李成仁

（1.上海市測繪院，上海 200063；2.自然資源部 超大城市自然資源時空大數(shù)據(jù)分析應用重點實驗室，上海 200063）

空間地理數(shù)據(jù)資源是城市信息化不可或缺的、基礎性的、根本性的信息資源，政務服務、城市運行管理中大部分信息均與空間地理信息存在關聯(lián)[1]。為建設智慧政務、提高城市管理決策水平，各級政府部門建立了大量的政府地理信息系統(tǒng)應用。城市運行“一網(wǎng)統(tǒng)管”是提高城市治理現(xiàn)代化水平、全面深化改革的重要舉措。堅持城市治理“全生命周期”理念，以“三級平臺、五級應用”為核心，筑牢“王”字型城運架構(gòu)，建設市、區(qū)、街鎮(zhèn)3級城運中心建設，統(tǒng)籌同級城市運行事項的跨部門協(xié)同，通過數(shù)據(jù)共享流動解決資源碎片化問題，形成處置合力[2-4]。“一網(wǎng)統(tǒng)管”將“城市治理要素一張圖”作為其“六個一”技術支撐體系的基礎內(nèi)容，以數(shù)字孿生城市為目標，將城市治理中的客體、主體和內(nèi)容全域全量數(shù)字化，并加載于GIS中。傳統(tǒng)的空間地理信息服務模式在面對新的“一網(wǎng)統(tǒng)管”需求時，存在諸多亟待解決的問題，如空間數(shù)據(jù)資源難以統(tǒng)籌共享、共性系統(tǒng)重復建設、專業(yè)GIS地圖二次開發(fā)門檻較高、集成協(xié)作成本較高、業(yè)務沉淀與持續(xù)發(fā)展困難等。

數(shù)據(jù)中臺是近年較為流行的概念[5]，對數(shù)據(jù)進行采集、匯聚、存儲、融合與服務，統(tǒng)一標準，形成數(shù)據(jù)資源，并以服務化的形式對外共享、開放，融入公共服務和城市治理全流程，體現(xiàn)數(shù)據(jù)價值，提升感知、決策、執(zhí)行的智慧化水平。近年來，數(shù)據(jù)中臺不斷成為數(shù)字化行業(yè)的焦點，如孫益[6]、趙偉偉[7]、劉海濤[8]等提出基于中臺設計理念的地理信息中臺，集空間數(shù)據(jù)、異構(gòu)GIS平臺服務、通用地理信息業(yè)務和技術于一體，為智慧城市建設提供地理信息底板。

本文圍繞空間數(shù)據(jù)中臺理念，研究市級統(tǒng)籌的空間數(shù)據(jù)資源平臺空間服務能力建設，既要滿足多類別時空大數(shù)據(jù)融合、治理、應用、運營等需求，又要對各類空間地理信息數(shù)據(jù)資源進行抽象、封裝，形成直接面向前端的可復用數(shù)據(jù)和功能服務，從而支撐前端業(yè)務快速迭代更新?？臻g地理數(shù)據(jù)中臺將不斷強化空間地理信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)治理、共享交換、質(zhì)量檢測、安全防護等功能，重點優(yōu)化數(shù)據(jù)的對接、供給、支撐能力，提供空間地理數(shù)據(jù)“統(tǒng)一集中管理、按需共享”的基礎平臺，賦能“一網(wǎng)統(tǒng)管”建設。

1 空間地理數(shù)據(jù)資源和服務現(xiàn)狀

一直以來，城市運行管理所需的空間數(shù)據(jù)資源分布在不同的管理部門，缺乏統(tǒng)一的標準規(guī)范、服務體系、統(tǒng)籌規(guī)劃和數(shù)據(jù)運營機制。為統(tǒng)籌管理各類空間數(shù)據(jù)資源，按照“共建、共用、共享、互聯(lián)”的原則，由上海市大數(shù)據(jù)中心牽頭，建設了統(tǒng)一標準的空間地理綜合庫，并協(xié)同關聯(lián)人口、法人、電子證照、實時感知等公共數(shù)據(jù)；在有序推進各類空間資源整合的基礎上，聚合各條線管理部門現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)資源和服務能力，著力推進地名地址、基礎地理、規(guī)劃土地、建筑房屋、網(wǎng)格部件、地下管線、交通資源等多個專題數(shù)據(jù)庫建設，依托上海市大數(shù)據(jù)資源平臺對外提供數(shù)據(jù)共享服務能力。

上海市大數(shù)據(jù)資源平臺是基于上海市電子政務框架體系的數(shù)據(jù)資源管理基礎平臺，與各委辦局政務信息資源、區(qū)政務信息資源之間形成歸集、采集、共享、服務全過程管理，向上對接國家數(shù)據(jù)資源平臺，橫向與長三角互聯(lián)，實現(xiàn)資源的共享利用[9]。上海市大數(shù)據(jù)資源平臺在空間地理服務方面已具備空間數(shù)據(jù)歸集治理、空間服務注冊代理的基礎能力，初步滿足了空間數(shù)據(jù)歸集與服務聚合的需求?？臻g地理數(shù)據(jù)中臺將充分依托該平臺已有能力進行拓展延伸。

2 空間地理數(shù)據(jù)中臺總體設計

空間地理數(shù)據(jù)中臺按照“統(tǒng)籌設計、分步實施，物理分散、邏輯集成”的思路開展建設。“統(tǒng)籌設計、分步實施”是指面向空間地理服務統(tǒng)一管理的需要，統(tǒng)籌開展空間地理服務能力設計，統(tǒng)一空間數(shù)據(jù)服務內(nèi)容、模型、接口等標準規(guī)范，按照急用先行的原則，邊建設、邊運行、邊優(yōu)化；“物理分散、邏輯集成”則是對于影像柵格、物聯(lián)、視頻等存儲資源消耗較大的數(shù)據(jù)類型，在物理空間上仍暫時分散在各原業(yè)務條線管理單位，在網(wǎng)絡鏈路連通的情況下，主數(shù)據(jù)庫直接調(diào)用分數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)服務實現(xiàn)邏輯集成，隨著后續(xù)建設的不斷深入，分數(shù)據(jù)庫不斷向主數(shù)據(jù)庫集中。空間地理數(shù)據(jù)中臺總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 空間地理數(shù)據(jù)中臺總體架構(gòu)圖

1）基礎設施層。依托市電子政務云進行建設，由政務云提供空間地理數(shù)據(jù)中臺所需的硬件資源服務和時空大數(shù)據(jù)存儲框架、處理框架服務，空間數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲于政務云的PostgreSQL和MongoDB數(shù)據(jù)庫。

2）時空數(shù)據(jù)層，包括由匯聚、處理和管理三大數(shù)據(jù)區(qū)構(gòu)成的時空信息大數(shù)據(jù)[10]。匯聚區(qū)通過各業(yè)務管理部門前置機或數(shù)據(jù)接入中間件的方式匯聚和更新空間數(shù)據(jù)資源，再經(jīng)過處理區(qū)的標準化、統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，形成空間地理綜合庫數(shù)據(jù)資源。空間數(shù)據(jù)資源主要包括空間地理綜合庫數(shù)據(jù)資源以及部分尚未物理集中的緩存數(shù)據(jù)，如歷史影像切片數(shù)據(jù)、三維模型緩存數(shù)據(jù)等，后續(xù)將逐步接入實時位置數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)設備位置數(shù)據(jù)、實時感知的流式數(shù)據(jù)等。

3）平臺服務層，對基礎設施資源和空間數(shù)據(jù)資源加以整合，為用戶直接提供各類云服務。云服務主要包括時空數(shù)據(jù)服務、時空分析服務和時空治理服務3類。此外，空間地理數(shù)據(jù)中臺還建設了統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)服務網(wǎng)關、空間數(shù)據(jù)可視化門戶以及應用開發(fā)中心。

4）應用場景支撐層。根據(jù)不同類型、不同服務目標的用戶組成和劃分，為用戶提供不同程度的空間數(shù)據(jù)服務應用；對于專業(yè)的應用場景建設提供擴展的可視化開發(fā)包和組件。

3 空間地理數(shù)據(jù)中臺建設內(nèi)容

在上海市空間地理綜合庫建設成果的基礎上，本文充分依托現(xiàn)有上海市大數(shù)據(jù)資源平臺云支撐環(huán)境和現(xiàn)有共享服務平臺，實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)資源平臺時空信息服務能力的提升，建成了空間地理數(shù)據(jù)中臺，更高效地支撐智慧城市“一網(wǎng)通辦”、“一網(wǎng)統(tǒng)管”建設。圍繞空間數(shù)據(jù)資源和服務能力建設，空間地理數(shù)據(jù)中臺將實現(xiàn)“兩級匯聚、三級服務”，即匯聚市、區(qū)兩級空間數(shù)據(jù)資源，服務市、區(qū)、街鎮(zhèn)三級部門，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享。

1）空間數(shù)據(jù)資源門戶。建設空間數(shù)據(jù)資源可視化門戶，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源二三維一體化在線瀏覽使用和各類空間服務入口；提供空間資源目錄查詢和城市運行“一張圖”地圖工具、分析工具的在線應用，滿足地圖瀏覽和常規(guī)空間落圖、空間分析等使用需求；開發(fā)者中心則提供相關地圖、服務二次開發(fā)應用實例，為開發(fā)人員提供地圖應用參考。

2）空間數(shù)據(jù)服務引擎。建設空間數(shù)據(jù)引擎，提供可視化操作界面，將平臺匯聚的各類空間數(shù)據(jù)資源發(fā)布成二三維地圖服務、矢量切片服務、影像服務、要素服務、地理處理服務等多類型服務，并可預覽發(fā)布的服務，驗證服務是否正常運行。以OGC的標準規(guī)范來創(chuàng)建WMS、WFS、WFS-T、WCS、WPS、WMTS等類型服務，同時支持當前主流商業(yè)GIS引擎服務類型。

3）空間服務綜合管理網(wǎng)關。建設統(tǒng)一、開放的空間服務綜合管理網(wǎng)關，按照空間服務統(tǒng)一標準，實現(xiàn)空間服務綜合管理；實現(xiàn)空間服務動態(tài)負載均衡，提升空間服務運行效率和穩(wěn)定性；針對歸集的空間數(shù)據(jù)和服務，建立空間服務分類目錄，統(tǒng)一空間服務接口和調(diào)用規(guī)則；對服務調(diào)用對象，實現(xiàn)細粒度權限控制。

4）空間分析決策支撐平臺。以標準化、組件化、平臺化的方式，提供各類自主調(diào)用、靈活配置的數(shù)據(jù)融合、地圖工具、空間分析工具；提供空間數(shù)據(jù)融合接口，不同色系、樣式地圖底圖，滿足不同應用場景空間底圖需求；提供疊置分析、緩沖區(qū)分析、路徑分析等一系列空間分析工具和服務接口，從而使“城市治理要素一張圖”可在多個場景中提供決策支撐。

5）空間服務監(jiān)控運維系統(tǒng)。構(gòu)建空間服務監(jiān)控運維系統(tǒng)，針對空間數(shù)據(jù)特征和管理要求，結(jié)合監(jiān)控技術和GIS業(yè)務，實現(xiàn)空間資源的安全管控和動態(tài)分配。通過設定空間邊界，實現(xiàn)二維動態(tài)服務、三維模型等空間服務的區(qū)域控制，如地圖服務按行政區(qū)劃、按重點區(qū)域分發(fā)；通過服務調(diào)用量統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)高頻使用的地圖服務，分析服務瓶頸并優(yōu)化服務器資源，提高服務效率，確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運行。

4 關鍵問題分析

4.1 平臺協(xié)同應用模式

空間地理數(shù)據(jù)中臺按照統(tǒng)一的標準和方式對外提供資源服務，在多種業(yè)務系統(tǒng)之間協(xié)同工作，從空間數(shù)據(jù)服務調(diào)用、專題資源托管等方面面向市、區(qū)兩級提供應用支撐。

1）空間數(shù)據(jù)服務調(diào)用。各應用系統(tǒng)可按照用戶權限、區(qū)域權限等調(diào)用平臺服務資源，形成新的業(yè)務應用或嵌入原有業(yè)務系統(tǒng)。在這種模式下，數(shù)據(jù)應用主要以各空間數(shù)據(jù)專題庫為主，空間數(shù)據(jù)服務由專題庫牽頭建設部門發(fā)布，體現(xiàn)業(yè)務管理部門的數(shù)據(jù)權威性，如基礎底圖服務和各類專題地圖服務等。

2）專題資源托管。部分弱GIS應用部門可依托空間數(shù)據(jù)資源門戶，實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)快速上圖，將用戶數(shù)據(jù)資源托管到平臺，如銀行網(wǎng)點信息、環(huán)境監(jiān)測站數(shù)據(jù)、公安卡口等專題信息均可借助平臺服務能力實現(xiàn)資源空間化，用戶無需使用專業(yè)GIS平臺，也無需掌握GIS相關專業(yè)知識。

3）市、區(qū)兩級聯(lián)動。通過市、區(qū)兩級數(shù)據(jù)聯(lián)動管理，建設“云邊協(xié)同”的數(shù)據(jù)聯(lián)通模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)目錄同步、數(shù)據(jù)資源上傳下達等功能。由各區(qū)開展數(shù)據(jù)資源梳理、編目、共享和開放工作，并與空間數(shù)據(jù)中臺進行對接，建立市、區(qū)兩級聯(lián)動模式。

4.2 低代碼應用構(gòu)建能力

空間地理數(shù)據(jù)中臺參照主流互聯(lián)網(wǎng)地圖API接口應用方式對復雜的GIS地圖接口進行二次封裝，隱藏專業(yè)的GIS對象，形成一套地圖簡單的敏捷開發(fā)接口，實現(xiàn)地圖模塊代碼的開箱即用。可充分發(fā)揮地圖空間可視化優(yōu)勢，在地圖上可視化呈現(xiàn)各類城市管理要素，方便不熟悉GIS業(yè)務的應用開發(fā)團隊便捷地進行應用場景建設?？臻g地理數(shù)據(jù)中臺按照基礎地圖庫SmiMap、可視化庫SmiMap.Vis、擴展組件庫SmiMap.Plugin等模塊進行接口分類封裝建設，SmiMap是地圖構(gòu)建的基礎，集成了數(shù)據(jù)資源內(nèi)容、地圖控件、地圖基礎操作和事件監(jiān)聽，是構(gòu)建地圖應用最基本的依賴；SmiMap.Vis是面向各類業(yè)務數(shù)據(jù)的空間可視化展示方法集合，SmiMap.Plugin則提供與其他組件的集成交互，包括常用的Three.js、Echarts等第三方插件。常用的定制化功能接口如表1所示。

表1 常用的可視化功能接口列表

4.3 時空大數(shù)據(jù)分析

時空大數(shù)據(jù)分析的挑戰(zhàn)在于時空大數(shù)據(jù)管理和高效的統(tǒng)計以及挖掘計算過程。空間地理數(shù)據(jù)中臺提供處理數(shù)據(jù)入庫、ETL、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)更新以及數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工具等。時空數(shù)據(jù)分析模塊提供模型定制、模型學習、模型計算、模型分析、模型輸出等功能。時空大數(shù)據(jù)分析具有明顯的時空特性，但大多數(shù)算法都是單純基于空間或時間上的差異分析，不能同時考慮時間和空間的協(xié)同差異[11]。因此，在基本算法的基礎上，空間數(shù)據(jù)中臺實現(xiàn)了時空數(shù)據(jù)挖掘模型定義、模型學習、模型發(fā)布、模型執(zhí)行、模型分析等功能，可從已有的時空大數(shù)據(jù)中挖掘時空信息變化趨勢、決策推薦等知識。

5 應用實踐

“一網(wǎng)統(tǒng)管”平臺建設生態(tài)較為開放，通常各應用場景分別由不同的開發(fā)團隊承擔建設。地圖作為“一網(wǎng)統(tǒng)管”平臺的基礎支撐，是每個開發(fā)團隊都要使用的基礎資源。用戶代碼中只需引入SmiMap核心庫即可開發(fā)地圖應用，可通過參數(shù)配置的方式，以一套基礎數(shù)據(jù)和代碼，為市、區(qū)、街鎮(zhèn)三級應用提供統(tǒng)一地圖應用，保證數(shù)出同源，避免產(chǎn)生數(shù)據(jù)煙囪和相互矛盾，從而降低各應用場景的開發(fā)周期和技術風險，有利于應用場景間的數(shù)據(jù)共享應用。

在數(shù)據(jù)可視化方面，通過可視化組件庫，提供豐富的空間可視化能力，將各類管理信息在大屏應用中央地圖上予以呈現(xiàn)。各場景開發(fā)單位，只需專注于自身業(yè)務建設，所有涉及地圖的功能需求均由空間地理數(shù)據(jù)中臺統(tǒng)一服務，可大幅提高工作成效。在數(shù)據(jù)分析方面，以內(nèi)澇風險評估為例，可通過空間地理數(shù)據(jù)中臺，建立城市地形模擬、匯流模型、地表徑流模型、降雨分布和排水模型等分析模型，再結(jié)合GIS柵格運算和空間分析，分析得到城市易澇點分布，最后疊加住宅小區(qū)空間分布數(shù)據(jù)，以熱力圖的形式展示易澇小區(qū)專題圖（圖2）。

圖2 防汛防臺應用場景示意圖

6 結(jié)語

本文以“一網(wǎng)統(tǒng)管”中各應用場景的需求為出發(fā)點，推進空間地理數(shù)據(jù)中臺建設，對空間地理信息數(shù)據(jù)資源和服務能力進行抽象、封裝、梳理，提供可重用的核心服務，支撐各前臺業(yè)務。空間地理數(shù)據(jù)中臺以“互聯(lián)互通、上下聯(lián)動”的原則為市、區(qū)、街鎮(zhèn)等各級城市運行管理平臺提供統(tǒng)一的空間地理時空大數(shù)據(jù)底板；以空間坐標為連接點，打通各類數(shù)據(jù)關聯(lián)，促進各類場景建設和數(shù)據(jù)可視化表達，全息全景展現(xiàn)城市治理要素、對象、過程、結(jié)果等各類信息，具有較好的借鑒和推廣意義。