国产GIS在数字化城市管理中的应用及技术创新

国产GIS在数字化城市管理中的应用及技术创新曹嘉 张煊 张宁 欧长红 王少华 张成 陈正 王娟娟（北京超图软件股份有限公司 北京）摘要：地理信息系统是数字化城市管理的技术核心，国产GIS平台在数字化城市管理中的应用，既体现了自主创新的国产GIS平台的成熟与发展，也为数字化城市管理的自主可控奠定了基础。本文以SuperMap GIS为例，介绍了国产GIS平台在数字化城市管理中应用的历程及技术创新点，对国产GIS在数字化城市管理中应用的趋势进行展望。关键词：国产GIS SuperMap 数字化城市管理 应用 技术创新1 前言数字化城市管理综合多种技术，有效地解决了城市管理工作中存在的信息滞后、管理被动、职能交叉、管理粗放等难题，实现了城市管理的精确、敏捷、高效和全时段、全方位、全覆盖1。其核心在于利用地理信息、空间定位和移动网络技术，以地理空间为基本框架集成和融合各类城市信息（如基础地理、市政设施、行政区划、事件和部件等），通过划分多层级空间管控单元（街道、社区和网格等），实现事件和部件的精确定位，以及基于空间管控单元（网格）的职责分工和业务协同。因此，地理信息系统是数字化城市管理的技术核心。随着国产GIS平台的成熟与发展，以SuperMap GIS为代表的国产GIS平台已在数字化城市管理中得到广泛应用，并通过技术创新不断扩展和深化应用领域，使数字化城市管理成为国产GIS的重要应用领域，为数字化城市管理的自主可控奠定了坚实的基础。2 国产GIS的现状及发展趋势地理信息系统(Geographic Information System 简称GIS)是以采集、存储、管理、分析、显示和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的计算机系统, 是分析和处理海量地理数据的通用技术2。经过五十余年的发展，地理信息技术已经成为一门综合性的新兴产业3，并得到广泛应用。我国GIS经过起步阶段和试验阶段，于上世纪90年代进入全面发展阶段。这一时期，在国家扶持下，GeoStar SuperMap、MapGIS和SuperMapGeoStar等自主创新的GIS平台软件不断涌现，并与国外差距迅速缩小，形成了一批具有我国自主品牌的地理信息产品。SuperMap GIS是由北京超图软件股份有限公司开发的，具有完全自主知识产权的大型地理信息系统软件平台。在我国GIS发展历程中，SuperMap的发展在技术自主创新和产业化方面具有多方面的特色，不但在较短时间内研制出一套完整的GIS技术体系和系列产品，而且拥有了100余个国家的大批用户群。目前，凭借其跨平台、二三维一体化、云端一体化等技术优势，已成为最具有影响的亚洲GIS品牌。随着国产GIS快速发展，作为GIS技术核心体现的国产GIS平台软件, 其技术水平已经与国外同类软件相当, 在某些算法性能和支持机制方面, 甚至较国外同类软件更有优势5。同时，国产GIS的市场份额不断提升，产业规模不断壮大。据行业协会不完全统计，2009年以来我国地理信息产业年均增长速度超过25%，2014年达3000亿元人民币，国产GIS平台软件国内市场份额达到40%左右。随着地球空间信息技术、计算机技术和网络技术的飞速发展，未来地理信息服务理念、理论、技术、产品和服务模式等都将发生深刻的变化4，在地理大数据技术创新加速 6、与网格计算、云计算等新兴技术的结合发展、地理信息服务模式丰富多样 5等方面将有更多的研究和进展。3 国产GIS在数字城管中的应用3.1 国产GIS在数字城管中的应用历程1、数字城管起步阶段2006年，北京市崇文区数字化城市管理系统成为全国第二个开通网格化城市管理系统的城市，并首次使用国产GIS平台SuperMap IS.net作为GIS基础平台。基于SuperMap GIS应用，对崇文区城市管理区域网格进行精细划分，实现了基于地形图、遥感影像数据和单元网格的城市部、事件精细化管理；实现了图文一体化的协同工作环境；基于移动GIS技术、无线通讯和GPS技术实现了城管案卷的采集与传输；基于地理编码技术实现了城市管理对象在管理区域中的精确定位；基于空间数据库引擎SuperMap SDX+实现了海量空间数据和业务数据的一体化管理。2007年起始，因Service GIS技术在服务器端大量分析计算和可视化渲染工作的模式，降低了数字城管系统对宽带的要求，拓展了应用范围；多层架构提升了数字城管系统安全性；支持异构GIS平台集成应用，降低了数字城管推广应用的代价。数字城管在住建部推动下在全国迅速推广，截至2008年，已有75个城市（城区）建设了数字城管项目。随着“数字化城市管理新模式”不断成熟和一系列标准规范的颁布，GIS技术成为数字城管不可缺少的重要工具。2、数字城管深化应用阶段随着全国城市（城区）的推广实践，数字城管的管理内容随实践的深入发生了变化。横向上，数字城管职能扩大，在原有市政市容管理基础上，扩展到了车辆违停、违章建筑、渣土垃圾、应急管理、地下管线等范围，逐渐从“小城管”演变为“大城管”。例如，西安市目前已实现横向覆盖20多个城市管理职能部门的市、区两级“大城管”应用模式。在此发展期间，基于时间序列的影像分析技术使违章建筑监管、园林绿化管理等更便捷更精准；基于二三维一体化GIS 的应急预案模拟推演技术保障了应急预案的合理性和有效性，同时，二三维一体化GIS技术实现了地下管线的直观立体化管理和应用，等等。纵向上，在区（县）级数字城管平台基础上向上延伸形成全市（省）统一平台，向下深入完善社区的各项机制7。北京市怀柔区基于网格化社会服务管理系统，推动社会服务管理力量下沉到社区（村庄），将区域内人、地、事、物、组织等社会服务管理内容全部纳入网格，推行城市管理、社会服务、综合治理三网合一，最终实现社会治理全覆盖，从而实现了精细化社会服务管理。GIS技术在实现人、地、事、物、组织的“一张图”可视化管理基础上，实现了“以图找房、以房管人，以人找房”，使各类管理要素关联起来；基于空间分析技术的楼宇经济管理、人口数据分析、房屋属性结构分析、可视化调度指挥等应用提升了辅助领导决策水平。另外，数字化城市管理的辅助应用日益丰富，如监督员管理、业务短信、移动执法、领导督办、全民城管等。数字城管的不断深化应用引发了对倾斜摄影、多源数据集成、空间分析等GIS技术的需求；三维GIS、实景影像等GIS技术的发展成果丰富了数字城管的展现内容和手段。3.2 国产GIS在数字城管中的应用现状国产GIS平台份额逐渐扩大。从2006年首个使用国产GIS平台的北京市崇文区数字化城市管理系统开始，国产GIS平台凭借可定制、价格优势、服务周到等特点，越来越多地被接受并用于数字城管建设中。据不完全统计，截止到2015年，基于国产GIS平台进行数字城管建设的城市（城区）已超过80个。2014年以来，在国家信息安全政策引导下，部分原来选用国外GIS平台的数字城管供应商开始自主研发GIS平台或者选用其他国产GIS平台。国产GIS平台份额将进一步扩大。随着数字城管的不断深化应用和国产GIS技术的蓬勃发展，国产GIS技术在数字城管建设中取得了大量应用成果。例如，西安市总投资3876.95万，基于地理信息共享平台实现城市管理资源的整合与共享，实现城市管理移动监控手段，建立了标准执法和网上办案等特色应用、9+7的市区两级数字城管软件体系以及标准指标和移动抽查结合的考核体系。目前系统横向覆盖 20 多个城市管理职能部门，纵向构建起市、区（10个试点区）两级的数字化城市管理协同平台，实现了市区两级城市管理业务的互联互通和数据共享。应用成果中不乏优秀案例，不仅为城市管理带来了变化，并得到了相关主管部门的认可，例如：芜湖、西安、乌海等城市的数字城管建设先后被授予地理信息产业优秀工程奖。4 SuperMap GIS平台在城管应用的技术创新智慧城市由云服务中心、城市运行管理中心和众多智慧应用构成。在智慧城市中，可依托智慧城管建立城市运行管理中心。数字城管建设所形成的数据基础、应用基础和网络硬件基础将成为未来智慧城市运行管理中心建设的重要基础。伴随着移动GIS、三维GIS等新一代信息技术的飞速发展，以SuperMap 为代表的国产GIS平台在数字城管建设中的应用不断深入，并进行了技术创新。下面就SuperMap GIS平台的技术创新点进行阐述。4.1 采用SOA和SERVICE GIS技术实现信息资源整合和共享利用SOA和Service GIS技术封装工作流服务，地理空间框架数据服务、部件数据服务、城市管理案卷数据服务、考核评价数据服务、地理编码服务、短彩信发送服务等业务逻辑和数据，可为子级数字城管平台、外网网站、专业部门以及城管专网内的其它应用系统提供各类数字城管相关服务，并可被多种客户端跨平台、跨网络、跨语言调用，实现城市管理信息资源整合和共享8。4.2 基于移动GIS技术实现现场信息动态采集和高效传输城管通和移动视频监控系统等都是进行现场采集，SuperMap移动GIS技术结合无线通讯技术，实现了现场案卷信息的快速定位、采集和上报；利用自动定位技术和道路数据信息对当前位置坐标进行纠偏，解决GPS等定位误差；高性能的交互显示技术可以实现在移动端地图上实时监控目标对象的位置变化、状态变化，实现移动监管；离线数据存贮技术使得移动GIS应用不受网络信号、带宽等因素限制，降低网络依赖并节省流量，实现稳定流畅的应用。4.3 消息总线技术提高任务执行效率利用消息总线技术实现了点对点、一对多、多对多的通信，使个终端执行的操作可以快速的同步到其它相关终端，实现多终端协同，从而实现数据共享与即时通讯。在数据采集场景中可以实现和某一成员之间的点对点通信，完成任务的下达，也可以广播任务，解决了任务下达后执行不及时的问题。4.4 二三维一体化GIS技术实现城市立体管理传统的基于二维GIS可实现对城市管理部件和城市管理问题的精确定位，但难以满足城乡一体化及城管业务化监管需要。二三维一体化GIS技术有机整合了GIS功能和三维可视化效果，突破了三维技术中看不中用的应用瓶颈。利用三维模型符号化技术，解决了二三维数据的一体化存储和管理难题，并可实现快速构建和查询分析应用，节省了建模时间同时兼顾了平台性能，为三维管线应用提供了强大技术支撑；结合矢量数据的倾斜摄影模型单体化技术实现了对倾斜摄影模型的三维空间分析，海量数据存储技术有效解决了倾斜摄影模型数量庞大的难题。4.5 基于多源空间数据融合技术的城市多样管理应用为了满足城市多样化管理应用，基于多源空间数据融合技术的SuperMap GIS平台支持OGC服务、天地图服务、谷歌地图等公开地图服务，丰富地图数据源；融合视频数据，实现重点区域的实时监控；融合不同时期倾斜摄影和实景影像，实现对违法建设、违章建筑、园林绿地管理等重点、难点问题的动态监控、综合监管；基于三维模型可立体化支撑城市部件、地下管线、人口、房屋、法人等数据的精细化管理，实现地上地下一体化管理。通过不同数据源、不同精度和不同模型的地理数据融合，有效地推动空间数据在城市管理领域的多样化应用。5 国产GIS在城管应用中的发展趋势5.1 结合物联网技术建设具有智慧架构的城管系统将GIS技术和感知与识别技术、网络与通信技术、计算与服务技术结合，对城区重点监控区域的积水等状况实时监测并同步计算危险等级及危险范围分析，实现基于智能辅助决策的应急预案；对管线、环卫设施、车辆等管理对象的智能识别和管理、可视化实时监测；高精度地图数据结合物联网技术和卫星导航定位技术进行无人自动驾驶，将实现车辆移动视频监控的自动执法和自动化专项普查等，从而建设具有智慧架构的城管系统。5.2 基于云GIS技术搭建新型数字城管系统将IT基础设施、地图数据、GIS功能和GIS服务等资源以云的方式弹性调度，提供一个集中的空间信息存储环境和以服务为基础的空间信息应用平台，并以此为基础搭建新型数字城管系统，将较好地适应对业务类型和数据类型请求快速变化的需要。融合了GIS、计算、存储、网络和虚拟化等软硬一体化的云GIS一体机，由于高度集成的架构，软硬一体化的优化适配，将在节约能耗和占地空间、缩短业务实施周期、降低业务系统运营成本上有较大优势。5.3 结合移动互联技术形成数字城管移动办公平台目前，数字城管已实现移动端的专项信息采集、案卷上报、领导督办、标准化执法、市民上报等应用，未来将结合移动互联技术形成数字城管移动办公平台，实现PC和移动端双同步系统，每个办公角色都可用数字城管移动办公平台完成自身的工作职责。5.4 与时空信息云平台深度交互融合，实现共建共享基于GIS技术的时空信息云平台具有整合城市数据的功能特征。随着时空信息云平台的不断发展成熟，数字城管可用云平台提供的基础数据资源，同时为云平台提供城管业务数据资源，云平台将以地理位置关联和整合城管业务数据和其他专题数据资源，建立城市管理的面向城市的数据模型，提现城市管理、其他行业和空间之间的相互关系，并进一步加工分析，最终以API等方式将分析数据反哺数字城管，拓展数字城管的应用广度和深度。 5.5 更精准快速定位，助力调度管理近年来快速发展的北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）、连续运行卫星定位服务综合系统（ContinuousOperationalReferenceSystem，CORS）和高分系列卫星影像成果的应用，将提供更精准更快速的定位服务，除地形图修测外，通过人员和车辆的快速高精度定位以及科学的调度分析，将有效解决车辆高密度高流动性导致的定位不准、调度不力问题。5.6 基于空间分析和挖掘技术，形成具有自动分析功能的城管系统目前GIS在数字城管系统中的应用多是空间定位和查询统计。地理大数据的快速增长，必然促进地理大数据地址匹配、存储、处理、空间可视化表达、空间分析与挖掘等技术的加速创新，未来的城管系统将自动网罗