河南省時(shí)空信息框架建設(shè)思考

付治河

習(xí)近平總書(shū)記在黨的十九大報(bào)告中提出：“推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，建設(shè)數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)。”

當(dāng)今社會(huì)已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，人類活動(dòng)及社會(huì)發(fā)展已積累了海量數(shù)據(jù)資源，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的普及，數(shù)據(jù)資源還將以指數(shù)級(jí)的速度擴(kuò)張。

大數(shù)據(jù)的特征是存儲(chǔ)體量大、種類多、挖掘信息的速度快、產(chǎn)生的價(jià)值大。如何利用大數(shù)據(jù)思維，構(gòu)建新型基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)，更好地服務(wù)包括自然資源在內(nèi)的各行各業(yè)，成為測(cè)繪地理信息轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵，因此，河南省測(cè)繪地理信息局適時(shí)提出建設(shè)河南省時(shí)空信息框架。

時(shí)空信息框架的建設(shè)背景

現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)超過(guò)80%都與地理位置有關(guān)。時(shí)空數(shù)據(jù)是同時(shí)具有時(shí)間和空間維度的數(shù)據(jù)，包括時(shí)間、空間、專題屬性三維信息，具有多源、海量、更新快速的綜合特點(diǎn)。

新形勢(shì)下，自然資源部國(guó)土測(cè)繪司武文忠司長(zhǎng)明確指出：圍繞自然資源部核心職責(zé)的履行，積極轉(zhuǎn)換理念和角色，讓測(cè)繪保障這一技術(shù)手段更好用、更得力。在產(chǎn)品類型上，從目前的4D 產(chǎn)品向一體化時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)“一庫(kù)多能、按需組裝”的個(gè)性化服務(wù)；要積極探索“統(tǒng)一規(guī)劃、分級(jí)實(shí)施、協(xié)同更新”的新型基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)地理實(shí)體只測(cè)一次的目標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)測(cè)繪地理信息轉(zhuǎn)型升級(jí)目標(biāo)，測(cè)繪工作需要從面向產(chǎn)品到面向應(yīng)用轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)測(cè)繪產(chǎn)品來(lái)源單一，由測(cè)繪地理信息部門生產(chǎn)制作，形成了多種類型的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括多比例尺地形數(shù)據(jù)庫(kù)、多時(shí)相的影像庫(kù)、地理國(guó)情數(shù)據(jù)庫(kù)、自然資源和空間地理數(shù)據(jù)庫(kù)，而應(yīng)用相對(duì)較少，都是以4D產(chǎn)品、電子地圖的形式提供服務(wù)，各行各業(yè)使用測(cè)繪數(shù)據(jù)的門檻較高。

在目前的技術(shù)背景和應(yīng)用需求下，我們認(rèn)為新型測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)該來(lái)自測(cè)繪、住建、交通、水利等多部門，兼容不同結(jié)構(gòu)，形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、具備時(shí)空特征的基礎(chǔ)、通用數(shù)據(jù)庫(kù)。新型數(shù)據(jù)成果可以降低時(shí)空數(shù)據(jù)的使用門檻，方便服務(wù)各行各業(yè)，讓測(cè)繪工作從之前的重生產(chǎn)輕應(yīng)用向統(tǒng)一管理、豐富應(yīng)用轉(zhuǎn)變。

河南省利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織和生產(chǎn)方式，積累了豐富的數(shù)據(jù)資源，即覆蓋全省的基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)、地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其中，1 ∶1 萬(wàn)地形圖數(shù)據(jù)覆蓋全省六次，地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)覆蓋全省三次，形成了多個(gè)版本的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。但是每個(gè)版本之間的數(shù)據(jù)沒(méi)有關(guān)聯(lián)關(guān)系，難以實(shí)現(xiàn)時(shí)序性表達(dá)，不能支撐數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)挖掘。比如，要進(jìn)行沿黃河生態(tài)帶的規(guī)劃，需要提取大堤范圍內(nèi)的人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。這種貌似簡(jiǎn)單的需求，需要先調(diào)取、整合、空間化不同數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，才能得到最終成果，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間和較多人力。這說(shuō)明，原有的空間數(shù)據(jù)庫(kù)及其組織方式，逐漸不能滿足新的需求。

● 時(shí)空大數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景

用新型基礎(chǔ)測(cè)繪要求作為衡量尺度，以往建立的多時(shí)相、多尺度、多分辨率的數(shù)據(jù)資源，尚存在很多不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）地理底圖服務(wù)無(wú)法滿足跨部門信息關(guān)聯(lián)整合。原來(lái)的測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)是一種二維、三維的信息表現(xiàn)形式，與其他部門的一維表格數(shù)據(jù)形式很難融合和關(guān)聯(lián)，在應(yīng)用中需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力整合地理信息數(shù)據(jù)和行業(yè)專題數(shù)據(jù)。因此，要降低地理信息的使用和共享難度，與其他種類數(shù)據(jù)在同一個(gè)維度上進(jìn)行交換共享。

（2）數(shù)據(jù)分類無(wú)法提供智能化的地圖服務(wù)。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)空間數(shù)據(jù)的需求多樣化、個(gè)性化，測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)種類、顆粒度和表現(xiàn)形式上，無(wú)法滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)、大眾需求的發(fā)展需要，急需提供可定制的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。

以制圖方式為例，在面對(duì)不同行業(yè)個(gè)性化定制的需求時(shí)，不能及時(shí)快速實(shí)現(xiàn)制圖表達(dá)。比如：河南大學(xué)的建筑物，文物部門認(rèn)為是文物，教育部門認(rèn)為是個(gè)教育場(chǎng)所，消防部門則認(rèn)為是個(gè)重點(diǎn)安全保障單位。不同部門有不同的認(rèn)知，需要針對(duì)不同部門，解決如何快速制圖的難題。

（3）電子地圖更新需要解決大數(shù)據(jù)帶來(lái)的多源數(shù)據(jù)協(xié)同問(wèn)題。測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施，其顯著特點(diǎn)是具有唯一性。唯一性特點(diǎn)是以時(shí)空數(shù)據(jù)為底，關(guān)聯(lián)各行各業(yè)中方方面面的數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)協(xié)同和關(guān)聯(lián)挖掘能力的保障。

各行各業(yè)的數(shù)據(jù)，尚未統(tǒng)一到一個(gè)底板上，數(shù)據(jù)本質(zhì)是分散、沒(méi)有關(guān)系的。比如：一個(gè)人，一間房，一個(gè)公司，難以找到其共同基礎(chǔ)。但是，所有數(shù)據(jù)都與時(shí)間和空間相關(guān)，時(shí)空信息具備天然的唯一性，因此可以時(shí)空信息為底，承載其他所有數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的時(shí)空底板，具備多源數(shù)據(jù)協(xié)同、關(guān)聯(lián)挖掘的能力。

● 時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)內(nèi)容

（4）數(shù)據(jù)組織無(wú)法支撐多尺度數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新問(wèn)題。測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)是有尺度的，傳統(tǒng)比例尺是特定歷史條件下的產(chǎn)物，已不適合當(dāng)前的大數(shù)據(jù)時(shí)代。傳統(tǒng)的多尺度基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)分別更新生產(chǎn)的方法效率低下，需要經(jīng)過(guò)地圖更新、地圖縮編等一系列步驟。急需找到一種數(shù)據(jù)組織方式，能夠?qū)崿F(xiàn)增量更新，記錄其更新地物和時(shí)間，解決更新效率和時(shí)序關(guān)系問(wèn)題。

根據(jù)近兩年的研究和探討，在原有河南省基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，河南省測(cè)繪地理信息局提出進(jìn)一步研究新型測(cè)繪產(chǎn)品，提升地理信息資源綜合管理能力，建設(shè)以地理實(shí)體為核心的、統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)的綜合河南省時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)，建成河南省智慧時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施省級(jí)節(jié)點(diǎn)，發(fā)揮時(shí)空大數(shù)據(jù)的載體功能，為河南省省級(jí)大數(shù)據(jù)建設(shè)提供基礎(chǔ)時(shí)空數(shù)據(jù)支撐。

時(shí)空信息框架的建設(shè)思路

時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)并非簡(jiǎn)單將原有基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)加上時(shí)間標(biāo)記，而是采用一種全新的數(shù)據(jù)組織形式管理和應(yīng)用數(shù)據(jù)，即以新型地理實(shí)體為核心建設(shè)時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)省市一體化生產(chǎn)時(shí)空大數(shù)據(jù)，滿足多層次需求，實(shí)現(xiàn)共建互惠。

時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)內(nèi)容主要有兩部分：一是對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)體化、時(shí)空化改造；二是研發(fā)地理實(shí)體數(shù)據(jù)生產(chǎn)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)。其中，最重要的是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)體化。

地理實(shí)體，即現(xiàn)實(shí)世界中具有共同性質(zhì)的自然或人工地物，是具有社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義的最小地理單元，可以是一條路、一棟建筑或者一個(gè)公園。在這個(gè)地理實(shí)體中，定義了唯一標(biāo)識(shí)，記錄空間坐標(biāo)和地址信息。也就是說(shuō)，它是一個(gè)具有唯一標(biāo)識(shí)的地理單元。唯一標(biāo)識(shí)，就像人口庫(kù)中的身份證號(hào)和法人庫(kù)中的信用代碼。通過(guò)身份證號(hào)，能夠查詢特定人是否有房有車、違法記錄、出行信息等與個(gè)人相關(guān)的全部信息。同樣，通過(guò)地理實(shí)體唯一編碼，能查到與這一地理實(shí)體相關(guān)聯(lián)的建筑物、公司甚至個(gè)人信息。不同的是，它具有更加廣泛的承載和關(guān)聯(lián)能力，是統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)，是所有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的橋梁。

● 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增量化更新

地理實(shí)體的核心作用是以新型地理實(shí)體數(shù)據(jù)產(chǎn)品概念為出發(fā)點(diǎn)，解決地理信息唯一性的問(wèn)題，為用戶提供具有唯一標(biāo)識(shí)碼的地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品。通過(guò)維護(hù)這一套唯一標(biāo)識(shí)碼，建立一個(gè)新型地理信息應(yīng)用基準(zhǔn)，存儲(chǔ)、管理省市縣各級(jí)、各比例尺、各時(shí)期數(shù)據(jù)，基于全省統(tǒng)一編碼與各類專題數(shù)據(jù)掛接，支持檢索地理實(shí)體任一時(shí)間或指定比例尺數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空間地理信息與專業(yè)屬性的松耦合聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)與屬性信息的分離和各自維護(hù)目標(biāo)。

通過(guò)地理實(shí)體，數(shù)據(jù)不僅是給人看的地圖，更是便于計(jì)算機(jī)識(shí)別和挖掘的信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)增量更新，只記錄不同年份發(fā)生變化的部分，以便表達(dá)不同年份數(shù)據(jù)的時(shí)序關(guān)系。

以一條道路為例，不變時(shí)，變化時(shí)，消失時(shí)，以往是通過(guò)整圖幅進(jìn)行更新，工作量大且針對(duì)性不強(qiáng)。地理實(shí)體庫(kù)建成后，則發(fā)生變化才更新。比如，道路的C、D、E點(diǎn)發(fā)生變化，只需更新記錄C、D、E路段和更新年份，不發(fā)生變化的路段不予更新。所有年份數(shù)據(jù)保存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可隨時(shí)抽取查看，解決了數(shù)據(jù)增量化更新和時(shí)序化表達(dá)的難題，為多源數(shù)據(jù)更新提供了一個(gè)技術(shù)途徑。

經(jīng)實(shí)體化建設(shè)后，傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為新型時(shí)空數(shù)據(jù)，具備了時(shí)空唯一性，使其可賦能各行各業(yè)或被各行各業(yè)所賦能，空間化處理、智能化制圖、關(guān)聯(lián)挖掘等問(wèn)題迎刃而解。在服務(wù)政府方面，能夠掛接人口、法人、經(jīng)濟(jì)、部件等各類數(shù)據(jù)，是政務(wù)大數(shù)據(jù)的時(shí)空基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)跨部門信息整合和多源數(shù)據(jù)協(xié)同。

當(dāng)前，河南省測(cè)繪地理信息局已完成河南省時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)總體方案設(shè)計(jì)及地理實(shí)體數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定，并以漯河為試驗(yàn)區(qū)開(kāi)展了地理實(shí)體數(shù)據(jù)生產(chǎn)，建立了完善的生產(chǎn)方案和作業(yè)規(guī)程，為全省時(shí)空數(shù)據(jù)框架建設(shè)做好鋪墊。

2019 年初，自然資源部《地理實(shí)體空間數(shù)據(jù)規(guī)范》正式發(fā)布，地理實(shí)體數(shù)據(jù)正向我們走來(lái)。時(shí)空數(shù)據(jù)框架，帶來(lái)了測(cè)繪地理信息的整體提升，從空間基準(zhǔn)升級(jí)到時(shí)空基準(zhǔn)，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)到時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)升級(jí)為時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)，建立一個(gè)清晰、準(zhǔn)確的時(shí)空數(shù)據(jù)底板（框架），可以為自然資源監(jiān)管、綜合治理、應(yīng)急管理等方面提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

● 時(shí)空數(shù)據(jù)框架，帶來(lái)了測(cè)繪地理信息的整體提升