地理实体化数据处理关键技术研究

王 磊，李长辉，邢汉发

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州510060)

一、引 言

随着信息技术的不断发展，地理信息在国民经济建设和发展中起到越来越重要的作用。我院积极响应国家测绘地理信息局“数字城市”建设，丰富地理信息资源、扩展地理信息服务成为重要的工作内容，全面开展地理信息服务，促进地理信息资源的充分利用和城市信息化建设，从而使测绘更好地服务于城市建设与发展，为城市信息化建设打好基础，推进城市地理信息资源的共建共享［1-2］。在不断实践中，单一系统的开发已不能满足时代对地理信息应用的多样性要求，建立面向地理信息应用的统一平台提供服务成为测绘地理信息专业发展的必然选择［3-5］。为了更有针对性开展服务，我院通过用户需求分析，将应用分为3个层面：专业部门、政务管理和社会公众，并提出了数字广州地理信息公共平台的建设框架，即“三大平台”——基础地理信息平台、政务地理信息平台和社会服务地理信息平台。三大平台关键是数据集建设，特别是地理实体化数据处理。

二、地理实体数据与三大平台关系

1.三大平台

“三大平台”建设针对不同的应用各有侧重：基础地理信息平台主要是针对传统依赖地形图的专业部门，政务地理信息平台主要是针对政府部门的日常管理，社会服务地理信息平台主要是面向社会公众。“三大平台”则按照空间数据来源呈现正金字塔结构(如图1所示)，按照社会需求呈现倒立金字塔结构。

1)基础地理信息平台：综合利用“3S”技术，以我院信息化测绘生产体系为前提，以规划基础地理信息数据库为基础，以软件系统为支撑，通过产品服务、技术服务和分析服务等多种模式，为专业部门提供地理信息服务的平台。

图1 三大平台数据结构层次图

2)政务地理信息平台：整合集成政务管理所需地理信息核心要素，集地理空间信息共享、数据交换、数据发布、功能服务于一体的，为政务管理提供地理信息保障和技术支撑的信息平台，例如局统一信息化平台。

3)社会服务地理信息平台：以公众服务网站为依托，采用全新的技术方法和现代的网站服务理念，以地图为载体，集地图服务、地图论坛、图说新闻、气象快报等内容于一体，为社会大众提供实时地理信息服务的平台，例如我院为亚运开发的地图网站。

虽然三大平台建设针对不同的用户群，采用了不同的网络和服务模式，但是3者之间的关系并不是完全分离的，随着应用深度的不同，存在着相互交融性。政务地理信息平台和社会服务地理信息平台是依托地理信息数据，通过在线方式满足政府部门、企事业单位及社会公众对地理信息和空间定位、分析的基本需求，具备个性化应用的二次开发接口和扩展空间，是实现地理空间框架应用服务功能的数据、软件及其支撑环境的总称。平台数据集是公共平台建设中的核心内容，主要包括地理实体数据、政务电子地图、公众电子地图、地名/地址数据、正射影像数据和三维景观数据等。

2.地理实体数据是三大平台数据桥梁

地理实体数据是根据相关社会经济、自然资源信息空间化挂接的需求，对基础地理信息数据进行内容提取与分层细化、模型对象化重构、统计分析等处理而形成的。其采用实体化数据模型，以地理要素为空间数据表达与分类分层组织的基本单元。每个要素均赋以唯一的要素标识、实体标识、分类标识与生命周期标识。通过这些标识信息能够实现地理要素相关社会经济、自然资源信息的挂接，还能够灵活地进行信息内容分类分级与组合，并实现基于要素的增量更新。

地理实体数据是三大平台数据基础与桥梁。地图数据的制作是建立在基础地理信息数据基础之上，首先形成地理实体数据;然后在地理实体数据基础上加入社会经济信息，形成政务电子地图数据;在政务电子地图数据基础上加入社会综合信息，并经数据加密化处理(精度取舍，去除保密信息)，形成公众电子地图数据。

地理实体数据主要是在基础地理数据成果的基础上整合加工而成，一般情况下包括预处理、数据组织重构、实体化处理等过程。预处理主要包括数据提取，必要时进行格式转换与分类代码转换，数据提取的关键是建立整合后实体数据分层与基础地理数据的对应关系;数据组织重构包括数据分层命名与属性结构规整;对象化处理是依据原始数据中的属性信息确定地理实体，找出同属于该实体的图元，赋以相应实体标志码，并建立相应的图元实体关系表。地理实体的数据源应选取最新版本，在整合时需要处理好同一比例尺数据各要素间的协调关系，并尽可能地处理好不同比例尺数据间的一致性关系。数据加工处理过程如图2所示。

图2 地图数据处理与制作过程

三、地理实体化数据处理方法

在提供空间信息服务时，一般需要以简洁的数据作为支撑，而非完整的地形图数据。为此，需要基于基础地理信息数据进行信息提取，将大多数部门和行业都需要的共性数据提取出来，形成地理实体数据。其过程分为数据提取、数据扩充和数据重组三个部分：①数据提取：依托基础地理信息数据提取水系、交通、居民地、境界与政区和地名等要素;②数据扩充：扩充行政区划、山脉、河流、湖泊、水库、公路等地理要素的专业代码，以保证与专题信息属性的连接;③数据重组：水系、交通、居民地、境界与政区和地名等要素的实体化重组。示例如图3所示。

图3 数据实体化示例

1.数据提取

依托基础地理信息数据库提取水系、交通、居民地、境界与政区、地名等要素时，可参照以下方式进行：

1)水系数据提取常年河、时令河、干涸河、湖泊、水库和池塘的边线，以及作为其边线的其他线状要素。

2)交通数据提取铁路的中心线，城际公路、城市道路的边线和中心线，乡村道路依比例尺双线路边线和不依比例尺单线路单线。

3)居民地数据提取街区、单层房屋和普通房屋的边线。

4)境界与政区数据提取国界，省区级、地市级和县级行政区划界及其行政区域代表点。

5)地名数据提取交通、水系、居民地和行政区域名称，以及位置和相关属性。

2.数据扩充

为方便与专题信息属性的链接，应按照相关专业行业技术标准，扩充行政区划、山脉、河流、湖泊、水库、公路等地理要素的专业代码。

3.数据重组

根据应用的需要和产品类型等，以便于地理信息服务及挂接社会经济信息为目的，数据在经过实体化以后采用实体对象关系模型、格网模型、要素与格网一体化模型和地图模型等方式组织。水系、交通、居民地、境界与政区和地名等要素的实体化重组，可参照以下方式进行：

1)水系。以单线形式表示的常年河、时令河和干涸河提取单线数据，在遇有桥梁使河流表示中断时，应在断开处添加线段使河流表示完整，构建线实体;以双线形式表示的常年河、时令河和干涸河提取两条边线数据，在遇有桥梁使河流表示中断时，应在断开处添加线段使河流表示完整，构建面实体;具有完整边线表示的湖泊、水库和池塘提取边线数据，构建面实体，不具有完整边线表示的应提取可以作为其边线的其他要素的部分线段，构建面实体。

2)交通。一般铁路、电气化铁路和窄轨铁路提取中心线数据，构建线实体;以单线形式表示的乡村道路(不依比例尺)提取单线数据，在遇有桥梁、涵洞等使道路表示中断时，应在断开处添加线段使道路表示完整，构建线实体;以双线形式表示的城际公路、城市道路、乡村道路(依比例尺)提取两条边线数据和中心线数据，不提取附属设施数据，构建面实体。

3)居民地。普通房屋提取建筑物主体的边线数据，不提取相关的附属设施数据，构建面实体。

4)境界与政区。省区级、地市级和市(县)级行政区划提取边界数据，在遇有以其他线状要素作为边界表示时，还应提取该线状要素的相应部分，保证本级行政1区域境界的完整，构建面实体，并以本级行政区域政府办公所在地空间位置作为标识点。

5)地名。将有明确地域界限的地名数据和其实体化后的地理实体建立起对应关系，包括省区内各级区划地名、水系地名、交通地名、山脉、山峰，以及其他各类地名及相关信息。

四、地理实体化数据生产技术要求

1.基本地理实体完整性

基本地理实体是指能够比较方便地从基础地理信息数据成果中提取整合的实体对象，包括境界实体、政区实体、道路实体、铁路实体、河流实体、房屋实体、院落实体。实体最小粒度与相应基础地理数据集中的内容保持一致。

院落实体主要基于1∶2000、1∶1000、1∶500 等大比例尺基础地理信息数据提取，用于挂接电子政务应用中的基于机构代码的法人单位基础信息等。

房屋实体主要基于 1∶2000、1∶1000、1∶500 等大比例尺基础地理信息数据提取，用于挂接电子政务应用中的基于居民身份标识码的人口基础信息等。

河流、交通类实体的最小粒度与相应基础地理数据中的内容保持一致。对于源数据中没有名称的线队伍，按弧段(如河流骨架线交叉或属性变化处打断形成的最小弧段)定义实体。

2.地理实体几何表达基本规则

以线表达的水系、交通等要素必须保证线段的连续。例如以多边形表达的河流或道路须提取骨架线或中轴线，并与相接的单线表达的河流或道路构成连通网络，遇有桥梁使河流或道路中断时，应在断开处添加线段使河流或道路保持连通。

以面表达的政区、院落、房屋等要素必须保证面的封闭。例如，表示院落时，须提取构成院落的要素的边线并构建封闭面。

正确处理要素间的空间关系，保证要素间空间关系的合理与逻辑一致。例如，以河流为界的界线数据，表示界线的线要素必须与表示河流的线要素在空间上一致。

3.地理实体标识码合法性

地理实体数据使用地理实体标识码、图元标识码、信息分类码3类编码。编码时，尽量采用已有国家标准或行业标准，必要时可以进行组合与扩充。需要重点检查实体标识码唯一性，并对标识码命名规则进行合法性检查。

4.地理实体数据逻辑组织合法性

地理实体数据采用空间无缝、内容分层的方式进行逻辑组织，在逻辑上分为“图元”与“实体”两个层次。其中，图元描述地理对象的空间位置与几何形状，依据所表达的主题内容，图元可分为境界、政区、道路网、铁路网、水网、院落、房屋等数据层;实体由单个图元或多个图元组合而成，它具有特定的地理意义，能够与相关社会经济信息进行挂接。实体与其构成图元间通过图元标识码(ElemID)建立关联。需要重点进行地理实体数据逻辑组织结构与关联准确性检查，确保实体与其构成图元间关联与正确挂接。

5.地理实体数据表合法性

数据表包括基本图元数据表、实体图元关系表两类。基本图元数据表是图元数据在计算机中的逻辑存储，是根据图元的比例尺、内容、几何类型而定义的，是空间数据在计算机中的基本管理单元。实体图元关系表描述了地理实体与构成该实体的图元间的关系。需要重点进行地理实体数据表命名规则、基本属性项字段长度、关联关系进行检查。

五、结束语

据统计，80%以上的政务信息都属于地理空间信息范畴，丰富地理信息资源、扩展地理信息服务已经成为“数字城市”建设的重要内容。地理实体信息作为政务管理、公共服务的基本信息资源，统一标准、整合和集成资源是政务信息化管理的大势所趋。另外，在地理实体化处理基础之上，基于现有基础地理数据进行政务地理信息平台和社会服务地理信息平台数据集快速生产与更新是一项长期工作内容，也是城市测绘地理信息对外服务的一个重要内容。

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