智慧时空信息平台的探索与实践

李成名●中国测绘科学研究院2019.7.22（浙江.宁波）智慧城市时空大数据平台的思考、探索与实践最近，测绘体制机制发生了巨大变化……3模拟测绘体系数字化测绘体系信息化测绘体系新型基础测绘体系产品形式：纸质等模拟地图代表技术：平板仪、全站仪、水准仪生产模式：人工展点、绘制（小笔尖绘图）质检形式：纸图质检体系产品形式：4D产品（DLG、DOM、DEM、DRG）代表技术：JX4、VirtuoZo、数字航摄仪生产模式：计算机辅助下人工作业质检形式：数字产品质检体系牵头实施的三件事情–1.新型基础测绘产品形式：NSF关键技术：基于网络的地情变化情报挖掘、

天-空-地-人一体化获取处理、

自动解译、自动综合生产模式：基于网络的大众参与式测绘质检形式：全数字化质检体系基于商用密码的测绘安全体系改造新型基础测绘体系构建新型基础测绘——〉构建实体中国5数字化测绘体系信息化测绘体系新型基础测绘体系

第一个半步：安全体系改造

第二个半步：新型基础测绘体系构建要实现互联网条件下的新型测绘体系创建物联网、互联网新型基础测绘体系牵头实施的三件事情–2.国产密码应用12国家保密局、自然资源部和联参战场环境保障局2018年《测绘地理信息管理工作国家秘密范围的规定》《公开地图内容表示若干规定》（2003年）《公开地图内容表示补充规定》（2009年）基础地理信息公开表示内容的规定（试行）小于6平方千米平面位置精度小于25米的水系、居民地、交通、管线等专题要素平面位置精度优于25米的遥感影像、非正射影像敏感（60%-80%）保密（10%-20%）物联网、互联网测绘体系X断开公开（10%-20%）7基于国产密码的数字化测绘安全体系改造（***-***专项）……卫星导航定位基准站数据及服务密码升级改造应急测绘地理空间信息密码改造地理空间信息采集与处理体系密码升级改造地理空间信息存储与管理体系密码升级改造时空信息综合服务平台密码升级改造自动驾驶地图在线更新安全技术改造提速减负再造国家密码平台省级密码平台市级密码平台测绘安全体系改造12敏感地理信息：①基于商密改造***-***国产密码专项——〉构建众源测绘1、新型基础测绘体系创建2、智慧城市时空大数据平台建设安全保障三者之间关系3、国产密码应用专项（***-***专项）安全保障测绘自身革命；智慧城市融入主流；国产密码提供保障CONTENTS内容纲要探索与实践：服务化→知识化0301城市信息化发展历程：模拟化→信息化→服务化→知识化回顾与反思：信息化→服务化02智慧时空信息平台0405一个实际案例—潍坊06结束语07关键核心点

模拟化→信息化→服务化→知识化城市信息化发展历程01城市信息化发展阶段记录信息（石头、兽皮、竹简、纸质）数据建库（产生、管理）数字城市（上线、交换）智慧城市（汇聚、分享）模拟化信息化服务化知识化城市信息化发展阶段记录信息（石头、兽皮、竹简、纸质）数据建库（产生、管理，继续）数字城市（上线、交换，继续）智慧城市（汇聚、分享）模拟化信息化服务化知识化信息化→服务化回顾与反思02信息化（数据建库）：产生数据、建库解决了效率和无纸化等问题；烟囱林立、空间基底不一、信息陈旧！医疗环保公安……工商规划国土服务化（数字城市）：上线、交换1963-20022002-2015数据建库时代从信息化→服务化的质变信息化：信息系统各自为政、分头建设接口不一、难以共享服务化：数字城市分布存储、服务上线逻辑集中、一站服务服务化（数字城市）：上线、交换解决修“网”路造“地理信息共平台“车解决了空间统一、信息定期更新；烟囱依然高耸林立！工商医疗环保公安……规划国土数字城市完成情况完成了全国北京、上海、天津、重庆等334个地级以上城市及511个县级市和15个省级平台、1个国家平台建设，实现了纵向互通、横向互联。应用情况社会评价中央电视台新闻频道进行了连续10天的系列报道应用情况社会评价人民日报头版头条显著位置报道数字城市建设数字中国，服务国民经济提高行政效率，促进科学管理提供智能调度，提升惠民服务促进行政公开，构建阳光政府“数字城市建设有些方面已经迈入了世界先进行列，有力地提高了城市管理工作的科学化、精细化水平，提升了政府形象。”应用情况社会评价成果境外应用情况成果还辐射美国、英国、日本等境外地区服务化→知识化记录信息（石头、兽皮、竹简、纸质）数据建库（产生、管理，继续）数字城市（上线、交换，继续）智慧城市（汇聚、分享）模拟化信息化服务化知识化服务化→知识化探索与进展03探索的阶段智慧城市（知识化）

是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式。建设智慧城市，对加快工业化、信息化、城镇化、农业现代化融合，提升城市可持续发展能力具有重要意义。外部的启示美国科罗拉多大学博伊德﹒科恩博士进行了一次全球智能城市排名国内存在的问题一哄而上的问题：信息化水平有差异、认识水平有差异、经济条件有差异、市民素质有差异……。发展阶段的不同：信息化、服务化、知识化不同阶段，交织在一起，呈现乱象很正常。——观念、认识问题——人治、法制问题——顶层设计问题——重建设、轻应用——重管理、轻服务——政策标准空白——重模仿、轻创新——共性多、个性少——投资模式单一——条强快弱——复合型人才缺乏——社会动员不够理性的思考Intelligent(智能)

Smart(聪明)

Wisdom(智慧)理性的思考不贪大，聚焦有限目标。不追潮，适合方为最好。期望年代90年代2000年模拟时代地理信息系统数字地球数字城市炒作期低潮期本位期炒作期低潮期年代2010年智慧地球智慧城市本位期炒作期低潮期√信息化（数据建库）：产生数据、建库解决了效率和无纸化等问题；烟囱林立、空间基底不一、信息陈旧！医疗环保公安……工商规划国土服务化（数字城市）：上线、交换解决修“网”路造“地理信息共平台“车解决了空间统一、信息定期更新；烟囱依然高耸林立！工商医疗环保公安……规划国土本质提升：知识化（智慧城市）烟囱变矮（资源汇聚云中心）、融合挖掘、信息即时更新！国土规划医疗环保……工商卫生公安本质提升：智慧城市的质变信息化：信息系统各自为政、分头建设接口不一、难以共享服务化：数字城市分布存储、服务上线逻辑集中、一站服务知识化：智慧城市万物互联、资源汇聚融合挖掘、泛在分享智慧城市特点与困难——从机器相联到万物互联——从分散到多中心汇聚——从静到动——从二三维到全空间——从统计到智能——从虚拟再现到远程控制——从独占到分享——从传统业态到新型业态——从单一投入到多元融资——从政府主导到分工协作特点困难——打破条块分割、资源共享难——建立连续空间、数据融合难——用足数据资源、挖掘分析难——容易跟风模仿、深耕坚持难——鼓励分享信息、确保安全难智慧城市体系架构智慧城市架构及特点时空信息平台政务云市民云新型业态传统产业提升时空大数据政务大数据民务大数据社交大数据运营大数据感知大数据智慧时空信息平台04概念内涵

智慧时空信息平台

是以时空大数据为基础、云计算环境为支撑，依托泛在网络，分布式聚合信息资源，并按需智能提供计算存储、数据、接口、功能、和知识等服务的基础性开放式信息系统。平台架构时空信息平台时空大数据支撑环境支撑环境大纲、标准2013年技术指南2015年技术大纲2017年技术大纲、国家标准技术培训

在昆明、贵阳、宁波市、济南、北京、南宁、哈尔滨、乌鲁木齐、海口组织召开全国性的“智慧时空信息平台培训会”。关键核心点051.资源汇聚汇聚国土公安环保测绘财税工商交通水利……1.1标准规范1.3保密问题（分级分类）资源汇聚连续表达全时空时空大数据1.2共享交换系统时空信息平台1.1标准规范：种类、内容、格式、方式1.1标准规范：种类、内容、格式、方式扩展丰富完善矢量数据、影像数据，丰富精细三维模型、地名地址数据，扩展新型测绘产品等基础地理信息数据；丰富了历史数据。

交换共享共享政府人口、法人、财税、医疗、教育、警务、楼盘等公共专题数据。

交换共享共享总体规划、道路网规划、市轻轨规划、绿道成果规划、综合交通规划、地下空间开发利用规划、农贸规划等空间规划数据。

交换共享共享公安、城管视频，以及公共自行车、环保、废气、废水、雨量、气象等实时感知数据，解析。1.2共享交换系统

1.3保密问题（数据安全分级分类）1.3保密问题（数据安全分级分类）非线性曲线——非线性曲面1.3保密问题（数据安全分级分类）DSM三维模型倾斜影像激光点云2.连续表达连续表达国土公安环保测绘财税工商交通水利……2.1空间连续表达2.2空间一体表达资源汇聚连续表达全时空时空大数据时空信息平台2.1空间连续表达国家级省级市级1:100万1:25万1:5万1:1万1:10001:50001:5001:2000【GooGle、Baidu等：瓦片分级表达】第2级金字塔逐级瓦片切分第1级第3级级别（L）地面分辨率（度/像素）地图显示比例尺数据源比例尺10.7031251:295829355.45451:100万20.35156251:147914677.727330.175781251:73957338.863640.0878906251:36978669.431850.04394531251:18489334.715960.1:9244667.358070.1000000000051:4622333.679080.10000000000251:2311166.839590.100000000001251:1155583.4197100.1000000000056251:577791.7099110.10000000000781251:288895.85491:25万120.100000000003906251:144447.9275130.1000000000069531251:72223.96371:5万148.10000000000629E-051:36111.9819154.10000000000814E-051:18055.99091:1万162.10000000000407E-051:9027.9955171.10000000000703E-051:4513.99771:5000或1:1万185.10000000000515E-061:2256.99891:2000或1:1000192.10000000000258E-061:1,128.501:500或1:1000201.10000000000629E-061:564.25第1级第2级第3级2.1空间连续表达1:5001:2000…

…地图工作站无级地图2.1空间连续表达WJ-III无极地图工作站2.1空间连续表达地图类别：网络电子地图

地区特点：城区

尺度跨越：1:500—1:1000∽1:5万

已经通过通过省、国家审图，获得审图号上网应用场景（1）：天地图市级（56个）、高德、百度2.1空间连续表达原始17级连续表达17级原始16级连续表达16级原始15级连续表达15级原始14级连续表达14级原始13级连续表达13级原始12级连续表达12级原始11级连续表达11级原地图瓦片方法多尺度空间连续表达方法2.1空间连续表达地图类别：自然资源普查专题图地区特点：各种类型

尺度跨越：1:1万—1:2万∽1:80万广东、贵州、甘肃、安徽、云南、北京、南京等13个省、市、县应用场景（2）：省、市、县自然资源普查2.1空间连续表达2.1空间连续表达自然资源普查图0.5小时=15熟练制图人员*3个月2.1空间连续表达2.2空间一体表达：信息模型F（x3,y3,z3,t,l）室内组成建筑外观DEM道路网络建筑物其他设备地表地上独立对象地上对象专题语义层地下建筑地下管线地层构造矿体其他地质体地下独立对象地质对象地下对象地下巷道三维模型三维对象LOD对象核心层几何层几何表达体面线点复合体简单体元体复合面空间曲面多边形简单面复合线线环空间曲线BIM模型CAD模型TINDTMGridDTM多维空间一体表达数据模型2.2空间一体表达：信息模型F（x3,y3,z3,t,l）2.2空间一体表达：信息模型F（x3,y3,z3,t,l）地下地上室内室外虚实++++空间3.全时空全时空国土公安环保测绘财税工商交通水利……3.1实时感知3.2时空统一编码公共专题数据资源汇聚连续表达全时空时空大数据时空信息平台3.3时空序化实时感知数据空间规划数据3.1实时感知发现站点流数据前置数据交换

服务器流数据引擎流数据处理（清洗）任务调度器任务执行器JobHandlerJobHandlerETL服务器ETL服务器AgentAgentNoSQL数据库SQL数据库文件系统事件触发任务传感网Web资源数据库抓取资源事件写入数据SourceSinkChannelInterceptorAgent3.1实时感知3.2时空统一编码

第30层：0.25cm×0.25cm3.2时空序化基础地理信息、历史信息、公共专题信息、实时感知信息、空间规划信息时间序化带有坐标的信息不带坐标的，有地名地址和位置基因的众源数据（政务、社交、感知、企业…）空间序化3.2时空序化带空间坐标信息匹配上图带地名地址信息匹配上图带地名基因匹配上图新型测绘产品（街景）空间规划数据法人数据财税数据视频数据实时感知数据（废水）3.2时空大数据大数据国土公安环保测绘财税工商交通水利……4.1大数据管理结构化半结构化非结构化挖掘框架挖掘方法资源汇聚连续表达全时空时空大数据时空信息平台4.2大数据挖掘4.1时空大数据管理关系数据库操作请求I/O请求串行关系型数据库非关系数据库操作请求I/O请求并行非关系型数据库——“中心-节点”架构——存储的数据类型大多传统基础数据——I/O是串行的，效率低——中心节点宕机后，系统易瘫痪——“去中心”架构——数据类型结构化、半结构化、非结构化——I/O是并行的，效率高——无中心节点，任一节点宕机不影响系统运行HADOOP…DFSclient…DFSclientAPI数据引擎Minitor…DFSclientDataNodeDataNodeDataNodeDataNodeDataNodeTSMaster集群

TSTabletServerDFSFileMemTabletTimeSpatioFilter(read/write)

TSTabletServerDFSFileMemTabletTimeSpatioFilter(read/write)

TSTabletServerDFSFileMemTabletTimeSpatioFilter(read/write)请求访问TSTabletServer节点列表监控集群状态Read/writeRead/writeRead/write4.1时空大数据管理4.2时空大数据挖掘（框架）4.2时空大数据挖掘（方法）基于SDM框架，研究适用于时空大数据的部分挖掘算法。空间共生模式挖掘：空间数据挖掘的一个重要领域，其目标是发现空间中在一起频繁出现的空间特征。频繁模式挖掘：是一类出现较早、并被广泛运用在商业界的数据挖掘方法，最关键的工作就是频繁项集的查找。5.时空信息平台

5.1平台核心功能

5.2微服务架构5.3资源弹性分配云平台（5资源+1系统+5引擎）云服务系统知识化引擎业务流引擎地名址引擎KAASDAAS数据引擎SAASIAASPAAS服务引擎时空大数据资源汇聚连续表达全时空时空大数据时空信息平台5.1平台核心功能5.2微服务架构

内部：由一系列独立的服务构成，独立开发、独立部署、独立进程、管理，便于扩展和维护，适用于大数据量、高并发服务外部：通过网关（GatawayAPI技术），向用户提供统一用户界面和服务接口内部：所有服务接口实现在了一个大的架构下，初期易部署和易扩展，但随着时间的推移，系统逐渐庞大、维护成本提高、响应效率降低、功能扩展困难外部：一种服务一个平台，一个功能一套系统传统：单体+SOA本次：微服务架构5.3资源弹性分配云计算中心弹性提供的资源量—CPU：156颗；内存：950GB—硬盘：64TB；虚拟机：23台通过实验分析CPU对列长度L1（等待处理的任务指标）、未使用内存L2、CPU利用率L3、磁盘IO查询延迟L4

指标能够最大的度量负载能力。其负载能力为：一个实际案例06

目前已有潍坊、老河口、武汉、重庆、聊城、广州、太原、徐州、等46个城市列入试点计划。智慧太原启动智慧徐州评审1.时空大数据：数据资源工作内容实际工作内容矢量数据矢量数据影像数据影像电子地图高程模型数据数据高程模型统一地名地址数据地名地址数据街景影像数据街景影像数据倾斜摄影测量数据倾斜摄影测量数据

三维数据与新型数据三维数据、地理实体数据、360全景数据、省市县融合数据、县级3D数据等国土资源专题数据国土：现状、规划、基本农田保护、基准地价等其他时空专题数据规划：城市总体规划、控制性详细规划、修建性详细规划等人口数据、企业法人数据、扶贫数据、通讯数据、兴趣点数据等教育：教育基础设施、教育人力资源等旅游：旅游景点、旅游线路、旅游基础设施、旅行社等实时监控数据公安5万多实时监控数据实时动态数据地热资源实时监控数据气象局发布的实时数据环保局空气质量实时监控数据水务中心用水实时监测数据数据类型二级分类数据范围数据量完成情况历史与现状公共专题数据法人数据全市域约46万条完成人口数据全市域930多万条完成财税数据全市域约19万条完成专题数据全市域约8万条完成地理市情数据全市域20多图层完成领导专题用途数据全市域17个图层完成潍坊市全市域2018-2020充电桩数据全市域144座超额完成历史名城保护数据主城区4个图层超额完成1.时空大数据：数据资源人口数据（930万条）法人数据（46万条）经济财税数据（19万条）地名地址数据（220万条）数据类型二级分类数据范围数据量完成情况实时感知数据公共自行车数据主城区1296个自行车站点完成空气质量数据全市域38个监测点完成废气数据全市域133个监测点完成污水处理厂数据全市域64个监测点完成废水监测站全市域109个监测点完成雨情数据全市域256个站点完成视频数据全市域2万余个完成天气数据全市域114个完成卫星云图数据全市域历史年份与实时

完成1.时空大数据：数据资源38实时空气质量数据109实时废水数据133实时废气排放数据64实时污水处理厂数据89数据类型二级分类数据范围数据量完成情况空间规划数据道路网成果规划数据全市域18层完成潍坊市轨道交通线网规划图主城区6条路线超额完成绿道成果规划数据全市域23层完成综合交通规则数据全市域22层完成地下空间开发利用规划图主城区15层超额完成总体规划图全市域47层完成农贸规划数据全市域11层完成1.时空大数据：数据资源6大类、129个图层规划数据1.时空大数据：大数据管理前端：

流数据实时处理与分析后端：分布式数据库集群监控中心：时空大数据管理与应用一中心两系统首页2.时空信息平台政务门户公众门户移动门户政务网互联网移动网智慧城市时空信息平台（通用，规划、生态专业）天地图移动客户端2.时空信息平台：功能大数据云汇聚资源池超引擎

云应用

云管控

国土局机房潍坊市云计算中心基础地理信息数据库时空大数据（公共专题、实时感知、空间规划）时空信息云平台（通用、专题、个性、公众）信息资源共享交换系统2.时空信息平台：功能智慧国土智慧公安智慧城管智慧街道智慧环保3.智慧应用：96序号应用名称部门应用类型1测政管理信息系统潍坊市国土局政务网2土地登记网上审批系统潍坊市国土局政务网3潍坊市国有建设用地使用权矿业权网上交易系统潍坊市国土局互联网4国土资源综合管理服务平台（含数据中心）潍坊市国土局政务网5国土资源综合监管平台潍坊市国土局政务网6土地储备信息管理系统潍坊市国土局政务网7国土资源建设用地审批管理系统潍坊市国土局政务网8国土资源土地供应信息系统潍坊市国土局政务网9潍坊市房产楼盘专题系统潍坊市国土局互联网10潍坊市教育专题系统潍坊市教育局互联网11潍坊市旅游专题系统潍坊市旅游局互联网12潍坊市专题采集管理系统潍坊市国土局互联网、移动端13潍坊市校园安保系统潍坊市公安局公安专网14警用地理信息基础平台潍坊市公安局公安专网1