吳光耀，李滿娥

（1.江西有色地質(zhì)測繪院；2.浙江省測繪大隊）

智慧城市建設(shè)模式影像地理信息處理技術(shù)及集群應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)研究

吳光耀1，李滿娥2

（1.江西有色地質(zhì)測繪院；2.浙江省測繪大隊）

智慧城市是信息化時代的產(chǎn)物，通過對信息技術(shù)的充分利用，賦予了城市以智慧，實現(xiàn)了城市管理的智能化和精細(xì)化，對于推動城市的可持續(xù)發(fā)展意義重大。而在智慧城市建設(shè)中，從感知城市日常運作的角度出發(fā)，設(shè)置了大量的傳感器設(shè)備，收集到的空間維度地理信息數(shù)據(jù)量極其龐雜，如何針對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速有效的處理，是智慧城市系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié)需要重點考慮的問題。論文從智慧城市的內(nèi)涵出發(fā)，立足影像地理信息處理技術(shù)，針對集群應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計分析。

智慧城市；建設(shè)模式；影像地理信息處理技術(shù)；集群應(yīng)用；系統(tǒng)架構(gòu)

1 引言

在智慧城市建設(shè)中，包括了互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)等的建設(shè)和推廣，而這個過程必然伴隨著大量的數(shù)據(jù)信息，傳統(tǒng)以關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理的方式無法很好地滿足大數(shù)據(jù)處理在存儲、處理、挖掘、應(yīng)用等方面的需求，需要運用分布式計算與存儲技術(shù)、云計算技術(shù)以及集群計算技術(shù)等對上述問題加以解決。而在這個過程中，做好影像地理信息處理技術(shù)的選擇和集群計算系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計，是需要重點關(guān)注的內(nèi)容。

2 智慧城市的內(nèi)涵

改革開放至今，我國的城鎮(zhèn)化建設(shè)取得了顯著成果，城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的加快使得城市面臨著許多的發(fā)展問題，如人地矛盾問題、交通擁堵問題、環(huán)境污染問題等。在這種情況下，智慧城市得以產(chǎn)生和發(fā)展，通過對各種先進(jìn)信息技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對城市運作的有效感知，提升資源分配的合理性，逐步推動城市管理的智能化和自動化，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。智慧城市實現(xiàn)了對于信息技術(shù)和信息資源的深入挖掘和充分利用，并通過信息化技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)城市的精細(xì)化管理，提升了資源的利用效率。通過發(fā)展智慧城市，能夠更好地把握新一輪信息技術(shù)改革帶來的巨大機(jī)遇，推動經(jīng)濟(jì)社會的快速健康發(fā)展，提升我國的綜合競爭力[1]。

3 智慧城市的建設(shè)模式選擇

在我國，智慧城市的發(fā)展時間尚短，在建設(shè)過程中也存在著許多的制約因素，如經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、基礎(chǔ)設(shè)施狀況、城市地理區(qū)域以及城市人口規(guī)模等，在這些因素的影響下，智慧城市的建設(shè)模式也應(yīng)該有所不同。例如，在東部沿海地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，智慧城市的建設(shè)可以采用全面推進(jìn)模式，加快速度；在中部地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不太高，需要根據(jù)實際情況合理選擇建設(shè)模式，做到層層遞進(jìn)；在西部地區(qū)，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對滯后，應(yīng)該適當(dāng)延緩智慧城市的建設(shè)步伐，強(qiáng)調(diào)“知難而退”。相比較而言，不同的建設(shè)模式都存在各自的優(yōu)勢和不足，全面推進(jìn)模式效率較高，能夠縮短智慧城市建設(shè)的時間，但是成本消耗巨大；層層遞進(jìn)模式能夠?qū)崿F(xiàn)由點及面，逐步推進(jìn)，在積累經(jīng)驗的同時，也能夠降低風(fēng)險和成本，不過需要較長的時間才能實現(xiàn)智慧城市的建設(shè)目標(biāo)。

從建設(shè)主體分析，可以將智慧城市的建設(shè)模式分為政府主導(dǎo)型和市場主導(dǎo)型。前者是以政府部門為主導(dǎo)，企業(yè)進(jìn)行輔助，后者則是以市場為主導(dǎo)，政府部門通過相應(yīng)的政策進(jìn)行支持。在我國，智慧城市建設(shè)一般都是選擇政府主導(dǎo)型[2]。

4 智慧城市影像地理信息處理技術(shù)

在地理信息數(shù)據(jù)中，網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較常見，其能夠?qū)⒂跋衿矫娣譃槿舾烧叫畏礁?，不僅簡單直觀，而且能夠通過自然實體占據(jù)的柵格的區(qū)域和坐標(biāo)，對其具體位置和形態(tài)進(jìn)行定義。在現(xiàn)代城市中，空間地物的分布存在著不連續(xù)性和離散性的特征，結(jié)合規(guī)則的陣列能夠方便對地物的分析和調(diào)整，為城市規(guī)劃提供可靠數(shù)據(jù)。一般情況下，單幅高分辨率影像的掃描范圍較大，影像存儲所需的空間也較大，在對其進(jìn)行計算處理的過程中，存在著內(nèi)存溢出、資源浪費以及假計算的問題。在這種情況下，需要對處理算法進(jìn)行分解，實現(xiàn)算法的并發(fā)處理，以影像切片技術(shù)來滿足圖像處理的實際需求[3]。

在對封裝算法進(jìn)行設(shè)計時，需要從3個方面著手：（1）節(jié)點算法封裝，包括了輸入輸出過程中的所有節(jié)點，必須保證設(shè)計的全面性，通過計算節(jié)點封裝模塊化程序，實現(xiàn)對于輸入數(shù)據(jù)的有效處理；（2）流程算法封裝，能夠?qū)斎牍?jié)點以及計算節(jié)點之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確描述及可靠處理；（3）輸入輸出算法封裝，能夠完成對流程輸入輸出的靈活編輯，對所有相關(guān)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)[4]。

5 集群應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

5.1 硬件架構(gòu)

1）存儲設(shè)備，可以選擇HDS AMS2300磁盤列陣，配合RAID5方案來兼顧存儲的性能、成本以及數(shù)據(jù)安全；

2）服務(wù)器，選擇基于多用戶、多任務(wù)同時支持多線程的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計中強(qiáng)調(diào)以POSIX為核心；

3）計算節(jié)點，集群處理系統(tǒng)應(yīng)該包含多個物理服務(wù)器和虛擬服務(wù)器，在條件允許的情況下，盡量增加CPU核數(shù)，保證計算資源能夠切實滿足智慧城市數(shù)據(jù)處理的要求；

4）操作終端，通常由多個工作站組成，確保其能夠滿足多系統(tǒng)混合操作的要求，通過瀏覽器實現(xiàn)對于集群系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理及遠(yuǎn)程操作。

5.2 軟件架構(gòu)

在集群處理系統(tǒng)中，軟件架構(gòu)應(yīng)該包括系統(tǒng)層、用戶層和服務(wù)層等，將所有的功能模塊設(shè)置在用戶界面菜單中。這里以較為成熟的PF系統(tǒng)為例進(jìn)行簡單分析。集群應(yīng)用系統(tǒng)的具體工作流程是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的，不僅能夠在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建相應(yīng)的規(guī)則，觸發(fā)任務(wù)執(zhí)行，允許并發(fā)規(guī)則，還可以自動進(jìn)行任務(wù)參數(shù)的設(shè)置以及數(shù)據(jù)的選擇。PF系統(tǒng)是一種針對大數(shù)據(jù)生產(chǎn)的遙感影像自動處理系統(tǒng)，在設(shè)置有GPS或者IMU的數(shù)碼傳感器中有著良好的適用性，可以有效減少過程數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)處理的效率。依照相應(yīng)的集群應(yīng)用系統(tǒng)工作流程，在PF軟件平臺上，盡量減少人工干預(yù)，通過相應(yīng)的封裝算法和數(shù)字模型、正射影像生產(chǎn)處理等，就能夠形成具備較高質(zhì)量的GRID地理影像數(shù)據(jù)[5]。

6 結(jié)束語

總而言之，在智慧城市建設(shè)中，涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，需要處理的數(shù)據(jù)信息眾多，想要確保智慧城市的穩(wěn)定發(fā)展，不僅需要做好建設(shè)模式的選擇，還需要做好集群計算技術(shù)的分析和應(yīng)用，提升數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和時效性，為智慧城市的建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)條件。

[1]張偉.智慧城市建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué),2014.

[2]齊嘉偉.以三維地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)的智慧城市管理新模式研究[J].城市建筑,2015(2)：351.

[3]王艷軍.地理空間信息在智慧規(guī)劃中的應(yīng)用研究[J].測繪標(biāo)準(zhǔn)化,2015(3)：20-22.

[4]袁遠(yuǎn)明.智慧城市信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：武漢大學(xué),2012.

[5]陶祥亞,仲兆滿.智慧城市建設(shè)模式影像地理信息處理技術(shù)及集群應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)研究[J].城市管理與科技,2017,19(1)：56-59.

Research on Intelligent City Construction Model, Image Geographic Information Processing Technology and Cluster Application System Framework

WU Guang-yao, LI Man-e

(1.Jiangxi Institute of Nonferrous Geological Surveying and mapping;2. Zhejiang surveying and mapping brigade)

The wisdom of the city is a product of the information age, the information technology to make full use of, give a city with wisdom, intelligent and meticulous management of the city, to promote the sustainable development of the city of great signif i cance. In the smart city construction, starting from the perception of the city daily operation angle, set up a large number of sensor devices, the spatial dimension of geographic information data collected is extremely complex, how to deal effectively according to these data, is the wisdom of the city system construction links need to focus on the issue. Based on the connotation of smart city, and based on image and geographic information processing technology, this paper designs and analyzes the architecture of cluster application system.

smart city; construction model; image geographic information processing technology; cluster application; system architecture