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摘 要： 【摘 要】數(shù)字城市升級到智慧城市是城市治理現(xiàn)代化的必然趨勢，地理空間框架數(shù)據(jù)是數(shù)字城市的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的共享與服務，也是智慧城市重要的空間數(shù)據(jù)基
【摘 要】數(shù)字城市升級到智慧城市是城市治理現(xiàn)代化的必然趨勢，地理空間框架數(shù)據(jù)是數(shù)字城市的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的共享與服務，也是智慧城市重要的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。智慧城市互聯(lián)互通的特性決定了只有實時動態(tài)更新的數(shù)據(jù)才能滿足城市的建設規(guī)劃、應急指揮、公共服務等智慧化運營管理需求。針對該問題，文章提出了一種基于基礎(chǔ)地理信息核心數(shù)據(jù)庫，通過建設快速更新系統(tǒng)，實現(xiàn)政務庫與發(fā)布庫同步更新的動態(tài)更新體系架構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字城市;智慧城市;地理信息數(shù)據(jù);動態(tài)更新
1 智慧城市對地理信息數(shù)據(jù)更新的要求
1.1 數(shù)字城市
數(shù)字城市廣義上指城市的信息化。它既是城市信息化總的概述，又是城市信息化的目標，即用數(shù)字化的手段來處理、分析和管理整個城市，促進城市運行的通暢和協(xié)調(diào)[1]。
隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，地理空間信息已經(jīng)成為城市管理、大眾日常生活不可缺少的組成部分，地理空間信息為城市發(fā)展、資源管理、環(huán)境治理、防災減災、交通運輸等諸多與社會可持續(xù)發(fā)展緊密相關(guān)的領(lǐng)域提供了基于空間位置的技術(shù)支持與服務，許多行業(yè)的生產(chǎn)方式在很大程度上得以改變，大大推動了經(jīng)濟社會的全方位發(fā)展。而地理空間框架是現(xiàn)代測繪體系的主要運行形態(tài)，是數(shù)字城市的重要組成部分之一。地理空間框架的建設運行，可從根本上改變地理信息服務的模式，實現(xiàn)從離線數(shù)據(jù)拷貝到在線服務的升級，對提升地理信息服務水平、挖掘地理信息數(shù)據(jù)的最大價值、增強社會組織對地理信息資源的開發(fā)和利用能力，具有重要意義。
1.2 從數(shù)字城市到智慧城市
2014年8月，國家發(fā)改委等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于促進智慧城市健康發(fā)展的指導意見》，提出智慧城市是運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)，促進城市規(guī)劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式[2]。
數(shù)字城市建設是智慧城市建設的必要條件，智慧城市是數(shù)字城市的必然趨勢。人口信息數(shù)據(jù)、政務數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)等數(shù)字化成果為智慧城市提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，如何利用大數(shù)據(jù)、人工智慧等技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進行有效的分析、挖掘，是智慧城市建設的關(guān)鍵所在。
1.3 智慧城市地理信息數(shù)據(jù)更新要求
據(jù)統(tǒng)計，人們?nèi)粘玫男畔⒅?0%以上與空間位置相關(guān)，地理信息已經(jīng)從專業(yè)領(lǐng)域應用走向了大眾的、泛在的應用。測繪地理信息成為城市建設、發(fā)展及管理等應用中必不可少的重要基礎(chǔ)信息。
智慧城市的核心在于建設城市運營的“大腦”，具有空間位置的地理信息數(shù)據(jù)是“大腦”進行分析的重要信息來源，只有實時更新的地理信息數(shù)據(jù)才能滿足城市的建設規(guī)劃、應急指揮、公共服務等智慧化運行管理需求。
2 地理信息數(shù)據(jù)動態(tài)更新體系方案
2.1 更新機制
隨著城市建設的不斷推進和數(shù)據(jù)采集手段的豐富，地理信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性問題日益突出，不斷更新的數(shù)據(jù)是地圖應用的核心價值之一，如何利用地理信息技術(shù)實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的實時更新，成為必須解決的問題。
通過對地理空間數(shù)據(jù)應用需求的分析，其更新機制可采用兩種模式：應急更新、定期更新。
2.1.1 應急更新
面對突發(fā)事件等應急情況，采取無人機、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代感知技術(shù)手段，快速獲取事發(fā)地及相關(guān)區(qū)域的航空航天影像數(shù)據(jù)、傳感監(jiān)測數(shù)據(jù)、地面實測數(shù)據(jù)及相關(guān)已有專題數(shù)據(jù)，這些高現(xiàn)勢性的數(shù)據(jù)需要及時通過地理信息公共服務平臺發(fā)布出來，滿足應急救災與風險管理需求[3]。
2.1.2 定期更新
制定基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)定期更新機制，按權(quán)重劃分區(qū)域，對不同區(qū)域的地理信息數(shù)據(jù)定期采集、定期更新。數(shù)據(jù)更新來源主要有兩種渠道：利用來自基礎(chǔ)測繪部門提供的高精度測繪成果資源進行更新、基于數(shù)字城市共建共享單位提供的權(quán)威數(shù)據(jù)資源進行更新。地理空間數(shù)據(jù)更新模式如圖1所示。
2.2 更新周期
更新周期可根據(jù)需求進行確定。每半年更新：城區(qū)的主、次干道、街區(qū)面及主要地名。每年更新：縣級及以上等級道路，地名地址數(shù)據(jù)。其他矢量圖層要素：結(jié)合市級基礎(chǔ)測繪更新周期進行更新;DEM：結(jié)合市級基礎(chǔ)測繪更新周期進行更新。根據(jù)建設過程中獲取資料的情況，更新周期可做調(diào)整。
2.3 更新流程
地理信息數(shù)據(jù)更新流程如圖2所示。
首先是基于基礎(chǔ)測繪部門提供的高精度測繪成果，維持基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的持續(xù)性更新，主要分政務版和公眾版兩個版本。
政務版電子地圖發(fā)布數(shù)據(jù)庫更新流程：基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提取模塊，首先提取對已更新的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，更新涉密電子底圖數(shù)據(jù)，同時更新涉密電子地圖的目錄數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)。
公眾版電子地圖發(fā)布數(shù)據(jù)庫更新流程：利用加密處理模塊，使用坐標偏移、涉密區(qū)域掩蓋等方式對已更新的涉密電子地圖進行安全處理，通過脫密檢查后，更新公眾電子地圖庫;同時更新公眾電子地圖庫的目錄數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)。
地理信息數(shù)據(jù)更新的過程，也是地理信息的元數(shù)據(jù)與目錄數(shù)據(jù)更新的過程。
3 動態(tài)更新體系框架設計
3.1 數(shù)據(jù)架構(gòu)
數(shù)據(jù)更新業(yè)務總體數(shù)據(jù)架構(gòu)由框架庫、發(fā)布庫、瓦片服務3個部分構(gòu)成，通過框架庫創(chuàng)建發(fā)布庫，發(fā)布庫同時引用瓦片服務。架構(gòu)圖如圖3所示。
在框架庫數(shù)據(jù)中，不同行業(yè)的矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)遵循公共地理信息服務平臺的數(shù)據(jù)標準，提供原始數(shù)據(jù)，由框架庫統(tǒng)一管理。矢量數(shù)據(jù)用GIS圖層進行管理，不同的物類有不同的圖層，各圖層的屬性結(jié)構(gòu)也不同，地圖配圖可使用 ArcGIS的mxd文件配置好地圖進行發(fā)布。柵格數(shù)據(jù)使用文件目錄方式管理原始影像，根據(jù)時相與柵格類型創(chuàng)建索引文件，時相與柵格類型使用相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
發(fā)布庫中，不同行業(yè)提交的框架數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)一的瓦片數(shù)據(jù)生產(chǎn)工具，生產(chǎn)出不同的多時相瓦片數(shù)據(jù)集，各個多時相瓦片數(shù)據(jù)集之間獨立管理。使用邏輯上的數(shù)據(jù)集表達多時相，采用相同結(jié)構(gòu)的瓦片數(shù)據(jù)集創(chuàng)建矢量瓦片數(shù)據(jù)集和柵格瓦片數(shù)據(jù)集，在空間范圍上進行數(shù)據(jù)聚合。
多時相的服務數(shù)據(jù)架構(gòu)與發(fā)布庫類似，不同行業(yè)的多時相瓦片數(shù)據(jù)集，發(fā)布不同的多時相瓦片服務，各個多時相瓦片服務之間獨立管理。可提供一個多時相元數(shù)據(jù)服務(可選)，對應于多時相瓦片服務。
3.2 技術(shù)架構(gòu)
數(shù)據(jù)更新中涉及的關(guān)鍵技術(shù)決策見表1。
多時相數(shù)據(jù)集的實現(xiàn)原理如圖4所示。
對于數(shù)據(jù)更新范圍接邊位置的不滿幅瓦片融合問題，如果發(fā)現(xiàn)新時相中出現(xiàn)有不滿幅的瓦片時，需要尋找上一時相對應區(qū)域瓦片數(shù)據(jù)填補不滿幅部分內(nèi)容。
3.3 業(yè)務流程設計
數(shù)據(jù)更新的總體業(yè)務流程如圖5所示。
數(shù)據(jù)更新流程可分為3個部分：更新基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫，更新發(fā)布庫(瓦片數(shù)據(jù)庫)，更新瓦片服務。
根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)生產(chǎn)工藝流程更新空間數(shù)據(jù)庫，處理方式保持不變。
發(fā)布庫的更新分為多時相電子地圖發(fā)布庫數(shù)據(jù)更新、多時相影像數(shù)據(jù)發(fā)布庫數(shù)據(jù)更新2個部分。
多時相電子地圖發(fā)布庫更新方法如下：首先從框架要素庫中獲取更新范圍，根據(jù)范圍計算相應的瓦片行列號，同時獲取時相信息，以此更新元信息，并通過符號表達更新配圖信息;緊接著直接生產(chǎn)新時相的瓦片數(shù)據(jù)集，由于自動標注的注記等問題的存在，使排版上產(chǎn)生不美觀，因此需要在瓦片邊緣處針對單個瓦片進行修訂;最后通過注冊工具，將新時相的瓦片數(shù)據(jù)集注冊到多時相數(shù)據(jù)集中，完成更新。
多時相影像地圖發(fā)布庫的更新方法如下：首先從多時相影像數(shù)據(jù)庫中提取更新范圍，工具該范圍更新元信息;然后采用先注冊再切片的方式在多時相瓦片數(shù)據(jù)集中注冊時相信息，電子地圖發(fā)布的做法是先切片、再注冊，之所以有這個差異，是因為影像數(shù)據(jù)的范圍問題可能導致出現(xiàn)不滿幅的瓦片，先注冊再切片，切片程序可以自動處理這種無效數(shù)據(jù)區(qū)域;接著根據(jù)時相信息生成新的瓦片數(shù)據(jù)集，完成更新。
瓦片服務的更新方法如下：根據(jù)發(fā)布庫提取的時相信息，計算范圍，清除服務中對應瓦片的緩存數(shù)據(jù)，完成更新。并提供要素更新信息查詢服務(WFS實現(xiàn))。
3.4 功能設計
數(shù)據(jù)快速更新系統(tǒng)與在線發(fā)布系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)互為補充，總體上按照管理的數(shù)據(jù)形態(tài)、用途、來源的不同將平臺快速數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)劃分為如下模塊。
(1)交換格式瓦片導入模塊。現(xiàn)有生產(chǎn)的標準交換格式瓦片，利用導入模塊直接導入發(fā)布庫，并注冊時相信息，進行多時相數(shù)據(jù)集管理。
(2)框架庫時相數(shù)據(jù)集生產(chǎn)模塊。在框架庫中的矢量數(shù)據(jù)或者影像數(shù)據(jù)完成更新后，需要生成對應的時相瓦片數(shù)據(jù)集。根據(jù)數(shù)據(jù)更新的范圍計算需要生成的瓦片對象，然后創(chuàng)建瓦片，寫入到新時相瓦片數(shù)據(jù)集中，完成更新區(qū)域數(shù)據(jù)實體到瓦片實體的形態(tài)轉(zhuǎn)化。
(3)多時相數(shù)據(jù)集管理模塊。完成上述新時相的瓦片數(shù)據(jù)集生產(chǎn)后，需要將此數(shù)據(jù)集注冊到多時相瓦片數(shù)據(jù)集中，供多時相服務訪問。在新時相瓦片數(shù)據(jù)集中可能會出現(xiàn)某個瓦片存在無效數(shù)據(jù)區(qū)域的情況，在創(chuàng)建該時相瓦片數(shù)據(jù)集時，可先注冊時相信息，再執(zhí)行瓦片切圖，這樣對無效區(qū)域的瓦片可以追溯上一時相的有效數(shù)據(jù)進行融合，保證數(shù)據(jù)的正確性。
(4)多時相瓦片服務管理模塊。提供多時相瓦片服務的發(fā)布、更新控制功能，自動清除被更新的瓦片緩存數(shù)據(jù)，發(fā)布數(shù)據(jù)更新元數(shù)據(jù)信息。
(5)多時相瓦片服務瀏覽查詢模塊。提供一個能夠瀏覽多時相瓦片數(shù)據(jù)，查詢多時相元數(shù)據(jù)信息的web前端應用。使用“時間軸”的方式查詢、瀏覽公共地理信息服務平臺中不同“時間切片”狀態(tài)下的空間數(shù)據(jù)。
4 結(jié)語
地理空間框架是數(shù)字城市的基礎(chǔ)，與空間位置有關(guān)的信息都離不開地理空間框架的支撐和服務[4]，智慧城市建設重要的地理信息數(shù)據(jù)來源，只有確保其現(xiàn)勢性、鮮活性，才能滿足智慧城市智能化運營的需求。做好基礎(chǔ)地理信息核心數(shù)據(jù)庫的維護，通過建設快速更新系統(tǒng)，可實現(xiàn)政務庫與發(fā)布庫同步更新，為智慧城市提供數(shù)據(jù)支撐服務。這一動態(tài)更新體系架構(gòu)已在數(shù)字南寧地理空間框架中實現(xiàn)，取得良好的效果。
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