李成仁，吳張峰，王守芬

(上海市測繪院，上海 200063)

1 引 言

作為長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展國家戰(zhàn)略的先手棋，長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)(以下簡稱“示范區(qū)”)于2019年11月1日掛牌成立，范圍包括上海市青浦區(qū)、江蘇省蘇州市吳江區(qū)、浙江省嘉興市嘉善縣，面積約 2 300 km2。國務(wù)院正式批復的《長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)總體方案》中提到，建設(shè)長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)智慧大腦，推進跨區(qū)域數(shù)據(jù)信息資源共享，探索建立跨行政區(qū)域、跨部門的政府數(shù)據(jù)資源統(tǒng)籌管理制度，實現(xiàn)一批“智能+”應(yīng)用場景[1，2]。

時空大數(shù)據(jù)是城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中重要的數(shù)據(jù)支撐，已經(jīng)在政務(wù)服務(wù)“一網(wǎng)通辦”、城市運行“一網(wǎng)統(tǒng)管”中發(fā)揮了越來越重要的作用。自國家智慧城市時空信息云平臺建設(shè)試點以來，時空信息云平臺作為智慧城市時空基礎(chǔ)設(shè)施的核心組成部分，發(fā)揮了公共性、基礎(chǔ)性的作用，為城市治理要素數(shù)字化、城市大腦建設(shè)提供了統(tǒng)一的時空框架，為分區(qū)分塊的城市治理提供了基礎(chǔ)支撐[3]。與此同時，時空信息云平臺也存在跨區(qū)域跨部門的業(yè)務(wù)協(xié)同性不夠、動態(tài)數(shù)據(jù)感知性不強、應(yīng)用創(chuàng)新性不足等問題[4，5]。

為了能更好地適應(yīng)示范區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展需求，發(fā)揮示范區(qū)作為一體化制度創(chuàng)新試驗田的作用，按照“不破行政隸屬、打破行政邊界”改革定位，本文探索建設(shè)示范區(qū)時空信息平臺。按照“大場景、小切口、螺旋迭代”的建設(shè)原則，整合示范區(qū)三地基礎(chǔ)地形、遙感影像、空間規(guī)劃、用地現(xiàn)狀、三維模型等基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)資源，融合“人、物、動、態(tài)”位置、物聯(lián)視頻、交通信息等多源時空數(shù)據(jù)，為示范區(qū)“智慧大腦”應(yīng)用場景提供統(tǒng)一、權(quán)威的時空信息底座，支撐示范區(qū)規(guī)劃編制、區(qū)域監(jiān)測、發(fā)展評估以及專項政策制定等一系列決策。

2 需求分析

2.1 業(yè)務(wù)需求分析

結(jié)合當前重點工作規(guī)劃，示范區(qū)時空信息平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求主要為以下幾個方面：

(1)規(guī)劃對接：處于規(guī)劃和發(fā)展階段的示范區(qū)亟須統(tǒng)一的國土空間規(guī)劃對示范區(qū)范圍內(nèi)的開發(fā)建設(shè)進行統(tǒng)籌布局，亟須融合土地規(guī)劃信息和土地利用現(xiàn)狀的時空信息平臺支撐下一步控制性詳細規(guī)劃層面的規(guī)劃聯(lián)動和功能布局，形成分工合理、各具特色的空間格局[6]。

(2)項目管理：通過時空信息數(shù)據(jù)動態(tài)及時掌握示范區(qū)內(nèi)重點項目進度與運行態(tài)勢，輔助分析問題和科學決策，實現(xiàn)重大產(chǎn)業(yè)項目監(jiān)督“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理”，為管理部門研判形勢、科學決策、宏觀調(diào)控提供科學參考。

(3)生態(tài)保護：通過對三地生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)時空信息資源的梳理，結(jié)合無人機巡檢、遙感定量監(jiān)測等技術(shù)手段，為示范區(qū)推進跨區(qū)域生態(tài)環(huán)境和污染源監(jiān)測平臺的建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

(4)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟：以統(tǒng)一的地名地址數(shù)據(jù)作為關(guān)聯(lián)，融合企業(yè)法人、稅務(wù)、人口等社會經(jīng)濟信息，直觀表達示范區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)脈絡(luò)、企業(yè)分布、產(chǎn)業(yè)分級、遷徙動態(tài)等信息?；跁r空信息開展產(chǎn)業(yè)融合的規(guī)劃和管理，建立空間分析工具箱，為產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展提供決策輔助。

2.2 數(shù)據(jù)需求分析

示范區(qū)時空信息平臺的數(shù)據(jù)涵蓋基礎(chǔ)地理類、空間規(guī)劃類、土地利用類、建設(shè)管理類、生態(tài)環(huán)境類、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟類等，具體分類如表1所示：

時空信息平臺數(shù)據(jù)需求 表1

3 總體框架設(shè)計

示范區(qū)時空信息平臺的總體框架設(shè)計如圖1所示，主要包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)及模型層、平臺服務(wù)層、一體化創(chuàng)新應(yīng)用層、綜合管理中心和跨域連接層。

圖1 平臺總體框架設(shè)計圖

(1)基礎(chǔ)設(shè)施層：示范區(qū)地跨滬蘇浙三地，且三地政務(wù)云的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)的物理空間、存儲區(qū)域、管理模式和安全要求上均存在差異。平臺通過上海市電子政務(wù)云實現(xiàn)三地數(shù)據(jù)共享互聯(lián)，打破三地數(shù)據(jù)壁壘，形成融合一體化的“數(shù)據(jù)中樞”。依托電子政務(wù)云一體化實施的安全防護措施，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，支撐示范區(qū)跨區(qū)域創(chuàng)新應(yīng)用的開展。

(2)數(shù)據(jù)及模型層：數(shù)據(jù)庫的建設(shè)分為空間地理、“人、物、動、態(tài)”位置信息、物聯(lián)視頻、交通信息等四大數(shù)據(jù)庫，分別對不同類型數(shù)據(jù)進行管理。模型層涵蓋空間分析模型、多源交互分析模型、趨勢性預(yù)測分析模型等空間建模及分析模型，可實現(xiàn)區(qū)域規(guī)劃分析及決策支持。

(3)平臺服務(wù)與應(yīng)用層：平臺服務(wù)分為時空數(shù)據(jù)服務(wù)、時空分析服務(wù)和知識挖掘服務(wù)，先以規(guī)劃管理、項目監(jiān)測、生態(tài)環(huán)保、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟等方向為突破口，建設(shè)一批支撐示范區(qū)一體化發(fā)展的跨域創(chuàng)新應(yīng)用。

(4)綜合管理中心與跨域連接層：綜合管理中心由數(shù)據(jù)管理和運維兩部分構(gòu)成，負責數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和運維?？缬蜻B接層負責聯(lián)通三地的大數(shù)據(jù)中心、長三角共享交換平臺，匯集跨區(qū)域、跨行業(yè)、跨層級的多源信息，同時輻射示范區(qū)公共數(shù)據(jù)開放與服務(wù)。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 跨區(qū)域時空數(shù)據(jù)融合

為了在多源多尺度數(shù)據(jù)融合處理過程中盡量保留三地自身數(shù)據(jù)資源的優(yōu)勢，形成一套現(xiàn)勢性強、準確度高、精細度佳的時空數(shù)據(jù)庫。首先構(gòu)建了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)入庫標準，制定包括圖形標注、編碼規(guī)范、空間建庫的一系列規(guī)范。明確提交數(shù)據(jù)的內(nèi)容、文件組織、文件格式、命名，重要圖件的分層、分類與代碼、幾何特征、質(zhì)量要求、制圖要求等，以實現(xiàn)要素表達一致、格式統(tǒng)一、交換便捷、擴充性強的數(shù)據(jù)資料標準。然后對數(shù)據(jù)進行坐標轉(zhuǎn)換、擇優(yōu)選用、編碼轉(zhuǎn)換、分層合并、剔除重復要素、重構(gòu)圖檢測與消解、數(shù)據(jù)質(zhì)檢等處理，具體流程如圖2所示：

圖2 跨區(qū)域數(shù)據(jù)融合處理流程圖

利用Spatial ETL Tool等工具建立原始數(shù)據(jù)集和目標數(shù)據(jù)集映射關(guān)系，實現(xiàn)多對一映射，分別將DLG中的點、線、面數(shù)據(jù)按照不同的類別轉(zhuǎn)換輸出到GIS格式數(shù)據(jù)中[7]。后續(xù)將依托示范區(qū)“一體化數(shù)據(jù)中樞”建設(shè)，形成數(shù)據(jù)互聯(lián)共享機制，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、規(guī)范接口協(xié)議、共享數(shù)據(jù)目錄等內(nèi)容，構(gòu)建一整套涉及數(shù)據(jù)的流程和權(quán)限的標準協(xié)議，打破數(shù)據(jù)流通壁壘，實現(xiàn)示范區(qū)內(nèi)跨行政區(qū)域、跨部門的數(shù)據(jù)互連互用。

4.2 時空數(shù)據(jù)存儲與治理

時空大數(shù)據(jù)相比于傳統(tǒng)的政務(wù)數(shù)據(jù)在信息模型、存儲架構(gòu)、數(shù)據(jù)治理體系等方面均存在差異。平臺推進過程中，需研究多源異構(gòu)時空大數(shù)據(jù)采集、匯聚、存儲、清洗、融合、共享等過程的技術(shù)方法，將不同類別時空大數(shù)據(jù)的治理流程，綜合匯總形成標準的時空大數(shù)據(jù)治理體系。時空數(shù)據(jù)存儲需實現(xiàn)多技術(shù)類型、多業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)存儲，按照數(shù)據(jù)類型分為空間數(shù)據(jù)(矢量)、空間數(shù)據(jù)(切片)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、傳感器流數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等。不同類型的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)方案如表2所示：

時空數(shù)據(jù)存儲方案 表2

數(shù)據(jù)融合過程中，來自不同區(qū)域的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)質(zhì)量差異性較大，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換困難且易丟失信息。通過大數(shù)據(jù)集成技術(shù)，針對不同類型數(shù)據(jù)的訪問、過濾、清洗、轉(zhuǎn)換、加載等ETL過程，通過觸發(fā)器、時間戳、全文比對、日志數(shù)據(jù)同步等不同運作模式，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整合[8]。依托地名地址匹配、業(yè)務(wù)邏輯關(guān)聯(lián)、空間位置關(guān)系等數(shù)據(jù)治理手段，打通示范區(qū)三地不同坐標體系下的時空數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，實現(xiàn)不同類別的時空數(shù)據(jù)落圖與關(guān)聯(lián)，形成地上、地表、地下全覆蓋的時空信息底座。

4.3 時空信息模型建立與編碼

為推進公共數(shù)據(jù)的空間信息融合，實現(xiàn)政務(wù)數(shù)據(jù)、社會數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等跨行業(yè)、跨區(qū)域公共數(shù)據(jù)資源整合與對接。建設(shè)以具有社會承載力的建筑物實體為主的時空信息模型，與物理世界一一映射、分層分級，方便與外部數(shù)據(jù)耦合或解耦[9，10]。橫向上以空間編碼為紐帶打通各業(yè)務(wù)條線的空間管理單元，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)的空間化映射，縱向上通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準實現(xiàn)跨層級的數(shù)據(jù)匯聚和交換?？臻g要素編碼是空間要素的身份識別碼，作為數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、共享應(yīng)用的唯一標識，可通過編碼反映其地理位置和類別屬性。空間要素編碼由位置碼、分類碼和順序碼組成，碼長35位。位置碼長度18位，其中按照空間要素所屬地理位置，以及空間要素幾何中心點坐標，不足位用0補齊；分類碼長度設(shè)計為10位，不足位用0補齊；順序碼設(shè)計為7位，從1開始，依據(jù)位置碼及分類碼相同的地理實體產(chǎn)生的時間先后順序依次編碼，并且不重復，以保證空間要素編碼的唯一性，如圖3所示。

圖3 空間地理實體編碼規(guī)則示意圖

5 一體化示范性應(yīng)用實踐

(1)規(guī)劃管理一體化

傳統(tǒng)的基于二維平面規(guī)劃設(shè)計方案的規(guī)劃管理模式難以客觀準確地反映方案建成后的真實效果，容易產(chǎn)生設(shè)計方案與竣工后的建筑在效果與周邊整體協(xié)調(diào)性方面存在一定的偏差。依托時空信息平臺的三維可視化與空間分析比對能力，建設(shè)規(guī)劃管理一體化應(yīng)用場景(圖4)。根據(jù)地塊紅線、退界、控高等規(guī)劃控制條件，自動生成地塊最大可開發(fā)利用三維空間范圍，通過三維控制盒模型可視化表達，直觀體現(xiàn)示范區(qū)城市規(guī)劃控制三維空間形態(tài)。同時將建筑三維規(guī)劃方案與控制盒空間疊加，分析建設(shè)方案的合規(guī)性。規(guī)劃批復成果入庫后，系統(tǒng)自動比對相關(guān)參數(shù)，對規(guī)劃方案實行“紅黃綠”三色燈管理，對于不符合規(guī)劃指標的建設(shè)方案將及時退回，通知相關(guān)部門整改。

圖4 規(guī)劃管理一體化應(yīng)用場景

(2)項目監(jiān)測一體化

依托示范區(qū)內(nèi)三地統(tǒng)一標準的重大項目時空信息資源，可以在一張圖上直觀展示項目的空間分布、施工進度等情況。借助于衛(wèi)星、無人機、智慧工地視頻監(jiān)控等空天地一體化動態(tài)監(jiān)測手段，對水鄉(xiāng)客廳、西岑科創(chuàng)中心、元蕩示范段等重點項目定期監(jiān)測，獲取規(guī)劃實施進度、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面的信息，及時掌握斷頭路互聯(lián)互通進度，全景跟蹤重點項目進展情況，還可以拖動時間軸以三維模型可視化的方式直觀展示項目隨時間的演進和歷史回溯。平臺對重點項目的全過程信息進行監(jiān)管，對于進度滯后的項目，將相關(guān)預(yù)警信息自動推送至預(yù)設(shè)的管理人員分組，提醒管理人員及時介入監(jiān)管。

(3)生態(tài)監(jiān)測一體化

依托時空信息平臺建立生態(tài)監(jiān)測一體化應(yīng)用場景，從統(tǒng)一標準、統(tǒng)一監(jiān)測、統(tǒng)一執(zhí)法三個領(lǐng)域優(yōu)化整合示范區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合管理，建立協(xié)調(diào)高效的生態(tài)環(huán)境一體化綜合信息共享體系。整合自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)，地形、遙感影像等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和水生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，污染源普查數(shù)據(jù)等，通過影像解譯、變化檢測等技術(shù)，摸清土地利用與生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，通過監(jiān)測預(yù)警、多維分析手段，實現(xiàn)環(huán)境承載力的空間監(jiān)測，輔助示范區(qū)生態(tài)環(huán)境保護的決策分析，推進示范區(qū)內(nèi)實施最嚴格的生態(tài)保護制度。

(4)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟一體化

通過匯集三地產(chǎn)業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù)，形成示范區(qū)范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、土地資源、產(chǎn)業(yè)項目、企業(yè)分布、產(chǎn)業(yè)配套等基礎(chǔ)信息一張圖。以一張圖展示示范區(qū)產(chǎn)業(yè)布局、稅收貢獻度、增速、比重等指標及變化情況，提供業(yè)務(wù)部門及三地相關(guān)部門能夠?qū)崟r查詢、調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源信息，并支持其他業(yè)務(wù)應(yīng)用場景。通過重點行業(yè)的產(chǎn)值、能耗、排污等數(shù)據(jù)監(jiān)測，計算數(shù)據(jù)平均值、預(yù)警值等閾值，對產(chǎn)業(yè)運行進行預(yù)警，對發(fā)展趨勢進行分析預(yù)判。

6 總 結(jié)

示范區(qū)時空信息平臺以數(shù)據(jù)一體化驅(qū)動發(fā)展一體化，制定了多個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，整合三地時空信息數(shù)據(jù)資源，建設(shè)了融合“人、物、動、態(tài)”位置、物聯(lián)視頻、交通信息等多源數(shù)據(jù)的示范區(qū)時空信息平臺，初步實現(xiàn)了時空信息資源跨地域、跨部門的共享和交換，為示范區(qū)“智慧大腦”建設(shè)提供統(tǒng)一的數(shù)字底座，并已在規(guī)劃管理、項目監(jiān)管、生態(tài)監(jiān)測、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟等場景得到應(yīng)用。下一步將重點創(chuàng)新應(yīng)用場景，深化研究時空大數(shù)據(jù)分析與挖掘方法，繼續(xù)探索時空大數(shù)據(jù)在支撐示范區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的深度應(yīng)用。