地理實體化數據處理關鍵技術研究

王 磊，李長輝，邢漢發

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州510060)

一、引 言

隨著信息技術的不斷發展，地理信息在國民經濟建設和發展中起到越來越重要的作用。我院積極響應國家測繪地理信息局“數字城市”建設，豐富地理信息資源、擴展地理信息服務成為重要的工作內容，全面開展地理信息服務，促進地理信息資源的充分利用和城市信息化建設，從而使測繪更好地服務于城市建設與發展，為城市信息化建設打好基礎，推進城市地理信息資源的共建共享［1-2］。在不斷實踐中，單一系統的開發已不能滿足時代對地理信息應用的多樣性要求，建立面向地理信息應用的統一平臺提供服務成為測繪地理信息專業發展的必然選擇［3-5］。為了更有針對性開展服務，我院通過用戶需求分析，將應用分為3個層面：專業部門、政務管理和社會公眾，并提出了數字廣州地理信息公共平臺的建設框架，即“三大平臺”——基礎地理信息平臺、政務地理信息平臺和社會服務地理信息平臺。三大平臺關鍵是數據集建設，特別是地理實體化數據處理。

二、地理實體數據與三大平臺關系

1.三大平臺

“三大平臺”建設針對不同的應用各有側重：基礎地理信息平臺主要是針對傳統依賴地形圖的專業部門，政務地理信息平臺主要是針對政府部門的日常管理，社會服務地理信息平臺主要是面向社會公眾。“三大平臺”則按照空間數據來源呈現正金字塔結構(如圖1所示)，按照社會需求呈現倒立金字塔結構。

1)基礎地理信息平臺：綜合利用“3S”技術，以我院信息化測繪生產體系為前提，以規劃基礎地理信息數據庫為基礎，以軟件系統為支撐，通過產品服務、技術服務和分析服務等多種模式，為專業部門提供地理信息服務的平臺。

圖1 三大平臺數據結構層次圖

2)政務地理信息平臺：整合集成政務管理所需地理信息核心要素，集地理空間信息共享、數據交換、數據發布、功能服務于一體的，為政務管理提供地理信息保障和技術支撐的信息平臺，例如局統一信息化平臺。

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

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

2.地理實體數據是三大平臺數據橋梁

地理實體數據是根據相關社會經濟、自然資源信息空間化掛接的需求，對基礎地理信息數據進行內容提取與分層細化、模型對象化重構、統計分析等處理而形成的。其采用實體化數據模型，以地理要素為空間數據表達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識、實體標識、分類標識與生命周期標識。通過這些標識信息能夠實現地理要素相關社會經濟、自然資源信息的掛接，還能夠靈活地進行信息內容分類分級與組合，并實現基于要素的增量更新。

地理實體數據是三大平臺數據基礎與橋梁。地圖數據的制作是建立在基礎地理信息數據基礎之上，首先形成地理實體數據;然后在地理實體數據基礎上加入社會經濟信息，形成政務電子地圖數據;在政務電子地圖數據基礎上加入社會綜合信息，并經數據加密化處理(精度取舍，去除保密信息)，形成公眾電子地圖數據。

地理實體數據主要是在基礎地理數據成果的基礎上整合加工而成，一般情況下包括預處理、數據組織重構、實體化處理等過程。預處理主要包括數據提取，必要時進行格式轉換與分類代碼轉換，數據提取的關鍵是建立整合后實體數據分層與基礎地理數據的對應關系;數據組織重構包括數據分層命名與屬性結構規整;對象化處理是依據原始數據中的屬性信息確定地理實體，找出同屬于該實體的圖元，賦以相應實體標志碼，并建立相應的圖元實體關系表。地理實體的數據源應選取最新版本，在整合時需要處理好同一比例尺數據各要素間的協調關系，并盡可能地處理好不同比例尺數據間的一致性關系。數據加工處理過程如圖2所示。

圖2 地圖數據處理與制作過程

三、地理實體化數據處理方法

在提供空間信息服務時，一般需要以簡潔的數據作為支撐，而非完整的地形圖數據。為此，需要基于基礎地理信息數據進行信息提取，將大多數部門和行業都需要的共性數據提取出來，形成地理實體數據。其過程分為數據提取、數據擴充和數據重組三個部分：①數據提取：依托基礎地理信息數據提取水系、交通、居民地、境界與政區和地名等要素;②數據擴充：擴充行政區劃、山脈、河流、湖泊、水庫、公路等地理要素的專業代碼，以保證與專題信息屬性的連接;③數據重組：水系、交通、居民地、境界與政區和地名等要素的實體化重組。示例如圖3所示。

圖3 數據實體化示例

1.數據提取

依托基礎地理信息數據庫提取水系、交通、居民地、境界與政區、地名等要素時，可參照以下方式進行：

1)水系數據提取常年河、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)交通數據提取鐵路的中心線，城際公路、城市道路的邊線和中心線，鄉村道路依比例尺雙線路邊線和不依比例尺單線路單線。

3)居民地數據提取街區、單層房屋和普通房屋的邊線。

4)境界與政區數據提取國界，省區級、地市級和縣級行政區劃界及其行政區域代表點。

5)地名數據提取交通、水系、居民地和行政區域名稱，以及位置和相關屬性。

2.數據擴充

為方便與專題信息屬性的鏈接，應按照相關專業行業技術標準，擴充行政區劃、山脈、河流、湖泊、水庫、公路等地理要素的專業代碼。

3.數據重組

根據應用的需要和產品類型等，以便于地理信息服務及掛接社會經濟信息為目的，數據在經過實體化以后采用實體對象關系模型、格網模型、要素與格網一體化模型和地圖模型等方式組織。水系、交通、居民地、境界與政區和地名等要素的實體化重組，可參照以下方式進行：

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據，在遇有橋梁使河流表示中斷時，應在斷開處添加線段使河流表示完整，構建線實體;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據，在遇有橋梁使河流表示中斷時，應在斷開處添加線段使河流表示完整，構建面實體;具有完整邊線表示的湖泊、水庫和池塘提取邊線數據，構建面實體，不具有完整邊線表示的應提取可以作為其邊線的其他要素的部分線段，構建面實體。

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

3)居民地。普通房屋提取建筑物主體的邊線數據，不提取相關的附屬設施數據，構建面實體。

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

5)地名。將有明確地域界限的地名數據和其實體化后的地理實體建立起對應關系，包括省區內各級區劃地名、水系地名、交通地名、山脈、山峰，以及其他各類地名及相關信息。

四、地理實體化數據生產技術要求

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地理信息數據成果中提取整合的實體對象，包括境界實體、政區實體、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基礎地理數據集中的內容保持一致。

院落實體主要基于1∶2000、1∶1000、1∶500 等大比例尺基礎地理信息數據提取，用于掛接電子政務應用中的基于機構代碼的法人單位基礎信息等。

房屋實體主要基于 1∶2000、1∶1000、1∶500 等大比例尺基礎地理信息數據提取，用于掛接電子政務應用中的基于居民身份標識碼的人口基礎信息等。

河流、交通類實體的最小粒度與相應基礎地理數據中的內容保持一致。對于源數據中沒有名稱的線隊伍，按弧段(如河流骨架線交叉或屬性變化處打斷形成的最小弧段)定義實體。

2.地理實體幾何表達基本規則

以線表達的水系、交通等要素必須保證線段的連續。例如以多邊形表達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的河流或道路構成連通網絡，遇有橋梁使河流或道路中斷時，應在斷開處添加線段使河流或道路保持連通。

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

正確處理要素間的空間關系，保證要素間空間關系的合理與邏輯一致。例如，以河流為界的界線數據，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.地理實體標識碼合法性

地理實體數據使用地理實體標識碼、圖元標識碼、信息分類碼3類編碼。編碼時，盡量采用已有國家標準或行業標準，必要時可以進行組合與擴充。需要重點檢查實體標識碼唯一性，并對標識碼命名規則進行合法性檢查。

4.地理實體數據邏輯組織合法性

地理實體數據采用空間無縫、內容分層的方式進行邏輯組織，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，依據所表達的主題內容，圖元可分為境界、政區、道路網、鐵路網、水網、院落、房屋等數據層;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，能夠與相關社會經濟信息進行掛接。實體與其構成圖元間通過圖元標識碼(ElemID)建立關聯。需要重點進行地理實體數據邏輯組織結構與關聯準確性檢查，確保實體與其構成圖元間關聯與正確掛接。

5.地理實體數據表合法性

數據表包括基本圖元數據表、實體圖元關系表兩類。基本圖元數據表是圖元數據在計算機中的邏輯存儲，是根據圖元的比例尺、內容、幾何類型而定義的，是空間數據在計算機中的基本管理單元。實體圖元關系表描述了地理實體與構成該實體的圖元間的關系。需要重點進行地理實體數據表命名規則、基本屬性項字段長度、關聯關系進行檢查。

五、結束語

據統計，80%以上的政務信息都屬于地理空間信息范疇，豐富地理信息資源、擴展地理信息服務已經成為“數字城市”建設的重要內容。地理實體信息作為政務管理、公共服務的基本信息資源，統一標準、整合和集成資源是政務信息化管理的大勢所趨。另外，在地理實體化處理基礎之上，基于現有基礎地理數據進行政務地理信息平臺和社會服務地理信息平臺數據集快速生產與更新是一項長期工作內容，也是城市測繪地理信息對外服務的一個重要內容。

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