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摘 要： 【摘 要】數字城市升級到智慧城市是城市治理現代化的必然趨勢，地理空間框架數據是數字城市的重要基礎數據庫，實現了基礎地理信息數據的共享與服務，也是智慧城市重要的空間數據基
【摘 要】數字城市升級到智慧城市是城市治理現代化的必然趨勢，地理空間框架數據是數字城市的重要基礎數據庫，實現了基礎地理信息數據的共享與服務，也是智慧城市重要的空間數據基礎。智慧城市互聯互通的特性決定了只有實時動態更新的數據才能滿足城市的建設規劃、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地理信息核心數據庫，通過建設快速更新系統，實現政務庫與發布庫同步更新的動態更新體系架構。
【關鍵詞】數字城市;智慧城市;地理信息數據;動態更新
1 智慧城市對地理信息數據更新的要求
1.1 數字城市
數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調[1]。
隨著經濟社會的發展，地理空間信息已經成為城市管理、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展、資源管理、環境治理、防災減災、交通運輸等諸多與社會可持續發展緊密相關的領域提供了基于空間位置的技術支持與服務，許多行業的生產方式在很大程度上得以改變，大大推動了經濟社會的全方位發展。而地理空間框架是現代測繪體系的主要運行形態，是數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，實現從離線數據拷貝到在線服務的升級，對提升地理信息服務水平、挖掘地理信息數據的最大價值、增強社會組織對地理信息資源的開發和利用能力，具有重要意義。
1.2 從數字城市到智慧城市
2014年8月，國家發改委等八部委聯合印發了《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》，提出智慧城市是運用物聯網、云計算、大數據、空間地理信息集成等新一代信息技術，促進城市規劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式[2]。
數字城市建設是智慧城市建設的必要條件，智慧城市是數字城市的必然趨勢。人口信息數據、政務數據、地理空間數據等數字化成果為智慧城市提供了堅實的數據基礎，如何利用大數據、人工智慧等技術對這些數據進行有效的分析、挖掘，是智慧城市建設的關鍵所在。
1.3 智慧城市地理信息數據更新要求
據統計，人們日常應用的信息中80%以上與空間位置相關，地理信息已經從專業領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、發展及管理等應用中必不可少的重要基礎信息。
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據是“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據才能滿足城市的建設規劃、應急指揮、公共服務等智慧化運行管理需求。
2 地理信息數據動態更新體系方案
2.1 更新機制
隨著城市建設的不斷推進和數據采集手段的豐富，地理信息數據的現勢性問題日益突出，不斷更新的數據是地圖應用的核心價值之一，如何利用地理信息技術實現地理空間數據的實時更新，成為必須解決的問題。
通過對地理空間數據應用需求的分析，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
面對突發事件等應急情況，采取無人機、傳感器、物聯網等現代感知技術手段，快速獲取事發地及相關區域的航空航天影像數據、傳感監測數據、地面實測數據及相關已有專題數據，這些高現勢性的數據需要及時通過地理信息公共服務平臺發布出來，滿足應急救災與風險管理需求[3]。
2.1.2 定期更新
制定基礎測繪數據定期更新機制，按權重劃分區域，對不同區域的地理信息數據定期采集、定期更新。數據更新來源主要有兩種渠道：利用來自基礎測繪部門提供的高精度測繪成果資源進行更新、基于數字城市共建共享單位提供的權威數據資源進行更新。地理空間數據更新模式如圖1所示。
2.2 更新周期
更新周期可根據需求進行確定。每半年更新：城區的主、次干道、街區面及主要地名。每年更新：縣級及以上等級道路，地名地址數據。其他矢量圖層要素：結合市級基礎測繪更新周期進行更新;DEM：結合市級基礎測繪更新周期進行更新。根據建設過程中獲取資料的情況，更新周期可做調整。
2.3 更新流程
地理信息數據更新流程如圖2所示。
首先是基于基礎測繪部門提供的高精度測繪成果，維持基礎地理信息數據的持續性更新，主要分政務版和公眾版兩個版本。
政務版電子地圖發布數據庫更新流程：基于數據庫管理系統的數據提取模塊，首先提取對已更新的基礎地理數據，更新涉密電子底圖數據，同時更新涉密電子地圖的目錄數據與元數據。
公眾版電子地圖發布數據庫更新流程：利用加密處理模塊，使用坐標偏移、涉密區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據與元數據。
地理信息數據更新的過程，也是地理信息的元數據與目錄數據更新的過程。
3 動態更新體系框架設計
3.1 數據架構
數據更新業務總體數據架構由框架庫、發布庫、瓦片服務3個部分構成，通過框架庫創建發布庫，發布庫同時引用瓦片服務。架構圖如圖3所示。
在框架庫數據中，不同行業的矢量數據與柵格數據遵循公共地理信息服務平臺的數據標準，提供原始數據，由框架庫統一管理。矢量數據用GIS圖層進行管理，不同的物類有不同的圖層，各圖層的屬性結構也不同，地圖配圖可使用 ArcGIS的mxd文件配置好地圖進行發布。柵格數據使用文件目錄方式管理原始影像，根據時相與柵格類型創建索引文件，時相與柵格類型使用相同的數據結構。
發布庫中，不同行業提交的框架數據，采用統一的瓦片數據生產工具，生產出不同的多時相瓦片數據集，各個多時相瓦片數據集之間獨立管理。使用邏輯上的數據集表達多時相，采用相同結構的瓦片數據集創建矢量瓦片數據集和柵格瓦片數據集，在空間范圍上進行數據聚合。
多時相的服務數據架構與發布庫類似，不同行業的多時相瓦片數據集，發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據服務(可選)，對應于多時相瓦片服務。
3.2 技術架構
數據更新中涉及的關鍵技術決策見表1。
多時相數據集的實現原理如圖4所示。
對于數據更新范圍接邊位置的不滿幅瓦片融合問題，如果發現新時相中出現有不滿幅的瓦片時，需要尋找上一時相對應區域瓦片數據填補不滿幅部分內容。
3.3 業務流程設計
數據更新的總體業務流程如圖5所示。
數據更新流程可分為3個部分：更新基礎空間數據庫，更新發布庫(瓦片數據庫)，更新瓦片服務。
根據現有數據生產工藝流程更新空間數據庫，處理方式保持不變。
發布庫的更新分為多時相電子地圖發布庫數據更新、多時相影像數據發布庫數據更新2個部分。
多時相電子地圖發布庫更新方法如下：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;緊接著直接生產新時相的瓦片數據集，由于自動標注的注記等問題的存在，使排版上產生不美觀，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，將新時相的瓦片數據集注冊到多時相數據集中，完成更新。
多時相影像地圖發布庫的更新方法如下：首先從多時相影像數據庫中提取更新范圍，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據集中注冊時相信息，電子地圖發布的做法是先切片、再注冊，之所以有這個差異，是因為影像數據的范圍問題可能導致出現不滿幅的瓦片，先注冊再切片，切片程序可以自動處理這種無效數據區域;接著根據時相信息生成新的瓦片數據集，完成更新。
瓦片服務的更新方法如下：根據發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據，完成更新。并提供要素更新信息查詢服務(WFS實現)。
3.4 功能設計
數據快速更新系統與在線發布系統、數據庫管理系統互為補充，總體上按照管理的數據形態、用途、來源的不同將平臺快速數據更新系統劃分為如下模塊。
(1)交換格式瓦片導入模塊。現有生產的標準交換格式瓦片，利用導入模塊直接導入發布庫，并注冊時相信息，進行多時相數據集管理。
(2)框架庫時相數據集生產模塊。在框架庫中的矢量數據或者影像數據完成更新后，需要生成對應的時相瓦片數據集。根據數據更新的范圍計算需要生成的瓦片對象，然后創建瓦片，寫入到新時相瓦片數據集中，完成更新區域數據實體到瓦片實體的形態轉化。
(3)多時相數據集管理模塊。完成上述新時相的瓦片數據集生產后，需要將此數據集注冊到多時相瓦片數據集中，供多時相服務訪問。在新時相瓦片數據集中可能會出現某個瓦片存在無效數據區域的情況，在創建該時相瓦片數據集時，可先注冊時相信息，再執行瓦片切圖，這樣對無效區域的瓦片可以追溯上一時相的有效數據進行融合，保證數據的正確性。
(4)多時相瓦片服務管理模塊。提供多時相瓦片服務的發布、更新控制功能，自動清除被更新的瓦片緩存數據，發布數據更新元數據信息。
(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據，查詢多時相元數據信息的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”狀態下的空間數據。
4 結語
地理空間框架是數字城市的基礎，與空間位置有關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據來源，只有確保其現勢性、鮮活性，才能滿足智慧城市智能化運營的需求。做好基礎地理信息核心數據庫的維護，通過建設快速更新系統，可實現政務庫與發布庫同步更新，為智慧城市提供數據支撐服務。這一動態更新體系架構已在數字南寧地理空間框架中實現，取得良好的效果。
期刊推薦：《智能建筑與智慧城市》(月刊)創刊于1994年，由中國勘察設計協會主辦。國家級刊物。交流智能建筑設計的經驗，宣傳系統集成商的理想。主要讀者對象為工程設計人員、技術人員、高校師生、智能領域中的系統集成商、產品供應商、房地產開發商等。
