1. 信息工程大学 地理空间信息学院，郑州 450001；
2. 智慧地球重点实验室，西安 710054；
3. 莫干山地信实验室，湖州 313299

摘  要：地理实体数据是新型基础测绘与实景三维中国建设的核心产品，其组织、生产、管理与服务对建立智慧城市、服务数字中国、发展数字经济具有重要意义。针对当前地理实体在赋能行业应用中存在的多元特征统一表征、多模态数据统一组织、复杂组成结构嵌套与关联、全生命周期建模与多版本信息管理等难题，本文围绕地理实体数据模型及其全生命周期建模方法展开研究。首先，在厘清相关概念的基础上，阐述地理实体的基本特征与分类，设计统一的地理实体数据模型；其次，为解决地理实体数据的来源问题，构建面向对象的地理实体全生命周期建模流程，并对建模过程中的类模板构建、分类编码统一、实例化方法等关键技术进行论述；最后，以城市安全管控、企业安全生产等智慧城市应用场景为例，开展建模实验，来验证方法可行性。研究成果可为实景三维中国地理实体数据建设与应用提供模型支撑和方法借鉴。

关键词：实景三维；地理实体；数据模型；地理实体建模；地理实体类模板；地理实体实例化

引用格式：曹一冰, 张江水, 华一新, 张政, 杨渊. 2025. 实景三维地理实体数据建模方法探讨. 时空信息学报, 32(5): 502-515
Cao Y B, Zhang J S, Hua Y X, Zhang Z, Yang Y. 2025. Discussion on 3D realistic geospatial landscape model geo-entity data modeling method. Journal of Spatio-temporal Information, 32(5): 502-515, doi: 10.20117/j.jsti.202505001

1  引  言

随着云计算、物联网、大数据、信息与通信技术和人工智能等相关技术在测绘行业的深度应用，政府部门、企事业单位和社会公众对测绘产品的需求日益旺盛（陈军等，2021，2023；陈光等，2023；刘万增和陈军，2024）。传统4D产品模拟纸质地形图标准，对现实世界进行分要素、分尺度抽象表达，更适合中观尺度下地球表面的静态描述，难以有效表征空间上连续延伸、时间上动态变化、内容上广泛关联的现实世界的统一描述，亟需新型产品体系的跃升和理论技术体系的革新（华一新等，2024）。2023年，自然资源部印发了《实景三维中国建设总体实施方案（2023—2025年）》，明确了实景三维作为新型基础测绘产品是数字中国整体框架构建的核心要素和重要内容。

实景三维是对人类生产、生活和生态空间进行真实化、立体化、时序化反映与表达的数字虚拟空间，是国家重要的新型基础设施，具有实体化、三维化、语义化、结构化、全空间和人机兼容理解等特点（陈军等，2022）。实景三维中国建设是面向测绘地理信息事业，服务社会经济发展和生态文明建设新定位、新需求，对传统基础测绘业务的转型升级，是测绘地理信息服务的发展方向和基本模式（燕琴等，2023；姚巍和王谱佐，2023）。实景三维数据产品体系包括地理实体产品、地理场景产品和地理实景产品，其中，地理实体是现实世界中占据一定且连续的空间位置或范围，具有同一属性或完整功能的地理对象，是关联和挂接各类社会经济信息的时空载体，是实景三维中国建设的基础和核心（陈军等，2025）。

目前，国内外针对地理实体数据模型开展了大量研究。在地理实体分类与描述方面，闾国年等（2019）提出了面向智慧城市建设的地理实体科学分类体系，应用需求驱动的地理实体颗粒度分割体系，地理视角的地理实体描述体系，以及顾及地理实体空间分布、时间过程的唯一身份编码体系构建的设想与思路；Shi等（2024）提出了一种基于有向超图理论的地理实体多分类模型，创建了表示多个分类的统一方法并设计了模型数据结构，实现了不同分类体系地理实体的统一存储管理；姜慧伟等（2024）扩展了地理实体的描述方式，提出了包含实体编码、空间数据、关系数据、属性数据的基础地理实体数据模型，设计了基于CityJSON标准规范的地理实体数据存储与交换格式。上述分类和描述方法，偏向于某一领域的应用需求，在分类体系的通用性和扩展性，地理实体的全生命周期描述和多元特征统一表征方面还不能支撑实景三维中国建设的需求。在地理实体抽象与表达方面，Xia和Peng（2016）提出了一种基于序列状态的森林资源时空数据模型，用于表达涉及渐进和突变的时空演化过程；杨文雪等（2024）提出了一种基于本体的地理实体语义模型设计方法，构建了面向地理实体领域本体的数据概念模型，基于语义实体模型将本体概念实例化，实现了异源异构数据融合和联动更新。上述抽象和表达方法，考虑了地理实体的时间特征、属性特征和关系特征，但在抽象方法的普适性和表达维度的体系性方面还有差距。在地理实体组织与管理方面，李景文等（2008）提出了一种面向对象的矢量数据模型，并讨论了模型的数据结构、描述方法和管理方式；曹全龙等（2023）提出了基于图元的地理实体数据模型，构建了研究区地理实体数据，并利用关系图谱实现了地理实体的表达与可视化。上述组织与管理方式，能够采用面向对象思想实现基础地理信息的实体化管理，但在地理实体的多模态统一组织、复杂组成结构嵌套与关联、多版本变化信息分布式管理等方面还有待优化与设计。

在地理实体建模方面，Yousaf和Wolter（2022）针对自然语言中地名实体的提取问题，设计了一套空间和本体推理方法，解决了地名模糊问题；王琳等（2022）基于上海市智能化全息测绘实践经验，面向城市级应用地理实体构建，以院落和房屋两类典型实体为例探索了实体构建的内容及规则；张鹏程（2023）介绍了基于已有数据转换和基于地理场景数据生成的二维基础地理实体生产方法，以及标签单体化、切割单体化、重建单体化等三维模型地理实体生产方法；郑义等（2023）以我国5万基础地理信息要素数据为主要数据源，研究了地理实体数据转换重构、语义信息补充完善、实体语义关系构建等关键技术，设计了国家级基础地理实体数据构建的生产流程；张周平等（2024）研究了实景三维地理实体空间特征、属性特征、关系特征、编码特征的建设内容、方法及关键技术，并以智慧社区建设为例验证了方法的可行性。上述建模方法偏向于传统测绘产品的实体化转换，在地理实体类别维护与继承、实例化功能的标准化与复用性、时空信息的全生命周期建模等方面较少顾及，无法解决复杂现实世界的实体化建模与数据生产难题。

针对实景三维地理实体的研究现状和存在问题，本文结合自然资源部实景三维中国建设内容，围绕地理实体相关概念、内涵、特征、分类展开研究，基于面向对象思想构建统一的地理实体数据模型。在此基础上，提出地理实体全生命周期建模方法和数据生产技术体系。

2  相关概念

2.1  地理实体与实体化

实体作为一个哲学范畴的概念，具有实体本质、具体事物、个别主体、现象的支持者等意义，通常是指能够独立存在的、作为一切属性的基础和万物本原的东西（华一新等，2023）。地理实体是实体概念在地理世界中的延续。在实景三维中，地理实体是现实地理世界中客观存在、具有空间位置、可以相互区分的事物。地理实体既可以是自然形成的，如一座山峰、一条河流；也可以是人为划定的，如一个城镇、一个国家。地理实体是事物在地理世界中一切属性和特征的综合体，具有完整性和不可分割性，当需要对地理实体的一部分进行单独认知和描述时，就需要建立独立的子实体；同样，当需要对多个实体的组合进行认知和描述时就需要构建一个父实体，这种地理实体间能够进行组合与分解的特征称为地理实体的多粒度特征（华一新和周成虎，2017）。

实景三维中的实体化是以地理实体为基本单元实现对现实地理世界描述的一种方式，核心问题是如何将现实地理世界离散化并抽象和描述为一个个地理实体。实体化是实景三维中国最核心的技术内涵，也是实景三维中国区别于传统基础测绘工作最主要的技术特征。

2.2  地理实体建模

实景三维实体化建模是基于实体化思想，整合生成实景三维地理实体数据的工作和过程。实体化建模又称地理实体建模、地理实体数据建模、地理实体数据生产等，目的是将每个地理实体的时空数据按实体化数据模型统一组织起来，形成地理实体数据（张江水等，2018）。实景三维的最终目标是通过地理实体建模构建一个以地理实体为基本单元的数字地理世界。

地理实体建模主要包含三个方面的内容。一是，对现实地理世界认知与抽象，即根据特征将地理世界的事物或现象区分为一个个地理实体，并根据不同地理实体的特征，抽象出地理实体类，形成地理实体类描述数据。二是，基于地理实体类描述数据对地理实体特征数据进行整合与融合，按照地理实体数据模型生成具体的地理实体数据。三是，构建地理实体之间的相互关系，建立数字世界中地理实体之间的联系（华一新等，2021）。地理实体建模的基本原理如图1所示。

地理实体建模改变了传统基础测绘离散、分层、孤立、静止的数据组织与管理模式，实现了跨空间尺度、跨时间尺度和跨专题要素地理实体内容的统一描述与无缝表达，为实景三维中国空间基底构建提供了技术路径。其特点主要体现在以下三个方面：①打破了传统的以空间区划为单元的描述方法，能够通过具有不同颗粒度的地理实体，更加真实地还原和描述现实地理世界；②打破了传统的以比例尺、分辨率作为精度基准的描述模式，能够围绕地理实体构建更加精细化和个性化的描述体系；③构建了以地理实体为基本单元的，对现实地理世界进行统一抽象的方式，实现了对现实地理世界的统一描述。

2.3  地理实体的基本特征

特征是地理实体相互区别的外在表现。实景三维中，地理实体的特征主要归纳为唯一特征、空间特征、关系特征、属性特征和时间特征。

1）唯一特征

唯一特征为每个地理实体是全局唯一的，是地理实体全方位特征的综合体现，是不同地理实体之间可以相互区分的主要标志（刘纪平等，2023）。由于地理实体在数字化描述时具有多粒度、多形态、多维关联和实时动态等特点，因此更加需要一个简明的编码来统一描述这种唯一性。唯一性在不同的认知和描述粒度下通常有着不同的表现，有时表现为地理实体个体的唯一性，有时则表现为地理实体类别的唯一性。

2）空间特征

任何地理实体在现实世界中都具有定位信息和空间分布，空间特征用来描述地理实体在空间上的外在表现（Luan等，2008）。其主要包括空间基准和空间形态。空间基准描述地理实体所采用的空间参考框架；空间形态是地理实体在空间中展现出来的样式和形状，是在计算机中基于多种数据、模型、渲染方式的数字化描述和可视化展现，反映了地理实体不同侧面、不同精度的形状、结构、分布及其随时间和尺度的变化。

3）关系特征

关系特征用于描述地理实体之间复杂的相关性，主要包括组成关系和关联关系。组成关系是地理实体之间部分与整体的关系，包括逻辑上组成关系和空间上结构关系，具有明确的关系约束规则和作用机理，是地理实体多粒度特征的重要体现。在组成关系中，一个地理实体可以是另一个或几个地理实体的组成部分，同时又可以细化为更小粒度的不同类型的地理实体。关联关系是除组成关系之外的相同或不同类型实体间泛在的各种联系的总称，是一种动态、开放的地体实体关联知识的集合，是构成地理知识图谱的重要组成部分。

4）属性特征

属性特征是地理实体具有可测量和可描述的多维属性与语义信息，主要包括基本属性和扩展属性。基本属性主要来源于基础测绘，是在统一的度量框架下对地理实体外在特征的统一度量，是地理实体数据必备的属性，是各种地图和信息系统的重要数据源；扩展属性主要来源于社会、经济和行业专题信息，是针对不同应用领域的扩展。

5）时间特征

时间特征是在地理实体产生和消亡的全生命周期过程中，空间特征、关系特征和属性特征等数据是动态变化的。由于地理实体的特征数据可能发生变化，因此时间特征存在于地理实体的其他特征描述中。

2.4  地理实体的分类框架

地理实体的分类是将现实世界中具有相同或相似特征的地理实体进行抽象与归并，是实现实体类模板构建的基础。对地理实体进行分类能够实现实体数据的快速检索、高效管理和语义解译，有助于地理实体的理解、组织、表达与服务。

地理实体的分类框架如图2所示。地理实体的分类应当坚持实体化、结构化、人机兼容理解等原则，根据地理实体的基础支撑作用和建模与维护所归属的专业领域，实景三维地理实体分为基础地理实体和其他地理实体两大类。基础地理实体是测绘行业领域建模、生产和维护的地理实体，分为自然地理实体、人工地理实体和管理地理实体三类；自然地理实体重在表示自然生成或生长的地理实体，人工地理实体重在表示人类建造或改造的地理实体，管理地理实体重在表示行政区划单元、地名地址、国土空间规划单元等具有重要管理需求的地理实体。其他地理实体是不同行业领域负责建模、生产和维护的地理实体，是描述现实地理世界中不同行业领域的专题性、衍生性地理实体，与基础地理实体一起构成丰富多彩的地理世界，其他地理实体可以在基础地理实体的基础上构建，也可以独立构建。

3  地理实体数据模型

3.1  地理实体数据模型的构成

地理实体数据模型是在地理实体基本特征的基础上，基于面向对象思想，将地理世界中的事物或现象抽象为地理实体类和地理实体，并通过编码数据、空间数据、关系数据、属性数据进行数字化描述的空间数据模型。在地理实体数据模型中主要包含地理实体类、地理实体数据和地理实体特征数据三个层次，如图3所示。

（1）地理实体类是对具有相似或相同特征的地理实体的抽象，规则化地描述了同类地理实体的描述构成和描述方法，是人们认识和构建地理实体的前提，也是实景三维中关于地理实体的重要数据成果。地理实体类模板数据主要由实体类标识、实体特征项描述和实体通用特征值组成。实体类标识包括实体类的编码、名称等信息，主要用于确定一个实体类的身份；实体特征项描述是实体类的主体部分，主要描述从该类模板实例化的实体应该具有哪些特征项，以及这些特征项的描述规则等信息；在建立地理实体类的过程中，可以根据实际情况为实体特征项赋予默认值，即实体通用特征值，当从该类模板中实例化的所有实体都具有完全相同的特征值时，只需在实例化的地理实体中记录对该值的引用。地理实体类可以基于面向对象思想进行继承、关联和聚合。

（2）地理实体数据是地理实体类的实例化，按照地理实体类中的特征描述规则，为每个特征赋予具体的数值，从而实现对地理实体的描述。在地理实体数据模型中，通常对地理实体数据和地理实体特征数据分别进行记录与存储。其中，地理实体数据主要记录实体的全生命周期变化情况和实体数据与特征数据的关联信息，地理实体数据与特征数据之间是聚合关系，如地理实体数据可以没有关系数据，也可以没有扩展属性，但通常情况下都具有编码数据、空间数据和基本属性。

（3）地理实体特征数据是对地理实体的唯一特征、空间特征、关系特征和属性特征的具体描述，需要遵循地理实体类中记录的实体特征项描述规则，如值域的范围、表达式的规则及特征值之间的关联规则等。为了实现地理实体数据模型的扩展，允许地理实体数据在实例化的过程中增加私有的特征项数据。

3.2  地理实体基本特征的数据模型描述

由于地理实体具有多粒度、多形态、多维关联和实时动态等特点，不同类型的特征数据可以按照各自最优的方式进行存储和组织。唯一特征通常采用标识码和分类码进行描述。标识码主要负责在数字世界中唯一地标识一个地理实体，分类码主要负责对地理实体的类别进行唯一标识。

空间特征主要包括空间基准和空间形态的描述。空间基准在描述时通过引用的方式选择基准字典中的预置空间基准和自定义空间基准。空间形态在描述时包括如下两方面内容：①空间形态基本信息的描述，包括不同类型的空间形态展现出来的空间数据和渲染方式；②空间形态控制信息的描述，包括空间形态的精度等级和时态信息。

关系特征中的组成关系和关联关系可以统一抽象为关系网络进行描述，在关系网络结构中，主要包括图、节点、连边、属性、强度和规则等。其中，节点是地理实体在关系图中的映射，节点的属性主要定义了属性字段名称、属性字段类型、属性字段精度等信息；连边是关系图中节点间的关联，连边通常具有方向性，连边的属性通常描述的是两个关联节点间的相关属性，可以是语义属性，也可以是空间属性，还也可以包含连边关系的强度、规则等信息。

属性特征的描述主要包括两种形式。一种是通过属性表的方式进行描述，通常情况下地理实体的基本属性对应一张属性表，同时可以关联多张扩展属性表；另一种则是采用基于键–值数据模型的属性描述方法，通过将传统的关系表拆分为不同的键值对，形成一种面向单个地理实体的数据字典。

除唯一标识外，地理实体的所有特征都会随着时间发生改变，为实现地理实体的全生命周期描述，可以通过三种方式来记录地理实体的变化。当一个或者若干个地理实体在一次事件中发生变化时，对这些地理实体所涉及的关系表重建一个新的版本；对变化的所有地理实体在实体层面建立一个新的版本；仅对地理实体变化所涉及的特征增加一个新的值。

4  地理实体建模的流程与关键技术

4.1  地理实体建模的基本流程

地理实体数据模型以地理实体为基本单元直接对现实地理世界进行描述，改变了传统GIS中以矢量（栅格）数据模型间接描述现实世界的方式。数据模型的不同使得数据采集、处理、生产与转换的方式与传统GIS相比发生了根本变化。

地理实体建模采用面向对象思想，利用类模板将地理实体的通用知识和数据规则进行封装，通过关联、继承、聚合等操作实现类模板的派生与复用。在类模板基础上，以地理实体为核心，对具有不同特征的多源异构时空数据进行整合与融合处理，并采用增量技术实现地理实体的全生命周期建模。这是一种全新的以地理实体为核心的时空数据生产方法，可有效解决地理实体数据建模过程中灵活性与规范性的矛盾问题，提升实体数据构建过程中知识和规则的复用效率，解决地理实体数据的来源问题。地理实体建模的基本流程如图4所示。

（1）实体类设计。采用面向对象思想，根据特征相似性将地理实体抽象为不同的实体类，为每类实体构建类模板，用于保存该类实体唯一特征、空间特征、关系特征和属性特征的描述内容和规则。实体类模板中描述了一类地理实体公有的属性和方法（分类编码相同），用于约束地理实体的实例化；类模板中可以提供默认的属性值和方法实现，作为实例化地理实体的基本配置。同时实体类模板之间可以关联、继承和聚合，最大限度实现类模板内容的复用，创建的实体类模板由类模板池统一管理。

（2）实体实例化。在设计的地理实体类模板基础上，通过为实体类赋予具体的特征数据，形成能够表达真实的、动态的地理世界的地理实体数据。实体实例化时需要确定每一个地理实体的唯一标识，作为地理实体组织、管理和应用的基础。实例化的地理实体数据可以采用类模板中默认的属性值和方法实现，也可以对其进行个性化赋值，同时，除了类模板中公有的属性和方法，地理实体还可以拥有私有的属性和方法。

（3）运行调试。在地理实体产生、变化、发展的全生命周期过程中，空间数据、关系数据、属性数据等都可能发生变化，因此，需要对生成的地理实体数据进行运行调试（质量检查），以检验和验证地理实体。可以采用可视化检查的方式，以时间轴作为地理实体不同时刻状态显示的控制器，以“地图+图表”等可视化表达方法全方位展示地理实体全生命周期过程中包含的变化信息，以保证数据的完整性和逻辑一致性。

（4）发布应用。区别于传统地理空间数据的服务模式，满足质量要求的地理实体数据通过对象化数据服务，在Web端和桌面端采用统一的地理实体数据结构提供实体数据访问接口，满足各行业领域地理实体数据的应用需求。

4.2  地理实体类模板构建与分类编码统一

1）地理实体类模板构建

地理实体类模板构建是实体化建模中创建地理实体的起点，类模板构建时通常采用类模板设计工具，该工具可以实现面向对象的时空建模，使得地理实体类模板的设计如同面向对象程序设计一样简单直观，工具支持交互可视化拖拽，支持UML设计中的继承、关联、组合和聚合等概念，通过类视图、字段、时间参照字典、空间参照字典、形态字典、关系字典、组成字典等的逻辑组织完成地理实体类模板的设计。地理实体类模板设计工具如图5所示。

类视图是对同一场景中地理实体类的逻辑组织，用户根据实际应用需求不同，创建面向不同场景的多个类视图，同一用户的不同类视图之间，以及不同用户的类视图之间可以通过引用实现类模板的共享，例如，用户B通过检索发现类模板A已经创建，且满足自己的业务需求，此时可通过交互可视化拖拽将类模板A添加至自己的类视图中。在地理实体类模板的创建过程中，根据地理实体类的特点和业务需求，对其唯一特征、空间特征、属性特征和关系特征进行设计，如从空间参照字典和时间参照字典中选择默认的空间基准与时间基准，设计不同类型的字段添加至属性特征，选择形态字典中不同的空间形态与类模板关联，指定地理实体类的分类编码等，最终建立满足不同应用需求的地理实体类模板集合。

2）地理实体分类编码统一

（1）分类编码的目的。地理实体数据模型所描述的实体内涵从几何、属性等内容拓展到唯一特征、空间特征、关系特征、属性特征等方面，传统的基础地理信息要素分类与编码标准已经不能满足地理实体建模的需求，迫切需要在已有相关领域的分类编码标准基础上，从工程实践的角度出发，制订满足地理实体多尺度表达和复杂时空分析需求的分类编码统一方法，综合反映地理实体之间粒度、层次、空间、属性、关系等特征，规范各行业对地理实体的统一理解和标准化应用。

（2）分类编码的要求。地理实体自身的复杂性及面向业务领域的广泛性，使其难以构建普适的地理实体分类编码标准。在具体业务应用场景中，地理实体的分类编码需要满足以下基本要求：①一个地理实体类只有一个唯一的、无含义的全局实体类代码，且全局实体类代码不描述地理实体的分类关系；②地理实体类可以包含一个或多个局部实体类代码，局部实体类代码通过映射文件与全局实体类代码建立关联；③局部实体类代码可以采用已有的国家标准、行业标准或团体标准，也可以采用自定义的分类编码体系。

（3）分类编码的统一方法。在地理实体基本分类的基础上，为满足地理实体分类编码的要求，设计地理实体分类编码的统一方法，见表1，以最大限度兼容已有标准、支持可扩展性、具备实用性。

4.3  地理实体实例化与唯一标识统一

1）地理实体的实例化方法

地理实体实例化是在地理实体类的基础上，将获取到的多源数据，整合为地理实体模型数据。这些数据包括传统GIS数据、历史观测数据、动态实时数据等。地理实体实例化方法如图6所示。无论哪种实例化方法，都需要在实体类模板和建模规范的约束下实现地理实体的生产。按照建模数据源的不同及建模方式的差异，可以将地理实体的实例化方法归纳为以下四种（张江水等，2018）。

（1）建模工具，实体数据采集。实体数据采集使用交互可视编辑工具以人机交互的方式实例化地理实体，一般用于小批量、高价值地理实体数据的生产。首先根据地理实体形态类型的不同选择相应的工具进行参数配置和空间形态采集；其次选择具有该空间形态类型的地理实体类模板，对类模板中地理实体的空间特征、关联特征、属性特征等进行实例化，如关联关系的编辑、属性数据的编辑等，接着通过页面操作指定地理实体的版本；最后将交互构建的地理实体存入实体数据库。

（2）集成开发框架，自动转换工具。自动转换工具在统一集成开发框架下，通过插件技术实现不同数据源向地理实体的批量转换，该方法能够兼容已有的空间数据类型，实现大量地理实体的生产（曹一冰等，2021）。由于GIS数据的多源特征，面向不同的数据源，需要实现一批专用的数据解析插件，首先将多源数据转换为地理实体交换格式；其次在交换格式的基础上，采用通用转换插件进行批量入库。

（3）工作流引擎，流程设计与建模。流程设计与建模方法采用工作流技术将地理实体的生成过程拆分为大量功能独立、结构松耦合的任务节点，根据任务节点的组合和执行逻辑的设置构建面向多源地理空间数据的工作流，同时在类模板池中实体类模板和特征项映射规则的约束下，实现大规模地理实体数据的生产。与传统方法相比，流程设计与建模方法的各个功能模块可替换性强、流程可灵活组建、复用性强、支持多用户协同开发，为利用地理实体描述现实世界提供了重要的数据转换方法。

（4）流式数据集成框架，设施接入。动态实时数据是GIS中空间数据的一种重要类型，主要来源于传感器等设施采集，通常采用流式数据集成框架实现数据接入；为了实现不同访问方式下实时数据的标准化，可以采用协议适配方式将不同的通信协议和数据格式封装为标准化功能插件，即协议适配器，由数据接入模块动态适配，最终转换为标准化实体数据流，用于实体特征的更新。在地理实体创建过程中，需要指定实时数据的获取方式、协议适配方式及特征更新方法。

2）地理实体唯一标识统一

（1）唯一标识的目的。在地理实体统一的分类编码基础上，为了保证实景三维应用中地理实体的唯一性，需要给地理实体赋予唯一标识，作为地理实体分类编码、空间数据、关系数据和属性数据逻辑关联的纽带，即地理实体的特征数据可以存储在分布式数据库中，但在访问地理实体时可以通过其唯一标识查询特征项数据，对外提供统一的实体化数据访问。

（2）唯一标识的要求。唯一标识码主要用于在数字世界中唯一标识地理实体，通常分为全局唯一标识和局部唯一标识。构建时需要满足以下基本要求：①全局唯一标识在实体生成时由建模软件统一赋码，是无含义的唯一编码；②支持一个实体有多个局部唯一标识，用于来自不同行业/地区/部门的实体化数据；③需要描述局部唯一标识来源的数据字典。

（3）唯一标识的统一方法。为满足地理实体全局与局部唯一标识的应用需求，设计地理实体唯一标识的统一方法，在具体实现时，全局唯一标识采用GUID（globally unique identifier）标识符进行赋码，GUID的格式为“xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx- xxxxxxxxxxxx”，其中，每个x为0~9或a~f内的一个十六进制数，用于保证全局唯一性，GUID由建模软件自动生成；局部唯一标识在应用层由不同行业/地区/部门的用户指定，通过映射文件与全局唯一标识建立关联。

5  应用实验

以城市安全管控、企业安全生产等智慧城市应用场景为例，基于实景三维地理实体数据模型，采用面向对象的地理实体全生命周期建模方法，对城市基础设施信息进行分类、归一化处理和实体化建模，实现两大类、10个子类、118类共计123万多个城市基础设施地理实体的构建。表2为建立的城市基础设施类别。

首先，根据不同应用场景中所管理的城市基础设施类别及相互关系，设计基础设施类视图、城市安全管控类视图、企业安全生产类视图、城镇发展时空格局类视图、设施运维过程类视图等九个类视图，采用交互可视化方式创建地理实体类及其相互关系，添加实体类模板特征项内容，实现118个地理实体类模板的组织与管理，如图7（a）所示。其次，对行政区、道路、关注点等基础地理数据，能源、交通、环境等工程性基础设施，文教、体育、医疗等社会性基础设施采用不同的实例化方法进行地理实体数据生产，其中，基础地理数据类型多、体量大、特征项简单，可以采用流程设计与建模方法，创建数据转换工作流实现大规模地理实体数据生产，如图7（b）所示；或者采用自动转换工具使用不同的数据解析插件进行批量入库，如（c）所示；安全管控重点目标、安全生产保障力量等城市基础设施则采用实体数据采集方法，实现小批量、高价值地理实体数据的交互采编，如（d）所示；智能设备及附属组件等城市传感设施采用设施接入方法，实现动态实时数据的接入与实体特征项更新，如（e）所示。再次，对建模的123万多个城市基础设施实体数据在可视化工具中进行运行调试，通过时间轴播放与跳转、二三维动态可视化展示、特征项数据查询等方式检查地理实体全生命周期过程中所包含的变化信息，检查合格后进行实体化发布，供不同客户端调用，如图7（f）所示。最后，如图8所示，围绕城市安全管控、企业安全生产等应用场景中基于地理实体的企业突发事故应急预案推演模拟、城市安全生产风险跨域联合分析等应用需求设计系统功能和交互方式。总之，通过应用实验系统的实现，验证了本文方法的可行性与有效性。

6  结  论

面向实景三维中国建设对地理实体数据的多元特征统一表征、多模态数据统一组织、全生命周期描述与建模等应用需求，本文设计了一种顾及唯一特征、空间特征、关系特征、属性特征和时间特征的地理实体数据模型，实现了地理实体全空间、全动态、全属性、全生命周期的描述和多元特征统一表征，为地理实体多模态统一组织、复杂组成结构嵌套与关联、多版本变化信息分布式管理奠定了基础。在此基础上，基于面向对象思想构建了地理实体建模的基本流程，解决了地理实体数据建模过程中灵活性与规范性的矛盾问题，研究了类模板构建、分类编码统一、实例化方法等实体化建模关键技术；通过实体类的关联、继承与聚合提升了实体数据构建过程中知识和规则的复用效率，解决了复杂现实世界的实体化建模与标准化数据生产难题。此外，还通过城市安全管控、企业安全生产等智慧城市应用实验，验证了本文理论与方法的正确性和可行性。

本研究为实景三维中国等新一代空间数据基础设施建设提供了技术路径与方法手段。下一步工作，将重点关注地理实体数据生产中多类型、多尺度、多时态、多语义数据的整合与融合问题，标准化的地理实体数据访问接口，以及高效的人机协同和数据质量控制难题。

致   谢

自然资源部实景三维中国建设专家组实体建模组诸多专家提出了宝贵意见，在此一并表示感谢。

参考文献（References）

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