測繪地理信息聚合系統(tǒng)建構(gòu)及其功能實(shí)現(xiàn)

楊阿蘭

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽472000）

1 引言

測繪地理信息系統(tǒng)基于地理科學(xué)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫和地理信息創(chuàng)建系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)使系統(tǒng)對地理信息進(jìn)行收集、加工與存儲。地理信息系統(tǒng)可以對地理信息進(jìn)行收集，對地物進(jìn)行定位，并且實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃[1]。目前，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用已滲透到城市管理與建設(shè)的各個(gè)方面，系統(tǒng)自身的性能也不斷完善，能夠?qū)?fù)雜、大量的地理信息進(jìn)行處理。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

測繪地理信息聚合系統(tǒng)總體框架包括通過表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層，如圖1所示。

1）數(shù)據(jù)層：測繪地理信息聚合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來源于互聯(lián)網(wǎng)，如相關(guān)領(lǐng)域單位的官網(wǎng)、主流新聞網(wǎng)站、測繪地理信息單位官網(wǎng)等。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2）業(yè)務(wù)邏輯層：主要業(yè)務(wù)包括信息查詢、信息展示、網(wǎng)頁解析、信息存儲、主題詞配置等。

3）表現(xiàn)層：由測繪地理信息展示系統(tǒng)與采集子系統(tǒng)構(gòu)成。信息采集子系統(tǒng)由業(yè)務(wù)邏輯層采集入口設(shè)置、主題詞配置、信息存儲、網(wǎng)頁解析等業(yè)務(wù)功能集成，利用C/S架構(gòu)開發(fā)，收集互聯(lián)網(wǎng)測繪地理信息；信息展示子系統(tǒng)由業(yè)務(wù)邏輯層信息查詢與展示業(yè)務(wù)功能集成，使用B/S架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，為公眾用戶提供測繪地理信息查詢功能[2]。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

測繪在數(shù)字化城市建設(shè)過程中有重要作用，在測繪過程中應(yīng)用地理信息系統(tǒng)存在歷史必然性。但是，要求對測繪體系進(jìn)行完善，創(chuàng)建全新的測繪體系。在創(chuàng)建數(shù)字化城市的過程中，要求為測繪工作創(chuàng)建數(shù)據(jù)處理平臺，使其具備數(shù)據(jù)存儲、收集功能，可生成成品數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)的核心，可以對地理空間信息進(jìn)行收集，完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理平臺的創(chuàng)建，利用繪圖與表格統(tǒng)計(jì)的方式展現(xiàn)城市地理空間分布，從而生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型創(chuàng)建，如景觀模型、地圖模型。景觀模型是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要模型，通過地圖模型可以得出地圖信息，并通過場地模型收集的影像數(shù)據(jù)展現(xiàn)地圖。在數(shù)據(jù)處理過程中，需要篩除干擾性信息，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)化，分析數(shù)據(jù)的價(jià)值，賦予數(shù)據(jù)相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，建立地理信息服務(wù)平臺。

3.1 軟件構(gòu)成

測繪地理信息聚合系統(tǒng)主要由GIS平臺、操作平臺、應(yīng)用軟件與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)過程中，需考慮以上4方面內(nèi)容。軟件體系的構(gòu)成[3]如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件體系

3.1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

測繪地理信息聚合系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)，早期GIS系統(tǒng)通過文件的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，將非空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。但是，數(shù)據(jù)的鏈接較困難，既增加了用戶操作難度，又限制了系統(tǒng)功能。在新一代支持空間數(shù)據(jù)商用數(shù)據(jù)庫的開發(fā)過程中，可以通過數(shù)據(jù)庫對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并且可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的無縫鏈接。另外，可以實(shí)現(xiàn)開放式GIS的跨平臺操作，對城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)服務(wù)功能與目標(biāo)定位進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，在新一代城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)創(chuàng)建過程中，利用空間型商用數(shù)據(jù)庫十分必要?？傮w來說，可以利用對象-關(guān)系形式統(tǒng)一管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

3.1.2 操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)為微軟公司W(wǎng)indows系列，近期，Linux系統(tǒng)的使用也越來越廣泛，如果實(shí)際項(xiàng)目對系統(tǒng)的可靠性、安全性與系統(tǒng)性存在較高要求，可以使用Unix操作系統(tǒng)[4]。

3.1.3 GIS平臺

現(xiàn)代商業(yè)化GIS軟件產(chǎn)品較多，通過相互融合與借鑒，其在功能方面具有趨同傾向?？傮w分析，每個(gè)GIS軟件供應(yīng)商皆提供單機(jī)版本GIS、控件GIS、網(wǎng)絡(luò)GIS等產(chǎn)品。各種GSI平臺略有差別，但大量GIS工程案例顯示，GIS平臺并不是測繪地理信息集合系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)創(chuàng)建成敗的主要原因[5]。因此，選擇GIS平臺時(shí)需充分考慮以下因素：（1）城市規(guī)模；（2）技術(shù)適用性，不僅要分析目前需求，還要具備超前性；（3）性能價(jià)格比與承受能力；（4）GIS平臺整體技術(shù)架構(gòu)與體系，平臺供應(yīng)商技術(shù)、服務(wù)、經(jīng)濟(jì)實(shí)力與可持續(xù)發(fā)展；（5）實(shí)用性。

3.1.4 應(yīng)用軟件開發(fā)

以用戶需求為依據(jù)開發(fā)應(yīng)用軟件，通過GIS空間與GIS平臺實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)。開發(fā)工具不僅可以使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)語言，還能使用GIS平臺自身專用開發(fā)工具。應(yīng)用軟件大部分可直接面向用戶，主要功能為圖形操作、統(tǒng)計(jì)分析、查詢、輸入輸出、可視化顯示等，利用應(yīng)用軟件集成數(shù)據(jù)庫、OA、GIS等系統(tǒng)。

3.2 地名地址匹配

在文本或者主題中抽取地名地址皆屬于非結(jié)構(gòu)化的地理信息，其缺乏空間地理坐標(biāo)，需進(jìn)行空間定位。測繪地理空間框架基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)含有超過6×105條的地名地址數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)包括地名地址名稱、地理實(shí)體名稱與空間坐標(biāo)信息，將其作為空間參考庫匹配地名地址，掛接各個(gè)行業(yè)數(shù)據(jù)屬性信息，從而實(shí)現(xiàn)空間定位。

地名地址的匹配方式主要包括模糊匹配與精確匹配，精確匹配指網(wǎng)頁文本具備詳細(xì)地理信息空間定位；模糊匹配則能針對網(wǎng)頁文本描述不全或粗略的地理信息進(jìn)行空間定位。在匹配地名地址過程中，網(wǎng)頁文本地名地址描述與標(biāo)準(zhǔn)化描述不同，進(jìn)而增加了地名地址匹配的難度，因此，要求將標(biāo)網(wǎng)頁文本的地名地址準(zhǔn)化。在程序中將地名地址描述為可擴(kuò)展樹狀模型，切分網(wǎng)絡(luò)文本地名地址，根據(jù)樹狀模型從上到下依次匹配，在上級節(jié)點(diǎn)成功匹配后，繼而搜索下級節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配，直到地址參考庫中無法尋找地名地址描述。以權(quán)重群概況對此地名地址描述進(jìn)行確定，使此時(shí)地名地址參考庫的行業(yè)數(shù)據(jù)與坐標(biāo)信息屬性信息相互連接，進(jìn)而進(jìn)行空間坐標(biāo)定位。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘

多元空間數(shù)據(jù)在一處匯聚時(shí)，呈現(xiàn)出不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高維數(shù)據(jù)、度量單位和投影體系，因此，需要清理空間數(shù)據(jù)。已經(jīng)抓取的網(wǎng)頁文本數(shù)據(jù)內(nèi)容較為繁雜，部分內(nèi)容為冗余數(shù)據(jù)，甚至完全無關(guān)，其對具有價(jià)值的信息產(chǎn)生影響。如部分文本中含有非線性數(shù)據(jù)信息，且無法直接使用，則應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，使數(shù)據(jù)維度降低。不同行業(yè)的數(shù)據(jù)特征各不相同，需要對行業(yè)數(shù)據(jù)特征信息進(jìn)行挖掘，從而發(fā)現(xiàn)行業(yè)數(shù)據(jù)信息規(guī)律。本文利用支持向量機(jī)監(jiān)督分類方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，基于經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)與統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)最小化，可使非線性、小樣本、高維模式識別問題得以解決。通過支持向量機(jī)核函數(shù)創(chuàng)建區(qū)分不同行業(yè)的數(shù)據(jù)信息，隨機(jī)抽取10 000條以上的行業(yè)數(shù)據(jù)記錄樣本，統(tǒng)計(jì)各行業(yè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率；隨后創(chuàng)建訓(xùn)練樣本特征空間分詞庫；最后，利用支持向量機(jī)分類方法分類位置文本。中文分詞詞庫對照見表1。

3.4 數(shù)據(jù)組織設(shè)計(jì)

屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的組織為系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)，合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)組織能提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，便于系統(tǒng)使用。通過應(yīng)用需求分析，可以根據(jù)地物特征進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)分層，以地物空間分布地域單元、同異性、同質(zhì)性、完整性實(shí)現(xiàn)分區(qū)。在相同關(guān)系數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的存儲，為了提高數(shù)據(jù)查詢與檢索效率，需要在數(shù)據(jù)庫中通過統(tǒng)一的尺寸進(jìn)行存儲。為了使數(shù)據(jù)使用更便捷，應(yīng)充分調(diào)用城市空間數(shù)據(jù)。

表1 中文分詞詞庫對照

3.4.1 數(shù)據(jù)分層

地形圖是空間定位的主要工具，應(yīng)用范圍廣泛?？紤]到對目前、未來的潛在應(yīng)用，地形圖需基于物理分層和邏輯分類進(jìn)行創(chuàng)建。物理圖層由控制點(diǎn)、道路中心線、線狀地物和面狀地圖構(gòu)成；邏輯分層是指以國家標(biāo)準(zhǔn)分類代碼為依據(jù)進(jìn)行地圖分層，如城市規(guī)劃圖、道路紅線圖及管線圖等。

3.4.2 庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要通過數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建表格對象，對整數(shù)字段進(jìn)行存儲，隨后進(jìn)行圖形、屬性、顯示符號等信息的添加。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中，需要充分考慮國家標(biāo)準(zhǔn)分類代碼體系，利用地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充和完善，并通過系統(tǒng)的特殊業(yè)務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.4.3 存儲方式

傳統(tǒng)GIS是指通過文件的方式進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的存儲與快速查詢。因此，數(shù)據(jù)量較大時(shí)，會影響空間數(shù)據(jù)的檢索、顯示與查詢速度。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，要求利用劃分單元和分層的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。

3.5 數(shù)據(jù)處理

地理信息聚合系統(tǒng)需要計(jì)算機(jī)軟件及硬件的支持，否則，無法實(shí)現(xiàn)地理空間信息數(shù)據(jù)收集和處理。完成數(shù)據(jù)收集后，面臨數(shù)據(jù)處理問題，可利用數(shù)據(jù)加工與處理專業(yè)軟件完成。地理空間信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)降乩硇畔⑾到y(tǒng)之后無法直接使用，要先對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和編輯，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，利用拓?fù)浞绞胶蛨D形結(jié)合對數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析。在數(shù)據(jù)處理過程中，地理信息系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是可以利用其分析屬性，得出數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性。如果收集的信息較復(fù)雜，且關(guān)系較明顯，需通過建模方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于不同的城市對測繪的需求不同，在數(shù)據(jù)處理前，應(yīng)基于差別較大的數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行分析，從而使測繪結(jié)果能滿足不同的實(shí)際需求。

3.6 空間分析

地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能，即對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，并對地理空間進(jìn)行全面的分析。軟件分析數(shù)據(jù)可以利用定性、定量的方法對空間位置進(jìn)行描述，并與各學(xué)科進(jìn)行綜合，除了使用地理學(xué)，還包括區(qū)域?qū)W、物理學(xué)等知識和理論。空間地理描述還需利用統(tǒng)計(jì)學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)，因此，只有全面掌握相關(guān)知識，才能保證空間定位和測繪的精準(zhǔn)性，為后續(xù)的測繪工作打下基礎(chǔ)。

3.7 空間組織設(shè)計(jì)

地形圖是進(jìn)行空間定位，反映地物空間分布的主要工具，使用范圍較為廣泛。地形圖包括物理分層，根據(jù)邏輯分類建庫。物理圖層主要包括面狀、線狀地物和道路中心線、交叉口等；邏輯層分類根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)分類代碼進(jìn)行地形分層。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代城市化進(jìn)程中，需深入了解整體地理信息系統(tǒng)，只有全面掌握地理信息系統(tǒng)相關(guān)理論，才能將地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于城市規(guī)劃中。城市地理信息系統(tǒng)較為復(fù)雜，與城市建設(shè)密切相關(guān)。因此，在城市化進(jìn)程中，需要與國際接軌，通過地理信息系統(tǒng)促進(jìn)城市化發(fā)展，提高城市化水平，為有效管理城市提供技術(shù)支持。