典型地理国情监测信息分析发布技术框架研究

2017-08-01谢艾伶阳春花

地理空间信息 2017年7期

关键词：国情典型成果

谢艾伶，阳春花，袁成

（1.国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆 400015）

典型地理国情监测信息分析发布技术框架研究

谢艾伶1，阳春花1，袁成1

（1.国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆 400015）

面向典型地理国情监测，提出了监测信息提取处理、分析发布的技术流程方案；从监测数据源分析、监测信息整合提取、监测信息统计与分析、监测信息管理、监测成果制作、监测成果发布展示6个方面研究了典型地理国情监测信息分析发布技术框架建设。针对城市发展变化监测专题，以重庆市万州区为实验区，搭建了典型地理国情监测信息分析发布集成平台，验证了该技术框架的可行性，为典型地理国情监测提供了参考。

典型地理国情监测；整合提取；统计分析；成果发布；集成平台建设

依据地理国情监测总体设计，地理国情监测的核心业务主要可分为地理国情信息普查，动态监测基础信息系统建设，典型地理国情监测，地理国情监测技术、指标与标准体系建设。近年来，围绕地理国情监测各方面的研究较多，为地理国情普查和监测工作积累了丰富经验[1-6]，但因其多样性和复杂性，针对典型地理国情监测的研究还处于初探阶段。本文面向典型地理国情监测，探讨了监测信息的分析发布技术流程，通过对多源异构地理信息的整合提取、监测信息的统计分析和监测成果发布等技术的研究，实现了监测信息分析发布技术框架建设。

1 监测信息分析发布技术方案

典型地理国情监测，是在丰富翔实的多源地理信息资源积累的基础上，针对各种典型地理国情的不同监测内容，综合比对最新地理信息与过去历史测绘成果，高效处理海量信息，快速形成监测统计数据和分析报告，实时发布监测成果，为各级政府部门决策提供可靠依据，为企业和公众提供实用的地理信息服务。

根据地理国情监测总体设计，典型地理国情监测主要是对地表覆盖变化、主体功能区规划实施、城市发展变化、重点区域地表形变、水利基础设施、主要农业大宗产品优势产区等地理国情信息进行常态化监测，准确掌握典型地理国情的变化信息，形成科学客观、内容丰富、形式多样的地理国情监测成果。典型地理国情监测虽涉及不同领域、不同类别的变化监测，但监测信息提取处理、分析发布的技术流程是一致的，如图1所示。

图1 地理国情监测信息分析发布技术流程图

2 监测信息分析发布技术框架

依据典型地理国情监测信息分析发布技术流程，监测信息分析发布技术框架建设的主要技术要点包括监测数据源分析、监测信息整合提取、监测信息统计与分析、监测信息管理、监测成果制作和监测成果发布展示6个方面。

2.1 监测数据源分析

随着测绘技术的发展，目前已有的历史测绘成果和现时监测的地理信息数据种类繁多，形成了丰富的多源异构地理信息数据，包含不同部门因各自的应用目的，在不同时间、通过不同的获取手段，针对同一地区或区域，获得的不同尺度、不同数据结构的矢量数据、遥感影像数据、属性数据以及专题数据[7]。多源异构地理信息数据具有多语义性、多时空和多尺度性、空间参考不一致、获取手段多样性、数据存储结构多源性等特点[8]，且这些数据往往是海量的。

典型地理国情监测信息的数据来源，从数据获取平台高度可划分为航天数据、航空数据、低空数据、地面数据和水下数据[2]；从数据获取方式可划分为多光谱遥感影像、高光谱遥感影像、激光雷达数据、合成孔径雷达干涉测量数据、GPS数据、航空摄影数据（航片）、无人机影像、地面三维激光扫描数据、基础地理信息数据、各种属性表数据和专题数据等；从数据组织方式可划分为影像数据、矢量数据和专题数据。这些监测数据源的生产技术和流程都很完善，能获得成熟的成果数据，可根据典型地理国情不同的监测内容、监测区域选取和收集最合适的监测数据源成果。

2.2 监测信息整合提取

目前多源异构地理信息数据整合共享方法分为数据集成和数据融合两部分。数据集成主要分为数据格式转换、数据互操作和数据直接访问；数据融合主要分为影像融合、矢量实体的匹配和融合，其目的是为了获得更加丰富、质量更高的新数据[7]。本文利用FME、RS技术，面向收集的影像数据、矢量数据、专题数据等已有地理信息成果，进行监测信息的整合提取。

结合典型地理国情不同的监测内容和相关指标，针对多尺度和多源影像数据，利用ENVI、Erdas等软件进行影像预处理；再采用适宜的影像自动分类方法，并结合人工检核修正，对影像进行分类采集；针对多源异构矢量数据进行规范化提取整合，形成数据前期分析、数据检查、数据预处理、数据分层提取、数据转换、拓扑检查处理及数据入库等技术流程；而针对相关行业职能部门的专题数据，进行统计数据的空间化，专题空间数据的归一化处理，以便辅助地理国情信息统计和演化分析。通过数据分层分类整合获得变化监测所需的地理信息要素，形成监测的本底数据库和监测数据库。

在上述数据整合处理过程中，除了影像处理和影像分类采用RS技术实现外，其余整合提取都通过FME数据转换处理系统来实现。基于FME的监测信息整合提取可通过FME Desktop和FME Server两种方式进行[9]，利用FME Desktop可自定义数据转换过程，并将定制的空间提取、转换、加载（ETL）任务保存成可重复利用的FME方案，能多次批量进行数据整合提取；而FME Server采用SOA的结构体系，可将ETL任务网络化，实现基于Web的数据整合提取，其强大的空间数据加载和转换功能，可支持海量空间数据处理，且FME Server将“数据转换”的计算任务放到了服务器上，使定制的数据整合提取FME方案可通过服务器进行共享。

2.3 监测信息统计与分析

从典型地理国情监测目的、监测内容和实际需求出发，确定其监测指标、统计指标和分析指标，理清各统计和分析指标的定义和数学理论基础，然后利用时空统计分析工具实现监测信息的统计与分析。

监测指标是指从典型地理国情监测信息中直接或间接获取，并能直观地反映在地图、影像、GIS系统、Web平台上的监测信息，是对地理现象空间特征的基本描述；统计指标是指在监测指标基础上，运用数理统计方法对监测信息进行分析处理而获得的信息，其反映了地理现象的数学特征及分布规律，为分析指标的获取提供数学基础；分析指标是指采用各种分析方法，通过对不同时间节点的监测信息进行动态监测，得出监测对象的变化规律，并通过描述与其相关的社会、经济、人文等现象的时空变化规律，预测其未来的发展演化趋势和方向。面向典型地理国情监测信息的统计与分析，涉及不同行业和领域，需运用相关行业的专业分析方法进行数据挖掘，进而能适应不同行业的实际需求。

实现统计分析功能的常用数据分析工具主要有ArcGIS、GeoStat、Stars和基于Python语言的PySAL、SAS、Stata、SPSS等。可以充分利用ArcGIS的空间分析、三维分析、网络分析、追踪分析以及地统计分析功能，并结合其余统计分析工具的数理统计分析功能和相关行业专业分析预测方法，实现不同典型地理国情监测的统计与分析，获得统计分析成果。

2.4 监测信息管理

通过信息整合提取和统计分析后，获得的监测成果包括典型地理国情监测本底数据，各监测阶段的监测数据、专题数据和统计分析成果。根据监测成果的特点进行数据库的设计和建设，以Oracle数据库为支撑，采用ArcSDE空间数据引擎，对监测成果实行统一存储和管理，形成监测本底数据库、监测数据库、专题数据库和统计分析成果库。因典型地理国情监测是动态的，其监测数据具有时空变化特性，需在监测信息管理时考虑数据库的时空性，利用时空数据库动态更新与一致性维护技术对其进行更新管理，以保证监测数据库的可靠性。

2.5 监测成果制作

典型地理国情监测的成果制作主要包括地图底图制作、监测专题图制作和监测报告撰写。

地图底图是在各监测数据库的基础上，根据不同典型地理国情监测成果的在线浏览或实时分析需要，对矢量数据、影像数据及文字注记进行内容选取，再经符号化处理、图面整饰、分级缓存后形成的电子地图。可利用ArcMap完成地图底图制作，然后采用ArcGIS Server发布地图服务，形成可在Web浏览器展示的电子地图。

监测专题图是在监测数据、专题数据和统计分析成果的基础上，利用地图制图、可视化技术，经符号化处理、注记调整、专题信息显示、图廓整饰处理后形成的监测专题地图集。可利用ArcMap进行监测专题图的制作，也可采用ArcGIS Server实现Web方式的监测专题图制作。

监测报告是基于监测数据库、统计分析成果和监测专题图，根据监测内容与指标，形成的以文字、统计图、统计表、报表、统计数据、插图形式表达的典型地理国情监测报告。可利用Office Word等编辑器撰写，也可采用HTML文本编辑器插件嵌入到Web应用平台，实现监测报告的在线编辑。

2.6 监测成果发布展示

典型地理国情监测成果发布需以地理信息监测成果为基础，以Web形式的地理信息服务为主要手段，建立标准、权威、统一的，且适合典型地理国情各行业或部门实际的地理国情信息服务平台，从而满足政府管理决策科学化、社会发展与国民经济增长信息化、提高公众生活质量等对地理信息服务的迫切需求，为其提供权威统一、方便快捷、更新及时的一站式在线地理国情信息服务。

典型地理国情监测面向政府、企业和公众发布展示的成果主要包括国情现状、监测时间段的地理信息、监测变化信息、监测信息统计与分析成果、监测专题图、监测报告等。

典型地理国情信息服务平台的搭建，可基于J2EE、.NET、SOA等Web应用开发的技术架构，GIS服务层采用ArcGIS Server为平台客户端提供底图服务、数据服务和分析功能服务；Web应用服务层采用面向Java、.NET、Flex等常用的开发框架和相应的开发语言。为了体现典型地理国情信息服务在线数据处理、信息统计与分析、监测成果实时发布等特点，可基于Web开发典型地理国情监测信息整合提取、统计与分析、成果制作与入库、服务发布等工序，从而实现Web客户端典型地理国情监测在线实时共享服务；还可根据政府、企业和公众的实际地理信息服务需求，适当增加与地理国情信息服务相关的应用服务，以提升地理国情监测的服务品质。

3 结语

本文基于提出的典型地理国情监测信息分析发布技术流程和技术框架，面向城市发展变化监测专题，以重庆市万州区为实验区，采用RS、FME Desktop和FME Server进行监测信息整合提取，利用ArcGIS Server的GP服务、集成SPSS强大统计分析功能的ActiveX插件进行监测信息统计与分析，基于ArcGIS Server、ArcSDE和Oracle数据库对监测成果进行入库及管理，采用ArcGIS Server API for Flex、Flex Viewer框架进行监测成果发布展示，完成了典型地理国情监测信息分析发布集成平台建设，平台主界面如图2所示。该平台验证了本文所提出的技术框架的可行性，为典型地理国情监测提供了参考。