多源地理空间矢量数据集成与融合方法探讨
更新时间:2023-05-16 05:34:01 阅读量: 实用文档 文档下载
- 地理空间数据云矢量文件推荐度:
- 相关推荐
第24卷第1期
2007年2月
Journal
of
测绘科学技术学报
ZhengzhouInstituteofSurveyingand
VoI.24NO.1
Mapping
Feb.2007
文章编号:1673—6338(2007)01-0001一04
多源地理空间矢量数据集成与融合方法探讨
崔铁军,郭黎
(信息工程大学测绘学院,河南郑州450052)
摘要:针对人们对地理空间数据迫切需求,介绍了多源地理空间矢量数据产生的管理与技术原因及其5种表现形式,提出了多源地理空间矢量数据集成与融合的概念及其相互关系。论述了地理数据模型的融合、地理要素语义的融合和地理数据投影和坐标系的统一是多源地理空间矢量数据集成与融合基本理论与方法。给出了实现多源数据集成的数据格式转换、数据互操作和直接数据访问方法。最后,讨论了地理要素几何位置的融合,以及通过地理要素语义融合消除地理要素数据描述和属性差异的矢量数据融合方法。
关
键
词:多源空间数据;数据集成;数据融合;地理空间数据模型
文献标识码:A
中图分类号:P208
TheStudyforMultisourceGeospatialVectorDataIntegrationandFusion
CUITie-jun,GUOLi
(Institute
ofSurveyingandMapping,InformationEngineeringUniversity,Zhengzhou450052,China)
Abstract:Tomeetthedemandsspatial
vector
on
geospatialdata,managementandtechnologythatproducemuhisource
put
geo—
data
are
presented.Inthispaper,we
vector
forwardfiveexpressionalformsforgeospatialdata,and
discussedbasic
principles
and
conceptionandrelationshipofmeasuresof
vector
data
integrationandfusion.Then,we
dataintegrationandfusion:datamodelintegration,semanticintegration,unifying
to
projec—
tionandcoordinatesystem.Also,wedescribedthreemeansrealizedataintegration:dataformatexchange,
vector
datainteroperability,directdataaccess.Atlast,wediscusseddatafusionmeasures:geographyelement
at—
geometrypositionfusionandsemanticfusion.Bythis,differenceofgeographyelementdatadescriptionandtributewereeliminated.
Keywords:multisourcegeospatialdata:dataintegration;datafusion;geospatialdatamodel
GIS从传统军事、国民经济建设应用拓宽到大众公共服务和个人地理信息服务的应用。人们迫切需求地理信息现势性好、精度高和大范围的地理空间数据。由于在我国高精度的地理空间数据还是保密产品,大众用户生产、使用地理空间数据的权限受一定的限制。测绘部门数据生产很难满足用户需求的所有数据,用户不得不根据本部门特定的应用目的进行数据生产。由于地理信息技术的标准化工作,特别是服务的标准化工作相对滞后,生产采用了异构的地理信息生产环境,导致不同系统之间无法进行有效的互操作,这不仅加大数据生产成本,造成人力、物力的极大浪费,也给数据共享带来极大困难。空间数据多源性的产生和表现主要可以概括为以下5个层次。
1)多语义性。GIS研究对象的多种类型特点决定了地理信息的多语义性。对于同一个地理
收稿日期:2006—11—10;修回日期:2006—12-23
信息单元,在现实世界中其几何特征是一致的,但是却对应着多种语义,如地理位置、海拔高度、气候等自然地理特征;同时也包括经济社会信息,如行政区界限、人口、产量等。不同GIS解决问题的侧重点也有所不同,因而会存在语义分异。
2)多时空性和多尺度。GIS数据具有很强的时空特性。一个G1S中的数据源既有同一时间不同空间的数据系列;也有同一空间不同时间序列的数据。不仅如此,GIS会根据系统需要而采用不同尺度对地理空间进行表达,不同的观察尺度具有不同的比例尺和不同的精度。
3)获取手段多源性。获取地理空间数据的方法有多种多样,包括来自现有系统、图表、遥感手段、GPS手段等。这些不同手段获得的数据其存储格式及提取和处理手段都各不相同。
4)存储格式多源性。GIS应用系统很长一
作者简介:崔铁军(1961一),男,河南雎县人,教授/博导,博士,主要从事地理信息系统和空间数据库方面的研究。
万方数据
测绘科学技术学报
段时间处于以具体项目为中心孤立发展状态中,很多GIS软件都有自己的数据格式。
5)空间基准不一致。不同来源的空间数据有着不同的坐标参考体系和不同的投影方式。这使得GIS的数据共享问题变得尤为突出。
1
多源地理空间矢量数据集成与融合
多源地理空间矢量数据集成是把不同来源、格式、比例尺、多投影方式或大地坐标系统的地理空间数据在逻辑上或物理上的有机集中,从而实现地理信息的共享。集成后的地理空间数据仍然保留着原来的数据特征,并没有发生质的变化。多源矢量数据融合是指按某种特定的应用目的,将同一地区不同来源的空间数据,采用一定的方法和原则,重新组合专题属性数据,改善地理空间实体的几何精度,提高地理数据生产效率和质量。多源地理空间矢量数据集成和融合不是孤立的两个过程。集成是融合的基础,融合是集成基础上进一步的发展。空间矢量数据集成和融合首先实现地物实体的分类分级、数据模型和几何位置的统一。集成和融合差异在于,融合不仅仅是数据的集中,而是产生质量更高的新数据。多源地理空间矢量数据集成与融合层次关系如图l所示。
融合集成基础方法图1
多源地理空间矢量数据集成与融合的层次关系
2
多源地理空间矢量数据集成与融合基础方法矢量数据集成与融合的基本理论和方法主要
有3个方面:一是地理数据模型的融合;二是地理要素语义的融合;三是空间地理数据投影和坐标系的统一。
2.1
地理数据模型融合的理论与方法
地理数据模型融合是指将两种以上的不同数
据模型融合成一种新的数据模型,这种新的数据模型应能最大限度地包容原数据模型,然后将不同数据模型的数据向新的数据模型转换。因此,数据模型融合的关键在于新的数据模型的设计。新地理数据模型设计时,必须处理好地理物体整体性和可分析性、空间位置与属性的关系,以及由于连续地理空间的分层与分幅造成的空间关系割
万
方数据断的矛盾。由于数据源多种多样,其对应的数据模型必然也有或多或少的区别。根据源数据的空间数据模型不同,一般称有拓扑关系数据模型为复杂数据模型,无拓扑关系数据模型为简单数据模型。地理空间数据模型融合可分为:1)由简单数据模型到复杂数据模型的融合;2)由复杂数据模型到简单数据模型的融合;3)复杂数据模型之间的融合3种情况。
2.2地理要素语义信息的融合
由于不同数据源其数据的生产是独立的,对物体的分类、分级各不相同。即使分类分级近似,由于其编码长度和表示法不同,也存在一定的转换工作量。要对地理要素编码进行融合,首先体现在对物体的分类、分级的统一。物体的分类、分级统一主要解决两种数据源由于分类、分级所采用的方法以及分类、分级的详细程度不同所产生的差异。主要表现在:
1)不同的信息源使用多种术语(词汇)表示同一概念;
2)同一概念在不同的信息源中表达不同的含义;
3)各信息源使用不同的结构来表示相同(或相似)的信息;
4)各信息源中的概念之间存在着各种联系,但因为各信息源的分布自治性,这种隐含的联系不能体现出来。
语义是信息的内在涵义,其意义与相关上下文环境有关。语义很难用形式化描述,因此尝试用本体(Ontology)来表达语义。本体是领域概念模型的显式表示。具体来说,某个领域的本体就是关于该领域的一个公认的概念集,其中的概念含有公认的语义,这些语义通过概念之间的各种关联来体现。本体通过它的概念集及其所处的上下文来刻画概念的内涵。要对地理要素语义进行融合,还要统一语义表示方法。
地理要属的语义表示用数字化描述就是编码,地理要素语义的融合就是地理要属编码的融合。研究出一种兼顾到两种编码方案优点的新的要素属性编码方案,这种方案应能基本上保持对已有编码体系的兼容性,又能克服它们所存在的缺点。兼容性可以通过相应的转换机制实现,即能方便地将旧的编码转换到新的编码系统中。原有编码的缺点则可以通过对新编码的合理设计来克服。新的编码方案应能更加科学地体现出要素的分类特点,使要素分类更加合理;应能充分提供
第1期崔铁军,等:多源地理空间矢量数据集成与融合方法探讨
对每一要素属性作详尽描述的能力,保证要素属性描述的完备性。
2.3地理数据投影和坐标系的统一
不同来源的空间数据有着不同坐标参考体系和不同投影方式,有1954年北京坐标系、1980年国家大地坐标系、新1954年北京坐标系和GPS接收机采用的坐标系统WGS84;地图数据的投影方式有大于或等于1:50万系列比例尺地形图的高斯一克吕格投影、1:100万比例尺的等角圆锥投影、海图的墨卡托投影以及一些无投影的地理数据。多源数据集成就必须有统一的坐标系和投影方式,以地球椭球面为空间信息定位的载体,将各种来源、各种投影的空间地理数据转换成地理坐标进行存储。采用地理坐标定位的优点是便于进行大区域乃至全球性的拼接,它不随投影系统的选择而改变点位的位置。
3多源地理空间矢量数据集成方法
实现多源数据集成的方法有数据格式转换方法、数据互操作方法、直接数据访问方法3种。3.1数据格式转换方法
格式转换模式是传统GIS数据集成方法。在这种模式下,其他数据格式经专门数据转换程序进行格式转换后,复制到当前系统中的数据库或文件中。这是目前GIS系统数据集成的主要办法。目前得到公认的几种空间数据格式有:
ESRI公司的Arc/Info
Coverage、ArcShape
Files、E00格式;AutoDesk的DXF格式和DWG格式;Maplnfo的MIF格式;Intergraph的dgn格式等等。数据转换模式主要存在3个问题:一是由于缺乏对空间对象统一的描述方法,使得不同数据格式描述空间对象时采用的数据模型不同,因而转换后不能完全准确表达源数据的信息;二是这种模式需要将数据统一起来,违背了数据分布和独立性原则;三是如果数据来源是多个代理或企业单位,这种方法涉及所有权的转让问题。
美国国家空间数据协会(NSDI)制定了统一的空间数据格式规范SDTS(Spatial
DataTrans—
formation
Standard),许多软件利用SDTS提供
了标准的空间数据交换格式。目前,ESRI在ARC/INFO中提供了SDTSIMPORT以及SDT—SEXPORT模块,Intergraph公司在MGE产品系列中也支持SDTS矢量格式。SDTS在一定程度上解决了不同数据格式之间缺乏统一的空间对象描述基础的问题。但SDTS目前还很不完善,还
万
方数据不能完全概括空间对象的不同描述方法,并且还不能统一为各个层次以及从不同应用领域为空间数据转换提供统一的标准;并且SDTS没有为数据的集中和分布式处理提供解决方案,所有的数据仍需要经过格式转换复制到系统中,不能自动同步更新。
3.2数据互操作方法
GIS互操作是指在异构数据库和分布计算的情况下,GIS用户在相互理解的基础上,能透明地获取所需的信息。OGC(OpenGIS
Consortium)
为数据互操作制定了统一的规范,从而使得一个系统同时支持不同的空间数据格式成为可能。根据OGC颁布的规范,可以把提供数据源的软件称为数据服务器(DataServers),把使用数据的软件称为数据客户(DataClients),数据客户使用某种数据的过程就是发出数据请求,由数据服务器提供服务的过程,其最终目的是使数据客户能读取任意数据服务器提供的空间数据。OGC标准更多考虑到采用了OpenGIS协议的空间数据服务软件和空间数据客户软件,对于那些历史存在的大量非OpenGIS标准的空间数据格式的处理办法还缺乏标准的规范。而从目前来看,非OpenGIS标准的空间数据格式仍然占据已有数据的主体。
数据互操作规范为多源数据集成带来了新的模式,但这一模式在应用中存在一定局限性。首先,为真正实现各种格式数据之间的互操作,需要每种格式的宿主软件都按照统一的规范实现数据访问接口,在一定时期内还不现实;其次,一个软件访问其他软件的数据格式时是通过数据服务器实现的,这个数据服务器实际上就是被访问数据格式的宿主软件,也就是说,用户必须同时拥有这两个GIS软件,并且同时运行,才能完成数据互操作过程。
3.3直接数据访问方法
顾名思义,直接数据访问指在一个GIS软件中实现对其他软件数据格式的直接访问,用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了繁琐的数据转换,而且在一个GIS软件中访问某种软件的数据格式不要求用户拥有该数据格式的宿主软件,更不需要该软件运行。直接数据访问提供了一种更为经济实用的多源数据集成模式。目前使用直接数据访问模式实现多源数据集成的GIS软件主要有两个,即:Intergraph推出的GeoMedia系列软件和超
测绘科学技术学报
图公司研制的SuperMap。
4
多源地理空间矢量数据融合方法
矢量数据融合的主要任务是消除以下差异:1)空间物体在不同的空间数据模型中多次采集所产生的数据描述上的差异;
2)相同或不同的数据模型采用不同的分类分级方法采集所产生的要素属性差异;
3)空间数据的应用目的不同表现在要素制图综合详细程度上的差异以及多次数字化所产生的几何位置差异。
4.1数据融合规则的制定
融合规则首先是数据源的提取方式,即各种要素应从何种数据源中提取。其次,应制定数据融合时,属性不一致和位置关系矛盾时处理的原则。可参考近期的高精度航片和卫片,确定准确位置;没有参考资料修正时,制定移动相关要素的原则。
4.2地理要素几何位置的融合技术
由于数据获取时采用的数据源不同,比例尺不同,作业员的个人素质有差异,以及更新的时间不同,同一地区的数据经常存在着一定的几何位置差异。为了有效地利用这些有差异的几何位置数据,需要对几何位置融合。几何位置融合是一个比较复杂的过程,需要用到模式识别、统计学、图论以及人工智能等学科的思想和方法。几何位置融合应包括两个过程:一是实体匹配,找出同名实体;二是将匹配的同名实体合并。实体的匹配是指将两个数据集中的同一地物识别出来。匹配的依据包括距离度量、几何形状、拓扑关系、图形结构、属性等。对同名实体的几何位置进行合并,首先要对数据源的几何精度进行评估,根据几何精度,合并应分两种情况进行讨论。如果一种数据源的几何精度明显高于另一种,则应该取精度高的数据,舍弃精度低的数据。对于几何精度近似的数据源,应该分点、线、面来探讨合并的方法。点状物体的合并较为简单,面状物体的合并主要涉及边界线的合并,可参照线状物体的合并进行。线状物体的合并可采用特征点融合法和缓冲区算
法。
4.3地理要素属性的融合技术
地理要素数据描述和属性的差异是通过地理要素语义融合来消除。在两个不同数据集中的同一个地理实体,不仅有不同的几何形态差异,也有不同的属性结构和语义描述方法。例如道路在车
万
方数据辆导航数据中被描述为编码、名称、等级、路面、车道、中间隔离带、行使方向、设计行使速度等,同样一条道路在地形图上被描述为编码、名称、等级、路面、桥梁、涵洞和路提坡度等。
道路等级属性项由于分类指标不同也会产生差异,如道路按管理权限可分为国道、省道、县道和专用道等。按技术指标可分为高级道路、快车道、一般道路和大车路等。属性结构和语义描述融合往往先进行几何位置的融合,同时按照数据融合的目的从两种数据源中抽取所需的属性组成新的属性结构,按照语义转换方法对属性值进行转换。融合后新数据不仅改变了属性结构,也从两个数据集中继承了属性内容,如图2所示。
圈。义
图2
菡al矢量数据的几何位置和属性的融合
20[一影
5
结束语
地理信息系统的迅速发展和广泛应用导致了
空间数据多源性的产生,为数据综合利用和数据共享带来极大困难。在此探讨了多源性空间数据的差异和表现,分析和评价了多源空间数据集成的3种方法;为减少数据生产成本,提高数据生产效率和质量,研究了多源空间数据融合的方法;这些方法在数据生产中应用,可以节约大量数据获取费用,对整个地理信息产业的发展有着举足轻重的作用。参考文献:
[1]
郭黎,崔铁军,吴正升.多源数字地图融合技术问题的研究EJ].海洋测绘,2000,(2):22—25.[2]DevogeleT.On
spatialdatabase
integration[J].Geograph
ical
InformationScience,1998,12(4):335—352.
E33
ABEL
J.Towardsintegratedgeographic
information
pro—
cessing[J].Geographical
InformationScience,1998,12
(4):353—371.
[4]
BISHRY.Overcoming
thesemanticandotherbarriers
tO
GIS
interoperability口].Geographical
InformationScience,
1998,12(4):299-314.
[53
WalterV.Zuordnung
yon
raumbezogenDaten—am
Beispiel
derDatenmodetle
ATKISund
GDF[D3.Manehen:Verlagder
Bayerischen
Akademie
der
Wissenschaften,1
989.
责任编辑安敏
多源地理空间矢量数据集成与融合方法探讨
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
崔铁军, 郭黎, CUI Tie-jun, GUO Li信息工程大学,测绘学院,河南,郑州,450052
测绘科学技术学报
JOURNAL OF ZHENGZHOU INSTITUTE OF SURVEYING AND MAPPING2007,24(1)16次
参考文献(5条)
1.郭黎;崔铁军;吴正升 多源数字地图融合技术问题的研究 2000(02)2.Devogele T On spatial database integration 1998(04)
3.ABEL J Towards integrated geographic information processing[外文期刊] 1998(04)4.BISHR Y Overcoming the semantic and other barriers to GIS interoperability 1998(04)5.Walter V Zuordnung yon raumbezogen Daten-am Beispiel der Datenmodelle ATKIS und GDF 1989
本文读者也读过(6条)
1. 詹志文.周茂春 基于LBS系统数据融合及数据交换[期刊论文]-江西测绘2010(2)
2. 江南.夏丽华.薛本新.JIANG Nan.XIA Li-hua.XUE Ben-xin GIS中空间信息多种地图显示模式的研究[期刊论文]-测绘科学技术学报2006,23(3)
3. 翟京生.陈长林.ZHAI Jing-sheng.CHEN Chang-lin 海陆空多源地理空间信息的融合共享[期刊论文]-测绘科学技术学报2010,27(5)
4. 郭黎.崔铁军.郭健 地理空间矢量数据融合理论框架探讨[会议论文]-2008
5. 赵东明.吴晓平 高低跟踪方式卫星重力观测的状态空间描述[期刊论文]-测绘学院学报2004,21(1)
6. 臧德彦.张立亭.周世健.Zang Deyan.Zhang Liting.Zhou Shijian 定位参数抗差估计的无偏性[期刊论文]-测绘学院学报2000,17(1)
引证文献(16条)
1.郭黎.崔铁军.张斌 道路网数据变化检测与融合处理技术[期刊论文]-地理信息世界 2011(5)
2.周顺平.胡茂胜.方芳 无缝空间数据中心概念模型及其技术体系[期刊论文]-地球科学-中国地质大学学报2010(3)
3.郜允兵.陈天恩.姚红.陈敬周 基于GML的精准农业数据交换模型[期刊论文]-农机化研究 2009(4)4.张怡鹏.高德政 多源异构空间数据集成工具系统的设计与研究[期刊论文]-测绘通报 2009(2)
5.吴小芳.谢刚生.李少白.马传松 空间数据集成与交互的发展现状及应用趋势[期刊论文]-科技创新导报 2010(16)6.王茜.蒋捷.黄蔚.卢卫华 村镇多源异构空间数据整合技术研究——以北京市吴雄寺村为例[期刊论文]-地理信息世界 2010(3)
7.郭黎.崔铁军.陈应东 多源地理空间数据差异的成因探讨[期刊论文]-测绘与空间地理信息 2009(1)8.肖强.赵国成.阚映红 ShapeFile格式数据与地理信息交换格式数据转换[期刊论文]-测绘科学 2010(6)9.文敏.唐新明.史绍雨.文建强.闫浩文.黄伟 针对海陆图融合的数字海图自动预处理及实现[期刊论文]-地理空间信息 2011(1)
10.宋拥军.李玉琳.王峰.张伟 国土资源基础数据的多源性特征研究[期刊论文]-山东国土资源 2009(4)11.殷晓冬.胡家升.张立华.吴理达.陈跃 海岸带多源数据三维无缝拼接技术[期刊论文]-大连海事大学学报2008(2)
12.吴浩.王乾坤.刘昆玉.王冉.周立雄 GPS支持下的智能碾压车载终端系统研究——以高速客运专线路基施工为例[期刊论文]-测绘通报 2010(5)
13.李杨.李天文.崔晨.陈靖 多源空间数据集成技术综述与前景展望[期刊论文]-测绘与空间地理信息 2009(1)14.许辉熙.卢正.薛万蓉 GIS中多源空间数据集成方法研究[期刊论文]-测绘与空间地理信息 2009(5)15.周顺平.胡茂胜.方芳 无缝空间数据中心概念模型及其技术体系[期刊论文]-地球科学-中国地质大学学报2010(3)
16.陈传彬.陆锋.励惠国.王钦敏 自然语言表达实时路况信息的路网匹配融合技术[期刊论文]-中国图象图形学报A2009(8)
本文链接:/Periodical_chxyxb200701002.aspx
正在阅读:
多源地理空间矢量数据集成与融合方法探讨05-16
2018-12.4国家宪法日社区简报-精选word文档(3页)01-03
汽车4S店会计科目设置和使用规定05-20
历险记作文800字06-25
讨好人的话02-10
关于请求协调改善基站建设施工环境打击恶意阻工的请示-经信委03-11
县人社局2022年度工作计划范文04-04
北语16秋《员工关系管理》作业203-12
宁波市十二五文化发展规划01-09
- 教学能力大赛决赛获奖-教学实施报告-(完整图文版)
- 互联网+数据中心行业分析报告
- 2017上海杨浦区高三一模数学试题及答案
- 招商部差旅接待管理制度(4-25)
- 学生游玩安全注意事项
- 学生信息管理系统(文档模板供参考)
- 叉车门架有限元分析及系统设计
- 2014帮助残疾人志愿者服务情况记录
- 叶绿体中色素的提取和分离实验
- 中国食物成分表2020年最新权威完整改进版
- 推动国土资源领域生态文明建设
- 给水管道冲洗和消毒记录
- 计算机软件专业自我评价
- 高中数学必修1-5知识点归纳
- 2018-2022年中国第五代移动通信技术(5G)产业深度分析及发展前景研究报告发展趋势(目录)
- 生产车间巡查制度
- 2018版中国光热发电行业深度研究报告目录
- (通用)2019年中考数学总复习 第一章 第四节 数的开方与二次根式课件
- 2017_2018学年高中语文第二单元第4课说数课件粤教版
- 上市新药Lumateperone(卢美哌隆)合成检索总结报告
- 多源
- 矢量
- 融合
- 探讨
- 地理
- 集成
- 方法
- 数据
- 空间
- 3.listening and speaking
- 女童保护论坛:全社会要为儿童撑开一把保护伞
- Matlab 在电磁场中的应用
- 2012年注册二级建造师考试大纲(最新版)
- 重庆协信项目中期报告-1227汇报宣讲会版
- 安全技术措施与反事故技术措施管理制度(新版)
- 2014年四年级英语上册第五六单元测试卷闽教版
- 戴尔公司与沃尔玛供应链区别
- 能谱CT成像的临床应用
- 2018新人教部编本二年级下册语文第10课《沙滩上的童话》教学设计3教案
- 巧用SAS软件制作临床试验随机盲表
- 非洲各个国家英文名称及音标
- 云南农业大学植物生理学复习
- 免积分-人教版五年级下册数学知识点总结+习题练习(分模块)
- 新目标七年级英语下册 Unit1-Unit4 测试卷
- iphone平台新手使用教程
- 五年级语文下学期教学工作总结
- 企业人力资源管理师三级小抄免费版
- OK6410开发板LINUX2.6用户手册
- 2012年全国中学生英语能力竞赛试题及参赛通知