文/王颖初

数字城市系统建设中数据领域存在的问题

随着经济的发展和信息化水平的飞速提升，数字城市的系统建设也日益普及。数字城市涉及规划、建设、城市管理、国土、交通、水利、安防、人防、环境保护、文物保护、能源燃气等各大行业，及一切与智慧城市相关的领域。目前，这类系统的建设在数据领域普遍面临以下问题：

涉及的各个行业的数据体系有其自身的业务独特性，也有跨行业间的共通性，需要一个科学合理的立足于整体的宏观数据模型体系，来实现对各类繁乱复杂的业务数据的统一表述、管理和使用。

每个细分领域都有各自独立、分散的IT系统，在宏观层面这些系统形成了一个个信息孤岛，使用单一、大一统的业务信息系统取代这些信息孤岛在技术上代价巨大，在业务上也不实际。

随着智慧城市体系的完善和管理需求能力的提高，产生了越来越多的针对智慧城市整体的跨业务线的复杂数据分析需求，催生了时空一体化分析，多维度关联数据分析以及探索性数据分析等新兴业务领域。

为解决这些问题，城市信息模型(City Information Modeling，CIM)这一概念应运而生。

城市信息模型(CIM)

城市信息模型(CIM)，是以城市信息数据为基础，建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体，从范围上讲是大场景的GIS数据+小场景的BIM数据+物联网的有机结合。

城市信息模型是对一个城市级别建筑群组的物理和功能特征的数字表达，对城市地上地下、室内室外各种实体目标及其时空状态的数字化描述。其目的是通过对信息的有效组织，形成城市的数字化镜像，并依托这一镜像，实现针对城市各专业领域的规划、建设和运行管理的有效协同、精确分析、实时预警以及可视化管理。城市信息模型具有以下三个主要特征：

C(City):覆盖城市尺度，对建模对象的描述能力是城市级别。

I (Information):能容纳的信息覆盖各种空间、时间维度；能够支撑各种城市级别复杂度的应用。CIM中的信息能够描述城市内各种物理或人文实体，具有多时态、多类型、多粒度级别、多来源等特点。

M (Modeling):对上述各类复杂信息能够按照特定规则和方法建模，以统一、规范的方式进行组织归纳。

CIM模型提供的数字资源范围

为使依托CIM的数字城市系统发挥最大价值，在数字层面必须能够整合以下信息：

城市基础信息-包括建筑模型、模型信息、建筑个体信息、交通、土地等信息。

建筑内部信息-重要的建筑内部结构和对应的建筑部件信息，包括材质、建造年限、造价、运维等信息，根据使用者权限进行权限划分，提供安防、运维能力。

物联网信息 - 包括视频监控、测站信息、信号灯、停车场等信号信息。

由CIM提供的数字资源的类型和其在数字城市系统中的定位可知，在本质上CIM模型是一个多源异构的信息存储、融合、访问、分析的IT数据处理系统 ，是数字城市各类复杂业务需求的支撑和赋能系统。

在具体的IT系统应用与信息集成方面，CIM具有以下六大核心能力：

建模：以统一的方式定义面向各级颗粒度的实体对象，例如定义面向城市-场地-设施-构件-设备等各级颗粒度的实体对象。

复杂关联：容纳全维度语义信息，例如各种时态、各种数据形式、各种空间和时间维度、各种精度、各种粒度、各种语义表达类型以及实体对象本身的要素信息。

大数据：具备城市尺度的描述能力，能够覆盖城市的多空间维度(实体空间、各层级行政管理单元、自然形态单元)、多时间维度(城市信息的不同时态、城市生命期)，能够对构成城市的实体化物理和人文要素进行描述。

可视化：支持空间维度上的可视化表达，可对所有实体对象实现三维级别的可视化表达与定量测量。

实时动态分析：基于多方协作共同建立维护CIM模型资源，支撑不同业务部门对城市运行的协同管理；基于对动态物联感知信息的集成，支持各个业务领域的实时预警预测应用(IOT，流式数据分析)。

透明数据集成：与各种专项业务系统在数据层面高度融合，能够无缝透明的集成各种类型的外部数据源(多源异构数据集成)。

广联达CIM数据平台

基于对CIM的理解与实践，广联达研发了符合自身需求的CIM模型产品：广联达CIM数据平台，在数据组织与管理层面，广联达CIM数据平台具有以下三个核心特点：

通过使用图数据库来构建CIM数据管理模型中的各个逻辑组件，实现灵活的CIM模型与关联关系定义。

通过使用CIM数据模型将各种类型的异构数据源中的数据导入或映射到CIM数据平台，实现对数据的管理和使用。

通过在各种不同CIM对象类型之间建立业务关联关系映射，使IT系统在数据层面上再现真实世界中复杂的业务关联(如时空一体化分析等)，从而对数据进行有效率有针对性的分析。

广联达CIM数据平台技术架构

广联达CIM数据平台具有其独有的技术能力：

CIM数据模型：通过使用知识图谱技术创建了CIM领域模型和建模方法，能够使用同一套标准建模方式数字化的表达智慧城市中的所有事物以及不同事物之间的内在与外在联系。

物联感知数据集成：使用自研的物联网数据接入与融合技术，能够自动化的实现物联感知数据与业务数据的无缝绑定，为静态的业务数据提供实时的动态物联感知信息。

多源异构数据融合：使用自研的数据集成技术，能够实现透明的(对用户屏蔽连接所需技术细节)数据融合，将各类异构数据源中的数据快速导入CIM数据平台并建立数据关联 ，形成业务数据系统。

时空一体化数据分析：通过结合使用知识图谱技术，GIS地理空间分析技术和自研时间轴分析技术，能够在所有的业务对象上实现统一的标准时空信息一体化分析功能，实现空间+时间+业务的全域统一分析。

广联达CIM数据平台实例数据地理空间分析

广联达CIM数据平台实例数据时间维度分析

除此之外，广联达CIM数据平台还提供以下加速业务系统开发的标准数据定义与内置工具：

标准化的模型定义(规建管)：能够构建标准化的行业解决方案。用户可以直接使用标准定义或者微调修改定义，并导入数据，从而迅速构建出数据系统。

功能丰富的建模工具(图形界面，Java和REST SDK)：通过使用这些建模工具用户能够迅速的建立符合自己需求的数据模型，导入数据，创建出数据系统。

标准化的全局时间轴与空间数据系统：能够通过将业务对象与全局时空对象统一绑定的方式，构建出面向智慧城市应用的城市时空信息模型。

广联达CIM数据平台可视化建模工具

广联达CIM数据平台实例关联关系分析

通过使用广联达CIM数据平台内置的标准多源异构数据映射功能，可将各种现有智慧城市IT业务系统数据源中的数据直接导入或映射到CIM数据平台。在不改变任何现有信息系统的前提下，即可透明、高效的实现对城市尺度所有不同来源数据的统一管理和使用，进而为数字城市业务系统提供所需的数据支持。

基于广联达CIM数据平台构建数字城市业务系统信息源示例