周 炤，季曉林，劉 剛

(信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052)

基于地形圖分幅及要素分類代碼的對(duì)象標(biāo)識(shí)研究

周 炤，季曉林，劉 剛

(信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052)

地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)是空間信息系統(tǒng)的重要組成部分。文中對(duì)地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的概念進(jìn)行闡述，對(duì)其性質(zhì)、類型及生成方法進(jìn)行分析與總結(jié)。在此基礎(chǔ)之上提出一種基于基本比例尺地形圖分幅和地理要素分類代碼的地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)，深入分析該對(duì)象標(biāo)識(shí)的特性及功能特點(diǎn)，并對(duì)其在基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)增量更新中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

地理要素；地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)；地形圖分幅；地理要素分類編碼；增量更新

地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)(Geographic features Object identifier，GFOID)是各種空間信息系統(tǒng)存儲(chǔ)、管理、分析及應(yīng)用地理空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。在面向?qū)ο髸r(shí)空數(shù)據(jù)模型中，每一個(gè)時(shí)空對(duì)象都具有唯一的對(duì)象標(biāo)識(shí)[1]。在處理時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)象標(biāo)識(shí)將起更重要的作用[2]。在各種空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)在地理要素的整個(gè)生命周期中通常都保持不變[1-2]，因此利用地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地理要素歷史數(shù)據(jù)及版本數(shù)據(jù)的有效管理，通過(guò)地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)能夠提取出同一地理要素不同版本或不同時(shí)期的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)地理要素歷史狀態(tài)的回溯，為研究時(shí)空對(duì)象的演化奠定基礎(chǔ)。在地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新過(guò)程中，通過(guò)地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更新數(shù)據(jù)與其被更新數(shù)據(jù)間同名實(shí)體的匹配[3]，使更新機(jī)制更加靈活和高效。在數(shù)據(jù)共享及互操作等方面地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)同樣也具有重要作用。

對(duì)象標(biāo)識(shí)在描述嵌套結(jié)構(gòu)的復(fù)雜事物、處理共享數(shù)據(jù)、描述歷史數(shù)據(jù)和版本特征方面具有重要作用[4]，但總的來(lái)看關(guān)于地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的研究仍然比較欠缺，基于各種空間信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)缺乏系統(tǒng)性和通用性，適用范圍比較窄?；诖?，本文提出一種基于地形圖分幅編號(hào)及地理要素分類代碼的地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)方法，可對(duì)我國(guó)基本比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)中的地理要素進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，有效提高地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的系統(tǒng)性和通用性，特別是在基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)增量更新過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)更新地理要素的快速精確查詢和匹配。

1 地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)

1.1 地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的概念

地理要素是客觀存在的地理實(shí)體在空間信息系統(tǒng)中的數(shù)字化表達(dá)。為了便于對(duì)地理要素的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和應(yīng)用，通常每一個(gè)地理要素都被賦予一個(gè)“標(biāo)志”用于唯一標(biāo)識(shí)該地理要素，即地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)。因此，地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)是用于在各種空間信息系統(tǒng)中無(wú)歧義的標(biāo)識(shí)某一地理要素的標(biāo)志，是地理要素的重要組成部分，是空間信息系統(tǒng)存儲(chǔ)、管理、分析及應(yīng)用地理空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

1.2 地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的性質(zhì)

地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)概括起來(lái)具有以下3個(gè)特性，即唯一性、擴(kuò)展性和穩(wěn)定性。

1)唯一性是指每個(gè)地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)在空間信息系統(tǒng)中必須唯一，并且只能用于標(biāo)識(shí)其中的某一個(gè)地理要素。

2)擴(kuò)展性是指按照地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的編碼規(guī)則，能夠擴(kuò)大其編碼范圍以滿足更多的應(yīng)用需求。地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的資源總量往往是有限的，而且隨著應(yīng)用的不斷深入，可能會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)有標(biāo)識(shí)不能標(biāo)定的地理要素，這時(shí)就需要在不影響已有數(shù)據(jù)的情況下對(duì)地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足新的需求。

3)穩(wěn)定性是指地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)不應(yīng)隨著地理要素狀態(tài)的變化而頻繁變更，應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定。地理空間數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)勢(shì)性有較高的要求，因此就需要對(duì)地理要素進(jìn)行持續(xù)更新。如果每次更新后，地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)都發(fā)生改變，一方面地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的資源會(huì)被極大浪費(fèi)；另一方面同一地理實(shí)體的不同歷史版本的地理要素將具有不同的對(duì)象標(biāo)識(shí)，給地理要素歷史狀態(tài)的回溯帶來(lái)困難。

1.3 地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的類型及生成方法

地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)主要包括地理要素?zé)o關(guān)型標(biāo)識(shí)和地理要素相關(guān)型標(biāo)識(shí)兩種。地理要素?zé)o關(guān)型標(biāo)識(shí)是指地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的編碼不包含與地理要素相關(guān)的任何信息，如英國(guó)軍械測(cè)量局(Ordnance Survey)的Os MasterMap?RR產(chǎn)品中，地理要素的對(duì)象標(biāo)識(shí)TOIDRR便是一種地理要素?zé)o關(guān)型標(biāo)識(shí)。TOID是由前綴‘osgb’及16位數(shù)字構(gòu)成，例如某個(gè)地理要素的TOID是‘osgb1000001329143866’。當(dāng)一個(gè)地理要素產(chǎn)生時(shí)，TOID會(huì)自動(dòng)按照順序進(jìn)行分配。TOID在地理要素的整個(gè)生命周期中都不發(fā)生變化。當(dāng)?shù)乩硪叵龊螅瑯?biāo)識(shí)該地理要素的TOID不會(huì)被收回并重新分配給其他地理要素[5-6]。地理要素?zé)o關(guān)型標(biāo)識(shí)的優(yōu)點(diǎn)就在于，它不會(huì)隨著地理要素自身狀態(tài)的變化而變化，具有較好的穩(wěn)定性。但由于無(wú)關(guān)型標(biāo)識(shí)不包含與地理要素相關(guān)的任何信息，對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)地理要素?cái)?shù)據(jù)的訪問與查詢帶來(lái)一定困難，通常需借助額外的映射機(jī)制，這是其不足之處。

地理要素相關(guān)型標(biāo)識(shí)是指地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的編碼與地理要素本身存在一定的聯(lián)系。孫毅中等提出的利用自適應(yīng)剖分四叉樹網(wǎng)格及地理要素幾何特征生成的地理要素空間唯一標(biāo)識(shí)[7]便是一種相關(guān)標(biāo)識(shí)。該對(duì)象標(biāo)識(shí)與地理要素的幾何位置和幾何特征密切相關(guān)，當(dāng)?shù)乩硪氐膸缀挝恢煤蛶缀翁卣靼l(fā)生變化時(shí)，地理要素的對(duì)象標(biāo)識(shí)也會(huì)發(fā)生改變。地理要素相關(guān)型標(biāo)識(shí)雖然可能會(huì)因地理要素自身狀態(tài)的改變而改變，穩(wěn)定性稍差，但由于該類標(biāo)識(shí)包含與地理要素相關(guān)的信息，因此通過(guò)該類標(biāo)識(shí)查詢?cè)L問地理要素?cái)?shù)據(jù)較無(wú)關(guān)型標(biāo)識(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

2 基于地形圖分幅及地理要素分類代碼的地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)

空間信息系統(tǒng)是人們進(jìn)行空間認(rèn)知的主要工具之一。為了便于人們從不同的層面進(jìn)行空間認(rèn)知，從而產(chǎn)生了不同尺度的地理空間數(shù)據(jù)來(lái)模擬客觀世界。多比例尺地理空間數(shù)據(jù)雖然在客觀上造成了同一地理實(shí)體對(duì)應(yīng)多個(gè)不同尺度的地理要素，并且不同尺度的地理要素通常具有不同結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)和不同精度的幾何數(shù)據(jù)，而且在空間信息系統(tǒng)中往往將它們看做是不同的對(duì)象，但這種數(shù)據(jù)處理方式滿足了不同層面的應(yīng)用需求，具有其合理性。此外，我國(guó)目前已經(jīng)建立了多個(gè)尺度的地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于矢量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和使用仍主要以地形圖圖幅為基本單元?；谝陨戏治?，本文提出了基于地形圖分幅及地理要素分類代碼的地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)(Geographic features object identifier based on map subdivision and feature classification codes，GFOID-MSFCC)，該對(duì)象標(biāo)識(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)我國(guó)基本比例尺地理空間數(shù)據(jù)中地理要素的唯一標(biāo)識(shí)。

2.1 GFOID-MSFCC編碼模型

GFOID-MSFCC由3部分構(gòu)成：地理要素區(qū)域代碼+地理要素分類代碼+數(shù)字序號(hào)，如圖1所示。

圖1 GFOID-MSFCC組成結(jié)構(gòu)

地理要素區(qū)域代碼以我國(guó)基本比例尺(1∶1 000 000～1∶500)地形圖分幅編號(hào)[8]為基礎(chǔ)拓展而來(lái)，由12位編碼組成，如圖2所示。其中，第1位為1∶1 000 000地形圖圖幅行號(hào)(A，B，C…,V)，第2、3位為1∶1 000 000地形圖圖幅列號(hào)(1，2，3，…,60)，第4位為比例尺代碼，規(guī)定當(dāng)?shù)乩硪厮诘匦螆D比例尺為1∶1 000 000時(shí)，比例尺代碼為‘A’，其余比例尺代碼依次類推，如表1所示。第5至8位為圖幅行號(hào)，第9至12位為圖幅列號(hào)，表示以1∶1 000 000地形圖為基礎(chǔ)，以我國(guó)基本比例尺地形圖圖幅范圍及行列數(shù)量關(guān)系為依據(jù)，如表2所示，按規(guī)定的經(jīng)差和緯差劃分的圖幅行列數(shù)，行列號(hào)不足4位時(shí)前面補(bǔ)0。為了在形式上保持統(tǒng)一，規(guī)定當(dāng)?shù)乩硪厮诘匦螆D比例尺為1∶1 000 000時(shí)，圖幅行號(hào)和圖幅列號(hào)均為‘0’，若為其他基本比例尺時(shí)，則為該比例尺圖幅所處的行列值，例如，某個(gè)比例尺為1∶1 000 000的地理要素，其區(qū)域代碼為‘J50A00000000’，某個(gè)比例尺為1:500的地理要素，其區(qū)域代碼為‘J50K00012304’。

圖2 地理要素區(qū)域碼組成結(jié)構(gòu)

第二部分地理要素分類代碼采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13923-2006《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》中對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)地理信息要素做出的分類及其規(guī)定的代碼。該地理要素分類代碼涵蓋了從1:1 000 000至1:500的所有基本比例尺基礎(chǔ)地理要素，同一種地理要素具有一致的分類和唯一的代碼，且具有較好的穩(wěn)定性、適用性、完整性和可擴(kuò)展性[9]，以三角點(diǎn)為例，其分類代碼為‘110102’。

表1 比例尺代碼

表2 國(guó)家基本比例尺地形圖圖幅范圍及行列數(shù)量關(guān)系

第三部分?jǐn)?shù)字序列號(hào)是為了進(jìn)一步區(qū)分在同一幅地形圖范圍內(nèi)，且屬同一類地理要素的多個(gè)不同地理實(shí)體。數(shù)字序號(hào)不設(shè)碼位限制，最小值為1，最大值理論上可以趨近無(wú)窮，按照依次遞增的順序分配。例如，處于某一幅1:1 000 000地形圖范圍內(nèi)的第1個(gè)三角點(diǎn)要素，對(duì)應(yīng)的數(shù)字序號(hào)為‘1’，則其完整的GFOID-MSFCC為‘J50A000000001101021’。

2.2 GFOID-MSFCC的性質(zhì)

從其構(gòu)成情況來(lái)看，GFOID-MSFCC是一種集地理要素空間位置信息、類別屬性信息及數(shù)字序列號(hào)的混合結(jié)構(gòu)對(duì)象標(biāo)識(shí)。地理要素區(qū)域代碼是地理要素空間位置的集中體現(xiàn)，標(biāo)定了地理要素所處的空間區(qū)域；地理要素分類代碼描述的是地理要素的類別屬性，從屬性層面對(duì)地理要素進(jìn)行標(biāo)識(shí)；數(shù)字序列號(hào)進(jìn)一步將屬同類地理要素的不同地理實(shí)體進(jìn)行區(qū)分。因此，GFOID-MSFCC完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地理要素的唯一標(biāo)識(shí)。

在擴(kuò)展性方面，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13923-2006《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》中對(duì)地理要素的分類及其代碼的擴(kuò)充原則進(jìn)行了規(guī)定，可根據(jù)需要對(duì)地理要素的分類及其代碼進(jìn)行擴(kuò)展，這里不再贅述。數(shù)字序列號(hào)由于沒有碼位限制，理論上可無(wú)限擴(kuò)展。因此總的來(lái)看，GFOID-MSFCC具有較好的擴(kuò)展性。

穩(wěn)定性方面，GFOID-MSFCC中地理要素區(qū)域代碼、地理要素分類代碼都與地理要素存在著一定的相關(guān)性，因此其穩(wěn)定性會(huì)受到影響。地理要素狀態(tài)的變化比較復(fù)雜，舒紅(2000)將地理要素的狀態(tài)變化形式細(xì)分為6種[10]，可將地理要素的生命周期歸結(jié)為3個(gè)階段：新生、進(jìn)化和消亡。通過(guò)分析，在地理要素進(jìn)化階段能夠引起GFOID-MSFCC發(fā)生變化的情況有兩種：①地理要素的空間位置從其原先所在的圖幅變化至其他圖幅，導(dǎo)致地理要素區(qū)域代碼發(fā)生改變；②地理要素的類別發(fā)生轉(zhuǎn)變，如道路由“省道”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皣?guó)道”，地理要素分類代碼相應(yīng)地也要發(fā)生轉(zhuǎn)變。除上述兩種情況外，地理要素在進(jìn)化階段的狀態(tài)變化都不會(huì)影響到其對(duì)象標(biāo)識(shí)。因此，將上述兩種情況視為舊地理要素的消亡及新地理要素的產(chǎn)生，即可確保GFOID-MSFCC在地理要素的生命周期內(nèi)保持不變。

2.3 GFOID-MSFCC的功能特點(diǎn)

GFOID-MSFCC不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地理要素的唯一標(biāo)識(shí)，而且在構(gòu)建過(guò)程中由于使用了與地理要素相關(guān)的地域范圍和類別屬性信息，因此在其功能方面得到加強(qiáng)，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：①通過(guò)GFOID-MSFCC可以直接獲取地理要素所在比例尺的圖幅編號(hào)及其所屬圖層，基于這一功能可以實(shí)現(xiàn)在多比例尺、多圖幅基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)某一地理要素的快速查詢及訪問；②通過(guò)GFOID-MSFCC可以精確計(jì)算出地理要素所處的經(jīng)緯度范圍，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度；③通過(guò)GFOID-MSFCC能反映出地理要素的空間尺度；④GFOID-MSFCC是一種非?；A(chǔ)的對(duì)象標(biāo)識(shí)，可作為地理要素多種標(biāo)識(shí)機(jī)制之間相互映射的元標(biāo)識(shí)。

3 GFOID-MSFCC在基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)增量更新中的應(yīng)用

增量更新是基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新的主要發(fā)展方向之一。所謂增量更新是指當(dāng)變化(圖形或?qū)傩缘?一經(jīng)發(fā)生、發(fā)現(xiàn)、測(cè)定便立即對(duì)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施更新，然后將更新的數(shù)據(jù)(發(fā)生變化并實(shí)施更新的部分)源源不斷的傳遞給用戶用于更新其數(shù)據(jù)庫(kù)(用戶在基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上添加了專業(yè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù))的一種更新模式[11-12]。在增量更新過(guò)程中，從變化的發(fā)現(xiàn)、變化的測(cè)定到對(duì)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施更新以及最終將變化內(nèi)容傳遞給用戶均是以地理要素為基本更新單元，因此在這一過(guò)程中對(duì)實(shí)施更新的地理要素的查詢匹配就十分重要。盡管目前地理空間數(shù)據(jù)仍是按照多尺度、多圖幅的形式存儲(chǔ)和管理，但利用GFOID-MSFCC可以實(shí)現(xiàn)在增量更新的整個(gè)過(guò)程中對(duì)更新地理要素的快速準(zhǔn)確查詢匹配。如圖3所示，當(dāng)某個(gè)地理要素的變化被發(fā)現(xiàn)后，首先從現(xiàn)勢(shì)庫(kù)(現(xiàn)勢(shì)庫(kù)存放的是當(dāng)前現(xiàn)勢(shì)性最佳的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù))中將該地理要素提取至工作庫(kù)中進(jìn)行變化測(cè)定；變化測(cè)定完成后利用GFOID-MSFCC在現(xiàn)勢(shì)庫(kù)中進(jìn)行變化地理要素的查詢匹配(利用GFOID-MSFCC可以在多比例尺空間數(shù)據(jù)庫(kù)中確定地理要素的比例尺、所在的圖幅及要素層)，并將該地理要素的當(dāng)前數(shù)據(jù)存入歷史庫(kù)中(歷史庫(kù)存放的是地理要素的歷史數(shù)據(jù))，然后再對(duì)該地理要素實(shí)施更新；當(dāng)更新完成后，從現(xiàn)勢(shì)庫(kù)中將實(shí)施更新的地理要素導(dǎo)出到增量更新包中(包括地理要素的圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)數(shù)據(jù))，并傳輸給用戶；用戶拿到增量更新包后，利用更新包中的GFOID-MSFCC在用戶數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)該地理要素進(jìn)行查詢匹配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)中基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的更新。

圖3 增量更新過(guò)程

4 結(jié)束語(yǔ)

地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)是空間信息系統(tǒng)不可或缺的組成部分。本文在明確地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)概念的基礎(chǔ)上，首次提出地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)應(yīng)具備的3個(gè)性質(zhì)，并對(duì)地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)的類型及生成方法進(jìn)行分析與總結(jié)。設(shè)計(jì)提出的基于地形圖分幅及地理要素分類代碼的地理要素對(duì)象標(biāo)識(shí)GFOID-MSFCC，具有特性鮮明、功能完善等特點(diǎn)，更重要的是它能夠比較容易地集成到現(xiàn)有基本比例尺地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)對(duì)GFOID-MSFCC在基礎(chǔ)地理空間信息增量更新中應(yīng)用的分析與探討，充分體現(xiàn)出GFOID-MSFCC設(shè)計(jì)的合理性。當(dāng)然，對(duì)GFOID-MSFCC的應(yīng)用還需要建立起一套健全的管理機(jī)制，如GFOID-MSFCC的注冊(cè)、變更等，這是今后需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

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[責(zé)任編輯：張德福]

Research on geographic feature object identifier based on map subdivision and feature classification code

ZHOU Zhao,JI Xiao-lin,LIU Gang

(Institute of Surveying and Mapping, Information Engineering University, Zhengzhou 450052, China)

Geographic feature object identifier (GFOID) is an important component of spatial information system. The related definition, property, types and generation methods of GFOID are analyzed and summarized. Thus, a geographic feature object identifier based on map subdivision and feature classification codes or GFOID-MSFCC, is put forward. Then the GFOID-MSFCC’s features and functions are explored in details. Finally, the application of GFOID-MSFCC to the fundamental geographic information change-only update is also discussed.

geographic feature; geographic feature object identifier; subdivision for topographic map; classification and code of geographic feature; change-only update

2013-10-10

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41201391)

周 炤(1978-)，男，講師，博士研究生.

P208

：A

：1006-7949(2014)07-0012-05