特大城市地理信息数据管理与服务体系建设关键技术及应用
随着信息化测绘步伐的推进，云计算、Web2.0、大数据管理和挖掘等新技术给新时代地理信息管理与服务带来了新的机遇。近几年来，政府、企业、社会大众对于地理信息的需求越来越广泛和迫切，“数字城市”建设、社会精细化管理、科学决策、应急保障、地理国情普查与监测等也对测绘地理信息保障服务能力提出了新的要求。对于城市尤其是特大城市而言，长期测绘生产形成了大量地理信息数据，城市的快速增长也导致大量新的空间数据加速产生。同时，随着新技术的涌现和网络体验的不断增强，政府、企业和社会大众对服务响应的速度和质量要求空前高涨，个性化需求层出不穷，传统的地理信息数据管理与服务模式在数据库管理与服务能力、数据更新速度、资源整合与挖掘等方面都已经不能满足要求，迫切需要进行全方位的提升。
在此背景下，北京市测绘设计研究院于2012年4月正式启动“特大城市地理信息数据管理与服务体系建设关键技术及应用”项目, 分两年投入近千万元，其中软件开发和数据整理588万元，软硬件基础设施274万元，以由生产型向保障服务型转型为方向，以提供主动、及时、按需服务为目标，开展特大城市地理信息数据管理与服务体系建设关键技术研究，并在北京市地理信息数据管理与服务实践中进行了应用。
一、总体思路
“特大城市地理信息数据管理与服务体系建设关键技术及应用”项目目标为“整合地理信息资源，创新产品与服务模式，完成测绘生产型向保障服务型的转变，实现主动服务、及时服务和按需服务”。形成基于云架构，对特大城市海量空间数据进行梳理、整合、建库和系统开发应用的成套技术方案，并成功运用到北京市地理信息数据管理与服务体系建设中，实现地理信息资源的有效整合和主动、及时、按需的服务。
二、技术方案与创新成果
“特大城市地理信息数据管理与服务体系建设关键技术及应用”项目分为整体设计、软硬件平台建设、数据基础建设、系统开发、运营推广五个步骤进行，具体如图1所示。
项目以标准规范体系、IT基础设施建设、应用安全防护建设为支撑，建设了内容综合、动态更新的数据库，通过数据资源集成展示系统、数据产品分发服务系统、数据资源集成展示系统和数据产品分发服务门户网站形成了数据的存储中心、处理中心和服务中心，从而提升了对各类用户的服务能力。总体技术架构如图2所示。
项目采用的具体技术方案包括：
1．基于“私有云”的软硬件平台构建。突破GIS应用资源的自动化调度及动态分配、海量空间数据及GIS应用服务的快速备份及恢复等关键技术，结合虚拟化、集群、容灾等IT技术，整合原有独立、分散的计算、存储和网络资源，形成统一的CPU、内存、存储等资源池，并建立“私有云”运行监控管理平台。
2．空间数据资源规划。建立了一套层级分类和时间序列相结合的特大城市地理信息数据组装管理模型，系统而全面地将北京市地上地下、多源、异构、多时态、多尺度、海量空间数据进行了梳理，形成了资源目录，并规划了各类数据从生产到服务的更新流程。
3．数据库建设。突破了NoSQL数据库存储与操作异构空间数据等关键技术，采用关系型数据库、非关系型数据库和文件数据库结合的方式，建成了成果库、服务库、个人数据库和元数据库，实现了数据的整合，并将所有数据以服务方式对外提供。
4．数据资源集成管理系统开发。突破了地理信息数据增量更新和分发服务主动更新关键技术，实现了基于资源目录的数据及其元数据的入库、更新及管理；实现了各类数据的更新，尤其是与内外业一体化数据成果的同步更新；实现了大数据量矢量、栅格数据的精细化分发；实现了已分发数据更新的自动发现和主动提醒。
5．数据资源集成展示系统开发。突破了海量二三维数据服务发布、街景服务发布、BI多维分析、在线专题图等关键技术，通过目录树、二维、三维、二三维联动、双屏、四屏、历史时间轴、房屋立体化、街景、街景三维联动等方式，实现全面、多角度、灵活、个性化的数据展现。同时通过基于GIS的统计分析、基于BI的建筑面积多维分析、基于No SQL的在线个性化专题图分析，展现强大的数据分析能力。
6．数据产品分发服务系统开发。创新了基于Mashup的空间数据情景式应用分析模式，基于NoSQL实现了个人工作空间，实现了对踏勘选点、路线规划、数据申请、数据下载、成果目视检查等测绘生产日常工作的支持。针对特大城市工程数量多、数据使用频繁的情况，设计了多种分发模式，且基于分发模型实现了方便、灵活的在线分发。
7．数据产品分发门户网站开发。采用服务融合技术，基于“天地图.北京”底图，实现按空间范围查询数据目录的功能，为公众查询基础测绘资料提供了便利。
项目在基于“私有云”的特大城市空间数据中心建设技术、空间数据资源规划技术、个性化空间数据情景式应用和NoSQL数据库存储与操作异构空间数据等方面具有创新性。项目组成员发表论文10篇，项目开发的软件系统获得了计算机软件著作权认证4项。
三、应用情况
项目于2013年1月通过预验收并上线试运行，平台系统运行一年多来，项目成果在北京市“数字城市”建设、第一次地理国情普查和政府各委办局政务信息化建设中发挥了显著作用。建立的北京市海量异构的地理信息数据库和服务体系，为“数字房山”、“数字丰台”和“数字中关村”等北京市“数字城市地理空间框架”项目建设提供了有效的空间数据支撑。并为北京市150多家企、事业单位和科研机构提供了数据服务。
此外，基于项目建设成果和推广应用需求，又陆续在北京市和国家有关部委成功申报立项了“北京市城乡规划数据中心建设”、“北京市地理国情普查数据库及信息系统建设”和“智慧故宫”等空间大数据管理与应用开发项目，创造了良好的经济效益和社会效益。通过项目建设积累的技术经验和应用经验，平台已经推广到了多个应用单位，并具有良好的应用推广前景。
