城市地理空間數(shù)據(jù)與多元業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)與集成

張衡，王曉理，孫偉

(解放軍信息工程大學(xué)，河南 鄭州　450001)

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城市地理空間數(shù)據(jù)與多元業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)與集成

張衡*，王曉理，孫偉

(解放軍信息工程大學(xué)，河南 鄭州450001)

摘要：城市地理空間數(shù)據(jù)是智慧城市建設(shè)的基石，在城市各行各業(yè)信息化道路上起到舉足輕重的作用。將各部門的多元業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與城市地理空間數(shù)據(jù)有機集成、融合、關(guān)聯(lián)在一起，可為城市的信息資源共享、交換、整合與調(diào)度提供技術(shù)支撐。通過對城市地理空間數(shù)據(jù)與監(jiān)控、部件、案宗、人口等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的有效集成，能夠用地理空間視角去審視城市各類事件空間分布的特征，有效提高政府部門之間協(xié)作水平，進而指導(dǎo)城市的智慧化建設(shè)、精細化管理和可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地理空間數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；集成；部件數(shù)據(jù)；MIS數(shù)據(jù)

1引言

城市是人類經(jīng)濟活動和社會活動最集中的區(qū)域[1]，城市地理空間數(shù)據(jù)是用來描述城市中的空間實體和現(xiàn)象[2]，是表達城市地理要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互關(guān)系、變化規(guī)律的位置信息和屬性信息[1，3]。人類生活80%的信息都與空間位置相關(guān)[2，3]，地理空間數(shù)據(jù)是城市各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，城市各業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)需要利用城市地理空間數(shù)據(jù)作為統(tǒng)一的空間定位基礎(chǔ)，以實現(xiàn)系統(tǒng)間的信息共享和交換。城市地理空間數(shù)據(jù)作為數(shù)字城市重要的基礎(chǔ)，已在城市各行各業(yè)信息化建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，通常包括基礎(chǔ)地圖、基礎(chǔ)地質(zhì)、遙感影像、三維模型以及街景地圖等內(nèi)容。這些數(shù)據(jù)在空間位置上是緊密聯(lián)系在一起的，在與城市其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)構(gòu)建空間信息上是相輔相成、相互作用的，將它們進行有效集成應(yīng)用，能綜合地反映了一個城市的地理信息面貌。本節(jié)結(jié)合“蘭州市城關(guān)區(qū)數(shù)字化社會管理與服務(wù)平臺”項目，利用地理空間數(shù)據(jù)集成方法對城市中的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)與部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成展開研究。

2城市視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)集成

2.1城關(guān)區(qū)視頻監(jiān)控現(xiàn)狀

目前蘭州市城關(guān)區(qū)視頻監(jiān)控共有2 950部，重點整合了公安局、交警支隊和城管等部門已建設(shè)的、需要管理的視頻監(jiān)控探頭，利用監(jiān)控可以實時進行治安、戶外廣告監(jiān)控、書報亭監(jiān)控、違章停車監(jiān)控、亮化工程監(jiān)控等，依托視頻監(jiān)控及時對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)發(fā)生的城市管理問題進行視頻立案、視頻核查等操作，為數(shù)字化城市管理提供了有力支撐，將監(jiān)督員巡查不到的區(qū)域?qū)崿F(xiàn) 24 h監(jiān)控，彌補了監(jiān)督員巡查的時間差問題。并可對發(fā)現(xiàn)的問題進行視頻立案，使視頻監(jiān)控與數(shù)字城管受理流程無縫對接。

原有監(jiān)控系統(tǒng)主要功能有：治安、交警視頻源選擇；視頻播放；視頻案卷上報；視頻立案；視頻核實核查等。但這些監(jiān)控視頻存在以下問題：①監(jiān)控視頻來源于不同部門，其客戶端和調(diào)用接口完全不同，用戶使用時需要同時開啟不同的界面來查看視頻；②各監(jiān)控探頭僅有文字描述地址，并沒有在地圖上展示出準確位置；③現(xiàn)有視頻只能起到監(jiān)視的目的，投資很大，作用沒有完全發(fā)揮出來。

只有將視頻與地理數(shù)據(jù)結(jié)合起來，通過地理數(shù)據(jù)的坐標支撐，視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像機在具體場景的位置分布一目了然，結(jié)合城市云服務(wù)一體化平臺，用戶可以利用地理數(shù)據(jù)進行各種空間分析，迅速獲取和定位自己關(guān)注的監(jiān)控探頭，大大改善了用戶對原有視頻監(jiān)控調(diào)用、使用不便利的體驗性。

2.2視頻監(jiān)控與地理空間數(shù)據(jù)集成

集成第一步就是要在現(xiàn)有矢量地圖上采集視頻監(jiān)控圖層，這是實現(xiàn)和視頻聯(lián)動的關(guān)鍵之一，獲得與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)一致的監(jiān)控圖層后，必須進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，這樣才能通過網(wǎng)絡(luò)云GIS平臺對監(jiān)控信息查看、調(diào)用和分析。發(fā)布后的監(jiān)控圖層上的監(jiān)控點位數(shù)據(jù)必須與實地的監(jiān)控探頭進行一對一關(guān)聯(lián)，最后進行視頻監(jiān)控的遠程控制代碼編寫，最終完成視頻監(jiān)控與地理空間數(shù)據(jù)的集成。具體實現(xiàn)流程如圖1所示。地理數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控集成模塊主要是由監(jiān)控地理位置、Web頁面、.Net擴展模塊、播放控件模塊以及操控云臺模塊組成。監(jiān)控地理位置確定每一個視頻在GIS地圖中的真實位置并關(guān)聯(lián)監(jiān)控的詳細信息；WEB頁面供用戶查詢、顯示以及實時定位探頭位置；.Net擴展主要將WEB頁面提交的信息封裝后，調(diào)用監(jiān)控SDK接口(聯(lián)通和電信接口不同)；播放控件模塊主要包含容器控件、播放窗體DLL；操控云臺模塊通過SDK接口可以在線實時操控視頻。

2.3視頻監(jiān)控與地理空間數(shù)據(jù)集成

在視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)集成后，就可以對視頻監(jiān)控做空間分析了，如圖2，利用GIS緩沖區(qū)分析功能可以對“蘭州市新華書店”周圍 100 m的監(jiān)控設(shè)備快速準確定位。圖中即表示檢索到的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)。若遙感數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)已經(jīng)集成，還可以通過GIS數(shù)據(jù)將視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)集成到遙感影像上，這樣就可以利用遙感數(shù)據(jù)的特性對視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)進行更深層次的分析應(yīng)用。利用GIS緩沖區(qū)功能還可以對某條道路兩側(cè)的監(jiān)控信息在圖上進行空間定位檢索，這樣很容易查看某條道路兩側(cè)某范圍內(nèi)的可控區(qū)域。

圖2利用GIS分析功能快速定位監(jiān)控位置

3城市管理數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)集成

現(xiàn)代化的城市必須具備良好的信息化管理水平才能使居民享受科技帶來的便利。為了對城市實現(xiàn)精細化、數(shù)字化、信息化、人性化、網(wǎng)格化管理，必須在云架構(gòu)下，以基礎(chǔ)空間地理數(shù)據(jù)為依托，建立開放的、全面的、先進的智慧城市數(shù)字化社會管理與服務(wù)信息平臺。而首要的問題就是先要對城市管理中的部件、案宗、環(huán)保等數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)進行無縫集成。這些數(shù)據(jù)按照來源可以分為兩類：第一類是由城管部門提供的已經(jīng)含有城市坐標系統(tǒng)的部件數(shù)據(jù)和城管部門提供的每日動態(tài)實時上報的案宗數(shù)據(jù)；第二類是環(huán)保部門提供的城市環(huán)保監(jiān)控數(shù)據(jù)。

3.1部件/案宗數(shù)據(jù)集成

數(shù)字城管系統(tǒng)將城市市政管理公共區(qū)域內(nèi)各種物化的公共實體設(shè)施定義為城市部件，通常城市部件分為6大類，97小類[5]：市政公用設(shè)施、道路交通設(shè)施、市容環(huán)境、園林綠化、房屋建筑、其他設(shè)施等。城市部件涉及城市市政、交通、生產(chǎn)、生活和環(huán)境等各方面，種類繁多、數(shù)量龐大，是城市管理的重要組成部分，是數(shù)字城管系統(tǒng)中的核心數(shù)據(jù)[4，6]。這些信息與城市地理空間數(shù)據(jù)進行有效集成是城市信息化、管理標準化、運營精細化的重要表現(xiàn)[7]。蘭州城關(guān)區(qū)目前有部件數(shù)據(jù)85層，坐標點位數(shù)據(jù)量總計 300 M。按照上述對城市管理數(shù)據(jù)的分類，部件數(shù)據(jù)屬于第一類分類，其本身已經(jīng)自帶城市坐標，所以這類數(shù)據(jù)可以用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法來集成。

城市案宗(事件)是指由于人為的原因或者自然的原因引起的影響和破壞城市環(huán)境和秩序的行為和事件[5]。數(shù)字城管系統(tǒng)將城市案宗通常分為8大類61小類：市容環(huán)境類、街面秩序類、宣傳廣告類、施工管理類、突發(fā)事件類等。城市案宗(事件)數(shù)據(jù)是通過網(wǎng)格執(zhí)勤員手持GPS設(shè)備記錄事件發(fā)生地及事件信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)上報數(shù)管中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)。城市網(wǎng)格化管理系統(tǒng)積累了大量的空間與非空間屬性的案宗數(shù)據(jù)[8]。城市案宗數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是由當?shù)厝丝凇⒔?jīng)濟、教育等多種因素綜合決定的，在空間上呈現(xiàn)出明顯的集聚特性。蘭州市城關(guān)區(qū)每天案宗上報數(shù)據(jù) 1 500條左右(如表1所示)，案宗數(shù)據(jù)采集時已帶有坐標，因此和部件數(shù)據(jù)的集成方法一樣。但是案宗數(shù)量較大，錯綜復(fù)雜，與地理位置、空間分布和對象屬性等多方面因素有關(guān)，利用空間分析中的鄰近度、疊置等分析功能對這些案宗數(shù)據(jù)進行可視化分析，可以挖掘出它們的分布特征、地理相關(guān)及數(shù)據(jù)背后的城市發(fā)展規(guī)律，進而為城市管理部門提供事件預(yù)測，做到防微杜漸，防患未然。

最終的城市數(shù)字化社會管理與服務(wù)信息集成平臺上只集成部件/案宗的坐標信息，部件/案宗的詳細屬性信息通過預(yù)留部件/案宗ID值直接關(guān)聯(lián)部件/案宗原城管系統(tǒng)，這樣即減少了數(shù)據(jù)的冗余，也方便了部件/案宗數(shù)據(jù)的更新、管理和維護。地理數(shù)據(jù)與部件/案宗的集成流程如圖3所示。

圖3基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與部件/案宗數(shù)據(jù)集成流程

3.2環(huán)保數(shù)據(jù)集成

當今社會，環(huán)保問題已成為城市的首要問題。將環(huán)保數(shù)據(jù)和城市地理空間數(shù)據(jù)結(jié)合，利用GIS的空間分析模塊和屬性分析模塊，對整個城市區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量狀況進行及時、客觀、全面、準確的評價，能反映出區(qū)域中受污染的程度以及空間分布情況。通過疊加分析，可以提取該區(qū)域內(nèi)大氣污染分布圖；通過緩沖區(qū)分析，能夠顯示污染源影響范圍[9]。

按照上述內(nèi)容對城市管理數(shù)據(jù)的分類，環(huán)保數(shù)據(jù)屬于第二類分類，這類數(shù)據(jù)需要開發(fā)者首先在地圖上按照環(huán)保部門的要求標繪出污染區(qū)域的準確區(qū)域和位置，然后再進行基于GIS的分析和展示。蘭州市城關(guān)區(qū)將城區(qū)的環(huán)保重點監(jiān)測數(shù)據(jù)分為四類：重點環(huán)保監(jiān)控區(qū)域、普通監(jiān)控區(qū)域、排污口以及排洪道。為了對區(qū)域范圍進行有效監(jiān)控，每個區(qū)域均提供現(xiàn)場視頻探頭，這些監(jiān)控探頭與監(jiān)測區(qū)域一同集成到基礎(chǔ)地圖上，方便管理部門進行實時在線監(jiān)測，獲得第一手環(huán)保數(shù)據(jù)。集成后的效果如圖4所示，各個圓形區(qū)域為普通環(huán)保監(jiān)控區(qū)域，按照環(huán)保部門要求，所有區(qū)域是在固定監(jiān)測點位上緩沖400 m而得到。其中藍色圓形區(qū)域為聯(lián)通公司服務(wù)的視頻監(jiān)控區(qū)域，紅色圓形為電信公司服務(wù)的視頻監(jiān)控區(qū)域。

圖4普通環(huán)保監(jiān)控區(qū)域與地理空間數(shù)據(jù)集成效果

4城市MIS數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)集成

MIS(Management Information Systems)系統(tǒng)指城市中已經(jīng)建設(shè)好的，用于管理城市人口、經(jīng)濟、活動等與居民日常生活、工作相關(guān)的信息管理系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不涉及地理坐標數(shù)據(jù)，但是又與城市的街道、社區(qū)、網(wǎng)格等地理空間分布息息相關(guān)。如今，隨著GIS的普及與應(yīng)用，二者集成的應(yīng)用越來越廣泛。作為GIS用戶，若將MIS提供的統(tǒng)計分析、圖表顯示、報表輸出等功能，與已有的GIS有機結(jié)合使用，更能充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)和計算機的優(yōu)勢。研究MIS與地理空間數(shù)據(jù)的集成與應(yīng)用，首先研究如何建立地理數(shù)據(jù)與MIS數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。通過這種聯(lián)系，對于在地圖上查找到的一組地理數(shù)據(jù)，利用GIS我們知道它們的分布、位置、及相互關(guān)系，再利用相互關(guān)聯(lián)的MIS數(shù)據(jù)，我們還能對這組地理數(shù)據(jù)所含的屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、輸出。

4.1人口數(shù)據(jù)集成

城關(guān)區(qū)轄區(qū)居民180萬，但是流動人口高達50萬人，已經(jīng)建好的人口管理系統(tǒng)只能對人員的信息進行管理維護，但是具體人員的位置分布、所住樓宇卻如法知曉，特別是對一些特殊人群(刑釋解教人員等)的管理無法掌握，給相關(guān)管理部門帶來很大不便。利用城市地理空間信息，可以建立人與所在街道、人與具體房屋建筑、人與所在樓層的關(guān)系，通過對GIS中每個街道、社區(qū)以及網(wǎng)格工作運行情況，來管理與它們關(guān)聯(lián)的人員的詳細信息，進而統(tǒng)計分析人員的位置分布情況，達到以圖管人、按圖分析的目的。

人口數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)集成最關(guān)鍵的是按照網(wǎng)格單元對實有人口、特殊人群、重點人群詳細統(tǒng)計，入戶采集，系統(tǒng)錄入。然后將GIS系統(tǒng)中相關(guān)統(tǒng)計單元(如街道、建筑)與統(tǒng)計的人口數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，地理空間數(shù)據(jù)和MIS中的人口數(shù)據(jù)集成后，當用戶選中地圖要素后，不僅僅得到空間目標集，還可以得到對應(yīng)目標數(shù)據(jù)的人口屬性數(shù)據(jù)集。若再利用MIS的統(tǒng)計分析功能，還以得到地理空間單元的統(tǒng)計分析結(jié)果。

圖5以建筑為統(tǒng)計單元的人口數(shù)據(jù)集成

4.2一刻鐘服務(wù)圈數(shù)據(jù)集成

為了方便城市居民對居所周圍與自身生活、工作切身相關(guān)的場所進行快速查詢，城關(guān)區(qū)政府提出為居民生活服務(wù)提供“一刻鐘服務(wù)圈”的概念，分為5大圈：生活圈、平安圈、政務(wù)圈、文體圈和衛(wèi)生圈。5個圈均由若干不同類型的單位構(gòu)成，在GIS上表現(xiàn)為單個點，將這些點位數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)中的街道、網(wǎng)格和道路信息進行結(jié)合，將時間概念轉(zhuǎn)為距離概念，利用GIS緩沖區(qū)分析功能就可以實現(xiàn)對任意位置的“五大服務(wù)圈”要素的查詢定位。檢索出來的服務(wù)圈信息再由目標ID值關(guān)聯(lián)到服務(wù)圈MIS系統(tǒng)中進行詳細信息查詢。

5結(jié)語

城市中各行各業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，都具有共同的基礎(chǔ)地理屬性，無不與城市地理空間信息緊密相連。將各行各業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與城市地理空間數(shù)據(jù)有機集成、融合在一起，可為實現(xiàn)城市的信息資源共享、交換、整合、調(diào)度與集成應(yīng)用提供技術(shù)支撐。以統(tǒng)一的城市地理空間數(shù)據(jù)平臺為背景建立的各類行業(yè)信息應(yīng)用系統(tǒng)，在地理位置上不會存在“因人而異”[2]，在進行相關(guān)的專業(yè)統(tǒng)計分析時，其結(jié)果也比較公正，可比性也較強，信息的應(yīng)用價值也會得到提高。本文利用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的集成方法對城市地理空間數(shù)據(jù)與監(jiān)控、部件、案宗、人口等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行有效集成，取得了很好的效果，有效提高了政府部門之間協(xié)作和輔助決策能力。

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Association and Integration of Urban Geospatial Data and Multivariate Business Data

Zhang Heng，Wang Xiaoli，Sun Wei

(Information Engineering University，Zhengzhou 450001，China)

Key words：geospatial data；business data；integration；component data；MIS data

Abstract：Urban geospatial data is the cornerstone of smart city construction and plays a critical role in the informatization of all industries in a city. Proper collection integration，fusions，association and of multivariate business data and urban geospatial data can offer technical support for urban information resources sharing，interchange，integration and allocation. The effective integration of urban geospatial data and various business data，such as monitor，component，case archive and population permits us to review the spatial distribution characteristics of all kinds of affairs in the city from the point of view of geographic space in order to improve the cooperation among government authorities significantly，provide guidance for smart city construction，and achieve refined management and sustainable development.

文章編號：1672-8262(2016)03-20-05

中圖分類號：P208.1

文獻標識碼：A

*收稿日期：2016—03—15

作者簡介：張衡(1976—)，男，博士研究生，研究方向為城市地理信息系統(tǒng)應(yīng)用、空間數(shù)據(jù)集成與可視化等。

基金項目：國家科技惠民計劃基金項目(2012GS620302)