“數字合肥”地理空間信息共享服務平臺的設計

李大超

(合肥市測繪設計研究院，安徽合肥230061)

“數字合肥”地理空間信息共享服務平臺的設計

李大超

(合肥市測繪設計研究院，安徽合肥230061)

基礎空間數據資源的共享和應用是現階段“數字城市”建設的重點，結合合肥市測繪設計研究院基礎空間數據共享平臺的建設，將共享模式引入測繪院信息化建設中，探討在共享服務平臺的框架體系下該院所采用平臺的特點和設計思路。

共享服務平臺;基礎空間數據資源;設計思路

一、引 言

“數字城市”就是信息化的城市，是物質城市在數字網絡空間的再現和反映，是以信息(特別是空間信息)為核心、以網絡為支撐的城市信息管理與服務體系［1］。依托“數字合肥”共享服務平臺的建設，可促進城市經濟發展，提升合肥整體的信息化水平，提高城市核心競爭力，推動合肥的可持續發展。該平臺基于合肥市測繪設計研究院提供一體化的公共服務平臺解決方案，提供城市級的“一張圖”服務，并支持委辦局等應用部門實時獲取地圖服務，實現權威部門維護權威數據。同時，該平臺能夠解決異構GIS平臺間地圖數據的集成和互操作問題，實現不同級別節點公共服務平臺間的互聯互通［2］。一體化的公共服務平臺設計既能支持合肥市測繪研究院快速部署實施公共服務平臺(基礎版、政務版和公眾版)，又大大節省了開發和部署成本。

二、平臺總體構架

在功能維度上，平臺分為地理信息管理平臺和一體化公共服務服務平臺。地理信息管理平臺負責地理信息數據和專題數據的加工、融合、處理，并管理基礎地理數據、專題數據以及地理框架數據，負責地理框架數據的生成、更新，為整個公共平臺的良好運營提供了數據基礎;一體化公共服務平臺則以地理框架數據和政務類專題數據為核心，實現框架數據和專題數據的整合、共享、交換、管理、更新，并搭建政務服務平臺，為政府部門提供各種應用和服務［3］。而對于平臺用戶，可以根據使用情況分為平臺管理員(包括數據平臺管理員)、普通用戶、弱GIS用戶、強GIS用戶、省市節點用戶和數據交換用戶等，平臺的總體運行模式如圖1所示。

圖1 平臺組成及運行模式

三、平臺設計

1.概念結構設計

概念結構是對現實世界需求的一種抽象，即對實際的人、物、事和概念進行人為處理，抽取人們關心的共同特性，忽略非本質的細節，并將這些特性用各種概念精確地加以描述。概念結構設計方法通常有4類:① 自頂向下，即首先定義全局概念結構的框架，然后逐步細化;②自底向上，即首先定義各局部應用的概念結構，然后將它們集成起來，得到全局概念結構;③ 逐步擴張，即首先定義最重要的核心概念結構，然后向外擴充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結構，直至總體概念結構;④混合策略，即將自頂向下和自底向上相結合，用自頂向下策略設計一個全局概念結構的框架，并以它為骨架集成由自底向上策略中設計的各局部概念結構。其中最經常采用的策略是自頂向下地進行需求分析，然后再自底向上地設計概念結構。本數據庫建設也采用此設計方法。整個過程是:數據抽象與局部視圖(E-R)設計→視圖的集成(全局E-R)。

2.邏輯結構設計

作為一個共享平臺的空間數據庫，必須面對不同的用戶或應用群體，主要需求表現在各類數據的快速檢索查詢、調用、導入、導出，數據的更新與維護以及數據的安全等多個方面。所以，必須對數據庫中的數據進行合理的組織和分類來滿足上述需求。數據庫的邏輯設計主要是根據數據的不同應用對數據進行分類組織［4］。

空間數據庫主要包括基礎地形數據、地理實體數據、電子地圖數據、地名地址數據、政務專題數據、影像數據、DEM數據、三維數據、多媒體數據及元數據等。

數據庫中的數據按照格式可以分為矢量數據(如基礎地形數據、地理實體數據、電子地圖數據、政務專題數據等)、柵格數據(主要指正射影像圖)和元數據。在數據庫的邏輯設計中，對于這兩種不同格式的數據分別組織如圖2～圖4所示。

圖2 矢量數據的組織

圖3 柵格數據的組織

圖4 元數據的組織

數據編碼就是要給不同的數據、要素加代號，這個代號直接代表要素的本身，相當于人的身份證編號。數據編碼一般基于以下3個原則:

1)管理效率高，即具有較高的計算機錄入、檢較、存儲效率，具有最高的查找速度。

2)適用性好，既符合專業化，標準化和系統化的要求，又要完整清晰地表示屬性內容，還要具有最小冗余，并與專業分類體系保持一致。

3)便于共享和擴展，可以滿足設備和數據更新的要求。

數據編碼一般包括3個方面的內容:

1)登記部分，用來標示屬性數據的序號，可以是簡單的連續編號，也可劃分不同層次進行順序編碼。

2)分類部分，用來標示屬性的特征，可采用多位代碼反映多種特征。

3)控制部分，通過一定的查錯算法，檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯誤，在屬性數據量較大的情況下有重要意義。

數據庫中子庫的劃分主要依據數據的類型和數據的比例尺。從數據的類型來看，主要分為基礎地形、地理實體、電子地圖、政務專題、元數據等，在具體的每一種數據類型中又包括不同比例尺的數據［5］，所以空間數據庫的子庫由“數據類型+比例尺”的模式定義。以1∶2 000的地形圖為例。1∶2 000地形圖為地形數據，其比例尺是1∶2 000，則1∶2 000的地形圖數據可以稱作“地形圖1∶2 000數據子庫”，其數據庫名暫定為“DX2000”。元數據信息為獨立的子庫，統一管理。數據庫的子庫劃分如圖5所示。

圖5 子庫劃分

根據數據描述可以把空間數據庫中所需要包含的子庫劃分為兩個階段的內容。第一階段:根據目前合肥測繪設計研究院所持有的數據，劃分出各比例尺基礎地形子庫、框架數據庫(作為電子地圖利用的一個中間庫);第二階段:從共享平臺的建設來看，數據庫還有需要擴充地理實體庫、電子地圖庫、政務專題庫、DEM庫、影像庫等。

3.物理結構設計

傳統的空間數據建庫方案都采用文件的形式來管理空間數據，隨著數據庫技術和GIS技術的不斷進步，數據存儲的方式從原有的文件管理逐漸過渡到RDBMS中統一管理［6］。目前管理方式采用Esri的GeoDataBase就是建立在SDE+RDBMS，以及Oracle Spatial兩種數據管理模式(兩者各有利弊，可以實現兩者的互連)。在此重點介紹Esri的GeoDataBase管理，在每一個GeoDataBase中可以包含FeatureDataSets和 FeatureClass兩種數據結構。本設計采用根據國標大類為集合的原則，對數據的存儲采用以下方式

數據庫的設計包括物理設計和邏輯設計兩個部分。物理層主要是空間數據在存儲介質里的儲存方式;邏輯設計是空間數據在用戶或應用中的表現形式。可以說邏輯層是物理層的表現，而物理層是邏輯層的基礎。對于矢量數據從邏輯的角度來看，數據庫的邏輯層次是:數據庫→子庫→圖層→空間實體。而最終反映在SDE中則是GEODATABASE→FEATUREDATASET→FEATURECLASS→FEATURE。矢量數據的存儲機制如圖6所示。

圖6 矢量數據的存儲機制

數據拼接成全區連續無縫，對空間數據庫中的數據在橫向上可保證其地物完整性和連續性。從實際應用的角度上考慮，不是所有線、面要素都有跨圖幅合并都有實際意義和必要性，因此，在數據庫的設計中要有針對性的對部分圖層進行拼接處理。根據筆者的開發經驗，通常對居民地、水系、道路和主要地層做到無縫連接。在入庫功能設計中，用戶可自定義選擇該層要不要無縫連接的方式。

柵格數據主要指數字正射影像圖，可以通過相關軟件(如ArcGis 9.3)建立影像金字塔，如果影像數據較大，也可以人工建立影像分級。所以通過數據庫管理的影像圖無論在調圖或者顯示方面基本接近于文件形式管理的效果，而且又解決了文件形式對多用戶調圖所產生的問題，因此現在完全可以利用ArcSDE 9.3作為數據引擎進行影像圖入庫管理。

四、平臺特點

1.統一的地理信息公共服務平臺

本系統將搭建基礎地理空間信息公共服務平臺，為合肥市其他部門提供基礎地理空間信息的共享服務，這要求公共服務平臺必須具備如下能力:

1)具備對遙感影像、電子地圖、DEM、公安、地籍、地下管線、規劃信息等各類地理空間信息進行集成管理的能力。

2)支持異構平臺互操作的能力，即平臺提供的各項數據、功能服務能夠支持國內外主流GIS平臺。

3)具有遙感影像、電子地圖等數據的高效服務能力，滿足在線共享的效率指標要求。

4)具備地址數據高效搜索、匹配的服務能力。

5)具有良好的安全管理能力，對各類用戶訪問的日志(包括用戶、訪問時間、IP、訪問內容等內容)和權限進行統一管理。

2.統一的地理空間數據框架

信息共享的前提必須遵守統一的標準，對地理空間數據而言更是如此。建設一個城市的基礎地理數據庫，即統一的地理空間數據框架，必須明確其有關標準，方可確保跨部門、跨區域的共享應用。建設統一的地理空間數據框架，應明確如下內容:

1)地理空間數據框架的數據內容，特別是基礎數據的組成內容，包括矢量數據、影像數據、高程數據、基礎控制數據、地名地址數據等內容。

2)各類數據的標準，包括坐標系、比例尺、精度、更新周期、組成要素、分類與編碼等內容。

3)數據的更新維護長效機制，確定責任部門、獲取方式、經費來源、績效考核機制等內容。

3.地理信息聯動更新

地理信息數據注重時效性，本項目中確定了4種數據更新機制，在平臺可以根據基礎數據更新而聯動更新公共地理框架數據庫。

4.面向服務的建設體系

“數字合肥”地理信息公共服務平臺是基于面向服務的體系，利用服務聚合將基礎地理信息通過服務接口方式共享，其他應用系統可通過接入服務的方式共享地理信息，同時通過服務標準將GIS功能進行封裝發布，示范應用系統可以通過靈活的聚合服務方式把地理信息數據和GIS功能直接接入到應用中。

五、結束語

“數字合肥”地理空間框架建設將為合肥市信息化建設提供權威、統一的定位基準，徹底改變傳統的基礎地理信息服務模式，實現跨部門的網絡化地理信息共享共用，消滅“信息孤島”，避免重復測繪、重復投資，高效利用財政資金;通過提供一站式的地理信息在線服務，實現信息資源集成，為合肥市高效農業、信息化建設、公安警用服務、城市規劃管理、災情監測評估、應急指揮決策、公眾生活等提供全面、準確、及時的綜合信息服務。本項目實施符合國家的法律法規、省市縣各級政府決策管理、社會經濟發展和各行各業對基礎地理信息的共同要求，對促進地理信息共享，推進合肥市城市信息化建設以及促進城市可持續發展意義重大，具有廣泛的應用前景和很好的社會經濟效益。

［1］ 馬文涵.數字武漢地理空間信息共享平臺的研究［J］.地理空間信息，2007，5(6):11-13.

［2］ 李宗華，彭明軍.武漢市地理空間信息共享服務平臺的建設與應用［J］.測繪與空間地理信息，2009，32(3):1-3.

［3］ 汝虎，葉智宣，王群.杭州市基礎空間數據庫共享服務平臺建設初探［J］.測繪科學，2010，35(S0):181-183.

［4］ 樊文有，謝瓊，王永東.GIS空間數據共享交換平臺的設計［J］.測繪通報，2010(6):47-50.

［5］ 王連備，賁進，吳英.面向服務的空間數據共享技術研究［J］.測繪通報，2010(7):68-70.

［6］ 陸海英，花存宏.地理信息資源共享服務平臺建設構想［J］.地理信息世界，2009，7(4):19-23.

Design of Digital Hefei Geospatial Information Sharing Platform

LI Dachao

0494-0911(2011)06-0065-04

P208

B

2011-05-03

李大超(1970—)，男，安徽六安人，高級工程師，主要從事城市3S及城市測繪等技術工作。