地理實體數(shù)據(jù)庫研究與實踐

　　摘要：基于新型基礎(chǔ)測繪背景，分析了國內(nèi)外在地理實體數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面的現(xiàn)狀，提出了滿足多領(lǐng)域同時兼顧應(yīng)用管理實際的實體分類及編碼方法，研究了地理實體空間、時間和屬性“三域標識”的表達，討論了數(shù)據(jù)庫及實體生產(chǎn)更新方法，創(chuàng)新應(yīng)用實體概略圖形于實體生產(chǎn)及管理過程中，并通過試生產(chǎn)進行理論方法的驗證。

　　關(guān)鍵詞：地理實體;分類與編碼;多粒度;三域標識;新型基礎(chǔ)測繪

　　1引言

　　在當前強大的IT技術(shù)支撐下，空間信息進一步深入到了社會各個應(yīng)用領(lǐng)域，從陸地走向海洋、從地表走向空中及地層、從室外走向室內(nèi)，從宏觀走向微觀，從專業(yè)領(lǐng)域走向社會大眾�；�于地圖要素的傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)庫，已無法滿足現(xiàn)代GIS的應(yīng)用需求，周成虎、張江水、華一新等提出了全空間信息系統(tǒng)的構(gòu)想，闡明了其基本概念和特征，利用地理實體描述多粒度時空對象，再基于多粒度時空對象構(gòu)建全空間信息系統(tǒng)[1-3]。地理實體區(qū)別與基礎(chǔ)地理信息的關(guān)鍵點在于，它可被視為管理對象，能夠方便地實現(xiàn)地理信息與社會、經(jīng)濟、自然資源等專題信息的掛接，是各類信息聚合載體[4]。

　　地理論文范例：地理教學(xué)論文發(fā)表什么刊物

　　隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展及自然資源管理國家戰(zhàn)略、城市精細化管理快速推進，各領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⑻岢隽烁�高的�?yīng)用需求。國土資源部發(fā)文要求各地探索建立基于地理實體的成果采集和管理模式，逐步推動現(xiàn)有國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫向地理實體數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)型，發(fā)展以地理實體為主要表現(xiàn)形式的公共產(chǎn)品[5],所以建立地理實體數(shù)據(jù)庫是地理信息應(yīng)用及管理的必然趨勢。本文在國內(nèi)外地理實體研究的基礎(chǔ)之上，基于上海市新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)試點項目“智能化全息測繪-基于地理實體的全息數(shù)據(jù)采集與建庫”，以能落地建設(shè)為目標，探索科學(xué)合理的地理實體的分類與編碼，研究實踐地理實體數(shù)據(jù)庫建設(shè)方法，希望有助于上海市地理信息服務(wù)轉(zhuǎn)型升級，提高地理信息公共服務(wù)的能力。

　　2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　自地理實體概念提出以來，很多國家已開展了地理實及基于地理實體的地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)的研究及實驗。SeungwooLee等采用Bootstraps算法從各種材料中提取國家、州、城市、河流、山脈、島嶼等地理實體，滿足信息提取及自動問答系統(tǒng)的需要[6]。美國地理信息數(shù)據(jù)委員會在2008年發(fā)布了“地理信息框架數(shù)據(jù)內(nèi)容系列標準”，對地籍、行政管理單元、水系、交通均采用面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)模型[7];歐洲議會通過了建設(shè)歐盟空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的決議，推出了與FGDC類似的一系列標準。國內(nèi)在研建地理信息公共服務(wù)平臺期間推出了《地理信息公共服務(wù)平臺地理實體與地名地址數(shù)據(jù)規(guī)范》，對院落、房屋、政區(qū)、道路、鐵路、河流等重要對象構(gòu)建地理實體[8]，在2018年又推出了《地理實體空間數(shù)據(jù)規(guī)范》。賈丹針對目前國內(nèi)實體數(shù)據(jù)構(gòu)建現(xiàn)狀，提出了全國地理實體的生產(chǎn)組織模式[9]。

　　浙江、江蘇、重慶、四川等多地也開展了地理實體研究，一些項目還進行了數(shù)據(jù)生產(chǎn)試驗。時空大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)大綱經(jīng)過多年的不斷改進，在2019年將地理實體數(shù)據(jù)納入到基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)系列中，以DLG為基礎(chǔ)采集地理實體，并賦予唯一編碼，作為與其它行業(yè)和專題數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)，增加“三域”標識，擴充相應(yīng)的地理實體類API及服務(wù)[10]。不過，總體而言，國內(nèi)地理實體的研究目前還處于探索階段。國家相繼出臺了兩部有關(guān)地理實體的相關(guān)標準，但還是屬于局部探索或頂層設(shè)計，難以滿足傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)庫向地理實體數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)型的實際需求;也提出了地理實體的生產(chǎn)建庫的諸多設(shè)想,但缺乏實際操作層面的指導(dǎo)，國內(nèi)尚未有成熟的地理實體數(shù)據(jù)庫建成果。

　　3地理實體分類與編碼改進

　　由于地理實體在學(xué)科、領(lǐng)域、顆粒度、應(yīng)用范圍以及時間上的多樣性和差異性，使得實際使用的地理實體的分類體系多種多樣，不同學(xué)科之間、行業(yè)之間、不同應(yīng)用需求之間，乃至科學(xué)家群體之間對地理實體的分類不一致[5]。國內(nèi)目前的地理實體分類體系，基本采用了一致的方法，分為基本地理實體和擴展地理實體�；�本地理實體指易于從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)成果中提取的通用性強的地理實體，包括行政區(qū)實體、境界實體、道路實體、河流實體、湖泊實體、房屋實體、院落實體。擴展實體可根據(jù)數(shù)據(jù)源情況進行定義。上海市目前正在實施的新型基礎(chǔ)測繪是要滿足超大城市的精細化管理需求，要支撐多行業(yè)的業(yè)務(wù)管理，所以上海新型基礎(chǔ)測繪項目提出“智能化全息測繪”概念，“基于地理實體”、“能采盡采”、“不同要素不同精度”等理念。顯然目前的地理實體的分類體系及涵蓋面無法滿足項目的需求，也無法滿足時空大數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用。

　　4地理實體概念及“三域”表達方法

　　要建立地理實體數(shù)據(jù)庫，必須從地理世界的認知角度，基于數(shù)據(jù)庫建立地理實體的概念模型，需要設(shè)計地理實體的空間、時間和屬性“三域”的概念模型及表達方法

　　4.1如何理解地理實體人們對地理世界的認知和表達，是隨著技術(shù)、工具的發(fā)展而不斷提高的，有了地學(xué)及數(shù)學(xué)理論及工具，人們利用地圖要素實現(xiàn)對地理世界的認知和表達，地圖得以問世;當計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及GIS技術(shù)發(fā)展，地圖搬到了計算機中，基于地圖要素建立了相應(yīng)的地理信息數(shù)據(jù)模型，4D產(chǎn)品代表了傳統(tǒng)GIS時代對地理世界的認知。

　　現(xiàn)在，建設(shè)數(shù)字孿生城市，要將現(xiàn)實世界搬到計算機中，用數(shù)字城市映射物理城市，將其作為數(shù)字底座，滿足各行各業(yè)、滿足專業(yè)及大眾的地理信息需求，原有的基于地=圖要素的數(shù)據(jù)模型已無法實現(xiàn)，需要從人的認知習(xí)慣的基于語義層面的地理實體模型，建立數(shù)據(jù)庫模型�，F(xiàn)實世界包括從微觀到宏觀的各個尺度范疇，目前的資源及技術(shù)手段還無法做到對具有無限的復(fù)雜性的所有地理實體進行描述，一般依據(jù)我們的當前需求，限定一定尺度或范圍，研究有限的地理實體。例如，在進行城市規(guī)劃時，需要將建筑物整體作為一個實體對象;在消防救援時，需要把一棟建筑物里的樓層、戶、消防設(shè)施等分別作為實體對象。

　　5數(shù)據(jù)庫邏輯模型

　　5.1邏輯結(jié)構(gòu)

　　通過通用的地理實體數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，來對多粒度實體對象本體、實體間的相互關(guān)系、實體與圖元間的關(guān)系等進行邏輯表達。通過實體表存儲各類地理實體數(shù)據(jù)，此表以索引的方式進行存儲。在生產(chǎn)管理中各種數(shù)據(jù)實體分別存儲在不同實體表，便于生產(chǎn)更新及管理。在利用時，采用非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫，提高利用查詢操作，可以實現(xiàn)快速的查詢和實體的分類統(tǒng)計。通過實體間關(guān)系表用來記錄實體間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

　　地理實體間存在多種關(guān)聯(lián)關(guān)系，既包括業(yè)務(wù)關(guān)系，又包括空間關(guān)系。表中的關(guān)聯(lián)類型字段可以根據(jù)實際的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)關(guān)系進行擴展，形成數(shù)據(jù)字典。實體分類表記錄所有地理實體的分類，是數(shù)據(jù)實體的基礎(chǔ)字典表。在此表中記錄分類對應(yīng)的地理實體數(shù)據(jù)表的表名，從而找到此類實體分類對應(yīng)的數(shù)據(jù)表。根據(jù)地理實體分類編碼的設(shè)計，在系統(tǒng)設(shè)計的階段，即可完成此表數(shù)據(jù)的初始化。

　　通過實體擴展管理表，來管理和記錄實體表相關(guān)聯(lián)擴展信息，該表是數(shù)據(jù)實體的基礎(chǔ)字典表。經(jīng)過對數(shù)據(jù)實體的分析，實體的擴展屬性表是與實體分類相對應(yīng)，每類實體分類對應(yīng)的擴展屬性表是相同的，因此，實體擴展管理表與實體分類表進行關(guān)聯(lián)。實體擴展表包括擴展屬性表、網(wǎng)格關(guān)聯(lián)表、業(yè)務(wù)信息表、專題信息表等，不同實體建模時，定義相關(guān)的擴展信息表。實體分類圖元關(guān)系表，管理和記錄實體分類所對應(yīng)的圖元表，記錄圖元表的表名，該表是數(shù)據(jù)實體的基礎(chǔ)字典表。

　　6地理實體數(shù)據(jù)的生產(chǎn)及更新模式設(shè)計

　　地理實體數(shù)據(jù)來源廣泛，包括傳統(tǒng)基礎(chǔ)地體信息數(shù)據(jù)庫、點云、影像、三維模型、時空大數(shù)據(jù)、動態(tài)實時數(shù)據(jù)、各行業(yè)地理信息等。由于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的要素圖形與地理實體的二維圖元的要求非在常接近，三維模型庫的中的三維模型與地理實體的三維圖元的要求非常接近，因此在建設(shè)地理實體數(shù)據(jù)庫的初級階段，本文優(yōu)先選擇基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫及三維模型庫并進行改造升級，作為地理實體的圖元層。在地理實體的生產(chǎn)管理過程中，采用實體的大致范圍邊界，作為實體的概略圖形，沒有明確邊界的或邊界不太重要的，采用其中心線或中心點作為概略圖形，極大方便實體數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、質(zhì)檢、更新等工作。

　　7結(jié)束語

　　本文結(jié)合當前城市精細化管理的實際應(yīng)用，提出了滿足多領(lǐng)域同時兼顧應(yīng)用管理實際的實體分類及編碼方法，研究了地理實體空間、時間和屬性“三域標識”的表達，討論了數(shù)據(jù)庫及實體生產(chǎn)更新方法，并通過試生產(chǎn)進行理論方法的驗證。在應(yīng)用過程中還要不斷完善，才能很好滿足不同的需求。生產(chǎn)過程、更新維護模式也需要與信息化手段、互聯(lián)網(wǎng)加及大數(shù)據(jù)技術(shù)相匹配。同時地理實體數(shù)據(jù)庫是新時期地理信息應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施，其在概念、標準、生產(chǎn)模式、更新模式上都還處在探索階段，數(shù)據(jù)庫的建設(shè)復(fù)雜，內(nèi)容多，任務(wù)艱巨，需要投入大量的人力物力，做好階段性生產(chǎn)規(guī)劃。

　　參考文獻

　　[1]周成虎.全空間地理信息系統(tǒng)展望[J].地理科學(xué)進展,2015,34(2):129-131.

　　[2]張江水,華一新,李翔.多粒度時空對象建模的基本內(nèi)容與方法[J].地理信息世界,2018,25(2):12-16.

　　作者：郭功舉1林木棵1劉一寧1

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