集范围，提高大数据时代的智能信息分析水平；建立动态静态数据融合、三维立体的时空信息数据管理、协同应用、分析决策平台，为行政审批、城市治理、生态文明建设、智慧物联等提供技术支撑，助力打造“高效政府”+“智慧民生”+“新基建”+“数字经济”产业生态圈。