張 亮，周志誠，厲芳婷，趙 鵬

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074；2.地理國情監(jiān)測國家測繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072，3.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074）

基礎(chǔ)測繪是基準(zhǔn)體系建設(shè)與維護(hù)、基礎(chǔ)航攝遙感影像獲取、基本比例尺地圖測制和更新的統(tǒng)稱，其成果對促進(jìn)各行各業(yè)高質(zhì)量發(fā)展起到了基礎(chǔ)性、保障性和先導(dǎo)性作用[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)有基礎(chǔ)測繪成果形式固化、社會經(jīng)濟(jì)和人文信息不全、現(xiàn)勢性不足、聯(lián)動(dòng)更新困難等問題突顯[2]，逐漸難以適應(yīng)當(dāng)前信息化社會和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，加上互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等高新技術(shù)的深入應(yīng)用，促進(jìn)了測繪技術(shù)體系的升級換代，倒逼基礎(chǔ)測繪轉(zhuǎn)型升級，建立起適應(yīng)新時(shí)代要求的新型基礎(chǔ)測繪體系。

國家測繪地理信息“十三五”規(guī)劃的整體思路中強(qiáng)調(diào)，應(yīng)加快推進(jìn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)的轉(zhuǎn)型，逐步建立基于最詳細(xì)的地理實(shí)體的成果采集和管理模式[3]，因此探索按地理實(shí)體分級的非尺度基礎(chǔ)時(shí)空數(shù)據(jù)庫建設(shè)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地理實(shí)體與地理要素

建設(shè)地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫，首先要弄清地理實(shí)體與地理要素之間的異同，地理實(shí)體是現(xiàn)實(shí)世界中具有空間位置、獨(dú)立語義屬性或功能的自然或人工地物[4]，其與傳統(tǒng)4D 產(chǎn)品中的地理要素既有聯(lián)系，又有區(qū)別。從本質(zhì)上說，它們都是對現(xiàn)實(shí)世界一種現(xiàn)象的抽象，但在數(shù)據(jù)組織形式和表達(dá)上又有差別。

傳統(tǒng)4D 產(chǎn)品中的地理要素，將現(xiàn)實(shí)世界抽象成點(diǎn)、線、面要素構(gòu)成的圖層，能很好地展示各要素之間的空間關(guān)系，但卻將一個(gè)完整的地理實(shí)體切割為多個(gè)空間目標(biāo)。由于未建立相互之間的唯一性標(biāo)識關(guān)聯(lián)，使得表達(dá)同一實(shí)體的空間目標(biāo)碎片化，難以按照實(shí)體提取相關(guān)空間目標(biāo)，并維護(hù)其與相關(guān)專題信息的掛接關(guān)系[5]。另外，以往采集的要素屬性未加入時(shí)間戳，因此無法完整描述地理實(shí)體在時(shí)間和空間上的語義關(guān)系。因此，按要素采集建庫的方式已難以滿足當(dāng)前地理信息應(yīng)用的需求，如一條道路，以傳統(tǒng)的幾何要素表達(dá)，其只能包含道路中心線或道路邊線或道路面，它們之間并無關(guān)聯(lián)；而以地理實(shí)體來表達(dá)，則可同時(shí)包含道路中心線、道路邊線和道路面等多個(gè)圖元，且有唯一的地理實(shí)體編碼作為標(biāo)識，對其賦予產(chǎn)生和消亡時(shí)間屬性，能完整描述地理實(shí)體的時(shí)空關(guān)系語義。這種按實(shí)體對象建庫的表達(dá)無疑更符合人們認(rèn)識現(xiàn)實(shí)世界的模式，在應(yīng)用上也更加靈活便捷。

2 地理實(shí)體編碼與通用屬性項(xiàng)

在地理實(shí)體建庫過程中，地理實(shí)體編碼和通用屬性設(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接決定了庫體的組織結(jié)構(gòu)。

2.1 地理實(shí)體編碼

地理實(shí)體編碼是為每個(gè)地理實(shí)體賦予唯一的身份標(biāo)識，目前的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)分類代碼尚不支持新的時(shí)空模型，不能標(biāo)識地理實(shí)體的位置[6]，因此不能滿足地理信息時(shí)空大數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。針對該問題，本文設(shè)計(jì)了分類碼+位置碼+時(shí)間碼+順序碼的地理實(shí)體編碼方式。

2.1.1 地理實(shí)體產(chǎn)品分類碼

哪些地理要素需作為實(shí)體進(jìn)行采集是地理實(shí)體生產(chǎn)首先需要解決的問題。目前，對于地理實(shí)體產(chǎn)品的采集和分類，尚未形成統(tǒng)一的規(guī)范規(guī)定，本文結(jié)合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、自然資源和其他行業(yè)部門的應(yīng)用需求來確定分類。在兼容傳統(tǒng)地理要素分類標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，本文對地理實(shí)體的覆蓋范圍進(jìn)行了拓展，主要涵蓋基礎(chǔ)實(shí)體、專業(yè)實(shí)體和綜合實(shí)體3 個(gè)方面的內(nèi)容，劃分定位基礎(chǔ)、水系、居民地與設(shè)施、交通、植被與土質(zhì)、管線與設(shè)施、境界與區(qū)域、地貌等8 個(gè)門類，并在各門類的基礎(chǔ)上進(jìn)一步劃分出48 個(gè)大類，對應(yīng)創(chuàng)建107 個(gè)圖層。

分類碼采用10 位十進(jìn)制數(shù)字碼，實(shí)體要素的分類代碼結(jié)構(gòu)是在國標(biāo)代碼（門類、大類、中類和小類）后加圖形碼和細(xì)分碼。具體代碼結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 要素分類代碼結(jié)構(gòu)

1）第一、二位為門類碼，根據(jù)地理實(shí)體的門類劃分，編碼為“01”～“08”。

2）第三、四位為大類碼，是在門類的基礎(chǔ)上細(xì)分形成的實(shí)體類，是已有各分類編碼體系的一級類編碼。

3）第五、六位為中類碼，是在大類的基礎(chǔ)上細(xì)分形成的實(shí)體類，是已有各分類編碼體系的二級類編碼，無此級別的，則中類碼補(bǔ)“0”。

4）第七、八位為小類碼，是在中類的基礎(chǔ)上細(xì)分形成的實(shí)體類，是已有各分類編碼體系的三級類編碼；如有四級類編碼的情況，則將其并入三級類編碼中；無此級別的，則小類碼補(bǔ)“0”。

5）圖形碼采用1 位數(shù)字碼，0 為注記、1 為點(diǎn)、2 為線/中心線、3 為面、4 為邊線。

6）細(xì)分碼是對國標(biāo)代碼中子類碼的進(jìn)一步劃分，按 1～9 順序添加，如沒有細(xì)分類，則為0。

2.1.2 位置碼

位置碼采用GeoSOT 剖分網(wǎng)格[7]的一位四進(jìn)制變長編碼，不同層級對應(yīng)不同的格網(wǎng)大小劃分，反映地理實(shí)體幾何中心點(diǎn)大地坐標(biāo)所在的地理網(wǎng)格編碼。編碼包含網(wǎng)格的定位信息和級信息，編碼長度等于該網(wǎng)格的級數(shù)。編碼以G 開頭，最長編碼為32 級，由32 位四進(jìn)制數(shù)字組成，分為9 位度級編碼、6 位分級編碼、6 位秒級編碼和11 位秒以下編碼4 段，具體形式為“Gddddddddd-mmmmmm-ssssss.uuuuuuuuuuu”，其中，d、m、s、u 取值均為0、1、2、3。

2.1.3 時(shí)間碼

時(shí)間碼采用8 位數(shù)字定長編碼，以地理實(shí)體首次采集、調(diào)查或建庫等的公元紀(jì)年時(shí)間為內(nèi)容，如2020 年7 月27 日，則時(shí)間碼為20200727。

2.1.4 順序碼

順序碼采用7 位定長數(shù)字，從1 開始，根據(jù)地理實(shí)體分類碼、位置碼和時(shí)間碼相同的地理實(shí)體產(chǎn)生的先后順序依次編碼，不得重復(fù)使用，順序碼不足7 位的，則補(bǔ)“0”。

2.2 地理實(shí)體的通用屬性項(xiàng)

地理實(shí)體的通用屬性項(xiàng)是指所有地理實(shí)體都具備的屬性項(xiàng)，應(yīng)體現(xiàn)地理實(shí)體的時(shí)空性，能滿足聯(lián)動(dòng)更新的需求。本文對地理實(shí)體數(shù)據(jù)通用屬性項(xiàng)的規(guī)定如表1 所示。

表1 地理實(shí)體數(shù)據(jù)通用屬性項(xiàng)

3 地理實(shí)體建庫的技術(shù)路線

地理實(shí)體數(shù)據(jù)建庫主要是在基礎(chǔ)測繪成果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整合加工，首先對已有基礎(chǔ)測繪成果進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后按地理實(shí)體的方式進(jìn)行全新采集和更新。其過程主要包括預(yù)處理、實(shí)體化、屬性賦值、質(zhì)量檢查、數(shù)據(jù)入庫等。

1）預(yù)處理工作負(fù)責(zé)統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)基準(zhǔn)，按本文描述的數(shù)據(jù)分類和分層規(guī)則對原基礎(chǔ)測繪成果進(jìn)行對照，建立映射關(guān)聯(lián)；對原有要素屬性進(jìn)行擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)實(shí)體分類碼的編碼轉(zhuǎn)換和錄入；對于新增和更新的實(shí)體，按照分類和分層的規(guī)則進(jìn)行要素的分類采集。

2）實(shí)體化工作即為判斷哪些圖元為同一實(shí)體的過程[8]，建立圖元與實(shí)體的對應(yīng)關(guān)系，用以實(shí)現(xiàn)地理對象在時(shí)空維度的唯一性。將具有相同名稱、空間連通的圖元構(gòu)成一個(gè)實(shí)體，而沒有名稱的圖元為一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體。當(dāng)圖元屬于多個(gè)實(shí)體時(shí)，則對其進(jìn)行地理實(shí)體編碼的擴(kuò)充。

3）屬性賦值。按照地理實(shí)體通用屬性項(xiàng)的要求進(jìn)行屬性的采集與完善，通過軟件工具生成地理實(shí)體編碼，以保證其唯一性。

4）質(zhì)量檢查。對圖元的拓?fù)潢P(guān)系、實(shí)體編碼的唯一性、實(shí)體邏輯的一致性、屬性結(jié)構(gòu)的完整性和正確性等進(jìn)行檢查，檢查合格方可入庫。

5）數(shù)據(jù)入庫。開發(fā)和利用相應(yīng)的入庫軟件工具將空間數(shù)據(jù)存儲于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

4 結(jié) 語

地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫具有對象化的數(shù)據(jù)組織、自由的專題屬性掛接、靈活的按需組裝、高效的空間分析、便捷的聯(lián)動(dòng)更新等優(yōu)勢，相較于傳統(tǒng)的按要素分類組織的數(shù)據(jù)庫，其有著更加廣闊的應(yīng)用前景。地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫建設(shè)的關(guān)鍵問題是地理實(shí)體編碼的設(shè)計(jì)和ETL技術(shù)（數(shù)據(jù)的抽取、轉(zhuǎn)換和加載）的應(yīng)用。地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫建設(shè)是新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)的重要一環(huán)，如何從各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)中按地理實(shí)體的分類融合圖形和屬性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化實(shí)體構(gòu)建是今后繼續(xù)研究的方向。