“數(shù)字合肥”地理空間信息共享服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

李大超

(合肥市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥230061)

“數(shù)字合肥”地理空間信息共享服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

李大超

(合肥市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥230061)

基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)資源的共享和應(yīng)用是現(xiàn)階段“數(shù)字城市”建設(shè)的重點(diǎn)，結(jié)合合肥市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的建設(shè)，將共享模式引入測(cè)繪院信息化建設(shè)中，探討在共享服務(wù)平臺(tái)的框架體系下該院所采用平臺(tái)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思路。

共享服務(wù)平臺(tái);基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)資源;設(shè)計(jì)思路

一、引 言

“數(shù)字城市”就是信息化的城市，是物質(zhì)城市在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)空間的再現(xiàn)和反映，是以信息(特別是空間信息)為核心、以網(wǎng)絡(luò)為支撐的城市信息管理與服務(wù)體系［1］。依托“數(shù)字合肥”共享服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，可促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提升合肥整體的信息化水平，提高城市核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)合肥的可持續(xù)發(fā)展。該平臺(tái)基于合肥市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院提供一體化的公共服務(wù)平臺(tái)解決方案，提供城市級(jí)的“一張圖”服務(wù)，并支持委辦局等應(yīng)用部門實(shí)時(shí)獲取地圖服務(wù)，實(shí)現(xiàn)權(quán)威部門維護(hù)權(quán)威數(shù)據(jù)。同時(shí)，該平臺(tái)能夠解決異構(gòu)GIS平臺(tái)間地圖數(shù)據(jù)的集成和互操作問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別節(jié)點(diǎn)公共服務(wù)平臺(tái)間的互聯(lián)互通［2］。一體化的公共服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)既能支持合肥市測(cè)繪研究院快速部署實(shí)施公共服務(wù)平臺(tái)(基礎(chǔ)版、政務(wù)版和公眾版)，又大大節(jié)省了開(kāi)發(fā)和部署成本。

二、平臺(tái)總體構(gòu)架

在功能維度上，平臺(tái)分為地理信息管理平臺(tái)和一體化公共服務(wù)服務(wù)平臺(tái)。地理信息管理平臺(tái)負(fù)責(zé)地理信息數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)的加工、融合、處理，并管理基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)以及地理框架數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)地理框架數(shù)據(jù)的生成、更新，為整個(gè)公共平臺(tái)的良好運(yùn)營(yíng)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ);一體化公共服務(wù)平臺(tái)則以地理框架數(shù)據(jù)和政務(wù)類專題數(shù)據(jù)為核心，實(shí)現(xiàn)框架數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)的整合、共享、交換、管理、更新，并搭建政務(wù)服務(wù)平臺(tái)，為政府部門提供各種應(yīng)用和服務(wù)［3］。而對(duì)于平臺(tái)用戶，可以根據(jù)使用情況分為平臺(tái)管理員(包括數(shù)據(jù)平臺(tái)管理員)、普通用戶、弱GIS用戶、強(qiáng)GIS用戶、省市節(jié)點(diǎn)用戶和數(shù)據(jù)交換用戶等，平臺(tái)的總體運(yùn)行模式如圖1所示。

圖1 平臺(tái)組成及運(yùn)行模式

三、平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

概念結(jié)構(gòu)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界需求的一種抽象，即對(duì)實(shí)際的人、物、事和概念進(jìn)行人為處理，抽取人們關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細(xì)節(jié)，并將這些特性用各種概念精確地加以描述。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法通常有4類:① 自頂向下，即首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細(xì)化;②自底向上，即首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來(lái)，得到全局概念結(jié)構(gòu);③ 逐步擴(kuò)張，即首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴(kuò)充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至總體概念結(jié)構(gòu);④混合策略，即將自頂向下和自底向上相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計(jì)一個(gè)全局概念結(jié)構(gòu)的框架，并以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計(jì)的各局部概念結(jié)構(gòu)。其中最經(jīng)常采用的策略是自頂向下地進(jìn)行需求分析，然后再自底向上地設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)。本數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)也采用此設(shè)計(jì)方法。整個(gè)過(guò)程是:數(shù)據(jù)抽象與局部視圖(E-R)設(shè)計(jì)→視圖的集成(全局E-R)。

2.邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為一個(gè)共享平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，必須面對(duì)不同的用戶或應(yīng)用群體，主要需求表現(xiàn)在各類數(shù)據(jù)的快速檢索查詢、調(diào)用、導(dǎo)入、導(dǎo)出，數(shù)據(jù)的更新與維護(hù)以及數(shù)據(jù)的安全等多個(gè)方面。所以，必須對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的組織和分類來(lái)滿足上述需求。數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)主要是根據(jù)數(shù)據(jù)的不同應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類組織［4］。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、地理實(shí)體數(shù)據(jù)、電子地圖數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、政務(wù)專題數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)及元數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按照格式可以分為矢量數(shù)據(jù)(如基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、地理實(shí)體數(shù)據(jù)、電子地圖數(shù)據(jù)、政務(wù)專題數(shù)據(jù)等)、柵格數(shù)據(jù)(主要指正射影像圖)和元數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)中，對(duì)于這兩種不同格式的數(shù)據(jù)分別組織如圖2～圖4所示。

圖2 矢量數(shù)據(jù)的組織

圖3 柵格數(shù)據(jù)的組織

圖4 元數(shù)據(jù)的組織

數(shù)據(jù)編碼就是要給不同的數(shù)據(jù)、要素加代號(hào)，這個(gè)代號(hào)直接代表要素的本身，相當(dāng)于人的身份證編號(hào)。數(shù)據(jù)編碼一般基于以下3個(gè)原則:

1)管理效率高，即具有較高的計(jì)算機(jī)錄入、檢較、存儲(chǔ)效率，具有最高的查找速度。

2)適用性好，既符合專業(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化的要求，又要完整清晰地表示屬性內(nèi)容，還要具有最小冗余，并與專業(yè)分類體系保持一致。

3)便于共享和擴(kuò)展，可以滿足設(shè)備和數(shù)據(jù)更新的要求。

數(shù)據(jù)編碼一般包括3個(gè)方面的內(nèi)容:

1)登記部分，用來(lái)標(biāo)示屬性數(shù)據(jù)的序號(hào)，可以是簡(jiǎn)單的連續(xù)編號(hào)，也可劃分不同層次進(jìn)行順序編碼。

2)分類部分，用來(lái)標(biāo)示屬性的特征，可采用多位代碼反映多種特征。

3)控制部分，通過(guò)一定的查錯(cuò)算法，檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯(cuò)誤，在屬性數(shù)據(jù)量較大的情況下有重要意義。

數(shù)據(jù)庫(kù)中子庫(kù)的劃分主要依據(jù)數(shù)據(jù)的類型和數(shù)據(jù)的比例尺。從數(shù)據(jù)的類型來(lái)看，主要分為基礎(chǔ)地形、地理實(shí)體、電子地圖、政務(wù)專題、元數(shù)據(jù)等，在具體的每一種數(shù)據(jù)類型中又包括不同比例尺的數(shù)據(jù)［5］，所以空間數(shù)據(jù)庫(kù)的子庫(kù)由“數(shù)據(jù)類型+比例尺”的模式定義。以1∶2 000的地形圖為例。1∶2 000地形圖為地形數(shù)據(jù)，其比例尺是1∶2 000，則1∶2 000的地形圖數(shù)據(jù)可以稱作“地形圖1∶2 000數(shù)據(jù)子庫(kù)”，其數(shù)據(jù)庫(kù)名暫定為“DX2000”。元數(shù)據(jù)信息為獨(dú)立的子庫(kù)，統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)庫(kù)的子庫(kù)劃分如圖5所示。

圖5 子庫(kù)劃分

根據(jù)數(shù)據(jù)描述可以把空間數(shù)據(jù)庫(kù)中所需要包含的子庫(kù)劃分為兩個(gè)階段的內(nèi)容。第一階段:根據(jù)目前合肥測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院所持有的數(shù)據(jù)，劃分出各比例尺基礎(chǔ)地形子庫(kù)、框架數(shù)據(jù)庫(kù)(作為電子地圖利用的一個(gè)中間庫(kù));第二階段:從共享平臺(tái)的建設(shè)來(lái)看，數(shù)據(jù)庫(kù)還有需要擴(kuò)充地理實(shí)體庫(kù)、電子地圖庫(kù)、政務(wù)專題庫(kù)、DEM庫(kù)、影像庫(kù)等。

3.物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)建庫(kù)方案都采用文件的形式來(lái)管理空間數(shù)據(jù)，隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和GIS技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式從原有的文件管理逐漸過(guò)渡到RDBMS中統(tǒng)一管理［6］。目前管理方式采用Esri的GeoDataBase就是建立在SDE+RDBMS，以及Oracle Spatial兩種數(shù)據(jù)管理模式(兩者各有利弊，可以實(shí)現(xiàn)兩者的互連)。在此重點(diǎn)介紹Esri的GeoDataBase管理，在每一個(gè)GeoDataBase中可以包含F(xiàn)eatureDataSets和 FeatureClass兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用根據(jù)國(guó)標(biāo)大類為集合的原則，對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用以下方式

數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)包括物理設(shè)計(jì)和邏輯設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。物理層主要是空間數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)介質(zhì)里的儲(chǔ)存方式;邏輯設(shè)計(jì)是空間數(shù)據(jù)在用戶或應(yīng)用中的表現(xiàn)形式?？梢哉f(shuō)邏輯層是物理層的表現(xiàn)，而物理層是邏輯層的基礎(chǔ)。對(duì)于矢量數(shù)據(jù)從邏輯的角度來(lái)看，數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯層次是:數(shù)據(jù)庫(kù)→子庫(kù)→圖層→空間實(shí)體。而最終反映在SDE中則是GEODATABASE→FEATUREDATASET→FEATURECLASS→FEATURE。矢量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)機(jī)制如圖6所示。

圖6 矢量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)機(jī)制

數(shù)據(jù)拼接成全區(qū)連續(xù)無(wú)縫，對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)在橫向上可保證其地物完整性和連續(xù)性。從實(shí)際應(yīng)用的角度上考慮，不是所有線、面要素都有跨圖幅合并都有實(shí)際意義和必要性，因此，在數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)中要有針對(duì)性的對(duì)部分圖層進(jìn)行拼接處理。根據(jù)筆者的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，通常對(duì)居民地、水系、道路和主要地層做到無(wú)縫連接。在入庫(kù)功能設(shè)計(jì)中，用戶可自定義選擇該層要不要無(wú)縫連接的方式。

柵格數(shù)據(jù)主要指數(shù)字正射影像圖，可以通過(guò)相關(guān)軟件(如ArcGis 9.3)建立影像金字塔，如果影像數(shù)據(jù)較大，也可以人工建立影像分級(jí)。所以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理的影像圖無(wú)論在調(diào)圖或者顯示方面基本接近于文件形式管理的效果，而且又解決了文件形式對(duì)多用戶調(diào)圖所產(chǎn)生的問(wèn)題，因此現(xiàn)在完全可以利用ArcSDE 9.3作為數(shù)據(jù)引擎進(jìn)行影像圖入庫(kù)管理。

四、平臺(tái)特點(diǎn)

1.統(tǒng)一的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)

本系統(tǒng)將搭建基礎(chǔ)地理空間信息公共服務(wù)平臺(tái)，為合肥市其他部門提供基礎(chǔ)地理空間信息的共享服務(wù)，這要求公共服務(wù)平臺(tái)必須具備如下能力:

1)具備對(duì)遙感影像、電子地圖、DEM、公安、地籍、地下管線、規(guī)劃信息等各類地理空間信息進(jìn)行集成管理的能力。

2)支持異構(gòu)平臺(tái)互操作的能力，即平臺(tái)提供的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、功能服務(wù)能夠支持國(guó)內(nèi)外主流GIS平臺(tái)。

3)具有遙感影像、電子地圖等數(shù)據(jù)的高效服務(wù)能力，滿足在線共享的效率指標(biāo)要求。

4)具備地址數(shù)據(jù)高效搜索、匹配的服務(wù)能力。

5)具有良好的安全管理能力，對(duì)各類用戶訪問(wèn)的日志(包括用戶、訪問(wèn)時(shí)間、IP、訪問(wèn)內(nèi)容等內(nèi)容)和權(quán)限進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.統(tǒng)一的地理空間數(shù)據(jù)框架

信息共享的前提必須遵守統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地理空間數(shù)據(jù)而言更是如此。建設(shè)一個(gè)城市的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)，即統(tǒng)一的地理空間數(shù)據(jù)框架，必須明確其有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，方可確?？绮块T、跨區(qū)域的共享應(yīng)用。建設(shè)統(tǒng)一的地理空間數(shù)據(jù)框架，應(yīng)明確如下內(nèi)容:

1)地理空間數(shù)據(jù)框架的數(shù)據(jù)內(nèi)容，特別是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的組成內(nèi)容，包括矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)控制數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)等內(nèi)容。

2)各類數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，包括坐標(biāo)系、比例尺、精度、更新周期、組成要素、分類與編碼等內(nèi)容。

3)數(shù)據(jù)的更新維護(hù)長(zhǎng)效機(jī)制，確定責(zé)任部門、獲取方式、經(jīng)費(fèi)來(lái)源、績(jī)效考核機(jī)制等內(nèi)容。

3.地理信息聯(lián)動(dòng)更新

地理信息數(shù)據(jù)注重時(shí)效性，本項(xiàng)目中確定了4種數(shù)據(jù)更新機(jī)制，在平臺(tái)可以根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新而聯(lián)動(dòng)更新公共地理框架數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.面向服務(wù)的建設(shè)體系

“數(shù)字合肥”地理信息公共服務(wù)平臺(tái)是基于面向服務(wù)的體系，利用服務(wù)聚合將基礎(chǔ)地理信息通過(guò)服務(wù)接口方式共享，其他應(yīng)用系統(tǒng)可通過(guò)接入服務(wù)的方式共享地理信息，同時(shí)通過(guò)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)將GIS功能進(jìn)行封裝發(fā)布，示范應(yīng)用系統(tǒng)可以通過(guò)靈活的聚合服務(wù)方式把地理信息數(shù)據(jù)和GIS功能直接接入到應(yīng)用中。

五、結(jié)束語(yǔ)

“數(shù)字合肥”地理空間框架建設(shè)將為合肥市信息化建設(shè)提供權(quán)威、統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，徹底改變傳統(tǒng)的基礎(chǔ)地理信息服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)跨部門的網(wǎng)絡(luò)化地理信息共享共用，消滅“信息孤島”，避免重復(fù)測(cè)繪、重復(fù)投資，高效利用財(cái)政資金;通過(guò)提供一站式的地理信息在線服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息資源集成，為合肥市高效農(nóng)業(yè)、信息化建設(shè)、公安警用服務(wù)、城市規(guī)劃管理、災(zāi)情監(jiān)測(cè)評(píng)估、應(yīng)急指揮決策、公眾生活等提供全面、準(zhǔn)確、及時(shí)的綜合信息服務(wù)。本項(xiàng)目實(shí)施符合國(guó)家的法律法規(guī)、省市縣各級(jí)政府決策管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和各行各業(yè)對(duì)基礎(chǔ)地理信息的共同要求，對(duì)促進(jìn)地理信息共享，推進(jìn)合肥市城市信息化建設(shè)以及促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展意義重大，具有廣泛的應(yīng)用前景和很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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LI Dachao

0494-0911(2011)06-0065-04

P208

B

2011-05-03

李大超(1970—)，男，安徽六安人，高級(jí)工程師，主要從事城市3S及城市測(cè)繪等技術(shù)工作。