学术交流 | 内蒙古地理信息大数据平台建设与应用

关键词：地理信息系统；大数据平台；地理信息资源库；自然资源管理；空间查询与分析

经过四十多年的发展，内蒙古自治区测绘地理信息局积累了包括测绘、卫星遥感、航摄影像、地理国情普查与监测等种类繁多、数据量庞大的基础测绘地理信息数据资源。当下，自然资源领域的机构改革和职能转变对测绘地理信息事业的发展也提出了更高的要求。在此背景下，为适应自然资源管理新职能和新发展需要，让海量测绘地理信息数据资源“动起来”“用起来”，充分挖掘其应用价值，更好地服务于自治区自然资源管理和经济社会发展，是时代赋予内蒙古测绘人的新使命。

近年来，时空大数据在推动社会经济发展方面表现出强势劲头，同时，中央政府通过制定一系列数据强国的政策，促进和规范大数据产业和行业发展与应用。在地理信息时空大数据如何服务新型智慧城市建设、助力城乡规划、辅助自然资源调查监测等方面，许多学者从理论和方法层面进行了深入研究和有益探索，为地理信息大数据综合分析与应用提供了新的思路。在新形势下，如何充分发挥测绘地理信息的基础性作用，更好地服务自然资源空间管理一体化需求；如何按照应用等级和数据密级向社会和各管理部门提供真实、可靠、准确数据；如何以快速处理和应用“非测绘”专题数据，服务于其他部门的专业化、个性化需求；如何有效推动全自治区测绘地理信息数据共享，满足各部门对测绘地理信息数据的广泛需求，避免测绘地理信息资源库重复建设，是一系列迫切需要解决的难题。针对这些难题，2019年3月，内蒙古自治区测绘地理信息局启动了自治区地理信息大数据平台建设项目。

平台建设通过整合全区基础测绘数据、卫星和航空遥感数据、地理国情监测与普查数据，补充三维地理信息数据以及地表沉降监测、“一湖两海”重点区域生态监测、气象、土壤等专题数据，以自治区统计年鉴为参考，纳入社会经济和人口统计数据，融合形成覆盖全区范围的天空地一体化、权威、精准的地理信息大数据资源库。以此为基础，开发建立自治区地理信息大数据基础平台，为全区地理信息大数据统一管理、部门间共享交换、专题统计分析和应用系统建设提供接口和服务支撑。同时，重点面向自然资源管理与服务、区域生态遥感监测、社会综合治理和全区地理信息数据共享交换等领域实际需求，开发了一系列专题应用系统，提供多方位应用服务，形成了“一套库、一平台、N种应用”的地理信息大数据服务模式。本文将围绕平台的总体架构、数据资源库、平台功能和实际应用等重点内容对内蒙古自治区地理信息大数据平台建设和应用进行探讨。

内蒙古自治区地理信息大数据平台的总体架构如图1所示，该架构设计通过局域网、电子政务外网和互联网确保了地理信息大数据在不同场景中的应用，各网络环境中部署的数据和功能由用户群体的应用等级和权限所决定，以充分满足各类用户的应用需求。

图1　自治区地理信息大数据平台的总体架构图

内蒙古自治区地理信息大数据平台在基础软硬件设施的支撑下，遵循地理信息平台建设的相关标准和规范，主要由地理信息数据资源库、地理信息大数据平台和地理信息大数据服务门户三大层次构成。其中，地理信息数据资源库是在相关数据标准规范的约束下，充分考虑数据管理、更新、共享等需求，整合测绘地理信息部门的基础地理、遥感影像、地理国情普查、地理国情调查与监测专题数据、城市三维模型数据以及社会经济统计数据等建立而成的综合性地理信息数据库，为大数据平台提供基础数据保障；地理信息大数据平台是在地理信息数据资源库的支撑下开发的基础性平台，提供数据管理、服务发布、服务共享、大数据挖掘与分析、查询统计等能力，为上层应用系统提供数据和服务接口，同时提供数据共享服务能力；地理信息大数据服务门户是系统的应用层，依托地理信息大数据平台提供的服务能力，紧密结合实际业务需求开发一系列应用服务(接口)和应用系统，面向不同部门和层级的用户提供应用服务，最终实现地理信息大数据的应用目标。

根据地理信息大数据平台的实际应用需求，同时充分考虑地理信息数据的安全保密要求，项目建设采用统一的平台架构设计，针对测绘地理信息局局域网环境、电子政务外网环境以及互联网环境采用不同的实施方案。

1.1 局域网实施方案

针对测绘地理信息数据安全保密特性，在测绘地理信息局局域网内，建立相应的软硬件和网络等基础设施环境，确保测绘地理信息数据和系统平台安全稳定运行。制定相应的数据安全、交换和更新机制，开发建立地理信息大数据平台，实现全量测绘地理信息数据的查阅、管理、查询、统计、分析挖掘和展示等功能。满足测绘地理信息主管部门对全量测绘地理信息数据的管理、更新、服务发布及共享等现实需求，为测绘地理信息日常生产和管理、突发事件应急决策等提供全方位地理信息服务能力支撑。

1.2 电子政务外网实施方案

依托自治区“云上北疆”大数据云平台的软硬件设备和体系架构，根据需要抽取基础性的测绘地理信息数据，经脱密处理后，形成空间地理信息资源库,实现测绘地理信息数据在政府部门间的“横向互联”共享。一方面，通过地理信息大数据平台的数据共享服务应用系统，以在线服务共享方式向自治区各委办厅局提供数据、计算和应用支撑服务；另一方面，通过自治区政务信息共享平台和数据目录系统发布可共享数据的元数据目录，满足各部门对地理信息数据的广泛、通用需求。

1.3 互联网实施方案

在互联网环境中，一方面对于可以面向公众开放的数据内容，针对平台中需要接入互联网以调取在线资源（如天地图服务）的应用或服务，将该部分服务接口或应用系统部署在互联网环境中，便于用户通过网络进行调用，同时由平台提供的管理功能对其进行统一管理，保障服务或系统的安全、稳定运行。另一方面，对于一些对网络依赖度高的个性化应用系统，需要部署在互联网环境中，才能满足应用场景需求，便于用户使用。

自治区地理信息大数据平台的开发建设遵循现行的标准规范体系，平台主要由平台支撑层、数据资源层和应用服务层构成，平台技术架构如图2所示。平台支撑层为平台运行提供必要软硬件环境支撑，数据资源层是融合各类测绘地理信息形成数据支撑，应用服务层为基于地理信息大数据的专题应用系统，为基于测绘地理信息大数据的应用和服务提供交互式界面。

图2　地理信息大数据平台技术架构图

2.1 平台支撑层

平台支撑层为地理信息大数据平台的运行提供必需软硬件支撑环境。搭建必要的软硬件、网络安全防护等作为局域网和互联网基础设施环境支撑，同时依托自治区“云上北疆”大数据云平台提供的云计算资源和基础软件平台作为电子政务外网运行环境支撑，主要包括服务器、存储和网络安全设备等硬件设施以及计算机操作系统等。软件环境支撑主要包括基础GIS平台软件和数据库管理系统软件，虚拟化管理软件以及应用服务器中间件等。

2.2 数据资源层

数据资源是平台的“血液”。以统一的标准和基准对测绘地理信息数据进行处理和建库，主要包括基础地理信息数据、遥感影像数据、地理国情普查与监测数据、地表沉降干涉雷达（Interferometric SyntheticApertue Radar,InSAR）监测数据、城市三维模型数据、社会经济数据和人口数据等，形成统一的地理信息数据资源库，为平台运行提供基础数据支撑。

2.3 应用服务层

为了保障数据资源的安全，数据通常不直接暴露给用户或应用系统，而是以服务的形式进行发布。平台将以服务的形式满足上层对数据的需求，同时服务也是向其他各委办厅局共享数据的一种常用方式。主要包括通用化平台、专业化平台、个性化平台以及专题应用服务四大部分，承载地理信息大数据平台的具体功能，以应用服务或接口的方式满足不同层级用户的实际应用需求。平台服务接口遵循地理信息和信息技术行业主流标准和规范，保障服务的通用性和易用性。

内蒙古全区测绘地理信息数据拥有多来源、多时相、多数据类型、不同格式数据等特点，根据数据信息资源的数据类型、数据用途、应用需求及参考国土空间基础信息平台数据资源分类体系，平台建设对地理信息数据进行重新分类，并建立数据资源目录体系。其中，测绘地理信息数据共7个一级目录，26个二级目录，44个三级目录，其他部门数据共4个一级目录，21个二级目录，如图3所示。

图3　平台数据资源目录体系结构图

为了便于数据管理和查询检索，结合国土空间基础信息数据分类，对地理信息资源数据库数据进行分类，根据分类编码通用原则，将地理信息资源数据库要素类（图层）依次按大类、小类、一级类、二级类和三级类划分，要素代码采用字母加数字组成，其结构及编码规则如图4所示，分类编码示例见表1。

图4　地理信息大数据分类编码规则

表1　地理信息大数据分类编码示例

其中，大类码设定为一位A～Z字母码，小类码设定为一位数字码，一至三级类码为分类代码，其中一级类码为二位数字码，空位以0补齐、二级类码为二位数字码，空位以0补齐、三级类码为专业代码（如1:1 000 000地形图由A代表）或两位数字码，空位以0补齐。

地理信息大数据资源库的建库入库主要包括数据收集、数据可利用性分析、数据整理与数据入库4个步骤，其详细技术流程如图5所示。

图5　数据建库入库技术流程图

3.1 数据收集

数据收集有离线拷贝、在线共享、网络爬取、数据挖掘4种方式，收集数据内容主要包括测绘地理基础地理信息数据、遥感影像数据、地理国情普查与监测数据、社会经济统计与人口数据等类型。

3.2 数据可利用性分析

对于收集到的不同类型、不同来源、不同格式的数据，首先要对数据进行分析，通过对数据的完整性、正确性、数据格式、坐标系统、标准规范等进行分析，便于数据分类及更高效地加工处理和利用数据。

3.3 数据整理

结合地理信息大数据平台实施方案，通过数据分析得到各专题应用数据，将数据按照数据分类及专题应用进行标准化、规范化整理。

3.4 数据库创建与数据入库

数据整理、命名完成，创建企业级地理空间数据库，并将数据导入创建的数据库中。针对多源、异构、海量测绘地理信息数据的存储，地理信息空间数据库的建设采用空间数据引擎(Spatial Database Engine，SDE)+关系型数据库构建企业级地理数据库，用于存储矢量空间数据；对于数据量巨大的栅格数据（如数字正射影像、数字高程模型等）采用切片发布标准GIS服务的方式，对于非格式化的其他数据，采用非关系型数据库（No-SQL）进行存储和查询效率。

只有确保地理信息大数据资源库的“常用常新”，才能保障地理信息大数据平台的持久生命力，因此，数据资源库的数据更新是大数据平台建设及后续运行过程中十分重要的一项工作。内蒙古自治区地理信息大数据平台的数据更新总体上采用“谁生产，谁更新；谁使用，谁共享”的更新机制和原则。

针对地理信息大数据资源库中不同来源的数据，由数据生产单位负责数据的更新工作，确保数据来源的唯一性，同时也保证数据的权威性。对于测绘地理信息部门以外的数据，这些部门在使用大数据平台的过程中，对于可共享的数据应充分共享，通过平台本身的数据共享机制或采取线下方能实现数据的共享，使其沉淀到地理信息大数据平台中来，更新库中现有数据。通过数据的不断汇集和更新，才逐渐体现出“大数据”的价值，为基于平台的大数据分析挖掘和各项管理决策提供实时、全面、准确的数据支撑。

地理信息大数据平台是在地理信息大数据资源库的支撑下开发的基础性平台，提供数据管理、服务发布、服务共享、大数据挖掘与分析、查询统计等功能，为上层应用系统提供数据和服务接口，同时提供数据共享服务能力；依托地理信息大数据平台提供的服务能力，搭建一系列应用服务(接口)和应用系统，面向不同部门和层级的用户提供通用化、专业化和个性化服务，形成地理信息大数据服务门户。

针对平台服务目标用户类型，围绕平台建设和应用目标，平台功能和应用系统建设划分为通用化平台、专业化平台、专题应用服务和应用试点建设等四部分建设内容。各部分功能及其详细构成如图6所示。

图6　地理信息大数据平台功能结构图

通用化平台建设是针对用户的基础性、通用性需求，提供通用化的地理信息系统平台和功能，地理信息大数据平台中起到基础性作用，实现平台中的测绘地理信息数据管理、查询浏览、统计分析、地图服务管理、平台运行维护等功能，提供数据共享服务接口，为平台上层的专业化和个性化应用系统开发提供数据和服务支撑。通用化平台的开发内容主要包括基础功能、通用服务、扩展服务、服务管理和运维管理等功能模块。

地理信息大数据专业化平台建设主要是面向全区自然资源管理和生态文明建设需求，以通用化平台提供的数据、接口和服务能力为支撑，扩充地理空间行业专题数据（如土地利用现状、规划和业务管理相关数据），开发地理空间数据统计展示、地表变化遥感动态监测、地理国情数据挖掘和地表沉降筛查监测等专业功能，定制和优化工作业务流程，实现能够满足行业应用需求的专业化功能，全面服务于自然资源管理工作。

专题应用服务旨在利用平台快速处理来自其他部门的专题数据，同其他部门、行业需求紧密结合，以地理信息数据为基础，融合行业数据和业务流程，为行业管理决策提供辅助支撑。因此，要通过探索三维可视化、数据挖掘、服务共享等技术，探索测绘地理信息在其他行业中的应用和服务模式，向政府部门和社会提供多元化的服务和数据产品，利用地理信息大数据让管理决策更高效。主要包括辅助突发灾害应急服务、辅助社会经济统计展示服务及地名与行政区划信息服务等专题应用系统的开发建设。

平台建设选取二连浩特市作为地理信息大数据应用试点，以自治区地理信息大数据平台中的数据和服务能力为支撑，结合二连浩特市个性化需求开展应用试点建设推动地理信息大数据得到更充分的应用，形成可复制可推广的经验。建设内容主要包括两大内容：一是面向二连浩特市自然资源管理需求，开发自然资源大数据平台，为摸清自然资源“家底”和自然资源业务辅助分析提供技术支撑；二是面向二连浩特市智慧社区建设需求，开发智慧社区管理系统，探索“地理信息+人口”数据在社区网格化、精细化管理中的应用，为打造智慧社区提供服务支撑，推动社会综合治理能力现代化。

地理信息大数据平台建设的最终目的在于应用，只有通过应用解决了实际问题，才能体现平台建设的价值和意义。地理信息大数据平台的建成和投入运行，形成了“一套库、一平台、N 种应用”的地理信息大数据服务模式，为自治区自然资源管理决策和经济社会发展提供了有力的服务支撑。本文以卫星遥感中心、辅助决策中心、应急指挥中心、数据服务中心和自然资源司法鉴定中心5个应用维度为例，对地理信息大数据平台实际应用情况进行简要介绍。

卫星遥感影像是地理信息大数据平台的主要数据来源之一，其具有覆盖范围广、更新频率快和空间分辨率高等优势。随着国产卫星的日益增多，各类卫星遥感影像等数字产品必将朝着低成本、高精度的方向发展。利用这一发展契机，面向“卫星遥感中心”应用定位，自治区地理信息大数据平台开发了地表变化遥感动态监测系统，运用机器学习、人工智能等技术探索基于遥感影像的“找不同”（变化图斑识别），辅助自然资源监测监管，推动形成“天上看、图上查、网上管”的自然资源管理新模式。

内蒙古自治区幅员辽阔，山、水、林、田、湖、草、沙、矿等自然资源丰富多样。区域快速发展的同时，违章建筑、违法开采情况也突显出来。借助机器学习、人工智能等技术研究，针对重点区域提供进行每月一期的高频次遥感监测，运用遥感影像自动解译和人工解译相结合的方式发现变化图斑，提取变化信息，提高执法先进性，与盟市、旗县执法监察部门形成互动，执法人员通过移动端APP进行影像查看、基础矢量信息管理、解译疑似违法图斑定位、导航、核查、取证等，解决传统监察手段人员投入大、周期长等问题。做到及时发现问题及时执法纠偏，有效遏制辖区内自然资源违规利用事件的发生。

在实际应用中，利用两期遥感影像对地表变化进行动态监测，快速获取变化图斑，再结合土地利用现状、规划和审批业务数据进行变化图斑覆盖分析，提取变化图斑空间压占情况，初步判定变化图斑是否属违法用地，如图7所示。分析结果为国土空间执法监察部门提供及时的执法目标信息，将可能发生的违法建设项目“抓早、抓小”，降低违法行为的查处成本，提高执法监察的效率。

图7　基于两期遥感影像“找不同”及图斑空间压占分析结果

为充分发挥地理信息数据在自然资源及其他部门工作中辅助管理决策的作用，按照国土空间基础数据、现状数据、规划数据、管理数据和社会经济数据五大类建立统一的资源目录体系，整合入库包括全区遥感影像、数字高程模型、地理国情普查与监测、土地利用、林草等现状数据，永久基本农田等保护红线数据，形成覆盖全区，涉及地上地下、能够及时更新的、权威准确的数据资源体系。以此数据资源为支撑，面向“辅助决策中心”这一应用定位，地理信息大数据平台开发了自然资源业务辅助分析系统，为国土空间规划编制、行政审批、监测监管等提供有力的应用服务和技术支撑。

在进行用地审批的同时，利用地理信息大数据平台将用地地块坐标导入，或者直接在地图中绘制选取所要查询的地区，可以快速、准确计算占用地类详情、占耕、占用基本农田、用地价格等数据，是否符合规划管控要求，是否压覆已探明矿产资源等，并且针对不符合规划要求的，还能将涉及的是哪部法律法规、具体哪个条款详细列出。针对占用耕地的情况，对补充耕地位置的耕地等别、补充耕地面积、是否符合补充耕地库要求等进行分析，分析报告如图8所示，为审批决策提供准确数据依据。通过数据资源整合，避免分散决策，节约资源，提高效率。

图8　辅助用地审批分析报告

“科学应急，测绘先行”。应急指挥过程中往往面临着存在的灾情基础资料不充分、应急测绘过程不可视、应急供图效率低等痛点问题，面向“应急指挥中心”这一应用定位，地理信息大数据平台运用三维地理信息系统技术，结合大数据资源库中高分辨率遥感影像、高精度地形地貌数据，开发了辅助灾害突发应急指挥系统，能通过系统随时调取指挥所需的地形地势、通视通行、居民点、保障物资、救援队伍等信息，辅助动态生成应急方案，实现了数据、人员、设备等快速调度和响应，为指挥决策提供了宝贵的第一手资料。

如图9所示，以某危化品仓库火灾应急救援为例，首先在三维可视化场景中，根据坐标精确定位至事发地位置；通过查询系统中的危险源专题数据，可以获取该事发点仓库的危化品类型，根据危化品类型自动确定适合的灭火救援方法；依据现场火情和伤亡情况进行灾害分级，在三维视窗中以相应的半径自动标定出疏散区、警戒区和优先保障区的范围；查询事故发生点疏散区内的人气密集点（如政府机构、学校），以及保障区范围内的应急避难场所，结合路网数据，系统可自动生成疏散撤离路线；同时调取保障区内的应急救援力量和物资分布，生成救援队伍最优行进路线，缩短应急救援的响应时间。

图9　应急救援中三区划定及路径规划

近年来，地理信息作为战略性新兴产业在我国经济社会发展中的作用日益显现，便捷、丰富、准确的地理信息服务逐渐融入到经济社会发展的方方面面。由于测绘地理信息数据特殊的安全保密性特点，如何在数据无法“出门”的情况下，做好“来料加工”的技术服务工作，在政府各部门的管理决策、城市规划建设、企业生产运营中充分发挥地理信息服务的重要作用，是地理信息大数据平台建设面临的现实问题。为此，地理信息大数据平台面向“数据服务中心”这一应用定位，以全面、精准的测绘地理信息为支撑，针对社会各部门通用需求和专业化个性化需求，实现以测绘服务“非测绘”的应用目标，开发了一系列数据服务和应用服务接口，为实现“非测绘”领域地理信息数据服务支撑提供了技术途径。

在实际应用中，对于依赖高精度测绘地理信息数据的管理决策行为，如需要利用全区高精度数字高程模型辅助分析的情况，可以将决策目标范围的坐标导入到地理信息大数据平台中，在平台中完成相关分析和计算，将结果以图表的形式进行展示，同时提供打印输出纸质分析报告。针对一些对数据精度要求不高的应用需求，通过对地理信息大数据资源库中的基础性测绘地理信息数据如遥感影像、电子地图、关注点(Point OfInterest，POI)、地名地址等进行脱密处理，利用电子政务外网环境将非密数据“供出去”，以在线服务的方式形成数据共享服务能力，为第三方应用提供数据服务支撑。

地理信息大数据平台支撑下的“自然资源司法鉴定中心”，其应用目标是以地理信息大数据资源库中精准、权威的测绘地理信息数据为支撑，利用卫星遥感影像对地表自然资源情况进行动态监测，及时发现变化、记录变化，实时掌握自然资源的“过去、现在和将来”，运用测绘地理信息专业知识和科学技术，为涉及自然资源资产行政执法、经济纠纷和刑事诉讼等司法鉴定工作所涉及的专门性问题出具鉴定意见。

例如，对于发送的矿产资源非法盗采事件，可利用卫星遥感及时监测被盗采位置，应用测绘技术准确计算盗采量，为司法决策提供准确数据；对于自然资源违法利用情况，可对违法用地范围进行压占分析，辅助各相关业务处室生成各自关注的结果，同时可查看结果所依据的法律法规条款，实现有据严查，有法可依。

内蒙古自治区地理信息大数据平台的建立形成了覆盖空天地一体化的全量测绘地理信息数据资源库，集数据获取、管理、分析与挖掘应用于一体，率先真正实现海量测绘地理信息数据与自然资源数据融合建库、统筹生产与应用，为更好地履职自然资源调查、监测与评价奠定数据基础。通过对地理信息大数据平台的实际应用，达到了让海量测绘地理信息成果“动”起来、“用起来”，服务内蒙古自然资源管理和经济社会发展的应用目标，基本具备了按照等级和密级向社会和管理部门提供真实、可靠、准确数据的能力，初步形成了“一套库、一平台、N 种应用”的地理信息大数据服务模式。总结起来，平台的应用价值主要体现在以下几方面：

离开应用，平台将一文不值，因此平台基础数据、功能、工具等还需要在实际应用中不断优化和完善，形成“建以为用，以用促建”的良性循环。重点结合自然资源厅“两统一”职责和业务，以及测绘地理信息局调查、监测、评价等职能，兼顾自治区政府和其他部门关于生态安全屏障等需求，逐步拓宽应用服务范围。随着平台应用的不断深入，测绘地理信息数据的“底盘”作用也将更加凸显。同时，针对平台应用过程中存在的机制性、制度性问题，要不断地完善平台管理制度和标准规范，确保平台充分发挥实用价值。

引文格式：张瑞新. 内蒙古地理信息大数据平台建设与应用[J].地理信息世界,2020,27(6):109-117.

作者简介：张瑞新，男，回族，内蒙古赤峰人，学士，主要从事测绘组织、管理规划、实施等指导工作

来源：地理信息世界GeomaticsWorld