新型基礎(chǔ)測(cè)繪初探

郭 倩

（安徽省第一測(cè)繪院，安徽 合肥 230031）

1.基礎(chǔ)測(cè)繪現(xiàn)狀分析

1.1 偽數(shù)字化產(chǎn)品

到目前為止，基礎(chǔ)測(cè)繪成果只是形式上變成了數(shù)字，但執(zhí)行的還是紙質(zhì)地形圖的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)成果主要以生產(chǎn)4D 成果為目標(biāo)，沒(méi)有真正對(duì)現(xiàn)實(shí)世界形成數(shù)據(jù)化的目標(biāo)。一是以制圖為目的，成果品種單一。制圖為目的的傳統(tǒng)測(cè)繪，對(duì)于輸入到計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)是按照制圖的原則進(jìn)行對(duì)象化處理，以符號(hào)代替實(shí)體化，形成單一類型的4D 產(chǎn)品。如圖1 所示。不同比例尺形成不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，多尺度分級(jí)造成重復(fù)測(cè)繪的問(wèn)題，沒(méi)有形成真正的實(shí)體化。二是不適應(yīng)不同尺度的計(jì)算機(jī)縮放和統(tǒng)計(jì)分析。在計(jì)算機(jī)內(nèi)顯示和統(tǒng)計(jì)分析不同尺度的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，需要在不同比例尺的數(shù)據(jù)庫(kù)之間切換，導(dǎo)致效率低下，統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)不一致。三是計(jì)算分析和制圖表達(dá)分離。傳統(tǒng)地圖只注重圖形符號(hào)而不重視對(duì)象的完整性及可分析性，造成空間對(duì)象在符號(hào)化過(guò)程中完整性的缺失，從而造成對(duì)空間對(duì)象的分析出現(xiàn)困難。例如，當(dāng)高速公路的實(shí)體遇到河流實(shí)體時(shí)，在符號(hào)表達(dá)時(shí)，需要斷開，并按照相應(yīng)的制圖比例尺選擇橋梁的符號(hào)，使得實(shí)體在數(shù)據(jù)庫(kù)中變成兩個(gè)不連續(xù)的對(duì)象，影響道路實(shí)體的空間分析、統(tǒng)計(jì)。

圖1 傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪比例尺分級(jí)體系

1.2 與現(xiàn)有新技術(shù)融合程度低

傳統(tǒng)測(cè)繪存儲(chǔ)模式落后，計(jì)算方式陳舊，非智能化、淺表的分析手段，采集、服務(wù)模式單一。伴隨現(xiàn)有的測(cè)繪技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術(shù)的深度融合，測(cè)繪專用技術(shù)趨向消失。

1.3 服務(wù)能力不足

單一的產(chǎn)品體系和標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足多樣化的業(yè)務(wù)和大眾需求。行業(yè)服務(wù)能力不足，面向自然資源、環(huán)保、水利、住建、農(nóng)業(yè)等行業(yè)服務(wù)能力不足。要素分級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)與自然資源登記管理的標(biāo)準(zhǔn)不一致。面向公眾的產(chǎn)品服務(wù)能力不足。

2.地理實(shí)體的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)分析

新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系的核心是按照一定的規(guī)則對(duì)現(xiàn)實(shí)世界存在的地理現(xiàn)象抽象，形成地理實(shí)體，并建立相應(yīng)的空間實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)，從而將傳統(tǒng)的以“地圖”為標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的數(shù)字化成果轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲詫?shí)體表達(dá)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地理空間現(xiàn)象的實(shí)體表達(dá)。新型基礎(chǔ)測(cè)繪的核心是用地理實(shí)體表達(dá)空間對(duì)象。地理實(shí)體在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中描述一個(gè)客觀世界中實(shí)際存在地理對(duì)象的所有信息。其在現(xiàn)實(shí)世界中是占據(jù)一定空間位置、單獨(dú)具有同一屬性或完整功能的自然地理單元與人工設(shè)施。一個(gè)地理實(shí)體（Entity）是由幾何對(duì)象（Geometry）作為空間基礎(chǔ)，地圖符號(hào)（Map）作為表現(xiàn)，實(shí)體屬性（ Properties）作為基本信息（屬性可以根據(jù)不同的應(yīng)用進(jìn)行自由擴(kuò)展，滿足自然資源管理需求）共同構(gòu)成的一個(gè)完整的單元，用于表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界中的地理對(duì)象。

一是地理實(shí)體對(duì)空間現(xiàn)象的抽象。采用地理實(shí)體可以實(shí)現(xiàn)以要素為視角（對(duì)象）的測(cè)繪向以實(shí)體（對(duì)象）的測(cè)繪的轉(zhuǎn)變。地理實(shí)體包含實(shí)體的編碼、幾何數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)以及基于實(shí)體的空間運(yùn)算。二是地理實(shí)體的智能化。地理實(shí)體將實(shí)體分析、空間幾何分析、拓?fù)浞治龅幕拘畔⒆鳛樽兞?，將?shí)體分析、空間幾何分析、拓?fù)浞治龈鞣N算法作為方法，因而一個(gè)地理實(shí)體是數(shù)據(jù)與方法的集合，適于計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、計(jì)算。實(shí)體因?yàn)榘瑤缀螖?shù)據(jù)及實(shí)體本身的空間運(yùn)算方法及符號(hào)表現(xiàn)，因而能根據(jù)自身情況和要求輸出相應(yīng)的符號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的空間運(yùn)算，所以實(shí)體是聰明的，即智能化。三是地理實(shí)體對(duì)空間現(xiàn)象的表達(dá)?？臻g現(xiàn)象不是孤立而存在的，相互之間存在著密切的聯(lián)系，從而抽象出地理實(shí)體間各種關(guān)系，如主從（包容）關(guān)系、聚合關(guān)系、繼承關(guān)系、派生關(guān)系等。地理實(shí)體模型中，實(shí)體分為基本實(shí)體和復(fù)合實(shí)體?；緦?shí)體是指有一個(gè)幾何對(duì)象為成員，描述實(shí)體的位置及形狀。復(fù)合實(shí)體是指可由基本實(shí)體或其他復(fù)合實(shí)體通過(guò)包容、聚集等方式構(gòu)造而成的實(shí)體。其沒(méi)有直接的幾何對(duì)象成員，幾何位置是由構(gòu)造它的實(shí)體對(duì)象的幾何成員及構(gòu)造方式?jīng)Q定的。包容是新的實(shí)體使用已存在的實(shí)體作為自己的部分（可視化或幾何屬性），包容的新實(shí)體可定義自己的屬性、定制自己的標(biāo)注符號(hào)，如注記等。聚集是一個(gè)新的實(shí)體由多個(gè)存在的實(shí)體構(gòu)造而成，則稱新的實(shí)體為聚集實(shí)體，其構(gòu)成為子實(shí)體。四是地理實(shí)體（庫(kù)）集成地理信息數(shù)據(jù)。地理實(shí)體的集合，形成地理實(shí)體庫(kù)來(lái)描述整個(gè)自然地理現(xiàn)象。地理實(shí)體庫(kù)中的地理實(shí)體可以是不同的精度。對(duì)于每一個(gè)地理實(shí)體，都有一個(gè)唯一的編碼。編碼包含實(shí)體的分級(jí)、分類、時(shí)段信息。地理實(shí)體抽象出來(lái)后，按照制定的編碼規(guī)則賦予實(shí)體模板及對(duì)實(shí)體對(duì)象進(jìn)行賦值，使得地理實(shí)體被唯一標(biāo)識(shí)。五是地理實(shí)體的集成建庫(kù)。在地圖符號(hào)特征及應(yīng)用特征基礎(chǔ)上，提出地理實(shí)體表現(xiàn)的符號(hào)體系。一個(gè)實(shí)體可以有多種符號(hào)，地理實(shí)體的符號(hào)具有多態(tài)性，實(shí)現(xiàn)一個(gè)地理實(shí)體可以采用不同比例尺圖示進(jìn)行表達(dá)，而不用切換地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)。六是地理實(shí)體的分析和符號(hào)表達(dá)相統(tǒng)一。符號(hào)只是地理實(shí)體在圖形上的表達(dá)，它不影響地理實(shí)體的整體性和完整性。我們?cè)诘乩韺?shí)體模型中，將地理實(shí)體本身和其符號(hào)表達(dá)分離。實(shí)體在符號(hào)化過(guò)程中不會(huì)有任何改變，不影響實(shí)體本身的內(nèi)容。將制圖和地理實(shí)體統(tǒng)一在一個(gè)框架體系當(dāng)中，可以避免因?yàn)橹茍D表達(dá)而人為地割裂地理實(shí)體。七是地理實(shí)體實(shí)際是三維的，采用三維描述更加直觀準(zhǔn)確，以地理實(shí)體及其空間身份為索引，掛接集成實(shí)景三維數(shù)據(jù)。

3.地理實(shí)體幾種應(yīng)用模式

新型基礎(chǔ)測(cè)繪以地理實(shí)體為基本單位進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，突破了原有的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式、空間計(jì)算效率等核心技術(shù)瓶頸，形成的地理實(shí)體基礎(chǔ)時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)與當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)深度融合，真正成為其他信息的搭載平臺(tái)，使得基礎(chǔ)測(cè)繪在生產(chǎn)組織方式、服務(wù)模式等方面發(fā)生質(zhì)的改變。一是新型基礎(chǔ)測(cè)繪（地理實(shí)體）數(shù)據(jù)混合存儲(chǔ)模式。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)需要管理的數(shù)據(jù)存在多種形態(tài)，包括影像、矢量、切片、報(bào)表、文檔等，而不同形態(tài)的數(shù)據(jù)其適用的存儲(chǔ)方式也會(huì)不同。而空間地理實(shí)體數(shù)據(jù)管理以地理實(shí)體為單位，采用多種方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，包括對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模式（如Oracle）；非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（如NoSQL）；分布式文件存儲(chǔ)塊文件。二是新型基礎(chǔ)測(cè)繪（地理實(shí)體）數(shù)據(jù)的超級(jí)計(jì)算模式。超算平臺(tái)是專門為地理空間海量數(shù)據(jù)處理密集型并行計(jì)算和分布式存儲(chǔ)場(chǎng)景設(shè)計(jì)開發(fā)的完整的、一體的、全棧的系統(tǒng)。超算平臺(tái)針對(duì)地理空間大數(shù)據(jù)在“存、管、算、用”不同緯度的技術(shù)難題，基于超算平臺(tái)的設(shè)施層、平臺(tái)層、應(yīng)用層、服務(wù)層為地理空間大數(shù)據(jù)提供體系化服務(wù)。其能突破集群規(guī)模瓶頸，融合多計(jì)算框架，基于容器調(diào)度、靈活省心，根據(jù)應(yīng)用、智能調(diào)度，支持多樣式流程表達(dá)。

4.地理實(shí)體的價(jià)值意義

一是地理實(shí)體模型是建立在人們習(xí)慣的空間認(rèn)知基礎(chǔ)上，能夠準(zhǔn)確表達(dá)自然界實(shí)際存在的空間地理現(xiàn)象。新的地理實(shí)體模型具有組合和聚集的特性，利用實(shí)體的組合特性可以表達(dá)復(fù)雜的地理對(duì)象及關(guān)系，形成多層次的包容關(guān)系；利用實(shí)體的聚集特性，可形成幾何連接的聚合實(shí)體，形成幾何上主次關(guān)系的聚合實(shí)體。二是一個(gè)地理實(shí)體進(jìn)行一次描述。采用新的編碼方式，為每一自然地理實(shí)體分配一個(gè)唯一的實(shí)體編碼。采用分級(jí)實(shí)測(cè)的方法，實(shí)現(xiàn)一個(gè)地理實(shí)體只測(cè)一次、實(shí)現(xiàn)不同精度的地理實(shí)體集成建庫(kù)。三是基于地理實(shí)體模型構(gòu)建的地理信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)真正的“數(shù)圖一體”。一個(gè)地理實(shí)體可以根據(jù)需要分別輸出不同比例尺要求的符號(hào)。對(duì)地理實(shí)體的符號(hào)化輸出不影響地理實(shí)體本身的信息完整性。四是以實(shí)體為基本單位的存儲(chǔ)，可以采用分布式存儲(chǔ)、NoSQL 等存儲(chǔ)方式，可以與目前的大數(shù)據(jù)分布式并行處理框架深度融合。在大范圍、多尺度、多時(shí)段的海量數(shù)據(jù)中，實(shí)現(xiàn)秒級(jí)運(yùn)算、分析及查詢。五是適應(yīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行無(wú)極縮放和統(tǒng)計(jì)分析，不用在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)之間切換?？梢愿鶕?jù)不同的要求，采用大數(shù)據(jù)并行計(jì)算框架對(duì)地理實(shí)體進(jìn)行高效、快速地自動(dòng)綜合和統(tǒng)計(jì)分析。六是地理實(shí)體的表現(xiàn)手段是多元化的，除了可以輸出初級(jí)產(chǎn)品傳統(tǒng)的4D 產(chǎn)品外，還可以通過(guò)對(duì)地理實(shí)體進(jìn)行各種融合處理。結(jié)合DSM，激光點(diǎn)云，傾斜模型，不同LOD 的BIM 模型，形成各種二維或三維面向?qū)ο蟮膶?shí)體化基礎(chǔ)信息，并進(jìn)行表達(dá)和分析。

5.結(jié)語(yǔ)

基于地理實(shí)體的新型測(cè)繪體系改變了傳統(tǒng)測(cè)繪行業(yè)的數(shù)字化和信息化的概念。建立新型基礎(chǔ)測(cè)繪的目標(biāo)是依托地理實(shí)體基礎(chǔ)時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā)制作面向公眾的基本公共產(chǎn)品庫(kù)和面向部門的典型應(yīng)用產(chǎn)品庫(kù)（水系專題數(shù)據(jù)、交通專題數(shù)據(jù)、居民地專題數(shù)據(jù)等），凸顯基礎(chǔ)測(cè)繪的“基礎(chǔ)性”和“公益性”。必將使基礎(chǔ)測(cè)繪更貼近生活、更能滿足社會(huì)需求、更好地服務(wù)國(guó)計(jì)民生。希望本文對(duì)新型基礎(chǔ)測(cè)繪概念和體系的理解和探索，能有益于這一事業(yè)的進(jìn)步。