政務(wù)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)下的地理空間大數(shù)據(jù)建設(shè)實(shí)踐

龔麗芳，李愛勤，陳張建

(浙江省測繪科學(xué)技術(shù)研究院，浙江 杭州 311100)

大數(shù)據(jù)于2008年末被首次提出后[1]，因其“基于全面數(shù)據(jù)進(jìn)行決策”“從全覆蓋的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流中發(fā)現(xiàn)規(guī)律、預(yù)測趨勢”的創(chuàng)新觀念、方法與技術(shù)，迅速發(fā)展成為科技界、工業(yè)界、企業(yè)界甚至政府部門關(guān)注的熱點(diǎn)，并在空氣污染防治、交通擁堵治理、智慧規(guī)劃編制等諸多領(lǐng)域有了諸多成功應(yīng)用案例[1- 2]。2012年以來，美國、澳大利亞、英國、日本、韓國、歐盟等國家和國際組織相繼發(fā)布大數(shù)據(jù)國家戰(zhàn)略，我國也于2015年8月發(fā)布了《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，在全國范圍內(nèi)掀起了大數(shù)據(jù)建設(shè)的熱潮[3]。

得益于良好的信息基礎(chǔ)設(shè)施和較強(qiáng)的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)市場優(yōu)勢，浙江省于2016年發(fā)布了《浙江省促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展實(shí)施計(jì)劃》，提出“建設(shè)數(shù)據(jù)強(qiáng)省，助力經(jīng)濟(jì)社會轉(zhuǎn)型升級，推動(dòng)政府治理和公共服務(wù)能力現(xiàn)代化”的總體要求。在18項(xiàng)應(yīng)用示范工程中，地理空間大數(shù)據(jù)應(yīng)用示范工程作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性工程，承載了提供各類政務(wù)大數(shù)據(jù)應(yīng)用中地理信息公共服務(wù)的功能。因此，如何滿足政務(wù)應(yīng)用需求是浙江地理空間大數(shù)據(jù)建設(shè)必須首先解決的重要問題。經(jīng)過兩年的建設(shè)，浙江省地理空間大數(shù)據(jù)時(shí)空信息云平臺已于2018年底正式上線試運(yùn)行。為此，本文將在深入分析政務(wù)應(yīng)用特點(diǎn)和需求的基礎(chǔ)上，從總體框架、建設(shè)內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)等方面分析浙江地理空間大數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合浙江省的應(yīng)用實(shí)踐效果對政務(wù)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的地理空間大數(shù)據(jù)作出展望。

1 政務(wù)應(yīng)用的需求分析

地理信息是對現(xiàn)實(shí)世界的抽象表達(dá)，因其對空間定位和空間關(guān)系的準(zhǔn)確描述，使得在地理環(huán)境、地理對象和地理現(xiàn)象的抽象表達(dá)中具備了獨(dú)特的優(yōu)勢[4]。因此，在突出信息化、智慧化的政府治理能力現(xiàn)代化變革中，對地理信息的應(yīng)用程度和依賴程度也越來越高，地理信息日益成為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施。

浙江省開展地理空間大數(shù)據(jù)建設(shè)已具備了較好的工作基礎(chǔ)?；A(chǔ)地理信息資源建設(shè)成果豐富，1∶10 000基本比例尺地形圖已實(shí)現(xiàn)全省覆蓋和定期更新，1∶500、1∶2000基本比例尺地形圖已覆蓋了城市建成區(qū)。地理空間數(shù)據(jù)的交換共享體制機(jī)制在地方政府規(guī)章的保障下已運(yùn)行多年，2012年以來陸續(xù)建成的浙江省地理空間數(shù)據(jù)交換平臺和數(shù)字城市地理信息公共服務(wù)平臺已將地理信息在線服務(wù)推送至多個(gè)政府部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中[5- 6]。

在對部門主要業(yè)務(wù)模型和涉及時(shí)空信息的業(yè)務(wù)場景進(jìn)行分析(見表1)的基礎(chǔ)上可以發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前的政務(wù)應(yīng)用中，地理信息公共服務(wù)出現(xiàn)了若干新的變化：①服務(wù)內(nèi)容從樣本轉(zhuǎn)向了全面。更強(qiáng)調(diào)對全省全面數(shù)據(jù)而不僅僅是某一個(gè)比例尺、某一區(qū)域或是某一個(gè)項(xiàng)目中的樣本數(shù)據(jù)的需求。需要對現(xiàn)有不同比例尺、不同時(shí)態(tài)、不同來源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理形成新的可供服務(wù)的數(shù)據(jù)。②服務(wù)模式從分級轉(zhuǎn)向了協(xié)同。傳統(tǒng)省市縣分級服務(wù)的模式難以為繼，服務(wù)得越多，所產(chǎn)生的地理信息孤島越多。急需從頂層重新設(shè)計(jì)和搭建能夠同時(shí)兼顧統(tǒng)一服務(wù)和個(gè)性化服務(wù)的新型省市縣協(xié)同服務(wù)平臺。③服務(wù)對象從人轉(zhuǎn)向了機(jī)器。更強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的規(guī)范性和邏輯性。對數(shù)據(jù)質(zhì)量要求更高、更精、更細(xì)。接口成為地理信息服務(wù)的主要產(chǎn)品形態(tài)。④服務(wù)形式從人工轉(zhuǎn)向了智能。更強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)與服務(wù)之間的無縫銜接和快速流轉(zhuǎn)，對服務(wù)的自適應(yīng)能力和自動(dòng)化水平提出更高的要求。

表1 政務(wù)應(yīng)用業(yè)務(wù)模型和場景分析

為了適應(yīng)上述需求中的新變化，地理空間大數(shù)據(jù)工程建設(shè)中必須重點(diǎn)突破現(xiàn)有地理信息政務(wù)服務(wù)中的5個(gè)瓶頸：①家底難摸清。無法實(shí)時(shí)掌握省、市、縣不同時(shí)間、不同項(xiàng)目所生產(chǎn)的各種比例尺地理信息產(chǎn)品，對外服務(wù)時(shí)家底不清，省市縣協(xié)同服務(wù)難度大。②地圖難定制。作為靜態(tài)地圖，在應(yīng)用中只能用于背景，無法定制，難以提供個(gè)性化服務(wù)。③流程難運(yùn)轉(zhuǎn)。從生產(chǎn)更新、數(shù)據(jù)管理到信息服務(wù)的流程環(huán)節(jié)多，自動(dòng)化水平低，人工代價(jià)高，難以提供鮮活的地理信息服務(wù)。④平臺難支撐。已有的地理信息公共服務(wù)平臺計(jì)算性能、服務(wù)能力不足，可視化能力、計(jì)算能力、接口定制能力及移動(dòng)端展示能力不足。⑤挖掘難實(shí)現(xiàn)。矢量數(shù)據(jù)產(chǎn)品以地圖模型為基礎(chǔ)建立，難以關(guān)聯(lián)各種專題信息，支撐不了空間數(shù)據(jù)的智能化統(tǒng)計(jì)和分析挖掘應(yīng)用。

2 總體框架設(shè)計(jì)

本文項(xiàng)目建設(shè)的總體目標(biāo)是：通過歸集基礎(chǔ)與專題、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的各類空間數(shù)據(jù)，搭建適用于地理空間大數(shù)據(jù)存儲與分析的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施和時(shí)空大數(shù)據(jù)云平臺，形成可滿足瀏覽、定制、關(guān)聯(lián)、挖掘與分析的地理空間大數(shù)據(jù)，以豐富的可視化模型向部門、行業(yè)用戶進(jìn)行展現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源化、空間化、可視化、知識化的業(yè)務(wù)應(yīng)用。項(xiàng)目采用云架構(gòu)多層分層體系，總體技術(shù)框架如圖1所示。

3 主要建設(shè)內(nèi)容

本文項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容為：一庫一平臺兩體系，一庫是指地理空間大數(shù)據(jù)庫，一平臺是指時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺，兩體系是指標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和政務(wù)示范應(yīng)用體系。

3.1 建設(shè)地理空間大數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)資源是大數(shù)據(jù)的靈魂[3]。本文中的地理空間大數(shù)據(jù)庫建設(shè)承載了摸清家底、定制地圖的需求，其構(gòu)成主要由交換匯聚庫、資源庫、服務(wù)庫、統(tǒng)計(jì)分析可視化成果庫、運(yùn)營管理庫、目錄與元數(shù)據(jù)庫及索引庫等數(shù)據(jù)庫組成，如圖2所示。

地理空間大數(shù)據(jù)庫中的主要數(shù)據(jù)來源于基礎(chǔ)測繪等已有的生產(chǎn)工作。在建庫過程中重點(diǎn)開展數(shù)據(jù)整合與模型重構(gòu)。其中，地理空間要素?cái)?shù)據(jù)為模型重構(gòu)的重點(diǎn)，需要將來源于多種比例尺的地理空間要素進(jìn)行集成整合，通過規(guī)范要素分類、要素信息整合、對象化、要素間關(guān)系建立、多比例尺融合等處理，實(shí)現(xiàn)從圖到實(shí)體的轉(zhuǎn)變，使地理空間要素內(nèi)容更豐富、粒度更細(xì)、信息更全、更新更快。

3.2 建設(shè)時(shí)空大數(shù)據(jù)云平臺

時(shí)空大數(shù)據(jù)云平臺是大數(shù)據(jù)的核心價(jià)值，是實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)從量變到質(zhì)變的催化劑。浙江的電子政務(wù)云已建設(shè)多年，是搭建在阿里云上、省市縣三級采用一體化模式建設(shè)的政務(wù)服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施。本文項(xiàng)目的建設(shè)充分依托了政務(wù)云基礎(chǔ)設(shè)施和省電子政務(wù)技術(shù)體系，在此基礎(chǔ)上打造具有數(shù)據(jù)交換、資源管理、按需服務(wù)、移動(dòng)服務(wù)、開放共享的全省統(tǒng)一的時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(政務(wù)版、公開版)，實(shí)現(xiàn)地理信息政務(wù)服務(wù)縱向貫通、橫向協(xié)同。時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺的功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

平臺重點(diǎn)提升了政務(wù)服務(wù)能力：①打造資源管理能力。研發(fā)大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，建設(shè)資源目錄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對多源異構(gòu)時(shí)空數(shù)據(jù)有序管理，以及從數(shù)據(jù)到服務(wù)的快速發(fā)布與更新。②打造按需服務(wù)能力。將靜態(tài)柵格瓦片服務(wù)升級為柵格+矢量化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)地圖服務(wù)的按需定制，提供信息關(guān)聯(lián)能力輔助經(jīng)濟(jì)社會信息空間化，提供多種終端環(huán)境下的服務(wù)和應(yīng)用能力。③打造移動(dòng)式服務(wù)能力。以H5、iOS及Android等方式在移動(dòng)端提供地理信息服務(wù)。④打造共享服務(wù)能力。縱向連通國家和市縣節(jié)點(diǎn)，橫向接入省公共數(shù)據(jù)平臺。⑤打造自動(dòng)運(yùn)維能力。自動(dòng)采集平臺的各項(xiàng)運(yùn)營數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)更新、故障診斷、安全巡檢等自動(dòng)化水平。

3.3 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

參考現(xiàn)有國內(nèi)外地理信息標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)資料，在此基礎(chǔ)上形成浙江省地理空間大數(shù)據(jù)應(yīng)用示范工程標(biāo)準(zhǔn)體系框架，如圖4所示。

在整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)中，大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是核心和難點(diǎn)所在。要解決挖掘難實(shí)現(xiàn)的問題就必須重構(gòu)基礎(chǔ)測繪所采集的矢量數(shù)據(jù)，將其從地圖模型轉(zhuǎn)化為地理模型[7]。為此，需要研制一整套適用于地理對象表達(dá)的分類編碼、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典及編碼規(guī)則。其中，分類編碼、數(shù)據(jù)字典規(guī)范充分參考了現(xiàn)行基礎(chǔ)測繪生產(chǎn)及地理信息公共服務(wù)產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)規(guī)范，通過增加、刪除、合并的方式進(jìn)行了優(yōu)化；元數(shù)據(jù)規(guī)范結(jié)合地理對象生產(chǎn)和服務(wù)的需求進(jìn)行了擴(kuò)充；地理空間對象編碼規(guī)則結(jié)合每類地理對象的特點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化定制。

3.4 建設(shè)政務(wù)示范應(yīng)用體系

選擇浙江政務(wù)服務(wù)網(wǎng)以及“最多跑一次”改革和基層治理體系建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害防治等3個(gè)主要業(yè)務(wù)場景進(jìn)行有針對性的應(yīng)用示范。其中政務(wù)服務(wù)網(wǎng)示范應(yīng)用重點(diǎn)開展平臺各類服務(wù)接口的接入試驗(yàn)，其他業(yè)務(wù)示范應(yīng)用則結(jié)合具體業(yè)務(wù)場景進(jìn)行定制化開發(fā)試驗(yàn)。

4 關(guān)鍵技術(shù)

以地理實(shí)體構(gòu)建、標(biāo)識、管理和服務(wù)為核心，圍繞匯聚、融合、挖掘與分析等不同階段的技術(shù)需求，重點(diǎn)研究了時(shí)空數(shù)據(jù)模型及高效組織技術(shù)、地理實(shí)體構(gòu)建及統(tǒng)一編碼、地址編碼技術(shù)、多維度信息關(guān)聯(lián)模型、矢量瓦片、云計(jì)算環(huán)境數(shù)據(jù)挖掘模型并行計(jì)算、空間數(shù)據(jù)跨媒體可視化等7項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其中，時(shí)空數(shù)據(jù)模型及高效組織技術(shù)提出了一種有效組織和管理時(shí)態(tài)地理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型，支撐不同時(shí)間、不同來源、不同項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行要素級融合、版本化管理和高效增量更新。地理實(shí)體構(gòu)建及統(tǒng)一編碼技術(shù)在文獻(xiàn)[8—11]的基礎(chǔ)上提出了一套基于基礎(chǔ)地理信息要素的地理實(shí)體分類和表達(dá)模型。同時(shí)，還設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)化、一體化的地理實(shí)體編碼構(gòu)建技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)不與具體的、某一尺度的幾何圖形強(qiáng)關(guān)聯(lián)，具備唯一性、穩(wěn)定性、時(shí)態(tài)性、穿透性的地理實(shí)體“身份證”。

5 應(yīng)用實(shí)踐

本文項(xiàng)目建設(shè)成果已在浙江“最多跑一次”改革及政府?dāng)?shù)字化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮了重要作用。基于平臺提供的辦事地圖服務(wù)已接入浙江政務(wù)服務(wù)網(wǎng)(如圖5所示)。在浙江省基層治理體系建設(shè)中，通過接入平臺提供的正/逆地理編碼服務(wù)、在線矢量地圖服務(wù)、專題數(shù)據(jù)服務(wù)等定制了基層格網(wǎng)在線繪制系統(tǒng)(如圖6所示)，解決了不規(guī)則格網(wǎng)高精度在線采集的問題。在浙江省地質(zhì)災(zāi)害綜合防治工作中，接入了平臺提供的跨媒體可視化、在線專題制圖服務(wù)，在桌面端、大屏端、移動(dòng)端支撐了地質(zhì)災(zāi)害綜合防治信息的可視化，如圖7所示。

6 總結(jié)與展望

本文項(xiàng)目圍繞當(dāng)前政務(wù)應(yīng)用對時(shí)空大數(shù)據(jù)的突出需求，通過建設(shè)地理空間大數(shù)據(jù)庫和時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺，重點(diǎn)解決了現(xiàn)有基礎(chǔ)地理信息的快速整合、多源多時(shí)態(tài)地理實(shí)體的快速構(gòu)建和高效管理、從離線數(shù)據(jù)到在線服務(wù)的快速轉(zhuǎn)換、從通用地圖到個(gè)性化地圖的快速定制等問題。今后，該成果將在持續(xù)服務(wù)政務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以時(shí)空數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)關(guān)聯(lián)更多的政務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，挖掘更多數(shù)據(jù)隱含的價(jià)值，在知識化上開展更多的政務(wù)應(yīng)用實(shí)踐。