地理实体数据库研究与实践

　　摘要：基于新型基础测绘背景，分析了国内外在地理实体数据库建设方面的现状，提出了满足多领域同时兼顾应用管理实际的实体分类及编码方法，研究了地理实体空间、时间和属性“三域标识”的表达，讨论了数据库及实体生产更新方法，创新应用实体概略图形于实体生产及管理过程中，并通过试生产进行理论方法的验证。

　　关键词：地理实体;分类与编码;多粒度;三域标识;新型基础测绘

　　1引言

　　在当前强大的IT技术支撑下，空间信息进一步深入到了社会各个应用领域，从陆地走向海洋、从地表走向空中及地层、从室外走向室内，从宏观走向微观，从专业领域走向社会大众。基于地图要素的传统GIS系统地理信息数据库，已无法满足现代GIS的应用需求，周成虎、张江水、华一新等提出了全空间信息系统的构想，阐明了其基本概念和特征，利用地理实体描述多粒度时空对象，再基于多粒度时空对象构建全空间信息系统[1-3]。地理实体区别与基础地理信息的关键点在于，它可被视为管理对象，能够方便地实现地理信息与社会、经济、自然资源等专题信息的挂接，是各类信息聚合载体[4]。

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　　随着我国社会经济的发展及自然资源管理国家战略、城市精细化管理快速推进，各领域对地理信息提出了更高的应用需求。国土资源部发文要求各地探索建立基于地理实体的成果采集和管理模式，逐步推动现有国家基础地理信息数据库向地理实体数据库的转型，发展以地理实体为主要表现形式的公共产品[5],所以建立地理实体数据库是地理信息应用及管理的必然趋势。本文在国内外地理实体研究的基础之上，基于上海市新型基础测绘体系建设试点项目“智能化全息测绘-基于地理实体的全息数据采集与建库”，以能落地建设为目标，探索科学合理的地理实体的分类与编码，研究实践地理实体数据库建设方法，希望有助于上海市地理信息服务转型升级，提高地理信息公共服务的能力。

　　2国内外研究现状

　　自地理实体概念提出以来，很多国家已开展了地理实及基于地理实体的地理信息数据库建设的研究及实验。SeungwooLee等采用Bootstraps算法从各种材料中提取国家、州、城市、河流、山脉、岛屿等地理实体，满足信息提取及自动问答系统的需要[6]。美国地理信息数据委员会在2008年发布了“地理信息框架数据内容系列标准”，对地籍、行政管理单元、水系、交通均采用面向实体的数据模型[7];欧洲议会通过了建设欧盟空间信息基础设施的决议，推出了与FGDC类似的一系列标准。国内在研建地理信息公共服务平台期间推出了《地理信息公共服务平台地理实体与地名地址数据规范》，对院落、房屋、政区、道路、铁路、河流等重要对象构建地理实体[8]，在2018年又推出了《地理实体空间数据规范》。贾丹针对目前国内实体数据构建现状，提出了全国地理实体的生产组织模式[9]。

　　浙江、江苏、重庆、四川等多地也开展了地理实体研究，一些项目还进行了数据生产试验。时空大数据平台建设大纲经过多年的不断改进，在2019年将地理实体数据纳入到基础时空数据系列中，以DLG为基础采集地理实体，并赋予唯一编码，作为与其它行业和专题数据进行关联的基础，增加“三域”标识，扩充相应的地理实体类API及服务[10]。不过，总体而言，国内地理实体的研究目前还处于探索阶段。国家相继出台了两部有关地理实体的相关标准，但还是属于局部探索或顶层设计，难以满足传统地理信息数据库向地理实体数据库转型的实际需求;也提出了地理实体的生产建库的诸多设想,但缺乏实际操作层面的指导，国内尚未有成熟的地理实体数据库建成果。

　　3地理实体分类与编码改进

　　由于地理实体在学科、领域、颗粒度、应用范围以及时间上的多样性和差异性，使得实际使用的地理实体的分类体系多种多样，不同学科之间、行业之间、不同应用需求之间，乃至科学家群体之间对地理实体的分类不一致[5]。国内目前的地理实体分类体系，基本采用了一致的方法，分为基本地理实体和扩展地理实体。基本地理实体指易于从基础地理信息数据成果中提取的通用性强的地理实体，包括行政区实体、境界实体、道路实体、河流实体、湖泊实体、房屋实体、院落实体。扩展实体可根据数据源情况进行定义。上海市目前正在实施的新型基础测绘是要满足超大城市的精细化管理需求，要支撑多行业的业务管理，所以上海新型基础测绘项目提出“智能化全息测绘”概念，“基于地理实体”、“能采尽采”、“不同要素不同精度”等理念。显然目前的地理实体的分类体系及涵盖面无法满足项目的需求，也无法满足时空大数据的管理与应用。

　　4地理实体概念及“三域”表达方法

　　要建立地理实体数据库，必须从地理世界的认知角度，基于数据库建立地理实体的概念模型，需要设计地理实体的空间、时间和属性“三域”的概念模型及表达方法

　　4.1如何理解地理实体人们对地理世界的认知和表达，是随着技术、工具的发展而不断提高的，有了地学及数学理论及工具，人们利用地图要素实现对地理世界的认知和表达，地图得以问世;当计算机技术、数据库技术及GIS技术发展，地图搬到了计算机中，基于地图要素建立了相应的地理信息数据模型，4D产品代表了传统GIS时代对地理世界的认知。

　　现在，建设数字孪生城市，要将现实世界搬到计算机中，用数字城市映射物理城市，将其作为数字底座，满足各行各业、满足专业及大众的地理信息需求，原有的基于地=图要素的数据模型已无法实现，需要从人的认知习惯的基于语义层面的地理实体模型，建立数据库模型。现实世界包括从微观到宏观的各个尺度范畴，目前的资源及技术手段还无法做到对具有无限的复杂性的所有地理实体进行描述，一般依据我们的当前需求，限定一定尺度或范围，研究有限的地理实体。例如，在进行城市规划时，需要将建筑物整体作为一个实体对象;在消防救援时，需要把一栋建筑物里的楼层、户、消防设施等分别作为实体对象。

　　5数据库逻辑模型

　　5.1逻辑结构

　　通过通用的地理实体数据库逻辑结构，来对多粒度实体对象本体、实体间的相互关系、实体与图元间的关系等进行逻辑表达。通过实体表存储各类地理实体数据，此表以索引的方式进行存储。在生产管理中各种数据实体分别存储在不同实体表，便于生产更新及管理。在利用时，采用非结构化数据库，提高利用查询操作，可以实现快速的查询和实体的分类统计。通过实体间关系表用来记录实体间的关联关系。

　　地理实体间存在多种关联关系，既包括业务关系，又包括空间关系。表中的关联类型字段可以根据实际的数据业务关系进行扩展，形成数据字典。实体分类表记录所有地理实体的分类，是数据实体的基础字典表。在此表中记录分类对应的地理实体数据表的表名，从而找到此类实体分类对应的数据表。根据地理实体分类编码的设计，在系统设计的阶段，即可完成此表数据的初始化。

　　通过实体扩展管理表，来管理和记录实体表相关联扩展信息，该表是数据实体的基础字典表。经过对数据实体的分析，实体的扩展属性表是与实体分类相对应，每类实体分类对应的扩展属性表是相同的，因此，实体扩展管理表与实体分类表进行关联。实体扩展表包括扩展属性表、网格关联表、业务信息表、专题信息表等，不同实体建模时，定义相关的扩展信息表。实体分类图元关系表，管理和记录实体分类所对应的图元表，记录图元表的表名，该表是数据实体的基础字典表。

　　6地理实体数据的生产及更新模式设计

　　地理实体数据来源广泛，包括传统基础地体信息数据库、点云、影像、三维模型、时空大数据、动态实时数据、各行业地理信息等。由于基础地理信息数据库的要素图形与地理实体的二维图元的要求非在常接近，三维模型库的中的三维模型与地理实体的三维图元的要求非常接近，因此在建设地理实体数据库的初级阶段，本文优先选择基础地理数据库及三维模型库并进行改造升级，作为地理实体的图元层。在地理实体的生产管理过程中，采用实体的大致范围边界，作为实体的概略图形，没有明确边界的或边界不太重要的，采用其中心线或中心点作为概略图形，极大方便实体数据的生产、质检、更新等工作。

　　7结束语

　　本文结合当前城市精细化管理的实际应用，提出了满足多领域同时兼顾应用管理实际的实体分类及编码方法，研究了地理实体空间、时间和属性“三域标识”的表达，讨论了数据库及实体生产更新方法，并通过试生产进行理论方法的验证。在应用过程中还要不断完善，才能很好满足不同的需求。生产过程、更新维护模式也需要与信息化手段、互联网加及大数据技术相匹配。同时地理实体数据库是新时期地理信息应用的基础设施，其在概念、标准、生产模式、更新模式上都还处在探索阶段，数据库的建设复杂，内容多，任务艰巨，需要投入大量的人力物力，做好阶段性生产规划。

　　参考文献

　　[1]周成虎.全空间地理信息系统展望[J].地理科学进展,2015,34(2):129-131.

　　[2]张江水,华一新,李翔.多粒度时空对象建模的基本内容与方法[J].地理信息世界,2018,25(2):12-16.

　　作者：郭功举1林木棵1刘一宁1

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