羅 俊

（1.福州大學(xué) 福建省空間信息工程研究中心, 福建 福州 350002）

警用地理信息系統(tǒng)(PGIS)最大的特點(diǎn)就在于充分利用地理空間信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各類警用信息的空間化、可視化，并通過電子地圖進(jìn)行查詢和分析[1]。發(fā)揮這些功能除了需要完備、先進(jìn)的軟、硬件基礎(chǔ)支撐環(huán)境和獨(dú)立開發(fā)的系統(tǒng)軟件外，數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)更是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作。由于PGIS中數(shù)據(jù)來源不一致、數(shù)據(jù)類型多樣且涉及到數(shù)據(jù)共享等問題，因此必須從總體上對(duì)數(shù)據(jù)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以規(guī)范各個(gè)階段的工作內(nèi)容和它們之間的承接關(guān)系。本文結(jié)合福州市警用地理信息系統(tǒng)項(xiàng)目，探討了數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

1 數(shù)據(jù)需求

PGIS提供了一個(gè)集成不同警種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的平臺(tái)，同時(shí)其本身又與具體的公安業(yè)務(wù)無關(guān)；各個(gè)應(yīng)用間彼此相對(duì)獨(dú)立，同時(shí)又要求平臺(tái)間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享。因此，PGIS中既包含電子地圖、基礎(chǔ)設(shè)施這樣的公共數(shù)據(jù)，又可以根據(jù)需要增加諸如消防、禁毒、邊防等特定業(yè)務(wù)的專用數(shù)據(jù)。按照公安部制定的“三庫”建設(shè)方案[2]，PGIS數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容可以分為以下5類：

1）基礎(chǔ)地理信息：包括水系、地貌、植被等自然地理信息以及居民地、交通、境界等社會(huì)地理信息；另外，還包括矢量、影像、矢影疊加、數(shù)字地形等多種類型的地圖。通過對(duì)不同比例尺和不同分辨率的地圖進(jìn)行分級(jí)顯示，為用戶提供豐富的空間信息表達(dá)形式。

2）警用公共地理信息：包括場(chǎng)所、單位、基礎(chǔ)設(shè)施等需要重點(diǎn)關(guān)注同時(shí)又是多個(gè)業(yè)務(wù)部門共同使用的數(shù)據(jù)。

3）業(yè)務(wù)專用地理信息：各個(gè)業(yè)務(wù)部門反映特定警務(wù)活動(dòng)和警務(wù)管理的專用信息，如消防專用地理信息中的消防栓、消防安全重點(diǎn)單位等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)由相應(yīng)業(yè)務(wù)部門負(fù)責(zé)采集和更新維護(hù)。

4）標(biāo)準(zhǔn)地址：按照一定的規(guī)范要求，對(duì)本地門牌地址進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理、編碼，賦以空間坐標(biāo)后形成數(shù)據(jù)庫。地址采集是否標(biāo)準(zhǔn)，直接關(guān)系著業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)能否在地圖上準(zhǔn)確定位。

5）業(yè)務(wù)地理關(guān)聯(lián)信息：通過提取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中的地址信息，將其與標(biāo)準(zhǔn)地址進(jìn)行比對(duì)后建立地理關(guān)聯(lián)，形成業(yè)務(wù)地理關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫。

2 數(shù)據(jù)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

PGIS數(shù)據(jù)庫建立的方式包括3種[3]：①從測(cè)繪部門獲得基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)，配圖加工后對(duì)配圖成果進(jìn)行切圖處理，形成柵格圖片后入庫；②使用數(shù)據(jù)采集工具，在地圖上進(jìn)行點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體的手動(dòng)標(biāo)注，并輸入相應(yīng)的屬性信息；③采用地址比對(duì)方式，根據(jù)坐標(biāo)字段對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)批量賦予空間屬性（X、Y坐標(biāo)），進(jìn)行屬性空間化后得到空間圖層。

3種方式雖然在數(shù)據(jù)源、建庫流程等方面各不相同，但得到的數(shù)據(jù)會(huì)在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行管理，構(gòu)成支撐整個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)，并可以由此自下而上將數(shù)據(jù)平臺(tái)劃分為3個(gè)層次：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)管理層和數(shù)據(jù)訪問層（見圖1）。

1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：不僅是“靜態(tài)”地存儲(chǔ)不同類型的數(shù)據(jù)，更重要的是建立長(zhǎng)效、及時(shí)的更新機(jī)制，以滿足公安業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性、準(zhǔn)確性的要求。

2）數(shù)據(jù)管理層：實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)表和空間圖層的管理，包括分類代碼的添加、元數(shù)據(jù)的更新、訪問權(quán)限的設(shè)置等，讓數(shù)據(jù)得到更好的使用和維護(hù)。

3）數(shù)據(jù)訪問層：對(duì)外開放多種方式的數(shù)據(jù)查詢和操作的接口供各個(gè)應(yīng)用程序調(diào)用，如Web Services、Xquery、XSLT等，使業(yè)務(wù)邏輯不直接作用于數(shù)據(jù)實(shí)體，降低它們之間的耦合度以提高數(shù)據(jù)連接的復(fù)用性和擴(kuò)展性。

圖1 數(shù)據(jù)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

3 數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 瓦片切圖

電子地圖是PGIS平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，除了基本的地圖瀏覽和信息定位外，一些諸如案件空間統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)案模擬演練等專業(yè)操作，也都是在電子地圖上完成的。因此，對(duì)地圖的訪問是否流暢、對(duì)地圖的交互操作是否動(dòng)態(tài)，都直接影響著整個(gè)平臺(tái)的使用效率和用戶體驗(yàn)。瓦片切圖作為地圖預(yù)生成思想的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，很好地解決了這些問題。

瓦片地圖采用的是一種多分辨率的金字塔模型，從頂層到底層分辨率依次增大，瓦片的數(shù)量也呈級(jí)數(shù)增多[4]。實(shí)現(xiàn)過程一般采用“服務(wù)器端切圖+客戶端緩存”的方式，即切割出的瓦片存儲(chǔ)在服務(wù)器上供客戶端動(dòng)態(tài)加載，同時(shí)緩存到客戶端以進(jìn)一步提高地圖瀏覽的速度。

切圖從地圖范圍的左上角開始，也就是說選擇的切圖原點(diǎn)的坐標(biāo)要小于最小經(jīng)度、大于最大緯度，同時(shí)能夠被切圖間距整除。如此逐層切割后構(gòu)成整個(gè)瓦片金字塔，通過客戶端瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)無縫拼接的多級(jí)縮放展現(xiàn)，如圖2所示。

3.2 數(shù)據(jù)集成

從圖3可以看出，數(shù)據(jù)集成包括數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)加載3個(gè)過程。

圖2 地圖顯示界面

圖3 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)過程模型

第一次與數(shù)據(jù)源建立鏈接時(shí)通常采用的是全量抽取的方式，也就是將數(shù)據(jù)源中表或視圖的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地復(fù)制出來，而后則根據(jù)設(shè)置的周期（如每天）采用增量抽取的方式來更新目標(biāo)數(shù)據(jù)。對(duì)于增量抽取過程，常用的捕獲數(shù)據(jù)源變化的方法有觸發(fā)器、時(shí)間戳、快照、全表比對(duì)、日志表等[5]。由于時(shí)間戳方式具有較優(yōu)的抽取性能，抽取規(guī)則相對(duì)簡(jiǎn)單（只需在源表中增加時(shí)間戳字段）且執(zhí)行效率高（只抽取時(shí)間戳列中值發(fā)生變化的記錄即可）等特點(diǎn)，較適合用于像PGIS這樣數(shù)據(jù)量大且來源多樣的系統(tǒng)。

源數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)間存在的異構(gòu)和語義不一致等問題，需要通過中間層來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，XML由于其靈活的自定義性和可擴(kuò)展性，被廣泛應(yīng)用于該過程[6]。首先將源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成XML文檔，數(shù)據(jù)加載時(shí)只需解析存儲(chǔ)在XML Schema中的轉(zhuǎn)換規(guī)則和映射關(guān)系，便可實(shí)現(xiàn)XML文檔到目標(biāo)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)表與XML之間的映射方式，一般包括模板驅(qū)動(dòng)和模型驅(qū)動(dòng)2種[7]。模板驅(qū)動(dòng)并沒有事先定義好映射關(guān)系和轉(zhuǎn)換規(guī)則，而是在XML文檔中嵌入一些可實(shí)現(xiàn)的指令（通常為SQL語句），系統(tǒng)識(shí)別并處理后，指令就會(huì)被執(zhí)行結(jié)果所替換；模型驅(qū)動(dòng)則是將XML文檔結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系用數(shù)據(jù)模型事先定義好，轉(zhuǎn)換時(shí)只需插入對(duì)應(yīng)位置即可，常用的數(shù)據(jù)模型有表格模型和專用對(duì)象模型等。

3.3 地址匹配

地址匹配是指將屬性數(shù)據(jù)源表中的地址字段按照一定的策略與標(biāo)準(zhǔn)地址進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功的記錄則通過插值等方式獲得相應(yīng)位置的空間坐標(biāo)，最后按照設(shè)定的量化規(guī)則來評(píng)價(jià)匹配結(jié)果的準(zhǔn)確度[8]。匹配之前首先要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地址庫來建立地址模型和編制地址詞典，詳細(xì)的工作流程如圖4所示。

圖4 地址編碼工作流程圖

ArcInfo的Geocoding和MapInfo的Map-Marker等都是較為成熟的地理編碼模塊。前者的一個(gè)典型過程可以包括：建立一個(gè)地址(cover add)、生成一個(gè)事件文件（event files)和地址匹配(address matching)3個(gè)步驟；后者不但支持自動(dòng)模式的地理編碼，而且當(dāng)精確地址匹配失敗時(shí)允許用戶手動(dòng)匹配。然而，由于中英文的差異，對(duì)中文地址進(jìn)行地址匹配時(shí)需要進(jìn)行特定的標(biāo)準(zhǔn)化。在本文的測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，筆者采用“行政區(qū)劃+街路巷+門牌號(hào)+樓牌號(hào)”的地址模型，如“福建省福州市鼓樓區(qū)福飛路133號(hào)9座”。將福州市旅店業(yè)信息表（總計(jì)1 904條記錄）與福州市已上圖的標(biāo)準(zhǔn)地址進(jìn)行比對(duì)，并把匹配結(jié)果的準(zhǔn)確度劃分為4個(gè)等級(jí)，如圖5和表1所示。可以看出，地址匹配技術(shù)不僅能夠較大程度地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)批量添加空間坐標(biāo)，同時(shí)還能為解決地址書寫不規(guī)范等問題提供參考。

圖5 匹配結(jié)果

表1 匹配結(jié)果分級(jí)統(tǒng)計(jì)

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[2]易燕妮，吳曉佳，曾耀國(guó).警用地理信息系統(tǒng)建設(shè)中地理信息的實(shí)用性探究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2010, 33(3): 77-79

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[5]戴浩，楊波.ETL中的數(shù)據(jù)增量抽取機(jī)制研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009, 20(23)：5 552-5 555

[6]吳淑雷，雷景生，陳煥東.基于XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換技術(shù)[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007, 25(2)：78-80

[7]羅思群.基于XML的數(shù)據(jù)交換[D].北京：中國(guó)科學(xué)院軟件研究所，2001

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