中国信息界学术大会
城市空间基础地理信息数据库建设研究
宋成刚
摘要：城市空间地理信息基础数据库是国家空间基础设施框架的重要组成部分，本文对城市空间地理信息基础数据库建设做了一些分析研究，提出了建设城市空间基础地理信息数据库体系结构、建设内容、技术路线和相应的保障体系。
关键词：3D数据 电子政务应用空间数据库 公众服务空间数据库 数据分发 1、引言
我国已经建立了1：100万、1：25万的国家基础地理信息数据库以及七大江河流域重点防范区1：1万DEM数据库建设，目前正在建设1：5万地理数据库。条件成熟的省份也在逐渐建设1：1万空间地理信息基础数据库，其主要信息包括数字线划地形图、数字高程模型和数字正射影像（航空和卫星影象数据）等。而城市大比例尺空间地理信息基础数据库在部分城市也已建成，更多的城市还处于研究和筹备阶段。本文就国家11种基本比例尺地理数据中，涉及到城市级的1：5000、1：2000、1：1000和1：500 3D(Dlg、DEM、DOM)空间地理信息基础数据库建设做了一些分析研究，提出了建设城市空间基础地理信息数据库体系结构、建设内容和技术路线和相应的保障体系。
2、城市空间基础地理信息数据库体系结构
城市大比例尺空间数据按比例尺分为1：5000、1：2000、1：1000和1：500三种，按数据类型分为数字线划图、数字高程模型和数字正射影像。但从经济和实用性考虑，一般来说不是每种比例尺的空间数据都必须包含这三种类型，如有了1：5000的正射影像数据和高程模型数据，一般就不需要再生产1：2000正射影像数据和高程模型数据，可以考虑生产1：1000的正射影像数据和高程模型数据；同样，有了1：1000的正射影像数据和高程模型数据就没有必要再生产1：500的正射影像数据和高程模型数据，等等。
本文从空间地理信息基础数据的整体性出发，仍然以上述四种大比例尺3D空间数据作为建库数据类型。为了保证城市空间基础地理信息数据库建设、数据库更新维护、数据分发和共享、数据安全保密等，需要制定并完善相应的政策法规和规范标准。由于国家将“空间地理信息基础数据库”纳入电子政务四大基础数据库范畴，因此，为保证电子政务和社会对空间数据的需求，应考虑建设政务应用空间数据库和公众服务空间数据库，并有相应的空间数据库管理系统。城市空间基础地理信息数据库体系结构如图1所示。
3、城市空间基础地理信息数据库建设内容 3.1空间地理信息基础数据库 1、 数字线划图数据库
数字线划图数据库是空间型的GIS数据库。它是将国家基本比例尺地形图上各类要素包括水系、境界、交通、居民地、地形、植被等按照一定的规则分层、按照标准分类编码，对各要素的空间位置、属性信息及相互间空间关系等数据进行采集、编辑、处理建成的数据库。
数字线划图数据库是核心，包括控制点数据子库、道路交通数据子库、水系数据子库、管线和垣栅数据子库、植被数据子库、居民地数据子库、工矿建（构）筑物数据子库、地貌和土质数据子库、境界数据子库，这些数据子库对应于数字线划图数据中的相应的图层数据，
1
中国信息界学术大会
它们是全要素地形图进行整理、分层提取后，按其要素特征，分门别类存储于不同的数据子库中。
这是一个经过对数据进行处理后建成的无缝空间数据库，可以包括1：5000、1：2000、1：1000、1：500等各种比例尺的数据，通过建立高效的索引和检索工具，使之能在一个无缝的大型数据库中快速检索目标。
图1城市空间基础地理信息数据库体系结构
2、数字正射影像数据库
正射影像数据库是空间型数据库。它是由各种航空航天遥感数据或扫描得到的影像数据
2
中国信息界学术大会
经过辐射校正、几何校正，并利用数字高程模型进行投影差改正处理产生的正射影像，有时附之以主要居民地、地名、境界等矢量数据，构成的影像数据库。影像可以是全色的、彩色的，也可以是多光谱的。影像数据可以采用压缩方式存储以节约存储空间。其比例尺系列与数字线划图数据库相一致。
数字正射影像数据库是将扫描数字化的航空像片的影像数据，经逐像元进行几何改正，按标准图幅范围裁切和镶嵌生成的数字正射影像集而构建的空间影像数据库。
3、数字高程模型数据库
数字高程模型数据库是空间型数据库。它是将定义在平面X、Y域按照一定的格网间隔采集地面高程而建立的规则格网高程数据库，简称DEM。它可以利用已采集的矢量地貌要素（等高线、高程点或地貌结构线）和部分水系要素作为原始数据，进行数学内插获得。也可以利用数字摄影测量方法，直接从航空摄影影像采集。其中，陆地和岛屿上格网的值代表地面高程，海洋区域内的格网的值代表水深。
4、 元数据数据库
元数据数据库是作为对空间数据进行描述和检索的重要手段，系统建设已经将元数据的采集和建库作为一项重要的工作，所有数据在入库时都要建立相应的元数据。随着数据入库、更新、采集工作的进展、元数据库的建立和发布，用户将能更方便地进行数据检索。
3.2政务应用空间数据库
在空间地理信息基础数据库或数字地形图的基础上抽取出常用的图层，去掉密级高又不常用的图层，如测量控制点、管线及附属设施、垣栅、地貌和土质，再增加电子政务需要的政务热点信息。
抽取的公共图层包括：建筑物、道路（含道路中心线）、水系、植被、境界（行政区划）、注记、地貌（晕渲图）七层，即所谓的基本要素图层。其中，点状要素层有：注记，线状要素层有：道路中心线、境界（行政区划分界线）、小溪、小河流等，面状要素层有：道路、建筑物、水系、植被、境界（行政区划）、地貌（晕渲图）。注意，线状和面状要素的划分与线划图的比例尺有关。各种图层以不同颜色和属性加以区分。
比例尺基于空间地理信息基础数据库比例尺，视具体应用添加相应的专题图层。 注记按照大类、中类、小类三个层次编码，以便查询和应用开发的需要。 3.3公众服务空间数据库
在电子政务应用空间数据库基础上通过进一步解密、缩编后形成可以在互联网上发布的面向公众服务的空间数据库，其基本图层包括居民地、道路（含道路中心线）、水系、植被、境界（行政区划）、注记、地貌（晕渲图）七层。其中，点状要素层有：注记，线状要素层有：道路中心线、境界（行政区划分界线），面状要素层有：主要道路、居民地、水系、植被、境界（行政区划）、地貌（晕渲图）。各种图层以不同颜色和属性加以区分。并增加各种POI（Point of Interest）信息（公交站点、公交线网、餐厅、娱乐、购物、金融设施、汽车服务设施等）。
3.4技术标准规范
技术标准和规范编制原则，凡是国家和行业已有的标准，参照国家和行业标准执行，需要自行编制的标准规范如下。
（1） 空间数据子库与图层命名规范
3
中国信息界学术大会
（2） 建库数据整理规程 （3） 建库数据质量控制规范 （4） 空间数据库验收技术规定
（5） 空间数据库运行管理与维护技术规定 （6） 地图注记信息分类编码规范 3.5政策法规保障体系
政策法规制定的基本原则：贯彻执行国家制定的配套政策、法律、法规和行政规章。同时，根据实际需要制定地方配套政策、法规和行政规章。凡是国家已颁布或列入制定规划的相应标准、政策、法规的，一律贯彻执行，不再另行制定；根据实际情况，可制定一些地方性政策法规和规章制度。以下是优化数据运行环境、改善政策环境应当关注的主要方面。
（1） 数据保密与安全防护政策 （2） 知识产权保护政策 （3） 数据有偿使用政策 （4） 数据共享政策 （5） 数据更新政策 3.6数据分发服务体系 1、数据申请提供体系
第一步，实现通过检索元数据目录、图幅接边示意图和空间数据库缩略浏览图等方式查询数据源和提交申请；
第二步，数据申请、认证、审批过程的电子化，数据提供是硬拷贝方式和履行必要的交接手续；
第三步，数据申请、认证、审批和提供的全电子化和宽带化；
第四步，以国际标准交换格式（如GML）或国家标准交换格式（如CNSDTF）实现各种数据的无障碍交换。
2、公共服务平台体系
实现基于公共WebGIS平台的在线查询功能，对于政府用户可基本满足办公辅助和决策支持的需求，对于企业和公众则首先是满足政务、经济和生活信息查询的需求。
3、连携应用服务体系
这里连携应用是指地理信息系统互操作，即不同应用(包括软件硬件)之间能够动态实时地相互调用，并在不同数据集之间有一个稳定的接口。
在国际上，空间信息系统互操作研究经历了从数据互操作到中间件、分布式对象和服务，再到应用系统乃至高层的信息群互操作的发展历程。主要的互操作方式有以下几种：直接转换方式、采用公共交换格式方式、公共访问接口方式和最新的Web服务方式。
3.7网络交换体系
通过政务专网、VPN、DDN等专用网络实现空间地理信息基础数据的网络交换。网络交换体系中应充分考虑数据存储和传输的安全保密性。
3.8空间数据库管理体系
空间数据库管理系统主要功能包括入库、查询、检索、图形显示、数据提取、绘图输出、数据整理与更新维护等。空间数据库管理体系应具备以下功能：
4