分布式GIS技术创新赋能自然资源信息化建设方案

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P2 对自然资源开发利用和保护进行监管，建 立空间规划体系并监督实施，履行全民所 有各类自然资源资产所有者职责，统一调 查和确权登记，建立自然资源有偿使用制 度，负责测绘和地质勘查行业管理等。 P3 2019 年 11 月，自然资源部公布了《自 然 资源部信息化建设总体方案》。 《方案》提出，立足已有基础，统筹整合 土地、地质、矿产、海洋、测绘地理信息 的信息化资源，运用移动互联网、云计算、 大数据、物联网、人工智能等新一代信息 技术，通过完善、优化和创新，建设自然 资源“一张网”、“一张图”、“一个平 台”，并 以此为基础构建自然资源调查监 测评价、 自然资源监管决策、“互联网 + 自然资源政 务服务”三大应用体系。 应用 一平台 一张图 一张网 基于互联互通的统一“一张网”，采用分布式构架建设数据资源，形成统一的自然 资 源“一张图”，基于分布式国土空间基础信息平台管理“一张图”，并在其支撑 下构建 各类业务应用。 提供应用服务基础支撑，不断完善分布式体系下的用户统一访问 入口，保证高并发 访问的安全、高效、稳定，为构建调查监测评价、 监管决策、政务服务等业务应用 提供技术支撑。 推进大数据处理服务等云基础服务设施建设，构建统一的分布式数据库资源池和大数据 服务平台，提供统一的数据存储和大数据分析处理服务。 建成覆盖土地、地质矿产、测 绘、海洋等多节点的分布式自然资源云数据中心运行体系。 31 处 P4 分布式 GIS(Distributed GIS) 新 一 代 三 维 GIS (Three Dimension GIS) 大 数 据 GIS (Big Data GIS) 人 工 智 能 GIS (AI GIS) SuperMap GIS 10i(2020) 跨平台 GIS(Cross Platform P5 分布式空间数据引擎技术 云 原 生 GIS 技 术 边 缘 GIS 技 术 分布式 NoSQL 数据 库 空间区块链技术 Fabric IPFS 分布式空间分析与处理技术 GeoAI 经典空间数据分析处 理 端 GIS 组件端 Web 端 移动端 桌面端 分布式文件系统 分布式 SQL 数据 库 空间大数据分析处理 分布式 Geoprocessing GIS 微服务 (2020) GIS 容器化部 署 GIS 自动化编 排 边 缘 空间数据分 发 边 缘 空间分析与处 理 边 缘 GIS 服务聚 合 边 缘 与云中心 分布式协同 微服务之间 分布式协同 P6 P7 现 状 数 据 规 划 数 据 管 理 数 据 其他数据 城市三维 数据 森林数据 森林资源清查／森林灾害 ／林业重点工程 湿地数据 湿地资调查／ 典型湿地／ 重点湿地资 源 水资源数据 水利普查 / 水利工程／防 汛抗旱 海洋数据 海洋水文／海 洋环境／海 洋生 物／海 洋战略通道 其他 自然保护区 / 风景 名胜区 / 自然遗产 / 地 质公园等 遥感测绘数据 基础 地理 /DEM/ 地理国 情 / 遥感影像 地质数据 地质调查／矿山地质环境 ／地质灾害 地理国情普查 地表形 态／地表履盖／重 要地 理国情要素 土地利用现状 土地利 用现 状 ／耕地后 备 资源 ／耕地质量评价 矿产资源 矿产资源量／ 矿产资源潜 力评价／矿 产地 三区三线数据 城镇空间 农业空间 生 态空 间 城市开发边界 永久基本农田红线 生 态保护 红线 国土空间规划 主体功能区规划 海洋功能区规划 市中心城区规划 县级空间规划 乡镇空间规划 村庄规划 专项规划 耕地保 护利用规划 湿地 保护规划 林地保 护保护 …… 地质规划 地质环 境规划 地质勘查 规划 地质环境保 护规划 地质灾害 防治规划 矿产规划 矿 产资源总体规划 矿产资源勘查规划 矿产资源开采规划 其他规划 环保规划 水利规划 交通规划 公共服务设施 规划 …… 自然资源和不动产确 权登记 土地 / 房 屋 / 水流 / 森林 / 山岭 / 草原 / 荒地 / 滩涂 / 探明储量的矿产资源 / 海域（无居民海岛） 国土空间规划 管理 建设用地 / 土地 供 应 / 城市地 价 …… 地政管理 建设用 地 / 土 地供 应 / 城市 地 价…… 矿政管理 矿业权 / 地 质 勘查资质 / 矿 业权勘 查开 采信息 海政管理 海域管 理 / 海 岛管 理 / 海洋 工 程 / 围填海 管理…… 其他 测绘管理 / 档案管 理 / 办公 管 理 /… … 生 态 修复 土 地整治 / 生态 修复 / 廊道生 态 工程 / 面状 生态 工程 社会经济数据 社会经济 人口数据 法人数据 建设项目 其他大数据 公交刷卡 出租车轨迹 市政缴费数据 手机信令数据 互联网数据 物联网数据 …… …… 地下管线数据 P8 地表数据体系 陆地数据体系 自然资源数据体系 国土空间规划支撑数据体系 国土调查 林 草 湿 水 互联网数据 自然保护区 … 气象数据 降水量 … 融合 生 态数据 自然保护区 环境监测 … 融合 基础地理数据 基础测绘 国情监测 … 融合 社会经济数据 GDP … 人口数据 常驻人口 … 融合 海洋数据 海洋监测 海洋生态 … 融合 地质矿产数据 活动断层 地质遗址 … 融合 自然资源调查监测数据 参考：中国国土勘测规划院 白晓飞 P9 结构化 数据 矢量 数据 栅格 数据 IoT 数 据 表格 数据 非结构化 数据 三维 数据 文本 数据 图片 数据 视频 数据 • 传统认 知 • 静态数 据 • 变化数 据 • 单个文件 大 • 数量并不 多 • 底图参考 • 点类型 • 数据激 增 • 分析挖 掘 • 倾斜摄影数 据 • 激光点 云 • 人工建 模 • BIM • 数据量 大 • 静态数 据 P10 • 全类型数据 • 事 务 性 应 用 首 选 • 矢量瓦片 • 栅格瓦片 • 三维瓦片 • 大 规 模 瓦 片首选 • 流数据 • 点数据首 选 NoSQL NoSQL SQL 型 • 矢量 / 栅格、影 像 • 多方式空间查询 • 超大规模首选 NoSQL 文件型 DSF • 矢量 • 分布式分析能 力 • 全量计算首选 PolarDB P11 GaussDB P12 P13 数据采集 ——“ 获取数据” 采集元数据与主数据， 统一存储，形成本地数 据库，并建立数据资源 目录。 数据治理 ——“ 清理数据” 对主数据质量评估，统 一数据标准，清洗问题 数据。对元数据分析， 构建数据间关联关系。 数据融合 ——“ 加工数据” 构建数据模型，融合多 源数据，形成基础库和 面向多种应用的主题库。 完成时空数据转换。 数据服务 ——“ 应用数据” 统一数据接口，规范数 据安全，保障数据采集 安全、传输安全、使用 安全。 解决数据不关联、不标 准、质量差问题 解决数据难应用问题 P14 庞大的数据量 广阔的数据覆盖区域 • 全国已有的 2 米 DEM 数据（ 176711 幅） • 全国已有的 10 米 DEM 数据（ 24182 幅） • 全国 10 米坡度数据 • 特定区域 0.2 米 DOM 数据（ 5041 幅） • 特定区域 DSM 数据 • 特定区域 0.4 米， 0.05 米倾斜摄影数 据 • 全国 DEM2 米： UDB 数据 9TB ，缓存 4TB • 全国 DEM10 米： UDB 数据 652GB ，缓存 450GB • 全国坡度 10 米： UDB 数据 786GB ，缓存 5 个级别 1.3TB • 特定区域 DOM ： UDB 数据 890GB ，缓存 749GB • 特定区域倾斜摄影： OSGB 数据 93GB ， S3M 缓存 252GB P15 Spark 集群框 架 MongoDB HDFS HBase 任务监控 多端应用 《空间三维模型数据格式》（ Spatial 3D Model ， S3M ）标准 分 布式计算 / 处理 分布式存储 倾斜摄影三维 数 据 激光点云数据 三维 地形数 据 手工建模 影 像数据 栅格数据 断点续接 三 维 场 BIM P16 Spark + GeoTrellis 集群框架 分布式内存处理 解析 建金字 塔 拼接 坐标转 换 切片 …… 栅格地形数据 分布式存储 分布式栅格数据集 服务发布 坡度 / 坡向 分 地形浏览 淹没分析 析 …… 栅格统计 栅格代数 填挖方 分析 流域分析 P17 分布式模式 5 节点： 4CPU 核心， 16GB 内存 1.9 小 时 单机模式 14 小 时 4CPU 核心 64GB 内 存 5 倍 算力 性能 7 倍 加速比大于 1 ，可扩 展 P18 P19 三维 地形数据 （ 4 5TB ） P20 • 聚类分析 • 回归分析 • 随机森林分析 • … • 叠加分析 • 缓冲区分析 • 植被指数 • 水体指数 • … 经典空间数据分析 分布式重构 空间大数据 • 地理围栏 • 地图匹配 • 路况计算 • … 分布式空间机器学习 流数据 • 热点分析 • OD 分析 • 轨迹重建 • 构建多变量格网 分布式技术 P21 P22 基于三维 地形 及坡度分析，直观展示 25 度以上基本农田分 布 P23 P24 业务 对象 国土空间规划数据 法律法规 数据标准 数据字典 算法 空间拓扑 运算 栅格运算 空间分析 大数据分析 图属一致 性运算 规则 单一规则 复合规则 规则 编排 应用 算子 指标库 人口 经济 热点分析 环境 用地决策模型 冲突检测 项目选址 模型库 P25 菜单栏 工具箱 可视化建模视图 参数面板 P26 现 状 点数 据 现 状 面数 据 现 状 线数据 耕地质量数据 国家利用等 国家经济等 国家自然等 耕地质量分析 叠加分析 Spark SQL 查询 要素连接 自定义扩展开发 ··· P27 P28 耗时从 150 分钟 降低到 7 分 P29 2002 年 -2007 年土地 利 用变化检测 （ 1 次叠加分析） 2002 年 -2007 年、 2007 年 - 2012 年土地利用变化检 测 （ 2 次叠加分 析） 2002 年 -2007 年、 2007 年 -2012 年、 2012 年 -2017 年土地利用变化检 测 （ 3 次叠加分析） 时序土地利用变化检测分析 测试数据： 2002 、 2007 、 2012 、 2017 年地类图斑 数据 测试方案：每步存盘模式、 SuperMap 地理处理 P30 测试一 测试二 测试三 31.4 62.3 96.6 9.7 19.1 29.4 0 20 40 60 80 100 120 测试一 (1 次叠 加 ) 测试二 (2 次叠 加 ) 测试三 (3 次叠 加 ) 分析耗时（分钟） 每步存盘模式 分布式地理处理 70% P31 节省分析耗时 全内存式处理流程 磁盘中不生 成中 间结果，节省 IO 时间 分析过程越多， 性能提升越明显 P32 P33 模块 1 模块 3 模块 4 模块 2 容器化部署 微服务化 单体架构 模块 1 模块 4 模块 3 模块 3 模块 4 模块 2 模块 1 模块 4 模块 2 模块 1 模块 2 模块 3 …… 微服务化架构 P34 管 理 安 集 全 群 缓 日 存 志 … 微服务架构的 GIS 服务 器 GIS 服务组 件 传统架构的 GIS 服务 器 SuperMap iServer P35 GIS 服务接 口 GIS 服务提供 者 P36 P37 大数据 GIS 云平台 三维 GIS 人工智能 GIS 空间区块链 P38 高 并 发 P39 高 可 用 高 弹 性 P40 完善国土空间基础信息平台，按照分 布式应用与服务架构，不断优化平台 功能，横向上联通各相关单位，纵向 上联通国家、省、市、 县四级，并 接入其他行业数据中心，通过注册、 发布、调度和监控， 形成物理分散、 逻辑集中的分布式一体化数据、应 用 管理与服务机制。 鼓励省级自然 资 源管理部门采取省级集中的方式 推进 平台建设。 P41 SuperMap iEdge 边 缘 服务聚合 边 缘 前置代理 边 缘 分析计算 边 缘 云原 生 部署 * * 新增 边 缘 内容分发 P42 S3M 瓦 片 地形瓦片 影像瓦片 P43 云中心 边 缘 节 点 国土空间信息平台 “ 一张图” 监督 决策 辅助 分析 调查 评价 国土空间信息平台 “ 一张图” 监督 决策 辅助 分析 调查 评价 政府部门 国家 省 地市 监督 决策 辅助 分析 调查 评价 数据 互通 县 国 土 空 间 规 划 统 一 门 户 科研机构 企事业单位 社会公众 政务 服务 数据 服务 业务 联动 数据 互通 业务 联动 数据 互通 业务 联动 边 缘 节 点 P44 P45 Cloud Edge Termina l Edge GIS Server • SuperMap iEdge Cloud GIS Server • SuperMap iServer • SuperMap iPortal • SuperMap iManager Terminal GIS for Components • SuperMap iObjects C++/Java/.NET • SuperMap iObjects Python • SuperMap iObjects for Spark Terminal GIS for Web • SuperMap iClient JavaScript Terminal GIS for Mobile • SuperMap iMobile • SuperMap iTablet Terminal GIS for Desktop • SuperMap iClient3D for WebGL • SuperMap iObjects for Blockchain P46 • SuperMap iDesktopX • SuperMap iDesktop SuperMap iDesktop SuperMap iDesktopX SuperMap iClient JavaScript SuperMap iClient3D for WebGL SuperMap iPortal/Online DataViz SuperMap iPortal/Online DataInsights SuperMap iPortal/Online MapDashboard SuperMap iPortal/Online Earth SuperMap iPortal/Online MapStudio(beta) SuperMap Online MapEditor SuperMap Online MapStyle SuperMap iObjects C++/Java/.NET SuperMap iObjects Python SuperMap iObjects for Spark SuperMap iObjects for Blockchain 业务定制化 开箱即用 SuperMap iMobile SuperMap iTablet P47 贵州国土大数据 上海城市规划大数据 河北农业大数据 国家不动产大数据 云南地质大数据 四川测绘大数据 P48