基于數(shù)據(jù)挖掘的智慧城市建設中測繪地理信息共享系統(tǒng)

饒興元

［關鍵詞］數(shù)據(jù)挖掘；共享系統(tǒng)；地理信息；測繪；建設；智慧城市

地理信息系統(tǒng)在測繪工作中的引入，極大程度上地提高了智慧城市建設效率?；谥黧w層面分析，如果沒有測繪地理信息的支撐，就不可能實現(xiàn)城市建設的信息化、智能化、數(shù)字化[1]?！爸腔鄢鞘小笔俏覈鞘行畔⒒l(fā)展的一個較高層次階段，強化測繪地理信息工作，既可以提高城市建設的綜合效益，又可以全面整合城市的地理信息。地理信息系統(tǒng)的開發(fā)不僅要控制空間目標的位置，還要控制目標的相關屬性，并將其與空間中其他屬性相聯(lián)系?，F(xiàn)階段，地理信息的應用范圍逐步擴展，目前已涉及城市改造、資源規(guī)劃、地形布局、交通建設等各個方面。但現(xiàn)有的技術，難以挖掘地理信息的內(nèi)在模式和規(guī)則，存在諸多缺陷[2]。如何設計一套高效的地理信息共享系統(tǒng)，是目前國內(nèi)外學者研究的熱點之一。為落實此項工作，有關城市規(guī)劃部門采取動態(tài)跟蹤修測的方式，通過對城市基本空間資料的及時采集與獲取，在城區(qū)范圍內(nèi)實現(xiàn)了地理信息的月度更新。但隨著城市智能化安全管理、聯(lián)動交通等領域的不斷升級，城市現(xiàn)有共享手段已無法適應數(shù)據(jù)的不斷更新與應用需求，因此，有必要在現(xiàn)有工作的基礎，開發(fā)全新的共享系統(tǒng)，推進并指導城市空間基礎信息資源的開發(fā)與利用。本文也將在此次研究中，引進數(shù)據(jù)挖掘技術，開發(fā)智慧城市建設中測繪地理信息共享系統(tǒng)，旨在通過此次設計，深化智慧城市建設工作。

1. 測繪地理信息共享系統(tǒng)架構

為滿足測繪地理信息的共享需求，在開發(fā)共享系統(tǒng)前，應明確傳統(tǒng)的測繪地理信息共享系統(tǒng)在共享效率、安全保密等方面存在著較大的局限性，在信息資源共享、服務對象保障、訪問方式、數(shù)據(jù)建模等方面也存在諸多問題[3]。為解決此方面問題，將數(shù)據(jù)挖掘技術作為支撐，結合數(shù)據(jù)倉庫的使用，設計如下圖1所示的測繪地理信息共享系統(tǒng)架構。

在使用該系統(tǒng)構建共享測繪地理信息時，數(shù)據(jù)倉庫可將空間數(shù)據(jù)的形式化表示與分析與人工智能、專家系統(tǒng)相結合，從而直觀地顯示地理信息與場景內(nèi)容的時空分布、屬性相關性，從某種意義上體現(xiàn)了智慧城市建設中測繪地理信息的復雜性、非線性特點[4]。在深入此方面內(nèi)容的研究中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)適用于大規(guī)模、復雜的地理信息處理，具有計算簡便、易于實現(xiàn)的特點，數(shù)據(jù)倉庫可以提取、轉化多源信息，將專業(yè)知識與城市地圖知識相結合，在缺少專業(yè)知識的前提下，仍能按照一定的規(guī)律自動檢索出模型，滿足智慧城市建設中的管理決策需求。

2. 硬件設備選型

在上述設計內(nèi)容的基礎上，對系統(tǒng)硬件展開科學的規(guī)劃與部署。為滿足系統(tǒng)的信息共享需求，增設網(wǎng)絡傳送模塊，將系統(tǒng)的業(yè)務端與客戶端連接在一起，通過此種方式實現(xiàn)信息資源的共享與實時通信[5]。同時，將移動中央服務器作為核心，使該系統(tǒng)能夠同步在多個客戶端上運行[6]。設計系統(tǒng)硬件結構，如下圖2所示。

在共享傳輸時，將網(wǎng)路RS422協(xié)議作為基礎，利用RS422通信傳輸接口布置網(wǎng)絡傳輸鏈路[7]。在此過程中，考慮到網(wǎng)絡傳送模塊需要將串行信息傳送給其他模塊、服務端與客戶端，因此，需要一種能夠實現(xiàn)一臺PC機對多臺PC機的串行通信協(xié)議作為硬件設備的支撐。

為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，本次設計使用RS422型號串行通信傳輸接口作為主要硬件，此硬件支持單臺傳送、多臺接收，其中一條均衡總線同時接入10臺以上的接收機，主機可以向所有的從機傳輸信息。RS422的數(shù)據(jù)通信由4根信號線路組成，具有獨立的發(fā)射和接收信道。此設備整體按照均衡發(fā)送和差分接收設計，因此其抗干擾性能較強，按照此種方式展開設計工作，可以提高系統(tǒng)的工作效率和穩(wěn)定性[8]。

3. 基于數(shù)據(jù)挖掘技術的測繪地理信息格式轉換處理

完成對系統(tǒng)架構的設計與硬件設備的選型后，引進數(shù)據(jù)挖掘技術，轉型處理測繪地理信息與數(shù)據(jù)格式，通過此種方式，初步掌握數(shù)據(jù)在空間中的賦存規(guī)律[9]。在此過程中，利用數(shù)據(jù)挖掘技術中的最小二乘計算法，建立智慧城市建設中測繪地理信息的線性函數(shù)模型，模型表達式如下。

L=AX （1）

公式（1）中：L 表示智慧城市建設中測繪地理信息線性函數(shù)模型的觀測向量；A 表示城市觀測系數(shù)矩陣，可將A 表示成m × n，其中m、n 分別表示矩陣的行數(shù)與列數(shù)；X 表示觀測中地理信息數(shù)據(jù)中的未知參數(shù)條件。在挖掘數(shù)據(jù)空間賦存規(guī)律時，要明確測繪地理信息線性函數(shù)模型需要將參數(shù)估值作為支撐，同時，需要考慮到模型中參數(shù)A 與參數(shù)X 存在的隨機誤差[10]。可建設A 的空間誤差為ΔA、X 的空間誤差為ΔX，則有L 觀測誤差，表示為ΔX。根據(jù)參數(shù)誤差之間的關系，建立如下所示的線性方程。

將公式（2）的求解過程作為數(shù)據(jù)挖掘過程中的約束條件優(yōu)化過程，約束優(yōu)化過程如下計算公式所示。

公式（3）中：K 表示數(shù)據(jù)挖掘中的約束條件優(yōu)化求解；R 表示最小二乘改正數(shù)；F 表示范數(shù)。將求解結果作為地理信息格式轉換系數(shù)，參照此系數(shù)，調(diào)整數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)挖掘技術的測繪地理信息格式轉換處理。

4. 測繪地理信息屬性數(shù)據(jù)共享與場景漫游

在上述設計內(nèi)容的基礎上，將系統(tǒng)所在的網(wǎng)絡環(huán)境作為支撐，根據(jù)測繪地理信息中的元數(shù)據(jù)規(guī)范，將各功能單位和城市基礎GIS元數(shù)據(jù)采用集中注冊和管理的方式，使系統(tǒng)中形成一個元數(shù)據(jù)服務中心，以便終端操作用戶可以根據(jù)系統(tǒng)所提供的業(yè)務界面查詢所需要的數(shù)據(jù)。在此基礎上，通過將Web服務部件部署到系統(tǒng)各個功能模塊的服務器上，可以對智慧城市中不同區(qū)塊、不同類型的數(shù)據(jù)進行標準化處理、業(yè)務邏輯和業(yè)務邏輯的打包處理。在此基礎上，按照OpenGIS中的OGC Web服務規(guī)范傳輸測繪地理信息屬性數(shù)據(jù)。

測繪地理信息中的網(wǎng)絡服務元數(shù)據(jù)，可以通過查詢系統(tǒng)在資訊網(wǎng)站上查詢。通過對不同元數(shù)據(jù)的描述，用戶可以通過訪問不同區(qū)塊（網(wǎng)絡結點）的Web服務，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理，并通過數(shù)據(jù)資源的下載或者交互操作，在系統(tǒng)中實現(xiàn)不同模塊與不同場景之間數(shù)據(jù)層次和應用層次上的信息共享。此過程如下圖3所示。

按照上述方式，實現(xiàn)測繪地理信息屬性數(shù)據(jù)共享與場景漫游。

5. 對比實驗

上文通過硬件、軟件兩個方面，完成了基于數(shù)據(jù)挖掘的智慧城市建設中測繪地理信息共享系統(tǒng)開發(fā)，為檢驗該系統(tǒng)在實際應用中的效果，以某試點地區(qū)為例，在該地區(qū)內(nèi)展開對比實驗。

實驗前，采集并整理由專業(yè)機構或有關部門負責人員通過前期大量調(diào)研獲取的城市測繪地理信息，按照規(guī)范將信息數(shù)據(jù)錄入終端數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)倉庫中存儲的數(shù)據(jù)格式如下表1所示。

將存儲在數(shù)據(jù)倉庫中的城市測繪地理信息數(shù)據(jù)作為此次對比實驗的樣本數(shù)據(jù)，完成對樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計后，按照下述表2所示的內(nèi)容，搭建對比實驗環(huán)境技術參數(shù)。

在上述設計內(nèi)容的基礎上，將開發(fā)的系統(tǒng)集成在測試環(huán)境中，在使用本文系統(tǒng)共享城市測繪地理信息時，先引進數(shù)據(jù)挖掘技術，轉換處理測繪地理信息格式，在此基礎上，建立通信共享鏈路，共享測繪地理信息屬性數(shù)據(jù)，通過設計城市中不同場景之間的漫游，完成系統(tǒng)的開發(fā)與設計。

為滿足測試結果的可比性需求，在完成本文系統(tǒng)在測試環(huán)境中的部署后，引進基于ServiceGIS的共享系統(tǒng)，與基于多源數(shù)據(jù)融合技術的共享系統(tǒng)，將其作為傳統(tǒng)系統(tǒng)1與傳統(tǒng)系統(tǒng)2。按照規(guī)范，將傳統(tǒng)系統(tǒng)集成在測試環(huán)境中。在測試環(huán)境中，利用三種系統(tǒng)，共享城市測繪地理信息。將交互共享頻率作為測試指標，明確交互共享頻率越高、共享中頻率波動幅度越小，系統(tǒng)的綜合性能越優(yōu)。

按照上述規(guī)范，展開對比實驗，統(tǒng)計三種系統(tǒng)的測試結果，將其繪制成折線圖，如下圖4所示。

從上述圖4所示的實驗結果可以看出，本文系統(tǒng)在共享城市測繪地理信息時，其交互共享頻率最高，且折線波動幅度較?。粋鹘y(tǒng)系統(tǒng)1在共享城市測繪地理信息時，其交互共享頻率也相對較高，但折線波動幅度較大；傳統(tǒng)系統(tǒng)2在共享城市測繪地理信息時，其交互共享頻率相對較低，但折線波動幅度較小。因此，在完成上述實驗后，得到如下所示的實驗結論：本文此次設計的基于數(shù)據(jù)挖掘技術的城市測繪地理信息共享系統(tǒng)，在實際應用中的綜合性能良好，不僅可以提高信息的交互共享頻率，還可以保證共享中信息傳遞的穩(wěn)定性。

6. 結論

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術、智能化技術的發(fā)展步伐不斷加快，智慧城市建設工作逐步推進。要全面落實“智慧城市”的建設工作，需要將“三位一體”建設模式與測繪地理信息工作相結合，實現(xiàn)在城市規(guī)劃布局中，從布點到地圖的全過程精細化繪制，通過此種方式，調(diào)整城市地理信息結構，提高城市規(guī)劃設計的合理化與規(guī)范化。為落實此項工作，助力智慧城市建設工作，本文通過測繪地理信息格式轉換處理、測繪地理信息屬性數(shù)據(jù)共享與場景漫游設計，完成了基于數(shù)據(jù)挖掘的智慧城市建設中測繪地理信息共享系統(tǒng)設計。該系統(tǒng)在完成設計后，經(jīng)過對比實驗證明了具有較高的綜合性能，通過此種方式，為智慧城市的規(guī)范化建設提供全面的技術指導與幫助。