特大城市地理信息數據管理與服務體系建設關鍵技術及應用

隨著信息化測繪步伐的推進，云計算、Web2.0、大數據管理和挖掘等新技術給新時代地理信息管理與服務帶來了新的機遇。近幾年來，政府、企業、社會大眾對于地理信息的需求越來越廣泛和迫切，“數字城市”建設、社會精細化管理、科學決策、應急保障、地理國情普查與監測等也對測繪地理信息保障服務能力提出了新的要求。對于城市尤其是特大城市而言，長期測繪生產形成了大量地理信息數據，城市的快速增長也導致大量新的空間數據加速產生。同時，隨著新技術的涌現和網絡體驗的不斷增強，政府、企業和社會大眾對服務響應的速度和質量要求空前高漲，個性化需求層出不窮，傳統的地理信息數據管理與服務模式在數據庫管理與服務能力、數據更新速度、資源整合與挖掘等方面都已經不能滿足要求，迫切需要進行全方位的提升。

在此背景下，北京市測繪設計研究院于2012年4月正式啟動“特大城市地理信息數據管理與服務體系建設關鍵技術及應用”項目, 分兩年投入近千萬元，其中軟件開發和數據整理588萬元，軟硬件基礎設施274萬元，以由生產型向保障服務型轉型為方向，以提供主動、及時、按需服務為目標，開展特大城市地理信息數據管理與服務體系建設關鍵技術研究，并在北京市地理信息數據管理與服務實踐中進行了應用。

一、總體思路

“特大城市地理信息數據管理與服務體系建設關鍵技術及應用”項目目標為“整合地理信息資源，創新產品與服務模式，完成測繪生產型向保障服務型的轉變，實現主動服務、及時服務和按需服務”。形成基于云架構，對特大城市海量空間數據進行梳理、整合、建庫和系統開發應用的成套技術方案，并成功運用到北京市地理信息數據管理與服務體系建設中，實現地理信息資源的有效整合和主動、及時、按需的服務。

二、技術方案與創新成果

“特大城市地理信息數據管理與服務體系建設關鍵技術及應用”項目分為整體設計、軟硬件平臺建設、數據基礎建設、系統開發、運營推廣五個步驟進行，具體如圖1所示。

項目以標準規范體系、IT基礎設施建設、應用安全防護建設為支撐，建設了內容綜合、動態更新的數據庫，通過數據資源集成展示系統、數據產品分發服務系統、數據資源集成展示系統和數據產品分發服務門戶網站形成了數據的存儲中心、處理中心和服務中心，從而提升了對各類用戶的服務能力。總體技術架構如圖2所示。

項目采用的具體技術方案包括：

1．基于“私有云”的軟硬件平臺構建。突破GIS應用資源的自動化調度及動態分配、海量空間數據及GIS應用服務的快速備份及恢復等關鍵技術，結合虛擬化、集群、容災等IT技術，整合原有獨立、分散的計算、存儲和網絡資源，形成統一的CPU、內存、存儲等資源池，并建立“私有云”運行監控管理平臺。

2．空間數據資源規劃。建立了一套層級分類和時間序列相結合的特大城市地理信息數據組裝管理模型，系統而全面地將北京市地上地下、多源、異構、多時態、多尺度、海量空間數據進行了梳理，形成了資源目錄，并規劃了各類數據從生產到服務的更新流程。

3．數據庫建設。突破了NoSQL數據庫存儲與操作異構空間數據等關鍵技術，采用關系型數據庫、非關系型數據庫和文件數據庫結合的方式，建成了成果庫、服務庫、個人數據庫和元數據庫，實現了數據的整合，并將所有數據以服務方式對外提供。

4．數據資源集成管理系統開發。突破了地理信息數據增量更新和分發服務主動更新關鍵技術，實現了基于資源目錄的數據及其元數據的入庫、更新及管理；實現了各類數據的更新，尤其是與內外業一體化數據成果的同步更新；實現了大數據量矢量、柵格數據的精細化分發；實現了已分發數據更新的自動發現和主動提醒。

5．數據資源集成展示系統開發。突破了海量二三維數據服務發布、街景服務發布、BI多維分析、在線專題圖等關鍵技術，通過目錄樹、二維、三維、二三維聯動、雙屏、四屏、歷史時間軸、房屋立體化、街景、街景三維聯動等方式，實現全面、多角度、靈活、個性化的數據展現。同時通過基于GIS的統計分析、基于BI的建筑面積多維分析、基于No SQL的在線個性化專題圖分析，展現強大的數據分析能力。

6．數據產品分發服務系統開發。創新了基于Mashup的空間數據情景式應用分析模式，基于NoSQL實現了個人工作空間，實現了對踏勘選點、路線規劃、數據申請、數據下載、成果目視檢查等測繪生產日常工作的支持。針對特大城市工程數量多、數據使用頻繁的情況，設計了多種分發模式，且基于分發模型實現了方便、靈活的在線分發。

7．數據產品分發門戶網站開發。采用服務融合技術，基于“天地圖.北京”底圖，實現按空間范圍查詢數據目錄的功能，為公眾查詢基礎測繪資料提供了便利。

項目在基于“私有云”的特大城市空間數據中心建設技術、空間數據資源規劃技術、個性化空間數據情景式應用和NoSQL數據庫存儲與操作異構空間數據等方面具有創新性。項目組成員發表論文10篇，項目開發的軟件系統獲得了計算機軟件著作權認證4項。

三、應用情況

項目于2013年1月通過預驗收并上線試運行，平臺系統運行一年多來，項目成果在北京市“數字城市”建設、第一次地理國情普查和政府各委辦局政務信息化建設中發揮了顯著作用。建立的北京市海量異構的地理信息數據庫和服務體系，為“數字房山”、“數字豐臺”和“數字中關村”等北京市“數字城市地理空間框架”項目建設提供了有效的空間數據支撐。并為北京市150多家企、事業單位和科研機構提供了數據服務。

此外，基于項目建設成果和推廣應用需求，又陸續在北京市和國家有關部委成功申報立項了“北京市城鄉規劃數據中心建設”、“北京市地理國情普查數據庫及信息系統建設”和“智慧故宮”等空間大數據管理與應用開發項目，創造了良好的經濟效益和社會效益。通過項目建設積累的技術經驗和應用經驗，平臺已經推廣到了多個應用單位，并具有良好的應用推廣前景。