戴 騰，張 亮，陳清平，周 原

（1.湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430074；2. 湖北省測(cè)繪宣傳中心，湖北 武漢 430071）

隨著3S技術(shù)的進(jìn)步和“數(shù)字城市”建設(shè)的深入，產(chǎn)生了大量的空間地理數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)來(lái)源各異，格式多樣，在空間參考、時(shí)空尺度、語(yǔ)義性等方面各有不同，影響了信息的共享和應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)的有效整合，在統(tǒng)一的信息共享與交換平臺(tái)的支持下，對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和分布式應(yīng)用，是“數(shù)字城市”建設(shè)不可回避的重要課題。

1 多源空間數(shù)據(jù)整合問(wèn)題分析

當(dāng)前GIS數(shù)據(jù)來(lái)源比較廣泛，主要有[1]：地圖數(shù)字化，遙感數(shù)據(jù)，GPS測(cè)量數(shù)據(jù)，文字性資料。多源數(shù)據(jù)引入的問(wèn)題包括[2]：

1）坐標(biāo)系和地圖投影不統(tǒng)一。早年多采用北京54坐標(biāo)系，后建立西安80坐標(biāo)系，2008年開(kāi)始推行2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，GPS測(cè)量則多采用WGS84坐標(biāo)系，也有不少部門(mén)仍沿用當(dāng)?shù)鬲?dú)有坐標(biāo)系。當(dāng)數(shù)據(jù)來(lái)自不同地圖投影時(shí)，還需要進(jìn)行投影變換，來(lái)建立兩平面場(chǎng)之間點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2）空間實(shí)體編碼不統(tǒng)一。理論上，同一空間實(shí)體的編碼應(yīng)該是唯一的，但實(shí)際中從不同領(lǐng)域出發(fā)對(duì)同一空間實(shí)體編碼可能并不唯一，這些編碼若在同一系統(tǒng)出現(xiàn)，會(huì)產(chǎn)生空間實(shí)體標(biāo)識(shí)的嚴(yán)重問(wèn)題。目前，OpenGIS和SDTS都是基于地理特征定義空間實(shí)體的，都不能真正提供一個(gè)統(tǒng)一的空間實(shí)體編碼體系[3]。

3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式不統(tǒng)一。不同的GIS軟件通常采用各自特定的文件存儲(chǔ)格式來(lái)，因此要用到這些數(shù)據(jù)往往需要進(jìn)行相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換。

4）多時(shí)空性和多尺度?？臻g數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的時(shí)空特性，GIS通常根據(jù)系統(tǒng)需要采用不同尺度來(lái)描述地理空間，它們具有各自不同的比例尺和精度。

5）分布式特征。分布式是指空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、更新和使用等操作并不在一臺(tái)機(jī)器上完成，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基于地學(xué)規(guī)律、地理特征和過(guò)程的相關(guān)性在邏輯上建立聯(lián)系。

2 多源空間數(shù)據(jù)整合解決方案

2.1 集成模式

多源空間數(shù)據(jù)集成模式分為3種：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式、數(shù)據(jù)互操作模式和直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式[4]?！皵?shù)字城市”建設(shè)中往往綜合應(yīng)用以上幾種模式，在前期準(zhǔn)備階段，多采用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到特定GIS軟件下，在此環(huán)境下可對(duì)其他軟件數(shù)據(jù)格式直接訪問(wèn)。搭建公共服務(wù)平臺(tái)后，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享規(guī)范的支持下通過(guò)發(fā)布相應(yīng)服務(wù)，提供相應(yīng)訪問(wèn)接口，使GIS用戶在相互理解的基礎(chǔ)上，透明地獲取所需的信息，從而實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的共享與整合。

2.2 數(shù)據(jù)組織

傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)采用文件方式組織，安全性較差，不適合網(wǎng)絡(luò)共享。隨著技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)庫(kù)方式取代了文件方式，實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)和管理。按照標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的要求，建立邏輯上和物理上無(wú)縫的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，可以更好地提升數(shù)據(jù)的安全性，便于管理，適應(yīng)空間數(shù)據(jù)分布性和多尺度的特征，是多源數(shù)據(jù)整合的主流方式。

2.3 基本路線

數(shù)據(jù)整合是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、地圖處理等多種技術(shù)。在“數(shù)字城市”中實(shí)現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)整合步驟如下：

1）數(shù)據(jù)預(yù)處理。針對(duì)上述幾個(gè)不統(tǒng)一的問(wèn)題對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后按照相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯整理，對(duì)信息進(jìn)行提取、分類(lèi)和邏輯集中。

2）數(shù)據(jù)建庫(kù)。應(yīng)用GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈接和優(yōu)化，建立面向應(yīng)用系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

3）構(gòu)建配套的空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理維護(hù)，方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、刪除、修改、更新和擴(kuò)充等操作。

4）搭建數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用平臺(tái)。在公共服務(wù)平臺(tái)上發(fā)布各種標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，提供相應(yīng)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)，使數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上互聯(lián)與共享，以應(yīng)對(duì)多源數(shù)據(jù)的分布式特征。

5）應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。針對(duì)不同行業(yè)不同部門(mén)的需求，充分利用整合過(guò)的空間數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的地理信息應(yīng)用系統(tǒng)，發(fā)揮“數(shù)字城市”的真正價(jià)值。

3 “數(shù)字城市”中的數(shù)據(jù)整合

多源空間數(shù)據(jù)整合貫穿于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)入庫(kù)、地理信息公共服務(wù)平臺(tái)搭建以及應(yīng)用示范建設(shè)等整個(gè)“數(shù)字城市”建設(shè)的過(guò)程之中。

3.1 數(shù)據(jù)采集和GPS的應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集的來(lái)源多種多樣，要轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)格式，有多種實(shí)現(xiàn)方法， 除了手工輸入數(shù)據(jù)和原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)，還包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、遙感數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字測(cè)量和GPS測(cè)量等。

隨著GPS技術(shù)在航測(cè)中的應(yīng)用，大大提高了數(shù)據(jù)采集的效率。例如，利用GPS技術(shù)對(duì)航攝進(jìn)行導(dǎo)航和定位，可以使航線更為準(zhǔn)確；利用差分GPS技術(shù)，精確測(cè)定并記錄曝光瞬間航攝儀的空間姿態(tài)，輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差，可大大減少外控點(diǎn)數(shù)量，縮減外業(yè)工作量[5]。GPS數(shù)據(jù)已成為一種不可忽視的空間數(shù)據(jù)來(lái)源，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理是數(shù)據(jù)整合的第一步，它涵蓋了數(shù)據(jù)源準(zhǔn)備與分析、信息提取、格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、組織方式轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一分級(jí)分類(lèi)、統(tǒng)一地理要素編碼、轉(zhuǎn)換分類(lèi)代碼、規(guī)整屬性結(jié)構(gòu)，手動(dòng)編輯與綜合處理、一致性處理、對(duì)象化處理、質(zhì)量檢查、元數(shù)據(jù)編寫(xiě)等多項(xiàng)內(nèi)容，使得數(shù)據(jù)最終達(dá)到建庫(kù)要求[6]，如圖1所示。

3.3 基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)

“數(shù)字城市”中基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要由DLG數(shù)據(jù)庫(kù)、DEM/DOM數(shù)據(jù)庫(kù)、地名數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)4個(gè)基本分庫(kù)組成，通常按不同類(lèi)型和不同比例尺組織基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)可采用C/S的運(yùn)行模式，比較成熟的做法是以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)如Oracle10g為平臺(tái)支撐，以ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎和其他中間件技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)中間層，利用ArcGIS Engine開(kāi)發(fā)包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)入庫(kù)更新、數(shù)據(jù)管理維護(hù)、應(yīng)用服務(wù)、元數(shù)據(jù)管理的系統(tǒng)應(yīng)用層[7]，如圖2所示。

圖1 地理空間框架數(shù)據(jù)整合急速流程圖

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖

3.4 地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)

公共服務(wù)平臺(tái)采用面向服務(wù)的模式建設(shè)，發(fā)布符合OGC標(biāo)準(zhǔn)的WFS、WMS、WCS等標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，使得用戶可以在網(wǎng)絡(luò)上方便地調(diào)用各種地理空間信息，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口將各種數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)與相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行集成，解決了多源數(shù)據(jù)整合問(wèn)題[8]。

從數(shù)據(jù)角度看，“數(shù)字城市”建設(shè)過(guò)程就是多源數(shù)據(jù)的整合過(guò)程，“數(shù)字城市”實(shí)現(xiàn)的體系架構(gòu)如圖3所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

圖3 平臺(tái)體系架構(gòu)圖

多源空間數(shù)據(jù)整合貫穿于“數(shù)字城市”建設(shè)的始終。數(shù)據(jù)整理是多源數(shù)據(jù)整合的基礎(chǔ)和前提，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的整合質(zhì)量；空間數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)的建設(shè)是主體，它將多源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的有效集成和存儲(chǔ)管理；面向服務(wù)的平臺(tái)搭建是多源數(shù)據(jù)整合的樞紐，將數(shù)據(jù)的異構(gòu)性屏蔽在服務(wù)和相應(yīng)接口之后，使得多源數(shù)據(jù)能真正應(yīng)用到各行各業(yè)。3S技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合應(yīng)用，為多源空間數(shù)據(jù)整合的實(shí)現(xiàn)提供了有力技術(shù)保障。然而，要更好地實(shí)現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)的有效整合，仍依賴于相關(guān)的規(guī)范和政策的出臺(tái)，從數(shù)據(jù)應(yīng)用的層面來(lái)看，面向服務(wù)的應(yīng)用在一段時(shí)期內(nèi)仍將是數(shù)據(jù)整合應(yīng)用的主流。

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