CN106897954A - 智慧城市时空信息云平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智慧城市时空信息云平台，包括应用层、逻辑层、数据层以及支撑层；应用层提供人机交互界面，逻辑层提供时空数据管理服务系统及时空数据接入平台，数据层设有多个数据库，用于存储不同的时空数据源，支撑层包括数据库服务器以及用于提供最终用户访问的应用服务器。本发明提供一种能够整合孤立、分散的公共服务资源，强化多部门联合监管和协同服务，增强民生领域信息服务能力，推进民生领域信息化深度应用，提升公共服务均等普惠水平的时空信息云平台。

Description

智慧城市时空信息云平台

技术领域

本发明涉及公共服务信息化领域，具体来说，涉及一种智慧城市时空信息云平台。

背景技术

国务院在2013年发布《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》(国发[2013]7号)和《国务院关于促进信息消费扩大内需的若干意见》(国发[2013]32号)，提出推动智慧城市建设，在有条件的城市开展智慧城市试点示范建设，提升公共服务信息化水平。为进一步推进公共信息化服务在民生领域的落实，国家发展改革委、中央编办、工业和信息化等部门联合发布《关于加快实施信息惠民工程有关工作的通知》(发改高技[2014]46号)，提出要整合孤立、分散的公共服务资源，强化多部门联合监管和协同服务，增强民生领域信息服务能力，推进民生领域信息化深度应用，提升公共服务均等普惠水平。智慧城市时空信息云平台通过泛在网络、传感设备、智能计算等新型高科技手段，实时汇集城市各种时空信息，实现智慧城市四个层次的集成整合，实现可透视、感知、广泛互联互通、辅助智能决策、灵性、安全可靠的地理信息综合服务，这也是是现代测绘地理信息服务城市建设与发展的重要方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够整合孤立、分散的公共服务资源，强化多部门联合监管和协同服务，增强民生领域信息服务能力，推进民生领域信息化深度应用，提升公共服务均等普惠水平的时空信息云平台。

本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：

智慧城市时空信息云平台，包括应用层、逻辑层、数据层以及支撑层：

应用层提供人机交互界面，接收用户输入信息，调用后台接口经由逻辑层进行业务逻辑处理，并将最终处理结果在人机交互界面上进行展示；

逻辑层提供时空数据管理服务系统，包括：时空数据引擎模块、时空动态数据接入管理模块、典型社会经济数据关联模块、基础时空数据服务模块、按需出图基础服务模块、服务发布管理模块、服务组装管理模块；时空数据引擎模块实现对基础地理信息数据、典型传感器动态数据、政务基础数据、非空间公共数据进行提取与入库操作，建立时空索引；时空动态数据接入管理模块对典型传感器进行注册，对注册后的传感器实时采集的数据进行接入，并对接入的数据进行可视化展示、查询与管理；典型社会经济数据关联模块对多部门不同来源的时空数据建立起相互间的时空关联关系，为时空数据的进一步数据挖掘与分析服务奠定基础；基础时空数据服务模块对基础地理空间数据提供查询检索服务；按需出图基础服务模块针对不同行业的地图应用需求，提供在线的制图信息配置，根据需要实现在线制图出图；服务发布管理模块包含服务管理模块和服务运维模块，前者包括服务注册、服务发布、服务运行控制以及服务查询展示功能，后者提供包括针对普通用户的服务申请，以及针对管理员的服务审核和服务运维监控；服务组装管理模块实现云服务资源的自动或半自动查找，按照服务链工作流程进行编排和执行，提供在线处理服务组合和发布功能，实现时空数据深层次集成和增值利用；

数据层设有多个数据库，用于存储不同的时空数据源，所述多个数据库包括：时空基础元数据库、基础地理空间数据库、专题空间数据库、动态传感器数据库、政务基础数据库、时空运维数据库；

支撑层包括数据库服务器以及用于提供最终用户访问的应用服务器。

优选地，典型传感器包括视频类传感器、北斗或GPS类传感器、原位类传感器。

优选地，时空数据引擎模块的数据入库操作包括接收数据、设置数据的入库类型，对数据进行基础信息检查预处理、存入相应数据库同时创建元数据信息并存入时空基础元数据库。

优选地，基础地理空间数据包括二维矢量数据、基础影像数据、DEM数据、地名地址数据。

优选地，时空数据引擎模块通过数据库访问的形式建立与典型社会经济数据关联模块、基础时空数据服务模块、按需出图基础服务模块的连接，通过服务请求的形式建立与人机交互界面的连接。

优选地，人机交互界面的站点包括新闻、在线制图、生活服务、服务案例、后台管理。

优选地，典型社会经济数据关联模块对多部门不同来源的时空数据建立的相互间的时空关联关系，包括人、地、物、房、组织机构间的内在关联。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明智慧城市时空信息云平台的时空数据管理服务系统结构示意图；

图2是本发明智慧城市时空信息云平台的流程示意图；

图3是本发明智慧城市时空信息云平台的通用数据模型结构；

图4是本发明智慧城市时空信息云平台的时空数据引擎模块的系统架构图；

图5是本发明智慧城市时空信息云平台的时空动态数据接入管理模块的系统架构图；

图6是本发明智慧城市时空信息云平台的典型社会经济数据关联模块的系统架构图；

图7是本发明智慧城市时空信息云平台的按需出图基础服务模块的系统架构图；

图8是本发明智慧城市时空信息云平台的服务发布管理模块的系统架构图。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。

如图1-2所示，智慧城市时空信息云平台，包括应用层、逻辑层、数据层以及支撑层。

应用层提供人机交互界面，接收用户输入信息，通过门户网站调用后台接口经由逻辑层进行业务逻辑处理，并将最终处理结果在人机交互界面上进行展示。人机交互界面的站点包括新闻、在线制图、生活服务、服务案例、后台管理。

逻辑层提供时空数据管理服务系统，包括：时空数据引擎模块、时空动态数据接入管理模块、典型社会经济数据关联模块、基础时空数据服务模块、按需出图基础服务模块、服务发布管理模块、服务组装管理模块。

数据层设有多个数据库，用于存储不同的时空数据源，所述多个数据库包括：时空基础元数据库、基础地理空间数据库、专题空间数据库、动态传感器数据库、政务基础数据库、时空运维数据库。

支撑层包括数据库服务器以及用于提供最终用户访问的应用服务器。

时空数据引擎模块实现对基础地理信息数据、典型传感器动态数据、政务基础数据、非空间公共数据进行提取与入库操作，建立时空索引，并进行多层次、多模式的检索，实现各类数据库间的高效访问与跨库联合检索。基础地理空间数据包括二维矢量数据、基础影像数据、DEM数据、地名地址数据。时空数据引擎模块的数据入库操作包括接收数据、设置数据的入库类型，对数据进行基础信息检查预处理、存入相应数据库同时创建元数据信息并存入时空基础元数据库。

如图4所示，时空数据引擎模块采用多层体系结构设计，通过对多层次的搭建既可以使日常复杂的计算机管理及维护变成简单化，又可以变成轻松搭建其他子系统，管理系统软件，变得轻而易举。多层次的体系结构，将管理应用、管理服务、数据库操作支撑逻辑等有效的独立开，使整个体系清晰化、简单化。

时空数据引擎模块包括：

1.基础设施，包括基础系统和数据库软件以及硬件，提供稳定可靠的应用环境，保证其与其它系统之间的交互畅通；

2.时空数据层，在各类数据库引擎以及数据库中间件的支持下，设计不同类型数据的存储管理标准规范，针对基础地理空间数据、专题空间数据、动态数据、政务基础数据的特性和应用需求，按设计存储规范，进行分库管理，不同数据源有专门的数据库存储，但所有数据的元数据信息都进行统一的管理，方便数据的检索；

3.管理服务层，时空数据引擎的管理服务，针对二维空间数据采用稳定可靠的ArcObject库开发的通用管理服务，针对政务基础类数据采用Oracle发布的ODP.NET中间件开发的通用管理服务，针对动态数据采用MongoDB官方发布的.Net驱动库进行通用服务开发，三维数据管理服务则直接采GIS三维平台提供的模型数据处理和管理服务；

4.管理应用层，最直接的用户接口，根据系统需求进行模块的划分，直观的以界面功能按钮或菜单的形式将各种操作友好的展示出来，用户根据各功能点，来实现时空数据的入库、转换、检查、视图操作等。

时空数据引擎模块设计的关键点在于：

1，时态信息构建，时空信息数据需进行构建时间戳，可以在业务层面展示数据的历史变迁，时空信息数据管理系统需要提供对数据对象进行构建时间属性记录数据时态变革，从而满足业务应用层面更多的展示需求；

2，接口无缝对接，系统设计遵循高度融合、系统低度耦合，保证系统的独立性，时空数据引擎软件套件作为时空信息云平台的核心部件，保证在系统使用过程中业务的处理能流畅完成；

3大规模动态数据存储，动态数据由于其数据量大，数据查询检索要求的效率要求高的特点，本管理套件用采用MongoDB数据库分布集群的方式进行部署存储动态数据，并根据不同类型的动态数据，优化建立不同类型的动态数据索引。

时空动态数据接入管理模块对典型传感器进行注册，对注册后的传感器实时采集的数据进行接入，并对接入的数据进行可视化展示、查询与管理。典型传感器包括视频类传感器、北斗或GPS类传感器、原位类传感器，如视频传感器、智能学生卡、运营车辆、井盖原位传感器等。

如图5所示，时空动态数据接入管理模块提供了对城市不同传感器(如城市视频监控、运营车辆定位、学生卡定位、原位传感器)观测信息的管理功能，共分为终端设备层、通讯协议层、数据接入层、时空数据层。终端设备层，是时空动态数据接入与管理软件的传感器接入设备，包括视频传感器、运营车辆、学生卡、原位传感器；通讯协议层，终端传感器按照不同的协议，实现在通讯网络中的传输，包括移动终端网络、以太网、WIFI、光纤通信；数据接入层，提供时空动态信息管理工具，经服务注册、接入服务、管理工具实现实时动态数据的接入；时空数据层，将动态数据按照建库要求规范写入到动态数据库㕜。

时空动态数据接入管理模块的设计关键点在于：

1，实时数据库，采用Mongodb进行数据管理，MongoDB是一个高性能，开源，无模式的文档型实时数据库，是当前NoSQL数据库产品中最热门的一种；数据库可以采用分布式多节点部署，提高实时数据的性能，Mongdb数据库的优点是无模式、查询与索引方式灵活，是最像SQL的Nosql、支持复制集、主备、互为主备、自动分片等特性；

2，时空动态数据分析检索，采用传感器的注册来管理接入的传感器，实现传感器有序和实时地数据上传，同时，对上传的实时数据进行服务发布，提供各种行业应用。

典型社会经济数据关联模块对多部门不同来源的时空数据建立起相互间的时空关联关系，包括人、地、物、房、组织机构间的内在关联，为时空数据的进一步数据挖掘与分析服务奠定基础。

如图6所示，典型社会经济数据关联模块的系统架构包括：

1，数据层，数据层即底层数据库，包括：基础地理信息数据库、地名地址库、人口库、法人库、社会经济库、行政区数据库、房屋数据库；

2，服务层，本套件的核心层，数据的关联分析都是以服务的形式提供，服务层提供空间关联分析服务、时序关联分析服务、非空间数据关联分析服务、政务数据关联分析服务；

3，应用层，应用层分为源数据管理、服务管理、结果展示，源数据管理包括数据源的添加、删除、更新等；服务管理包括服务层提供的服务的创建、更新、删除、授权等；结果展示用来展示服务调用后数据关联分析的结果。

典型社会经济数据关联模块的设计关键点在于遵循高度融合、系统低度耦合，保证系统的独立性。针对不同的数据源做到都能正常地进行数据关联分析。

基础时空数据服务模块对基础地理空间数据提供查询检索服务。包括：1，服务生产，面向服务提供者，包括政务资源服务及地图服务、网络要素、三维地形服务、地面地址服务等各类OGC地图标准服务的生产；2，服务资源管理，面向平台管理员，包括服务资源以及服务资源元数据服务查询、检索、统计等基本服务。

按需出图基础服务模块针对不同行业的地图应用需求，提供在线的制图信息配置，根据需要实现在线制图出图。

按需出图基础服务模块采用多层平台的体系结构设计，多层平台的体系结构可以综合管理计算机硬件、操作系统、数据库、应用服务等，使管理变得统一有序，调整资源变得简易化。

如图7所示，系统主要由数据层、服务层和应用层三部分组成。数据层主要是以时空信息服务平台为基础，构建了共享库、基础地理库、专题地理库和动态信息库，通过对数据的各种操作以提供满足应用要求的基础数据；服务层基于基础数据内容构建的数据和功能服务，主要包括地图图层数据服务、特定行业数据查询服务、特定行业数据出图服务、动态信息查询服务、地理国情统计出图服务等，通过这些服务构建各种满足用户要求的应用功能；应用层是搭建在服务层之上，并通过一系列的二次开发工作形成的综合应用，包括地图图册数据浏览与出图、行业数据出图与查询、用户需求定制等。

服务发布管理模块包含服务管理模块和服务运维模块，前者包括服务注册、服务发布、服务运行控制以及服务查询展示等功能，后者提供包括针对普通用户的服务申请，以及针对管理员的服务审核和服务运维监控，其系统架构如图8所示，包括：

数据支撑层，用于存放服务管理和发布软件基础数据库，它包括服务注册信息库，服务发布信息库以及运维信息库；服务注册信息库用于保存服务管理注册信息，服务发布信息库用于保存注册的服务id和访问代理服务的映射关系，同时记录代理服务的当前状态，运维信息库包括用户注册信息、服务访问权限信息、服务访问日志信息等；

服务支撑层，用于提供服务管理的基础接口，以及在线服务代理访问管理、用户认证和服务访问日志记录的等服务接口；

代理/认证层，提供软件统一的登录认证和服务代理访问接口；

应用层，面向用户，提供包括管理员服务管理、运维、发布，以及普通用户的服务订阅和服务调用等；

服务发布管理模块的设计关键点在于：

1，使用较高版本并且使用稳定的Java版本开发，Oracle在每个新版中都会对性能做出一定改进；

2，代理服务使用较为精简的设计，将一些非必要性的阻塞操作放在代理流程之外来做；

3，使用缓存技术，减少频繁的数据库读写；

4，代理服务尽量做到无状态，有状态的情况下Session中尽可能少的存放数据，实施时在集群分发和负载策略上进行精细的调优。

服务组装管理模块该系统使用服务注册中心支持云服务资源的注册与发现，使用流程编排工具对服务链工作流程进行编排；使用流程管理工具支持流程的的部署、卸载、删除，以及实现流程服务的自动发布功能和执行；使用流程执行引擎来响应外部请求，对流程进行调度执行，在执行中可以按照流程图适配和调用对应的服务；通过流程监控工具对流程执行实例进行监控，跟踪流程的执行进度，记录流程中产生的数据，并记录流程调用中产生的错误，并支持错误的修复。

时空数据引擎模块通过数据库访问的形式建立与典型社会经济数据关联模块、基础时空数据服务模块、按需出图基础服务模块的连接，通过服务请求的形式建立与人机交互界面的连接。

时空基础元数据库用于存储各类时空数据的元数据信息；基础地理空间数据库用于存储DEM、DOM、DLG、地名地址数据、三维数据、新型数据等；专题空间数据库用于存储道路网、房屋专题、城市部件、城市管线、地理国情、公众POI等数据信息；动态传感器数据库采集实时位置数据，物联网传感器实时采集数据，包括视频类传感器数据(如城市主要干道的视频监控数据)、北斗/GPS类数据(如浮动车数据等)、原位类传感器数据(如智能井盖数据等)；政务基础数据库用于存储人口数据、法人数据、社会经济数据、关联数据、统计信息数据等；时空运维数据库用于存储平台用户管理数据、服务运维数据。

传统空间数据所采用的快照模型、增量模型、时空立方体模型等，都是被动式的时空信息表达，不能从根本上解答智慧城市时空过程和时空事件是如何发生及如何发展的问题。通过对现有时空数据和实时接入传感数据进行归纳、抽象、统一描述，建立面向时间属性集成表示的通用时空数据模型。综合栅格数据结构和矢量数据结构的数据描述方法，从连续和离散表达两个角度，对城市对象的空间特征进行抽象表达，形成通用数据模型结构，如图3所示。

同传统的空间数据库不同，立足于智慧城市时空信息云平台的数据库应是一个基于统一北斗时空基准，以时间、位置为纽带动态关联事物或事件的多时态、多主题、多层次、多粒度信息的全息图，它包含二三维、地上下、室内外、历史实时、静态动态等信息，能够挂接其他行业部门的共享业务数据。

时空数据管理服务系统采用不同的数据引擎做支撑，采用综合集成框架进行集成，设计通用的公共数据查询管理服务工具，配合多种时空数据展示技术，以实现对基础地理信息数据(包括二维和三维空间数据)、典型传感器动态数据(包括视频数据、原位传感器以及北斗/GPS定位数据)、政务基础数据等数据的提取与标准化入库操作。时空数据引擎需要管理空间、非空间，动态和静态数据，针对数据管理和功能开发上的需求，分别在数据库引擎、软件结构设计、基础组件平台以及软件开发语言和方式上进行设计。包括采用成熟高效的数据引擎管理时空数据；采用管理服务(Manage Service)和管理应用(ManageApplication)的分层架构；采用ArcGIS平台作为二维空间数据开发平台；采用NET技术开发平台；采用基于插件式管理的插件框架。

本发明智慧城市时空信息云平台数字城市地理空间框架的延伸与发展，以用户为中心，围绕用户需求通过动态关联和多源处理、数据语义映射、智能分析和按需抽取来进行服务数据和产品的定制化生成。以全息地图为基础，以平台为核心，以智能应用来导向，通过同各类型的行业应用进行数据关联和数据共享共建，建立开发的智慧城市时空信息云平台应用体系，转变以前各行业单项被动接收使用的应用模式，改为更加积极、主动的双向按需服务的应用模式，从而接纳更多的行业应用，保障时空信息云的持续发展，促进数字城市向智慧城市转变。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.智慧城市时空信息云平台，其特征在于，包括应用层、逻辑层、数据层以及支撑层：

应用层提供人机交互界面，接收用户输入信息，调用后台接口经由逻辑层进行业务逻辑处理，并将最终处理结果在人机交互界面上进行展示；

逻辑层提供时空数据管理服务系统，包括：时空数据引擎模块、时空动态数据接入管理模块、典型社会经济数据关联模块、基础时空数据服务模块、按需出图基础服务模块、服务发布管理模块、服务组装管理模块；时空数据引擎模块实现对基础地理信息数据、典型传感器动态数据、政务基础数据、非空间公共数据进行提取与入库操作，建立时空索引；时空动态数据接入管理模块对典型传感器进行注册，对注册后的传感器实时采集的数据进行接入，并对接入的数据进行可视化展示、查询与管理；典型社会经济数据关联模块对多部门不同来源的时空数据建立起相互间的时空关联关系，为时空数据的进一步数据挖掘与分析服务奠定基础；基础时空数据服务模块对基础地理空间数据提供查询检索服务；按需出图基础服务模块针对不同行业的地图应用需求，提供在线的制图信息配置，根据需要实现在线制图出图；服务发布管理模块包含服务管理模块和服务运维模块，前者包括服务注册、服务发布、服务运行控制以及服务查询展示功能，后者提供包括针对普通用户的服务申请，以及针对管理员的服务审核和服务运维监控；服务组装管理模块实现云服务资源的自动或半自动查找，按照服务链工作流程进行编排和执行，提供在线处理服务组合和发布功能，实现时空数据深层次集成和增值利用；

数据层设有多个数据库，用于存储不同的时空数据源，所述多个数据库包括：时空基础元数据库、基础地理空间数据库、专题空间数据库、动态传感器数据库、政务基础数据库、时空运维数据库；

支撑层包括数据库服务器以及用于提供最终用户访问的应用服务器。

2.根据权利要求1所述的智慧城市时空信息云平台，其特征在于，典型传感器包括视频类传感器、北斗或GPS类传感器、原位类传感器。

3.根据权利要求1所述的智慧城市时空信息云平台，其特征在于，时空数据引擎模块的数据入库操作包括接收数据、设置数据的入库类型，对数据进行基础信息检查预处理、存入相应数据库同时创建元数据信息并存入时空基础元数据库。

4.根据权利要求1所述的智慧城市时空信息云平台，其特征在于，基础地理空间数据包括二维矢量数据、基础影像数据、DEM数据、地名地址数据。

5.根据权利要求1所述的智慧城市时空信息云平台，其特征在于，时空数据引擎模块通过数据库访问的形式建立与典型社会经济数据关联模块、基础时空数据服务模块、按需出图基础服务模块的连接，通过服务请求的形式建立与人机交互界面的连接。

6.根据权利要求1所述的智慧城市时空信息云平台，其特征在于，人机交互界面的站点包括新闻、在线制图、生活服务、服务案例、后台管理。

7.根据权利要求1所述的智慧城市时空信息云平台，其特征在于，典型社会经济数据关联模块对多部门不同来源的时空数据建立的相互间的时空关联关系，包括人、地、物、房、组织机构间的内在关联。