城市地理空间数据与多元业务数据的关联与集成

张衡，王晓理，孙伟

(解放军信息工程大学，河南 郑州　450001)



城市地理空间数据与多元业务数据的关联与集成

张衡*，王晓理，孙伟

(解放军信息工程大学，河南 郑州450001)

摘要：城市地理空间数据是智慧城市建设的基石，在城市各行各业信息化道路上起到举足轻重的作用。将各部门的多元业务数据与城市地理空间数据有机集成、融合、关联在一起，可为城市的信息资源共享、交换、整合与调度提供技术支撑。通过对城市地理空间数据与监控、部件、案宗、人口等业务数据的有效集成，能够用地理空间视角去审视城市各类事件空间分布的特征，有效提高政府部门之间协作水平，进而指导城市的智慧化建设、精细化管理和可持续发展。

关键词：地理空间数据；业务数据；集成；部件数据；MIS数据

1引言

城市是人类经济活动和社会活动最集中的区域[1]，城市地理空间数据是用来描述城市中的空间实体和现象[2]，是表达城市地理要素的数量、质量、分布特征、相互关系、变化规律的位置信息和属性信息[1，3]。人类生活80%的信息都与空间位置相关[2，3]，地理空间数据是城市各业务数据库的基础，城市各业务信息系统需要利用城市地理空间数据作为统一的空间定位基础，以实现系统间的信息共享和交换。城市地理空间数据作为数字城市重要的基础，已在城市各行各业信息化建设中发挥着重要的作用，通常包括基础地图、基础地质、遥感影像、三维模型以及街景地图等内容。这些数据在空间位置上是紧密联系在一起的，在与城市其他业务数据构建空间信息上是相辅相成、相互作用的，将它们进行有效集成应用，能综合地反映了一个城市的地理信息面貌。本节结合“兰州市城关区数字化社会管理与服务平台”项目，利用地理空间数据集成方法对城市中的基础地理空间数据与部分业务数据的集成展开研究。

2城市视频监控数据与地理空间数据集成

2.1城关区视频监控现状

目前兰州市城关区视频监控共有2 950部，重点整合了公安局、交警支队和城管等部门已建设的、需要管理的视频监控探头，利用监控可以实时进行治安、户外广告监控、书报亭监控、违章停车监控、亮化工程监控等，依托视频监控及时对监控区域内发生的城市管理问题进行视频立案、视频核查等操作，为数字化城市管理提供了有力支撑，将监督员巡查不到的区域实现 24 h监控，弥补了监督员巡查的时间差问题。并可对发现的问题进行视频立案，使视频监控与数字城管受理流程无缝对接。

原有监控系统主要功能有：治安、交警视频源选择；视频播放；视频案卷上报；视频立案；视频核实核查等。但这些监控视频存在以下问题：①监控视频来源于不同部门，其客户端和调用接口完全不同，用户使用时需要同时开启不同的界面来查看视频；②各监控探头仅有文字描述地址，并没有在地图上展示出准确位置；③现有视频只能起到监视的目的，投资很大，作用没有完全发挥出来。

只有将视频与地理数据结合起来，通过地理数据的坐标支撑，视频监控系统摄像机在具体场景的位置分布一目了然，结合城市云服务一体化平台，用户可以利用地理数据进行各种空间分析，迅速获取和定位自己关注的监控探头，大大改善了用户对原有视频监控调用、使用不便利的体验性。

2.2视频监控与地理空间数据集成

集成第一步就是要在现有矢量地图上采集视频监控图层，这是实现和视频联动的关键之一，获得与基础地理数据坐标系统一致的监控图层后，必须进行网络发布，这样才能通过网络云GIS平台对监控信息查看、调用和分析。发布后的监控图层上的监控点位数据必须与实地的监控探头进行一对一关联，最后进行视频监控的远程控制代码编写，最终完成视频监控与地理空间数据的集成。具体实现流程如图1所示。地理数据与视频监控集成模块主要是由监控地理位置、Web页面、.Net扩展模块、播放控件模块以及操控云台模块组成。监控地理位置确定每一个视频在GIS地图中的真实位置并关联监控的详细信息；WEB页面供用户查询、显示以及实时定位探头位置；.Net扩展主要将WEB页面提交的信息封装后，调用监控SDK接口(联通和电信接口不同)；播放控件模块主要包含容器控件、播放窗体DLL；操控云台模块通过SDK接口可以在线实时操控视频。

2.3视频监控与地理空间数据集成

在视频监控数据与GIS数据集成后，就可以对视频监控做空间分析了，如图2，利用GIS缓冲区分析功能可以对“兰州市新华书店”周围 100 m的监控设备快速准确定位。图中即表示检索到的视频监控数据。若遥感数据和GIS数据已经集成，还可以通过GIS数据将视频监控数据集成到遥感影像上，这样就可以利用遥感数据的特性对视频监控数据进行更深层次的分析应用。利用GIS缓冲区功能还可以对某条道路两侧的监控信息在图上进行空间定位检索，这样很容易查看某条道路两侧某范围内的可控区域。

图2利用GIS分析功能快速定位监控位置

3城市管理数据与地理空间数据集成

现代化的城市必须具备良好的信息化管理水平才能使居民享受科技带来的便利。为了对城市实现精细化、数字化、信息化、人性化、网格化管理，必须在云架构下，以基础空间地理数据为依托，建立开放的、全面的、先进的智慧城市数字化社会管理与服务信息平台。而首要的问题就是先要对城市管理中的部件、案宗、环保等数据与地理空间数据进行无缝集成。这些数据按照来源可以分为两类：第一类是由城管部门提供的已经含有城市坐标系统的部件数据和城管部门提供的每日动态实时上报的案宗数据；第二类是环保部门提供的城市环保监控数据。

3.1部件/案宗数据集成

数字城管系统将城市市政管理公共区域内各种物化的公共实体设施定义为城市部件，通常城市部件分为6大类，97小类[5]：市政公用设施、道路交通设施、市容环境、园林绿化、房屋建筑、其他设施等。城市部件涉及城市市政、交通、生产、生活和环境等各方面，种类繁多、数量庞大，是城市管理的重要组成部分，是数字城管系统中的核心数据[4，6]。这些信息与城市地理空间数据进行有效集成是城市信息化、管理标准化、运营精细化的重要表现[7]。兰州城关区目前有部件数据85层，坐标点位数据量总计 300 M。按照上述对城市管理数据的分类，部件数据属于第一类分类，其本身已经自带城市坐标，所以这类数据可以用数据格式转换的方法来集成。

城市案宗(事件)是指由于人为的原因或者自然的原因引起的影响和破坏城市环境和秩序的行为和事件[5]。数字城管系统将城市案宗通常分为8大类61小类：市容环境类、街面秩序类、宣传广告类、施工管理类、突发事件类等。城市案宗(事件)数据是通过网格执勤员手持GPS设备记录事件发生地及事件信息，并通过无线网络上报数管中心服务器的数据。城市网格化管理系统积累了大量的空间与非空间属性的案宗数据[8]。城市案宗数据的产生是由当地人口、经济、教育等多种因素综合决定的，在空间上呈现出明显的集聚特性。兰州市城关区每天案宗上报数据 1 500条左右(如表1所示)，案宗数据采集时已带有坐标，因此和部件数据的集成方法一样。但是案宗数量较大，错综复杂，与地理位置、空间分布和对象属性等多方面因素有关，利用空间分析中的邻近度、叠置等分析功能对这些案宗数据进行可视化分析，可以挖掘出它们的分布特征、地理相关及数据背后的城市发展规律，进而为城市管理部门提供事件预测，做到防微杜渐，防患未然。

最终的城市数字化社会管理与服务信息集成平台上只集成部件/案宗的坐标信息，部件/案宗的详细属性信息通过预留部件/案宗ID值直接关联部件/案宗原城管系统，这样即减少了数据的冗余，也方便了部件/案宗数据的更新、管理和维护。地理数据与部件/案宗的集成流程如图3所示。

图3基础地理数据与部件/案宗数据集成流程

3.2环保数据集成

当今社会，环保问题已成为城市的首要问题。将环保数据和城市地理空间数据结合，利用GIS的空间分析模块和属性分析模块，对整个城市区域的环境质量状况进行及时、客观、全面、准确的评价，能反映出区域中受污染的程度以及空间分布情况。通过叠加分析，可以提取该区域内大气污染分布图；通过缓冲区分析，能够显示污染源影响范围[9]。

按照上述内容对城市管理数据的分类，环保数据属于第二类分类，这类数据需要开发者首先在地图上按照环保部门的要求标绘出污染区域的准确区域和位置，然后再进行基于GIS的分析和展示。兰州市城关区将城区的环保重点监测数据分为四类：重点环保监控区域、普通监控区域、排污口以及排洪道。为了对区域范围进行有效监控，每个区域均提供现场视频探头，这些监控探头与监测区域一同集成到基础地图上，方便管理部门进行实时在线监测，获得第一手环保数据。集成后的效果如图4所示，各个圆形区域为普通环保监控区域，按照环保部门要求，所有区域是在固定监测点位上缓冲400 m而得到。其中蓝色圆形区域为联通公司服务的视频监控区域，红色圆形为电信公司服务的视频监控区域。

图4普通环保监控区域与地理空间数据集成效果

4城市MIS数据与地理空间数据集成

MIS(Management Information Systems)系统指城市中已经建设好的，用于管理城市人口、经济、活动等与居民日常生活、工作相关的信息管理系统。这类系统的数据不涉及地理坐标数据，但是又与城市的街道、社区、网格等地理空间分布息息相关。如今，随着GIS的普及与应用，二者集成的应用越来越广泛。作为GIS用户，若将MIS提供的统计分析、图表显示、报表输出等功能，与已有的GIS有机结合使用，更能充分发挥网络和计算机的优势。研究MIS与地理空间数据的集成与应用，首先研究如何建立地理数据与MIS数据之间的联系。通过这种联系，对于在地图上查找到的一组地理数据，利用GIS我们知道它们的分布、位置、及相互关系，再利用相互关联的MIS数据，我们还能对这组地理数据所含的属性数据进行统计、分析、输出。

4.1人口数据集成

城关区辖区居民180万，但是流动人口高达50万人，已经建好的人口管理系统只能对人员的信息进行管理维护，但是具体人员的位置分布、所住楼宇却如法知晓，特别是对一些特殊人群(刑释解教人员等)的管理无法掌握，给相关管理部门带来很大不便。利用城市地理空间信息，可以建立人与所在街道、人与具体房屋建筑、人与所在楼层的关系，通过对GIS中每个街道、社区以及网格工作运行情况，来管理与它们关联的人员的详细信息，进而统计分析人员的位置分布情况，达到以图管人、按图分析的目的。

人口数据与地理空间数据集成最关键的是按照网格单元对实有人口、特殊人群、重点人群详细统计，入户采集，系统录入。然后将GIS系统中相关统计单元(如街道、建筑)与统计的人口数据进行关联，结果如图5所示。由图5可知，地理空间数据和MIS中的人口数据集成后，当用户选中地图要素后，不仅仅得到空间目标集，还可以得到对应目标数据的人口属性数据集。若再利用MIS的统计分析功能，还以得到地理空间单元的统计分析结果。

图5以建筑为统计单元的人口数据集成

4.2一刻钟服务圈数据集成

为了方便城市居民对居所周围与自身生活、工作切身相关的场所进行快速查询，城关区政府提出为居民生活服务提供“一刻钟服务圈”的概念，分为5大圈：生活圈、平安圈、政务圈、文体圈和卫生圈。5个圈均由若干不同类型的单位构成，在GIS上表现为单个点，将这些点位数据与地理空间数据中的街道、网格和道路信息进行结合，将时间概念转为距离概念，利用GIS缓冲区分析功能就可以实现对任意位置的“五大服务圈”要素的查询定位。检索出来的服务圈信息再由目标ID值关联到服务圈MIS系统中进行详细信息查询。

5结语

城市中各行各业的业务数据，都具有共同的基础地理属性，无不与城市地理空间信息紧密相连。将各行各业的业务数据与城市地理空间数据有机集成、融合在一起，可为实现城市的信息资源共享、交换、整合、调度与集成应用提供技术支撑。以统一的城市地理空间数据平台为背景建立的各类行业信息应用系统，在地理位置上不会存在“因人而异”[2]，在进行相关的专业统计分析时，其结果也比较公正，可比性也较强，信息的应用价值也会得到提高。本文利用数据格式转换的集成方法对城市地理空间数据与监控、部件、案宗、人口等业务数据进行有效集成，取得了很好的效果，有效提高了政府部门之间协作和辅助决策能力。

参考文献

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[11]李海亭，张淼，彭清山. 城市地理信息系统中的全景地图技术研究[J]. 城市勘测，2011(3)：39～43.

Association and Integration of Urban Geospatial Data and Multivariate Business Data

Zhang Heng，Wang Xiaoli，Sun Wei

(Information Engineering University，Zhengzhou 450001，China)

Key words：geospatial data；business data；integration；component data；MIS data

Abstract：Urban geospatial data is the cornerstone of smart city construction and plays a critical role in the informatization of all industries in a city. Proper collection integration，fusions，association and of multivariate business data and urban geospatial data can offer technical support for urban information resources sharing，interchange，integration and allocation. The effective integration of urban geospatial data and various business data，such as monitor，component，case archive and population permits us to review the spatial distribution characteristics of all kinds of affairs in the city from the point of view of geographic space in order to improve the cooperation among government authorities significantly，provide guidance for smart city construction，and achieve refined management and sustainable development.

文章编号：1672-8262(2016)03-20-05

中图分类号：P208.1

文献标识码：A

*收稿日期：2016—03—15

作者简介：张衡(1976—)，男，博士研究生，研究方向为城市地理信息系统应用、空间数据集成与可视化等。

基金项目：国家科技惠民计划基金项目(2012GS620302)