基于數據挖掘的智慧城市建設中測繪地理信息共享系統

饒興元

［關鍵詞］數據挖掘；共享系統；地理信息；測繪；建設；智慧城市

地理信息系統在測繪工作中的引入，極大程度上地提高了智慧城市建設效率。基于主體層面分析，如果沒有測繪地理信息的支撐，就不可能實現城市建設的信息化、智能化、數字化[1]。“智慧城市”是我國城市信息化發展的一個較高層次階段，強化測繪地理信息工作，既可以提高城市建設的綜合效益，又可以全面整合城市的地理信息。地理信息系統的開發不僅要控制空間目標的位置，還要控制目標的相關屬性，并將其與空間中其他屬性相聯系。現階段，地理信息的應用范圍逐步擴展，目前已涉及城市改造、資源規劃、地形布局、交通建設等各個方面。但現有的技術，難以挖掘地理信息的內在模式和規則，存在諸多缺陷[2]。如何設計一套高效的地理信息共享系統，是目前國內外學者研究的熱點之一。為落實此項工作，有關城市規劃部門采取動態跟蹤修測的方式，通過對城市基本空間資料的及時采集與獲取，在城區范圍內實現了地理信息的月度更新。但隨著城市智能化安全管理、聯動交通等領域的不斷升級，城市現有共享手段已無法適應數據的不斷更新與應用需求，因此，有必要在現有工作的基礎，開發全新的共享系統，推進并指導城市空間基礎信息資源的開發與利用。本文也將在此次研究中，引進數據挖掘技術，開發智慧城市建設中測繪地理信息共享系統，旨在通過此次設計，深化智慧城市建設工作。

1. 測繪地理信息共享系統架構

為滿足測繪地理信息的共享需求，在開發共享系統前，應明確傳統的測繪地理信息共享系統在共享效率、安全保密等方面存在著較大的局限性，在信息資源共享、服務對象保障、訪問方式、數據建模等方面也存在諸多問題[3]。為解決此方面問題，將數據挖掘技術作為支撐，結合數據倉庫的使用，設計如下圖1所示的測繪地理信息共享系統架構。

在使用該系統構建共享測繪地理信息時，數據倉庫可將空間數據的形式化表示與分析與人工智能、專家系統相結合，從而直觀地顯示地理信息與場景內容的時空分布、屬性相關性，從某種意義上體現了智慧城市建設中測繪地理信息的復雜性、非線性特點[4]。在深入此方面內容的研究中發現，該系統適用于大規模、復雜的地理信息處理，具有計算簡便、易于實現的特點，數據倉庫可以提取、轉化多源信息，將專業知識與城市地圖知識相結合，在缺少專業知識的前提下，仍能按照一定的規律自動檢索出模型，滿足智慧城市建設中的管理決策需求。

2. 硬件設備選型

在上述設計內容的基礎上，對系統硬件展開科學的規劃與部署。為滿足系統的信息共享需求，增設網絡傳送模塊，將系統的業務端與客戶端連接在一起，通過此種方式實現信息資源的共享與實時通信[5]。同時，將移動中央服務器作為核心，使該系統能夠同步在多個客戶端上運行[6]。設計系統硬件結構，如下圖2所示。

在共享傳輸時，將網路RS422協議作為基礎，利用RS422通信傳輸接口布置網絡傳輸鏈路[7]。在此過程中，考慮到網絡傳送模塊需要將串行信息傳送給其他模塊、服務端與客戶端，因此，需要一種能夠實現一臺PC機對多臺PC機的串行通信協議作為硬件設備的支撐。

為了提高系統的穩定性能，本次設計使用RS422型號串行通信傳輸接口作為主要硬件，此硬件支持單臺傳送、多臺接收，其中一條均衡總線同時接入10臺以上的接收機，主機可以向所有的從機傳輸信息。RS422的數據通信由4根信號線路組成，具有獨立的發射和接收信道。此設備整體按照均衡發送和差分接收設計，因此其抗干擾性能較強，按照此種方式展開設計工作，可以提高系統的工作效率和穩定性[8]。

3. 基于數據挖掘技術的測繪地理信息格式轉換處理

完成對系統架構的設計與硬件設備的選型后，引進數據挖掘技術，轉型處理測繪地理信息與數據格式，通過此種方式，初步掌握數據在空間中的賦存規律[9]。在此過程中，利用數據挖掘技術中的最小二乘計算法，建立智慧城市建設中測繪地理信息的線性函數模型，模型表達式如下。

L=AX （1）

公式（1）中：L 表示智慧城市建設中測繪地理信息線性函數模型的觀測向量；A 表示城市觀測系數矩陣，可將A 表示成m × n，其中m、n 分別表示矩陣的行數與列數；X 表示觀測中地理信息數據中的未知參數條件。在挖掘數據空間賦存規律時，要明確測繪地理信息線性函數模型需要將參數估值作為支撐，同時，需要考慮到模型中參數A 與參數X 存在的隨機誤差[10]。可建設A 的空間誤差為ΔA、X 的空間誤差為ΔX，則有L 觀測誤差，表示為ΔX。根據參數誤差之間的關系，建立如下所示的線性方程。

將公式（2）的求解過程作為數據挖掘過程中的約束條件優化過程，約束優化過程如下計算公式所示。

公式（3）中：K 表示數據挖掘中的約束條件優化求解；R 表示最小二乘改正數；F 表示范數。將求解結果作為地理信息格式轉換系數，參照此系數，調整數據格式，實現基于數據挖掘技術的測繪地理信息格式轉換處理。

4. 測繪地理信息屬性數據共享與場景漫游

在上述設計內容的基礎上，將系統所在的網絡環境作為支撐，根據測繪地理信息中的元數據規范，將各功能單位和城市基礎GIS元數據采用集中注冊和管理的方式，使系統中形成一個元數據服務中心，以便終端操作用戶可以根據系統所提供的業務界面查詢所需要的數據。在此基礎上，通過將Web服務部件部署到系統各個功能模塊的服務器上，可以對智慧城市中不同區塊、不同類型的數據進行標準化處理、業務邏輯和業務邏輯的打包處理。在此基礎上，按照OpenGIS中的OGC Web服務規范傳輸測繪地理信息屬性數據。

測繪地理信息中的網絡服務元數據，可以通過查詢系統在資訊網站上查詢。通過對不同元數據的描述，用戶可以通過訪問不同區塊（網絡結點）的Web服務，實現對數據的處理，并通過數據資源的下載或者交互操作，在系統中實現不同模塊與不同場景之間數據層次和應用層次上的信息共享。此過程如下圖3所示。

按照上述方式，實現測繪地理信息屬性數據共享與場景漫游。

5. 對比實驗

上文通過硬件、軟件兩個方面，完成了基于數據挖掘的智慧城市建設中測繪地理信息共享系統開發，為檢驗該系統在實際應用中的效果，以某試點地區為例，在該地區內展開對比實驗。

實驗前，采集并整理由專業機構或有關部門負責人員通過前期大量調研獲取的城市測繪地理信息，按照規范將信息數據錄入終端數據倉庫。數據倉庫中存儲的數據格式如下表1所示。

將存儲在數據倉庫中的城市測繪地理信息數據作為此次對比實驗的樣本數據，完成對樣本數據的統計后，按照下述表2所示的內容，搭建對比實驗環境技術參數。

在上述設計內容的基礎上，將開發的系統集成在測試環境中，在使用本文系統共享城市測繪地理信息時，先引進數據挖掘技術，轉換處理測繪地理信息格式，在此基礎上，建立通信共享鏈路，共享測繪地理信息屬性數據，通過設計城市中不同場景之間的漫游，完成系統的開發與設計。

為滿足測試結果的可比性需求，在完成本文系統在測試環境中的部署后，引進基于ServiceGIS的共享系統，與基于多源數據融合技術的共享系統，將其作為傳統系統1與傳統系統2。按照規范，將傳統系統集成在測試環境中。在測試環境中，利用三種系統，共享城市測繪地理信息。將交互共享頻率作為測試指標，明確交互共享頻率越高、共享中頻率波動幅度越小，系統的綜合性能越優。

按照上述規范，展開對比實驗，統計三種系統的測試結果，將其繪制成折線圖，如下圖4所示。

從上述圖4所示的實驗結果可以看出，本文系統在共享城市測繪地理信息時，其交互共享頻率最高，且折線波動幅度較小；傳統系統1在共享城市測繪地理信息時，其交互共享頻率也相對較高，但折線波動幅度較大；傳統系統2在共享城市測繪地理信息時，其交互共享頻率相對較低，但折線波動幅度較小。因此，在完成上述實驗后，得到如下所示的實驗結論：本文此次設計的基于數據挖掘技術的城市測繪地理信息共享系統，在實際應用中的綜合性能良好，不僅可以提高信息的交互共享頻率，還可以保證共享中信息傳遞的穩定性。

6. 結論

近年來，物聯網技術、智能化技術的發展步伐不斷加快，智慧城市建設工作逐步推進。要全面落實“智慧城市”的建設工作，需要將“三位一體”建設模式與測繪地理信息工作相結合，實現在城市規劃布局中，從布點到地圖的全過程精細化繪制，通過此種方式，調整城市地理信息結構，提高城市規劃設計的合理化與規范化。為落實此項工作，助力智慧城市建設工作，本文通過測繪地理信息格式轉換處理、測繪地理信息屬性數據共享與場景漫游設計，完成了基于數據挖掘的智慧城市建設中測繪地理信息共享系統設計。該系統在完成設計后，經過對比實驗證明了具有較高的綜合性能，通過此種方式，為智慧城市的規范化建設提供全面的技術指導與幫助。