標(biāo)準(zhǔn)地址模型在PGIS中的研究與應(yīng)用

摘要：本文從地理編碼的角度出發(fā)，圍繞當(dāng)前PGIS未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化地址庫(kù)的現(xiàn)狀，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化地址模型進(jìn)行了建立，并據(jù)此設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)化地址數(shù)據(jù)庫(kù)。本課題的研究，對(duì)于規(guī)范警用信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫(kù)，解決警用信息系統(tǒng)中的地址匹配問(wèn)題具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：地理編碼 標(biāo)準(zhǔn)地址模型 PGIS

1 標(biāo)準(zhǔn)地址模型的建立

1.1 地址匹配分析

①地址匹配的概念

地址匹配，其實(shí)質(zhì)是對(duì)空間的地理位置進(jìn)行文字或口語(yǔ)描述與地圖上位置的定位顯示。在地址匹配過(guò)程中，需要將口語(yǔ)或文字描述進(jìn)行計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的轉(zhuǎn)化處理，然后才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行解析。

②地址匹配的基本條件

地址匹配，顧名思義就是指如何在空間信息中實(shí)現(xiàn)地址描述與真正位置的對(duì)應(yīng)重合過(guò)程。地址匹配必須滿足三個(gè)基本條件：一是被分析的空間對(duì)象需要具有必要的門(mén)牌地址；二是被分析的空間對(duì)象所處的空間位置必須包含在具有詳細(xì)門(mén)牌地址的地區(qū)系統(tǒng)中；三是地址匹配的分析必須要求有一定的地理信息系統(tǒng)作為輔助。

區(qū)定位是最容易進(jìn)行編碼制定的，接著是段定位、物件定位，個(gè)體定位通常最難制定，但是從應(yīng)用的角度來(lái)講，個(gè)體定位顯然最方便，而且能夠隨時(shí)向段定位、區(qū)定位轉(zhuǎn)換。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)地址模型

對(duì)我國(guó)的地址系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，都是比較復(fù)雜的，而且由于各地的歷史發(fā)展軌跡不同，還缺乏一個(gè)適合我國(guó)現(xiàn)狀的地址模型，各省或各地區(qū)的地址模型標(biāo)準(zhǔn)不一，無(wú)法進(jìn)行完整的統(tǒng)一，盡管很多研究者就這方面的問(wèn)題進(jìn)行了很多城市的調(diào)研、總結(jié)，試圖按照一定的規(guī)律建立標(biāo)準(zhǔn)的城市地址模型，但客觀原因的存在，使很多嘗試都擱淺。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)地址模型的建立

標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)象包含對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地址描述、路口描述、建筑物描述、路名加建筑物描述、路口加方向加距離描述，建筑物加方向加距離、標(biāo)準(zhǔn)地址加建筑物等七種描述，在這七種描述過(guò)程中，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)地址描述、路口描述、建筑物描述及標(biāo)準(zhǔn)地址加建筑物描述這四種來(lái)講，其標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程較為簡(jiǎn)單，只要進(jìn)行一套標(biāo)準(zhǔn)的定位規(guī)范即可，定位方式采取在已經(jīng)正規(guī)化的詞庫(kù)中進(jìn)行各種字串的組合定位；而對(duì)于其余三種描述的方法，其標(biāo)準(zhǔn)地址模型的建立就較為復(fù)雜了。

如果將此三種描述的方法進(jìn)行歸納總結(jié)的話，不難看出，這三種描述方法是利用某一參照物作為定位參考的，將這種參照物放置在空間信息描述中，可看作是一種空間的定位方向，那么，上述是那種空間描述的描述形態(tài)可簡(jiǎn)化為“標(biāo)準(zhǔn)方向”加“方向”加“距離”的模式，使用數(shù)學(xué)函數(shù)將其進(jìn)行進(jìn)一步表達(dá)為POT=（POT1 DIR1）*DIR2，在此公式中，POT1=（ROAD1+ROAD2）或者POT1=LAND1 or ADD1；DIR1=標(biāo)準(zhǔn)方向或者DIR1=（LAND2 for POT1）或者DIR1=（POT1 for LAND2）；DIR2=NUM+UNIT。以上各式中每個(gè)參數(shù)所代表的含義具體如下：

POT1代表參照物的位置；POT2代表所描述空間目標(biāo)的位置；DIR1代表方向變數(shù)；DIR2代表距離變數(shù)；ROAD1代表街道1；ROAD2代表街道2；LAND1代表建筑物1；LAND2代表建筑物2；NUM代表數(shù)字；UNIT代表單位；ADD1代表地址；*代表前進(jìn)。

由前面的公式能夠得出，如果方向變數(shù)為空值或零，并且距離變數(shù)也為空值或零的話，所描述的空間目標(biāo)位置即等于參照物的空間位置。將上述情況進(jìn)行綜合，所表達(dá)的自然語(yǔ)言描述如下：空間任何位置的描述都可通過(guò)參照物的位置及其給定的方向并產(chǎn)生一定距離之后進(jìn)行定位；而參照物位置則可以根據(jù)兩條街道的交叉口或者建筑物或者標(biāo)準(zhǔn)地址進(jìn)行確定。

2 地址數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建立

地址數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是在標(biāo)準(zhǔn)地址模型基礎(chǔ)上進(jìn)行地址匹配的重要技術(shù)手段之一，也是地址匹配技術(shù)的根本所在。地址數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的好壞直接影響著地址匹配執(zhí)行的效率，同時(shí)該數(shù)據(jù)庫(kù)也能夠作為地址匹配算法設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。

2.1 地址數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)

地址數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)非常簡(jiǎn)單，主要是根據(jù)人類(lèi)自然語(yǔ)言所描述的一系列字符串，在其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)地址之后，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地址實(shí)現(xiàn)地圖坐標(biāo)的生成，從而進(jìn)一步完善以地址描述為基礎(chǔ)的空間定位技術(shù)，達(dá)到將空間坐標(biāo)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自然語(yǔ)言三者的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種自然資源、社會(huì)環(huán)境的規(guī)劃與安排，為各級(jí)政府部門(mén)提供空間與非空間的融合以及便捷的信息支撐功能。

2.2 地址數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地址數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)前人不斷的進(jìn)行研究，目前已經(jīng)擁有了較為完善的設(shè)計(jì)方式，但是，標(biāo)準(zhǔn)地址模型描述的復(fù)雜性，使得地址數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)也非常復(fù)雜，在實(shí)際的使用過(guò)程中，地址數(shù)據(jù)庫(kù)的更新往往比較困難，這在一定程度上影響了地址匹配的準(zhǔn)確度，也無(wú)法將地址數(shù)據(jù)庫(kù)的作用發(fā)揮到最大。結(jié)合前文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地址模型的建立及地址描述的特點(diǎn)分析，想要通過(guò)地址數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)后續(xù)的地址匹配的精確查詢，必須要建立一個(gè)適當(dāng)范圍大小的地址數(shù)據(jù)庫(kù)，才能保證地址匹配的精確和效率。無(wú)論范圍是過(guò)大還是太小，都會(huì)在很大程度上影響地址匹配，范圍過(guò)大效率會(huì)降低，范圍太小會(huì)無(wú)法滿足需求。

針對(duì)地址數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，我國(guó)大多數(shù)地方都采取了GUID編碼方式，此種編碼方式具有使用簡(jiǎn)單，重復(fù)率低的優(yōu)點(diǎn)，但它也具有不方便擴(kuò)展的缺陷，為解決這一問(wèn)題，本文采取了國(guó)際上較為流行的NAC地理編碼方式進(jìn)行地址數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。NAC地理編碼是由加拿大科學(xué)家沈新航提出來(lái)的，此種編碼不但在很大程度上保證了編碼的低重復(fù)率，而且還具有了編碼代表位置的特點(diǎn)，該方案設(shè)置中的每個(gè)位置都由獨(dú)一無(wú)二的編碼進(jìn)行表示，可實(shí)現(xiàn)無(wú)限制的全世界范圍內(nèi)通用。其根本原理是把地球以及外部空間進(jìn)行劃分，劃分以地心為中心進(jìn)行，并根據(jù)劃分的空間大小為其設(shè)置不同長(zhǎng)度的編碼，一般編碼長(zhǎng)度與精度成正比。當(dāng)前，NAC的編碼方式已經(jīng)在全球超過(guò)30個(gè)的國(guó)家使用，它的通用性保證了它能夠在今后進(jìn)行更好的擴(kuò)展。

本次研究采取NAC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，地址數(shù)據(jù)庫(kù)具體的結(jié)構(gòu)如下表1所示：

■

以上數(shù)據(jù)表的各個(gè)字段只是列舉了地址數(shù)據(jù)庫(kù)的核心字段，在保證這些字段都存在的基礎(chǔ)上，使用者應(yīng)根據(jù)區(qū)域數(shù)據(jù)的一些特點(diǎn)進(jìn)行自身字段的增加，例如可增加郵編等字段進(jìn)行查找定位的擴(kuò)展。

3 地址匹配原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

3.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境

為實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)便捷、方便以及適應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)的特點(diǎn)，滿足對(duì)地址匹配算法的驗(yàn)證，本著開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)的需求，以及系統(tǒng)的普及性、容錯(cuò)性和可擴(kuò)展性，本系統(tǒng)主要采用的開(kāi)發(fā)環(huán)境和語(yǔ)言具體如下：

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)操作系統(tǒng)環(huán)境：windows系列的操作系統(tǒng)

所需的高級(jí)語(yǔ)言：JAVA Release 2；ASP.NET；C#

體系結(jié)構(gòu)：J2EE

設(shè)計(jì)模式：MVC （model 2）

設(shè)計(jì)中所遵循的規(guī)范：J2EE1.2、EJB2.0、JSP1.2、Servlet2.3

數(shù)據(jù)庫(kù)：SQL SERVER 2005

開(kāi)發(fā)工具：SuperMap objects 5.0；SuperMap Deskpro 5.0等。

硬件環(huán)境：CPU為INTEL P4 3.0GHZ；內(nèi)存DDR3 4G；顯卡為ATI RADEON 4350；硬盤(pán)為320G

SQL作為一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，是一項(xiàng)全面完整的數(shù)據(jù)庫(kù)與分析產(chǎn)品，它提供了擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫(kù)編程功能，可容易地插入、更新和刪除數(shù)據(jù)。無(wú)論以應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)速度還是以事務(wù)處理運(yùn)行速度來(lái)衡量，SQL都堪稱(chēng)最為快捷的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)總體框架

地址匹配原型系統(tǒng)由三部分組成，包括核心匹配算法模塊、服務(wù)器端模塊以及客戶端模塊。其中核心匹配算法模塊主要包含有標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫(kù)、地名字典、地址解析算法、地址匹配算法等；服務(wù)器端則是地址匹配系統(tǒng)的運(yùn)行服務(wù)器，包含有WEB地址監(jiān)聽(tīng)服務(wù)、地址匹配配置庫(kù)等功能；客戶端模塊則包含客戶查詢工具、客戶配置信息等。

3.3 系統(tǒng)主要功能

鑒于本系統(tǒng)的直接目的是進(jìn)行地址匹配算法和性能的驗(yàn)證，所以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式相對(duì)簡(jiǎn)單，除了相應(yīng)的客戶端界面輸入之外，重點(diǎn)對(duì)地址的精確匹配進(jìn)行了設(shè)計(jì)，而有關(guān)模糊方式的匹配則在精確匹配基礎(chǔ)上能夠比較容易的實(shí)現(xiàn)。此外，本系統(tǒng)作為一個(gè)地址匹配的小型工具，地址數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源于蘇州市的PGIS系統(tǒng)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在蘇州市區(qū)。本系統(tǒng)具有的主要功能如下：

一是客戶端輸入功能，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)使用者通過(guò)客戶端進(jìn)行地址字串的輸入，并能夠在地址匹配前實(shí)現(xiàn)地址公式的選擇。

二是地址解析功能。在接收到使用者從客戶端輸入的地址描述字串之后，系統(tǒng)將首先實(shí)現(xiàn)對(duì)地址字串的解析功能，只有在進(jìn)行完全解析的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行后續(xù)的匹配。

4 總結(jié)

本課題的研究，對(duì)于規(guī)范警用信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫(kù)，并解決警用信息系統(tǒng)中的地址匹配問(wèn)題具有重要的意義。但限于本人時(shí)間與水平有限，在課題的一些方面研究的還不很深入，研究過(guò)程也難免存在疏漏之處，這都需要在下一步的研究中進(jìn)行解決，主要工作如下：

一是對(duì)地名解析中的一些模糊描述還沒(méi)有完成解析，如在自然語(yǔ)言描述中的一些定位詞：附近、旁邊、前面、后面等，這種模糊描述的類(lèi)型更多需要使用到人工智能的方式，并需要結(jié)合基于頻度的解析算法來(lái)完成。

二是基于標(biāo)準(zhǔn)地址模型的標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫(kù)還沒(méi)有建立完善，目前只是針對(duì)蘇州市的標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫(kù)，還需要進(jìn)一步向全國(guó)范圍內(nèi)擴(kuò)展；此外，一些地名在數(shù)據(jù)庫(kù)中并不存在，但在自然語(yǔ)言描述時(shí)卻可能存在，這也需要時(shí)間來(lái)進(jìn)行完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬林兵.Web GIS原理與方法教程[M].科學(xué)出版社，2006：11

-37.

[2]蘭小機(jī)等.贛州市地理編碼系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].測(cè)繪科學(xué)，2009（2）：14-15.

[3]彭子鳳，任福.基于數(shù)字深圳空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)構(gòu)筑電子地圖服務(wù)體系[J].地理信息世界，2007（3）：21-23.

[4]宋啟凡.國(guó)外地址數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分析及啟示[J].地理信息世界，2009（1）：19-20.

作者簡(jiǎn)介：

黃華國(guó)（1965-），男，福建莆田人，副教授職稱(chēng)，碩士學(xué)位，信息工程系主任，主要研究方向：計(jì)算機(jī)地理信息系統(tǒng)。