新型基础测绘初探

郭 倩

（安徽省第一测绘院，安徽 合肥 230031）

1.基础测绘现状分析

1.1 伪数字化产品

到目前为止，基础测绘成果只是形式上变成了数字，但执行的还是纸质地形图的标准，数据成果主要以生产4D 成果为目标，没有真正对现实世界形成数据化的目标。一是以制图为目的，成果品种单一。制图为目的的传统测绘，对于输入到计算机中的数据是按照制图的原则进行对象化处理，以符号代替实体化，形成单一类型的4D 产品。如图1 所示。不同比例尺形成不同的数据库，多尺度分级造成重复测绘的问题，没有形成真正的实体化。二是不适应不同尺度的计算机缩放和统计分析。在计算机内显示和统计分析不同尺度的数据产品，需要在不同比例尺的数据库之间切换，导致效率低下，统计分析数据不一致。三是计算分析和制图表达分离。传统地图只注重图形符号而不重视对象的完整性及可分析性，造成空间对象在符号化过程中完整性的缺失，从而造成对空间对象的分析出现困难。例如，当高速公路的实体遇到河流实体时，在符号表达时，需要断开，并按照相应的制图比例尺选择桥梁的符号，使得实体在数据库中变成两个不连续的对象，影响道路实体的空间分析、统计。

图1 传统基础测绘比例尺分级体系

1.2 与现有新技术融合程度低

传统测绘存储模式落后，计算方式陈旧，非智能化、浅表的分析手段，采集、服务模式单一。伴随现有的测绘技术与互联网、大数据、人工智能等高新技术的深度融合，测绘专用技术趋向消失。

1.3 服务能力不足

单一的产品体系和标准，难以满足多样化的业务和大众需求。行业服务能力不足，面向自然资源、环保、水利、住建、农业等行业服务能力不足。要素分级分类标准与自然资源登记管理的标准不一致。面向公众的产品服务能力不足。

2.地理实体的创新优势分析

新型基础测绘体系的核心是按照一定的规则对现实世界存在的地理现象抽象，形成地理实体，并建立相应的空间实体数据库，从而将传统的以“地图”为标准生产的数字化成果转变为真正以实体表达的空间数据库，实现对地理空间现象的实体表达。新型基础测绘的核心是用地理实体表达空间对象。地理实体在空间数据库中描述一个客观世界中实际存在地理对象的所有信息。其在现实世界中是占据一定空间位置、单独具有同一属性或完整功能的自然地理单元与人工设施。一个地理实体（Entity）是由几何对象（Geometry）作为空间基础，地图符号（Map）作为表现，实体属性（ Properties）作为基本信息（属性可以根据不同的应用进行自由扩展，满足自然资源管理需求）共同构成的一个完整的单元，用于表达现实世界中的地理对象。

一是地理实体对空间现象的抽象。采用地理实体可以实现以要素为视角（对象）的测绘向以实体（对象）的测绘的转变。地理实体包含实体的编码、几何数据、属性数据以及基于实体的空间运算。二是地理实体的智能化。地理实体将实体分析、空间几何分析、拓扑分析的基本信息作为变量，将实体分析、空间几何分析、拓扑分析各种算法作为方法，因而一个地理实体是数据与方法的集合，适于计算机进行分析、计算。实体因为包含几何数据及实体本身的空间运算方法及符号表现，因而能根据自身情况和要求输出相应的符号，进行相应的空间运算，所以实体是聪明的，即智能化。三是地理实体对空间现象的表达。空间现象不是孤立而存在的，相互之间存在着密切的联系，从而抽象出地理实体间各种关系，如主从（包容）关系、聚合关系、继承关系、派生关系等。地理实体模型中，实体分为基本实体和复合实体。基本实体是指有一个几何对象为成员，描述实体的位置及形状。复合实体是指可由基本实体或其他复合实体通过包容、聚集等方式构造而成的实体。其没有直接的几何对象成员，几何位置是由构造它的实体对象的几何成员及构造方式决定的。包容是新的实体使用已存在的实体作为自己的部分（可视化或几何属性），包容的新实体可定义自己的属性、定制自己的标注符号，如注记等。聚集是一个新的实体由多个存在的实体构造而成，则称新的实体为聚集实体，其构成为子实体。四是地理实体（库）集成地理信息数据。地理实体的集合，形成地理实体库来描述整个自然地理现象。地理实体库中的地理实体可以是不同的精度。对于每一个地理实体，都有一个唯一的编码。编码包含实体的分级、分类、时段信息。地理实体抽象出来后，按照制定的编码规则赋予实体模板及对实体对象进行赋值，使得地理实体被唯一标识。五是地理实体的集成建库。在地图符号特征及应用特征基础上，提出地理实体表现的符号体系。一个实体可以有多种符号，地理实体的符号具有多态性，实现一个地理实体可以采用不同比例尺图示进行表达，而不用切换地理实体数据库。六是地理实体的分析和符号表达相统一。符号只是地理实体在图形上的表达，它不影响地理实体的整体性和完整性。我们在地理实体模型中，将地理实体本身和其符号表达分离。实体在符号化过程中不会有任何改变，不影响实体本身的内容。将制图和地理实体统一在一个框架体系当中，可以避免因为制图表达而人为地割裂地理实体。七是地理实体实际是三维的，采用三维描述更加直观准确，以地理实体及其空间身份为索引，挂接集成实景三维数据。

3.地理实体几种应用模式

新型基础测绘以地理实体为基本单位进行存储和管理，突破了原有的数据传输、数据存储模式、空间计算效率等核心技术瓶颈，形成的地理实体基础时空数据库与当前互联网、大数据、人工智能等高新技术实现深度融合，真正成为其他信息的搭载平台，使得基础测绘在生产组织方式、服务模式等方面发生质的改变。一是新型基础测绘（地理实体）数据混合存储模式。传统的基础测绘数据需要管理的数据存在多种形态，包括影像、矢量、切片、报表、文档等，而不同形态的数据其适用的存储方式也会不同。而空间地理实体数据管理以地理实体为单位，采用多种方式存储数据，包括对象关系数据库模式（如Oracle）；非关系数据库（如NoSQL）；分布式文件存储块文件。二是新型基础测绘（地理实体）数据的超级计算模式。超算平台是专门为地理空间海量数据处理密集型并行计算和分布式存储场景设计开发的完整的、一体的、全栈的系统。超算平台针对地理空间大数据在“存、管、算、用”不同纬度的技术难题，基于超算平台的设施层、平台层、应用层、服务层为地理空间大数据提供体系化服务。其能突破集群规模瓶颈，融合多计算框架，基于容器调度、灵活省心，根据应用、智能调度，支持多样式流程表达。

4.地理实体的价值意义

一是地理实体模型是建立在人们习惯的空间认知基础上，能够准确表达自然界实际存在的空间地理现象。新的地理实体模型具有组合和聚集的特性，利用实体的组合特性可以表达复杂的地理对象及关系，形成多层次的包容关系；利用实体的聚集特性，可形成几何连接的聚合实体，形成几何上主次关系的聚合实体。二是一个地理实体进行一次描述。采用新的编码方式，为每一自然地理实体分配一个唯一的实体编码。采用分级实测的方法，实现一个地理实体只测一次、实现不同精度的地理实体集成建库。三是基于地理实体模型构建的地理信息系统可以实现真正的“数图一体”。一个地理实体可以根据需要分别输出不同比例尺要求的符号。对地理实体的符号化输出不影响地理实体本身的信息完整性。四是以实体为基本单位的存储，可以采用分布式存储、NoSQL 等存储方式，可以与目前的大数据分布式并行处理框架深度融合。在大范围、多尺度、多时段的海量数据中，实现秒级运算、分析及查询。五是适应计算机进行无极缩放和统计分析，不用在不同的数据库之间切换。可以根据不同的要求，采用大数据并行计算框架对地理实体进行高效、快速地自动综合和统计分析。六是地理实体的表现手段是多元化的，除了可以输出初级产品传统的4D 产品外，还可以通过对地理实体进行各种融合处理。结合DSM，激光点云，倾斜模型，不同LOD 的BIM 模型，形成各种二维或三维面向对象的实体化基础信息，并进行表达和分析。

5.结语

基于地理实体的新型测绘体系改变了传统测绘行业的数字化和信息化的概念。建立新型基础测绘的目标是依托地理实体基础时空数据库，开发制作面向公众的基本公共产品库和面向部门的典型应用产品库（水系专题数据、交通专题数据、居民地专题数据等），凸显基础测绘的“基础性”和“公益性”。必将使基础测绘更贴近生活、更能满足社会需求、更好地服务国计民生。希望本文对新型基础测绘概念和体系的理解和探索，能有益于这一事业的进步。