基于GIS的地名地址管理系統(tǒng)構(gòu)建

丁小陸，黃炳耀，鮑曉娣

（1.寧?？h規(guī)劃局，浙江 寧海 315600；2.寧?？h規(guī)劃設(shè)計院，浙江 寧海 315600）

基于GIS的地名地址管理系統(tǒng)構(gòu)建

丁小陸1，黃炳耀2，鮑曉娣2

（1.寧海縣規(guī)劃局，浙江 寧海 315600；2.寧?？h規(guī)劃設(shè)計院，浙江 寧海 315600）

地名地址作為GIS最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)組成部分，其命名和管理一直是各國、組織機構(gòu)需要解決完善的問題，也是數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中重要的一環(huán)。以此為背景提出基于二維GIS組件ArcGIS Engine和三維地理平臺TerraExplorer的地名地址管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于條件隨機場的地名地址要素識別、標(biāo)準(zhǔn)化入庫、二三維要素關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)分析等功能，并簡要介紹了該系統(tǒng)的功能設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)等。

GIS；地名地址；系統(tǒng)設(shè)計；條件隨機場

1 地名地址分類及標(biāo)準(zhǔn)化

我國于2010年推出的《數(shù)字城市地理信息公共平臺地名/地址編碼規(guī)則》，為地名地址數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和共享提供了系統(tǒng)、科學(xué)的體系[1-3]。依據(jù)規(guī)范，地名數(shù)據(jù)可分為3種形式：地名、地址和POI（point of interest，興趣點）[4]。地名是人們對各個地理實體賦予的專有名稱，屬于面狀空間形態(tài)，空間指代性較模糊；地址是對地理實體位置的具體結(jié)構(gòu)化描述，屬于點狀空間形態(tài)，空間指代性較具體；POI是人們對感興趣點位的信息描述，一般為地名或地址+實體名稱的形式。根據(jù)寧海縣的實際情況進行補充和完善，本系統(tǒng)將地址要素分為9大類15小類，如表1所示。

表1 地址要素分類分級體系

2 系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

區(qū)別于傳統(tǒng)的地名地址管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)是一個融合測繪、規(guī)劃、民政、公安、工商等部門資源，包括地理信息技術(shù)和分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)的綜合性工程，涉及地名地址、空間數(shù)據(jù)、GIS、網(wǎng)絡(luò)分布式信息處理系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)庫等復(fù)雜要素。

系統(tǒng)設(shè)計在滿足計算機軟件工程的基本要求和原則外，還需要實現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）地名地址分類標(biāo)準(zhǔn)化。

2）民政、公安、工商、測繪等部門地名地址資源的整合。

3）系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合目前主流的二維和三維開發(fā)平臺，實現(xiàn)地名地址要素與二維地理實體（房屋面）、三維地理實體（建筑模型）的一體化。

4）系統(tǒng)應(yīng)保證各類數(shù)據(jù)成果的安全高效存儲和管理，并方便地名地址數(shù)據(jù)的入庫、查詢、分析統(tǒng)計。

按照上述要求，為充分發(fā)揮GIS的服務(wù)功能，系統(tǒng)采用C/S模式進行開發(fā)。二維基礎(chǔ)地理平臺使用組件式GIS軟件——ArcGIS Engine，ArcGIS Engine封裝了大部分ArcGIS底層功能模塊和方法，具備強大的地理分析應(yīng)用功能[5]。三維基礎(chǔ)地理平臺使用目前與ArcGIS結(jié)合最好的Skyline公司的TerraExplorer軟件，TerraExplorer能夠?qū)崿F(xiàn)三維影像的交互式體驗，并實現(xiàn)對ArcGIS數(shù)據(jù)格式的良好支持。系統(tǒng)按照架構(gòu)分為硬件基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和交互層，如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

地名地址管理系統(tǒng)集地名地址、二維系統(tǒng)和三維系統(tǒng)為一體，系統(tǒng)主要分為地名地址數(shù)據(jù)入庫與編輯、POI數(shù)據(jù)入庫與編輯、數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)管理4大組成部分。地名地址/POI數(shù)據(jù)入庫與編輯功能主要包括要素的新建、編輯、查詢和批量入庫，要素與三維建筑模型數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)等；數(shù)據(jù)分析主要包括圖面和屬性查詢、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)導(dǎo)出和書簽管理功能；系統(tǒng)管理主要包括用戶管理和角色管理，用以實現(xiàn)不同人員的系統(tǒng)操作權(quán)限，從而保障系統(tǒng)的安全性，明確各部分的責(zé)任人。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 地名地址管理系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

圖2 地名地址管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.3 數(shù)據(jù)管理發(fā)布

地名地址管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)種類多樣，主要包括二維影像地圖集、二維基礎(chǔ)地理底圖、三維地形文件、建筑模型、地名地址數(shù)據(jù)、POI數(shù)據(jù)等。按照數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，可分為文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

文件系統(tǒng)主要存儲二、三維基礎(chǔ)地理要素。二維影像地圖和基礎(chǔ)地理底圖采用瓦片切圖的形式，利用ArcGIS Server發(fā)布。三維地形文件由航攝影像和DEM疊合而成，通過TerraGate發(fā)布；三維矢量建筑模型和三維場景文件由IIS發(fā)布。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用ArcSDE for SQL Server數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了關(guān)系數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的一體化管理，主要存儲地名地址數(shù)據(jù)、POI數(shù)據(jù)、模型點位數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于條件隨機場的地名地址要素識別

地名地址數(shù)據(jù)管理中，如何整合已有的大量不同數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)格式的地名地址數(shù)據(jù)是有待解決的一個重要問題。本系統(tǒng)通過地名地址分類標(biāo)準(zhǔn)化體系，實現(xiàn)了基于條件隨機場的地名地址要素識別。

條件隨機場是由Lafferty在研究序列化數(shù)據(jù)標(biāo)注的過程中提出的，它是對最大熵模型的改進，具備最大熵模型的一切優(yōu)點，是近年來應(yīng)用在自然語言處理和圖像處理等研究領(lǐng)域的一種新的數(shù)學(xué)模型工具[6]。條件隨機場模型建立的關(guān)鍵是參數(shù)估計和特征選取。參數(shù)估計是從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中訓(xùn)練模型，求解每一個特征的權(quán)重參數(shù)，即權(quán)重向量λ={λ1，λ2，…，λn}的過程；特征的選取是篩選出具有表征意義的特征，關(guān)鍵在于根據(jù)具體任務(wù)抽象出合適的特征模板集。

本系統(tǒng)中，為了能夠應(yīng)用基于字的標(biāo)注方法來識別中文地名要素，使用4詞位標(biāo)注集來表示地址要素類別。根據(jù)中文地名的平均詞長特征和于江德的語料測試，下文對識別性能的貢獻比上文的貢獻要高出6個百分點以上[7]，系統(tǒng)選擇非對稱的地名要素上下文窗口，上文的寬度為3，下文的寬度為5，如圖3所示。

圖3 地址要素上下文窗口圖

基于中文字符特性，在選取特征時主要考慮單個字符的信息，從而抽象出3類特征：原子特征、復(fù)合特征和詞位轉(zhuǎn)移特征。

經(jīng)實驗，在20萬條訓(xùn)練語料規(guī)模下，基于條件隨機場的地名地址要素識別對各項分類字段的成功率達到84.39%以上，大大提高了地名地址分類的準(zhǔn)確性，降低了人工成本。

3.2 數(shù)據(jù)入庫

地名地址管理系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)的入庫管理，按照數(shù)據(jù)的來源，可分為新建數(shù)據(jù)入庫和已有數(shù)據(jù)入庫兩種方式。

1） 新建數(shù)據(jù)入庫。新建數(shù)據(jù)入庫是指在系統(tǒng)內(nèi)通過新增地名地址/POI要素入庫的方法。按照系統(tǒng)設(shè)計原則，新建數(shù)據(jù)須嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求，依次進行位置信息匹配、完整性檢查、重復(fù)性檢查、鄰接關(guān)系檢查和管理員審核，審核通過后才能入庫。

2）批量數(shù)據(jù)入庫。批量數(shù)據(jù)入庫與新建數(shù)據(jù)入庫流程相同，首先執(zhí)行數(shù)據(jù)的完整性檢查，然后進行數(shù)據(jù)的各項拓?fù)潢P(guān)系檢查，最后由管理人員審核入庫。

3.3 二三維聯(lián)動

二三維聯(lián)動不僅包括二維與三維視圖顯示區(qū)域相一致，還表現(xiàn)在兩個場景屬性數(shù)據(jù)、分析結(jié)果的一致性[8]。二維和三維顯示區(qū)域聯(lián)動是基于兩者統(tǒng)一的坐標(biāo)系實現(xiàn)的。三維聯(lián)動二維可通過TerraExplorer的ScreenToTerrain方法獲取中心點坐標(biāo)和四至，再由ArcGIS Engine的Extent屬性實現(xiàn)三維到二維的聯(lián)動。二維聯(lián)動三維較復(fù)雜，可通過建立二維比例尺和三維視點高度的轉(zhuǎn)換系數(shù)，再利用二分法實現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

三維地名地址/POI圖層采用流方式加載，與二維圖層采用同一套數(shù)據(jù)，確保了二三維屬性數(shù)據(jù)的一致性。同時，系統(tǒng)在查詢和分析等操作時也要保證顯示效果的一致性。系統(tǒng)的三維界面如圖4所示。

圖4 地名地址管理系統(tǒng)三維界面

4 結(jié) 語

本系統(tǒng)實現(xiàn)了地名地址要素信息的標(biāo)準(zhǔn)化入庫，從而減少數(shù)據(jù)后期的處理難度。同時，系統(tǒng)結(jié)合基于條件隨機場的地名地址要素識別，解決了原始地名數(shù)據(jù)的融合難題；并通過地名地址要素和二、三維建筑成果的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)與二三維數(shù)據(jù)的一體化。系統(tǒng)的成功建設(shè)和運行可為地名地址數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化共享提供重要的基礎(chǔ)和保障。

[1] 高小萍，兀偉. 地理編碼技術(shù)探討[J]. 測繪標(biāo)準(zhǔn)化，2012, 28(4):1-3

[2] 周傲英，楊彬. 基于位置的服務(wù)：架構(gòu)與進展[J]. 計算機學(xué)報，2011,34(7):1 155-1 171

[3] GB/T 23705-2009. 數(shù)字城市地理信息公共平臺地名/地址編碼規(guī)則[S].

[4] 秦學(xué)秀. 地名數(shù)據(jù)的3種形式及其質(zhì)量要求[J]. 測繪通報，2011(10):68-69

[5] 廉光偉，義崇政. 基于AE組件和OSG的二三維聯(lián)動GIS系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J]. 城市勘測，2012(6):17-20

[6] Lafferty J，Mccallum A，Pereira F. Conditional Random Fields: Probabilistic Models for Segmenting and Labeling Sequence Data. In: Proceedings of the 18th International Conference on Machine Learning[C]. IEEE，San Francisco，USA, 2001

[7] 于江德，王希杰，樊孝忠. 字標(biāo)注漢語詞法分析中上文和下文孰重孰輕[J]. 計算機科學(xué)，2012,39(11):201-203

[8] 萬幼，邊馥苓. 二三維聯(lián)動的GIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建技術(shù)[J].地理信息世界，2008,6(2):48-52

本 刊 聲 明

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（本刊編輯部）

P208

B

1672-4623（2015）04-0072-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.026

丁小陸，高級工程師，研究方向為地理信息系統(tǒng)開發(fā)和遙感影像數(shù)據(jù)處理。

2015-03-17。