史先琳，楊武年

(成都理工大學(xué) 地學(xué)空間信息技術(shù)國土資源部重點實驗室，四川 成都 610059)

一、引 言

政府各部門在提供基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的同時也是地理數(shù)據(jù)資源的共享使用者。構(gòu)建一個緊密結(jié)合應(yīng)用需求、能為用戶提供多種類型地圖服務(wù)的城市空間數(shù)據(jù)公共平臺，可實現(xiàn)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)交換和共享。城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)地理單元，是城市空間數(shù)據(jù)公共平臺系統(tǒng)的空間定位基礎(chǔ)，主要包括基本地理數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)和地理編碼庫，具有通用性強、共享需求大、保密級別高的特點。而隨著數(shù)字城市建設(shè)的推進，城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和城市空間數(shù)據(jù)公共平臺數(shù)據(jù)的差異日益明顯。

城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)用于統(tǒng)一的空間定位和空間分析，主要包括基本地形圖要素數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，以及和位置信息相關(guān)的地名、地址數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)和地理元數(shù)據(jù)等。城市空間數(shù)據(jù)公共平臺中的數(shù)據(jù)由基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)生成，但又與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)在地圖符號化表達、多尺度數(shù)據(jù)集成、地名空間信息、實時計算模式等方面存在不同。在城市空間數(shù)據(jù)公共平臺系統(tǒng)實現(xiàn)前，本文依照相關(guān)標準規(guī)范與依據(jù)，深入分析兩種空間數(shù)據(jù)資源的差異，并提出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)向公共數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的流程和方法，將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合公共平臺的數(shù)據(jù)。

二、差異分析

1. 地圖符號化表達

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)表現(xiàn)為點、線、面要素的組合，當(dāng)非專業(yè)人員使用時需進行點狀符號、線型、面的填充操作等符號化和可視化的配置，最終形成視覺良好的地圖。與此同時，GIS數(shù)據(jù)和地圖制圖數(shù)據(jù)之間的差異導(dǎo)致基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和公共數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)模型存在本質(zhì)的差異。

GIS數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于地理分析，因此重在表現(xiàn)出位置準確、要素完整與邏輯一致。而地圖主要用于信息傳輸，需對現(xiàn)實中的要素和屬性進行有用信息的提取和抽象，重在數(shù)據(jù)的表達形式和視覺感受性。

屏幕顯示，以及尺寸、色彩、紋理等視覺變量基礎(chǔ)被用戶選擇后，地理數(shù)據(jù)需按要求進行全要素、分圖層或分區(qū)域顯示，即GIS中的圖形表達。但是使用視覺變量區(qū)分不同屬性的地理數(shù)據(jù)的方法不易得到數(shù)據(jù)形象化的效果。因此GIS圖形表達只是對原始數(shù)據(jù)的可視化表達形式，其產(chǎn)品只是為了便于用戶對數(shù)據(jù)的理解而生成的數(shù)據(jù)科學(xué)可視化的圖形表示形式而不是地圖。

符號領(lǐng)域固有的復(fù)雜性導(dǎo)致實現(xiàn)地圖符號化表達也是復(fù)雜的，符號在描述點、線、面3種基本地理要素類型的同時還采用視覺變量對地理要素進行表達。地圖符號根據(jù)符號語言形象化對現(xiàn)實世界的典型特征進行圖型表達。地圖依靠一套完整科學(xué)的地圖符號系統(tǒng)表示各種復(fù)雜的自然或社會現(xiàn)象。

2. 多尺度無縫集成

依照人類推理習(xí)慣，空間數(shù)據(jù)的多尺度集成與表達是一種自然表達方式。作為一種分析和思想方法，它是一種更加有效的空間認知和空間分析方法，使地理信息自動、合理地實現(xiàn)多尺度空間數(shù)據(jù)可視化?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫包括4個分庫，分別含有數(shù)字柵格數(shù)據(jù)(DRG)、數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)(DLG)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)(DEM)和數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)(DOM)。分庫建立后，還可再次依據(jù)比例尺和分辨率的不同細分為子庫，需要注意的是子庫之間一般沒有關(guān)聯(lián)。

多尺度數(shù)據(jù)在城市空間信息管理平臺的無縫集成使用戶對現(xiàn)實世界的空間狀況能夠流暢地感知，需解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題。

1) 比例尺變化粒度取值。多尺度表達中對“多”的含義是指比例尺變化軸對“刻度”或“粒度”的界定。比例尺變化粒度的取值取決于用戶興趣信息的層次結(jié)構(gòu)?？傮w上，依照感興趣的信息內(nèi)容層次比發(fā)生變化的對象層次高一級的原則對比例尺變化粒度進行劃分。

2) 地圖負載量合理。以地圖要素重要性為基礎(chǔ)而進行的圖形細節(jié)分層研究，需結(jié)合要素分級、地理位置及目標多樣性進行綜合評判。通過在相同和不同比例尺下分別進行多層次細節(jié)(LOD)表達，實現(xiàn)變焦式的縮放模式，即在用戶感興趣區(qū)域進行局部LOD表達的同時忽略不感興趣的區(qū)域。這既可給用戶帶來層次細節(jié)多變的立體感覺，也可在提高網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度的同時減少數(shù)據(jù)通信量。在數(shù)據(jù)組織的層次上，需建立不同地理目標層次細節(jié)之間的一對多的對應(yīng)關(guān)系。

3) 要素自適應(yīng)轉(zhuǎn)換與表達。應(yīng)用自適應(yīng)離散變和連續(xù)變比例尺可滿足自適應(yīng)表達的需求，即可根據(jù)密度、范圍等重點要素的分布情況，自動調(diào)節(jié)多級比例尺地圖的比例尺范圍，以實現(xiàn)同屏多尺度顯示，使得屏幕顯示范圍得以擴大，從而解決固定屏幕顯示信息量不足的缺陷。

3. 地名擴充

可視化的空間分析要求具有空間坐標是城市政務(wù)信息與地理空間信息整合的前提條件，而現(xiàn)實中，政府各部門的數(shù)據(jù)幾乎都沒有空間坐標，因此無法建立非空間信息與空間信息之間的聯(lián)系。使用地名地址作為專題信息與地理空間信息的橋梁，是建立二者聯(lián)系的最必要、最實用的手段。

在城市信息管理公共平臺中，地名地址信息為主要內(nèi)容之一。參照城市實際情況，按《數(shù)字城市地理空間信息公共平臺地名/地址分類、描述與編碼規(guī)則》(CH/Z 9002—2007)的要求，將地名地址信息分為行政區(qū)域名稱、街巷名稱、單位名稱等。

公共平臺中地名地址信息的采集方案如圖1所示，基于1∶500、1∶2000、1∶10 000數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)和正射影像圖數(shù)據(jù)，提取地名地址信息數(shù)據(jù)，通過外業(yè)進行調(diào)查、核對，最后形成地名地址數(shù)據(jù)。

圖1 地名地址信息采集方案

經(jīng)過上述工作，公共平臺中具備了滿足如下技術(shù)要求的地名地址信息：

1) 地名地址以對應(yīng)實體的中心點位置表示；

2) 坐標位置準確；

3) 屬性信息符合國家規(guī)范；

4) 地名信息覆蓋全市域，單位名信息覆蓋建成區(qū)。

4. 瓦片與地圖要素一體化組織

面對地理信息服務(wù)的在線處理的海量數(shù)據(jù)，過去一般采用客戶端/服務(wù)器(C/S)的實時計算模式，即對客戶端提交的參數(shù)統(tǒng)一交由服務(wù)器端進行圖形實時計算，將生成的圖形再分別反饋給客戶端。這種方法存在效率低下和圖形效果不足的問題，現(xiàn)今地圖預(yù)生成技術(shù)已取代C/S法，成為最常見的方式。

預(yù)生成思想是指預(yù)先在服務(wù)器端存放客戶端常用的數(shù)據(jù)。瓦片(tile)是指將指定范圍的地圖按照規(guī)定的尺寸和格式進行切割，分成若干行、列的矩形地圖切片。利用瓦片技術(shù)對地圖進行縱向分級和橫向分幅后得到等級不同的地圖。按照上述命名規(guī)則對瓦片進行自動命名和保存，實際使用時，瓦片的位置和對應(yīng)地理坐標可通過公式正反算推導(dǎo)出。實踐證明，提前存儲在服務(wù)器端的虛擬目錄中的地圖瓦片明顯加快了客戶端的訪問速度。

在于客戶端發(fā)出地圖請求后，采用瓦片地圖技術(shù)的服務(wù)器快速的響應(yīng)速度獲取了良好的用戶體驗。但囿于瓦片地圖作為圖片的實質(zhì)，只能滿足用戶對地圖快速實現(xiàn)拖拽、縮放和漫游等簡單需求。而城市信息管理公共平臺發(fā)布的海量信息的形式較單一的圖片格式更復(fù)雜，而客戶端不但要求快速瀏覽數(shù)據(jù)，還需要進行準確的空間分析，通常采用瓦片與地圖要素一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決這個問題。要素的類型、特性、數(shù)量等內(nèi)容決定了地圖分層數(shù)目和不同等級的瓦片單元大小。通過建立動態(tài)格網(wǎng)空間索引實現(xiàn)內(nèi)存單元的智能化分配，可高效調(diào)度空間數(shù)據(jù)并快速識別瓦片地圖上的地理要素，進而實現(xiàn)各種空間分析。

三、基于基礎(chǔ)地理信息的公共平臺數(shù)據(jù)制作

1. 系統(tǒng)功能

城市地理信息公共平臺數(shù)據(jù)制作系統(tǒng)可快速實現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)到公共平臺數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)集數(shù)據(jù)整理、多尺度集成、地圖表達符號化、瓦片生成與輸出、地名地理編碼等功能于一身。利用系統(tǒng)可快捷方便地進行地圖可視化處理，并將成果直接輸出平臺進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。數(shù)據(jù)制作系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能。

1) 為公共平臺數(shù)據(jù)配置美觀統(tǒng)一的地圖符號，并根據(jù)屬性對數(shù)據(jù)賦予不同的表達符號。

2) 多種比例尺的公共平臺數(shù)據(jù)也可在系統(tǒng)中進行集成配置，通過可視比例的調(diào)節(jié)來增強地圖可視效果。

3) 支持不同注記排列方式、有多種方便的注記設(shè)置。

4) 輸出的地圖配置文件可直接供公共平臺使用，并可直接適用于公共平臺的瓦片緩存；支持自定義數(shù)據(jù)包的輸出，輸出比例設(shè)置，可自定義輸出范圍和多種輸出格式。

數(shù)據(jù)制作系統(tǒng)從地理信息構(gòu)件開發(fā)包中提取了數(shù)據(jù)管理、圖形顯示、符號配置、數(shù)據(jù)編輯、投影轉(zhuǎn)換、制圖輸出、工具集等功能構(gòu)件。在上述基礎(chǔ)上組裝系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的瀏覽、符號配置、多尺度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)及自適應(yīng)可視化、輸出等功能，另外在現(xiàn)有功能件的基礎(chǔ)上還擴展了符號制作模塊及符號庫。

2. 基本流程

城市地理信息公共平臺數(shù)據(jù)在非涉密的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下服務(wù)時，首先采用了國家規(guī)定的統(tǒng)一方法，對數(shù)據(jù)包含的涉密內(nèi)容及空間位置精度進行處理，解決數(shù)據(jù)可公開使用的問題。數(shù)據(jù)在外網(wǎng)使用前，按《地圖審核管理規(guī)定》要求，需將數(shù)據(jù)及預(yù)生成的瓦片地圖送到省級測繪地理信息行政主管部門指定的地圖審核單位進行地圖內(nèi)容審查，具體包括：

1) 保密審查；

2) 國界線、省、自治區(qū)、直轄市行政區(qū)域界線(包括歷史疆界)和特別行政區(qū)界線；

3) 重要地理要素及名稱等內(nèi)容；

4) 國務(wù)院測繪行政主管部門規(guī)定需要審查的其他地圖內(nèi)容。

審核通過，頒發(fā)審核批準書和地圖審圖號。最后按出版要求嚴格審查，合格產(chǎn)品頒發(fā)出版號。

3. 空間位置處理

空間位置處理由按照國家規(guī)定的方法用地形圖數(shù)據(jù)保密處理軟件完成。地形圖數(shù)據(jù)保密處理軟件簡單實用，可操作性強，可接收多種數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)批量自動化。主要功能包括多種常見GIS數(shù)據(jù)格式的導(dǎo)入和導(dǎo)出，數(shù)據(jù)瀏覽(放大、縮小、漫游)、查詢等管理，數(shù)據(jù)保密處理轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)水印添加及檢驗和一些基本GIS軟件功能如距離量測、面積量測等。軟件還可以提供涉密內(nèi)容方案的制定及要素字段或要素的刪除等功能，輔助內(nèi)容刪減。

四、結(jié)束語

分析基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)與公共平臺數(shù)據(jù)之間的主要差異有利于使公共平臺提供在線的安全、高效、穩(wěn)定服務(wù)。

根據(jù)國家相關(guān)政策和標準，應(yīng)用具有空間位置處理、敏感內(nèi)容刪除等功能的保密技術(shù)處理軟件，實現(xiàn)城市基礎(chǔ)地理信息到面向社會公眾服務(wù)的公共平臺數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變。

完善并應(yīng)用地理信息公共平臺數(shù)據(jù)制作系統(tǒng)，可以靈活地實現(xiàn)地圖符號定制、地圖顯示配置及城市地理信息公共平臺的數(shù)據(jù)發(fā)布等功能，在技術(shù)上為城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和公共平臺數(shù)據(jù)之間搭建了便捷、暢通的橋梁。

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