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解决方案    The Solution
城市仿真实验室
现状背景

2017 年底,习总书记提出,“要建立健全大数据辅助科学决策和社会治理的机制,推进政府管理和社会治理模式创新,实现政府决策科学化、社会治理精准化、公共服务高效化”。国务院印发的《促进大数据发展行动纲要》提出 “要用大数据推动经济发展、完善社会治理、提升政府服务和监管能力。在未来5-10 年实现打造精准治理、多方协作的社会治理新模式”。

中国的城市建设正处于一个飞速发展时期,我们的城市每天都在发生着变化,既有能被感知的物质空间变化,也有存在于数字中的经济社会发展,有风貌迅速变化的整治,也有长期缓慢的更新改造。我们不知道城市未来将会变为什么样子,所以我们可以通过量化城市,建立数学公式,描述城市发展变化的规律与内在机制的方法,为我们揭示城市现象的产生原因。以此帮助解决城市问题,促进城市未来发展提供更加科学的依据。

城市仿真实验室是一个新型的项目,不同于“一张图”、“多规”等常规GIS 类项目,它提出了许多新需求:

(1)为了表达城市的量化指标,需要多样、动态的图表资源,需要动态的对地图进行渲染;

(2)为了表达城市的运行,需要流畅的动画效果;

(3)为了全方位表达城市空间,需要二三维一体化技术;

(4)为了让系统适应今后的扩展,需要做到内容可配置、功能可配置、界面布局可配置。

“一张图”、“多规”等项目都是基于DGP(数慧地理信息应用平台)实现的,城市仿真实验室项目包含大量GIS 方面的应用,因此也要基于DGP 来实现。已有的DGP5.2 平台虽然在GIS 应用方面已经积累了足够优势,但还满足不了城市仿真实验室更加多样化的需求。因此,我们将DGP 平台升级到了DGP6.0,并基于该平台实现了城市仿真实验室项目。



建设目标

城市精细化管理及科学决策的挑战

面对城市这样一个复杂的系统,为了做到精细化管理,我们用什么来评价城市的“好”与“坏”,使我们能够从整体上去了解城市的运行情况的同时也能够及时提示城市的异常变化呢?“好”与“坏”的标准又是什么?在目前并没有一套统一的评价标准能使我们去判断,因此我们需要建立一套技术手段去完成这个挑战。

城市空间的布局直接影响了城市的运行效率和品质,每一个规划设计方案是否考虑全面就显得非常重要。我们需要接受对预演空间规划、建设方案、实施计划的挑战,建立一套方法来研究规划对城市带来的变化,判断对城市产生的影响,从而提出干预方法。


平台体系

从量化城市到量化规划助力智慧决策

1.通过建立一套指标体系,评价城市的“好”与“坏”

针对城市体征建立一套可量化的指标体系。指标涵盖社会经济、生态环境、国土规划等城市的各个方面。通过对指标的总量、结构、分布和时序等维度进行切片,实现对城市的全方位体检。

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城市仿真实验室指标体系

2.通过建立一套模型体系,对规划实施的效果进行模拟预演,量化预测规划决策是否合适

每一个规划对城市未来产生的影响,都遵循一定规律。通过将城市的问题进行分解,再将这种分解后的问题规律进行量化,形成一个个的单要素模型,即可预测某个规划方案实施后的效果。系统采用多种可视化手段,对模拟后的效果进行展现,同时可以对多种方案的效果进行对比,最终选出一个最合适的规划方案。

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城市仿真实验室模型体系

3.通过建立一套预警手段,及时提示城市的异常和变化

城市管理者,最关心的是城市的异常和变化。通过建立指标的评判标准,可以评价各个指标的健康状态,从而体现城市的异常指标。通过对城市建设事件的捕捉,并在地图上进行提示,以反应城市的空间变化情况。系统采用指标预警和事件推送的模式让城市管理者能够及时了解城市最新的动态,并做出适当的决策。

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城市仿真实验室预警手段

4.领导驾驶舱助力指挥决策

在城市的体征、预警、以及模拟预测结果中,选取领导最关注的元素,统一推送。通过指标可视化、数据可视化、预警可视化以及模拟可视化等手段,形成信息聚焦、表达直观、预警及时、模拟精准的领导驾驶舱,辅助领导精准决策。

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领导驾驶舱


技术框架

1.技术选型

前端开发框架选择了渐进式的JS框架Vue,该框架具有体积小、模块化、响应式等优点,同时通过Vue-CLI3脚手架可以快速构建应用;

GIS API 选择的是ArcGIS API 4.X,支持三维场景、使用WebGL 渲染地图,性能更好;

基于Canvas 自主开发了一套三维动画接口,实现各种炫酷的动画效果,同时集成了Echarts4,大大优化了数据可视化效果;

基于Webpack 的前端工程化,对模块内容进行打包压缩,减少Http 请求数量,大大提高了系统性能。

2.平台架构

平台分为数据层、服务层、组件层和应用层,这里主要介绍一下控制应用系统的4 个核心的组件:

平台架构_画板 1.jpg

平台架构

(1)权限管理

通过运维管理系统对前端应用系统权限进行管理。在运维系统中,前端应用系统的数据和功能都是作为资源进行注册的,构成资源池,然后在运维系统中配置不同的业务角色,并给角色进行资源授权,再将用户和角色挂钩。这样,在前端应用系统里面,用户就只能使用自己有权限部分的数据和功能,从而实现内容、功能和界面可配置。

(2)插件管理

通过vuex 对插件进行管理,用动态组件渲染插件。实现流程如下:

按照规范化的接口进行功能开发,将功能引入路由组件,开发完成的成果在运维管理系统进行配置和权限分配,前端资源解析渲染。

(3)事件管理

由于采用了组件式开发,各组件需要进行通信,我们通过全局事件发布和订阅,vuex 实现全局状态管理、共享数据,从而实现各模块的解耦。

(4)地图管理

通过对ArcGIS API 进行封装,支持了各种空间数据的接入,并且能够支持三维场景;

通过集成Echarts4,实现各种专题图;

基于Canvas 自主开发了一套三维动画接口,实现各种丰富的动画效果。

3. 平台特性

通过对DGP 的升级,城市仿真实验室系统有了以下新特性:

通过升级GIS API,系统支持二三维无缝融合,可以在二维和三维场景同步浏览地图;

优秀的数据可视化能力,可以将指标值落图,实现丰富的动画效果,并有热力图、流向图、路径图等展示各类城市体征;

打通了指标管理系统和模型管理系统,可以做到指标实时监测预警,并对指标值进行模拟;

构造RBAC(基于角色的权限访问控制)模型,可以根据不同的用户角色,对系统的内容、功能、界面等进行配置;

前端工程化,提高开发效率; 系统文件打包压缩,提升系统性能;具有二次开发机制,支持系统扩展。  


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