地理實體數據庫研究與實踐

　　摘要：基于新型基礎測繪背景，分析了國內外在地理實體數據庫建設方面的現狀，提出了滿足多領域同時兼顧應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，討論了數據庫及實體生產更新方法，創新應用實體概略圖形于實體生產及管理過程中，并通過試生產進行理論方法的驗證。

　　關鍵詞：地理實體;分類與編碼;多粒度;三域標識;新型基礎測繪

　　1引言

　　在當前強大的IT技術支撐下，空間信息進一步深入到了社會各個應用領域，從陸地走向海洋、從地表走向空中及地層、從室外走向室內，從宏觀走向微觀，從專業領域走向社會大眾�；�于地圖要素的傳統GIS系統地理信息數據庫，已無法滿足現代GIS的應用需求，周成虎、張江水、華一新等提出了全空間信息系統的構想，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建全空間信息系統[1-3]。地理實體區別與基礎地理信息的關鍵點在于，它可被視為管理對象，能夠方便地實現地理信息與社會、經濟、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：地理教學論文發表什么刊物

　　隨著我國社會經濟的發展及自然資源管理國家戰略、城市精細化管理快速推進，各領域對地理信息提出了更高的應用需求。國土資源部發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，逐步推動現有國家基礎地理信息數據庫向地理實體數據庫的轉型，發展以地理實體為主要表現形式的公共產品[5],所以建立地理實體數據庫是地理信息應用及管理的必然趨勢。本文在國內外地理實體研究的基礎之上，基于上海市新型基礎測繪體系建設試點項目“智能化全息測繪-基于地理實體的全息數據采集與建庫”，以能落地建設為目標，探索科學合理的地理實體的分類與編碼，研究實踐地理實體數據庫建設方法，希望有助于上海市地理信息服務轉型升級，提高地理信息公共服務的能力。

　　2國內外研究現狀

　　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據庫建設的研究及實驗。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的需要[6]。美國地理信息數據委員會在2008年發布了“地理信息框架數據內容系列標準”，對地籍、行政管理單元、水系、交通均采用面向實體的數據模型[7];歐洲議會通過了建設歐盟空間信息基礎設施的決議，推出了與FGDC類似的一系列標準。國內在研建地理信息公共服務平臺期間推出了《地理信息公共服務平臺地理實體與地名地址數據規范》，對院落、房屋、政區、道路、鐵路、河流等重要對象構建地理實體[8]，在2018年又推出了《地理實體空間數據規范》。賈丹針對目前國內實體數據構建現狀，提出了全國地理實體的生產組織模式[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據生產試驗。時空大數據平臺建設大綱經過多年的不斷改進，在2019年將地理實體數據納入到基礎時空數據系列中，以DLG為基礎采集地理實體，并賦予唯一編碼，作為與其它行業和專題數據進行關聯的基礎，增加“三域”標識，擴充相應的地理實體類API及服務[10]。不過，總體而言，國內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地理實體的相關標準，但還是屬于局部探索或頂層設計，難以滿足傳統地理信息數據庫向地理實體數據庫轉型的實際需求;也提出了地理實體的生產建庫的諸多設想,但缺乏實際操作層面的指導，國內尚未有成熟的地理實體數據庫建成果。

　　3地理實體分類與編碼改進

　　由于地理實體在學科、領域、顆粒度、應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，不同學科之間、行業之間、不同應用需求之間，乃至科學家群體之間對地理實體的分類不一致[5]。國內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地理信息數據成果中提取的通用性強的地理實體，包括行政區實體、境界實體、道路實體、河流實體、湖泊實體、房屋實體、院落實體。擴展實體可根據數據源情況進行定義。上海市目前正在實施的新型基礎測繪是要滿足超大城市的精細化管理需求，要支撐多行業的業務管理，所以上海新型基礎測繪項目提出“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據的管理與應用。

　　4地理實體概念及“三域”表達方法

　　要建立地理實體數據庫，必須從地理世界的認知角度，基于數據庫建立地理實體的概念模型，需要設計地理實體的空間、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、工具的發展而不斷提高的，有了地學及數學理論及工具，人們利用地圖要素實現對地理世界的認知和表達，地圖得以問世;當計算機技術、數據庫技術及GIS技術發展，地圖搬到了計算機中，基于地圖要素建立了相應的地理信息數據模型，4D產品代表了傳統GIS時代對地理世界的認知。

　　現在，建設數字孿生城市，要將現實世界搬到計算機中，用數字城市映射物理城市，將其作為數字底座，滿足各行各業、滿足專業及大眾的地理信息需求，原有的基于地=圖要素的數據模型已無法實現，需要從人的認知習慣的基于語義層面的地理實體模型，建立數據庫模型。現實世界包括從微觀到宏觀的各個尺度范疇，目前的資源及技術手段還無法做到對具有無限的復雜性的所有地理實體進行描述，一般依據我們的當前需求，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、消防設施等分別作為實體對象。

　　5數據庫邏輯模型

　　5.1邏輯結構

　　通過通用的地理實體數據庫邏輯結構，來對多粒度實體對象本體、實體間的相互關系、實體與圖元間的關系等進行邏輯表達。通過實體表存儲各類地理實體數據，此表以索引的方式進行存儲。在生產管理中各種數據實體分別存儲在不同實體表，便于生產更新及管理。在利用時，采用非結構化數據庫，提高利用查詢操作，可以實現快速的查詢和實體的分類統計。通過實體間關系表用來記錄實體間的關聯關系。

　　地理實體間存在多種關聯關系，既包括業務關系，又包括空間關系。表中的關聯類型字段可以根據實際的數據業務關系進行擴展，形成數據字典。實體分類表記錄所有地理實體的分類，是數據實體的基礎字典表。在此表中記錄分類對應的地理實體數據表的表名，從而找到此類實體分類對應的數據表。根據地理實體分類編碼的設計，在系統設計的階段，即可完成此表數據的初始化。

　　通過實體擴展管理表，來管理和記錄實體表相關聯擴展信息，該表是數據實體的基礎字典表。經過對數據實體的分析，實體的擴展屬性表是與實體分類相對應，每類實體分類對應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聯。實體擴展表包括擴展屬性表、網格關聯表、業務信息表、專題信息表等，不同實體建模時，定義相關的擴展信息表。實體分類圖元關系表，管理和記錄實體分類所對應的圖元表，記錄圖元表的表名，該表是數據實體的基礎字典表。

　　6地理實體數據的生產及更新模式設計

　　地理實體數據來源廣泛，包括傳統基礎地體信息數據庫、點云、影像、三維模型、時空大數據、動態實時數據、各行業地理信息等。由于基礎地理信息數據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，因此在建設地理實體數據庫的初級階段，本文優先選擇基礎地理數據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，極大方便實體數據的生產、質檢、更新等工作。

　　7結束語

　　本文結合當前城市精細化管理的實際應用，提出了滿足多領域同時兼顧應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，討論了數據庫及實體生產更新方法，并通過試生產進行理論方法的驗證。在應用過程中還要不斷完善，才能很好滿足不同的需求。生產過程、更新維護模式也需要與信息化手段、互聯網加及大數據技術相匹配。同時地理實體數據庫是新時期地理信息應用的基礎設施，其在概念、標準、生產模式、更新模式上都還處在探索階段，數據庫的建設復雜，內容多，任務艱巨，需要投入大量的人力物力，做好階段性生產規劃。

　　參考文獻

　　[1]周成虎.全空間地理信息系統展望[J].地理科學進展,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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