智慧城市空间信息平台关键技术刍议

第３９卷第８期２０１４年０８月测绘科学Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ＭａｐｐｉｎｇＶｏｌ．３９Ｎｏ．８Ａｕｇ．作者简介：刘江涛（１９７８），男，河南太康人，高级工程师，博士，主要从事空间信息平台的研究和开发工作，主要研究方向：地理信息服务共享、在线动态制图、在线动态更新等。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｎｇｔａｏ．ｌｉｕ＠ｌｉｖｅ．ｃｏｍ收稿日期：２０１４－０５－０８智慧城市空间信息平台关键技术刍议刘江涛，彭子凤，唐岭军（深圳市空间地理信息中心，广东深圳　５１８０３４）摘　要：在智慧城市发展的背景下，针对城市空间信息感知、数据融合和按需服务等技术的革新需求，文章对智慧城市中空间信息平台发展特征和技术内涵进行分析，重点讨论了符合云计算模式的平台体系架构、空间数据协同感知和在线更新、城市泛在信息的空间化和自动集成、空间数据的自适应处理和表达等理论、方法和关键技术，介绍了平台在数字深圳和智慧深圳的应用情况。

关键词：智慧城市；空间信息平台；信息感知；数据集成；自适应服务【中图分类号】Ｐ２０８ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００９－２３０７（２０１４）０８－００３６－０３１　引言城市是人类活动最为密集的地区，是区域政治、经济和文化中心。

随着城市的高速发展，城市运行面临着交通拥堵，疾病传播，环境污染，资源紧缺等诸多问题；如何解决这些城市发展中的问题，人类进行着多路径的探索，智慧城市是当前得到关注最多的研究领域。

数字城市的建设极大程度上丰富了城市的数据资源，快速产生的海量、多源和异构数据为解决上述问题提供了信息基础［１］。

然而，测绘完成数字化转型后仍秉承了传统测绘的业务流程和服务模式［２］，以“数据在线”为特征的服务模式一方面导致数据资源的浪费，没有对城市空间丰富的泛在信息资源充分开发利用；另一方面导致服务质量的低下，用户的个性化服务需求难于满足［３］。

这一信息服务水平落后于技术转型的矛盾必须加以解决，否则将严重阻碍“数字城市”的进一步发展，阻碍其向“智慧城市”迈进。

针对上述趋势和挑战，本文从体系架构、信息感知、数据集成和自适应服务等方面讨论构建智慧城市空间信息平台需要突破的４个关键问题：①解决基于云计算技术的平台构建共性问题；②解决多源信息协同感知和动态更新问题；③解决城市非空间信息的集成整合问题；④解决空间数据自适应处理和表达问题。

２　关键技术如图１所示，智慧城市空间信息平台涉及的关键技术覆盖智慧城市泛在感知、深度融合和智慧服务和智慧应用４个层面的各个关键环节。

２．１　符合云计算模式的平台体系架构当前软件工程正处于大转型期，云计算模式（Ｃｌｏｕｄ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　Ｐａｒａｄｉｇｍ）已是大势所趋［４］，需要变革传统以数据共享为核心地理空间框架，使平台的计算能力、存储能力和交互能力均以服务形式呈现，为用户提供泛在的、按需的和个性化的知识服务。

符合云计算模式的平台体系架构需要从云计算模式的三层架构分别构建，主要包括以下几个方面：１）设施层面：解决海量、多源和异构空间数据的云端快速索引和分布式调度等问题，利用虚拟化和动态重组等云计算核心技术，根据服务任务的实际负载动态重组优化计算和存储资源，实现面向空间数据处理的云计算设施架构，提高资源的利用率，降低计算的能源损耗。

２）平台层面：解决空间信息语义聚合问题，支持在云端实现语义层面的空间信息服务注册、发现和聚合，把传统的数据共享服务提升到支持大规模密集型数据的计算服务和面向用户的空间分析服务层面，使空间信息能够在云技术环境下资源托管、按需更新、按需处理和按需共享。

３）软件层面：支持多终端和多网络的泛在网络环境，面向各领域用户需求，提供自适应的、个性化的和柔性化的空间信息服务，实现数据的按需处理、模型的按需计算和地图按需表达，形第８期刘江涛等　智慧城市空间信息平台关键技术刍议成以用户为中心的开放式的云ＧＩＳ环境。

图１　智慧城市空间信息平台的逻辑架构２．２　空间数据的协同感知和在线更新测绘和物联网技术的快速发展，提升了人类对自然世界的感知能力；然而原生的城市信息处于自发、自为和无序的混沌状态，需要以位置信息为纽带，寻求海量、多源、异构的时空信息关联特征，探究多元信息的协同感知和动态更新的基础问题，主要包括以下几个方面：１）传感器网络的互联互通：以空间信息平台为基础，建立城市统一的传感器注册中心，针对卫星定位、对地观测、手机位置、车辆监控等等多源传感器在现实世界、物理层、网络层和传输通道中的特性，研究异构传感器的互联适配问题，并在统一的时空基准下，研究多源数据的统一语义模型，保证数据在语义层面具有标准性、正确性、一致性和连贯性。

２）空间数据在线动态更新：以空间信息平台为基础建立城市空间地理信息协同更新工作环境，探索研究面向地理实体的在线实时更新技术和生产方式，使城市地理空间数据在现场测绘作业的同时，传输到生产库，经过一体化加工同步发布到服务库，实现数据在测绘、生产、使用各环节的在线同步更新，避免更新延时，保证数据的现势性。

３）空间数据级联更新：建立城市系列比例尺地理同名实体匹配关系，集成管理在更新数据与既有数据的一致性关系，对不同时间版本地理实体进行冲突检测和空间关系处理，自动实现变化发现，实现面向对象的多比例尺增量式级联更新。

２．３　城市泛在信息的空间化和自动集成面对城市运行过程中产生了规模化、多样化和高速增长的非空间信息，实现人口、法人和社会经济等等泛在城市信息的空间化，为智慧城市数据的分析和利用提供更加丰富和翔实的基础，主要包括以下几个方面：１）多尺度城市编码体系：需要突破常规的基于规则格网（如四叉树）进行空间剖分的方法，采用具有自然语义的不规则空间格网，进行地理空间多层次剖分，增强剖分空间与实体目标间映射对应的适应性，形成地上地下一体化和室内室外无缝化的多尺度城市空间编码体系。

２）空间数据与非空间数据的集成：通过关联匹配海量城市非空间信息，探索自然语言的空间语义规律，通过自然语义解析、地理匹配和自动寻址等技术将自然语言表达转化为计算机可以理解的空间位置表达，由计算机自动完成非空间信息的位置定位，从而实现空间信息与非空间信息的自动集成。

３）城市级空间地理数据仓库集成管理泛在的城市信息需要在空间地理数据库的基础上，建立城市级的空间地理数据仓库，具体包括空间基础数据库，部门专题数据库、共享和交换库、个性化服务库、元数据库和物联网标示库等。

数据仓库一方面接受各种感知网络的传感器数据，分类处理和存储，另一方面提供通用的数据挖掘工具满足用户自主进行数据的抽取、转换和组合，生成个性化的数据产品。

此外，城市级的空间地理数据仓库需实现多源数据管理系统和数据仓库应用系统，满足流程化和体系化的数据挖掘和制作的任务［５］。

２．４　空间数据自适应处理及表达“智慧城市”的空间信息具有数据资源广泛、知识加工多样和服务领域广阔等特点，需要以空间信息平台为基础，以自适应数据处理和表达技术为桥梁，实现空间信息服务模式的根本转变。

新的服务应该以需求为中心，突出ＤＩＹ特色，融进用户的参与，针对不同用户，在服务内容、形式等方面体现因人而异，彰显“以人为本”的技术特点，具体包括以下几个方面：１）自适应数据处理：充分考虑到用户需求、客户端类型、数据粒度、数据格式等实际问题，研究适宜于网络环境连续尺度变换模型和的在线尺度变换实时响应算法［６］，并将连续尺度变换技术与网络环境下的信息服务结合，对地图综合服务进行了多层次封装，实现地图综合技术由离线向在线模式的转移，建立地图数据的自适应处理服务模式。

２）在线动态制图：以空间信息平台为基础，在动态集成空间数据和各类社会经济、自然资源数据的基础上，构建面向多领域用户需求的在线动态制图体系，将数据空间化、符号设计、地图生成以及制图模型等专业过程封装成用户可以在线自由调用的地图发生器，提供一个从数据到图的快速通７３测绘科学第３９卷道［７］，将数据和地图之间建立动态关系，数据更新后地图也随之更新，使地图用户成为制图的主体，实现由“数据→制作→发布→更新”的传统“流水线”制图模式到｛数据，制作，发布，分析，使用，更新｝的现代“集成制造”制图模式的转变。

３）专业模型分析：本文在测绘和地理信息学领域讨论问题，把问题限制在空间数据的加工和处理范畴，没有穷尽的专业领域均可以参照自适应数据处理和在线动态制图相同的技术框架，在“数据在线”的基础上，实现“应用在线”，进而促进相关行业的智慧转型。

３　智慧深圳探索全国如火如荼展开的地理空间框架建设已惠及３００余个地级市和１００多个县级市，在我国数字城市建设进展中发挥了重要的作用，也酝酿着智慧城市地理空间框架的大发展。

以深圳为例，深圳市于２００２年提出开放式空间信息平台构想，并于２００９年全面建成“数字深圳空间基础信息平台”。

目前，该平台已成功应用于规划、国土、工商、税务、应急、公安、城管、环保、卫生、海关、质监、疾控等５０余个领域和政府部门，应用案例遍及“数字深圳”建设的各个方面，全面解决了空间信息共享和服务的难题，有力地推动了深圳市城市信息化建设进程［８］。

从智慧深圳发展的角度，平台的智慧应用也成效初显。

一方面，平台在丰富的空间基础数据之上，动态集成了包括气象、环保和视频在内的各类城市信息感知手段，融聚了包括１６００余万人口，以及６０余万法人信息在内的各类社会非空间信息，进一步拓展了空间数据源，丰富了数据内容，并为用户提供自适应地图服务；另一方面，平台面向城市发展的实际问题，带动了房地产整体评估、智能交通规划、实时环境评测和动态人口管理等相关应用的智慧转型。

可以说，深圳市空间信息平台正经历着服务内容上从“表达空间位置”到“揭示空间模式”的变革，在服务方式上从“以数据为中心”到“以用户为中心”的变革。

４　结束语在数字城市向智慧城市转型发展的背景下，空间信息平台已具备一定的基础，进入到全方位、多层次推进智慧应用的新阶段，更新发展理念，创新应用模式，突破系列技术难题，促进各行业的智慧转型，是当前重要的战略任务，也是智慧城市发展的内在需要。

本文以构建智慧城市空间基础信息平台为目标，从体系架构、信息感知、数据整合和自适应服务等方面对空间信息平台发展特征和技术内涵进行了探讨，本文的部分研究成果在智慧深圳的建设中得以实践，为智慧城市的发展，以及测绘的信息化转型提供了典型示范。

参考文献［１］　郭仁忠，陈学业．数字城市测绘体系初探［Ｊ］．测绘通报，２０１０（６）：１－４．［２］　宁津生，杨凯．从数字化测绘到信息化测绘的测绘学科新进展［Ｊ］．测绘科学，２００７，３２（２）：５－１１．［３］　郭仁忠．地理信息服务：数据在线到应用在线［Ｊ］．地理信息世界，２０１３，２０（２）：１１－１５．［４］　李德毅．云计算支撑信息服务社会化，集约化和专业化［Ｊ］．重庆邮电大学学报（自然科学版），２０１０，２２（６）．［５］　刘一，彭子凤，刘江涛．智慧型空间信息平台关键技术及智慧深圳探索［Ｊ］．测绘通报，２０１３（６）：７８－８１．［６］　艾廷华，李精忠．尺度空间中ＧＩＳ数据表达的生命期模型［Ｊ］．武汉大学学报·信息科学版，２０１０（７）：７５７－７６２．［７］　杜清运，任福，蔡忠亮．基于本体模型的自主制图服务中间件关键技术研究［Ｊ］．中国科技成果，２０１３，２１．［８］　郭仁忠，刘江涛，彭子凤，等．开放式空间基础信息平台的发展特征与技术内涵［Ｊ］．测绘学报，２０１２，４１（３）：３２３－３２６．Ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｇｅｏｓｐａｔｉａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｆｏｒ　Ｓｍａｒｔ　ＣｉｔｙＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｓｍａｒｔ　Ｃｉｔｙ，ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ　ｄｅｍａｎｄｓｏｆ　ｇｅｏｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ　ａｗａｒｅｎｅｓｓ，ｄａｔａ　ｆｕｓｉｏｎ，ｏｎ－ｄｅｍａｎｄ　ｓｅｒｖｉｃｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｃｏｎｎｏｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｇｅｏｓｐａｔｉａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｆｏｒ　Ｓｍａｒｔ　Ｃｉｔｙ，ａｎｄ　ｆｏｃｕｓｅｄｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｉｅｓ，ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｌｏｕｄ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｐａｒａｄｉｇｍ，ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ　ａｗａｒｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ，ｏｎｌｉｎｅ　ｄａｔａ　ｕｐｄａｔｉｎｇ，ｉｎ－ｄｅｐｔｈ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ａｄａｐｔｉｖｅｇｅｏ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｇｅｏｓｐａｔｉａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｉｎＤｉｇｉｔａｌ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　ａｎｄ　Ｓｍａｒｔ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｍａｒｔ　Ｃｉｔｙ；ｇｅｏｓｐａｔｉａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｄａｔａ　ａｗａｒｅｎｅｓｓ；ｄａｔａ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ａｄａｐｔｉｖｅ　ｓｅｒｖｉｃｅＬＩＵＪｉａｎｇ ｔａｏ，ＰＥＮＧ　Ｚｉ－ｆｅｎｇ，ＴＡＮＧ　Ｌｉｎｇ－ｊｕｎ（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｇｅｏｓｐａｔｉａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５１８０３４，Ｃｈｉｎａ）８３。