地理實體化數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究

王 磊，李長輝，邢漢發(fā)

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州510060)

一、引 言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，地理信息在國民經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展中起到越來越重要的作用。我院積極響應(yīng)國家測繪地理信息局“數(shù)字城市”建設(shè)，豐富地理信息資源、擴展地理信息服務(wù)成為重要的工作內(nèi)容，全面開展地理信息服務(wù)，促進(jìn)地理信息資源的充分利用和城市信息化建設(shè)，從而使測繪更好地服務(wù)于城市建設(shè)與發(fā)展，為城市信息化建設(shè)打好基礎(chǔ)，推進(jìn)城市地理信息資源的共建共享［1-2］。在不斷實踐中，單一系統(tǒng)的開發(fā)已不能滿足時代對地理信息應(yīng)用的多樣性要求，建立面向地理信息應(yīng)用的統(tǒng)一平臺提供服務(wù)成為測繪地理信息專業(yè)發(fā)展的必然選擇［3-5］。為了更有針對性開展服務(wù)，我院通過用戶需求分析，將應(yīng)用分為3個層面：專業(yè)部門、政務(wù)管理和社會公眾，并提出了數(shù)字廣州地理信息公共平臺的建設(shè)框架，即“三大平臺”——基礎(chǔ)地理信息平臺、政務(wù)地理信息平臺和社會服務(wù)地理信息平臺。三大平臺關(guān)鍵是數(shù)據(jù)集建設(shè)，特別是地理實體化數(shù)據(jù)處理。

二、地理實體數(shù)據(jù)與三大平臺關(guān)系

1.三大平臺

“三大平臺”建設(shè)針對不同的應(yīng)用各有側(cè)重：基礎(chǔ)地理信息平臺主要是針對傳統(tǒng)依賴地形圖的專業(yè)部門，政務(wù)地理信息平臺主要是針對政府部門的日常管理，社會服務(wù)地理信息平臺主要是面向社會公眾?！叭笃脚_”則按照空間數(shù)據(jù)來源呈現(xiàn)正金字塔結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，按照社會需求呈現(xiàn)倒立金字塔結(jié)構(gòu)。

1)基礎(chǔ)地理信息平臺：綜合利用“3S”技術(shù)，以我院信息化測繪生產(chǎn)體系為前提，以規(guī)劃基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以軟件系統(tǒng)為支撐，通過產(chǎn)品服務(wù)、技術(shù)服務(wù)和分析服務(wù)等多種模式，為專業(yè)部門提供地理信息服務(wù)的平臺。

圖1 三大平臺數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次圖

2)政務(wù)地理信息平臺：整合集成政務(wù)管理所需地理信息核心要素，集地理空間信息共享、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)發(fā)布、功能服務(wù)于一體的，為政務(wù)管理提供地理信息保障和技術(shù)支撐的信息平臺，例如局統(tǒng)一信息化平臺。

3)社會服務(wù)地理信息平臺：以公眾服務(wù)網(wǎng)站為依托，采用全新的技術(shù)方法和現(xiàn)代的網(wǎng)站服務(wù)理念，以地圖為載體，集地圖服務(wù)、地圖論壇、圖說新聞、氣象快報等內(nèi)容于一體，為社會大眾提供實時地理信息服務(wù)的平臺，例如我院為亞運開發(fā)的地圖網(wǎng)站。

雖然三大平臺建設(shè)針對不同的用戶群，采用了不同的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)模式，但是3者之間的關(guān)系并不是完全分離的，隨著應(yīng)用深度的不同，存在著相互交融性。政務(wù)地理信息平臺和社會服務(wù)地理信息平臺是依托地理信息數(shù)據(jù)，通過在線方式滿足政府部門、企事業(yè)單位及社會公眾對地理信息和空間定位、分析的基本需求，具備個性化應(yīng)用的二次開發(fā)接口和擴展空間，是實現(xiàn)地理空間框架應(yīng)用服務(wù)功能的數(shù)據(jù)、軟件及其支撐環(huán)境的總稱。平臺數(shù)據(jù)集是公共平臺建設(shè)中的核心內(nèi)容，主要包括地理實體數(shù)據(jù)、政務(wù)電子地圖、公眾電子地圖、地名/地址數(shù)據(jù)、正射影像數(shù)據(jù)和三維景觀數(shù)據(jù)等。

2.地理實體數(shù)據(jù)是三大平臺數(shù)據(jù)橋梁

地理實體數(shù)據(jù)是根據(jù)相關(guān)社會經(jīng)濟、自然資源信息空間化掛接的需求，對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容提取與分層細(xì)化、模型對象化重構(gòu)、統(tǒng)計分析等處理而形成的。其采用實體化數(shù)據(jù)模型，以地理要素為空間數(shù)據(jù)表達(dá)與分類分層組織的基本單元。每個要素均賦以唯一的要素標(biāo)識、實體標(biāo)識、分類標(biāo)識與生命周期標(biāo)識。通過這些標(biāo)識信息能夠?qū)崿F(xiàn)地理要素相關(guān)社會經(jīng)濟、自然資源信息的掛接，還能夠靈活地進(jìn)行信息內(nèi)容分類分級與組合，并實現(xiàn)基于要素的增量更新。

地理實體數(shù)據(jù)是三大平臺數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與橋梁。地圖數(shù)據(jù)的制作是建立在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，首先形成地理實體數(shù)據(jù);然后在地理實體數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上加入社會經(jīng)濟信息，形成政務(wù)電子地圖數(shù)據(jù);在政務(wù)電子地圖數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上加入社會綜合信息，并經(jīng)數(shù)據(jù)加密化處理(精度取舍，去除保密信息)，形成公眾電子地圖數(shù)據(jù)。

地理實體數(shù)據(jù)主要是在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)成果的基礎(chǔ)上整合加工而成，一般情況下包括預(yù)處理、數(shù)據(jù)組織重構(gòu)、實體化處理等過程。預(yù)處理主要包括數(shù)據(jù)提取，必要時進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換與分類代碼轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)提取的關(guān)鍵是建立整合后實體數(shù)據(jù)分層與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系;數(shù)據(jù)組織重構(gòu)包括數(shù)據(jù)分層命名與屬性結(jié)構(gòu)規(guī)整;對象化處理是依據(jù)原始數(shù)據(jù)中的屬性信息確定地理實體，找出同屬于該實體的圖元，賦以相應(yīng)實體標(biāo)志碼，并建立相應(yīng)的圖元實體關(guān)系表。地理實體的數(shù)據(jù)源應(yīng)選取最新版本，在整合時需要處理好同一比例尺數(shù)據(jù)各要素間的協(xié)調(diào)關(guān)系，并盡可能地處理好不同比例尺數(shù)據(jù)間的一致性關(guān)系。數(shù)據(jù)加工處理過程如圖2所示。

圖2 地圖數(shù)據(jù)處理與制作過程

三、地理實體化數(shù)據(jù)處理方法

在提供空間信息服務(wù)時，一般需要以簡潔的數(shù)據(jù)作為支撐，而非完整的地形圖數(shù)據(jù)。為此，需要基于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取，將大多數(shù)部門和行業(yè)都需要的共性數(shù)據(jù)提取出來，形成地理實體數(shù)據(jù)。其過程分為數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)擴充和數(shù)據(jù)重組三個部分：①數(shù)據(jù)提?。阂劳谢A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)提取水系、交通、居民地、境界與政區(qū)和地名等要素;②數(shù)據(jù)擴充：擴充行政區(qū)劃、山脈、河流、湖泊、水庫、公路等地理要素的專業(yè)代碼，以保證與專題信息屬性的連接;③數(shù)據(jù)重組：水系、交通、居民地、境界與政區(qū)和地名等要素的實體化重組。示例如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)實體化示例

1.數(shù)據(jù)提取

依托基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫提取水系、交通、居民地、境界與政區(qū)、地名等要素時，可參照以下方式進(jìn)行：

1)水系數(shù)據(jù)提取常年河、時令河、干涸河、湖泊、水庫和池塘的邊線，以及作為其邊線的其他線狀要素。

2)交通數(shù)據(jù)提取鐵路的中心線，城際公路、城市道路的邊線和中心線，鄉(xiāng)村道路依比例尺雙線路邊線和不依比例尺單線路單線。

3)居民地數(shù)據(jù)提取街區(qū)、單層房屋和普通房屋的邊線。

4)境界與政區(qū)數(shù)據(jù)提取國界，省區(qū)級、地市級和縣級行政區(qū)劃界及其行政區(qū)域代表點。

5)地名數(shù)據(jù)提取交通、水系、居民地和行政區(qū)域名稱，以及位置和相關(guān)屬性。

2.數(shù)據(jù)擴充

為方便與專題信息屬性的鏈接，應(yīng)按照相關(guān)專業(yè)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，擴充行政區(qū)劃、山脈、河流、湖泊、水庫、公路等地理要素的專業(yè)代碼。

3.數(shù)據(jù)重組

根據(jù)應(yīng)用的需要和產(chǎn)品類型等，以便于地理信息服務(wù)及掛接社會經(jīng)濟信息為目的，數(shù)據(jù)在經(jīng)過實體化以后采用實體對象關(guān)系模型、格網(wǎng)模型、要素與格網(wǎng)一體化模型和地圖模型等方式組織。水系、交通、居民地、境界與政區(qū)和地名等要素的實體化重組，可參照以下方式進(jìn)行：

1)水系。以單線形式表示的常年河、時令河和干涸河提取單線數(shù)據(jù)，在遇有橋梁使河流表示中斷時，應(yīng)在斷開處添加線段使河流表示完整，構(gòu)建線實體;以雙線形式表示的常年河、時令河和干涸河提取兩條邊線數(shù)據(jù)，在遇有橋梁使河流表示中斷時，應(yīng)在斷開處添加線段使河流表示完整，構(gòu)建面實體;具有完整邊線表示的湖泊、水庫和池塘提取邊線數(shù)據(jù)，構(gòu)建面實體，不具有完整邊線表示的應(yīng)提取可以作為其邊線的其他要素的部分線段，構(gòu)建面實體。

2)交通。一般鐵路、電氣化鐵路和窄軌鐵路提取中心線數(shù)據(jù)，構(gòu)建線實體;以單線形式表示的鄉(xiāng)村道路(不依比例尺)提取單線數(shù)據(jù)，在遇有橋梁、涵洞等使道路表示中斷時，應(yīng)在斷開處添加線段使道路表示完整，構(gòu)建線實體;以雙線形式表示的城際公路、城市道路、鄉(xiāng)村道路(依比例尺)提取兩條邊線數(shù)據(jù)和中心線數(shù)據(jù)，不提取附屬設(shè)施數(shù)據(jù)，構(gòu)建面實體。

3)居民地。普通房屋提取建筑物主體的邊線數(shù)據(jù)，不提取相關(guān)的附屬設(shè)施數(shù)據(jù)，構(gòu)建面實體。

4)境界與政區(qū)。省區(qū)級、地市級和市(縣)級行政區(qū)劃提取邊界數(shù)據(jù)，在遇有以其他線狀要素作為邊界表示時，還應(yīng)提取該線狀要素的相應(yīng)部分，保證本級行政1區(qū)域境界的完整，構(gòu)建面實體，并以本級行政區(qū)域政府辦公所在地空間位置作為標(biāo)識點。

5)地名。將有明確地域界限的地名數(shù)據(jù)和其實體化后的地理實體建立起對應(yīng)關(guān)系，包括省區(qū)內(nèi)各級區(qū)劃地名、水系地名、交通地名、山脈、山峰，以及其他各類地名及相關(guān)信息。

四、地理實體化數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)要求

1.基本地理實體完整性

基本地理實體是指能夠比較方便地從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)成果中提取整合的實體對象，包括境界實體、政區(qū)實體、道路實體、鐵路實體、河流實體、房屋實體、院落實體。實體最小粒度與相應(yīng)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)集中的內(nèi)容保持一致。

院落實體主要基于1∶2000、1∶1000、1∶500 等大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)提取，用于掛接電子政務(wù)應(yīng)用中的基于機構(gòu)代碼的法人單位基礎(chǔ)信息等。

房屋實體主要基于 1∶2000、1∶1000、1∶500 等大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)提取，用于掛接電子政務(wù)應(yīng)用中的基于居民身份標(biāo)識碼的人口基礎(chǔ)信息等。

河流、交通類實體的最小粒度與相應(yīng)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)中的內(nèi)容保持一致。對于源數(shù)據(jù)中沒有名稱的線隊伍，按弧段(如河流骨架線交叉或?qū)傩宰兓幋驍嘈纬傻淖钚』《?定義實體。

2.地理實體幾何表達(dá)基本規(guī)則

以線表達(dá)的水系、交通等要素必須保證線段的連續(xù)。例如以多邊形表達(dá)的河流或道路須提取骨架線或中軸線，并與相接的單線表達(dá)的河流或道路構(gòu)成連通網(wǎng)絡(luò)，遇有橋梁使河流或道路中斷時，應(yīng)在斷開處添加線段使河流或道路保持連通。

以面表達(dá)的政區(qū)、院落、房屋等要素必須保證面的封閉。例如，表示院落時，須提取構(gòu)成院落的要素的邊線并構(gòu)建封閉面。

正確處理要素間的空間關(guān)系，保證要素間空間關(guān)系的合理與邏輯一致。例如，以河流為界的界線數(shù)據(jù)，表示界線的線要素必須與表示河流的線要素在空間上一致。

3.地理實體標(biāo)識碼合法性

地理實體數(shù)據(jù)使用地理實體標(biāo)識碼、圖元標(biāo)識碼、信息分類碼3類編碼。編碼時，盡量采用已有國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，必要時可以進(jìn)行組合與擴充。需要重點檢查實體標(biāo)識碼唯一性，并對標(biāo)識碼命名規(guī)則進(jìn)行合法性檢查。

4.地理實體數(shù)據(jù)邏輯組織合法性

地理實體數(shù)據(jù)采用空間無縫、內(nèi)容分層的方式進(jìn)行邏輯組織，在邏輯上分為“圖元”與“實體”兩個層次。其中，圖元描述地理對象的空間位置與幾何形狀，依據(jù)所表達(dá)的主題內(nèi)容，圖元可分為境界、政區(qū)、道路網(wǎng)、鐵路網(wǎng)、水網(wǎng)、院落、房屋等數(shù)據(jù)層;實體由單個圖元或多個圖元組合而成，它具有特定的地理意義，能夠與相關(guān)社會經(jīng)濟信息進(jìn)行掛接。實體與其構(gòu)成圖元間通過圖元標(biāo)識碼(ElemID)建立關(guān)聯(lián)。需要重點進(jìn)行地理實體數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)與關(guān)聯(lián)準(zhǔn)確性檢查，確保實體與其構(gòu)成圖元間關(guān)聯(lián)與正確掛接。

5.地理實體數(shù)據(jù)表合法性

數(shù)據(jù)表包括基本圖元數(shù)據(jù)表、實體圖元關(guān)系表兩類?；緢D元數(shù)據(jù)表是圖元數(shù)據(jù)在計算機中的邏輯存儲，是根據(jù)圖元的比例尺、內(nèi)容、幾何類型而定義的，是空間數(shù)據(jù)在計算機中的基本管理單元。實體圖元關(guān)系表描述了地理實體與構(gòu)成該實體的圖元間的關(guān)系。需要重點進(jìn)行地理實體數(shù)據(jù)表命名規(guī)則、基本屬性項字段長度、關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行檢查。

五、結(jié)束語

據(jù)統(tǒng)計，80%以上的政務(wù)信息都屬于地理空間信息范疇，豐富地理信息資源、擴展地理信息服務(wù)已經(jīng)成為“數(shù)字城市”建設(shè)的重要內(nèi)容。地理實體信息作為政務(wù)管理、公共服務(wù)的基本信息資源，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、整合和集成資源是政務(wù)信息化管理的大勢所趨。另外，在地理實體化處理基礎(chǔ)之上，基于現(xiàn)有基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行政務(wù)地理信息平臺和社會服務(wù)地理信息平臺數(shù)據(jù)集快速生產(chǎn)與更新是一項長期工作內(nèi)容，也是城市測繪地理信息對外服務(wù)的一個重要內(nèi)容。

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