【2023地理信息软件技术大会】面向数字孪生的时空大数据平台发展研究与实践

面向数字孪生的时空大数据平台发展研究与实践 王华 湖北省自然资源厅国土测绘处 P1 2023年6月28日 引言：王之卓院士率先提出“数字地球” 上世纪70年代，我国著名 的科学家王之卓院士，主张用 数字地图的形式来真实刻画物 理世界，站在信息化的前沿， 在教学中率先提出“数字地球” 的概念，为日后以数字化形式 研究地球地理信息开辟了道路， 催生了“数字孪生”，同时也 为我国测绘信息化发展明确了 方向。 P2 报告提纲 01 信息化引领时空大数据平台发展 目录 02 数字孪生城市的发展需要时空大数据平台 CONTENTS 03 时空大数据平台的实践与展望 P3 1 信息化引领时空大数据平台发展 P4 P4 一、测绘信息化的发展历程 在“数字地球”战略构想的引领下，传统测绘向数字化转型基础地理信息数据库建设 数字城市地理空间框架建设天地图建设 地理国情监测 时空大数据平台建设 数字城市地理空间框架已经取得显著成绩，目前正在向时空大数据平台方向转型发展 P5 二、数字城市地理空间框架建设成效 20世纪末，随着测绘信息化的 发展，各地开始构建数字城市地 理空间框架。 统一基础地理信息的空间基准 实现基础地理信息数据初步共享 为基础地理信息数据深层次应用 服务奠定基础 为城市信息化提供统一的空间基 准和丰富、可视的基础地理信息 数据 P6 三、数字城市地理空间框架存在的不足 数字城市地理空间框架的建设虽然解决了部分与城市信息化基础设施相关的问题，但也存在许多不足： 服务信息社会存在的不足 信息丰富程度欠缺 各行业信息共享困难 数据孤岛 空间数据与属性数据之间缺乏关联 数字城市地理空间框架自身不足 数据处理能力不强 数据更新不及时 缺乏时空关联与挖掘分析能力 应用服务能力较低 采用图幅分幅方式不利于空间数据管理及空间分析 P7 四、地理空间框架向时空大数据平台转型升级 01 2015年左右，各地开始从地理空间框架升级为时空大数据平台。 地理空间框架 物理机服务对接提升 资 在 服 数 应 运 数 源 线 务 据 用 维 据 展 标 管 交 开 管 管 示 绘 理 换 发 理 理 常规更新静态数据 扩展 数字城市地理空间框架 空间矢影地扩充 基准量像址 地理空间框架数据 P8 时空大数据平台 虚拟化动态伸缩按需服务组装时空一体出图 时空数据管理 融合汇聚 挖掘分析 安全监管 共享交换 时空大数据平台 时空基础公共物联基准时空专题网 时空大数据 基准升级 时空大数据平台从原 先的空间基准升级为时空基准。 02数据扩充 以基础地理信息数据为核 心，融合各行业公共专题数据扩充建设为时空大数据。 03 ，功能扩展 数据融合功能实现了空间 数据与非空间数据的有效融合； 挖掘分析功能有效提取了空间数据资源的价值，实现了数据到信息服务的有效转变。 社会各领域对测绘地理信息的需求越来越高，初期的时空大数据平台存在的问题日益凸显 五、初期的时空大数据平台存在诸多不足 难理解 传统测绘数据 分尺度按要素 抽象表达、机 器难理解 P9 缺乏权威性 统一存储其他 行业专题数据 的方式未能考 虑数据的权威 性 不够科学 代替其他行业 应用系统去解 决各行业信息 化存在问题的 服务方式不够 科学 有局限 知识体系和平 台能力具有局 限性 信息共享困难 问题依然存在 六、时空大数据平台在发展中不断完善 时空大数据平台以自然资源机构改革和新型基础测绘体系建立为契机，不断提升自身数据汇聚融合、处理管理、挖掘分析、共享交换等能力。 改善多源数据汇聚融合效果，打破各行业应用系统的数据壁垒。 实现数据到知识的转变，增加智能化应用服务，提供更加精准、科学、智能的决策支持依据。 汇聚融合 处理管理 挖掘分析 共享交换 通过共享交换建立了各大应用系统之间的联系，进一步改善了数据共享困 难的问题。 通过共享实现逻辑集中应用，形成科学的平台数据管理体系。 P10 userid:251096,docid:140441,date:2024-02-01,sgpjbg.com 2 数字孪生城市的发展需要时空大数据平台 P11 P11 一、数字孪生城市是城市高效治理的工具 建筑城市治理 道路 绿地 路况感知 环境感知 精虚拟城市信 准息 映实体映射动态感知关系映射反射馈 P12 现实世界 地区 层面 2018年雄安新区率先提出数字孪生城市建设思路 通过建设BIM管理平台初步实现城市精细化管控 各地纷纷以数字孪生城市导向推进智慧城市建设 P13 领域 层面 各领域随信息化升级改造自身应用系统 通过孪生水利、孪生工厂等单点化数字孪生应用系统建设数字孪生城市 孪生工厂 孪生水利 孪生交通 《国民经济“十四五”发展规划》提出数字孪生城市的发展目标： 逐步从单点、局部应用向整体、全域扩展，对丰富、完整、可视的时空地理场景需求越来越迫切，对数据共享和处理能力要求越来越高。 二、我国数字孪生城市建设历程及存在的问题 数字孪生存在的问题： 各部门应用系统的数据壁垒让单个应用系统无法具有全面、权威的数据 信息无法有效共享制约着数字孪生能效的发挥 部分信息化应用系统数据治理能力不强，缺乏挖掘分析能力，影响了孪生城市数据驱动治理的能效 三、数字孪生建设需要“数据中台”支撑 数字孪生 模拟 监控诊断预测 控制 城市规划 城市设计城市建设城市管理 城市服务 随着数字孪生和应用的不断深入，逐渐认识到需要将有公共需求的数据和相关数据处理能力统一起来，形成数字孪生建设的“数据中台”来实现数据有效管理、共享与应用，打破各行业和部门信息孤岛的壁垒，进而支撑数字孪生城市整体建设。 数据中台 时空场景 多源数据关联，形成完整、多维、好用的时空数据和地理场景 数据挖掘 具备基于时空场景的空间分析能力 结合应用系统的专题知识为数字孪生科学决策分析提供有效支撑 数据共享根据应用系统业务需求，提供数据资源的一站式服务 功能共享提升数据质量，构建多源数据自动化处理工具 P14 时空大数据平台融合处理中心 •具备高效的数据汇聚、治理、融合等功能； •具备满足精准、鲜活、权威、完整、可视、安全要求的时空大数据资源，有效对接不同应用系统对不同时空数据的需求； 四、时空大数据平台是数字孪生城市建设所需的数据中台 时空大数据平台满足数字孪生城市建设对数据中台提出的数据和功能需求 数字孪生城市核心基础需求： 1、时空地理场景；2、空间分析能力； 数字孪生城市 时空大数据平台 地理信息框架数据 基于空间分析实现智能决策 时空大数据平台应用挖掘中心 •具备数据分析、模型构建、预测推演等功能； 提供统一的时空基准和多角度、全方位、可分析的时空地理场景，实现城市全要素可视化表达 时空大数据平台共享交换中心 •具备数据服务接口和功能服务接口，为信息交换共享与协同应用提供载体，可视化展示平台的数据资源，能向应用系统无障碍共享数据处理能力； 各类城市数据有效融合、具备空间可分析性的基础 P15 时空大数据平台发挥“数据中台”作用支撑数字孪生建设 时空大数据平台通过向应用系统提供数据服务和功能服务，与各行业应用系统共同实现某些专题方面的数字孪生，正是数字孪生城市建设所需的数据中台。 四、时空大数据平台是数字孪生城市建设所需的数据中台 P16 3 时空大数据平台的实践与展望 P17 P17 一、在实践中迭代改进时空大数据平台 自2019年开始，自然资源部在湖北武汉、咸宁、荆门等地陆续开展了新型基础测绘、时空大数据平台建设试点工作，湖北省紧紧把握“十四五”期间推动数字驱动城市治理能力现代化的发展契机，以支撑数字孪生城市建设应用为示范对试点工作进行了深入的探索实践，总结经验并逐步在全省范围内铺开相关试点工作，进一步服务和推进经济社会高质量发展。 P18 武汉 新型基础测绘国家试点时空云平台国家试点 咸宁 时空大数据平台国家试点新型基础测绘省级试点 荆门 时空大数据平台国家试点 新型基础测绘省级试点 二、时空大数据平台实践——咸宁 面对机构改革后自然资源和规划管理新形势、新要求，咸宁以时空大数据平台建设为契机，全力推动新型基础测绘技术、信息技术与自然资源管理的深度融合，将时空大数据平台打造成为提供基础测绘成果的底板平台、汇聚自然资源数据的管理平台、支撑自然资源业务全流程的应用平台、推动智慧咸宁“孪生城市”建设的智能平台。 P19 二、时空大数据平台实践——咸宁 支撑服务 湖北省试点平台围绕国土空间规划编制、实施、监督全流程，向规划“一张图”提供数据和共性技术支撑服务，充分挖掘对数字孪生城市建设的基础支撑作用。 条目类的规划数据空间可视化 匹配关联挂接地理实体 时空化、标准化处理 规划“一张图”系统 共享交换能力 数据处理工具 数据服 数务中心 据支 回撑 流 调用、融合、叠加至实景三维 多维动态可视、国空间分析性、土格式统一空间 规 划一 张 时空大数据平台图 数共 据享 P20 其他应用系统 P21 二、时空大数据平台实践——咸宁 支撑 回流 智慧咸宁时空大数据平台 时空大数据中心通用分析工具 咸宁市“国土空间规划一张图实施监督系统” 规划实施监管 国土空间规划一张图 规划成果管理 规划监测评估 辅助规划编制 通过智慧咸宁时空大数据平台“数据融合治理模式”汇聚融合国土空间规划一张图系统所需的国土空间相关的各类现状数据、规划数据、社会经济数据等建立国土空间规划一张图。 基础时空 公共专题 物联网 互联网 统计分析 叠加分析 拓扑分析 指标分析 三、时空大数据平台实践——荆门 荆门城市大脑按照1+1+N（一个智能底座、一个智能中枢、N个智慧应用）总体架构建设 1智能 中枢 领导驾驶舱政务通APP N智慧应用 一网统管 一网通办 一码通服 疫情防控 企业服务 智慧城管 智慧应急 城市生命线 … 一屏统览一键决策一体联动 标准规范 1智能 底座 视频共享平台 融合通信平台 物联网平台 时空大数据平台 无人机平台 荆门云 运维运营 业务中台数据中台AI中台 网络安全 P22 三、时空大数据平台实践——荆门 赋能智慧城市信息化建设 服务城市大脑4大底座，多个应用智慧应用 建立全市时空基准“底板”， 服务28个委办部门基础应用 P23 三、时空大数据平台实践——荆门 构建智慧城市三维数字底盘，建立时空基础数据统一基准、统一底板的共享服务通道，避免不同部门时空数 接入雪亮工程、环保空气质量监测、环保企业废水监测、废气监测、地表水水质监测等，构建城市动态监测体系，实现城市动态监管、预警。 充分利用地理信息整合能力，对城市各项资源快速调取，为应急预警、应急减灾提供辅助依据，便于应急指挥调度。 据的重复建设，为各委办局提供线上线下共享服务应用于智慧应急、城市生命线、一网统管、一体联动、管网排 水系统、城市“12345”系统等方面，有效支撑了数字孪生城市（荆门城市大脑）的整体建设。 P24 支撑空间基础信息服务，实现城市级地理信息的精准定位 汇聚共享灾害、应急物资、救援队伍等资源，一图共享要素保障，辅助资源调度，联动指挥一中心 一体联动 应急管理局 城市运行管理平台 市委领导 三、时空大数据平台实践——荆门 ， 汇聚地下管网、城市部件、城市交通等设施数据 构建数字空间城市，实现一图统揽市政设施， 城市生命线 住建局 呈现城市运行态势的全景地图展示，实现一图观全域的事件态势分布，事件快速分拨、处置。 一网统管 城管委 P25 四、进一步完善时空大数据平台 随着数字孪生不断发展，对时空大数据平台的建设也提出新的需求，在实践中虽有极大的成效，但还需进一步完善。 问题2 以新型基础测绘产品为核心的时空大数据体系建设仍需进一步完