基于北斗时空码的城市空间数字底座设计与实现关键技术探究

摘要：为了打造高效、统一、标准、精准的时空数据底板，构建全空间数据体系，设计基于北斗时空码的城市空间数字底座，实现多源异构数据汇聚、融合治理、城市级海量三维数据的高效、高逼真渲染和多维可视化表达等关键技术，为“一网统管”建设、城市管理信息化和政务数据利用提供标准统一的时空数据服务平台，并以呼伦贝尔市为例，基于北斗网格码的可定制、高效率、可扩展等特性，以期为新型智慧城市建设添砖加瓦。

关键词：城市空间数字底座""北斗网格位置码""北斗剖分时间码""一网统管""智慧城市

中图法分类号：P237

Exploration"of"Key"Technologies"for"Design"and"Implementation"of"Urban"Space"Digital"Base"Based"on"Beidou"Spatio-Temporal"Code

CHEN"Qingcong1*""SHI"Chao2""GUO"Yating1""ZHANG"Guofeng2""CAI"Zifu1

1."Hulunbeir"Smart"City"Development"Research"Institute，"Hulunbeir，"Inner"Mongolia"Autonomous"Region，"021000"China;"2."Hulunbeir"Big"Data"Center，"Hulunbeir，"Inner"Mongolia"Autonomous"Region，"021000"China

Abstract："To"create"an"efficient，"unified，"standardized"and"precise"spatio-temporal"data"base"and"establish"a"full"spatial"data"system，"this"paper"designs"an"urban"digital"base"utilizing"BeiDou"spatio-temporal"code."Key"technologies"such"as"multi-source"heterogeneous"data"aggregation，"fusion"governance，"efficient"and"highly"realistic"rendering"of"massive"3D"data"at"the"city"level，"and"multidimensional"visualization"expression"are"implemented"to"provide"a"standardized"and"unified"spatiotemporal"data"service"platform"for"the"construction"of"\"One"Network"Unified"Management\"，"urban"management"informatization，"and"government"data"utilization."Taking"Hulunbuir"City"as"an"example，"based"on"the"customizable，"efficient，"and"scalable"characteristics"of"the"Beidou"grid"code，"it"aims"to"contribute"to"the"construction"of"a"new"smart"city.

Key"Words："Urban"space"digital"base;"Beidou"grid"location"code;"Beidou"subdivision"time"code;"One"Network"Unified"Management;"Smart"city

“十四五”规划进一步提出要打造数字经济新优势，加快数字社会建设步伐，提高数字政府建设水平，营造良好数字生态[1]。作为智慧城市最重要的数据底座，吴杭彬等人[2]给出了城市空间数字底座的概念、架构及特点，提出了基于本体和知识图谱的城市空间数字底座架构。赵峰等人[3]给出了城市“空间数字底座”发展趋势以及上海的建设思路，指出“空间数字底座”在应用领域多元化发展、各细分领域融合发展和从政府驱动向从企业和公众需求驱动转化等3个发展趋势。王聪[4]初步设计了基于时空信息模型的智慧城市数字底座，数字底座信息模型的内容包括空间数据、元数据和属性信息，集成城市管理的属性信息。贾泽露等人[5]提出利用地理实体空间语义模型、多尺度空间计算模型、多尺度地址匹配与位置关联等技术，建设智能数字底座以打破数据壁垒。张唯[6]从分类体系、采集标准、应用框架和典型案例等方面研究了上海农业数字底座的建设和应用方法。韩雯雯等人[7]从数据工程体系角度出发，构建基于人居环境理论数据框架体系、搭建支撑融合可用的城市信息模型（City"Information"Modeling，CIM）数据空间组织、探索操作性强的数据采集更新方法，为平台更全面丰富、横纵向融合、动态鲜活的数据建设提供行之有效的解决途径。陈元元[8]利用“北斗网格码”建立投资项目信息库，为项目监管赋能价值。但是，针对多源异构海量数据，鲜有专门基于北斗时空码构建高效、统一、标准、精准的时空数据底板，因此，本文研究了“地下+地表+地上+空中”的全空间数据体系，设计了基于北斗时空码的城市空间数字底座，充分利用北斗网格位置码[9]和北斗剖分时间码[10]的优势，实现多源异构数据汇聚、融合治理、城市级海量三维数据的高效高逼真渲染和多维可视化表达等关键技术，并以呼伦贝尔市为例，以期为新型智慧城市建设添砖加瓦。

1基于北斗时空码的城市空间数字底座设计

城市时空数字底座按照“统一时空框架、分布式微服务、高可用可扩展”的原则，融合北斗剖分时间码与北斗网格位置码，设计相关的系统开发规范和集成规范，采用“北斗网格位置码+北斗剖分时间码+分级分类码+标识码”的方式，关联业务属性信息，生成一个个数据集装箱，把多维多尺度数据装箱成一维索引，类似于模拟信号转换成数字信号，形成统一的接口交互规则，构建综合应用技术体系，提高时空大数据的组织、处理、分析、传递和运用效率。

城市时空数字底座通过将地理信息系统（Geographic"Information"System，GIS）大空间宏观场景与建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）小空间微观场景无缝融合，以及物联网（Internet"of"Things，IoT）数据动态汇聚，提供多样化实时计算、分析挖掘和动态展示、城市信息全量接入，构建全空间数据体系、城市级海量三维数据的高效渲染和多维可视化表达，形成数字孪生综合管理体系，并通过数字孪生的虚实双体，以全要素的数字化实现可视化、可模拟和分析管理，实现“时空一体化、管理一体化、全程一体化”新模式。

2城市空间数字底座关键技术

2.1"多源异构数据接入、融合与可视化

时空数字底座实现矢量数据、遥感影像、数字高程模型（Digital"Elevation"Model，DEM）、数字正射影像（Digital"Orthophoto"Map，DOM）、倾斜摄影模型、精细建模数据、BIM、激光点云和视频数据等海量多源异构数据的统一汇聚管理，提高数据的利用价值，使得城市立体表达体征可以更快速、更精细、更真实。基于坐标变换和空间配准能力，实现多源数据在平面坐标系和地理坐标系之间的转换，将BIM模型与倾斜摄影模型、地形等多源数据统一到同一个坐标系，实现各种信息对齐。基于三维空间数据镶嵌、裁剪、压平、挖洞及设置缓坡等操作和处理功能，可实现数据平滑衔接，还可通过时空隧道方式呈现走马灯式动态可视化。

2.2"构建全空间数据体系，引接全量城市信息

城市时空数字底座将具备城市全量多源异构数据汇聚融合能力，兼容国内外主流时空数据标准，全面支持城市“二三维”“全空间”“静动态”的基础地理、公共专题、行业专题、物联感知、互联网数据接入，通过多源异构数据的存储一致化、时空一致化、结构一致化以及规则一致化，构建全空间数据体系，为新型智慧城市提供完整统一的时空三维数字底座。

2.3"城市级海量三维数据的渲染和表达

针对全空间数据范围广、体量大、类型多、精度高的特点，对海量三维数据进行网格划分、分层组织和动态切片，采用流式传输模式，实现了三维数据多端一屏的高效解析和虚实结合的高逼真渲染。支持差异化渲染优化策略，基于纹理压缩、场景裁剪、几何纹理合并，三维模型轻量化，多级LOD等策略，实现大场景下三维数据的快速可视化。能够实现大规模城市建筑的动态加载，从全球视野、全国呈现到大规模城市建筑直至具体设施的平滑过渡，无须画面切换；支持L1级到L4级精细建筑模型的无缝切换。

3"呼伦贝尔市应用案例

2024年3月，内蒙古自治区人民政府关于印发自治区数字政府建设实施方案的通知明确指出，要构建全区“一网统管”体系[11]。呼伦贝尔市利用基于北斗网格码的城市空间数字底座及关键技术积极开发空间数据处理系统、二三维可视化平台和呼伦贝尔市空间数字底座平台，梳理各相关系统数据资源的关联性，编制数据资源目录，建立信息资源交换管理标准体系，在业务可行性的基础上，实现数据信息共享，推进信息公开，建立跨部门跨领域以空间大数据平台为基础的业务融合，将逐步形成如下成效。

（1）将呼伦贝尔市所有空间数据管理从各自为政的状态，转变为项目统筹规划、数据集中管理、数据标准交互、系统高度集成，确保数据资源的有序管理、数据的充分共享等。建立综合性数据库把城市管理领域基本的时空核心数据全部纳入其数据库，实现高效协同。

（2）对呼伦贝尔市现有的数据信息进行整理，形成城市管理领域时空元数据标准体系，为今后的智慧城市管理领域信息化建设提供元数据标准规范。同时，在元数据标准体系下，将各子系统和不同领域内各项数据信息进行结构改造、清洗融合，利用大数据分析机制建立深度的衍伸关联和模型分析，结合实际业务需求，基于大量的可视化信息手段和GIS地图，将事件、人员、设备等业务数据以不同专题的形式进行分析结果展现和分析预测展现。

（3）通过呼伦贝尔市空间数字底座平台，将城市管理基本的、核心的多个细分领域的海量动态信息数据整合加工利用，科学分析，提供决策参考依据，构建呼伦贝尔市市级顶层城市管理的智能“大脑”，从而真正实现高位统筹协调、监督指挥。

4结语

基于北斗时空码的城市空间数字底座充分运用遥感、全球定位系统、地理信息系统和计算机网络等高新技术，设计北斗时空融合码，建立空间大数据的基础数据体系、共享与交换服务平台、保障体系以及示范工程，建立数据与系统维护更新的运行机制，使整个系统健康发展，实现以多尺度、多分辨率、多种类、现势性强的多源异构空间数据的全市覆盖与动态更新，为智慧城市建设、“一网统管”建设、城市管理信息化和政务数据利用提供标准统一的空间数据服务平台，推进政务数据共享和业务协同，为决策提供及时、准确、可靠的信息依据，提高政务工作的前瞻性和针对性，加大宏观调控力度，促进经济持续健康发展。

参考文献

[1]刘奕，沈双颖.新城新区数字底座建设助推城市数字化转型的理论与路径研究[J].复旦城市治理评论，2022（2）：165-192.

[2]吴杭彬，韦朝旭，陈茜茜，等.基于本体和知识图谱的城市空间数字底座架构及应用[J].时空信息学报，2024，31（2）：292-301.

[3]赵峰，王伟，刘一宁.城市\"空间数字底座\"发展趋势及上海的建设思路[J].科学发展，2023（8）：5-13.

[4]王聪.基于时空信息模型的智慧城市数字底座设计初探[J].测绘地理信息，2021，46（S1）：162-164.

[5]贾泽露，朱毅，唐文武.服务城市精细治理的数字底座关键技术研究[J].地理空间信息，2023，21（2）：67-71.

[6]张唯.面向城市数字化转型的上海农业数字底座建设与应用研究[J].测绘与空间地理信息，2023，46（6）：75-77.

[7]韩雯雯，邢韵，王飞飞，等.面向数据工程体系建设的CIM基础平台研究[J].智能建筑与智慧城市，2022（4）：6-10.

[8]陈元元.基于“北斗网格码”的智慧园区项目全流程监管系统研究[J].现代信息科技，2023，7（3）：139-142，146.

[9]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会."北斗网格位置码：GB/T"39409—20209[S].北京：中国标准出版社，2020.

[10]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.北斗剖分时间码：GB/T"42578—2023[S].北京：中国标准出版社，2023

[11]内蒙古自治区人民政府.内蒙古自治区数字政府建设实施方案[EB/OL].（2024-03-21）[2024-08-16].https：//www.nmg.gov.cn/zwgk/zfxxgk/zfxxgkml/202403/t20240321_2483364.html.