王筱君

摘要：以智慧天水時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)為依托，天水時(shí)空志建設(shè)是以《天水市志》為基礎(chǔ)，通過收集天水市城市歷史、發(fā)展現(xiàn)狀、規(guī)劃等與城市發(fā)展、文化傳承、自然資源保護(hù)等相關(guān)的多源時(shí)空數(shù)據(jù)，利用三維仿真、地理信息、多媒體融合等技術(shù)，按照“適度物理集中、共建共享”的原則構(gòu)建天水市多源時(shí)空數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)從城市發(fā)展、歷史文化、特色產(chǎn)業(yè)等多方面對(duì)城市發(fā)展過程的多維動(dòng)態(tài)信息展示。通過開發(fā)天水時(shí)空志展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展信息、歷史文化信息、產(chǎn)業(yè)發(fā)展信息的交互式展示和應(yīng)用，達(dá)到宣傳城市發(fā)展、提升城市形象的目的。

關(guān)鍵詞：智慧城市??云平臺(tái)??時(shí)空志??框架設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：P208???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???文章編號(hào)：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Construction?and?Research?of?Tianshui?Spatiotemporal?Chronicles?under?the?Construction?of?Intelligent?Spatiotemporal?Information?Cloud?Platform

WANG?Xiaojun

（Gansu?Industrial?Vocational?and?Technical?College?Tianshui，?Gansu?Province，?741025?China）

Abstract：?Relying?on?the?construction?of?intelligent?Tianshui?spatiotemporal?information?cloud?platform，?the?construction?of?Tianshui?spatiotemporal?chronicles?is?based?on?Tianshui?City?chronicles，?by?collecting?multi-source?spatiotemporal?data?related?to?urban?development，?cultural?inheritance?and?natural?resource?protection，?such?as?urban?history，?development?status?and?planning，?and?using?technologies?such?as?three-dimensional?simulation，?geographic?information?and?multimedia?integration，?according?to?the?principle?of?"moderate?physical?concentration，?co?construction?and?sharing"，?build?a?multi-source?spatio-temporal?database?of?Tianshui?city?to?realize?the?multi-dimensional?dynamic?information?display?of?the?urban?development?process?from?the?aspects?of?urban?development，?history?and?culture，?characteristic?industries?and?so?on.?Through?the?development?of?Tianshui?space-time?chronicle?display?system，?the?interactive?display?and?application?of?urban?development?information，?historical?and?cultural?information?and?industrial?development?information?can?be?realized，?so?as?to?publicize?urban?development?and?enhance?urban?image.

Key?Words：?Smart?city;?Cloud?platform;?Spatio-temporal?chronicle;?Framework?design

智慧城市的建設(shè)是運(yùn)用新一代信息技術(shù)，通過對(duì)信息資源的整合與利用，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施智能化、公共服務(wù)便捷化、生活環(huán)境宜居化、城市管理精細(xì)化。地理信息作為整合各類信息資源的空間框架，是實(shí)現(xiàn)信息資源整合共享與開發(fā)利用的基礎(chǔ)[1]。

天水時(shí)空志，是結(jié)合《天水市志》，將收集到的天水市地圖數(shù)據(jù)，按照年代與專題進(jìn)行分類，從地理空間角度組織歷史地圖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)瀏覽和查詢不同時(shí)間、不同專題的歷史地圖數(shù)據(jù)，并可以獲得介紹原始資料和相關(guān)信息的多媒體數(shù)據(jù)信息，為更好地展示天水歷史文化提供交流平臺(tái)。同時(shí)，結(jié)合天水市的城市發(fā)展、特色產(chǎn)業(yè)等情況，通過數(shù)據(jù)融合、交互式展示等手段，形成一個(gè)天水市宣傳和展示的平臺(tái)。

1?建設(shè)內(nèi)容與總體設(shè)計(jì)

天水時(shí)空志的建設(shè)內(nèi)容包括：（1）構(gòu)建天水城市時(shí)空數(shù)據(jù)庫，包括城市規(guī)劃發(fā)展專題庫、歷史文化專題庫、特色產(chǎn)業(yè)專題庫、精準(zhǔn)扶貧專題庫[2]。（2）開發(fā)天水時(shí)空志展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展信息、歷史文化信息、產(chǎn)業(yè)發(fā)展信息、精準(zhǔn)扶貧信息的交互式展示和應(yīng)用。

天水時(shí)空志系統(tǒng)的總體架構(gòu)可分為支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層這5個(gè)層次。如圖1所示。

（1）支撐層是指系統(tǒng)運(yùn)行的軟硬件、網(wǎng)絡(luò)和安全實(shí)施環(huán)境，該系統(tǒng)主要利用天水市電子政務(wù)云平臺(tái)提供的硬件、網(wǎng)絡(luò)和安全設(shè)施，利用智慧天水時(shí)空信息云平臺(tái)提供的軟件環(huán)境構(gòu)建。

（2）數(shù)據(jù)層是信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)[3]，主要包括城市基礎(chǔ)信息庫、歷史文化庫、特色產(chǎn)業(yè)庫、精準(zhǔn)扶貧庫中整合而成的數(shù)據(jù)集。這些專題數(shù)據(jù)集是天水時(shí)空信息大數(shù)據(jù)中心的子庫。

（3）服務(wù)層用于提供各類服務(wù)接口，不僅包括天水時(shí)空志系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)接口，同時(shí)也聚合了智慧天水時(shí)空信息云平臺(tái)的數(shù)據(jù)服務(wù)，通過智慧天水時(shí)空信息云平臺(tái)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

（4）應(yīng)用層是提供面向用戶的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，包括城市發(fā)展志、歷史文化志、特色產(chǎn)業(yè)志、精準(zhǔn)扶貧志。

（5）用戶層是指系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象，該系統(tǒng)主要面向政務(wù)用戶。

技術(shù)框架采用先進(jìn)的技術(shù)與產(chǎn)品，降低開發(fā)過程中的風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)，基于面向服務(wù)的SOA架構(gòu)，子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄及統(tǒng)一權(quán)限管理。數(shù)據(jù)庫采用MySQL主流數(shù)據(jù)庫，三維軟件平臺(tái)采用Gaea?Explorer平臺(tái)[4]。系統(tǒng)采用C/S模式開發(fā)，服務(wù)器端操作系統(tǒng)采用Windows?Server?2008及以上版本。技術(shù)架構(gòu)圖如圖2所示。

1.4??天水時(shí)空志系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

天水時(shí)空志主要從城市發(fā)展、歷史文化、特色產(chǎn)業(yè)、精準(zhǔn)扶貧等四個(gè)方面全面介紹天水文化，如圖3所示。

2??關(guān)鍵技術(shù)

2.1??三維虛擬仿真

虛擬仿真，也被稱為3D虛擬仿真，是一種通過模擬現(xiàn)實(shí)世界并以數(shù)字化的形式把現(xiàn)實(shí)世界重現(xiàn)到計(jì)算機(jī)展現(xiàn)的可視化技術(shù)[5]。軟件可以通過外設(shè)接口連接頭盔、耳機(jī)、手套、著裝等傳感器設(shè)備，給用戶提供一種身臨其境的場景去直接觀看、感受、探索、操作模擬的對(duì)象。三維虛擬仿真系統(tǒng)具有交互的沉浸性、操作的交互性、思維的聯(lián)想性等特點(diǎn)。

2.2??影像金字塔

影像金字塔技術(shù)是為了解決柵格地圖在網(wǎng)絡(luò)或軟件平臺(tái)中加載顯示的流暢性和分析的高效性而產(chǎn)生的技術(shù)[6]。由于原始地理空間數(shù)據(jù)具有存儲(chǔ)海量性的特征，數(shù)據(jù)量大，因此通過金字塔技術(shù)使得影像在不同的比例尺尺度下顯示不同的分辨率，即在小比例尺下顯示粗粒度的宏觀影像，而在大比例尺下顯示較為精細(xì)的局部影像。目前，常用影像金字塔生成方式主要有雙線性插值法、最鄰近分配法和三次卷積插值法。這三種方法的本質(zhì)是對(duì)影像進(jìn)行重采樣，改變不同尺度對(duì)應(yīng)的像元大小，其中最鄰近分配法速度最快，三次卷積插值法效果最好。

2.3??面向服務(wù)架構(gòu)的SOA技術(shù)

SOA是一種軟件平臺(tái)開發(fā)技術(shù)，也是一種功能模塊組合松散、業(yè)務(wù)交互耦合的軟件架構(gòu)。SOA技術(shù)具有良好的數(shù)據(jù)、功能與業(yè)務(wù)共享特征。比如：地理信息共享服務(wù)平臺(tái)，可高效地共享地理數(shù)據(jù)、地圖、功能等，可幫助政府、企業(yè)和個(gè)人開發(fā)者在無需了解原架構(gòu)底層邏輯的基礎(chǔ)上，基于SOA架構(gòu)開放的API接口，快速調(diào)用共享數(shù)據(jù)并搭建符合自己業(yè)務(wù)需求的軟件系統(tǒng)。

2.4??組件化、構(gòu)件化開發(fā)技術(shù)

組件化開發(fā)技術(shù)是一種基于模板開發(fā)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路，徹底地解決了傳統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)中因閉門造車而存在的代碼重復(fù)性高、開發(fā)周期性長、程序遷移性差等問題。組件化、構(gòu)件化設(shè)計(jì)理念是為了讓使用者無需關(guān)注軟件底層的功能性的代碼實(shí)現(xiàn)，無需“重新發(fā)明車輪”，開發(fā)者只需關(guān)注程序的業(yè)務(wù)和邏輯關(guān)系，基于第三方組件拖拽、接口調(diào)用的“拿來主義”思想快速搭建開發(fā)軟件平臺(tái)。常見的地理信息組件化開發(fā)平臺(tái)有ArcGIS?Engine、SupMap?iObject、MapGIS?Object等。

2.5規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)開發(fā)方法

基于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)開發(fā)方法，一般采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模語言UML，以類圖、對(duì)象圖、接口圖、活動(dòng)圖、序列圖、矩形、橢圓、文字、箭頭等圖示描述系統(tǒng)的功能架構(gòu)與連接關(guān)系，有機(jī)表達(dá)目標(biāo)系統(tǒng)各個(gè)組成部分，充分描述出對(duì)系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)、開發(fā)的思路。此外，基于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)開發(fā)本質(zhì)上是采用軟件工程設(shè)計(jì)與開發(fā)中“軟件工程生命周期”思想，從系統(tǒng)的需求分析、可行性分析、關(guān)鍵技術(shù)選型、軟件研發(fā)、軟件測試、軟件部署多個(gè)維度描述系統(tǒng)研發(fā)的全生命周期，監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)的進(jìn)度和質(zhì)量。系統(tǒng)開發(fā)的過程不僅在流程上遵循UML建模規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，還在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、代碼編寫、軟件測試等環(huán)節(jié)遵循行業(yè)或企業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，這樣整個(gè)軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)流程中采用了工業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，讓開發(fā)的軟件平臺(tái)安全性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、執(zhí)行效率高、可擴(kuò)展性強(qiáng)。

2.6??企業(yè)服務(wù)總線

考慮到本項(xiàng)目業(yè)務(wù)的復(fù)雜性和應(yīng)用特殊性，采用企業(yè)服務(wù)總線方式部署平臺(tái)，企業(yè)總線技術(shù)是一種在物理或邏輯上分開部署系統(tǒng)，在運(yùn)維上統(tǒng)一管理系統(tǒng)的技術(shù)。企業(yè)服務(wù)總線是一種服務(wù)器去中心化技術(shù)，在其中一個(gè)或若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)斷連情況下仍能保證平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行和信息的安全傳輸，這樣保證了整個(gè)平臺(tái)部署的高效性、運(yùn)維的便捷性和系統(tǒng)的安全性。

3?建設(shè)成果

3.1??城市發(fā)展志

通過三維動(dòng)態(tài)仿真結(jié)合多媒體的模式，依次將天水市的地理位置、區(qū)劃沿革、交通樞紐、特色旅游、人口變化等信息進(jìn)行總體的介紹，如圖4所示。城市概況介紹即可交互操作，也可以自動(dòng)播放。

根據(jù)時(shí)間軸在地表上展現(xiàn)天水市7?800年前至今的行政區(qū)劃和現(xiàn)今的行政區(qū)劃的對(duì)比和變化，加上多媒體音頻播報(bào)和字幕顯示，形象生動(dòng)的體現(xiàn)了天水市的區(qū)劃沿革信息。

通過三維矢量要素顯示和高亮結(jié)合多媒體音頻文件來展現(xiàn)天水市人口分布特點(diǎn)等信息。

圍繞隴東南交通樞紐主題，通過三維仿真及多媒體互動(dòng)展示的方式，將天水市鐵路網(wǎng)發(fā)展過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。以電子地圖、影像和多媒體音頻相結(jié)合的方式，將天水市區(qū)內(nèi)的景區(qū)位置、景點(diǎn)分布等信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。

3.2??歷史文化志建設(shè)

通過收集天水區(qū)域歷史古地圖，通過三維仿真方式，構(gòu)建天水市歷史文化發(fā)展概略圖，實(shí)現(xiàn)各類文化信息的動(dòng)態(tài)展示和宣傳，如圖5所示。以短視頻的形式簡單概述伏羲文化，加載伏羲廟的精細(xì)化仿真場景功能，通過打開本地場景的仿真域文件，解析實(shí)例化，生成仿真實(shí)體，構(gòu)建精細(xì)化仿真場景并可視化。以短視頻的形式簡單概述大地灣、先秦、石窟和三國古文化。以電子地圖、影像、地形結(jié)合模型的形式在地表上形象地再現(xiàn)古遺址;再以飛行瀏覽的形式自動(dòng)瀏覽古遺址。

3.3??特色產(chǎn)業(yè)志建設(shè)

特色產(chǎn)業(yè)志是以天水市產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將天水市特色產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃、分布等信息上圖，利用二三維結(jié)合的技術(shù)手段，動(dòng)態(tài)展示天水市特色產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)成果等信息，達(dá)到對(duì)天水各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的宣傳和推廣作用。以果品數(shù)據(jù)為例，在三維地表上生成果品分布圖;并對(duì)果品數(shù)據(jù)的種植面積、產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成果品種植面積統(tǒng)計(jì)圖和果品產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)圖。同時(shí)可以點(diǎn)擊地表上的矢量要素對(duì)果品分布圖進(jìn)行查詢。

3.4??精準(zhǔn)扶貧志建設(shè)

以2018年貧困村數(shù)據(jù)和扶貧項(xiàng)目資金計(jì)劃數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在三維地表上生成天水市貧困村分布圖和扶貧項(xiàng)目資金分布圖;并對(duì)各個(gè)區(qū)縣貧困村數(shù)據(jù)和扶貧項(xiàng)目資金進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成貧困村數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖和扶貧項(xiàng)目資金統(tǒng)計(jì)圖。同時(shí)可以點(diǎn)擊地表上的矢量要素對(duì)貧困村分布圖和資金分布圖進(jìn)行查詢。

4??項(xiàng)目建設(shè)特色

4.1??基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三維平臺(tái)

目前，主流的三維開發(fā)平臺(tái)主要有ArcGIS?、ArcGlobal、Skyline等國際產(chǎn)品。如果采用這些三維平臺(tái)搭建天水時(shí)空志，短期來看簡單快捷，但是從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，這種建設(shè)模式無論是在技術(shù)上還是在投資上都將受制于人。因此，項(xiàng)目組立足自身，開發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Gaea?Explorer三維平臺(tái)軟件體系，并根據(jù)需求不斷對(duì)Gaea?Explorer平臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，既節(jié)約了成本，又便于平臺(tái)升級(jí)，牢牢掌握了系統(tǒng)建設(shè)的主動(dòng)權(quán)。

4.2??二維與三維一體化的GIS技術(shù)

二三維一體化的GIS技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)二維信息在三維場景中的可視化、二維分析功能在三維場景中的操作和豐富的三維分析功能。突破了只能看一看的應(yīng)用瓶頸，使系統(tǒng)平臺(tái)的應(yīng)用更加深入。

4.3??三維仿真與多媒體結(jié)合的市情風(fēng)貌介紹

天水時(shí)空志提供了三維動(dòng)態(tài)仿真結(jié)合多媒體的模式來向公眾展示天水的市情風(fēng)貌。傳統(tǒng)的地理信息數(shù)據(jù)在展現(xiàn)方式上比較專業(yè)，不容易為大眾所接受。在天水時(shí)空志的建設(shè)過程中，項(xiàng)目組收集了大量天水市情概況的圖片、視頻，同時(shí)通過三維仿真將天水市的重要景點(diǎn)以及文化進(jìn)行仿真還原，輔以音頻、視頻以及圖文介紹，以一種全新的模式來展示天水的歷史、人文、風(fēng)景等情況，為公眾了解天水概況提供了一個(gè)直觀的信息窗口。

5??結(jié)語

天水時(shí)空志系統(tǒng)，作為智慧天水時(shí)空信息云平臺(tái)的示范應(yīng)用之一，豐富了智慧天水時(shí)空信息云平臺(tái)服務(wù)于公眾用戶的途徑;實(shí)現(xiàn)了天水市市情概況、人文歷史、風(fēng)景特色等的信息展示，以三維仿真結(jié)合音頻、視頻、圖文的多媒體方式來直觀地介紹天水的各種文化，為天水市的宣傳發(fā)展提供了一個(gè)直觀的信息窗口，極大地提高了公眾對(duì)天水的了解度和興趣度。

參考文獻(xiàn)

[1] 張芳芳，沈少青，陳學(xué)業(yè)，等.智慧城市規(guī)劃云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪通報(bào)，2019（1）：123-126.

[2] 王利軍，楊軍義，韓立欽.數(shù)字定西地理信息公共服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].礦山測量，2019，47（1）：49-52，56.

[3] 覃禹.智慧管廊云平臺(tái)中人工智能及大數(shù)據(jù)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2021.

[4] 徐瑛楠，孫景睿.基于微服務(wù)架構(gòu)的智慧云平臺(tái)任務(wù)分配研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2021，38（10）：482-486.

[5] 徐鑫鑫.智慧社區(qū)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].曲阜：曲阜師范大學(xué)，2021.

[6] 王劍鋒，高升，張旭，等.基于微應(yīng)用的多租戶智慧云存儲(chǔ)平臺(tái)架構(gòu)方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2018，18（25）：78-83.