新型基礎測繪初探

郭 倩

（安徽省第一測繪院，安徽 合肥 230031）

1.基礎測繪現狀分析

1.1 偽數字化產品

到目前為止，基礎測繪成果只是形式上變成了數字，但執行的還是紙質地形圖的標準，數據成果主要以生產4D 成果為目標，沒有真正對現實世界形成數據化的目標。一是以制圖為目的，成果品種單一。制圖為目的的傳統測繪，對于輸入到計算機中的數據是按照制圖的原則進行對象化處理，以符號代替實體化，形成單一類型的4D 產品。如圖1 所示。不同比例尺形成不同的數據庫，多尺度分級造成重復測繪的問題，沒有形成真正的實體化。二是不適應不同尺度的計算機縮放和統計分析。在計算機內顯示和統計分析不同尺度的數據產品，需要在不同比例尺的數據庫之間切換，導致效率低下，統計分析數據不一致。三是計算分析和制圖表達分離。傳統地圖只注重圖形符號而不重視對象的完整性及可分析性，造成空間對象在符號化過程中完整性的缺失，從而造成對空間對象的分析出現困難。例如，當高速公路的實體遇到河流實體時，在符號表達時，需要斷開，并按照相應的制圖比例尺選擇橋梁的符號，使得實體在數據庫中變成兩個不連續的對象，影響道路實體的空間分析、統計。

圖1 傳統基礎測繪比例尺分級體系

1.2 與現有新技術融合程度低

傳統測繪存儲模式落后，計算方式陳舊，非智能化、淺表的分析手段，采集、服務模式單一。伴隨現有的測繪技術與互聯網、大數據、人工智能等高新技術的深度融合，測繪專用技術趨向消失。

1.3 服務能力不足

單一的產品體系和標準，難以滿足多樣化的業務和大眾需求。行業服務能力不足，面向自然資源、環保、水利、住建、農業等行業服務能力不足。要素分級分類標準與自然資源登記管理的標準不一致。面向公眾的產品服務能力不足。

2.地理實體的創新優勢分析

新型基礎測繪體系的核心是按照一定的規則對現實世界存在的地理現象抽象，形成地理實體，并建立相應的空間實體數據庫，從而將傳統的以“地圖”為標準生產的數字化成果轉變為真正以實體表達的空間數據庫，實現對地理空間現象的實體表達。新型基礎測繪的核心是用地理實體表達空間對象。地理實體在空間數據庫中描述一個客觀世界中實際存在地理對象的所有信息。其在現實世界中是占據一定空間位置、單獨具有同一屬性或完整功能的自然地理單元與人工設施。一個地理實體（Entity）是由幾何對象（Geometry）作為空間基礎，地圖符號（Map）作為表現，實體屬性（ Properties）作為基本信息（屬性可以根據不同的應用進行自由擴展，滿足自然資源管理需求）共同構成的一個完整的單元，用于表達現實世界中的地理對象。

一是地理實體對空間現象的抽象。采用地理實體可以實現以要素為視角（對象）的測繪向以實體（對象）的測繪的轉變。地理實體包含實體的編碼、幾何數據、屬性數據以及基于實體的空間運算。二是地理實體的智能化。地理實體將實體分析、空間幾何分析、拓撲分析的基本信息作為變量，將實體分析、空間幾何分析、拓撲分析各種算法作為方法，因而一個地理實體是數據與方法的集合，適于計算機進行分析、計算。實體因為包含幾何數據及實體本身的空間運算方法及符號表現，因而能根據自身情況和要求輸出相應的符號，進行相應的空間運算，所以實體是聰明的，即智能化。三是地理實體對空間現象的表達。空間現象不是孤立而存在的，相互之間存在著密切的聯系，從而抽象出地理實體間各種關系，如主從（包容）關系、聚合關系、繼承關系、派生關系等。地理實體模型中，實體分為基本實體和復合實體。基本實體是指有一個幾何對象為成員，描述實體的位置及形狀。復合實體是指可由基本實體或其他復合實體通過包容、聚集等方式構造而成的實體。其沒有直接的幾何對象成員，幾何位置是由構造它的實體對象的幾何成員及構造方式決定的。包容是新的實體使用已存在的實體作為自己的部分（可視化或幾何屬性），包容的新實體可定義自己的屬性、定制自己的標注符號，如注記等。聚集是一個新的實體由多個存在的實體構造而成，則稱新的實體為聚集實體，其構成為子實體。四是地理實體（庫）集成地理信息數據。地理實體的集合，形成地理實體庫來描述整個自然地理現象。地理實體庫中的地理實體可以是不同的精度。對于每一個地理實體，都有一個唯一的編碼。編碼包含實體的分級、分類、時段信息。地理實體抽象出來后，按照制定的編碼規則賦予實體模板及對實體對象進行賦值，使得地理實體被唯一標識。五是地理實體的集成建庫。在地圖符號特征及應用特征基礎上，提出地理實體表現的符號體系。一個實體可以有多種符號，地理實體的符號具有多態性，實現一個地理實體可以采用不同比例尺圖示進行表達，而不用切換地理實體數據庫。六是地理實體的分析和符號表達相統一。符號只是地理實體在圖形上的表達，它不影響地理實體的整體性和完整性。我們在地理實體模型中，將地理實體本身和其符號表達分離。實體在符號化過程中不會有任何改變，不影響實體本身的內容。將制圖和地理實體統一在一個框架體系當中，可以避免因為制圖表達而人為地割裂地理實體。七是地理實體實際是三維的，采用三維描述更加直觀準確，以地理實體及其空間身份為索引，掛接集成實景三維數據。

3.地理實體幾種應用模式

新型基礎測繪以地理實體為基本單位進行存儲和管理，突破了原有的數據傳輸、數據存儲模式、空間計算效率等核心技術瓶頸，形成的地理實體基礎時空數據庫與當前互聯網、大數據、人工智能等高新技術實現深度融合，真正成為其他信息的搭載平臺，使得基礎測繪在生產組織方式、服務模式等方面發生質的改變。一是新型基礎測繪（地理實體）數據混合存儲模式。傳統的基礎測繪數據需要管理的數據存在多種形態，包括影像、矢量、切片、報表、文檔等，而不同形態的數據其適用的存儲方式也會不同。而空間地理實體數據管理以地理實體為單位，采用多種方式存儲數據，包括對象關系數據庫模式（如Oracle）；非關系數據庫（如NoSQL）；分布式文件存儲塊文件。二是新型基礎測繪（地理實體）數據的超級計算模式。超算平臺是專門為地理空間海量數據處理密集型并行計算和分布式存儲場景設計開發的完整的、一體的、全棧的系統。超算平臺針對地理空間大數據在“存、管、算、用”不同緯度的技術難題，基于超算平臺的設施層、平臺層、應用層、服務層為地理空間大數據提供體系化服務。其能突破集群規模瓶頸，融合多計算框架，基于容器調度、靈活省心，根據應用、智能調度，支持多樣式流程表達。

4.地理實體的價值意義

一是地理實體模型是建立在人們習慣的空間認知基礎上，能夠準確表達自然界實際存在的空間地理現象。新的地理實體模型具有組合和聚集的特性，利用實體的組合特性可以表達復雜的地理對象及關系，形成多層次的包容關系；利用實體的聚集特性，可形成幾何連接的聚合實體，形成幾何上主次關系的聚合實體。二是一個地理實體進行一次描述。采用新的編碼方式，為每一自然地理實體分配一個唯一的實體編碼。采用分級實測的方法，實現一個地理實體只測一次、實現不同精度的地理實體集成建庫。三是基于地理實體模型構建的地理信息系統可以實現真正的“數圖一體”。一個地理實體可以根據需要分別輸出不同比例尺要求的符號。對地理實體的符號化輸出不影響地理實體本身的信息完整性。四是以實體為基本單位的存儲，可以采用分布式存儲、NoSQL 等存儲方式，可以與目前的大數據分布式并行處理框架深度融合。在大范圍、多尺度、多時段的海量數據中，實現秒級運算、分析及查詢。五是適應計算機進行無極縮放和統計分析，不用在不同的數據庫之間切換。可以根據不同的要求，采用大數據并行計算框架對地理實體進行高效、快速地自動綜合和統計分析。六是地理實體的表現手段是多元化的，除了可以輸出初級產品傳統的4D 產品外，還可以通過對地理實體進行各種融合處理。結合DSM，激光點云，傾斜模型，不同LOD 的BIM 模型，形成各種二維或三維面向對象的實體化基礎信息，并進行表達和分析。

5.結語

基于地理實體的新型測繪體系改變了傳統測繪行業的數字化和信息化的概念。建立新型基礎測繪的目標是依托地理實體基礎時空數據庫，開發制作面向公眾的基本公共產品庫和面向部門的典型應用產品庫（水系專題數據、交通專題數據、居民地專題數據等），凸顯基礎測繪的“基礎性”和“公益性”。必將使基礎測繪更貼近生活、更能滿足社會需求、更好地服務國計民生。希望本文對新型基礎測繪概念和體系的理解和探索，能有益于這一事業的進步。