一种全空间信息表达方法及全空间信息系统

摘要

本发明公开了一种全空间信息表达方法及全空间信息系统，该方法包括以下步骤：全空间信息静态描述：全空间信息包括物理世界中空间实体的位置坐标(x,y,z)和自然属性信息，以及网络虚拟世界；增加时间属性，为静态的空间实体附加时间标识，实现全空间信息的动态描述；提供统一时空标准下的地名地址标识、地址网格编码标识，以实现不同的空间实体之间基于地理空间位置或范围内的关联和整合。该系统包括空间实体基础描述模块、时间标识模块与地名址标识模块。本发明用于实现对物理世界中所有具有位置信息的空间实体在虚拟世界中的动态描述与融合交流，实现空间实体、专题数据的地理位置、自然属性、时间属性在统一时空基准下的全空间信息表达。

说明书

技术领域

本发明涉及测绘地理信息空间表达技术领域，具体是一种全空间信息表达方法及全空间信息系统。

背景技术

近几年，随着信息和通讯技术的发展和普及，国内数字城市建设已经取得众多成果，智慧城市建设是当前的热潮。智慧城市的发展和建设对我国城市规划和管理带来了前所未有的机遇和挑战，在测绘地理信息领域，传统城市规划和管理对象的基本时空概念发展到了一个新的阶段。

新的阶段存在两个方面的挑战：第一，在时间上，当前的时间区间的大幅缩短，数据的实时动态性需求不断增长。传统城市规划的时间区间通常是5年10年、20年甚至更长的时间，基础测绘数据的采集往往也有1年、2年、5年的时间间隔，但是信息技术、互联网技术和实时大数据的应用，使城市规划、数据采集的可能反应时间缩短到几天、几个小时，甚至几分钟，与位置相关的众源数据在任何时间、任何地点都在产生。与此同时，规划与数据的应用正在经历静态到动态的转变。传统的城市规划和管理主要依赖于静态数据，但是大量实时数据的应用可以更方便地掌握城市的动态变化以及人和物在其中的流动。新的城市体系不再是一个静态平衡的体系，动态和不平衡将是常态。第二，从空间上看，空间数据的精度越来越高，极大的提高了城市管理的精度，大数据的应用，提高了数据利用效率及准确度，但同时城市各个部门(国土、规划等)都在根据自身业务基础建立了独特的地理单元划分标准，造成了多源空间数据在基本的空间单元上并不一致，缺乏统一的、标准的地理参考体系，导致数据难以融合。

因此，现阶段迫切需要一个对于复杂时空信息的表达方法，实现对于时空信息的全面、系统管理与应用，基于此，本发明提出一种全空间信息表达方法，并研发数据表达系统对其进行具体设计与实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全空间信息表达方法及全空间信息系统，实现对于所有具有位置标识信息的融合交流，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种全空间信息表达方法，包括以下步骤：

A、全空间信息静态描述：全空间信息包括物理世界中空间实体的位置坐标(x,y,z)和自然属性信息，以及利用IP地址、URL对计算机或用户的位置标识的网络虚拟世界；

B、增加时间属性，为静态的空间实体附加时间标识，实现全空间信息的动态描述；

C、提供统一时空标准下的地名地址标识、地址网格编码标识，以实现不同的空间实体之间基于地理空间位置或范围内的关联和整合。

作为本发明进一步的方案：物理世界包括地上实体与地下实体，地上实体分为室内与室外，地下实体包括地下管线、地下交通与地下活动场所。

作为本发明进一步的方案：步骤A中，全空间信息静态描述通过空间实体基础描述模块实现，空间实体包含两种基本特征：空间数据及属性特征。

作为本发明进一步的方案：空间数据包括但不限于矢量数据、影像数据、三维数据与实时位置数据。

作为本发明进一步的方案：步骤B中，增加时间属性是将结构化的静态数据、非结构化的流式数据注入时间标识，形成以时间、空间、属性构成的地理实体空间立方体模型。

作为本发明进一步的方案：步骤C中，对于具有空间位置坐标的空间实体，直接在统一时空标准下进行坐标匹配；无明确坐标信息的广义地名，首先进行空间语义转换；在地址网格编码地名库的支持下，通过词法分析工具获取广义地名描述的信息，选取合适层级的面片，以狭义地名的地址网格编码为基础直接得到面片标识作为参考面片编码，然后根据区域大小、偏移角度和偏移量，依托地址编码代数运算，获取描述广义地名的唯一地址网格编码，实现空间实体与专题信息在统一时空标准下的关联与融合。

作为本发明进一步的方案：地址网格编码是在GeoSOT网格与编码模型的基础上，综合考虑到地名地址地理位置模型的特征制得的地址网格编码规则。

作为本发明进一步的方案：地址网格编码为组合码，由32位16进制数字组成；前31位为本体码，最后1位为校验码。

作为本发明进一步的方案：地址网格编码从左至右排列应依次为：9位地址区划编码段、17位地址网格编码段、5位地址高度编码段、1位数字校验码，共计128bit。

一种实现全空间信息表达方法的全空间信息系统，包括空间实体基础描述模块、时间标识模块、地名址标识模块；

其中，所述空间实体基础描述模块存储模块，用于对空间数据的空间坐标位置信息进行描述；

所述时间标识模块，用于为多源异构的空间数据添加时间标识；

所述地名址标识模块，用于为多源异构的空间数据添加地名地址标识、地址网格编码标识。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的系统与方法，在完成静态地理空间的规范化、全面性表达的基础上，增加时间属性，对空间信息进行时间序化，实现地理空间的动态描述，并强调空间信息的地理匹配，以实现对于所有具有位置标识信息的融合交流，统一时空基准下地理实体、专题数据的地理位置、自然属性、时间属性的全空间信息表达。本发明实现了对于地上地下、室内室外、物理世界虚拟世界的空间多角度完整性描述，注重引起数据动态演变的时间属性，并通过地名地址标识、地址网格编码标识实现与位置相关的多源异构数据的融合。

附图说明

图1是本发明全空间信息表达方法概念图；

图2是本发明全空间信息表达方法流程图；

图3是本发明地名址标识模块的地址网格编码结构示意图；

图4是本发明基于地址网格编码的空间语义转换流程；

图5是本发明实施例提供的全空间信息系统的结构框图；

图6是本发明提供的全空间信息系统具体实施例示意图一。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参照附图，详细介绍本发明提供的一种全空间信息表达方法及全空间信息系统。

实施例1

如图1所示，本发明实施例中，一种全空间信息表达方法，包括以下内容：

全空间信息包含以下两层含义：(1)“全空间”指以地球表层为基础的立体空间，既包括传统的开放空间，如耕地、河流、植被、建筑物等地上实体的空间，也包括满足城市发展需求的地下交通、地下管线、地下人防等地下实体的空间；既包括室外空间，也包括室内空间，并且实现室内室外、地上地下一体化；(2)“全信息”既包括空间实体的空间、时间、属性立体信息，也包括以位置为纽带，通过地名址标识融合的其他专题信息，主要表达方式包括矢量图、影像图、三维模型、激光点云、红外影像以及其他传感设备获取的多种信息表达形式。

100：全空间表达

迄今为止，国内外对于空间范围的认知多集中于河流、道路、植被和建筑物等地物数据为主的室外三维场景中，然而，在真实世界中，建筑物是城市中最为重要的要素，因此，结合了各种建筑物室内场景才可称得上是一个完整的空间范围。移动通信、无线定位等技术的快速发展为人们了解对所依赖的室内空间提供了良好的技术手段，在这个领域，我们可以认识和掌握室内的每个环节，进行室内的微空间、无间、特征等分析，建立适合于室内空间拓扑模型，研究室内空间过程分析模型，实现室内实体管理。

尽管人们生活在物理世界中，然而随着数字化技术和网络技术的发展，信息时代的标志性产物——虚拟世界应运而生。虚拟世界可以理解为用“0”、“1”数字方式去表达和构成事物及其关系的空间，如今的人们，都生活在虚实相交的空间内。与现实世界相对应，虚拟世界是人们生存的另一个新的空间；与现实世界又截然不同，虚拟世界呈现出许多独有的特征。

在现实世界中，实体在空间中的位置可以是用地理坐标直接描述，也可以是用相对方位和距离关系等表达的相对位置，以及地名、地址标识的语义位置信息，用以描述地理实体或要素的所在地、社会事件发生地、移动目标的路径等；在虚拟环境下，可以用IP地址、URL描述计算机或用户位置。

200：全信息表达

如图1所示，所述全空间信息表达方法中“全信息”包含现实世界与虚拟世界中实体、事件在空间上的全方位(横向上室内室外、纵向上地上地下)信息。“全信息”是指从不同角度对目标实体/事件进行表达的信息，包括基础的几何坐标、属性信息描述，也包括时间上全方位(包括过去的、现在的以及所预测的未来的)信息，以及空间实体、专题数据等的地名址标识信息。

如图2所示，对所述全空间信息表达方法流程包括如下步骤：

A、全空间信息静态描述；

B、增加时间属性，为静态的空间实体附加时间标识，实现全空间信息的动态描述；

C、提供统一时空标准下的地名地址标识、地址网格编码标识，以实现不同的地理实体之间基于特定地理空间位置或范围内的关联和整合。

2001：全空间信息静态描述

静态的空间实体包含两种基本特征：空间数据及属性特征。空间数据是物理世界的空间实体在虚拟世界中的操作对象，数据来源包括室内数字化和野外采集，以及从其他数据的空间语义转换得到的特征表现了空间实体的位置坐标(x,y,z)、大小、形状、方向以及几何拓扑关系，属性特征表现了空间实体的空间属性以外的其他属性特征，主要是对空间数据的说明。如一个城市点，它的属性数据有人口、GDP、绿化率等等描述指标。根据数据格式、数据类型的差异，空间数据可以分为矢量数据、影像数据、三维数据、实时位置数据等表达形式。

2002：增加时间属性，为静态的空间实体附加时间标识，实现全空间信息的动态描述

为适应地理空间动态发展过程，“空间发展时序”可以使用时间标识模块进行强调，以实现对于空间实体的“滚动”管理，为实施地理空间的全生命周期管理奠定基础。

将结构化的静态数据、非结构化的流式数据，注入时间标识，即可形成以时间、空间、属性构成的地理实体空间立方体模型。时间标识注模块记载该数据的时效性。

2003：提供统一时空标准下的地名地址标识、地址网格编码标识，以实现不同的地理实体之间基于特定地理空间位置或范围内的关联和整合

对于传统的基础测绘地理信息数据，使用时间、空间、属性构成的地理实体空间立方体模型即可完成描述，然而，现实空间还包括大量的专题数据，只有完成基础数据与专题数据的汇聚，才是实现了全空间信息的表达。

汇聚的其他专题信息，有些带有空间位置坐标信息，经过统一时空基准后，即可匹配完成；部分自身没有空间坐标信息，但在属性项中蕴含了地名地址；还有一部分只是蕴含了一些地名基因，要结合汉语分词和数据比对技术，通过基于语义和地理本体额的统一认知，提取地名谱特征。

对于具有空间位置坐标的信息内容，直接坐标匹配。其他专题信息根据识别萃取出的地名地址信息，建立含有地名标识的切分序列与逻辑组合关系，开展基于分词、本体和词语相似性的多种匹配，提出局部模糊匹配后的歧义消除方法，实现高效、精准、实用的地名地址匹配。

地名址标识模块的地址网格编码的基本思路是：在GeoSOT网格与编码模型的基础上，综合考虑到地名地址地理位置模型的各项特征，设计一套全球统一、多尺度、同源同构的地址网格编码规则，支持各种地名信息和省、市(地区、州、盟)、县(市、区、旗)、乡(镇、街道)、街路巷(小区、村)、建筑楼栋、户室等地址信息的一体化精细网格编码。

GeoSOT网格是北京大学提出的一套全球剖分网格，全称是基于2n一维整型数组地理坐标的全球剖分网格(Geographical coordinate global Subdivision based on One-dimension-integer and Two ton-th power)，简称GeoSOT网格。GeoSOT网格的核心思路是：通过三次地球扩展(将地球扩展为512°×512°、将1°扩展为64′、将1′扩展为64″)，实现整度、整分的四叉树剖分，形成一个上至地球(0级)、下至厘米级面元(32级)的多尺度四叉树网格。

依托GeoSOT网格，按照地址与GeoSOT网格的映射关系，为地址设计一套全国统一的地址网格编码，该编码不仅具有地理含义，还隐含地址的部分基础信息。

如图3所示，地名址标识模块的地址网格编码设计为组合码，由32位16进制数字组成。前31位为本体码，最后1位为校验码。从左至右排列应依次为：9位地址区划编码段、17位地址网格编码段、5位地址高度编码段、1位数字校验码，共计128bit。

在自然语言描述中，人类习惯于用“空间位置(狭义地名)+偏移角度+偏移距离”四元组来描述一个地名地址(空间位置)，如“天安门以西15km处”。这类广义地名的地址无法直接定位标识，需先进行空间语义转换。

如图4所示，基于地址网格编码的空间语义转换的思路是：在地址网格编码地名库的支持下，针对上述无法直接定位的广义地名描述，通过词法分析工具获取广义地名描述的“空间位置(狭义地名)+偏移角度+偏移距离”等信息，选取合适层级的面片，以狭义地名网格编码为基础直接得到面片标识作为参考面片编码，然后根据区域大小、偏移角度和偏移量，依托地址编码代数运算，快速获取广义地名描述的地址网格编码。

如：广义地名描述“北京大学向东5千米”，经过词法分析工具后，得到“北京大学”、“东”、“5千米”等地址描述要素信息。在地名库中查询北京大学，得到北京大学的地址编码为(G001310322232023+1,2)，根据5千米和北京大学位置标识确定剖分层级为15级，然后由5千米范围大小和第15级面片纬向长度为0.78千米，确定偏移量为6个面片，因此北京大学和该区域的聚合面片标识编码为(G001310322232023+1,7)，右上角点即为即为广义地名描述“北京大学向东5千米”的地址编码G001310322232133。

下面对本发明提供的一种能够实现上述全空间信息表达方法的全空间信息系统进行说明，如图5所示，包括空间实体基础描述模块、时间标识模块、地名址标识模块；

100：空间实体基础描述模块

所述空间实体基础描述模块，用于对包括矢量数据、影像数据、三维数据、地名地址及建筑物数据、历史地理信息数据、远景规划地理信息数据、实时位置数据、物联网智能感知数据、实时感知的流式数据在内的空间数据的空间坐标位置信息进行描述。

200：时间标识模块

所述时间标识模块，用于为多源异构的空间数据添加时间标识。

300：地名址标识模块

所述地名址标识模块，用于为多源异构的空间数据添加地名地址标识、地址网格编码标识。

同时，系统支持多时相数据组合、叠加、符号化显示和放大、缩小、漫游、前视图、后视图等浏览功能，并可通过动画、动态符号和颜色模拟变化；具有三维漫游功能，支持拖动、滑动、飞行模式；支持多视角浏览，包括平视、仰视、俯视角度。

图6为根据全空间信息表达方法概念内涵和关键技术，研发的全空间信息系统，展示了对于地上三维实体与地下三维管线的表达与管理。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。