智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)思考

● 文 | .中國測(cè)繪科學(xué)研究院 .中國測(cè)繪科學(xué)研究院地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)研究所 李成名 劉曉麗

智慧城市是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、地理信息集成等新一代信息技術(shù)，促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新理念和新模式。建設(shè)智慧城市，已經(jīng)成為破解城市發(fā)展難題、提升城市治理能力現(xiàn)代化、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方式和城市科學(xué)發(fā)展的方向選擇[1]。2015年，習(xí)近平總書記在中央城市工作會(huì)議上提出，要“著力打造智慧城市，推動(dòng)城鎮(zhèn)常住人口基本公共服務(wù)均等化，加強(qiáng)城市管理?！?016年，《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中要求，要“推進(jìn)城市智慧管理。到2020年，建成一批特色鮮明的智慧城市。”黨的十九大報(bào)告中明確提出，要建設(shè)“數(shù)字中國、智慧社會(huì)”。

智慧城市建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其涉及到城市建設(shè)的方方面面，涵蓋了社會(huì)和生活幾乎所有的范疇[2-5]。在這其中，時(shí)空信息作為承載和整合城市其他各類信息的基礎(chǔ)信息資源，是智慧城市整體框架中一項(xiàng)基礎(chǔ)性、根本性、不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，稱其為時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施，在智慧城市建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

一、概念與定位

時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施是指具有時(shí)間和空間特征的基礎(chǔ)地理信息、公共管理與公共服務(wù)涉及的專題信息，及其采集、感知、存儲(chǔ)、處理、共享、集成、挖掘分析、泛在服務(wù)所涉及的政策、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、機(jī)制等支撐環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境的總稱。其中，時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)成包括時(shí)空基準(zhǔn)、時(shí)空大數(shù)據(jù)、時(shí)空信息云平臺(tái)和支撐環(huán)境，核心內(nèi)容是時(shí)空大數(shù)據(jù)和時(shí)空信息云平臺(tái)。

時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施作為智慧城市的重要組成，既是智慧城市不可或缺的、基礎(chǔ)性的信息資源，又是其他信息交換共享與協(xié)同應(yīng)用的載體，為其他信息在三維空間和時(shí)間交織構(gòu)成的四維環(huán)境中提供時(shí)空基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一時(shí)空基礎(chǔ)下的規(guī)劃、布局、分析和決策。

時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)容在智慧城市總體架構(gòu)中的位置分別是：時(shí)空大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含在公共數(shù)據(jù)庫層，是政務(wù)數(shù)據(jù)、民務(wù)數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)和感知數(shù)據(jù)時(shí)空化的基礎(chǔ)；時(shí)空信息云平臺(tái)是公共信息平臺(tái)層的重要組成，是支撐其他專題平臺(tái)的基礎(chǔ)性平臺(tái)；支撐環(huán)境中的云計(jì)算環(huán)境是計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)施層的核心，政策機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等軟環(huán)境包含在制度安全保障體系和政策標(biāo)準(zhǔn)保障體系中，如圖1所示。

圖1 時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施在智慧城市通用結(jié)構(gòu)中的位置

二、建設(shè)內(nèi)容

1.時(shí)空基準(zhǔn)

時(shí)空基準(zhǔn)是指時(shí)間和地理空間維度上的基本參考依據(jù)和度量的起算數(shù)據(jù)。時(shí)空基準(zhǔn)是經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是時(shí)空大數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間維度上的基本依據(jù)。時(shí)間基準(zhǔn)中日期應(yīng)采用公歷紀(jì)元，時(shí)間應(yīng)采用北京時(shí)間。大地基準(zhǔn)統(tǒng)一到2000國家大地坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)統(tǒng)一到1985國家高程基準(zhǔn)。

2.時(shí)空大數(shù)據(jù)

城市大數(shù)據(jù)可分為政務(wù)大數(shù)據(jù)、民務(wù)大數(shù)據(jù)、運(yùn)營大數(shù)據(jù)、感知大數(shù)據(jù)和時(shí)空大數(shù)據(jù)五類，其中，時(shí)空大數(shù)據(jù)是按照統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)序化后的相關(guān)數(shù)據(jù)，其他四類大數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空化的基礎(chǔ)。

時(shí)空大數(shù)據(jù)包括時(shí)序化的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、公共專題數(shù)據(jù)、智能感知數(shù)據(jù)和空間規(guī)劃數(shù)據(jù)，和這四類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)引擎及管理分析系統(tǒng)等六部分構(gòu)成，從而構(gòu)成智慧城市建設(shè)所需的地上下、室內(nèi)外、虛實(shí)一體化的時(shí)空數(shù)據(jù)資源。其中，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)包括傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)，以及實(shí)景影像、傾斜影像和激光點(diǎn)云等新型測(cè)繪產(chǎn)品數(shù)據(jù)；公共專題數(shù)據(jù)包括人口、法人、宏觀經(jīng)濟(jì)、興趣點(diǎn)、地理國情普查與監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)；智能感知數(shù)據(jù)包括各種公共設(shè)施及各類專業(yè)傳感器感知的具有時(shí)間標(biāo)識(shí)的即時(shí)數(shù)據(jù)；空間規(guī)劃數(shù)據(jù)包括空間資源保護(hù)與利用的發(fā)展藍(lán)圖等反映未來空間性發(fā)展規(guī)劃的數(shù)據(jù)。在建設(shè)時(shí)空大數(shù)據(jù)時(shí)，一是需要在原來靜態(tài)地理信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上添加時(shí)間標(biāo)簽，形成不同版本的歷史數(shù)據(jù)；二是要體現(xiàn)實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性，及時(shí)獲取物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等智能感知設(shè)備的位置數(shù)據(jù)和即時(shí)信息；同時(shí)，還要豐富地上地下、室內(nèi)室外信息資源，甚至遠(yuǎn)景規(guī)劃地理信息，通過這些時(shí)空信息的演變、發(fā)展和預(yù)測(cè)，對(duì)城市發(fā)展的歷史長河做出詳細(xì)的記載和繁衍。在應(yīng)用時(shí)空大數(shù)據(jù)時(shí)，不僅要為測(cè)繪地理信息部門提供服務(wù)，還要通過對(duì)其深層的清洗、挖掘和分析，與其他部門數(shù)據(jù)和社會(huì)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)城市的精準(zhǔn)化、科學(xué)化管理，如規(guī)劃選址、地下管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、交通出行、防災(zāi)減災(zāi)、公共安全、應(yīng)急搶險(xiǎn)、土地保護(hù)、不動(dòng)產(chǎn)登記、多規(guī)合一等，運(yùn)用時(shí)空大數(shù)據(jù)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、完善社會(huì)治理、提升政府服務(wù)和監(jiān)管能力。

3.時(shí)空信息云平臺(tái)

時(shí)空信息云平臺(tái)是以時(shí)空大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、云計(jì)算環(huán)境為支撐，依托泛在網(wǎng)絡(luò)，分布式聚合信息資源，并按需智能提供計(jì)算存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、接口、功能和知識(shí)等服務(wù)的基礎(chǔ)性開放式信息系統(tǒng)，通常由服務(wù)引擎、地名地址匹配引擎、業(yè)務(wù)流引擎、知識(shí)引擎和云服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成。其中，服務(wù)引擎可以幫助用戶在線調(diào)用現(xiàn)成服務(wù)和知識(shí)，實(shí)現(xiàn)將其他資源上傳、注冊(cè)與發(fā)布等功能；地名地址匹配引擎可以幫助用戶完成專題數(shù)據(jù)在線空間化，是空間信息與其他信息之間的橋梁，能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)在全空間信息模型上的精確定位；業(yè)務(wù)流引擎幫助用戶完成業(yè)務(wù)定制可視化，其將業(yè)務(wù)流程中的工作，按照邏輯和規(guī)則以恰當(dāng)?shù)哪Ｐ瓦M(jìn)行表示并對(duì)其實(shí)施計(jì)算，實(shí)現(xiàn)工作業(yè)務(wù)的自動(dòng)化處理；知識(shí)引擎幫助用戶完成在線大數(shù)據(jù)分析，其通過提供不同層次能力的大數(shù)據(jù)分析工具，完成對(duì)數(shù)據(jù)的深度挖掘，進(jìn)而獲取有價(jià)值的知識(shí)；云服務(wù)系統(tǒng)則是將各類服務(wù)資源以及引擎，通過可視化、模塊化、服務(wù)化的形式進(jìn)行各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，面向用戶以友好的交互界面提供表達(dá)和服務(wù)，面向管理者以智能化的手段提供管理和監(jiān)控。

時(shí)空信息云平臺(tái)是城市公共管理平臺(tái)的核心構(gòu)成。其通過時(shí)空信息作為統(tǒng)一的時(shí)空基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)城市各類數(shù)據(jù)資源的匯聚和共享，并通過服務(wù)資源池實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的服務(wù)化、池化，通過地名地址匹配引擎、業(yè)務(wù)流引擎、知識(shí)化引擎和服務(wù)引擎等，實(shí)現(xiàn)時(shí)空大數(shù)據(jù)的匹配上圖、業(yè)務(wù)流程定制、知識(shí)挖掘和服務(wù)調(diào)用與發(fā)布，最終實(shí)現(xiàn)城市信息資源的開放、共享和應(yīng)用。

4.支撐環(huán)境

支撐環(huán)境包括了智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)施、安全措施等硬環(huán)境，以及政策機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等軟環(huán)境。

硬環(huán)境的建設(shè)可以分為兩種模式：一是采用全市統(tǒng)一云環(huán)境建設(shè)的集約模式，即政府牽頭采用多元化投融資模式，整合現(xiàn)有云計(jì)算資源，建立全市統(tǒng)一的云計(jì)算中心，面向全市各部門提供統(tǒng)一的云服務(wù)。全市所有新建應(yīng)用系統(tǒng)及非涉密時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施，都應(yīng)部署于統(tǒng)一云計(jì)算中心，各部門不宜再新建機(jī)房、購置硬件設(shè)備。對(duì)于原有系統(tǒng)要進(jìn)行遷移，主要為應(yīng)用遷移和數(shù)據(jù)遷移。應(yīng)用遷移的內(nèi)容包括現(xiàn)有正運(yùn)行的相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用，其中對(duì)暫時(shí)無法遷移的應(yīng)用，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行改造并遷移；數(shù)據(jù)遷移為現(xiàn)有本部門服務(wù)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)應(yīng)按照統(tǒng)一要求進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改造并遷移；二是采用全市虛擬云環(huán)境建設(shè)的過渡模式，即以現(xiàn)有的數(shù)字城市地理信息公共平臺(tái)支撐環(huán)境為基礎(chǔ)，進(jìn)行升級(jí)改造，將新建的基礎(chǔ)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫都部署于此環(huán)境中，各部門負(fù)責(zé)本部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，通過政務(wù)網(wǎng)分布式調(diào)用時(shí)空信息云平臺(tái)的服務(wù)。在時(shí)空信息云平臺(tái)已經(jīng)具有的功能和服務(wù)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)不得重復(fù)建設(shè)?，F(xiàn)有支撐環(huán)境的升級(jí)，包括網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)和計(jì)算存儲(chǔ)能力的升級(jí)。網(wǎng)絡(luò)升級(jí)要實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)接入，而不僅僅是政務(wù)網(wǎng)接入；計(jì)算與存儲(chǔ)能力升級(jí)要根據(jù)本地實(shí)際情況因地制宜。無論是哪一種模式開展的硬環(huán)境建設(shè)，其管理智能化水平，以及虛擬化能力、存儲(chǔ)能力和計(jì)算能力，應(yīng)適應(yīng)本地信息化條件和應(yīng)用規(guī)模，并充分考慮未來發(fā)展，原則上應(yīng)不低于原專題應(yīng)用部門的能力。

硬環(huán)境的安全保障措施應(yīng)覆蓋數(shù)據(jù)內(nèi)容的安全和支撐環(huán)境的安全。其中，時(shí)空大數(shù)據(jù)應(yīng)按照國家對(duì)地理信息內(nèi)容分級(jí)分類的相關(guān)規(guī)定，對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分版，基礎(chǔ)地理信息應(yīng)運(yùn)行在涉密的局域網(wǎng)中，與政務(wù)網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)嚴(yán)格物理隔離，政務(wù)地理信息應(yīng)運(yùn)行在政務(wù)網(wǎng)，與國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)邏輯隔離，公眾地理信息運(yùn)行在國際互聯(lián)網(wǎng)。各類信息運(yùn)行支撐環(huán)境建立完備的安全管理措施，具備漏洞掃描、入侵檢測(cè)、數(shù)據(jù)包過濾、防病毒、病毒查殺、身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和主機(jī)監(jiān)控等能力。應(yīng)按時(shí)檢查和監(jiān)督安全措施的落實(shí)執(zhí)行情況。服務(wù)器設(shè)備能夠支持海量信息存儲(chǔ)，預(yù)留擴(kuò)展空間，運(yùn)行穩(wěn)健、安全可靠。存儲(chǔ)備份設(shè)備具有空間數(shù)據(jù)的安全高效存儲(chǔ)備份能力，并預(yù)留擴(kuò)展空間，有條件可建立異地容災(zāi)存貯備份機(jī)制。鼓勵(lì)采用自主國產(chǎn)化軟件開展建設(shè)。

政策機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建設(shè)，原則上應(yīng)根據(jù)城市自身情況，結(jié)合實(shí)際需求開展探索和研制。在政策機(jī)制方面，主要應(yīng)該建立組織領(lǐng)導(dǎo)機(jī)制，協(xié)調(diào)城市領(lǐng)導(dǎo)、城市各部門和建設(shè)主管部門，實(shí)現(xiàn)相互配合、共同推動(dòng)；建立共建共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)時(shí)空大數(shù)據(jù)和時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)過程中的數(shù)據(jù)、資源和平臺(tái)共建共享；建立推廣應(yīng)用機(jī)制，通過多方渠道，開展建設(shè)成果的宣傳推廣，實(shí)現(xiàn)建設(shè)效應(yīng)的倍增和深化，讓社會(huì)各界都能夠通過建設(shè)取得效用；建立投入保障機(jī)制，智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是服務(wù)城市、服務(wù)大眾的一項(xiàng)工程，建設(shè)前期的基礎(chǔ)投入較大，因此應(yīng)建立相應(yīng)機(jī)制，建立專項(xiàng)資金，保障建設(shè)的基礎(chǔ)投入和更新維護(hù)；建立投融資運(yùn)行機(jī)制，應(yīng)根據(jù)城市和建設(shè)的實(shí)際情況，采用多種投融資模式，在建設(shè)過程中逐步將政府投入運(yùn)營過渡為政府前期投入，市場后期運(yùn)營的良性發(fā)展模式，保障建設(shè)的長效持續(xù)穩(wěn)定服務(wù)；建立產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新機(jī)制，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)際已經(jīng)發(fā)展成為多學(xué)科交叉融合的綜合研究建設(shè)項(xiàng)目，因此為了保證建設(shè)的實(shí)用和創(chuàng)新并存，需要建立產(chǎn)學(xué)研綜合創(chuàng)新機(jī)制，從而將實(shí)驗(yàn)室中的新技術(shù)，能夠快速融入到建設(shè)和應(yīng)用的實(shí)際工作當(dāng)中。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，除了直接吸納已經(jīng)出臺(tái)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，作為建設(shè)主體，城市應(yīng)積極探索研究適用于本市的大數(shù)據(jù)協(xié)同共享、平臺(tái)應(yīng)用建設(shè)等方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，成熟的城市標(biāo)準(zhǔn)也鼓勵(lì)其上升為國家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，供其他城市參考借鑒。

5.智慧應(yīng)用

智慧應(yīng)用是基于時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施所提供的各類服務(wù)，結(jié)合城市自身的特點(diǎn)和需求，本著急用先建的原則，面向政府部門、企事業(yè)單位和社會(huì)公眾所開發(fā)定制的服務(wù)系統(tǒng)。

在數(shù)字城市階段，相關(guān)部門已經(jīng)基于地理空間框架，建立了相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)，如網(wǎng)格化城管、國土一張圖工程、公安地理信息系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)使用地理信息公共平臺(tái)提供的統(tǒng)一空間基底，將部門業(yè)務(wù)信息疊加其上，提高了部門業(yè)務(wù)管理的精細(xì)化和精準(zhǔn)化水平。但由于當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)類型和技術(shù)水平有限，這些應(yīng)用系統(tǒng)大多重在查詢、統(tǒng)計(jì)和簡單分析等功能的實(shí)現(xiàn)，在智能和智慧上是不夠的。一方面，原有數(shù)據(jù)大多是靜態(tài)數(shù)據(jù)，缺乏歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)感知信息；另一方面，信息來源單一，致使難以得到有價(jià)值、令人信服的推論，支撐科學(xué)決策和智慧的水平偏低，此外應(yīng)用的手段和服務(wù)模式也多為PC客戶端開發(fā)服務(wù)，支持移動(dòng)辦公和便捷服務(wù)的能力還不夠。

因此，在智慧城市階段，借助時(shí)空大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)多部門信息共享融合的基礎(chǔ)上，智慧應(yīng)用應(yīng)從數(shù)字化走向智能化、實(shí)時(shí)化、便捷化，突出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入、時(shí)空大數(shù)據(jù)分析、智能化處置和移動(dòng)化服務(wù)等能力，與本領(lǐng)域?qū)ｎ}信息能夠?qū)崿F(xiàn)無縫銜接、與其他相關(guān)領(lǐng)域?qū)崟r(shí)協(xié)同。因此，對(duì)比數(shù)字城市，智慧城市階段基于時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施搭建的應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)著重解決以下三點(diǎn)問題：

1）在知識(shí)上，應(yīng)深入挖掘潛藏?cái)?shù)據(jù)背后的知識(shí)與規(guī)律，提升面向時(shí)空大數(shù)據(jù)的時(shí)空分布、關(guān)聯(lián)分析、深度挖掘等大數(shù)據(jù)挖掘能力，幫助用戶完成挖掘分析并進(jìn)行分析結(jié)果的空間可視化，將其變成直接可用的知識(shí)，輔助科學(xué)決策。

2）在服務(wù)上，應(yīng)加大基于移動(dòng)客戶端的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)力度，特別是在面向公眾提供服務(wù)的行業(yè)領(lǐng)域，如旅游、教育、醫(yī)療、社區(qū)、公共服務(wù)保障等，應(yīng)優(yōu)先研發(fā)移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，增加服務(wù)的便捷性和普惠性。

3）在性能上，應(yīng)實(shí)現(xiàn)透徹感知、廣泛互聯(lián)、按需服務(wù)，整合實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)，連同歷史與現(xiàn)勢(shì)地理信息服務(wù)，運(yùn)行在泛在環(huán)境，根據(jù)用戶的需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和功能的自動(dòng)處理和服務(wù)的主動(dòng)推送，真正實(shí)現(xiàn)按需服務(wù)。

應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)施過程應(yīng)在城市人民政府統(tǒng)籌領(lǐng)導(dǎo)下，以應(yīng)用部門為主，測(cè)繪地理信息部門做好數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。同時(shí)，鼓勵(lì)采用多元化的投融資模式，開展深入應(yīng)用。

三、從地理空間框架到時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的變化

1.建設(shè)內(nèi)容的變化

智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施概念，源自數(shù)字城市的地理空間框架，與之相比較，時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的提升之處有四點(diǎn)，即空間基準(zhǔn)提升為時(shí)空基準(zhǔn)，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫提升為時(shí)空大數(shù)據(jù)，地理信息公共平臺(tái)提升為時(shí)空信息云平臺(tái)，支撐環(huán)境由單一服務(wù)器提升為云環(huán)境。時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施與地理空間框架的構(gòu)成與歷史聯(lián)系如圖2所示。

圖2 時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施與地理空間框架的構(gòu)成與歷史聯(lián)系

其中，時(shí)空大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型，由原來僅包括現(xiàn)勢(shì)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，擴(kuò)展為包括了歷史與現(xiàn)狀基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、歷史與現(xiàn)狀公共專題數(shù)據(jù)、智能感知的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和空間規(guī)劃數(shù)據(jù)等在內(nèi)的四大類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、由基礎(chǔ)到公共、由現(xiàn)勢(shì)到全周期、由二三維到全空間，形成地上下、室內(nèi)外、虛實(shí)結(jié)合的全時(shí)空信息內(nèi)容。時(shí)空信息云平臺(tái)則通過增加服務(wù)資源池，將數(shù)據(jù)、功能、接口、計(jì)算存儲(chǔ)和知識(shí)進(jìn)行服務(wù)化、池化，面向各類用戶提供更加便捷的服務(wù)，同時(shí)，增加四類引擎，使用戶能夠進(jìn)行在線的服務(wù)獲取、數(shù)據(jù)空間化、業(yè)務(wù)流定制和知識(shí)挖掘時(shí)更加方便。支撐環(huán)境則由原來分散的服務(wù)器集群，升級(jí)到集約、彈性的云環(huán)境，時(shí)空大數(shù)據(jù)和時(shí)空信息云平臺(tái)也可部署在同一云環(huán)境中。

2.建設(shè)技術(shù)的變化

從數(shù)字城市地理空間框架到智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施，不僅是名稱和內(nèi)容的變化，建設(shè)的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)也在悄然發(fā)生著改變。

第一個(gè)變化，來源于時(shí)空大數(shù)據(jù)共享融合的需求。數(shù)據(jù)類型從原來單一的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，擴(kuò)展至現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化并存，數(shù)據(jù)時(shí)效則從原來的靜態(tài)數(shù)據(jù)擴(kuò)展至靜態(tài)實(shí)時(shí)相結(jié)合。當(dāng)前智慧城市每天都會(huì)產(chǎn)生數(shù)以億計(jì)的海量數(shù)據(jù)，其中有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，如人口、法人單位、宏觀經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及自然資源和空間信息等四大國家基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，但更多的是海量的半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，如傳感器的實(shí)時(shí)感知信息、網(wǎng)絡(luò)日志、音樂、視頻、圖片等[6-7]。在這些數(shù)據(jù)中就有大量的數(shù)據(jù)屬于時(shí)空大數(shù)據(jù)，要實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)基于空間的共享和服務(wù)，首先需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行序化，建立其相互之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。然而，這些數(shù)據(jù)中，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)是有空間坐標(biāo)的，大量的專題數(shù)據(jù)是沒坐標(biāo)，但有地名地址的，另外實(shí)時(shí)感知等非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)既沒有坐標(biāo)，也沒有地名地址，要對(duì)時(shí)空大數(shù)據(jù)進(jìn)行序化，實(shí)現(xiàn)其空間匹配，進(jìn)而建立其之間的空間關(guān)聯(lián)。

第二個(gè)變化，來源于時(shí)空大數(shù)據(jù)高效管理需求。時(shí)空大數(shù)據(jù)不僅來源復(fù)雜多樣，其數(shù)據(jù)體量相較之前單一數(shù)據(jù)庫建設(shè)階段也呈現(xiàn)爆炸性的增長，從原來的10TB，擴(kuò)展至現(xiàn)在的100TB甚至PB級(jí)，且不斷在持續(xù)動(dòng)態(tài)累加。原來管理普通體量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)時(shí)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫的表現(xiàn)十分優(yōu)秀。然而當(dāng)數(shù)據(jù)量增長到一定規(guī)模后，由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫需要滿足事務(wù)的一致性且邏輯相對(duì)復(fù)雜，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)死鎖等并發(fā)性問題，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的并發(fā)讀寫性能，無法支撐大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)。此外受范式限制，關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型難于擴(kuò)展、靈活性差，對(duì)于較為復(fù)雜的查詢涉及大量連接操作，也導(dǎo)致效率急劇下降。

第三個(gè)變化，來源于基于時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘分析需求。挖掘是凸現(xiàn)大數(shù)據(jù)價(jià)值、盤活大數(shù)據(jù)資產(chǎn)和有效利用大數(shù)據(jù)的技術(shù)，這對(duì)于時(shí)空大數(shù)據(jù)同樣適用。雖然高達(dá)80%的數(shù)據(jù)與空間位置有關(guān)，但人們并不知道其空間關(guān)聯(lián)性有多強(qiáng)，或是通過空間位置能發(fā)現(xiàn)一些新的信息，這就需要將時(shí)空關(guān)聯(lián)的其他各類專業(yè)化數(shù)據(jù)，在統(tǒng)一時(shí)空環(huán)境下進(jìn)行知識(shí)的挖掘，是一個(gè)由時(shí)空關(guān)聯(lián)度較低數(shù)據(jù)到時(shí)空關(guān)聯(lián)度較高的信息、再到基于時(shí)空的知識(shí)循序漸進(jìn)、逐漸升華的過程。時(shí)空數(shù)據(jù)的挖掘分析就是使時(shí)空大數(shù)據(jù)逐步歸納升華為時(shí)空知識(shí)，再利用這些新知識(shí)重新認(rèn)識(shí)和利用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、智能判斷和快速?zèng)Q策[8-9]?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)挖掘工具雖然能夠方便用戶進(jìn)行分析挖掘，但并不能夠直接用于大數(shù)據(jù)的知識(shí)挖掘，而時(shí)空大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型更為復(fù)雜，因此更無法直接適用這些現(xiàn)有的挖掘工具。

第四個(gè)變化，來源于基于時(shí)空信息云平臺(tái)統(tǒng)一服務(wù)需求。數(shù)字城市公共平臺(tái)大多是基于SOA架構(gòu)搭建的單體式應(yīng)用，將地理信息系統(tǒng)（GIS）從原來的數(shù)據(jù)提供升級(jí)到了服務(wù)提供。單體式架構(gòu)的服務(wù)接口是在一個(gè)大的架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)，服務(wù)只進(jìn)行了模塊的區(qū)分，沒有成為獨(dú)立服務(wù)，模塊共同訪問使用一個(gè)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)中心，這種架構(gòu)模式在建設(shè)的初期容易研發(fā)和部署，但當(dāng)不同的模塊之間發(fā)生資源沖突需要進(jìn)行變更修改時(shí)，往往需要將整個(gè)系統(tǒng)重新進(jìn)行部署，擴(kuò)展將會(huì)非常困難，而且當(dāng)并發(fā)訪問量較高時(shí)，還容易形成性能瓶頸，影響平臺(tái)效率。此外，由于單體架構(gòu)下模塊的開發(fā)語言和數(shù)據(jù)庫必須一致，因此會(huì)導(dǎo)致每一種數(shù)據(jù)就要開發(fā)一個(gè)對(duì)應(yīng)的平臺(tái)或系統(tǒng)，很難將其在統(tǒng)一的平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)和服務(wù)的認(rèn)證、管理和服務(wù)。隨著云計(jì)算理念和技術(shù)的不斷完善，城市的時(shí)空云平臺(tái)需要具備彈性可擴(kuò)展、靈活使用大數(shù)據(jù)中心且便捷部署和高效服務(wù)。

第五個(gè)變化，來源于時(shí)空應(yīng)用系統(tǒng)的智慧化需求。數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)過程中，依托地理信息公共平臺(tái)提供的統(tǒng)一空間基準(zhǔn)，城市各部門紛紛研發(fā)專業(yè)GIS應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了部門業(yè)務(wù)信息的數(shù)字化和空間化，使部門業(yè)務(wù)工作更加的高效、精準(zhǔn)，并從一定程度上提高了部門的經(jīng)濟(jì)效益。此外，部分面向公眾服務(wù)的部門，通過建立互聯(lián)網(wǎng)GIS應(yīng)用系統(tǒng)，將老百姓關(guān)心的信息在網(wǎng)上進(jìn)行公開，而且將一些空間相關(guān)信息，如房地產(chǎn)、教育資源、醫(yī)療資源，以及一些規(guī)劃的內(nèi)容落在地圖上，百姓可以更加直觀看到感興趣的內(nèi)容，提升了政府滿意度，也提高了部門的社會(huì)效益。但是，這些部門應(yīng)用的功能，大多都是普通的瀏覽、查詢和統(tǒng)計(jì)，只是將數(shù)據(jù)直接落在了圖上，如教育資源僅進(jìn)行了標(biāo)注，但可能老百姓已經(jīng)知道身邊最近的小學(xué)、中學(xué)在那里，但不知道這些小學(xué)、中學(xué)周邊到底有多少學(xué)生生源，這些信息在數(shù)字化應(yīng)用系統(tǒng)中無法提供，而應(yīng)利用大數(shù)據(jù)挖掘分析才能夠得知。因此，在智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用示范上，應(yīng)該基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，將原來僅提供簡單的瀏覽、查詢能力的數(shù)字化應(yīng)用，提升為能夠分析、感知的智能化、智慧化應(yīng)用。

四、結(jié)語

時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施是智慧城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)支撐，在國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的《新型智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)（2016年）》中，其與寬帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)施并列為新型智慧城市建設(shè)的智能設(shè)施，其重要性可見一斑。通過對(duì)智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)背景、概念內(nèi)涵和建設(shè)內(nèi)容的介紹，一則了解智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施與智慧城市之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，二則明確其建設(shè)內(nèi)容和發(fā)展趨勢(shì)，為后續(xù)相關(guān)建設(shè)提供參考。