典型地理國情監測信息分析發布技術框架研究

謝艾伶，陽春花，袁 成

（1.國家測繪地理信息局重慶測繪院，重慶 400015）

典型地理國情監測信息分析發布技術框架研究

謝艾伶1，陽春花1，袁 成1

（1.國家測繪地理信息局重慶測繪院，重慶 400015）

面向典型地理國情監測，提出了監測信息提取處理、分析發布的技術流程方案；從監測數據源分析、監測信息整合提取、監測信息統計與分析、監測信息管理、監測成果制作、監測成果發布展示6個方面研究了典型地理國情監測信息分析發布技術框架建設。針對城市發展變化監測專題，以重慶市萬州區為實驗區，搭建了典型地理國情監測信息分析發布集成平臺，驗證了該技術框架的可行性，為典型地理國情監測提供了參考。

典型地理國情監測；整合提取；統計分析；成果發布；集成平臺建設

依據地理國情監測總體設計，地理國情監測的核心業務主要可分為地理國情信息普查，動態監測基礎信息系統建設，典型地理國情監測，地理國情監測技術、指標與標準體系建設。近年來，圍繞地理國情監測各方面的研究較多，為地理國情普查和監測工作積累了豐富經驗[1-6]，但因其多樣性和復雜性，針對典型地理國情監測的研究還處于初探階段。本文面向典型地理國情監測，探討了監測信息的分析發布技術流程，通過對多源異構地理信息的整合提取、監測信息的統計分析和監測成果發布等技術的研究，實現了監測信息分析發布技術框架建設。

1 監測信息分析發布技術方案

典型地理國情監測，是在豐富翔實的多源地理信息資源積累的基礎上，針對各種典型地理國情的不同監測內容，綜合比對最新地理信息與過去歷史測繪成果，高效處理海量信息，快速形成監測統計數據和分析報告，實時發布監測成果，為各級政府部門決策提供可靠依據，為企業和公眾提供實用的地理信息服務。

根據地理國情監測總體設計，典型地理國情監測主要是對地表覆蓋變化、主體功能區規劃實施、城市發展變化、重點區域地表形變、水利基礎設施、主要農業大宗產品優勢產區等地理國情信息進行常態化監測，準確掌握典型地理國情的變化信息，形成科學客觀、內容豐富、形式多樣的地理國情監測成果。典型地理國情監測雖涉及不同領域、不同類別的變化監測，但監測信息提取處理、分析發布的技術流程是一致的，如圖1所示。

圖1 地理國情監測信息分析發布技術流程圖

2 監測信息分析發布技術框架

依據典型地理國情監測信息分析發布技術流程，監測信息分析發布技術框架建設的主要技術要點包括監測數據源分析、監測信息整合提取、監測信息統計與分析、監測信息管理、監測成果制作和監測成果發布展示6個方面。

2.1 監測數據源分析

隨著測繪技術的發展，目前已有的歷史測繪成果和現時監測的地理信息數據種類繁多，形成了豐富的多源異構地理信息數據，包含不同部門因各自的應用目的，在不同時間、通過不同的獲取手段，針對同一地區或區域，獲得的不同尺度、不同數據結構的矢量數據、遙感影像數據、屬性數據以及專題數據[7]。多源異構地理信息數據具有多語義性、多時空和多尺度性、空間參考不一致、獲取手段多樣性、數據存儲結構多源性等特點[8]，且這些數據往往是海量的。

典型地理國情監測信息的數據來源，從數據獲取平臺高度可劃分為航天數據、航空數據、低空數據、地面數據和水下數據[2]；從數據獲取方式可劃分為多光譜遙感影像、高光譜遙感影像、激光雷達數據、合成孔徑雷達干涉測量數據、GPS數據、航空攝影數據（航片）、無人機影像、地面三維激光掃描數據、基礎地理信息數據、各種屬性表數據和專題數據等；從數據組織方式可劃分為影像數據、矢量數據和專題數據。這些監測數據源的生產技術和流程都很完善，能獲得成熟的成果數據，可根據典型地理國情不同的監測內容、監測區域選取和收集最合適的監測數據源成果。

2.2 監測信息整合提取

目前多源異構地理信息數據整合共享方法分為數據集成和數據融合兩部分。數據集成主要分為數據格式轉換、數據互操作和數據直接訪問；數據融合主要分為影像融合、矢量實體的匹配和融合，其目的是為了獲得更加豐富、質量更高的新數據[7]。本文利用FME、RS技術，面向收集的影像數據、矢量數據、專題數據等已有地理信息成果，進行監測信息的整合提取。

結合典型地理國情不同的監測內容和相關指標，針對多尺度和多源影像數據，利用ENVI、Erdas等軟件進行影像預處理；再采用適宜的影像自動分類方法，并結合人工檢核修正，對影像進行分類采集；針對多源異構矢量數據進行規范化提取整合，形成數據前期分析、數據檢查、數據預處理、數據分層提取、數據轉換、拓撲檢查處理及數據入庫等技術流程；而針對相關行業職能部門的專題數據，進行統計數據的空間化，專題空間數據的歸一化處理，以便輔助地理國情信息統計和演化分析。通過數據分層分類整合獲得變化監測所需的地理信息要素，形成監測的本底數據庫和監測數據庫。

在上述數據整合處理過程中，除了影像處理和影像分類采用RS技術實現外，其余整合提取都通過FME數據轉換處理系統來實現。基于FME的監測信息整合提取可通過FME Desktop和FME Server兩種方式進行[9]，利用FME Desktop可自定義數據轉換過程，并將定制的空間提取、轉換、加載（ETL）任務保存成可重復利用的FME方案，能多次批量進行數據整合提取；而FME Server采用SOA的結構體系，可將ETL任務網絡化，實現基于Web的數據整合提取，其強大的空間數據加載和轉換功能，可支持海量空間數據處理，且FME Server將“數據轉換”的計算任務放到了服務器上，使定制的數據整合提取FME方案可通過服務器進行共享。

2.3 監測信息統計與分析

從典型地理國情監測目的、監測內容和實際需求出發，確定其監測指標、統計指標和分析指標，理清各統計和分析指標的定義和數學理論基礎，然后利用時空統計分析工具實現監測信息的統計與分析。

監測指標是指從典型地理國情監測信息中直接或間接獲取，并能直觀地反映在地圖、影像、GIS系統、Web平臺上的監測信息，是對地理現象空間特征的基本描述；統計指標是指在監測指標基礎上，運用數理統計方法對監測信息進行分析處理而獲得的信息，其反映了地理現象的數學特征及分布規律，為分析指標的獲取提供數學基礎；分析指標是指采用各種分析方法，通過對不同時間節點的監測信息進行動態監測，得出監測對象的變化規律，并通過描述與其相關的社會、經濟、人文等現象的時空變化規律，預測其未來的發展演化趨勢和方向。面向典型地理國情監測信息的統計與分析，涉及不同行業和領域，需運用相關行業的專業分析方法進行數據挖掘，進而能適應不同行業的實際需求。

實現統計分析功能的常用數據分析工具主要有ArcGIS、GeoStat、Stars和基于Python語言的PySAL、SAS、Stata、SPSS等。可以充分利用ArcGIS的空間分析、三維分析、網絡分析、追蹤分析以及地統計分析功能，并結合其余統計分析工具的數理統計分析功能和相關行業專業分析預測方法，實現不同典型地理國情監測的統計與分析，獲得統計分析成果。

2.4 監測信息管理

通過信息整合提取和統計分析后，獲得的監測成果包括典型地理國情監測本底數據，各監測階段的監測數據、專題數據和統計分析成果。根據監測成果的特點進行數據庫的設計和建設，以Oracle數據庫為支撐，采用ArcSDE空間數據引擎，對監測成果實行統一存儲和管理，形成監測本底數據庫、監測數據庫、專題數據庫和統計分析成果庫。因典型地理國情監測是動態的，其監測數據具有時空變化特性，需在監測信息管理時考慮數據庫的時空性，利用時空數據庫動態更新與一致性維護技術對其進行更新管理，以保證監測數據庫的可靠性。

2.5 監測成果制作

典型地理國情監測的成果制作主要包括地圖底圖制作、監測專題圖制作和監測報告撰寫。

地圖底圖是在各監測數據庫的基礎上，根據不同典型地理國情監測成果的在線瀏覽或實時分析需要，對矢量數據、影像數據及文字注記進行內容選取，再經符號化處理、圖面整飾、分級緩存后形成的電子地圖。可利用ArcMap完成地圖底圖制作，然后采用ArcGIS Server發布地圖服務，形成可在Web瀏覽器展示的電子地圖。

監測專題圖是在監測數據、專題數據和統計分析成果的基礎上，利用地圖制圖、可視化技術，經符號化處理、注記調整、專題信息顯示、圖廓整飾處理后形成的監測專題地圖集。可利用ArcMap進行監測專題圖的制作，也可采用ArcGIS Server實現Web方式的監測專題圖制作。

監測報告是基于監測數據庫、統計分析成果和監測專題圖，根據監測內容與指標，形成的以文字、統計圖、統計表、報表、統計數據、插圖形式表達的典型地理國情監測報告。可利用Office Word等編輯器撰寫，也可采用HTML文本編輯器插件嵌入到Web應用平臺，實現監測報告的在線編輯。

2.6 監測成果發布展示

典型地理國情監測成果發布需以地理信息監測成果為基礎，以Web形式的地理信息服務為主要手段，建立標準、權威、統一的，且適合典型地理國情各行業或部門實際的地理國情信息服務平臺，從而滿足政府管理決策科學化、社會發展與國民經濟增長信息化、提高公眾生活質量等對地理信息服務的迫切需求，為其提供權威統一、方便快捷、更新及時的一站式在線地理國情信息服務。

典型地理國情監測面向政府、企業和公眾發布展示的成果主要包括國情現狀、監測時間段的地理信息、監測變化信息、監測信息統計與分析成果、監測專題圖、監測報告等。

典型地理國情信息服務平臺的搭建，可基于J2EE、.NET、SOA等Web應用開發的技術架構，GIS服務層采用ArcGIS Server為平臺客戶端提供底圖服務、數據服務和分析功能服務；Web應用服務層采用面向Java、.NET、Flex等常用的開發框架和相應的開發語言。為了體現典型地理國情信息服務在線數據處理、信息統計與分析、監測成果實時發布等特點，可基于Web開發典型地理國情監測信息整合提取、統計與分析、成果制作與入庫、服務發布等工序，從而實現Web客戶端典型地理國情監測在線實時共享服務；還可根據政府、企業和公眾的實際地理信息服務需求，適當增加與地理國情信息服務相關的應用服務，以提升地理國情監測的服務品質。

3 結 語

本文基于提出的典型地理國情監測信息分析發布技術流程和技術框架，面向城市發展變化監測專題，以重慶市萬州區為實驗區，采用RS、FME Desktop和FME Server進行監測信息整合提取，利用ArcGIS Server的GP服務、集成SPSS強大統計分析功能的ActiveX插件進行監測信息統計與分析，基于ArcGIS Server、ArcSDE和Oracle數據庫對監測成果進行入庫及管理，采用ArcGIS Server API for Flex、Flex Viewer框架進行監測成果發布展示，完成了典型地理國情監測信息分析發布集成平臺建設，平臺主界面如圖2所示。該平臺驗證了本文所提出的技術框架的可行性，為典型地理國情監測提供了參考。

圖2 地理國情監測信息分析發布平臺主界面

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P208

B

1672-4623（2017）07-0023-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.007

謝艾伶，碩士，工程師，現主要從事“數字城市”、地理國情監測工作。

2016-04-18。

項目來源：地理空間信息工程國家測繪地理信息局重點實驗室開放研究基金資助項目（201315）。