基于天地圖的省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建研究

陳伊玲

（重慶市勘測院，重慶 401121）

0.引言

中國信息化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，使得地理信息系統(tǒng)在各個領(lǐng)域應(yīng)用的頻率逐漸增多，人們對信息化服務(wù)的需求也在逐漸提升，全球信息化發(fā)展也為世界帶來了一次變革?！皵?shù)字城市”是現(xiàn)今國家信息化發(fā)展的關(guān)鍵特征之一，也是城市基礎(chǔ)建設(shè)中必不可缺的主要內(nèi)容之一。依據(jù)中國發(fā)布的城市總體規(guī)劃戰(zhàn)略來看，我國“數(shù)字城市”建設(shè)依舊處于初級階段，主要目的是提升公共服務(wù)效果，加強(qiáng)城市管理效率，以此來滿足城市的信息化需求。

省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建是“數(shù)字城市”建設(shè)的基礎(chǔ)，也是地理空間建設(shè)的前提。省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址編碼指的是依據(jù)一定的編碼規(guī)則與地名/地址模型將自然語言描述的地址位置信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將其與空間坐標(biāo)關(guān)聯(lián)，使其能夠在地圖上顯示出來。在實(shí)際生活過程中，省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址編碼數(shù)據(jù)至關(guān)重要。相關(guān)專家指出，在政府職能部門中，蘊(yùn)含著海量的業(yè)務(wù)信息量，例如，單位地址、小區(qū)地址等，但上述信息點(diǎn)無法使用文字形式準(zhǔn)確查找到確定的位置，為城市管理帶來極大的不利影響。故提出基于天地圖的省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建研究。將空間信息與非空間信息進(jìn)行有效地結(jié)合與關(guān)聯(lián)，生成一個綜合性、全面性的省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫，為城市規(guī)劃、管理等相關(guān)部門提供完整的、清晰的數(shù)據(jù)支撐，同時也為社會經(jīng)濟(jì)、資源的可持續(xù)化發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為政府、企業(yè)以及全社會提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

1.省市級節(jié)點(diǎn)地名/ 地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建研究

1.1 省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建框架搭建

以數(shù)據(jù)建設(shè)為核心、以服務(wù)應(yīng)用為宗旨、以創(chuàng)新模式為主線、以協(xié)同工作與統(tǒng)籌規(guī)劃為原則，搭建省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建框架，具體（如圖1所示）：

圖1 省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建框架圖

此研究主要以天地圖地理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過提取與整合處理獲取省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)，依照一定的編碼模型/標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行編碼、匹配，并設(shè)置檢索與服務(wù)功能，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。

1.2 天地圖地理數(shù)據(jù)的解析與處理

以上述搭建的省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建框架（如圖1所示）為基礎(chǔ)，對天地圖地理數(shù)據(jù)進(jìn)行解析與處理，獲取省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址地理數(shù)據(jù)，具體過程如下：

常規(guī)情況下，天地圖地理數(shù)據(jù)中包含政府公共地理數(shù)據(jù)與社會公共地理數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行解析與處理也劃分為兩個部分進(jìn)行，避免地名/地址地理數(shù)據(jù)出現(xiàn)混淆事件的發(fā)生。

其中，政府公共地理數(shù)據(jù)解析與處理主要是對POI數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理。依照現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)與要求，將POI數(shù)據(jù)劃分為10個大類別、14個中類別、590分小類別。必須對POI數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一分類，保障每個省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址均有所屬的類別。

POI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如表1所示）：

表1 POI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

社會公共地理數(shù)據(jù)解析與處理主要是對房產(chǎn)數(shù)據(jù)屬性信息獲取。采用RESTful接口，通過正則表達(dá)式等技術(shù)手段在天地圖中獲取房產(chǎn)數(shù)據(jù)。另外，需要注意的是，在房產(chǎn)數(shù)據(jù)解析過程中會涉及JSON解析，房產(chǎn)數(shù)據(jù)具備特殊的JSON數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，故需要使用XMLSpy對JSON數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使房產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保持一致。

通過上述過程完成了天地圖地理數(shù)據(jù)的解析與處理，獲得了省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址地理數(shù)據(jù)，為后續(xù)編碼提供地理數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.3 省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址編碼

以上述獲取的省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址地理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析地名/地址要素，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)地名/地址模型，確定地名/地址編碼標(biāo)準(zhǔn)，從而完成了省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址的編碼。

依據(jù)國家要求以及天地圖地理數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，認(rèn)定省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址要素共為5類，具體如下：

（1）行政區(qū)劃。行政區(qū)劃主要功能為標(biāo)注地名/地址的行政級別，包含國家層、省級層與市級層，此部分在編碼中不得為空。另外，其還能反映地名/地址數(shù)據(jù)的粗粒度信息與所屬行政范圍；

（2）地址部分。地址部分是地名/地址數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部分，承擔(dān)著地名/地址的主要內(nèi)容，此部分不得為空。地址部分主要為道路、門牌號等，反映地名/地址數(shù)據(jù)的中粒度信息；

（3）子地址部分。子地址部分是地名/地址數(shù)據(jù)的剩余部分，是地名/地址的補(bǔ)充信息，包含社區(qū)、樓牌號等，反映地名/地址數(shù)據(jù)的細(xì)粒度信息；

（4）別名部分。別名指的是城市或者道路或者社區(qū)的曾用名；

（5）補(bǔ)充部分。補(bǔ)充信息能夠防止地名/地址重名帶來的模糊性，結(jié)合補(bǔ)充信息進(jìn)行交叉查詢，能夠有效提升數(shù)據(jù)庫的檢索效率。

標(biāo)準(zhǔn)地名/地址模型是由多個地名/地址要素形成的集合，并且地名/地址要素之間存在著較為復(fù)雜的層次關(guān)系。目前使用的標(biāo)準(zhǔn)地名/地址模型分為三個部分，具體如下：

（1）<標(biāo)準(zhǔn)地名/地址>：<行政區(qū)劃><區(qū)域限定物><局部點(diǎn)位置描述>，其中，<行政區(qū)劃>指的是政區(qū)類地名；

（2）<區(qū)域限定物>指的是低于政區(qū)類地名，包含基本地址元素的地名，例如，社區(qū)、道路、廣場、公園等；

（3）<局部點(diǎn)位置描述>是地名/地址的最后元素，指的是點(diǎn)狀地址元素類型，例如，樓號、建筑物、經(jīng)濟(jì)地名等。

通過上述描述可知標(biāo)準(zhǔn)地名/地址模型為層次結(jié)構(gòu)，具體內(nèi)容（如表2所示）：

表2 標(biāo)準(zhǔn)地名/地址模型層次結(jié)構(gòu)表

地名/地址編碼是數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，故必須保障地名/地址編碼的正確性與精確性。在地名/地址編碼過程中，必須遵循下述原則：

（1）科學(xué)性原則。能夠在地名/地址編碼中識別出地理實(shí)體的從屬關(guān)系；

（2）唯一性原則。每一個地理實(shí)體在構(gòu)建數(shù)據(jù)庫中只能被唯一識別；

（3）標(biāo)準(zhǔn)性原則。地名/地址編碼必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)，方便地名/地址編碼數(shù)據(jù)的共享；

（4）層次性原則。地名/地址編碼必須能夠體現(xiàn)包含要素之間的層次關(guān)系；

（5）可擴(kuò)展性原則。以此來保障地名/地址編碼能夠適應(yīng)對象的發(fā)展與變化［10］。

則地名/地址編碼結(jié)構(gòu)（如圖2所示）：

圖2 地名/地址編碼結(jié)構(gòu)圖

1.4 地名/地址編碼匹配

以上述省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址編碼結(jié)果為基礎(chǔ)，采用等分計(jì)算方法匹配地名/地址編碼，提升構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的精準(zhǔn)度，方便數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。

一般情況下，若是數(shù)據(jù)庫完備，標(biāo)準(zhǔn)地名/地址編碼能夠成功匹配，并獲得精確的空間坐標(biāo)信息。但若是數(shù)據(jù)庫不夠完備，則需要通過計(jì)算空間坐標(biāo)值，對其進(jìn)行交互式手動匹配定位。

省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址路段與街道門牌存在兩種方式：一種是兩邊均存在門牌號，采用奇偶數(shù)遞增編排；另一種是一邊存在門牌號，依據(jù)門牌號遞增順序編排。故在數(shù)據(jù)庫不夠完備前提下，必須先對地名/地址編碼進(jìn)行判斷，這樣才能保障匹配后的數(shù)據(jù)最接近信息點(diǎn)。但上述過程較為麻煩，故此研究利用等分計(jì)算方法匹配地名/地址編碼。該方法將街道看作為一條直線，將建筑物看作為質(zhì)點(diǎn)。設(shè)定地名/地址編碼待匹配門牌為n0（x0，y0），其前一門牌坐標(biāo)信息與后一門牌坐標(biāo)信息分別記為n1（x1，y1）與n2（x2，y2），則待匹配門牌表達(dá)式，如式（1）所示：

假設(shè)前一門牌與后一門牌之間的距離長度為L，該街道與天地圖縱軸之間的夾角為α，則待匹配門牌坐標(biāo)的最大近似誤差計(jì)算公式，如式（2）所示：

為了能夠清晰地觀察到地名/地址編碼待匹配門牌坐標(biāo)的最大近似誤差，采用圖形描述對其進(jìn)行展示，（如圖3所示）：

圖3 等分計(jì)算的誤差示意圖

當(dāng)公式（2）結(jié)果最大近似誤差無限趨近于零時，則完成了地名/地址編碼門牌號的匹配。

1.5 地名/地址檢索服務(wù)

地名/地址檢索服務(wù)也是數(shù)據(jù)庫的主要功能之一，以此來提升數(shù)據(jù)庫的服務(wù)品質(zhì)。構(gòu)建數(shù)據(jù)庫地名/地址檢索服務(wù)主要通過capabilities、geocode與reverse接口來實(shí)現(xiàn)。其中，capabilities接口承擔(dān)著檢索操作結(jié)果反饋與處理的任務(wù)，其參數(shù)與注釋（如表3所示）：

表3 capabilities接口參數(shù)表

geocode接口承擔(dān)著設(shè)計(jì)地名/地址檢索過程參數(shù)的任務(wù)。geocode接口參數(shù)（如表4所示）：

表4 geocode接口參數(shù)表

reverse接口接收檢索者輸入的信息，與capabilities接口參數(shù)相差一個point參數(shù)，其作用為依據(jù)地名/地址坐標(biāo)信息，反算地名/地址的編碼。

另外，地名/地址檢索服務(wù)還需要滿足前綴后綴規(guī)則、差值規(guī)則與跳躍表規(guī)則，以此來保障檢索的正確性。

通過上述過程實(shí)現(xiàn)了省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，為省市級城市規(guī)劃、政府相關(guān)管理部門提供數(shù)字化信息支撐。

2.實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證構(gòu)建數(shù)據(jù)庫與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫之間的應(yīng)用性能差異，采用MATLAB軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)對象選取

此實(shí)驗(yàn)以某省市級區(qū)域天地圖為對象，其主要包含DLG數(shù)據(jù)與航片數(shù)據(jù)，具體情況（如表5所示）：

表5 實(shí)驗(yàn)對象數(shù)據(jù)情況表

2.2 性能指標(biāo)確定

為客觀顯示數(shù)據(jù)庫應(yīng)用性能，選取地名/地址匹配時間與地名/地址檢索準(zhǔn)確性作為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用性能指標(biāo)。其中，地名/地址匹配時間采用計(jì)時器即可獲得。而地名/地址檢索準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)需要對用戶檢索信息進(jìn)行整理才能獲得。則用戶檢索信息整理程序（如圖4所示）：

圖4 用戶檢索信息整理程序圖

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

依據(jù)上述選取的實(shí)驗(yàn)對象，確定的性能指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，通過地名/地址匹配時間與地名/地址檢索準(zhǔn)確性來反映數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用性能，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析過程如下：

通過實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)庫應(yīng)用性能數(shù)據(jù)（如表6所示）：

（1）地名/地址匹配時間數(shù)據(jù)

（2）地名/地址檢索數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

如表6（1）數(shù)據(jù)顯示：構(gòu)建數(shù)據(jù)庫地名/地址匹配時間范圍為86.13s-117.23s，現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫地名/地址匹配時間范圍為120.25s-165.45s。如表6（2）數(shù)據(jù)顯示：構(gòu)建數(shù)據(jù)庫地名/地址檢索準(zhǔn)確性范圍為81.45%-89.45%，現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫地名/地址檢索準(zhǔn)確性范圍為59.40%-75.33%。

表6 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用性能數(shù)據(jù)表

通過上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比可知：相較于現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫來看，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫地名/地址匹配時間更短，地名/地址檢索準(zhǔn)確性更高，充分證實(shí)了構(gòu)建數(shù)據(jù)庫應(yīng)用性能更好。

3.結(jié)束語

此研究以天地圖地理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一個新的省市級節(jié)點(diǎn)地名/地址數(shù)據(jù)庫，極大地縮短了地名/地址匹配時間，提升了地名/地址檢索準(zhǔn)確性，為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用與發(fā)展提供幫助，也為數(shù)據(jù)庫構(gòu)建研究提供一定的參考。