王淼 李華 魯欣宇 劉思遠

（河南省遙感測繪院，河南 鄭州 450003）

1 引言

搶抓新基建、大數(shù)據(jù)時代的重大機遇，積極構建以數(shù)據(jù)為核心的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈，大力推動“大數(shù)據(jù)+實體經(jīng)濟”深度融合，依托新基建大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，是新時期產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點方向。據(jù)中國信息通信研究院預計，到2025 年，5G 網(wǎng)絡建設投資累計將達到1.2萬億元。5G 網(wǎng)絡建設還將帶動產(chǎn)業(yè)鏈上下游以及各行業(yè)應用投資，預計到2025 年將累計帶動超過3.5 萬億元投資。與此同時，國內數(shù)據(jù)中心（IDC）也將迎來發(fā)展提速時代，未來發(fā)展?jié)摿统砷L空間可期[1]。

新基建的重心是5G+、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、信息化建設等新型基礎設施建設，可以將新基建看作寬泛定義下的信息基建，如光纖寬帶、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）、5G、IPv6、北斗等，數(shù)據(jù)信息的相關服務，如大數(shù)據(jù)中心、云計算中心、信息和網(wǎng)絡安全保障等。時空大數(shù)據(jù)是同時具有時間和空間維度的數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)量大、多源、更新快的特點?，F(xiàn)實世界中超過80%的信息與時空大數(shù)據(jù)有關，包括時間、空間、專題屬性三維信息，在政府管理與服務、水利交通、生態(tài)環(huán)境保護、物流運輸、維穩(wěn)救災等方面起到重要支撐作用，也是新基建的底板數(shù)據(jù)和重要組成部分。如何實現(xiàn)時空大數(shù)據(jù)與新基建融合是需要關注的重點，本文對時空大數(shù)據(jù)深度融合的相關技術和思路進行了探索和研究。

2 時空大數(shù)據(jù)融合技術發(fā)展現(xiàn)狀

時空大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是源源不斷的，且來源多樣，數(shù)據(jù)量大，有效數(shù)據(jù)與大量無序、無效信息混雜，解決數(shù)據(jù)的真實性、有效性問題，處理、分析、加工各類信息，建立合理、完備數(shù)據(jù)體系是重中之重。隨著新基建迭代更新，大數(shù)據(jù)管理體系也必須快速更新和發(fā)展，要積極推進時空大數(shù)據(jù)體系建設和數(shù)據(jù)融合標準設立，有效解決數(shù)據(jù)重復建設、加工效率不高和應用深度不夠等問題，降低數(shù)據(jù)運維成本，快速推進政府數(shù)據(jù)共享開放和開發(fā)應用，提高行政效率和服務水平，為新基建和產(chǎn)業(yè)升級賦能。

智慧城市時空大數(shù)據(jù)平臺作為智慧城市大腦的基礎設施，需要融合多源數(shù)據(jù)，例如，將數(shù)字城市基礎數(shù)據(jù)、5G+、智慧合桿、高精度導航地圖、衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)測、氣象、水文、手機信令和北斗導航信息等充分融合轉化，在基礎地理信息、專項專題數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)和物聯(lián)感知數(shù)據(jù)等基礎上，圍繞重大項目建設、政府大數(shù)據(jù)治理、民生服務等領域，提供權威、準確、實時、可感知的活數(shù)據(jù)，經(jīng)城市智慧大腦分析預判，實施應對預案，進行快速反應和處置，實現(xiàn)多維信息聚合，提升城市治理效能。

時空大數(shù)據(jù)平臺作為城市時空信息共享流通中心樞紐，能有效將各類數(shù)據(jù)資源融合、時空化，發(fā)揮新基建的重要作用，并為政府決策管理提供基礎，促進政務空間信息資源共享交換和業(yè)務協(xié)同，建立起政府、企業(yè)與公眾之間的信息共享和良性互動渠道，讓分散于各部門各單位的數(shù)據(jù)“串起來”“活起來”，使數(shù)據(jù)碰撞疊加產(chǎn)生超聚合作用。新基建關注的方向在云計算、感知和神經(jīng)網(wǎng)絡建設等方面，時空大數(shù)據(jù)作為新基建的“定位器”和“底板數(shù)據(jù)”，不在“大”，而在于“融”。如何使用這些時空大數(shù)據(jù)是政府整體服務與管理水平提升的關鍵。時空信息云平臺架構如圖1 所示。

圖1 時空信息云平臺架構

3 多源數(shù)據(jù)融合方法

智慧城市時空大數(shù)據(jù)融合是一項龐大復雜的工程，不同的城市資源、發(fā)展狀況不同，需要制定符合各自特征的總體規(guī)劃，充分考慮各領域間的關系，全面建設一個智慧城市技術體系。一般來說，多源數(shù)據(jù)融合有三種方法。

（1）基于特征拼接的方法，將傳統(tǒng)的信息特征串聯(lián)加上一些基本地理信息與時空信息屬性方法，包括多視角、概率學模型、相似度及遷移學習的融合。實現(xiàn)“人-事-物”的關聯(lián)數(shù)據(jù)融合，首先要確定特征和特征之間的關聯(lián)關系信息，即基于語義信息的方法。跟視頻、圖像、語音不同，時空數(shù)據(jù)有空間屬性，即空間的距離和空間的層次（多層級），比如，在自然資源動態(tài)監(jiān)管和“兩長一網(wǎng)”巡查數(shù)據(jù)中，每個層級數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)時空信息都有特別的語義信息。時空大數(shù)據(jù)融合可以做到優(yōu)勢互補，針對不同數(shù)據(jù)源進行配準疊合，并進行融合處理與疊合顯示，方便數(shù)據(jù)深度融合，開展信息挖掘，為政府科學決策、治理能力提升提供依據(jù)。

（2）以時空數(shù)據(jù)的規(guī)律性構建模型進行融合。時空數(shù)據(jù)有周期性規(guī)律，不同時期的交通流量、人群流量都有周期，這種周期性在視頻、語音和文本里沒有，無法產(chǎn)生有效知識信息。比如，每天交通高峰期的交通流量可能跟以往同期類似，但由于低潮期交通流量不同，人流潮汐的變化與時間關聯(lián)緊密，引導模型就會不同，物聯(lián)網(wǎng)和多源數(shù)據(jù)的時空信息疊加，可以獲得有效時空大數(shù)據(jù)模型推導和預測，從而提高城市管理的決策效能。

（3）以時空數(shù)據(jù)的趨勢性構建模型進行融合。隨著時空大數(shù)據(jù)的不斷積累和匯聚，潮汐現(xiàn)象也在不斷變化和遷徙。日出時間和工作時間的變化，決定了交通高峰期的提前或延后。細微潮汐的變化與時空大數(shù)據(jù)的多源融合和變化模型有關，把所分析管理的區(qū)域分成細化的網(wǎng)格，充分融合新基建和手機信令信息等多源數(shù)據(jù)，利用趨勢模型，在網(wǎng)格中統(tǒng)計潮汐變化趨勢，并將其轉化成一個潮汐模型，生成時空中獨一無二的時空信息點，形成動態(tài)潮汐演化，疊加不同時間的數(shù)據(jù)構成可視化熱力圖，融合事件和天氣信息即構成基本趨勢變化所需數(shù)據(jù)源。

4 時空大數(shù)據(jù)融合成果的應用

近年來，上海、深圳、南京、武漢、成都、杭州、寧波、佛山、昆山等地相繼推出了“智慧城市”發(fā)展戰(zhàn)略[2]，不斷探索時空大數(shù)據(jù)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等領域的融合發(fā)展，通過新基建推進大數(shù)據(jù)的融合，實現(xiàn)虛擬經(jīng)濟和現(xiàn)實世界的時空通道，為時空大數(shù)據(jù)建設做出表率，為自然資源管理和產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級提供了新的可能。目前時空大數(shù)據(jù)融合成果的常見應用如下：

4.1 違規(guī)用地變化監(jiān)測

基于時空大數(shù)據(jù)實現(xiàn)從原始影像數(shù)據(jù)獲取、處理、信息提取、變化監(jiān)測專題制圖，到報告、分析一站式全流程處理，進而掌握某地區(qū)的土地利用變化情況，與地區(qū)土地年度規(guī)劃相比對，提取違規(guī)用地變化圖斑，為后續(xù)核查、執(zhí)法提供數(shù)據(jù)支撐。

4.2 支撐違建督查

時空大數(shù)據(jù)平臺整合高分辨率和高實效衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過人機交互的手段，將自然資源管理工作前移，快速提取和發(fā)現(xiàn)全要素變化，重點監(jiān)測變化區(qū)域，按照住宅、公共管理和公共服務、工業(yè)倉儲、設施農(nóng)用地等進行分類監(jiān)測，通過動態(tài)遙感監(jiān)測快速發(fā)現(xiàn)并預判。

4.3 捍衛(wèi)生態(tài)紅線

多年來，重點生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)和脆弱區(qū)等生態(tài)紅線區(qū)域廣闊、條件復雜、類型多樣，僅靠常規(guī)技術手段費時費力，難以實現(xiàn)及時、有效監(jiān)管。大數(shù)據(jù)技術所特有的宏觀、快捷、動態(tài)、連續(xù)等特點，能夠實現(xiàn)“天空地一體化”監(jiān)管，為生態(tài)保護紅線監(jiān)管提供最直觀、最客觀、最宏觀、最準確的技術支撐。

4.4 生態(tài)環(huán)境修復

生態(tài)環(huán)境修復治理項目往往地處偏僻、地形復雜、交通不便，人員、車輛難以抵達，利用傳統(tǒng)外業(yè)勘察，難以涵蓋全部修復工程范圍，無法精確確定修復工程邊界，且工作難度大、監(jiān)測周期長、費用高，給生態(tài)環(huán)境修復治理帶來很大困難。時空大數(shù)據(jù)技術具有監(jiān)測范圍大、獲取信息速度快、監(jiān)測周期短、費用低廉、限制少的特點，可以細分管理修復前、修復中、修復后的數(shù)據(jù)，為生態(tài)環(huán)境修復提供強有力支撐。

5 結論

新基建的加速建設為開展時空大數(shù)據(jù)的深度應用提供了可能，需要“無形之手”與“有形之手”結合起來整體推進[3]。作為新基建的重要組成部分，時空大數(shù)據(jù)的關鍵在于“用”和“融”，要充分整合大數(shù)據(jù)資源，優(yōu)化大數(shù)據(jù)體系，將物聯(lián)網(wǎng)、5G、北斗導航定位服務等與時空大數(shù)據(jù)深度融合，加強時空大數(shù)據(jù)平臺的感知能力，擴大信息收集范圍，提高大數(shù)據(jù)時代的智能信息分析水平；建立動態(tài)靜態(tài)數(shù)據(jù)融合、三維立體的時空信息數(shù)據(jù)管理、協(xié)同應用、分析決策平臺，為行政審批、城市治理、生態(tài)文明建設、智慧物聯(lián)等提供技術支撐，助力打造“高效政府”+“智慧民生”+“新基建”+“數(shù)字經(jīng)濟”產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。