基于存量數據研究基礎地理實體生產技術

韋佳 WEI Jia

（廣西壯族自治區地理信息測繪院，柳州 545006）

0 引言

隨著全球化進程和區域協同快速發展，各級政府部門、企事業單位和社會公眾對基礎測繪成果的需求日益增加，尤其隨著經濟社會發展步入新時代，以及云計算、物聯網、大數據、信息與通信技術（ICT）和人工智能（AI）等相關技術的進步與測繪地理信息的深度融合，原有基礎測繪4D 產品已經難以滿足應用需求。因此，國家新型基礎測繪建設對地理信息產品提出了實體化的新要求，但現階段大范圍采集生產將耗費大量人力、財力及時間成本。利用存量數據進行轉換生產，是快速構建新型基礎測繪產品基礎的最優選擇。立足存量數據研究基礎地理實體生產技術，可實現高效構建符合應用需求的新型測繪產品，同時為新型測繪產品更新奠定數據基礎。

1 地理實體與圖元

《新型基礎測繪體系建設試點技術大綱》指出，新型基礎測繪是以“地理實體”為視角和對象，以“基礎地理實體”為核心的成果模式創新為切入點，帶動技術體系、生產組織體系和政策標準體系的全面創新，從而實現基礎測繪高質量發展。地理實體可分為地物實體和地理單元，地物實體是地表及地下各類自然形成或人工建筑的物體，通常包括水系、交通、建（構）筑物及場地設施、管線、地名地址、院落等；地理單元是地表上具有同一管理或自然屬性的空間區域，通常包括行政區劃單元、自然地理單元等[1]。地理實體是對現實世界的抽象表達，同樣需要圖元表示，而地理實體與傳統地理要素的主要區別之一在于，它與圖元的關系不是唯一的。地理實體所對應的圖元種類和數量，可以不唯一，即一個地理實體可以由多個不同種類的圖元組合而成。

1.1 基礎地理實體

基礎地理實體通過基礎測繪采集和表達的地理實體，是其他地理實體和相關信息的定位框架與承載基礎，是現階段新型基礎測繪建設中地理實體數據生產建庫的對象。基礎地理實體是地理實體的一個子集，可分為自然地理實體，是表示自然生成或生長的地理實體，如山體、水系、海洋等；人工地理實體，是表示人類建造或改造的地理實體，如水利、交通、建（構）筑物及場地設施等；管理地理實體，是表示重要管理需求所對應的地理實體，如行政區劃單元、國土空間規劃單元等。

1.2 圖元

圖元表示空間內單一、連通并承載共同屬性的幾何對象，一般表現為點、線、面、體，是對地球表面上存在的各種地理實體進行抽象和表示的基本單元，不論是二維矢量還是三維模型，都可以作為地理圖元構建地理實體。基礎地理實體圖元的基本概念包括位置、形狀和屬性，三個方面構成了地理實體在地圖上的抽象表現，為地理信息系統的建模和分析提供了基礎[2]。

2 基礎地理實體轉換生產技術流程

基于地理信息要素數據轉換生產工作包括：源數據收集分析、源數據預處理、數據映射編輯、數據語義化處理、實體圖元數據編輯及實體構建等環節?；A地理實體轉換生產流程見圖1。

圖1 轉換生產基礎地理實體流程

2.1 源數據收集分析

源數據是指為進行基礎地理實體數據生產而收集的原始資料數據，收集用于生產基礎地理實體數據的基礎地理信息要素數據集及各類專題參考數據集，分析各類數據集的用途。基于研究目標，進行數據需求分析，明確所需的基礎地理實體數據類型，包括自然地理實體（如地形、水系、植被）和人文地理實體（如城市、道路、人口分布），以及空間關系和屬性信息。在數據源選擇階段，需要明確從哪里獲取所需的地理信息數據，數據源包括衛星遙感數據、地理信息系統（GIS）數據庫、地方政府的統計數據、文獻資料等，選擇合適的數據源關系到后續研究的可行性和準確性。在確定了數據源之后，進行數據的獲取和采集工作，涉及到遙感衛星的圖像獲取、地勘測繪、實地調查等多種手段，在數據獲取的過程中，需要保證數據的準確性和時效性[3]。

2.2 源數據預處理

收集到的多源異構數據，存在格式不一致、空間參考不同等問題。首先需要進行數據整合，在信息無損轉換的條件下，將多源異構的源數據轉換為統一的數據交換格式，如SHP、GDB 等基礎地理信息數據常用格式；并將不同坐標系數據轉換至2000 國家大地坐標系，同時進行清洗數據中的異常值、缺失值等。最后按照具體任務需求，進行圖幅接邊、專題數據與基礎地理信息數據融合、數據裁切等工作。

2.3 源數據映射編輯

依據基礎地理信息要素與基礎地理實體之間的關系，建立映射表進行轉換。對與基礎地理實體存在幾何圖形和語義信息映射關系且映射后不需進行數據編輯的基礎地理信息要素數據，映射前后幾何圖形、語義信息不得存在錯誤、遺漏、多余或重復。對與基礎地理實體不存在幾何圖形和語義信息映射關系的基礎地理信息要素數據（如等高線、高程點等），保留該部分基礎地理信息要素，放至輔助圖層，作為輔助要素數據集存儲管理。對與基礎地理實體存在幾何圖形和語義信息映射關系且映射后幾何圖形、語義信息仍需處理的基礎地理信息要素數據，在映射后需按采集要求進行數據編輯。

2.4 基礎地理實體構建

圖元及其基本屬性信息數據采集完成后，對于一個圖元構成的基礎地理實體，自動生成并賦予空間身份編碼，提取其基本屬性信息作為實體屬性；對于多個圖元構成的基礎地理實體，以基礎地理實體的空間身份編碼為索引，實現相關構成該實體的圖元組合，并從各圖元的基本屬性信息中提取共性屬性作為實體屬性，實現圖元的語義關聯，構建基礎地理實體數據。

2.5 實體語義化關系構建

圖元及其基本屬性信息數據轉換完成后，對于圖元構成的基礎地理實體，自動生成并賦予空間身份編碼，提取其基本屬性信息作為實體屬性；對于多個圖元構成的基礎地理實體，自動生成統一的空間身份編碼并賦予各圖元。在語義化處理過程中，以基礎地理實體的空間身份編碼為索引，對同一基礎地理實體不同類型的多個圖元進行關聯，實現以唯一編碼標識同一基礎地理實體，構建基礎地理實體數據。

2.6 基礎地理實體元數據

基礎地理實體數據元數據應包含數據的標識信息、空間參考信息、生產信息、時序信息、精度信息、粒度信息、質量信息、分發信息?；A地理實體數據基本信息，刪減了圖幅、圖廓等數據項，擴展了數據所屬空間、數據生產級別、概略圖等數據項；獲取基礎地理實體數據的數據源、生產者以及所用工藝方法等信息，擴展了激光雷達數據采集方式等生產數據項、數據生產采用的相關標準及關聯的物聯網、互聯網等數據項；基礎地理實體數據的采集及更新信息，擴展了時序化周期等數據項；基礎地理實體數據的精度信息，擴展了類別精度、紋理精度等數據項；基礎地理實體數據的空間粒度信息，擴展了最小顆粒度、粒度劃分方式等數據項。

2.7 基礎地理實體數據庫建設

空間數據模型是基礎地理實體數據庫的核心，決定了數據庫中地理信息數據的組織方式和存儲結構，在設計空間數據模型時，應根據實際需求選擇合適的數據模型，如面狀數據模型、矢量數據模型等，并考慮數據庫的擴展性和性能，確保數據庫能夠滿足未來的需求?；A地理實體數據庫的建設需要搭建共享平臺，通過構建數據共享平臺和服務平臺，將數據庫中的地理信息數據向社會開放，滿足不同領域和行業的需求，同時采用云計算、Web 服務等技術手段，提高地理信息數據的可訪問性和可用性。

3 基于DLG 轉換生產基礎地理實體應用案例

3.1 項目概況

選取廣西某縣約1700 平方千米面積，開展基于1∶10000DLG 的基礎地理實體轉換生產。

3.2 主要技術應用

參照國家、行業相關標準規范，以基礎地理實體為視角和對象，依照實體粒度和空間精度要求，研究地理實體數據的內容、組織表達形式、時態規則等，以提高基礎地理實體生產效率，推進基礎地理實體生產標準化為目標，制定了存量數據轉換加實體采集生產兩種方式結合的基礎地理實體生產技術路線。

3.2.1已有資料分析

使用2023 年1∶10000DLG 數據作為源數據進行轉換。2022 年遙感正射影像作為底圖數據。1∶10000DLG 成果坐標基準為2000 國家大地坐標系，地理坐標，經緯度坐標值以“度”為單位，用雙精度浮點數表示，保留9 位小數；高程基準采用1985 國家高程基準，高程坐標單位為“米”。遙感影像分辨率優于1 米。

3.2.2實體構建

①圖元編輯。

當源數據為點要素時，直接進行轉換；當為線要素時，取其中點作為基礎地理實體點圖元；為面要素時，取其幾何中心或重心作為基礎地理實體點圖元；當源數據為線要素時，應結合基礎地理實體的語義信息（如名稱、類型等），綜合確定基礎地理實體線圖元，對于源數據線要素存在的數據離散化問題，通過線續采、線合并、線切割等處理方式，確?；A地理實體線圖元的連續性和完整性；為面要素時，綜合語義信息取其中心線為基礎地理實體線圖元；當源數據為線要素時，應結合基礎地理實體的語義信息，利用影像、輔助數據等，通過線構面，獲取基礎地理實體面圖元；為面要素時，通過同類別或跨類別面合并、面分割等，獲取基礎地理實體面圖元。由DLG 數據映射轉換而來的部分圖元不滿足實體要求，需進行人工編輯處理，圖2為河流實體人工處理前后的對比。

圖2 河流實體人工處理前后對比

②圖元組合。

若基礎地理實體由多個圖元構成，則提取該實體多個圖元，構建外包矩形，最小外包矩形經軟件自動解算獲取該實體空間身份編碼，將這些圖元實現邏輯組合，構成一個基礎地理實體。

③屬性關聯。

對于由基礎地理信息要素轉換而來的語義信息，根據技術規程中規定的實體基本屬性進行調整，同時轉換專有屬性，當實體由多個圖元組成時，保留共性屬性的屬性字段，并從各圖元屬性表中提取共性屬性對實體屬性進行賦值。若各圖元某項屬性不一致，則對應實體該項屬性不予填寫。

3.3 應用案例成果

項目經過2 個月建設周期，最終形成符合標準的基礎地理實體數據庫成果，包括基礎地理實體數據文件和元數據文件。二維地理實體成果以數據庫形式存儲，數據格式為ArcGIS FileGeodatabase（*.GDB），元數據，數據格式為ArcGIS FileGeodatabase（*.MDB）。

4 DLG 轉換基礎地理實體技術的應用效果

在上述案例中，通過應用DLG 轉換基礎地理實體技術，基礎地理實體生產效率顯著提高。單純基于遙感影像采集生產基礎地理實體需要花費大量時間和人力，而基于DLG 轉換生產可以在較短時間內完成大范圍基礎地理實體生產。在本次項目中，相比于傳統方法，整體工作效率提升約20%。因此利用DLG 數據進行基礎地理實體轉換生產，是當前基礎測繪向新型基礎測繪轉型升級過渡階段，高效獲取基礎地理實體數據的重要途徑。

5 結論

綜上所述，基礎地理實體作為新型基礎測繪產品體系的核心，為測繪地理信息進一步發展提供了不可或缺的數據支撐。通過對地理信息數據模型的不斷優化更新，基礎地理實體突破了傳統基礎地理信息要素在存儲、可視化和應用服務上的瓶頸。基礎地理實體不僅是數據本身，更是提供高質量地理信息服務的內在推動力。通過存量轉換的方式，高效構建內容豐富、覆蓋面廣的基礎地理實體數據庫，為加快推進新型基礎測繪體系建設，實景三維中國建設及數字孿生城市建設奠定了堅實的基礎。