特大城市地理信息數(shù)據(jù)管理與服務(wù)體系建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

隨著信息化測(cè)繪步伐的推進(jìn)，云計(jì)算、Web2.0、大數(shù)據(jù)管理和挖掘等新技術(shù)給新時(shí)代地理信息管理與服務(wù)帶來(lái)了新的機(jī)遇。近幾年來(lái)，政府、企業(yè)、社會(huì)大眾對(duì)于地理信息的需求越來(lái)越廣泛和迫切，“數(shù)字城市”建設(shè)、社會(huì)精細(xì)化管理、科學(xué)決策、應(yīng)急保障、地理國(guó)情普查與監(jiān)測(cè)等也對(duì)測(cè)繪地理信息保障服務(wù)能力提出了新的要求。對(duì)于城市尤其是特大城市而言，長(zhǎng)期測(cè)繪生產(chǎn)形成了大量地理信息數(shù)據(jù)，城市的快速增長(zhǎng)也導(dǎo)致大量新的空間數(shù)據(jù)加速產(chǎn)生。同時(shí)，隨著新技術(shù)的涌現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的不斷增強(qiáng)，政府、企業(yè)和社會(huì)大眾對(duì)服務(wù)響應(yīng)的速度和質(zhì)量要求空前高漲，個(gè)性化需求層出不窮，傳統(tǒng)的地理信息數(shù)據(jù)管理與服務(wù)模式在數(shù)據(jù)庫(kù)管理與服務(wù)能力、數(shù)據(jù)更新速度、資源整合與挖掘等方面都已經(jīng)不能滿足要求，迫切需要進(jìn)行全方位的提升。

在此背景下，北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院于2012年4月正式啟動(dòng)“特大城市地理信息數(shù)據(jù)管理與服務(wù)體系建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目, 分兩年投入近千萬(wàn)元，其中軟件開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)整理588萬(wàn)元，軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施274萬(wàn)元，以由生產(chǎn)型向保障服務(wù)型轉(zhuǎn)型為方向，以提供主動(dòng)、及時(shí)、按需服務(wù)為目標(biāo)，開(kāi)展特大城市地理信息數(shù)據(jù)管理與服務(wù)體系建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究，并在北京市地理信息數(shù)據(jù)管理與服務(wù)實(shí)踐中進(jìn)行了應(yīng)用。

一、總體思路

“特大城市地理信息數(shù)據(jù)管理與服務(wù)體系建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目目標(biāo)為“整合地理信息資源，創(chuàng)新產(chǎn)品與服務(wù)模式，完成測(cè)繪生產(chǎn)型向保障服務(wù)型的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)、及時(shí)服務(wù)和按需服務(wù)”。形成基于云架構(gòu)，對(duì)特大城市海量空間數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、整合、建庫(kù)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的成套技術(shù)方案，并成功運(yùn)用到北京市地理信息數(shù)據(jù)管理與服務(wù)體系建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)地理信息資源的有效整合和主動(dòng)、及時(shí)、按需的服務(wù)。

二、技術(shù)方案與創(chuàng)新成果

“特大城市地理信息數(shù)據(jù)管理與服務(wù)體系建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目分為整體設(shè)計(jì)、軟硬件平臺(tái)建設(shè)、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、運(yùn)營(yíng)推廣五個(gè)步驟進(jìn)行，具體如圖1所示。

項(xiàng)目以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、IT基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)用安全防護(hù)建設(shè)為支撐，建設(shè)了內(nèi)容綜合、動(dòng)態(tài)更新的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)數(shù)據(jù)資源集成展示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源集成展示系統(tǒng)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)服務(wù)門(mén)戶網(wǎng)站形成了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)中心、處理中心和服務(wù)中心，從而提升了對(duì)各類(lèi)用戶的服務(wù)能力。總體技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

項(xiàng)目采用的具體技術(shù)方案包括：

1．基于“私有云”的軟硬件平臺(tái)構(gòu)建。突破GIS應(yīng)用資源的自動(dòng)化調(diào)度及動(dòng)態(tài)分配、海量空間數(shù)據(jù)及GIS應(yīng)用服務(wù)的快速備份及恢復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合虛擬化、集群、容災(zāi)等IT技術(shù)，整合原有獨(dú)立、分散的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，形成統(tǒng)一的CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)等資源池，并建立“私有云”運(yùn)行監(jiān)控管理平臺(tái)。

2．空間數(shù)據(jù)資源規(guī)劃。建立了一套層級(jí)分類(lèi)和時(shí)間序列相結(jié)合的特大城市地理信息數(shù)據(jù)組裝管理模型，系統(tǒng)而全面地將北京市地上地下、多源、異構(gòu)、多時(shí)態(tài)、多尺度、海量空間數(shù)據(jù)進(jìn)行了梳理，形成了資源目錄，并規(guī)劃了各類(lèi)數(shù)據(jù)從生產(chǎn)到服務(wù)的更新流程。

3．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。突破了NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與操作異構(gòu)空間數(shù)據(jù)等關(guān)鍵技術(shù)，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和文件數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合的方式，建成了成果庫(kù)、服務(wù)庫(kù)、個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的整合，并將所有數(shù)據(jù)以服務(wù)方式對(duì)外提供。

4．?dāng)?shù)據(jù)資源集成管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。突破了地理信息數(shù)據(jù)增量更新和分發(fā)服務(wù)主動(dòng)更新關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于資源目錄的數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)的入庫(kù)、更新及管理；實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)數(shù)據(jù)的更新，尤其是與內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)據(jù)成果的同步更新；實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)量矢量、柵格數(shù)據(jù)的精細(xì)化分發(fā)；實(shí)現(xiàn)了已分發(fā)數(shù)據(jù)更新的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和主動(dòng)提醒。

5．?dāng)?shù)據(jù)資源集成展示系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。突破了海量二三維數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布、街景服務(wù)發(fā)布、BI多維分析、在線專題圖等關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)目錄樹(shù)、二維、三維、二三維聯(lián)動(dòng)、雙屏、四屏、歷史時(shí)間軸、房屋立體化、街景、街景三維聯(lián)動(dòng)等方式，實(shí)現(xiàn)全面、多角度、靈活、個(gè)性化的數(shù)據(jù)展現(xiàn)。同時(shí)通過(guò)基于GIS的統(tǒng)計(jì)分析、基于BI的建筑面積多維分析、基于No SQL的在線個(gè)性化專題圖分析，展現(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力。

6．?dāng)?shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。創(chuàng)新了基于Mashup的空間數(shù)據(jù)情景式應(yīng)用分析模式，基于NoSQL實(shí)現(xiàn)了個(gè)人工作空間，實(shí)現(xiàn)了對(duì)踏勘選點(diǎn)、路線規(guī)劃、數(shù)據(jù)申請(qǐng)、數(shù)據(jù)下載、成果目視檢查等測(cè)繪生產(chǎn)日常工作的支持。針對(duì)特大城市工程數(shù)量多、數(shù)據(jù)使用頻繁的情況，設(shè)計(jì)了多種分發(fā)模式，且基于分發(fā)模型實(shí)現(xiàn)了方便、靈活的在線分發(fā)。

7．?dāng)?shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)門(mén)戶網(wǎng)站開(kāi)發(fā)。采用服務(wù)融合技術(shù)，基于“天地圖.北京”底圖，實(shí)現(xiàn)按空間范圍查詢數(shù)據(jù)目錄的功能，為公眾查詢基礎(chǔ)測(cè)繪資料提供了便利。

項(xiàng)目在基于“私有云”的特大城市空間數(shù)據(jù)中心建設(shè)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)資源規(guī)劃技術(shù)、個(gè)性化空間數(shù)據(jù)情景式應(yīng)用和NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與操作異構(gòu)空間數(shù)據(jù)等方面具有創(chuàng)新性。項(xiàng)目組成員發(fā)表論文10篇，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)獲得了計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)認(rèn)證4項(xiàng)。

三、應(yīng)用情況

項(xiàng)目于2013年1月通過(guò)預(yù)驗(yàn)收并上線試運(yùn)行，平臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)行一年多來(lái)，項(xiàng)目成果在北京市“數(shù)字城市”建設(shè)、第一次地理國(guó)情普查和政府各委辦局政務(wù)信息化建設(shè)中發(fā)揮了顯著作用。建立的北京市海量異構(gòu)的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)體系，為“數(shù)字房山”、“數(shù)字豐臺(tái)”和“數(shù)字中關(guān)村”等北京市“數(shù)字城市地理空間框架”項(xiàng)目建設(shè)提供了有效的空間數(shù)據(jù)支撐。并為北京市150多家企、事業(yè)單位和科研機(jī)構(gòu)提供了數(shù)據(jù)服務(wù)。

此外，基于項(xiàng)目建設(shè)成果和推廣應(yīng)用需求，又陸續(xù)在北京市和國(guó)家有關(guān)部委成功申報(bào)立項(xiàng)了“北京市城鄉(xiāng)規(guī)劃數(shù)據(jù)中心建設(shè)”、“北京市地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)及信息系統(tǒng)建設(shè)”和“智慧故宮”等空間大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過(guò)項(xiàng)目建設(shè)積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，平臺(tái)已經(jīng)推廣到了多個(gè)應(yīng)用單位，并具有良好的應(yīng)用推廣前景。