收稿日期：2023-05-22

基金項目：2021濰坊市科技發(fā)展計劃項目（2021GX079）；2022年山東省職業(yè)教育教學改革研究項目（2022231）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.21.034

摘" 要：開發(fā)“智慧城市基礎時空大數(shù)據(jù)平臺”是創(chuàng)新社會管理、構建高效務實政府的重要途徑，是提升政府公共服務、保障和改善民生的有效手段，是開展信息資源整合、應用拓展的有力抓手。打造“智慧城市基礎時空大數(shù)據(jù)平臺”，可實現(xiàn)更全面的互聯(lián)互通、更有效的交換共享、更協(xié)作的關聯(lián)應用、更深入的智能化，能夠推進兩化融合，帶動高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進發(fā)展現(xiàn)代服務業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，打造高品質城市，均起到事半功倍的效果。

關鍵詞：元宇宙；智慧城市；基礎時空大數(shù)據(jù)平臺

中圖分類號：TP311" " 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-4706（2023）21-0149-04

Research on Optimization of Basic Spatiotemporal Big Data for Smart City in the

Era of “Metaverse”

XIE Guihua

（Shandong College of Economics and Business， Weifang" 261011， China）

Abstract： The development of the “Basic Spatiotemporal Big Data Platform for Smart City” is an important way to innovate in social management and build an efficient and pragmatic government. It is an effective means to enhance government public services， ensure and improve people's livelihoods， and a powerful tool for integrating information resources and expanding applications. Building a “Basic Spatiotemporal Big Data Platform for Smart City” can achieve more comprehensive connectivity， more effective exchange and sharing， more collaborative related applications and deeper intelligence. It can promote the integration of the two industries， drive the development of high-tech industries， promote the development of modern service industries and modern agriculture， and create high-quality cities， all achieving twice the result with half the effort.

Keywords： Metaverse; smart city; Basic Spatiotemporal Big Data Platform

0" 引" 言

隨著信息技術的持續(xù)進步，世界正在加速進入元宇宙時代。這一時代將融合應用區(qū)塊鏈、5G、虛擬現(xiàn)實、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、邊緣計算等最前沿數(shù)字技術，在當前數(shù)字化時代下，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術不斷發(fā)展，同時也在逐漸滲透到實體經(jīng)濟中。推動這些技術與實體經(jīng)濟的深度融合，已經(jīng)成為建設數(shù)字中國、智慧社會以及智慧城市的重要任務之一。這一深度融合能夠為經(jīng)濟社會發(fā)展帶來更多的機遇和挑戰(zhàn)，并且有望引領新一輪的產(chǎn)業(yè)變革和創(chuàng)新發(fā)展。時空大數(shù)據(jù)平臺是智慧城市建設與運行的基礎空間支撐。

在國際層面，美國先于其他國家開展智慧城市尤其是基于時空位置的大數(shù)據(jù)平臺研究。公共領域有谷歌地圖，行業(yè)應用方面開發(fā)了大量基于ArgGIS等專業(yè)軟件的行業(yè)應用，在時空大數(shù)據(jù)方面居于領先位置。在國內層面，各城市立足本地特色，開展了智慧城市云平臺研究應用。武漢、重慶、哈爾濱等城市都在這方面取得了一定的成績。

在我市，隨著城市的發(fā)展，積累了各類數(shù)據(jù)資源。如何充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)等先進優(yōu)勢，促進數(shù)據(jù)變?yōu)榉召Y源，加之各部門各領域各行業(yè)對地理信息的旺盛需求，基礎時空大數(shù)據(jù)優(yōu)化迫在眉睫。

1" 系統(tǒng)框架設計

1.1" 功能模塊分析

基礎時空大數(shù)據(jù)中心包括基礎時空數(shù)據(jù)（矢量、衛(wèi)片、航飛影像等）、公共專題數(shù)據(jù)（人口、法人、地名地址等）、物聯(lián)網(wǎng)實時感知數(shù)據(jù)（視頻、感知、監(jiān)測預警等）及其驅動的數(shù)據(jù)引擎。如圖1所示，系統(tǒng)主要有以下模塊組成：數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集不同來源的數(shù)據(jù)，包括傳感器數(shù)據(jù)、社交媒體數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡日志數(shù)據(jù)等；數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲采集到的大量數(shù)據(jù)，可以選擇傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫或者分布式存儲系統(tǒng)，如Hadoop、Cassandra等；數(shù)據(jù)處理模塊，負責對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理和挖掘，包括數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)建模等；數(shù)據(jù)可視化模塊，將處理后的數(shù)據(jù)以圖表、報表等形式進行可視化展示，方便用戶快速了解數(shù)據(jù)的分析結果；數(shù)據(jù)安全模塊，提供數(shù)據(jù)加密、權限管理、數(shù)據(jù)備份等安全措施，保障數(shù)據(jù)的安全性和完整性；數(shù)據(jù)應用模塊，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的應用功能，如智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等，幫助用戶更好地利用數(shù)據(jù)。

1.2" 技術實現(xiàn)手段

基礎時空大數(shù)據(jù)平臺技術實現(xiàn)手段如圖2所示。構建時空大數(shù)據(jù)平臺，旨在實現(xiàn)完整的服務鏈條，包括數(shù)據(jù)服務、接口服務、功能服務、計算存儲服務和知識服務等。通過發(fā)現(xiàn)、獲取、注冊、托管、發(fā)布、共享和管理全鏈條時空服務，為用戶提供一站式按需訂制服務。平臺建設服務體系創(chuàng)新形成集通用、專業(yè)、個性于一體的多模式平臺，以滿足不同用戶的數(shù)據(jù)和功能需求。平臺面向政務用戶提供通用平臺，包括大數(shù)據(jù)、云匯聚、資源池、超引擎、云應用和云管控六大功能模塊，以滿足政府在城市管理、公共服務等方面的需求。同時，平臺也面向專業(yè)用戶，擴充專業(yè)化功能和業(yè)務流程，滿足不同領域的專業(yè)需求。

1.3" 示范應用

基于構建的基礎時空大數(shù)據(jù)中心和智慧城市時空大數(shù)據(jù)平臺，可實現(xiàn)地理信息底層服務的統(tǒng)一提供調用，并在“5G+”背景下實現(xiàn)地理信息深度應用。物聯(lián)感知“城市大腦”項目結合地理信息數(shù)據(jù)服務資源，旨在借助物聯(lián)感知技術的支持，實現(xiàn)城市信息的實時感知和智能化處理。通過對智慧泊車、智能抄表、智慧市政、智慧樓宇等領域的創(chuàng)新應用，可以有效地提升城市管理和公共服務的水平，并為城市的可持續(xù)發(fā)展提供有力的支持。在該項目中，地理信息數(shù)據(jù)服務資源發(fā)揮了重要作用，為該項目的實施提供了強有力的技術支持。示范如下：

提高城市治理水平：基于基礎時空大數(shù)據(jù)平臺，可以對城市交通、環(huán)境、公共安全等方面的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析，從而幫助城市管理者進行決策和規(guī)劃，提高城市治理水平。

優(yōu)化城市公共服務：基于基礎時空大數(shù)據(jù)平臺，可以對城市居民的需求和行為進行分析，優(yōu)化城市公共服務，提高服務質量和效率。

推動城市智能化建設：基于基礎時空大數(shù)據(jù)平臺，可以實現(xiàn)城市各個領域的數(shù)據(jù)集成和共享，推動城市各個方面的智能化建設，提升城市的智慧程度和品質。

2" 平臺優(yōu)化策略

2.1" 構建基礎時空大數(shù)據(jù)中心

為了構建靜動態(tài)、二三維、室內外、地上下一體化的全時空基礎數(shù)據(jù)，采用全空間信息模型，并研制實時感知流數(shù)據(jù)和知識挖掘引擎。同時，構建了一個基礎時空大數(shù)據(jù)中心，集成了基礎地理、公共專題、智能感知和空間規(guī)劃數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)中心不僅可以提供時空數(shù)據(jù)支撐和時空基礎設施，還可以滿足社會治理和城市管理的需要?；A時空大數(shù)據(jù)中心以地理信息系統(tǒng)（GIS）為基礎，以云計算、大數(shù)據(jù)技術為支撐，集成多種數(shù)據(jù)源和信息資源，加工分析、共享應用的數(shù)據(jù)。為各個領域的應用提供支持，包括城市規(guī)劃、交通管理、環(huán)境監(jiān)測、資源管理等多個方面。建立全空間信息模型和共享管理機制，可以為數(shù)據(jù)的整合和共享提供保障，促進數(shù)據(jù)資源的最大化利用，推動各個領域的發(fā)展。

2.2" 實現(xiàn)時空信息的大數(shù)據(jù)知識挖掘分析

對采集到的時空數(shù)據(jù)進行預處理，包括數(shù)據(jù)清洗、去重、格式轉換等，確保數(shù)據(jù)的質量和準確性。運用數(shù)據(jù)挖掘技術，如聚類、分類、關聯(lián)規(guī)則等，對數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，提取有價值的時空知識。將挖掘出的時空知識可視化，以便用戶更直觀地了解時空數(shù)據(jù)的特征和規(guī)律。建立一個時空知識服務平臺，將挖掘出的時空知識整合并提供給用戶，支持用戶自定義查詢、分析和可視化。建立一個專家知識庫，將專家的知識和經(jīng)驗整合到時空知識服務中，提高時空知識服務的準確性和實用性。實現(xiàn)時空信息的大數(shù)據(jù)知識挖掘分析，用于時空知識服務需要運用多種技術手段和建立完善的服務平臺，同時需要與專家知識庫進行整合，以提高服務的準確性和實用性。

2.3" 搭建時空大數(shù)據(jù)平臺

創(chuàng)新服務體系，通過數(shù)據(jù)挖掘和分析技術，提供個性化、定制化、預測性和決策性的服務，支持用戶對時空數(shù)據(jù)進行深度挖掘和分析。數(shù)據(jù)安全和隱私保護機制，保障數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，防止數(shù)據(jù)泄露和濫用。搭建時空大數(shù)據(jù)平臺，創(chuàng)新泛在化多模式平臺建設服務體系需要綜合考慮數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、分析、平臺建設、服務體系創(chuàng)新、安全保障和隱私保護等多個方面，需要各部門和企業(yè)之間的合作和共同努力，同時需要不斷引入新技術和應用，不斷推動平臺建設和服務體系的發(fā)展和創(chuàng)新。

3" 技術路線

3.1" 支撐環(huán)境

如圖3所示，包括云平臺軟件、服務器、盤陣、網(wǎng)閘等軟硬件環(huán)境，為確保項目試驗環(huán)境穩(wěn)定高效，項目采用虛擬化云技術進行部署。具體如下：

1）硬件設備：包括傳感器、智能終端設備、攝像頭、服務器和存儲設備等，用于數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和處理。

2）通信網(wǎng)絡：包括有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡，用于數(shù)據(jù)傳輸和交換。

3）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)：包括數(shù)據(jù)采集管理、數(shù)據(jù)存儲管理、數(shù)據(jù)處理和分析管理等，用于對采集的數(shù)據(jù)進行管理和處理。

4）數(shù)據(jù)分析和挖掘技術：包括數(shù)據(jù)挖掘、機器學習、人工智能等技術，用于對采集的數(shù)據(jù)進行分析和預測。

5）云計算和大數(shù)據(jù)技術：用于數(shù)據(jù)存儲和處理，支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理和分析。

6）安全保障和隱私保護：包括數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡安全等，保障城市數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。

3.2" 大數(shù)據(jù)中心

包括各類公共專題數(shù)據(jù)；實時感知接入數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)。其中，基礎數(shù)據(jù)基于全時空模型，采用多年份時間賦值方法，便于后續(xù)時空大數(shù)據(jù)關聯(lián)分析；公共專題數(shù)據(jù)采用人口、法人等示例數(shù)據(jù)，打通信息孤島，具備智慧化分析能力；實時感知數(shù)據(jù)主要為視頻、感知等各類實時接入數(shù)據(jù)。

智慧城市基礎時空大數(shù)據(jù)平臺的大數(shù)據(jù)中心是整個平臺的數(shù)據(jù)存儲、處理和管理中心，主要包括以下幾個方面：數(shù)據(jù)存儲：包括數(shù)據(jù)倉庫、分布式文件系統(tǒng)、NoSQL數(shù)據(jù)庫等，用于對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，并提取有價值的信息；數(shù)據(jù)管理：包括數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)歸檔、數(shù)據(jù)備份等，用于對數(shù)據(jù)進行管理和維護；數(shù)據(jù)展示：包括可視化、報表、數(shù)據(jù)分析工具等，用于將處理后的數(shù)據(jù)進行展示和分析；大數(shù)據(jù)平臺基礎設施：包括云計算、分布式計算、集群管理、容器化技術等，用于支撐大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和分析；數(shù)據(jù)安全和隱私保護：包括數(shù)據(jù)加密、身份認證、訪問控制等，用于保障數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，為城市治理和服務提供有力的支撐。

3.3" 大數(shù)據(jù)云平臺

平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務、接口服務、功能服務、基礎設施服務，形成泛在化的時空地理信息提供平臺，以分布式存儲、邏輯式集中的方式，為各類用戶及場景提供標準化服務。主要功能如下：

數(shù)據(jù)采集和處理：平臺可以接入各種傳感器、監(jiān)控設備、社交媒體等數(shù)據(jù)源，采集和處理城市各個方面的數(shù)據(jù)，如交通、氣象、環(huán)境、公共安全等。

數(shù)據(jù)存儲和管理：平臺提供高效的數(shù)據(jù)存儲和管理，包括數(shù)據(jù)清洗、去重、歸檔、備份等功能，確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

數(shù)據(jù)分析和挖掘：平臺提供數(shù)據(jù)分析和挖掘功能，包括數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)挖掘、模型建立等，幫助用戶從復雜的數(shù)據(jù)中提取有用的信息。

人工智能和機器學習：平臺集成人工智能和機器學習技術，可以對城市數(shù)據(jù)進行智能分析和預測，提供對城市治理和服務的決策支持。

應用開發(fā)和部署：平臺提供應用開發(fā)和部署環(huán)境，支持快速開發(fā)和部署各種智慧城市應用，如交通指揮、環(huán)保監(jiān)測、智能安防等。

安全和隱私保護：平臺提供數(shù)據(jù)安全和隱私保護功能，包括數(shù)據(jù)加密、訪問控制、身份認證等，確保城市數(shù)據(jù)的安全和隱私。

通過這些功能，智慧城市基礎時空大數(shù)據(jù)云平臺可以幫助城市管理者和服務提供商更好地了解城市運行狀態(tài)和公共需求，提高城市治理和服務的效率和精度。

3.4" 智慧示范應用

具體示范應用推廣過程中，以各示范項目主體單位為主，項目任務僅為提供在線時空地理信息服務，各部門在應用中，結合自身業(yè)務，開展智慧化應用，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)挖掘價值。技術路線設計圖如圖4所示。

4" 結" 論

基礎時空大數(shù)據(jù)的管理模塊支持多種數(shù)據(jù)格式的導入和輸出，同時也具有一體化管理多類型、多時相地理信息的能力。此外，該模塊還具備管理TB級海量數(shù)據(jù)的能力，并且采用了網(wǎng)格與瓦片一體的空間索引機制，以便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速瀏覽和調度。時空大數(shù)據(jù)平臺也能夠支持多操作系統(tǒng)，并具有開發(fā)語言多樣性，支持多種語言的調用開發(fā)。此外，它還能夠提供網(wǎng)絡資源的互聯(lián)互通功能與服務聚合能力，并支持具備多節(jié)點服務的協(xié)同能力。

通過提供時空信息服務，相關管理部門能夠提高科學決策能力，促進政務公開化、行政服務化、管理透明化、決策民主化。此外，時空信息服務還能實現(xiàn)各部門之間的互聯(lián)互通、信息共享和業(yè)務協(xié)同，從而提升公共服務的質量水平。

參考文獻：

[1] 何冰，李旺民，丁建勛.自然資源測繪地理信息服務平臺關鍵技術研究 [J].地理空間信息，2021，19（6）：29-31+4.

[2] 黃玉青，郭朝陽，白穆，等.基于天地圖的農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息共享服務模式 [J].北京測繪，2021，35（7）：900-905.

[3] 孫益，方夢陽，何建寧，等.基于物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中臺技術的自然資源要素綜合觀測平臺構建 [J].資源科學，2020，42（10）：1965-1974.

[4] 張鵬程，楊梅，何華貴.智慧廣州時空信息云平臺數(shù)據(jù)即服務設計與實現(xiàn) [J].地理空間信息，2019，17（9）：9-11+40+146.

[5] 劉劍煒，高崟，趙文豪，等.自然資源時空數(shù)據(jù)模型構建方法研究 [J].地理信息世界，2021，28（5）：42-46.

[6] 李小衛(wèi).智慧嘉興時空大數(shù)據(jù)與云平臺設計與實現(xiàn) [J].北京測繪，2021，35（1）：30-35.

[7] 吳信才.時空大數(shù)據(jù)與云平臺-理論篇 [M].北京：科學出版社，2018.

[8] 李成名，劉曉麗.智慧城市時空大數(shù)據(jù)平臺理論與方法 [M].北京：科學出版社，2019.

作者簡介：謝桂華（1981—），女，漢族，山東濰坊人，副教授，碩士，研究方向：計算機應用技術、動漫制作技術。