政务版电子地图集成与共享技术研究——以南京市为例

王芙蓉，诸敏秋

(南京市城市规划编制研究中心，南京 210029)

1 引 言

政务版电子地图是一种以基础地理数据为基础，以政府行政办公部门为服务对象的，以在线形式提供服务的地图形式。它不仅具备地图的基本特性，拥有较高质量、翔实丰富的空间及属性信息，还具有权威性、专业性和保密性等特点。随着近几年我国测绘地理信息服务理念的根本转变，政务版电子地图作为基础地理空间框架的核心数据之一，被广泛应用于政府部门业务管理和社会服务之中，其数据标准与规范、生产与更新、管理与控制、安全与保密、共享与交换和应用与服务等方面也因此存在着较大的研究空间和针对性。2008年以来，为了更好地推动基础地理信息共享，南京市规划局在全国率先采用以政务版电子地图为桥梁的“共享共建”工作思路，启动了政务版电子地图相关技术的研究和实现，通过探索和积累，南京市政务版电子地图在表达方式、标准规范、更新维护、数据安全和共享服务等多个方面取得了丰富经验和成果，为全市政务信息共享和资源整合提供了统一地图服务，提升了政府部门行政管理效能，本文以南京市在政务版电子地图的集成与共享方面的探索与实践抛砖引玉。

2 现状与问题分析

政务版电子地图的需求主要来源于政府各部门对城市地理空间信息日益增长的需求，通过对南京市政府机构的需求调研，发现政府各部门对地理信息的需求各有不同，但在不同中又呈现出共同特征，需要测绘管理部门启用全新的生产和服务理念，研究分析政务版电子地图需求和特征，应对原有测绘产品体系的短缺和不足。

(1)在测绘产品内容上，需要建立版本唯一和数据权威的政务版电子地图“一张图”，具有数据标准统一、范围覆盖全市、要素动态更新、图面精简美观等特点。

(2)在数据生产管理上，需要建立集数据标准配置、加工处理、更新维护和版本管理等于一体的数据编辑与管理集成平台，以提高数据质量和提升生产效率。

(3)在数据发布服务上，需要细分政务版电子地图用户群和用户需求，摆脱原有的纸质地形图提供、光盘刻录等传统方式，基于SOA架构提供多样化、人性化、高效化的在线和离线数据共享服务，促进政府各部门电子政务发展的同时，提升测绘地理信息的服务和保障水平。

(4)在数据安全保密上，在遵循国家相关规定的前提下，需要研制面向政府部门贯穿数据全生命周期的版权保护和数据安全系统，为数据生产和服务保驾护航。

3 研究路线

3.1 研究框架

基于“共享共建”原则，南京市在多年政务版电子地图生产实践与共享服务中，逐步形成了以一套科学的数据生产、管理与服务工艺流程为指导思想、一套完善的政务版电子地图标准规范体系为基础、一套满足质量及现势性要求的政务版电子地图数据库为核心、一套高效的政务版电子地图集成与共享管理系统为支撑，以及一套高效的政务版电子地图应用与服务为目标的研究框架。

图1 研究框架

3.2 研究方法

集成和共享是政务版电子地图研究领域的核心内容，其中集成是共享的前提，共享是集成的目标。南京市政务版电子地图的集成与共享主要体现在以下4个方面：

①工艺的集成：集成化的工艺设计思想贯穿数据生产加工、质量检查、数据安全、数据更新和数据发布的全过程。

②数据的集成和共享：利用CAD与GIS交互编辑更新的方式，充分利用各比例尺、多种类的数据资源，建立基础地理信息和政务版电子地图之间的数据关联，综合集成政务版电子地图，通过要素级更新的方式形成政务版电子地图工作库、现势库、发布库等多级别的数据库。以及通过政府部门间数据的交换共享，实现测绘地理信息部门和其它政府部门的空间资源信息的集成和利用。

③平台的集成和共享：在计算机、网络、数据库等现代技术手段的支撑下，实现数据编辑管理到数据共享发布平台之间的集成和数据库的共享。

④政务版电子地图的数据标准、规范、版权与安全集成于政务版全数据生命周期管理，体现了数据生产、管理和应用的共同需求，是政务版电子地图集成共享的依据和保障。

4 主要研究内容

研究以“数据共享服务”为目标，通过集成的手段，在标准体系、工艺化设计思想、平台设计等方面体现“政务版电子地图集成与共享”的核心研究内容。

4.1 制定标准规范

南京市政务版电子地图集成与共享平台采取标准先行的原则，在对项目需求及现有空间数据现状分析基础上，结合国家、行业及地方标准规范，制定出一套完善的政务版电子地图标准规范体系，标准范围涉及数据编制规范、建库标准、质量检查、共享评价等多个方面，它们是实现政务版电子地图集成与共享的依据和保障。其中《政务版电子地图数据标准》主要包括CAD和GIS端的政务版电子地图的数据标准，规定了基础地理信息要素的分类及代码以及符号规则、定位基准、要素表达原则等，它是数据生产建库的直接依据；《政务版电子地图质量检查规程》则确定政务版电子地图质量管理、检查、质量评定等工作的基本原则，以及地图特性、缺陷分类以及抽样、检查、评定的程序和方法；而在数据交换格式规定上直接引用《地理空间数据交换格式》(GB/T 17798-2007)指导政务版电子地图数据的共享交换。

4.2 工艺化设计思想

“南京市政务版电子地图集成与共享”的研究从开始就贯彻将整个集成与共享过程形成一套完整工艺的思想，标准、版权保护与数据安全贯穿数据生产编辑、更新维护到地图发布服务的全过程。采用这一套工艺搭建的政务版电子地图集成与共享平台，不仅能满足政务版电子地图编辑更新一体化管理的需要，也能较好地满足政府各部门在日常管理、处理应急与突发事件等中使用和发布信息的需要。

4.3 平台设计

政务版电子地图集成与共享平台包括数据层、技术支撑层和管理应用层。该平台主要由“一体化编辑与管理系统”和“在线服务系统”构成，系统及其对应的数据库之间相互关联、集成，满足政务版电子地图数据生产管理和共享发布的需要。

图2 工艺化设计流程图

图3 政务版电子地图集成与共享平台设计框架图

4.3.1 一体化编辑与管理系统设计

以往的地图编制普遍采用CAD平台进行，CAD平台具备强大的编辑功能，工具灵活多便，并拥有广泛的用户群。但随着GIS平台在各行各业的深入拓展和应用，其数据管理、统计和分析优势愈发突显，越来越多的政府部门希望政务版电子地图在GIS平台上展现，另外，随着地图承载的信息量不断增大，在CAD平台上编辑更新存在着“数据量大而作图效率低下、更新过程复杂、质量控制和安全管理不易”等诸多问题。为了更好地解决这些问题，我们采用CAD与GIS平台优势互补的研究思路研发一体化编辑与管理系统，该系统的主要研究内容包括编辑人员的任务管理、基于AutoCAD、ArcGIS平台异构数据互操作技术的电子地图编制、强大的辅助编辑功能、安全保障、质量检查及报表输出、电子地图数据库管理等多个方面。在系统的建设中以“实用、可靠、高效、先进”为基本准则，建立“规范、安全、开放”的系统构架。

系统采用ESRI的ArcGIS系列产品作为GIS平台，空间数据使用Oracle数据库进行存储，用ArcSDE进行管理；开发使用ArcGIS Engine组件和AutoCAD ObjectArx组件功能，满足用户编制、更新、管理等需求。该系统的核心目标围绕地图编辑更新展开，针对政务版电子地图的制作、更新等环节中存在的各种问题，系统提供了一套完整的数据生产、建库和管理流程，实现自动化或半自动化的电子地图要素提取和处理，以确保数据的正确性、一致性和提高电子地图制作的生产效率。系统由管理子系统与编辑子系统构成，在子系统内部和之间充分以集成和关联为特征开展设计。

(1)在作业流程上：管理子系统与编辑子系统是高度集成的，管理子系统对更新数据进行工作区划分以及任务分配；编辑子系统对工作区数据进行提取、编辑和检查提交；最后管理子系统需要对工作区数据进行检查、入库、更新以及数据应用输出。

(2)在数据获取上：以基础测绘成果为数据来源，架构其与政务版电子地图之间在标准设计、制度制定等方面的关联，确保政务版电子地图的可持续更新，从而避免政务版电子地图的更新成为无源之水。

(3)在数据管理上：管理子系统对整个政务版电子地图数据库以及每次更新范围内的数据进行管理，提供数据的回溯、统计、检查、转换、输出等功能；编辑子系统则提供数据编辑、检查功能，同时，数据安全设计贯穿于两个子系统。

(4)在系统交互上：管理子系统和编辑子系统通过数据连接文件、工作区范围线来定位统一的目标数据源；通过FID来确定唯一要素；通过错误报表来定位和传递错误信息。CAD与GIS的异构数据互操作技术是系统交互的桥梁。

4.3.2 在线服务系统设计

在线服务系统以政务版电子地图、影像图等发布数据库为核心，旨在建立一个面向政府应用的地理信息发布系统，提供各类地理信息开放式的网络化服务。系统基于Web Service技术，采用SOA体系架构，参照OGC标准服务规范，提供政务版电子地图等可定制的多样化共享服务，实现高效、连续多尺度的无缝可视化与互操作。

(1)系统功能设计

由地图服务、数据库管理、门户网站和运维管理等4个子系统构成。

地图服务子系统主要包括数据服务、功能服务和目录服务。其中数据服务包括网络地图瓦片服务(简称WMTS)、网络地图服务(简称WMS)、网络要素服务(WFS)、网络覆盖服务(简称WCS)、地名地址要素服务(简称WFS-G)和GeoGlobe瓦片服务；功能服务包括缓冲区分析、叠加分析、地图标注、地图量测等，各类功能服务接口均遵循OGC的Web处理服务(Web Processing Service，WPS)规范。

数据库管理子系统是管理空间地理数据和支撑专业应用系统的基础平台，管理的对象包括电子地图、遥感影像、多媒体等数据，管理的类型包括矢量数据库和瓦片数据库两种类型。矢量数据库用于空间信息查询与分析功能服务提供；瓦片数据库用于实现网络环境下的快速显示；矢量数据进行符号配置后，可进行瓦片数据库快速制作；高程数据和影像数据则可以直接生成瓦片数据库用于发布。

门户网站子系统提供各部委办局用户登录、访问数据和调用服务的唯一入口。其主要功能包括用户管理、目录管理、提供数据服务及查询服务等。

运维管理子系统主要由组织机构管理、用户权限管理、数据访问统计、日志管理、数据备份和恢复等功能组成。

(2)系统服务模式设计

南京市政务版电子地图在线服务系统在提供地理信息服务和保障方面，相对于传统服务模式从内容到形式上发生了彻底变化。这种方式既通过“共享共建统一平台”解决信息资源整合问题，又通过“权威部门提供权威数据”保证各类信息的权威性，同时依据各部门政府职能建立科学合理的运维机制，从真正意义上实现政府各部门空间信息的可持续性发展，避免重复建设和政府财政资金的浪费。为了使南京市政务版电子地图在线服务系统切实为政府各部门提供优质的地理信息服务，系统针对政府各部门对测绘地理信息需求的强弱程度，将其划分为弱GIS部门和强GIS部门，并实现了多样化的在线和离线定制服务模式。其中，具体包括网站服务、API开发、标准服务和服务器前置4种服务模式。

5 关键技术与创新

在南京市政务版电子地图集成与共享研究过程中，重点解决了以下3项关键技术，并具有创新性：一体化编辑与管理系统中的异构数据互操作技术、数据更新过程中的矢量数据文件比对技术和贯穿全过程的版权保护与数据安全技术。

5.1 异构数据的互操作技术

由于CAD软件和GIS软件各有其内在的优势，将两者结合起来，利用AutoCAD采集数据，而利用GIS存储、分析、处理空间数据，大大提高空间数据的采集、录入、分析、处理的工作效率。实现GIS与CAD异构数据的互操作技术主要体现在AutoCAD环境中加载显示GIS数据库中的数据，利用AutoCAD方便快捷的编辑功能对GIS库中的空间数据进行添加、修改、删除等操作，并且编辑结果可直接保存到GIS库。使用该技术可以提高政务版电子地图数据的编制速度，省去过往繁琐的更新流程，可直接依据最新的CAD测绘成果数据，编制生产政务版电子地图，在操作上更符合作业人员习惯，同时也最大效益地发挥CAD平台和GIS平台的优势。

5.2 矢量数据文件的比对技术

在政务版电子地图数据进行更新的过程中，需要基于既有的空间数据库进行要素的变化检测，以便识别和记录要素的变化情况，便于更新，便于统计城市发展区域的地理要素的更新状态。主要方法是在对政务版电子地图数据进行更新的过程中，建立源数据与更新数据要素之间的映射关系，采用算法和规则，识别和记录要素的变化情况，实现基于要素的变化检测，帮助快速判别地理要素更新，提高更新的科学性和效率。主要包括更新要素识别研究、变化量统计规则研究、批量版本文件比对规则研究等多方面内容。

5.3 版权保护与数据安全技术

数据安全技术是数据生产和应用发布过程中需要重点关注的问题，研究要点主要包括数字水印、基于文件的数据安全保护技术等。通过对信息隐藏技术算法的研究，提出了基于离散小波变换改进算法，重点考虑提高算法的鲁棒性和计算效率，从而提高了水印抗攻击性；利用Windows底层驱动技术，实现对地理信息数据的透明加密，并能对共享平台终端的端口进行管理和控制，从而使共享平台能够有效控制地理信息数据的使用时效性和权限使用范围。该技术要点将版权保护和数据安全贯穿于政务版电子地图数据生命周期的全过程，在政务版电子地图的编制、更新、应用发布等数据集成的整个过程中保护了数据的安全，对发布者而言则保护了数据版权，这项技术是政务版电子地图集成与共享过程中重要的一个技术环节。

6 结束语

南京市政务版电子地图集成与共享技术充分体现“多源异构、动态更新、在线共享”的技术特点，实现了南京市政务版电子地图“一张图”覆盖全域、动态维护、安全保密、高效应用和集约节约的预期目标。该项目已经通过了住建部的验收和省住建厅的科技鉴定，目前运行状态良好。同时，研究成果已在“南京市土地储备地理信息系统”、“南京市历史文化资源地理信息系统”、“建邺区地理信息公共服务平台”等一系列政务地理信息系统中得到成功应用，在城市管理、市重点区域应急地图服务以及电子政务建设等方面中发挥了较好的作用。

随着国内政务版电子地图的服务空间不断扩大，政务版电子地图必将成为政务信息共建共享的重要载体，其编制与动态维护工作的重要性将越来越凸显。本项目建设将为此提供较好的应用借鉴，产生较大的社会效益和经济效益，其推广应用价值前景广阔。

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