跨区域的长三角一体化示范区时空信息平台设计与实现

李成仁，吴张峰，王守芬

(上海市测绘院，上海 200063)

1 引 言

作为长江三角洲区域一体化发展国家战略的先手棋，长三角生态绿色一体化发展示范区(以下简称“示范区”)于2019年11月1日挂牌成立，范围包括上海市青浦区、江苏省苏州市吴江区、浙江省嘉兴市嘉善县，面积约 2 300 km2。国务院正式批复的《长三角生态绿色一体化发展示范区总体方案》中提到，建设长三角生态绿色一体化发展示范区智慧大脑，推进跨区域数据信息资源共享，探索建立跨行政区域、跨部门的政府数据资源统筹管理制度，实现一批“智能+”应用场景[1，2]。

时空大数据是城市数字化转型过程中重要的数据支撑，已经在政务服务“一网通办”、城市运行“一网统管”中发挥了越来越重要的作用。自国家智慧城市时空信息云平台建设试点以来，时空信息云平台作为智慧城市时空基础设施的核心组成部分，发挥了公共性、基础性的作用，为城市治理要素数字化、城市大脑建设提供了统一的时空框架，为分区分块的城市治理提供了基础支撑[3]。与此同时，时空信息云平台也存在跨区域跨部门的业务协同性不够、动态数据感知性不强、应用创新性不足等问题[4，5]。

为了能更好地适应示范区数字化转型的发展需求，发挥示范区作为一体化制度创新试验田的作用，按照“不破行政隶属、打破行政边界”改革定位，本文探索建设示范区时空信息平台。按照“大场景、小切口、螺旋迭代”的建设原则，整合示范区三地基础地形、遥感影像、空间规划、用地现状、三维模型等基础时空数据资源，融合“人、物、动、态”位置、物联视频、交通信息等多源时空数据，为示范区“智慧大脑”应用场景提供统一、权威的时空信息底座，支撑示范区规划编制、区域监测、发展评估以及专项政策制定等一系列决策。

2 需求分析

2.1 业务需求分析

结合当前重点工作规划，示范区时空信息平台的业务应用需求主要为以下几个方面：

(1)规划对接：处于规划和发展阶段的示范区亟须统一的国土空间规划对示范区范围内的开发建设进行统筹布局，亟须融合土地规划信息和土地利用现状的时空信息平台支撑下一步控制性详细规划层面的规划联动和功能布局，形成分工合理、各具特色的空间格局[6]。

(2)项目管理：通过时空信息数据动态及时掌握示范区内重点项目进度与运行态势，辅助分析问题和科学决策，实现重大产业项目监督“用数据说话、用数据决策、用数据管理”，为管理部门研判形势、科学决策、宏观调控提供科学参考。

(3)生态保护：通过对三地生态环境数据时空信息资源的梳理，结合无人机巡检、遥感定量监测等技术手段，为示范区推进跨区域生态环境和污染源监测平台的建设提供数据支撑。

(4)产业经济：以统一的地名地址数据作为关联，融合企业法人、税务、人口等社会经济信息，直观表达示范区内产业脉络、企业分布、产业分级、迁徙动态等信息。基于时空信息开展产业融合的规划和管理，建立空间分析工具箱，为产业融合发展提供决策辅助。

2.2 数据需求分析

示范区时空信息平台的数据涵盖基础地理类、空间规划类、土地利用类、建设管理类、生态环境类、产业经济类等，具体分类如表1所示：

时空信息平台数据需求 表1

3 总体框架设计

示范区时空信息平台的总体框架设计如图1所示，主要包括基础设施层、数据及模型层、平台服务层、一体化创新应用层、综合管理中心和跨域连接层。

图1 平台总体框架设计图

(1)基础设施层：示范区地跨沪苏浙三地，且三地政务云的服务器、网络、数据的物理空间、存储区域、管理模式和安全要求上均存在差异。平台通过上海市电子政务云实现三地数据共享互联，打破三地数据壁垒，形成融合一体化的“数据中枢”。依托电子政务云一体化实施的安全防护措施，保障系统数据安全，支撑示范区跨区域创新应用的开展。

(2)数据及模型层：数据库的建设分为空间地理、“人、物、动、态”位置信息、物联视频、交通信息等四大数据库，分别对不同类型数据进行管理。模型层涵盖空间分析模型、多源交互分析模型、趋势性预测分析模型等空间建模及分析模型，可实现区域规划分析及决策支持。

(3)平台服务与应用层：平台服务分为时空数据服务、时空分析服务和知识挖掘服务，先以规划管理、项目监测、生态环保、产业经济等方向为突破口，建设一批支撑示范区一体化发展的跨域创新应用。

(4)综合管理中心与跨域连接层：综合管理中心由数据管理和运维两部分构成，负责数据的统一管理和运维。跨域连接层负责联通三地的大数据中心、长三角共享交换平台，汇集跨区域、跨行业、跨层级的多源信息，同时辐射示范区公共数据开放与服务。

4 关键技术研究

4.1 跨区域时空数据融合

为了在多源多尺度数据融合处理过程中尽量保留三地自身数据资源的优势，形成一套现势性强、准确度高、精细度佳的时空数据库。首先构建了统一的数据入库标准，制定包括图形标注、编码规范、空间建库的一系列规范。明确提交数据的内容、文件组织、文件格式、命名，重要图件的分层、分类与代码、几何特征、质量要求、制图要求等，以实现要素表达一致、格式统一、交换便捷、扩充性强的数据资料标准。然后对数据进行坐标转换、择优选用、编码转换、分层合并、剔除重复要素、重构图检测与消解、数据质检等处理，具体流程如图2所示：

图2 跨区域数据融合处理流程图

利用Spatial ETL Tool等工具建立原始数据集和目标数据集映射关系，实现多对一映射，分别将DLG中的点、线、面数据按照不同的类别转换输出到GIS格式数据中[7]。后续将依托示范区“一体化数据中枢”建设，形成数据互联共享机制，统一数据标准、规范接口协议、共享数据目录等内容，构建一整套涉及数据的流程和权限的标准协议，打破数据流通壁垒，实现示范区内跨行政区域、跨部门的数据互连互用。

4.2 时空数据存储与治理

时空大数据相比于传统的政务数据在信息模型、存储架构、数据治理体系等方面均存在差异。平台推进过程中，需研究多源异构时空大数据采集、汇聚、存储、清洗、融合、共享等过程的技术方法，将不同类别时空大数据的治理流程，综合汇总形成标准的时空大数据治理体系。时空数据存储需实现多技术类型、多业务类型的数据存储，按照数据类型分为空间数据(矢量)、空间数据(切片)、结构化数据、非结构化数据、传感器流数据、日志数据等。不同类型的数据存储技术方案如表2所示：

时空数据存储方案 表2

数据融合过程中，来自不同区域的数据格式和数据质量差异性较大，数据格式转换困难且易丢失信息。通过大数据集成技术，针对不同类型数据的访问、过滤、清洗、转换、加载等ETL过程，通过触发器、时间戳、全文比对、日志数据同步等不同运作模式，实现多源异构数据的整合[8]。依托地名地址匹配、业务逻辑关联、空间位置关系等数据治理手段，打通示范区三地不同坐标体系下的时空数据之间的联系，实现不同类别的时空数据落图与关联，形成地上、地表、地下全覆盖的时空信息底座。

4.3 时空信息模型建立与编码

为推进公共数据的空间信息融合，实现政务数据、社会数据、互联网数据等跨行业、跨区域公共数据资源整合与对接。建设以具有社会承载力的建筑物实体为主的时空信息模型，与物理世界一一映射、分层分级，方便与外部数据耦合或解耦[9，10]。横向上以空间编码为纽带打通各业务条线的空间管理单元，实现多源异构数据融合和数据的空间化映射，纵向上通过统一的数据标准实现跨层级的数据汇聚和交换。空间要素编码是空间要素的身份识别码，作为数据关联分析、共享应用的唯一标识，可通过编码反映其地理位置和类别属性。空间要素编码由位置码、分类码和顺序码组成，码长35位。位置码长度18位，其中按照空间要素所属地理位置，以及空间要素几何中心点坐标，不足位用0补齐；分类码长度设计为10位，不足位用0补齐；顺序码设计为7位，从1开始，依据位置码及分类码相同的地理实体产生的时间先后顺序依次编码，并且不重复，以保证空间要素编码的唯一性，如图3所示。

图3 空间地理实体编码规则示意图

5 一体化示范性应用实践

(1)规划管理一体化

传统的基于二维平面规划设计方案的规划管理模式难以客观准确地反映方案建成后的真实效果，容易产生设计方案与竣工后的建筑在效果与周边整体协调性方面存在一定的偏差。依托时空信息平台的三维可视化与空间分析比对能力，建设规划管理一体化应用场景(图4)。根据地块红线、退界、控高等规划控制条件，自动生成地块最大可开发利用三维空间范围，通过三维控制盒模型可视化表达，直观体现示范区城市规划控制三维空间形态。同时将建筑三维规划方案与控制盒空间叠加，分析建设方案的合规性。规划批复成果入库后，系统自动比对相关参数，对规划方案实行“红黄绿”三色灯管理，对于不符合规划指标的建设方案将及时退回，通知相关部门整改。

图4 规划管理一体化应用场景

(2)项目监测一体化

依托示范区内三地统一标准的重大项目时空信息资源，可以在一张图上直观展示项目的空间分布、施工进度等情况。借助于卫星、无人机、智慧工地视频监控等空天地一体化动态监测手段，对水乡客厅、西岑科创中心、元荡示范段等重点项目定期监测，获取规划实施进度、基础设施建设等方面的信息，及时掌握断头路互联互通进度，全景跟踪重点项目进展情况，还可以拖动时间轴以三维模型可视化的方式直观展示项目随时间的演进和历史回溯。平台对重点项目的全过程信息进行监管，对于进度滞后的项目，将相关预警信息自动推送至预设的管理人员分组，提醒管理人员及时介入监管。

(3)生态监测一体化

依托时空信息平台建立生态监测一体化应用场景，从统一标准、统一监测、统一执法三个领域优化整合示范区生态环境综合管理，建立协调高效的生态环境一体化综合信息共享体系。整合自然资源调查监测数据，地形、遥感影像等基础地理数据和水生态环境、大气环境质量数据，污染源普查数据等，通过影像解译、变化检测等技术，摸清土地利用与生态环境现状，通过监测预警、多维分析手段，实现环境承载力的空间监测，辅助示范区生态环境保护的决策分析，推进示范区内实施最严格的生态保护制度。

(4)产业经济一体化

通过汇集三地产业发展数据，形成示范区范围内的产业规划、土地资源、产业项目、企业分布、产业配套等基础信息一张图。以一张图展示示范区产业布局、税收贡献度、增速、比重等指标及变化情况，提供业务部门及三地相关部门能够实时查询、调用基础数据资源信息，并支持其他业务应用场景。通过重点行业的产值、能耗、排污等数据监测，计算数据平均值、预警值等阈值，对产业运行进行预警，对发展趋势进行分析预判。

6 总 结

示范区时空信息平台以数据一体化驱动发展一体化，制定了多个统一的数据标准，整合三地时空信息数据资源，建设了融合“人、物、动、态”位置、物联视频、交通信息等多源数据的示范区时空信息平台，初步实现了时空信息资源跨地域、跨部门的共享和交换，为示范区“智慧大脑”建设提供统一的数字底座，并已在规划管理、项目监管、生态监测、产业经济等场景得到应用。下一步将重点创新应用场景，深化研究时空大数据分析与挖掘方法，继续探索时空大数据在支撑示范区数字化转型中的深度应用。