● 文 |武威 陳長浩

智慧城市及相關(guān)技術(shù)正強勁而深刻地引領(lǐng)著經(jīng)濟社會各個領(lǐng)域和行業(yè)的深刻變革，全面支撐了城市可持續(xù)、和諧運行，推動著城市政務(wù)、經(jīng)濟和民生實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

在國家全面推進智慧城市建設(shè)的背景下，福州市積極開展智慧城市建設(shè)。2001年，福州市成立了“數(shù)字福州”建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組和專家委員會，福州市鼓樓區(qū)被福建省政府定為“數(shù)字福建”的示范區(qū)，標志著“數(shù)字福州”工程全面啟動。2010年11月，福州市將“智慧福州”建設(shè)納入《福州市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》，統(tǒng)籌規(guī)劃，扎實推進“智慧福州”建設(shè)；2016年7月，《福州市新型智慧城市標桿市頂層設(shè)計》通過專家評審。近年來，福州市倉山區(qū)、長樂市先后入選國家智慧城市試點名單，“智慧福州”建設(shè)正在穩(wěn)步進行。

在如今的智慧城市建設(shè)階段，隨著科技不斷進步和應(yīng)用需求快速變化，對空間基礎(chǔ)信息共享的數(shù)據(jù)實時性、多終端適應(yīng)性、操作體驗性、應(yīng)用自主性、管理可控性等方面均提出了新要求。福州作為國家首批智慧城市試點城市，為了有效支撐城市的建設(shè)和運行，需對城市地理空間框架進一步提升，與新型技術(shù)接軌迎接智慧城市新挑戰(zhàn)，因而適時提出了智慧城市時空信息公共服務(wù)平臺的建設(shè)。

一、時空數(shù)據(jù)存儲管理現(xiàn)狀

時空數(shù)據(jù)是大量不同時間、不同尺度的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的積累，是建設(shè)智慧城市最重要的信息來源。但是，時空數(shù)據(jù)在生產(chǎn)、管理與應(yīng)用上也面臨著存儲組織與分析處理難、集成應(yīng)用難及數(shù)據(jù)全生命周期管理難等問題。

多種不同存儲方法造成管理不方便：本地（遠程）文件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫等多種存儲方式混合使用，難以進行統(tǒng)一、自動化的管理，例如備份、安全、數(shù)據(jù)輸出、檢索等。

缺乏全面支持不同類型數(shù)據(jù)建模的數(shù)據(jù)存儲方法：結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)往往分別以不同方式存儲。同時，不同空間數(shù)據(jù)庫和文件格式的語義、語法、能力千差萬別，增加了應(yīng)用程序開發(fā)的難度。

海量數(shù)據(jù)難以進行集中管理：單機和單個關(guān)系數(shù)據(jù)庫的容量有限，不具有可伸縮性，難以單獨管理海量數(shù)據(jù)，而多個獨立數(shù)據(jù)庫或文件系統(tǒng)又缺乏整體性和無縫性，邏輯上不能集中。

高并發(fā)情況下，集中式數(shù)據(jù)的存取是瓶頸：集中式的存儲方法，在高并發(fā)情況下，容易造成應(yīng)用性能的急劇下降。

缺乏海量異構(gòu)時空數(shù)據(jù)快速處理和分析的框架：針對不同類型、語義的時空信息，尚缺乏一套全面的數(shù)據(jù)整合、清理、挖掘和分析模型，在計算算法架構(gòu)層面，傳統(tǒng)并行計算方法復(fù)雜、擴展性差，缺乏一個高效、簡單的并行算法架構(gòu)。

時空信息公共服務(wù)平臺的建設(shè)能通過信息共享、系統(tǒng)共生，來消除部門的信息孤島和利益壁壘，在智慧城市建設(shè)中起到核心支撐作用。

二、平臺建設(shè)總體架構(gòu)

1.總體框架

平臺總體設(shè)計采用了經(jīng)典云平臺的設(shè)計思路，采用面向服務(wù)的SOA架構(gòu)。平臺共分為智慧應(yīng)用層、服務(wù)支撐層、基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)資源層和基礎(chǔ)設(shè)施層等五個層次；結(jié)合政策法規(guī)、標準規(guī)范、運營服務(wù)和安全保障等四大體系共同組成了智慧城市時空信息公共服務(wù)平臺的主體架構(gòu)?？傮w技術(shù)框架如圖1所示。

智慧應(yīng)用層包括智慧交通、網(wǎng)格化管理、車輛管理、流動人群分析、環(huán)境污染影響分析、樓宇經(jīng)濟精細化管理主題、就業(yè)狀況分析等七大專題服務(wù)示范，通過這些智慧應(yīng)用的建設(shè)，為政府、行業(yè)、企事業(yè)以及公眾提供不同的應(yīng)用服務(wù)。

服務(wù)支撐層包括三類服務(wù)支撐系統(tǒng)，包括空間信息、動態(tài)信息和公共信息等三類服務(wù)支撐系統(tǒng)，三類服務(wù)支撐系統(tǒng)形成對福州市時空信息的管理、分發(fā)和應(yīng)用，同時有效支撐智慧行業(yè)的應(yīng)用。

基礎(chǔ)支撐平臺，是承接數(shù)據(jù)與應(yīng)用的主要載體，既管理數(shù)據(jù)，又面向應(yīng)用提供服務(wù)?；A(chǔ)支撐平臺部署城市信息基礎(chǔ)支撐平臺相關(guān)內(nèi)容的各種環(huán)境，包括引擎集、基礎(chǔ)支撐組件和應(yīng)用服務(wù)組件。其中引擎集包括目錄服務(wù)引擎、數(shù)據(jù)交換引擎、表單引擎、三維引擎等；基礎(chǔ)組件包括接入網(wǎng)關(guān)超融合基礎(chǔ)架構(gòu)、前置數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、統(tǒng)一認證及審計、數(shù)據(jù)仿真等；應(yīng)用組件包括單點登錄服務(wù)、訪問控制服務(wù)、組織模型服務(wù)、日志服務(wù)等。

數(shù)據(jù)資源層即聚合城市時空信息，也是城市的數(shù)據(jù)資源池，包括空間信息數(shù)據(jù)庫、動態(tài)信息數(shù)據(jù)庫和公共信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)遷移、數(shù)據(jù)匯交、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)管理以及相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)，提供實時的城市時空信息服務(wù)。

基礎(chǔ)設(shè)施層即指基礎(chǔ)設(shè)施中心，主要由硬件集群、網(wǎng)絡(luò)集群、系統(tǒng)軟件以及操作系統(tǒng)（OS）等構(gòu)成，為各項數(shù)據(jù)承載和應(yīng)用服務(wù)提供基礎(chǔ)的軟硬件資源。

2.技術(shù)路線

本平臺技術(shù)路線采用基于SOA體系架構(gòu)設(shè)計，根據(jù)城市信息資源規(guī)劃（IRP）理論分析系統(tǒng)需求、建立業(yè)務(wù)模型，利用城市感知網(wǎng)絡(luò)聚合城市各類時空信息，進行開放的流程設(shè)計和接口設(shè)計，依托城市信息基礎(chǔ)支撐平臺和城市信息服務(wù)支撐系統(tǒng)整合各類數(shù)據(jù)庫、服務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)，遵循統(tǒng)一的標準規(guī)范實現(xiàn)城市信息和系統(tǒng)的互聯(lián)互通和高度共享，最終支撐政府、行業(yè)和公眾應(yīng)用，服務(wù)于政府、服務(wù)于社會、服務(wù)于民生。

三、建設(shè)內(nèi)容

按照總體建設(shè)目標，平臺建設(shè)內(nèi)容可概述為“一個中心、三類信息、一個平臺、三類支撐、四大體系”。具體包括了設(shè)計一個計算機硬件支撐中心，聚合三類城市時空信息（空間信息/動態(tài)信息/公共信息），構(gòu)建一個城市信息基礎(chǔ)支撐平臺，建設(shè)三類服務(wù)支撐系統(tǒng)（空間信息服務(wù)支撐系統(tǒng)、動態(tài)信息服務(wù)支撐系統(tǒng)和公共信息服務(wù)支撐系統(tǒng)），建立四大運行保障體系（政策法規(guī)體系、標準規(guī)范體系、安全管理體系和運營服務(wù)體系），分別解決政府信息資源的硬件支撐、信息來源、統(tǒng)一平臺、應(yīng)用支撐和運營機制等方面的問題。

1.一個中心：搭建一個基礎(chǔ)設(shè)施中心

一個中心指搭建基礎(chǔ)設(shè)施中心，涵蓋支撐福州時空信息公共服務(wù)平臺所需的軟硬件資源，作為時空平臺數(shù)據(jù)交換、存儲和構(gòu)建各種智能化、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.三類信息：聚合三類城市時空信息

三類信息指聚合包括空間信息、動態(tài)信息和公共信息等三類城市時空信息，形成城市的大數(shù)據(jù)資源池，將全市各部門共享的各類時空信息數(shù)據(jù)進行規(guī)劃、匯聚、處理、建庫、管理、更新和共享，形成全市統(tǒng)一的城市時空信息數(shù)據(jù)。

時空信息數(shù)據(jù)建設(shè)主要由數(shù)據(jù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)支持等9部分組成。

3.一個平臺：構(gòu)建一個城市信息基礎(chǔ)支撐平臺

一個平臺指城市信息基礎(chǔ)支撐平臺，通過該平臺的建設(shè)聚合城市的時空信息，整合現(xiàn)有基礎(chǔ)資源搭建統(tǒng)一的時空信息數(shù)據(jù)資源存儲和計算環(huán)境，集中實現(xiàn)城市時空信息的管理、分發(fā)、應(yīng)用、共享和更新。

4.三類支撐：建設(shè)三類服務(wù)支撐系統(tǒng)

三類支撐指建設(shè)包括空間信息服務(wù)支撐分系統(tǒng)、動態(tài)信息服務(wù)支撐分系統(tǒng)和公共信息服務(wù)支撐分系統(tǒng)在內(nèi)的三類服務(wù)支撐系統(tǒng)，其中空間信息服務(wù)支撐分系統(tǒng)提供基礎(chǔ)地理信息、地表部件信息、地下管線信息、地下空間信息等空間信息庫和相關(guān)信息管理系統(tǒng)的支撐；動態(tài)信息服務(wù)支撐分系統(tǒng)提供位置信息、視頻信息、傳感器信息等動態(tài)信息庫和相關(guān)信息管理系統(tǒng)的支撐；公共信息服務(wù)支撐分系統(tǒng)提供人口、法人、社會管理和經(jīng)濟運行等信息的服務(wù)支撐。

5.四大體系：設(shè)立四大運行保障體系

四大體系指建立政策法規(guī)、標準規(guī)范、安全管理和運營服務(wù)等四大體系，為城市時空信息數(shù)據(jù)的采集更新、維護管理、共享應(yīng)用等提供政策、組織和管理保障，形成長效運營管理體系，最終實現(xiàn)政府監(jiān)管、有序建設(shè)和高效管理。

四、關(guān)鍵技術(shù)研究

1.超融合架構(gòu)技術(shù)

超融合系統(tǒng)是傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù)的改進增強版。超融合架構(gòu)（Hyper Converged Infrastructure）是一種新型的虛擬化體系架構(gòu)。這種架構(gòu)的產(chǎn)生主要是為了解決傳統(tǒng)的虛擬化平臺系統(tǒng)性能差、不能線性擴展的問題。超融合架構(gòu)繼承了傳統(tǒng)虛擬化架構(gòu)硬件資源靈活分配、部署靈活的優(yōu)點，同時規(guī)避了傳統(tǒng)虛擬化性能差、對存儲依賴高等缺點，結(jié)合了分布式文件系統(tǒng)、混合存儲模式等特點，將計算資源、存儲、網(wǎng)絡(luò)以及虛擬化層都進行了分布式改造，融合在一個物理設(shè)備中，通過類似堆疊的方式，進行容量和計算能力的線性擴展，使得部署和后期維護更加簡單。

2.微服務(wù)架構(gòu)技術(shù)

微服務(wù)架構(gòu)是一種新型的軟件架構(gòu)，指開發(fā)一個單個小型的但有業(yè)務(wù)功能的服務(wù)，每個服務(wù)都有自己的處理和輕量通信機制，可以部署在單個或多個服務(wù)器上。

3.蜂窩式數(shù)據(jù)管理技術(shù)

針對不同維度的海量數(shù)據(jù)進行了明確領(lǐng)域邊界劃分，按照業(yè)務(wù)需求，劃分為更細小的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫進行封裝，并提供一定的存儲冗余換取信息服務(wù)的低耦合度和更高的性能，再加上統(tǒng)一的組合管理、接口標準和服務(wù)發(fā)布，形成技術(shù)層面的“蜂窩式”體系架構(gòu)。

為了滿足不同業(yè)務(wù)需求，并對其提供個性化服務(wù)，每個維度的外在訪問對象（包括但不限于：政府、企業(yè)、公眾、終端、行業(yè)、應(yīng)用系統(tǒng)等）的相關(guān)數(shù)據(jù)都被抽取并集中保存在一個個的獨立“業(yè)務(wù)容器”中，相互邏輯隔離，形成單獨小房間，稱之為“蜂窩式”存儲。而針對某一特定的專題數(shù)據(jù)，也通過這一方式，將源數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)進行獨立包裝。不同分管的數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)相互隔離，傳輸通道也相互隔離。

蜂窩式數(shù)據(jù)管理這種獨特的“業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)封裝”的方式，面向海量數(shù)據(jù)應(yīng)用場景會帶來顯而易見的益處：比如高安全性、功能高內(nèi)聚、模塊松耦合、易于分布開發(fā)、部署和維護，構(gòu)成的信息系統(tǒng)具有高彈性、易于擴展等特點，特別適合于數(shù)據(jù)封裝與訪問。

4.海量異構(gòu)多源數(shù)據(jù)處理技術(shù)

利用DataOCT?機制進行多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理，DataOCT?是不同于常規(guī)插件式數(shù)據(jù)適配器，在DataOCT?彈性框架下，不限制開發(fā)語言和框架環(huán)境，真正做到開放性；采用增強的高速二進制傳輸協(xié)議，每秒鐘解碼超過880萬個數(shù)據(jù)報文，滿足城市海量數(shù)據(jù)傳輸需求；數(shù)據(jù)庫的分布式混合存儲海量數(shù)據(jù)，提供了數(shù)據(jù)的高可靠性和服務(wù)的高可用性；面向行業(yè)應(yīng)用的蜂窩數(shù)據(jù)組織管理方式，提供了百億級別的數(shù)據(jù)的秒級檢索性能。

5.多線索單一場景可視化技術(shù)

基于單一場景的多圖層融合數(shù)據(jù)可視化模式，在同一個場景內(nèi)并行展現(xiàn)城市時空系統(tǒng)中同時發(fā)生的事件，詮釋和展現(xiàn)了動靜態(tài)一體化、地上地下一體化、二三維一體化以及多行業(yè)專題。通過二維-三維-圖表-專題的跨系統(tǒng)的多屏聯(lián)動方式，多維度同步觀察城市的運行狀況，可以從城市的宏觀直接追溯到微觀數(shù)據(jù)細節(jié)。

6.多三維引擎支持

支持多種三維引擎的集成，包括CityMaker、SkyLine、Stamp等主流三維引擎。

五、結(jié)論

本文以福州時空公共服務(wù)信息平臺為案例，探討了智慧城市背景下城市時空信息的管理、共享及其建設(shè)方式，探索了時空數(shù)據(jù)的組織、管理、挖掘等技術(shù)。本項目的建設(shè)，能夠提供橫向覆蓋福州全市域的城市信息數(shù)據(jù)資源池，并建成縱向市/區(qū)/街道辦/社區(qū)四級管理的城市信息基礎(chǔ)支撐平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯交、存儲、處理、應(yīng)用、分析、共享、安全和更新等城市資源管理和服務(wù)的數(shù)據(jù)集成環(huán)境，滿足各個部門在數(shù)據(jù)共享、地圖共享、服務(wù)共享、應(yīng)用共享等不同層次的共享需求，并全面支撐各行業(yè)的應(yīng)用。

[1]龔健雅，王國良.從數(shù)字城市到智慧城市：地理信息技術(shù)面臨的新挑戰(zhàn)［J］.測繪地理信息，2013，38（2）：1-6.

[2]郭仁忠，劉江濤，彭子鳳等.開放式空間基礎(chǔ)信息平臺的發(fā)展特征與技術(shù)內(nèi)涵［J］.測繪學(xué)報，2012，41（3）：323-326.

[3]劉乃強，劉嬋娟.智慧城市時空信息云平臺建設(shè)方案研究［J］.現(xiàn)代測繪，2015，38(3) : 50 －52.

[4]冉慧敏，潘伯鳴，郭云嫣等.時空信息云平臺的建設(shè)及其關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代測繪，2015，38(4) : 34 －36.

[5]劉恒飛，張慶全，周源等.數(shù)字城市地理空間框架成果在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用研究——以黑龍江省數(shù)字城市建設(shè)為例 [J].測繪與地理空間信息，2015，38（2）：150-152.

[6]馬宏斌，王青山，王珂.一種地理空間數(shù)據(jù)即服務(wù)私有云設(shè)計［J］.測繪與空間地理信息，2014，37（5）：20-21.

[7]鄧躍設(shè)，向濤.基于云計算的智慧社區(qū)綜合管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.無線互聯(lián)科技， 2013(1) : 8-9.

[8]孫中亞，甄峰.智慧城市研究與規(guī)劃實踐述評 [J].規(guī)劃師，2013，29（2）：32-36.