多源空间数据整合在“数字城市”中的实现

戴 腾，张 亮，陈清平，周 原

（1.湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074；2. 湖北省测绘宣传中心，湖北 武汉 430071）

随着3S技术的进步和“数字城市”建设的深入，产生了大量的空间地理数据。这些数据来源各异，格式多样，在空间参考、时空尺度、语义性等方面各有不同，影响了信息的共享和应用。实现多源空间数据的有效整合，在统一的信息共享与交换平台的支持下，对地理空间数据进行集中管理和分布式应用，是“数字城市”建设不可回避的重要课题。

1 多源空间数据整合问题分析

当前GIS数据来源比较广泛，主要有[1]：地图数字化，遥感数据，GPS测量数据，文字性资料。多源数据引入的问题包括[2]：

1）坐标系和地图投影不统一。早年多采用北京54坐标系，后建立西安80坐标系，2008年开始推行2000国家大地坐标系，GPS测量则多采用WGS84坐标系，也有不少部门仍沿用当地独有坐标系。当数据来自不同地图投影时，还需要进行投影变换，来建立两平面场之间点的对应关系。

2）空间实体编码不统一。理论上，同一空间实体的编码应该是唯一的，但实际中从不同领域出发对同一空间实体编码可能并不唯一，这些编码若在同一系统出现，会产生空间实体标识的严重问题。目前，OpenGIS和SDTS都是基于地理特征定义空间实体的，都不能真正提供一个统一的空间实体编码体系[3]。

3）数据存储格式不统一。不同的GIS软件通常采用各自特定的文件存储格式来，因此要用到这些数据往往需要进行相应的格式转换。

4）多时空性和多尺度。空间数据具有很强的时空特性，GIS通常根据系统需要采用不同尺度来描述地理空间，它们具有各自不同的比例尺和精度。

5）分布式特征。分布式是指空间数据存储、更新和使用等操作并不在一台机器上完成，而是通过计算机网络基于地学规律、地理特征和过程的相关性在逻辑上建立联系。

2 多源空间数据整合解决方案

2.1 集成模式

多源空间数据集成模式分为3种：数据格式转换模式、数据互操作模式和直接数据访问模式[4]。“数字城市”建设中往往综合应用以上几种模式，在前期准备阶段，多采用数据格式转换模式将数据转换到特定GIS软件下，在此环境下可对其他软件数据格式直接访问。搭建公共服务平台后，在统一的数据共享规范的支持下通过发布相应服务，提供相应访问接口，使GIS用户在相互理解的基础上，透明地获取所需的信息，从而实现多源数据的共享与整合。

2.2 数据组织

传统的空间数据采用文件方式组织，安全性较差，不适合网络共享。随着技术的进步，数据库方式取代了文件方式，实现了空间数据和属性数据一体化存储和管理。按照标准化和规范化的要求，建立逻辑上和物理上无缝的空间数据库，可以更好地提升数据的安全性，便于管理，适应空间数据分布性和多尺度的特征，是多源数据整合的主流方式。

2.3 基本路线

数据整合是一项系统工程，涉及到数据库、计算机网络、地图处理等多种技术。在“数字城市”中实现多源空间数据整合步骤如下：

1）数据预处理。针对上述几个不统一的问题对数据进行分析，然后按照相应的规范和标准，对数据进行编辑整理，对信息进行提取、分类和逻辑集中。

2）数据建库。应用GIS技术、数据库技术、网络技术等对数据进行链接和优化，建立面向应用系统的空间数据库。

3）构建配套的空间数据库管理系统。数据库管理系统实现对多源数据的统一管理维护，方便对数据进行添加、删除、修改、更新和扩充等操作。

4）搭建数据共享和应用平台。在公共服务平台上发布各种标准服务，提供相应接口实现数据访问，使数据在网络上互联与共享，以应对多源数据的分布式特征。

5）应用系统的开发。针对不同行业不同部门的需求，充分利用整合过的空间数据开发相应的地理信息应用系统，发挥“数字城市”的真正价值。

3 “数字城市”中的数据整合

多源空间数据整合贯穿于基础数据采集、数据入库、地理信息公共服务平台搭建以及应用示范建设等整个“数字城市”建设的过程之中。

3.1 数据采集和GPS的应用

数据采集的来源多种多样，要转化为计算机中的存储格式，有多种实现方法， 除了手工输入数据和原有系统数据，还包括数据转换、遥感数据处理以及数字测量和GPS测量等。

随着GPS技术在航测中的应用，大大提高了数据采集的效率。例如，利用GPS技术对航摄进行导航和定位，可以使航线更为准确；利用差分GPS技术，精确测定并记录曝光瞬间航摄仪的空间姿态，辅助光束法区域网平差，可大大减少外控点数量，缩减外业工作量[5]。GPS数据已成为一种不可忽视的空间数据来源，发挥着越来越重要的作用。

3.2 数据预处理

数据预处理是数据整合的第一步，它涵盖了数据源准备与分析、信息提取、格式转换、坐标转换、组织方式转换、统一分级分类、统一地理要素编码、转换分类代码、规整属性结构，手动编辑与综合处理、一致性处理、对象化处理、质量检查、元数据编写等多项内容，使得数据最终达到建库要求[6]，如图1所示。

3.3 基础地理空间数据库的建设

“数字城市”中基础地理空间数据库主要由DLG数据库、DEM/DOM数据库、地名数据库和元数据库4个基本分库组成，通常按不同类型和不同比例尺组织基础地理空间数据库。

基础地理空间数据库管理系统可采用C/S的运行模式，比较成熟的做法是以关系数据库如Oracle10g为平台支撑，以ArcSDE空间数据库引擎和其他中间件技术构建系统中间层，利用ArcGIS Engine开发包括数据预处理、数据入库更新、数据管理维护、应用服务、元数据管理的系统应用层[7]，如图2所示。

图1 地理空间框架数据整合急速流程图

图2 数据库管理系统的总体架构图

3.4 地理信息公共服务平台建设

公共服务平台采用面向服务的模式建设，发布符合OGC标准的WFS、WMS、WCS等标准的服务，使得用户可以在网络上方便地调用各种地理空间信息，并通过标准接口将各种数据服务、功能服务与相关的应用系统进行集成，解决了多源数据整合问题[8]。

从数据角度看，“数字城市”建设过程就是多源数据的整合过程，“数字城市”实现的体系架构如图3所示。

4 结 语

图3 平台体系架构图

多源空间数据整合贯穿于“数字城市”建设的始终。数据整理是多源数据整合的基础和前提，直接关系到数据的整合质量；空间数据库及其管理系统的建设是主体，它将多源数据进行统一的有效集成和存储管理；面向服务的平台搭建是多源数据整合的枢纽，将数据的异构性屏蔽在服务和相应接口之后，使得多源数据能真正应用到各行各业。3S技术、数据库技术、中间件技术和网络技术的综合应用，为多源空间数据整合的实现提供了有力技术保障。然而，要更好地实现多源空间数据的有效整合，仍依赖于相关的规范和政策的出台，从数据应用的层面来看，面向服务的应用在一段时期内仍将是数据整合应用的主流。

[1]陈换新,严薇,刘晨帆.基于多源数据（资料）的地理空间信息半自动提取及更新[J].测绘与空间地理信息,2009,32(5):45-48

[2]郭黎,崔铁军,陈应东.多源地理空间数据差异的成因探讨[J].测绘与空间地理信息,2009,32(1):15-18

[3]邓晓光,吴华意,李德仁,等.基于特征的基础地理信息分类编码方法研究[J].测绘通报,2008(4):21-24

[4]周顺平,魏利萍,万波,等.多源异构空间数据集成的研究[J].测绘通报,2008(5):25-27

[5]朱怀汝,芦歌.GPS辅助航测技术在大比例尺航测成图中的应用[J].测绘与空间地理信息,2010,33(5):72-74

[6]王波,张亮,孙霞.CAD向GIS数据的转换入库[J].地理空间信息,2011,9(3):24-26

[7]于海龙,邬伦,刘瑜,等.基于Web Services的GIS与应用模型集成研究[J].测绘学报,2006,35(2):153-159

[8]邱儒琼,陈彩军,罗伊.湖北省地理信息公共服务平台的总体设计探讨[J].地理空间信息,2010,8(6):5-7