摘要:隨著城市化進程的加快，城市地理空間數據呈現爆炸式的增長，且城市地理空間數據來源多樣、數據標準不一，提取和整合城市空間數據是當前迫切需要解決的問題。本文從數據基準、基礎框架數據的制作、數據庫設計等方面進行了研究，并就關鍵技術的實現方式列舉出相關應用實例，擬為大數據的挖掘和分析提供一些思路和方法。

　　關鍵詞:地理空間數據;大數據;坐標系統;高程基準

　　0引言地理空間數據(Geospatialdata)是空間數據(spatialdata)的一種特殊類型，是面向主題的、集成的、動態更新的、持久的空間數據集合[1]。定義范圍有廣義和狹義之分[2]。狹義來說，空間數據可以循環利用，“跨界”來用，如可以進行機票的預測與預定分析;廣義來說是把不同行業的數據“混搭”，放在一起進行關聯性分析，目前，很多研究還處在狹義地理空間大數據的層面上。

　　地理論文投稿刊物：《城市地理》(月刊)創刊于2006年，是由西南大學主辦的綜合性期刊。中國唯一一本真正深入城市內部的時尚地理旅游類雜志。

　　隨著城市化率的提高，地理空間數據呈爆炸式增長[3]。基于城市的地理空間大數據生產、管理和應用顯得尤為重要。與地理空間數據相比，城市地理空間數據的種類更加繁多、來源更加多樣、處理更加復雜、采集手段更加多樣化。進入數字化測繪以來，傳統的全站儀、GNSSRTK測繪技術，逐漸同新興的地面移動測量、無人機測繪、InSAR測技術融合，形成“空天地”一體的多源測繪技術的地理空間數據采集手段。如何利用、提取、整合和應用這些城市地理空間數據，是“數字城市”“智慧城市”建設急需解決的問題。

　　1城市地理空間大數據構成

　　城市地理空間大數據包括基礎地理空間框架數據、行業地理空間專題數據、其他地理空間數據。基礎地理空間框架數據主要由強GIS部門，如國土測繪部門基于城市基礎測繪的成果按照一定的方法和標準進行制作，一般由房屋、院落、道路、鐵路、水系相關的點線面的矢量要素組成[4-5]，以及不同分辨率的數字正射影像和數字高程模型成果(柵格數據)，它是城市地理空間數據的重要基礎和組成部分;行業地理空間專題數據主要由弱GIS部門，如公安、園林等部門按照應用需求和標準制作的行業應用專題數據(矢量數據);其他地理空間數據主要包括由非專業部門(導航地圖公司、公眾部門)制作的興趣點等公眾地理空間數據(矢量數據)等。

　　2城市地理空間大數據關鍵技術

　　隨著當前技術的發展，人們可以隨時隨地獲取帶有個體標記和時空語義信息的數據[6-7]，由于不同部門、不同行業的地理空間大數據具有多類型、多時態、多參考系等特點[8]，為確保不同數據源的地理空間框架數據能夠有效地統一和融合在一起，在大數據的獲取、預處理、存儲、檢索、應用、安全等各環節均應按照一定的方法進行相應的處理。本文重點討論城市地理空間數據的預處理和數據存儲方面所需要關注的關鍵技術。

　　2.1統一數據基準為有效利用地理空間數據，首先應對各類數據統一基準，基準的統一包括坐標系統、高程系統、時間系統等方面的統一。全球或區域性的坐標系統統一、高程基準面統一、時間系統的統一始終是大地測量學研究的主要內容之一，對于構建“數字地球”“數字中國”“數字城市”及研究全球或區域性環境變化具有重要的科學意義和現實意義。根據國家自然資源部的規定和要求，坐標和高程基準統一采用CGCS2000坐標系，1985國家高程基準[9]。

　　2.1.1統一坐標系統

　　統一坐標系統的技術方法主要通過聯測國家高等級控制點，求取各坐標系統的轉換參數，然后針對不同的數據成果，編制相應的轉換程序，將不同坐標系統的地理空間數據統一轉換為2000國家大地坐標系成果。坐標聯測一般選取3個以上國家高等級控制點同轉換區域范圍內的地方坐標系控制點，采用高等級的靜態GNSS觀測方法進行外業聯測，再利用GNSS平差軟件獲得各聯測控制點的不同坐標系統的成果;然后，利用控制點的不同坐標系統成果，選取合適的坐標轉換模型，求取模型轉換參數，轉換精度達到《2000國家大地坐標系推廣使用技術指南》的內符合、外符合精度要求的前提下，編制相應的轉換軟件并利用求取的轉換參數對地理空間數據進行坐標轉換;最終，所有的地理空間數據均轉換為2000國家大地坐標系成果。

　　2.1.2統一高程系統

　　高程基準有正高系統、正常高系統、大地高系統。我國采用正常高系統坐標高程的基準，其基準面是大地水準面，是地理空間高度信息的基準面，也就是我們常說的海拔高。國家發布的“1956年黃海高程系統”和“1985國家高程基準”相差0.029m，這些高程差異，對成果高度統一和成果的共享、應用帶來一定困難，特別是對高程基準要求高的工程建設項目，如飲水工程建設、形變監測等。

　　此外，“1985國家高程基準”于1996年和2017年又分別進行了全國一、二等水準網的復測工作，復測平差的結果同1985年的成果也略有差異，為統一高程基準，一般將其他高程基準系統向國家規定使用的“1985國家高程基準”進行統一。因此，首先確定成果的高程系統，然后計算同“1985國家高程基準”的差異，再選擇合適的轉換模型，編制不同的應用程序對不同的成果數據進行成果改化，經過精度評估和檢查達到要求后提交。

　　2.2基礎框架數據制作

　　地理空間框架數據的生產和制作，一般利用國土測繪部門的基礎地理信息數據，如DLG成果按照要素選取、數據提取和數據重組等實現地理信息對象化，實現房屋、院落、道路、鐵路、水系、綠地等實體要素的制作。對于非現勢性的基礎地理信息成果，還可以利用高分辨率影像進行要素更新。要素更新的過程中，一般根據基礎地理信息數據的編碼進行選取。不破壞提取數據的完整性，以行政區劃為單位進行分塊裁切(僅對房屋、綠地進行裁切)，進行分層屬性、拓撲等檢查并修改。對分塊裁切的數據，按實體類別進行實體化處理。

　　分塊數據實體化完成后，進行數據合并，并按照實體化要求再次進行實體化處理。然后按照一定規則再一次進行自動、人工交互檢查。按照地理實體編碼規則對地理實體標識。對編碼的地理實體數據實體編碼進行唯一性、符合性檢查。最終，實現地理實體數據入庫。

　　2.3大數據建庫設計

　　2.3.1技術路線和流程地理空間數據來源和類型多樣，對于大型空間地理信息數據庫，一般采用關系數據庫模型及相應的空間數據引擎，按照不同數據類型，構建技術先進、結構合理、內容全面、可擴展、開放的地理空間數據庫。首先，應利用基礎地理信息數據庫管理系統對入庫數據進行入庫檢查、修改;然后，對入庫數據進行入庫數據整理，并按照數據庫要求進行數據預入庫，預入庫的過程中，程序對入庫的數據進行物理接邊、合并、修改;最終，實現各種數據的入庫工作。

　　3城市地理空間數據的主要應用

　　城市地理空間數據建庫完成后，可以根據不同數據的特點，按照一定的方式進行可視化呈現，如電子地圖、2.5維地圖、三維地形、實景三維城市等，城市開發區邊界劃定，城市空間規劃等[10]。此外，通過對成果數據檢索、提取、融合、重組，形成新的數據集，應用于各行業的統計、分析，形成一些新的成果。

　　3.1城市電子地圖利用已有城市地理空間數據中的房屋、院落、道路、鐵路、水系、綠地等矢量實體數據，通過編碼及配圖模板，按照圖層分級、分組、屬性表處理、符號化以及地圖標注、地圖優化等處理，完成地圖緩存數據，最終形成電子地圖數據。

　　3.2虛擬三維城市將虛擬現實技術與3S技術充分結合應用，綜合利用航飛測量、三維激光移動測量、CAD建模技術等多種技術方法，實現城市級三維模型的快速建設;利用三維平臺軟件實現城市級海量三維模型，不同比例尺、不同類型三維成果數據異構整合;并通過三維平臺實現三維場景數據快速瀏覽和發布，實現2.5維三維場景數據快速瀏覽的應用擴展。這些三維可視化技術均基于城市地理空間大數據，通過數據檢索、快速重建、多源數據異構的方式進行 建立。

　　3.3保障性住房應用保障性住房信息化管理平臺以城市地理空間大數據提供的電子地圖、影像圖、矢量專題數據為基礎，疊加保障性住房專題信息數據，實現地圖瀏覽、專題查詢、專題統計等模塊功能。保障性住房信息化管理平臺通過調用電子地圖、影像圖數據，能夠快速瀏覽業務相關項目的位置及空間屬性關系，結合專題數據，全面掌握全市保障性住房的建設、申請、分配和租后管理等方面情況[12]。并且能夠輔助分析業務是否合理;業務項目是否滿足民眾需求;為應用單位的業務辦理提供很好的參照依據，提高了工作效率、方便了管理部門的科學決策。

　　3.4園林綠化應用園林綠化信息化管理系統，以城市地理空間大數據提供的電子地圖、影像圖、矢量專題數據為基礎，疊加園林專題數據，開發地圖瀏覽、綠化養護管理、基礎數據管理、查詢統計、系統配置等功能模塊[13]，實現城市綠化工作的科學化、精細化和現代化管理水平，為城市園林綠化管理提供有力的技術支撐，最終達到資源共享的目的，系統架構圖如圖8所示。

　　4結束語

　　城市地理空間數據是地理空間數據的一部分，是“數字城市”“智慧城市”建設的基石。本文圍繞地理空間大數據的預處理和數據存儲，重點在數據基準的統一、基礎框架數據的制作、大數據庫的設計和建庫等方面進行了有益的研究和探索。同時，展示了城市地理空間大數據在城市電子地圖、虛擬三維城市、保障性住房、城市園林管理等方面的應用。大數據的挖掘、模式識別、機器學習、統計分析、并行分析等數據分析關鍵技術仍然是今后大數據應用的核心關鍵技術。實景三維點云數據的可視化、實體化技術還需要繼續深入研究，特別是點云數據的實體化、單體化技術還不成熟，將是今后城市地理空間數據研究的熱點。

　　參考文獻:

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　　作者：王友昆1，余章蓉2，時盛春2，瞿華鎣3