智慧時空信息云平臺構建下的天水時空志建設與研究

王筱君

摘要：以智慧天水時空信息云平臺建設為依托，天水時空志建設是以《天水市志》為基礎，通過收集天水市城市歷史、發展現狀、規劃等與城市發展、文化傳承、自然資源保護等相關的多源時空數據，利用三維仿真、地理信息、多媒體融合等技術，按照“適度物理集中、共建共享”的原則構建天水市多源時空數據庫，實現從城市發展、歷史文化、特色產業等多方面對城市發展過程的多維動態信息展示。通過開發天水時空志展示系統，實現城市發展信息、歷史文化信息、產業發展信息的交互式展示和應用，達到宣傳城市發展、提升城市形象的目的。

關鍵詞：智慧城市??云平臺??時空志??框架設計

中圖分類號：P208???文獻標識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Construction?and?Research?of?Tianshui?Spatiotemporal?Chronicles?under?the?Construction?of?Intelligent?Spatiotemporal?Information?Cloud?Platform

WANG?Xiaojun

（Gansu?Industrial?Vocational?and?Technical?College?Tianshui，?Gansu?Province，?741025?China）

Abstract：?Relying?on?the?construction?of?intelligent?Tianshui?spatiotemporal?information?cloud?platform，?the?construction?of?Tianshui?spatiotemporal?chronicles?is?based?on?Tianshui?City?chronicles，?by?collecting?multi-source?spatiotemporal?data?related?to?urban?development，?cultural?inheritance?and?natural?resource?protection，?such?as?urban?history，?development?status?and?planning，?and?using?technologies?such?as?three-dimensional?simulation，?geographic?information?and?multimedia?integration，?according?to?the?principle?of?"moderate?physical?concentration，?co?construction?and?sharing"，?build?a?multi-source?spatio-temporal?database?of?Tianshui?city?to?realize?the?multi-dimensional?dynamic?information?display?of?the?urban?development?process?from?the?aspects?of?urban?development，?history?and?culture，?characteristic?industries?and?so?on.?Through?the?development?of?Tianshui?space-time?chronicle?display?system，?the?interactive?display?and?application?of?urban?development?information，?historical?and?cultural?information?and?industrial?development?information?can?be?realized，?so?as?to?publicize?urban?development?and?enhance?urban?image.

Key?Words：?Smart?city;?Cloud?platform;?Spatio-temporal?chronicle;?Framework?design

智慧城市的建設是運用新一代信息技術，通過對信息資源的整合與利用，實現基礎設施智能化、公共服務便捷化、生活環境宜居化、城市管理精細化。地理信息作為整合各類信息資源的空間框架，是實現信息資源整合共享與開發利用的基礎[1]。

天水時空志，是結合《天水市志》，將收集到的天水市地圖數據，按照年代與專題進行分類，從地理空間角度組織歷史地圖數據，實現瀏覽和查詢不同時間、不同專題的歷史地圖數據，并可以獲得介紹原始資料和相關信息的多媒體數據信息，為更好地展示天水歷史文化提供交流平臺。同時，結合天水市的城市發展、特色產業等情況，通過數據融合、交互式展示等手段，形成一個天水市宣傳和展示的平臺。

1?建設內容與總體設計

天水時空志的建設內容包括：（1）構建天水城市時空數據庫，包括城市規劃發展專題庫、歷史文化專題庫、特色產業專題庫、精準扶貧專題庫[2]。（2）開發天水時空志展示系統，實現城市發展信息、歷史文化信息、產業發展信息、精準扶貧信息的交互式展示和應用。

天水時空志系統的總體架構可分為支撐層、數據層、服務層、應用層和用戶層這5個層次。如圖1所示。

（1）支撐層是指系統運行的軟硬件、網絡和安全實施環境，該系統主要利用天水市電子政務云平臺提供的硬件、網絡和安全設施，利用智慧天水時空信息云平臺提供的軟件環境構建。

（2）數據層是信息管理系統的基礎[3]，主要包括城市基礎信息庫、歷史文化庫、特色產業庫、精準扶貧庫中整合而成的數據集。這些專題數據集是天水時空信息大數據中心的子庫。

（3）服務層用于提供各類服務接口，不僅包括天水時空志系統提供的數據服務和功能服務接口，同時也聚合了智慧天水時空信息云平臺的數據服務，通過智慧天水時空信息云平臺提供數據服務。

（4）應用層是提供面向用戶的應用服務系統，包括城市發展志、歷史文化志、特色產業志、精準扶貧志。

（5）用戶層是指系統的服務對象，該系統主要面向政務用戶。

技術框架采用先進的技術與產品，降低開發過程中的風險風險，基于面向服務的SOA架構，子系統之間實現單點登錄及統一權限管理。數據庫采用MySQL主流數據庫，三維軟件平臺采用Gaea?Explorer平臺[4]。系統采用C/S模式開發，服務器端操作系統采用Windows?Server?2008及以上版本。技術架構圖如圖2所示。

1.4??天水時空志系統模塊設計

天水時空志主要從城市發展、歷史文化、特色產業、精準扶貧等四個方面全面介紹天水文化，如圖3所示。

2??關鍵技術

2.1??三維虛擬仿真

虛擬仿真，也被稱為3D虛擬仿真，是一種通過模擬現實世界并以數字化的形式把現實世界重現到計算機展現的可視化技術[5]。軟件可以通過外設接口連接頭盔、耳機、手套、著裝等傳感器設備，給用戶提供一種身臨其境的場景去直接觀看、感受、探索、操作模擬的對象。三維虛擬仿真系統具有交互的沉浸性、操作的交互性、思維的聯想性等特點。

2.2??影像金字塔

影像金字塔技術是為了解決柵格地圖在網絡或軟件平臺中加載顯示的流暢性和分析的高效性而產生的技術[6]。由于原始地理空間數據具有存儲海量性的特征，數據量大，因此通過金字塔技術使得影像在不同的比例尺尺度下顯示不同的分辨率，即在小比例尺下顯示粗粒度的宏觀影像，而在大比例尺下顯示較為精細的局部影像。目前，常用影像金字塔生成方式主要有雙線性插值法、最鄰近分配法和三次卷積插值法。這三種方法的本質是對影像進行重采樣，改變不同尺度對應的像元大小，其中最鄰近分配法速度最快，三次卷積插值法效果最好。

2.3??面向服務架構的SOA技術

SOA是一種軟件平臺開發技術，也是一種功能模塊組合松散、業務交互耦合的軟件架構。SOA技術具有良好的數據、功能與業務共享特征。比如：地理信息共享服務平臺，可高效地共享地理數據、地圖、功能等，可幫助政府、企業和個人開發者在無需了解原架構底層邏輯的基礎上，基于SOA架構開放的API接口，快速調用共享數據并搭建符合自己業務需求的軟件系統。

2.4??組件化、構件化開發技術

組件化開發技術是一種基于模板開發軟件平臺的設計思路，徹底地解決了傳統軟件開發設計中因閉門造車而存在的代碼重復性高、開發周期性長、程序遷移性差等問題。組件化、構件化設計理念是為了讓使用者無需關注軟件底層的功能性的代碼實現，無需“重新發明車輪”，開發者只需關注程序的業務和邏輯關系，基于第三方組件拖拽、接口調用的“拿來主義”思想快速搭建開發軟件平臺。常見的地理信息組件化開發平臺有ArcGIS?Engine、SupMap?iObject、MapGIS?Object等。

2.5規范標準的系統開發方法

基于規范標準的系統開發方法，一般采用面向對象的統一建模語言UML，以類圖、對象圖、接口圖、活動圖、序列圖、矩形、橢圓、文字、箭頭等圖示描述系統的功能架構與連接關系，有機表達目標系統各個組成部分，充分描述出對系統需求、設計、開發的思路。此外，基于規范標準的系統開發本質上是采用軟件工程設計與開發中“軟件工程生命周期”思想，從系統的需求分析、可行性分析、關鍵技術選型、軟件研發、軟件測試、軟件部署多個維度描述系統研發的全生命周期，監控系統研發的進度和質量。系統開發的過程不僅在流程上遵循UML建模規范標準，還在數據庫設計、數據存儲、代碼編寫、軟件測試等環節遵循行業或企業規范標準，這樣整個軟件設計與開發流程中采用了工業化的標準規范，讓開發的軟件平臺安全性好、穩定性強、執行效率高、可擴展性強。

2.6??企業服務總線

考慮到本項目業務的復雜性和應用特殊性，采用企業服務總線方式部署平臺，企業總線技術是一種在物理或邏輯上分開部署系統，在運維上統一管理系統的技術。企業服務總線是一種服務器去中心化技術，在其中一個或若干個網絡斷連情況下仍能保證平臺的穩定運行和信息的安全傳輸，這樣保證了整個平臺部署的高效性、運維的便捷性和系統的安全性。

3?建設成果

3.1??城市發展志

通過三維動態仿真結合多媒體的模式，依次將天水市的地理位置、區劃沿革、交通樞紐、特色旅游、人口變化等信息進行總體的介紹，如圖4所示。城市概況介紹即可交互操作，也可以自動播放。

根據時間軸在地表上展現天水市7?800年前至今的行政區劃和現今的行政區劃的對比和變化，加上多媒體音頻播報和字幕顯示，形象生動的體現了天水市的區劃沿革信息。

通過三維矢量要素顯示和高亮結合多媒體音頻文件來展現天水市人口分布特點等信息。

圍繞隴東南交通樞紐主題，通過三維仿真及多媒體互動展示的方式，將天水市鐵路網發展過程進行動態展示。以電子地圖、影像和多媒體音頻相結合的方式，將天水市區內的景區位置、景點分布等信息進行動態展示。

3.2??歷史文化志建設

通過收集天水區域歷史古地圖，通過三維仿真方式，構建天水市歷史文化發展概略圖，實現各類文化信息的動態展示和宣傳，如圖5所示。以短視頻的形式簡單概述伏羲文化，加載伏羲廟的精細化仿真場景功能，通過打開本地場景的仿真域文件，解析實例化，生成仿真實體，構建精細化仿真場景并可視化。以短視頻的形式簡單概述大地灣、先秦、石窟和三國古文化。以電子地圖、影像、地形結合模型的形式在地表上形象地再現古遺址;再以飛行瀏覽的形式自動瀏覽古遺址。

3.3??特色產業志建設

特色產業志是以天水市產業發展規劃和產業現狀數據為基礎，將天水市特色產業的規劃、分布等信息上圖，利用二三維結合的技術手段，動態展示天水市特色產業的規劃、產業發展、產業成果等信息，達到對天水各項產業的宣傳和推廣作用。以果品數據為例，在三維地表上生成果品分布圖;并對果品數據的種植面積、產量進行統計，生成果品種植面積統計圖和果品產量統計圖。同時可以點擊地表上的矢量要素對果品分布圖進行查詢。

3.4??精準扶貧志建設

以2018年貧困村數據和扶貧項目資金計劃數據為基礎，在三維地表上生成天水市貧困村分布圖和扶貧項目資金分布圖;并對各個區縣貧困村數據和扶貧項目資金進行統計，生成貧困村數量統計圖和扶貧項目資金統計圖。同時可以點擊地表上的矢量要素對貧困村分布圖和資金分布圖進行查詢。

4??項目建設特色

4.1??基于自主知識產權的三維平臺

目前，主流的三維開發平臺主要有ArcGIS?、ArcGlobal、Skyline等國際產品。如果采用這些三維平臺搭建天水時空志，短期來看簡單快捷，但是從長遠發展來看，這種建設模式無論是在技術上還是在投資上都將受制于人。因此，項目組立足自身，開發了擁有自主知識產權的Gaea?Explorer三維平臺軟件體系，并根據需求不斷對Gaea?Explorer平臺進行改進，既節約了成本，又便于平臺升級，牢牢掌握了系統建設的主動權。

4.2??二維與三維一體化的GIS技術

二三維一體化的GIS技術，可實現二維信息在三維場景中的可視化、二維分析功能在三維場景中的操作和豐富的三維分析功能。突破了只能看一看的應用瓶頸，使系統平臺的應用更加深入。

4.3??三維仿真與多媒體結合的市情風貌介紹

天水時空志提供了三維動態仿真結合多媒體的模式來向公眾展示天水的市情風貌。傳統的地理信息數據在展現方式上比較專業，不容易為大眾所接受。在天水時空志的建設過程中，項目組收集了大量天水市情概況的圖片、視頻，同時通過三維仿真將天水市的重要景點以及文化進行仿真還原，輔以音頻、視頻以及圖文介紹，以一種全新的模式來展示天水的歷史、人文、風景等情況，為公眾了解天水概況提供了一個直觀的信息窗口。

5??結語

天水時空志系統，作為智慧天水時空信息云平臺的示范應用之一，豐富了智慧天水時空信息云平臺服務于公眾用戶的途徑;實現了天水市市情概況、人文歷史、風景特色等的信息展示，以三維仿真結合音頻、視頻、圖文的多媒體方式來直觀地介紹天水的各種文化，為天水市的宣傳發展提供了一個直觀的信息窗口，極大地提高了公眾對天水的了解度和興趣度。

參考文獻

[1] 張芳芳，沈少青，陳學業，等.智慧城市規劃云平臺的設計與實現[J].測繪通報，2019（1）：123-126.

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[3] 覃禹.智慧管廊云平臺中人工智能及大數據模塊的設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2021.

[4] 徐瑛楠，孫景睿.基于微服務架構的智慧云平臺任務分配研究[J].計算機仿真，2021，38（10）：482-486.

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[6] 王劍鋒，高升，張旭，等.基于微應用的多租戶智慧云存儲平臺架構方法[J].科學技術與工程，2018，18（25）：78-83.