基于關系鏈映射的“四實”數(shù)據(jù)空間化研究

張珊珊，何正國

1. 廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510640；

2. 廣州市城市規(guī)劃自動化中心，廣東 廣州 510030

0 引 言

城市實有數(shù)據(jù)自1997年公安部蘇州會議[1]提出后，已有上海、湖南、廣州等城市實施落地?！八膶崱睌?shù)據(jù)是實有數(shù)據(jù)的一種，包括實有人口、實有房屋、實有單位與實有設施，是一種表達城市人口、建筑及設施等要素的新型數(shù)據(jù)類型。實有數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的城市人口及建筑以行政區(qū)劃做總量統(tǒng)計，以及測繪體系下類型化要素表達不同，“四實”數(shù)據(jù)針對人口、建筑、就業(yè)單位及服務設施的采集尺度與對象聚焦到獨立地理實體目標上，是一種以最小空間粒度劃分、全息采集的新型地理空間數(shù)據(jù)采集方式，具有以地理實體為典型數(shù)據(jù)特征的新型基礎測繪數(shù)據(jù)的特點。

當前，有關“四實”數(shù)據(jù)的研究較為有限，姜玉[2]、李菁[3]等針對北京和上海實有人口數(shù)據(jù)的類型及規(guī)范性等質(zhì)量問題進行了研究，何華貴等[4]研究了智慧廣州時空云平臺實現(xiàn)“四實”數(shù)據(jù)的地址化標準化方法。在地理實體的新型基礎測繪研究方面，李景文[5]、龔健雅[6]等學者研究了地理實體基本理論，閭國年[7]、彭清山[8]等學者研究了地理實體的類型化，從空間形態(tài)、應用方向等角度進行分類。阮于洲[9]、顧婷[10]研究了地理實體的采集與質(zhì)量控制。這些研究著重于數(shù)據(jù)采集質(zhì)量及標準化，對“四實”數(shù)據(jù)屬性及空間粒度精細至個體人、房屋地理實體特征，以及表單化數(shù)據(jù)如何實現(xiàn)空間化缺乏系統(tǒng)性的范式研究。

本文依據(jù)新型基礎測繪體系下地理實體相互關聯(lián)理論，針對“四實”數(shù)據(jù)的特點提出地理關聯(lián)實體概念，研究“四實”表單數(shù)據(jù)在關系鏈映射下的數(shù)據(jù)規(guī)則化與空間化的技術(shù)與方法，并以廣州市人民南社區(qū)為例進行了驗證。

1 基于關系鏈映射的“四實”數(shù)據(jù)空間化方法

1.1 數(shù)據(jù)內(nèi)容

“四實”數(shù)據(jù)在不同城市數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)內(nèi)容上有差別。廣州市“四實”數(shù)據(jù)中，實有設施數(shù)據(jù)已采集了空間坐標，因此需要空間化的地理實體對象為人、房（棟、套）、建筑與單位數(shù)據(jù)，以人口信息表、流動人口信息表、境外人口信息表、房屋棟信息表、房屋套信息表、單位信息表、從業(yè)人員信息表、人房關系表、單位房屋關系表9張表單形式存儲（表1）。

表1 “四實”數(shù)據(jù)表單內(nèi)容Tab.1 Contents of the “Four Reals” data sheet

“四實”數(shù)據(jù)表單為需要處理的原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)空間化處理流程總體包括數(shù)據(jù)質(zhì)量標準建立、數(shù)據(jù)清洗規(guī)則設計、數(shù)據(jù)清洗、關系鏈映射、地理關聯(lián)實體構(gòu)建與空間化等步驟。其中，基于關系鏈映射的地理關聯(lián)實體構(gòu)建與空間化，是實現(xiàn)建筑單體與人口個體數(shù)據(jù)關聯(lián)及空間落地的關鍵環(huán)節(jié)。

1.2 地理關聯(lián)實體構(gòu)建

新型基礎測繪是測繪空間地理信息在數(shù)據(jù)采集方法與應用需求發(fā)生巨大變化之后的發(fā)展方向[11]，而地理實體是這一發(fā)展方向中在數(shù)據(jù)要素方面最核心的類型和表達[12-13]。地理實體能夠?qū)崿F(xiàn)空間表達粒度和信息的精細化與全息化[14]。對于地理實體的類型化劃分，彭清山等提出以空間形態(tài)劃分的地理單實體、地理組合實體、地理聚合實體3類地理實體[8]。其中地理組合實體要求類型一致，而地理聚合實體則由若干具有空間關聯(lián)性的實體聚合而成，指向了一定封閉空間單元中具有邏輯關系的獨立地理實體組合。

“四實”數(shù)據(jù)表達的人、房（棟、套）、建筑與單位等實體要素關系，并不符合上述組合與聚合類型的地理實體特征，而是在城市尺度這一廣域范圍內(nèi)以特定要素相互關聯(lián)的地理實體集合，本文稱之為地理關聯(lián)實體。具體而言，地理關聯(lián)實體指向以下兩個方面。

1）在人、房（棟、套）與單位的關系中，人與房（棟、套）、人與單位、單位與房（棟、套）分別存在著居住、就業(yè)、進駐的關系，且這些關系同時與作為空間單元的建筑實體存在關聯(lián)關系，這一多重關系是“四實”地理關聯(lián)實體的邏輯關聯(lián)。

2）以建筑實體的地址信息作為人、房（棟、套）、單位等多重邏輯關聯(lián)實體的紐帶，可以實現(xiàn)“四實”地理關聯(lián)實體的空間關聯(lián)?！八膶崱钡乩黻P聯(lián)實體的關系如圖1所示。

圖1 地理關聯(lián)實體構(gòu)建過程Fig.1 The process of constructing geographically associated entity

1.3 關系鏈映射

為實現(xiàn)“四實”數(shù)據(jù)空間化，需要梳理多表單數(shù)據(jù)的內(nèi)在關系規(guī)則，通過對9個數(shù)據(jù)表單的分析，首先明確空間落點表單對象分別為個體人口信息、房屋建筑、單位信息，其次確定從業(yè)人員信息表CY、人房關系表GX1、單位房屋關系表GX2是具備關聯(lián)功能的關系型表單。3個關系型表單及各落點對象信息表單關鍵屬性字段的匹配關系表明，人口、房（棟、套）、單位信息之間存在一對一、一對多、多對多的關系規(guī)則，人口信息、單位信息、房（棟、套）信息之間存在承載關系。將承載關系劃分為職住兩條，個體居住在具體房（棟、套）內(nèi)，房（棟、套）位于具體單體建筑內(nèi)；個體在具體單位就業(yè)，單位進駐在房（棟、套）內(nèi)，房（棟、套）同樣位于具體單體建筑內(nèi)。

關系鏈是對多級關聯(lián)傳遞的一種相對直觀的可視化模式，基于指定的關系規(guī)則，實現(xiàn)屬性信息傳遞至相應載體上[15]。本文以“四實”數(shù)據(jù)表達的人、房（棟、套）、單位之間存在的一對一、一對多、多對多的關系，建立“四實”數(shù)據(jù)關系鏈映射（圖2）。

圖2 “四實”數(shù)據(jù)關系鏈映射Fig.2 “Four Reals” data relationship chain mapping

實現(xiàn)“四實”數(shù)據(jù)關系鏈映射主要有兩個過程，一個過程基于人口信息完成居住角度與就業(yè)角度兩組地理關聯(lián)實體的構(gòu)建，另外一個過程基于地址信息的屬性項關聯(lián)匹配，實現(xiàn)對居住和就業(yè)兩條關系鏈的拓展與地理關聯(lián)實體的空間化。

結(jié)合圖 2，上述 4式中RK1、RK2、RK3、FWT、FWD、DW為各屬性信息集合表；GX1、GX2、CY為上述6個屬性信息集合表的關聯(lián)關系；rkid、Tid、Did、DWid為存在于關聯(lián)關系表中的屬性集合關聯(lián)匹配項，分別關聯(lián)匹配人口信息、房屋套信息、房屋棟（單體建筑信息）、單位信息。

通過人房關系表，式（1）將3類人口信息表關聯(lián)至房屋上，式（2）將三維立體角度的房屋套信息關聯(lián)至二維平面角度的單體建筑上；通過從業(yè)人員信息表，式（3）將3類人口信息關系關聯(lián)至具體工作單位上；通過單位房（棟、套）關系表，式（4）將單位關聯(lián)至房（棟、套）上。依據(jù)關系傳遞的特性，將3種類型的人口信息進行聚合，分別構(gòu)建個體職、住關系鏈。下面的式（5）表示的關系鏈分別從個人居住角度和工作角度出發(fā)，將人口信息傳遞關聯(lián)至個人居住的具體建筑、房（棟、套）、工作單位上。

通過建立以上關系鏈，完成居住角度與就業(yè)角度兩組地理關聯(lián)實體的構(gòu)建，為后續(xù)利用空間相關屬性將非空間屬性進行關系鏈映射提供基礎。在此基礎上，選取地址信息作為指向空間位置的基本屬性。門牌地址空間數(shù)據(jù)的地址信息屬性項能與房（棟、套）信息表的地址信息屬性項關聯(lián)匹配，實現(xiàn)對職住兩條關系鏈的拓展。以下面的式（6）居住關系鏈為例，在單體建筑地理關聯(lián)實體上，利用地址信息屬性項，可將關系鏈與門牌地址空間數(shù)據(jù)相關聯(lián)，實現(xiàn)“四實”數(shù)據(jù)關系鏈到外部數(shù)據(jù)的拓展延伸，使其具備空間屬性(x,y)，實現(xiàn)人口數(shù)據(jù)及房（棟、套）數(shù)據(jù)的空間坐標關聯(lián)，完成關系鏈的空間化過程。

2 廣州市人民南社區(qū)“四實”數(shù)據(jù)空間化

本文選取廣州市越秀區(qū)人民南社區(qū)進行“四實”數(shù)據(jù)關系鏈映射、關聯(lián)實體構(gòu)建以及空間化研究。人民南社區(qū)位于廣州市越秀老城區(qū)的中心商業(yè)樞紐地帶，總面積為86 hm2。實驗以“四實”數(shù)據(jù)中實有人口為數(shù)據(jù)樣本，實有房（棟、套）為人口數(shù)據(jù)載體，通過單體建筑地理關聯(lián)實體實現(xiàn)數(shù)據(jù)關聯(lián)與落點，形成空間數(shù)據(jù)成果。由于原始數(shù)據(jù)采集的完整性，以及研究場地范圍較小等原因，本文地理關聯(lián)實體構(gòu)建與空間化中未處理從業(yè)人員-單位這一關聯(lián)實體數(shù)據(jù)。

以截至2020年的“四實”數(shù)據(jù)，統(tǒng)計人民南社區(qū)人口結(jié)構(gòu)（表2）。結(jié)果顯示，人民南社區(qū)實有人口總數(shù)約5.72萬，從性別結(jié)構(gòu)看：男性人口29065人，女性人口28219人，總?cè)丝谛詣e比為103.00（以女性為100）；從年齡構(gòu)成看：60周歲及以上的老年人口為15686人，約占社區(qū)總?cè)丝诘?7.38%。

表2 人民南社區(qū)現(xiàn)狀人口信息統(tǒng)計Tab.2 Current demographic information of Renminnan Community

基于關系鏈映射和地理關聯(lián)實體空間化方法生成人民南社區(qū)人口分布圖（圖3）與社區(qū)建筑人口分布圖（圖4），獲得以實有人口和實有房屋組成的關聯(lián)實體數(shù)據(jù)。顯然，以關系鏈映射建立各地理實體之間的關聯(lián)關系，建立地理關聯(lián)實體并實現(xiàn)空間化，能夠?qū)崿F(xiàn)有別于傳統(tǒng)測繪的新型基礎測繪的數(shù)據(jù)表達。特別之處在于，“四實”當中的實有人口數(shù)據(jù)，能夠超越傳統(tǒng)上基于統(tǒng)計年鑒的行政區(qū)劃空間粒度的人口分析，將數(shù)據(jù)分析落實于任何空間單元、任何年齡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多空間尺度與多空間粒度的人口分析。

圖3 人民南社區(qū)人口分布圖Fig.3 Distribution of the population in Renminnan Community

圖4 人民南社區(qū)建筑中人口分布Fig.4 Distribution of the population in Renminnan Community building

3 結(jié) 論

本文以廣州市“四實”數(shù)據(jù)處理、分析與研究為例，創(chuàng)新性地提出面向“四實”數(shù)據(jù)關聯(lián)特征的地理關聯(lián)實體概念，利用基于關系鏈映射的數(shù)據(jù)處理策略，實現(xiàn)了“四實”數(shù)據(jù)空間化，在最小粒度、無尺度全息采集及對社會經(jīng)濟屬性關注的數(shù)據(jù)特征上，新增了空間化數(shù)據(jù)特征，實現(xiàn)了“四實”數(shù)據(jù)從記錄型數(shù)據(jù)向地理實體數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。后續(xù)工作中要深入研究數(shù)據(jù)更新與數(shù)據(jù)應用模式，進一步推動“四實”數(shù)據(jù)應用的深度與廣度。