2024优秀案例丨元极智慧数字应用系统

1.项目建设背景

青岛桥头堡国际商务区是贯彻落实新发展理念、打造“一带一路”国际合作新平台、服务保障中国（山东）自由贸易试验区青岛片区发展的重要载体，按照党的十九大关于建设网络强国、数字中国、智慧社会的战略部署，推动桥头堡国际商务区智慧城市建设，打造元极智慧数字应用系统，成为世界一流的新时代智慧城市示范标杆。

2.项目建设目标

打造国内领先的具备统一架构、统一数据、统一标准的三维化、物联化、自反馈、智慧化数字应用系统，以实现城市运行安全智能、城市管理精准高效、城市应用示范领先，为城市级CIM 平台建设提供工具软件支撑。

3.项目建设意义

元极智慧数字应用系统是在城市基础地理信息的基础上，建立建筑物、基础设施三维数字模型，表达和管理城市三维空间的基础平台。CIM平台与城市规划、建设、管理、运行多场景应用融合，推进元极智慧数字应用系统建设，能够推动城市物理空间数字化和各领域数据融合、技术融合、业务融合，实现可视化展示城市运行状态，并运用模拟仿真、深度学习技术，模拟推演城市发展态势。对于推动数字社会建设、优化社会服务供给、创新社会治理方式、推进城市治理体系和治理能力现代化均具有重要意义。

4.项目建设必要性

元极智慧数字应用系统建设，能推进桥头堡国际商务区数字化进程，对各类城市信息化数据进行“多渠道”采集、“全领域”汇聚，通过对城市数据进行直观的展示、管控和分析，并与现有相关业务系统无缝衔接，掌控桥头堡国际商务区全局信息和空间运行态势，为城市规划、工程建设、公共管理、公共服务、城市治理、公共安全、应急指挥、交通运输和智慧城市运行提供支撑，推动城市“规、设、建、管”全流程决策信息化、智能化、数字化和科学化，辅助城市智慧化治理和科学化决策。

从技术层面看，新一代信息技术为CIM平台建设提供技术支撑。物联网、云计算、增强现实、数据融合、空间信息网络、地理信息集成、5G等新一代信息技术的发展，能够充分融合城市本身及各类数据，集约统筹建设共性资源，优化城市管理与服务，其精细精准的管理模式保障城市安全、高效、便捷、可靠运行，为CIM平台建设提供技术支撑。物联网技术及信息传感设备的应用将城市和CIM模型连接起来，使得可更新且能够用于信息共享与传递的数据库成为可能，云计算、数据融合和空间信息网络等技术进行信息一体化组织与处理，以支持城市运行管理过程中的各种需求和应用。

从需求层面看，数字“孪生”城市，成为数字城市建设和智慧管理的新需求，数字孪生推动城市精准表达和映射，赋予城市生活“智慧”，塑造智能化治理的城市协同CIM平台，对接城市管理、生态治理、交通治理、市场监管、应急管理、公共安全等需要，重大事件和特殊场景需求日益严峻，坚持数字城市与实现城市同步规划、同步建设，适度超前布局智能基础设施，推动全域智能化应用服务实时可控，建立健全大数据资产管理体系，打造具有深度学习能力、全球领先的数字城市成为新的需求。

1.建设内容

元极智慧数字应用系统项目，主要包括以下两部分建设内容：

（1）应用软件基础基础能力建设，包括全地理信息处理、三维动态图形处理、自动分析与自反馈、先进的无线系统（如：支持5G）、相互数据传输与感知、定位导航、处理和管理各分系统数据（如:各种类型的上传数据）、与各种终端连接互动等。

（2）业务支撑能力建设，服务于城市各类要素的精准化、三维化、可视化表达，以及各种规划方案等提供三维动态整体展示、智能化评价与提升等智慧空间规划与辅助决策提供能力支撑；服务于地下基础设施（如各类管线）各类要素的一体化管理与容量承载力模拟等市政地下管线管理的能力支撑；服务于城市防火、防洪排涝、治安管理等城市安全保障提供能力支撑；服务于建设项目管理、质量管理等城市建设管理能力支撑。

2.总体架构

图1 总体架构

元极智慧数字应用系统总体架构应包括四个层次和三大体系，包括数据层、服务层、平台层和应用层，以及标准规范体系、信息安全体系、运维保障体系。横向层次的上层对其下层具有依赖关系，纵向体系对于相关层次具有约束关系。总体架构支持C/S 或B/S 架构的网络应用，具有良好的可扩展性支持未来移动客户端应用。

（1）数据层：应建设至少包括时空基础库、资源调查库、规划管控库、工程建设库、公共专题库、物联感知库等，为满足更多应用构建三维模型库、空间索引库等CIM数据资源体系。

（2）服务层：包含CIM数据治理与管理软件，并兼顾数据集成与汇聚等功能。服务层同时包括地理信息平台软件和CIM图形处理软件。

（3）平台层：主要提供CIM基础平台软件，同时为CIM+应用提供能力支撑。

（4）应用层：政府部门、企事业单位、社会公众可在各种终端访问平台和应用。

（5）标准规范体系：应建立统一的标准规范，指导CIM平台的建设和管理，应与国家和行业数据标准与技术规范衔接。

（6）信息安全体系：应按照国家网络安全等级保护相关政策和标准要求建立信息安全保障体系。

（7）运维保障体系：应建立运行、维护、更新与安全保障体系，保障CIM平台网络、数据、应用及服务的稳定运行。

3.技术架构

图2 技术架构图

数据存储层采用“混合模式”，采用PostgreSQL数据库作为主业务数据库，存储各个子系统的业务逻辑数据，包括：用户角色权限数据、系统日志数据等；空间数据库采用易智瑞成熟的DataStore产品，该产品对存储实景三维数据有着很好的支持。

平台服务层采用微服务架构进行设计，微服务架构是面向服务架构（SOA）的一种变体，把应用程序设计成一系列松耦合的细粒度服务，并通过轻量级的通信协议组织起来。微服务架构将应用构建成一组小型服务，这些服务都能够独立部署、独立扩展，每个服务都具有稳固的模块边界，甚至允许使用不同的编程语言来编写不同服务，也可以由不同的团队来管理。

平台应用层采用B/S架构进行设计，端与服务器之间遵循RESTful标准，与服务层交互遵循http协议，并采用JSON进行数据交换。原生具有弹性可伸缩的体系结构，支持热插拔式负载均衡，支持大用户量的Web并发访问；支持点对点，无状态的高可用集群部署。

4.典型应用场景

4.1国土规划-城市现状数据展示

针对当前桥头堡地区的城市现状进行展示。展示内容包括现状行政区划、现状卫星影像、现状建筑物、实景三维现状模型、现状地形、现状管线、土地利用现状、建筑质量现状、现状人口及其他等数据。

图3 现状数据展示

4.2国土规划-自然资源分布

展示自然资源的分布情况，包括山地及高山地、农田、林地、河流水系和草地。

图4 自然资源分布

4.3规划应用-规划数据展示

针对当前桥头堡地区的规划数据进行展示。展示内容包括国土空间总体规划、国土空间详细规划、国土空间专项规划、规划三维模型等数据。

图5 规划数据展示

4.4规划分析-阴影分析

定量分析桥头堡区域规划建筑物随时间变化的阴影情况。可以查看不同区域的阴影覆盖时长。

图6 阴影分析

4.5规划分析-市政基础设施分析

（1）规划管线用量分析：基于规划数据，针对规划管线用量进行分析，包括用水量、污水量、用电量、通信量、燃气量和供热量。支持在图上自定义绘制范围统计用量。

图7 规划管线用量分析

（2）管网容量预测：针对规划地块，自定义绘制建筑物，计算新增人口、建筑面积、新增流量和计算后的管径，并给出预测结果建议。管线承载力的情况，将动态反映在地图场景中，用不同的颜色进行区分。

图8 管网容量预测

4.6规划分析-强排分析

强排分析就是根据地块的规划指标排布建筑的基本方案，按照建筑强制性规范尽可能布置建筑轮廓。强排方案的目的主要是为了成本测算及利润率，将项目的开发条件进行梳理，了解项目的利与弊，为营销策划做支撑，便于后期工作的开展。

针对选定地块，可以根据地块的用地类型和规则，根据控规指标，在地块内进行建筑物的自动排布。计算结果将显示在面板中，并将模型显示在地图场景中。

（1）根据二维控规面要素数据的不同用地性质，调用不同的强排设计规则；

（2）通过计算控规要素数据的属性获取建筑面积，控制地块内的总建筑面积；

（3）根据区域控高、楼间距等条件约束，计算排布在区域内的建筑底面数目和建筑高度；

（4）将二维要素拔高为三维模型呈现。

图9 强排分析

4.7城市建设-项目展示

针对城市建设项目的分布进行展示，能够在地图上点击项目所在位置查看详细信息。展示的项目信息包括项目名称、项目位置、建设单位、设计单位、监理单位、公共单位、缩略图、视频等信息。

图10 项目展示

4.8城市安全-消防设施和设备分布

展示桥头堡区域消防站和消防栓分布信息，可查看消防站信息及服务半径。

图11 消防设施和设备分布

系统建设采用先进的技术、方法、软件、硬件和网络平台，紧密结合5G 技术、AI 技术、多传感器集成技术、物联网、大数据、云计算、数值模拟、多媒体应用等先进技术手段的应用，保证软件的先进性和在国内同行业中的领先地位；使系统依据的基本技术在整个生命周期中保持先进性，在操作方式、运行环境、软件接口或开发计划等发生变化时，具有适应能力。同时兼顾成熟性，使系统成熟而且可靠。系统在满足全局性与整体性要求的同时，能够适应未来技术发展和需求的变化，使系统能够可持续发展。

1.基于Spring Cloud分布式系统框架技术

2.基于J2EE 的B/S 架构

3.基于ESB 服务总线实现集成

4.Web GIS 分布式GIS技术

5.WebGL 三维渲染引擎技术

6.基于镶嵌数据集的海量影像数据管理

7.基于矢量切片的海量矢量数据动态展示

8.远程桌面、视频同步传输技术

9.海量空间数据调度技术

10.Redis内存数据库技术

11.基于OpenAM的统一身份认证

元极智慧数字应用系统充分利用地理信息、5G、大数据、物联网等新一代信息技术，按照分期实施、分层构建、模块应用的原则，通过构建具备统一架构、统一数据、统一标准的三维化、物联化、自反馈、智慧化的动态信息软件和全要素应用平台，以实现城市运行安全智能、城市管理精准高效、城市应用示范领先；为城市级CIM平台建设提供工具软件支撑。

软件开发保证系统架构的技术领先性，设计采用当前主流的SOA高内聚、松耦合的软件架构体系。以统一的时空框架进行组织，应用全息地图的理念形成全尺度、全息、全空间的基础地理信息数据，成为打破信息壁垒的重要技术手段，并成为贯穿不同部门综合应用的主要线索。秉承“信息循环”的理念，让数据信息产生反馈和反应，促进数据信息的开放、共享，实现在开放、共享和反馈中信息的增值、效率的提高。面向地理信息、三维建模、数据管理、图形处理、自动分析与自反馈、5G传输与感知、定位导航、移动终端等主要使用需求，自主开发和搭建城市三维动态信息软件和应用系统平台。

通过业务应用系统的部署与应用，节约办公经费开支，降低管理成本；有利于整合商贸区各局办信息资源，避免重复建设，节约信息化建设投资；为社会公众提供更加方便、快捷的服务，有效降低社会成本；购买计算机网络设备、软件产品及服务，可有效的带动本地信息产业及相关产业的发展。

本项目的建设为大数据、人工智能、工业互联网、5G前沿技术提供了最广阔的应用场景和创新空间，是实现城市基础设施数据化建设和应用的基础支撑，对城市管理手段、管理模式、管理理念创新有极大的促进作用。依托元极智慧数字应用系统的建设推动城市从数字化到智能化再到智慧化转型，是推动城市治理体系和治理能力现代化、推动城市提质增效的关键举措。