基于GIS的智慧園區(qū)動態(tài)感知數(shù)據(jù)服務平臺的設計與實現(xiàn)

摘 要 ：隨著城市發(fā)展向智慧化轉型，全國各地興起對新型智慧城市建設的探索，園區(qū)作為城市科技、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟發(fā)展的特殊試驗場，各種新興技術得到推廣與運用。與此同時，新的問題也隨之而來，數(shù)據(jù)呈爆炸式增長，已建成的資源沒有得到很好的監(jiān)管與利用，各項目產(chǎn)生的數(shù)據(jù)難以向其他園區(qū)或行業(yè)開放，造成資源浪費。為解決智慧園區(qū)建設發(fā)展過程中數(shù)據(jù)增長過快、資源監(jiān)管缺失、信息共享困難、決策支撐不足等問題，運用信息化手段和大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、GIS、分布式存儲等技術設計并建設了智慧園區(qū)動態(tài)感知數(shù)據(jù)服務平臺，實現(xiàn)了多源異構數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚、整合、分析和監(jiān)管，構建了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)，有效打破了數(shù)據(jù)壁壘，提高了數(shù)據(jù)利用率，為智慧園區(qū)建設發(fā)展提供差異化決策支撐和科學依據(jù)。

0 引 言

為深入貫徹落實國家網(wǎng)絡強國戰(zhàn)略和大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略，加快推動新型智慧城市建設，重慶市大數(shù)據(jù)應用發(fā)展管理局印發(fā)了《重慶市新型智慧城市建設方案(2019—2022 年)》(渝府辦發(fā) [2019]66 號)，明確指出要運用大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術，發(fā)展城市“感知—決策—控制”閉環(huán)應用，加速數(shù)據(jù)資源“聚通用”，賦能各領域業(yè)務應用。科技園區(qū)聚集了大量人才、資本和產(chǎn)業(yè)，是區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展新亮點。隨著智慧技術的應用發(fā)展，多種信息系統(tǒng)應運而生，產(chǎn)業(yè)結構得到調整和升級，科技園區(qū)逐漸向智慧園區(qū)轉型。與此同時，大量新型基礎設施被推廣建設，各類信息資源迅速累積，但這些數(shù)據(jù)資產(chǎn)未能得到很好的管理和利用，亟需建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務平臺，以業(yè)務為導向，實現(xiàn)園區(qū)動態(tài)感知數(shù)據(jù)自動匯集、智能處理、高效存儲、可視監(jiān)管、高性能服務，以滿足各類需求，降低開發(fā)成本，實現(xiàn)園區(qū)數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值最大化 [1-4]。

1 系統(tǒng)設計

1.1 總體架構設計

通過對園區(qū)基礎數(shù)據(jù)體系的研究，以“先進性、實用性、可擴展性”為指導原則，以 GIS、大數(shù)據(jù)、云計算、分布式存儲等信息技術為基礎，按照SOA分層設計思想，對系統(tǒng)進行總體設計，平臺總體架構如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)體系設計

數(shù)據(jù)生命周期主要分為4個階段，包含資源化、資產(chǎn)化、服務化和智能化。資源化是將多源異構數(shù)據(jù)匯聚形成數(shù)據(jù)資源 ;資產(chǎn)化是通過大數(shù)據(jù)、云計算、分布式等技術將數(shù)據(jù)資源進行清洗、抽取、建模和分析處理形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)的過程 ;服務化是指以業(yè)務和價值為導向構建面向應用的數(shù)據(jù)服務的過程 ;智能化則是數(shù)據(jù)服務支撐各類應用實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值的過程[5-10]。

數(shù)據(jù)體系架構如圖2所示，包含地圖資源、實時數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、非結構化數(shù)據(jù)和預警消息。

1.3 平臺功能設計

平臺采用B/S架構，功能框架如圖3所示。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.1 運行管理中心

運行管理中心主要實現(xiàn)系統(tǒng)管理、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)狀態(tài)管理、預警處理、日志分析和地圖應用管理等功能，為系統(tǒng)管理人員提供整個平臺運行維護的工具。其中，系統(tǒng)管理包含用戶管理、角色管理、數(shù)據(jù)字典管理以及權限管理等 ;系統(tǒng)維護包含平臺參數(shù)配置、站點一鍵重啟、備份還原以及補丁安裝等 ;狀態(tài)管理主要實現(xiàn)對平臺組件以及云主機資源監(jiān)測 ;預警處理主要為系統(tǒng)管理人員提供預警信息的瀏覽并根據(jù)之前的維護記錄提出解決建議 ;日志分析主要通過系統(tǒng)日志、操作日志、數(shù)據(jù)監(jiān)控日志、接口調用日志等日志數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)運行性能、用戶行為、數(shù)據(jù)流向、接口調用動態(tài)等 ;地圖應用管理主要實現(xiàn)地圖參數(shù)配置，包含底圖配置、坐標系配置、圖層要素配置等。

2.2 數(shù)據(jù)管理中心

如圖4所示，數(shù)據(jù)管理中心的核心是實現(xiàn)設備接入以及海量數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲，形成整合實時數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)的整套解決方案。不同類型設備采集的數(shù)據(jù)格式和支持的協(xié)議各不相同，設備管理實現(xiàn)了設備信息管理以及數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的預選。數(shù)據(jù)采集包含數(shù)據(jù)離線導入、手動錄入以及平臺運行過程數(shù)據(jù)采集等，通過數(shù)據(jù)采集配置和采集任務定制，還實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫同步、設備實時采集以及第三方平臺接口調取等周期性數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)的是原始數(shù)據(jù)的堆砌，需要經(jīng)過 ETL 計算，完成數(shù)據(jù)校驗、清洗和轉換等工作。經(jīng)平臺處理之后的數(shù)據(jù)均帶有時間特效，直接存入 SQLServer 數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)數(shù)據(jù)增長速率實現(xiàn)分區(qū)分表存儲，能有效提升數(shù)據(jù)檢索性能。

2.3 可視監(jiān)管中心

可視監(jiān)管中心主要實現(xiàn)以二維地圖為底板的數(shù)據(jù)資源看板功能，包含地圖基本操作、設備地圖分布瀏覽、實時位置查詢、實時數(shù)據(jù)瀏覽、預警消息查詢、統(tǒng)計分析和接口調用分析等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)生命周期全過程可視化監(jiān)管。

2.4 數(shù)據(jù)服務中心

數(shù)據(jù)服務中心主要實現(xiàn)服務接口網(wǎng)關、實時消息訂閱以及授權管理等功能，完成數(shù)據(jù)開放共享，并監(jiān)測服務狀態(tài)以及數(shù)據(jù)流向，保障數(shù)據(jù)安全。接口調用方經(jīng)過平臺認證授權獲取用戶標識 AppID 和授權碼 secret，根據(jù) AppID 和 secret調用服務接口，其中，AppID 主要用于識別用戶身份，方便平臺記錄用戶調用行為，跟蹤數(shù)據(jù)流向，監(jiān)測接口是否處于異常調用狀態(tài) ;secret 是經(jīng)過對稱加密處理的，用于驗證用戶身份是否合法有效。平臺采用 RabbitMQ 提供消息訂閱服務，第三方應用通過調用消息訂閱接口獲取 RabbitMQ 連接地址 url 和客戶端 ID ;然后連接 RabbitMQ，平臺采集數(shù)據(jù)并解析轉換成標準格式后，將實時數(shù)據(jù)分發(fā)給第三方應用。具體實時消息包含實時位置信息、傳感器實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)監(jiān)測預警數(shù)據(jù)以及事件上報等。

3 結 語

通過智慧園區(qū)動態(tài)感知數(shù)據(jù)服務平臺的建設，整合了園區(qū)多源異構數(shù)據(jù)資源，形成了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務接口，減少了數(shù)據(jù)重復建設，規(guī)范了數(shù)據(jù)采集和處理流程，構建了智慧園區(qū)動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)資產(chǎn)體系，為不同業(yè)務領域提供數(shù)據(jù)服務，為信息展示平臺以及業(yè)務平臺提供了很好的數(shù)據(jù)支撐。