一、問題的由來
    對地理實體的標識是地理信息系統研究的重要問題，這就是地址編碼（geocoding）問題。地址編碼有很多方面，但主要的問題是如何為每一個特定的地理要素或位置指定一個唯一的標識碼。這方面已經做了大量工作。例如郵政編碼、行政區域代碼、道路代碼、河流代碼等。對于數字城市來講，很多這類面向全球或全國的代碼不夠細，而且其中存在著相互矛盾的地方。
    城市各行各業都搜集、保存著大量的與空間位置有關的信息。多數這類信息均包含位置信息，一般是地址，如“北京市海淀區玉淵潭南路21號”等。也有一些數據集是和郵政編碼或居委會掛鉤的，這類數據的空間最小單位一般比較粗，多用于較比宏觀的問題分析。地址信息實際上是一種空間信息，應當能利用這些數據進行如分布密度、資源配置、最佳路徑等屬于空間分析方面的分析工作，為各種決策提供依據。可是，由于地址信息并不直接等同于空間的地理位置，需要有一個由語義到地理的轉化過程，這就是地址編碼工作或技術。由于這方面的研究在我國還不是很深入，既缺乏統一的標準，又缺乏有效的服務，實際上已經成為在城市普及和推廣地理信息系統應用的一個瓶頸。我們這里討論的是自動化的地址編碼技術。可以設想如果有一套成熟的標準和技術，那么，一個派出所可以很方便地從它保存的人口數據得到管片的人口密度圖。一個防疫站可以將它的疫情信息轉化為一張疫情分布圖，等等。這樣就使分散在各部門的數據能具有統一的空間參照系，便于數據的集成和空間分析，從而使決策更為科學和接近實際。本文圍繞城市地址編碼問題，介紹基本概念和應用，概述國內外有關地址編碼問題的研究發展情況，并介紹北京市測繪設計研究院在城市地址編碼標準化方面所進行的研究工作。
    1．什么是城市地址編碼
    我們這里給出關于城市地址編碼的基本概念，而不是嚴格的學術定義。如何定義“地址編碼”（GEOCODING）留待學者們研究。廣義地講所謂地址編碼就是為特定的地理要素或位置指定唯一的標識碼的過程（請讀者注意，我們這里講的是標識碼，而不是分類碼）。在城市中有很多現成的地址編碼可以利用。最明顯的例子就是行政區劃代碼和郵政編碼。但是大多數現存的編碼體系，所定義的對象范圍較大，不能滿足城市信息定位的要求。地址則是城市中普遍采用的空間定位約定。由于歷史的原因，城市地址對于嚴格的空間定位來講，存在著不規范、不唯一等問題。為了準確進行空間定位還需要做一些額外的工作，這就是狹義的地址編碼。這里所謂地址編碼是一個將數據庫中保存的地址信息與另一個數據庫進行匹配的過程，結果可以得到與地址相應的x、y坐標或經、緯度，從而確定了該信息相應的空間位置。國外也有將這個過程稱為“地址匹配”（Address Matching）的。也可以將地址編碼解釋為一種確定信息空間位置屬性的約定或標準。例如郵政編碼就可以認為是一種地址編碼。
    設想有一個小學校，保存有一套學生數據，其中包含每個學生的家庭地址。但僅有這些信息，學校無從知曉學生家庭的遠近及其分布情況。但是經過地址編碼處理之后，每個學生的記錄中，都將包含與他的家庭地址對應的空間位置信息（或者是經緯度，或者是x、y坐標）。處理的方法，通常是將地址和一個事先已經建立的數據庫（此后，我們將此數據庫稱為地址編碼數據庫）進行比較，找出相同的街道名稱，然后再根據門牌的編排規則（單、雙號分別在道路兩側、門牌依順序排列等）及道路交叉處的門牌號等進行插值，最終得到所求地址的位置。其準確程度受很多因素的影響，并不是十分精確。但無論如何，比郵政代碼或居委會范圍所確定的位置要精細多了。
    地址編碼數據庫通常須由專門的業務部門（例如統計部門）負責調查建立和維護更新，并向公眾提供。隨著信息化進程的發展，需要進行地址編碼或地址匹配的單位和部門越來越多，于是就出現了專門進行地址編碼轉換工作的服務部門。有些發達國家這類服務相當興旺。
    為了提高地址編碼的準確性和可操作性就需要建立和推行一套標準。這包括地名命名標準、地址標準和編碼標準等。有兩種路線來實現標準化。一種是先在廣泛調研的基礎上，集中各有關行業和部門的意見，制定出標準（國標或市標），再予以推行。另一種是地址編碼數據庫的建立與維護單位，按其自行制訂的規范，不間斷地向各行各業提供數據，從而形成事實上的標準。
        2．城市地址編碼有哪些應用
    在各行各業的規劃、管理和運營活動中有很多需要地址信息，進而需要地址編碼的應用。以下是一些常見的應用。
    根據用戶的地址，一個公司可分析其用戶的分布情況，又可通過市場分析確定進一步的營銷策略，改進服務網點的分布。
    公安部門可按地址分析犯罪分布情況，并可與其他數據如人口調查數據疊加在一起，分析犯罪因素。
急救部門和各種公用事業的應急部門可利用地址編碼迅速確定事故現場的位置并派送應急人員趕赴現場。
環境保護部門可根據有害物質存儲的地址，通過與人口分布信息的疊加，預先估計其污染的影響，并制訂發生意外事故時緊急疏散的方案。
    還可以舉出一些，此處不再一一列舉。總之，地址編碼有廣泛的應用。
    二、國外發展情況簡介
    發達國家的數字化進程起步比較早，發展也比較快。我們這里簡要介紹一下美國的情況。美國的人口調查和統計主要由美國國情普查局（Census Bureau）負責。多年來該局在地址編碼方面做了很多工作，對在美國推動地理信息系統技術的普遍應用發揮了重要的作用。
    早在六十年代中期，為了挖掘統計信息的潛力，推廣其應用，美國國情普查局成立了專門的委員會。經過研究提出人口普查信息應具有空間定位信息。為配合1970年的人口普查，在1967年研究發展了“雙重獨立地圖編碼系統”（Dual Independent Map Encoding，DIME），并成功應用于1970年的人口普查。DIME的基本思想是按照各要素的拓撲關系來組織數據，形成一個地理基礎文件系統（Geographic Base File，GBF）。特別值得一提的是，在城市道路中心線的每個弧段均帶有道路左右兩邊的門牌起止信息，為地址信息的定位奠定了基礎。在隨后進行的人口普查工作中普查的分區及調查、數據的整理，都以這個地理基礎文件系統為參照。DIME的開發在地理信息系統技術的發展史上具有里程碑的意義。一批以地址編碼為主業的企業隨之誕生，一些著名的GIS軟件公司以DIME的基本思想形成了其軟件的基本數據結構。
    八十年代后期，為了準備1990年的國情普查，美國國情普查局將DIME系統發展為TIGER（Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing）系統。意為拓撲集成的地理編碼與參照系統。TIGER數據庫是1990年人口調查用的覆蓋全國的所有地圖的資料庫。為了支持人口調查時對地圖的需要，以便為統計數據、居民和雇員的地址等數據空間定位提供合適的地理結構。TIGER數據庫的內容處于不斷更新之中，差不多每兩年就有一個新版本發布。TIGER數據庫以多種形式的TIGER/Line文件向社會公眾提供。只需要付一定的工本費，就可以方便地得到所需地域的TIGER數據。
    由于TIGER數據庫覆蓋范圍廣，精度好，更新有保證，而且能以較低的費用很容易地得到，所以作為地址編碼的參照系，在美國已經成為一種公認的標準，其影響是非常大的。
    三、國內發展情況簡介
    在我國，從八十年代開始，一部分城市的規劃、測繪及管理部門對城市地址（地理）編碼問題相繼開展了研究工作。北京市城市規劃設計研究院在八十年代末期即著手研究北京市的地理編碼問題，上海、廣州、深圳、常州等一些城市在建立城市地理信息系統的同時也開展了相應的研究。
    北京市城市規劃設計研究院信息所在1988年開展了《北京市城市地理編碼》的項目研究。他們認為：城市地理編碼系統是建立城市地理信息系統最基礎的工作之一。系統是對城市地理要素進行編碼，即將地面空間信息與地理編碼加以描述的系統，是實現城市地理信息系統中地理數據之間合理連接的關鍵工具。該項目的主要研究內容是對城市地域范圍內的地理要素進行編碼設計和建立北京市城市地理編碼數據庫應用管理系統。以該項研究的成果為基礎，于1993年批準發布了國標：《城市地理要素—城市道路、道路交叉口、街坊、市政工程管線編碼結構規則》（GB/T 14395-93）。可以認為，在城市地址編碼方面，北京市城市規劃設計研究院信息所做了開創性的工作。但由于當時條件和環境的限制，現在看來，該項目的研究目標即“實現地理數據之間合理連接的關鍵工具”沒有充分實現。所編制的地理編碼基本屬于屬性碼的范疇，未能與空間數據進行有效的連接，且過分依賴于城市的道路布局，采用人工編制工作量太大，不便進行更新和修改。由于存在這些局限，這項研究成果未能在更大的范圍推廣。
    其它幾個城市的情況也基本與北京類似。近幾年來，城市地理信息系統的標準化工作已經引起了政府有關部門的重視，但已開展的工作大多集中在對數據的分類編碼和數據交換格式的研究等方面，而對城市地址編碼的研究并不多見，結合空間定位信息的還沒有。
    四、關于城市地址編碼標準化問題的探索
    1998年，北京市測繪設計研究院承擔了《城市地理信息系統地址編碼規則》課題。它是國家測繪局“九五”測繪科技攻關項目《地理信息技術標準化、規范化研究》中《城市地理信息系統建設標準研究》課題的一個專題。在為時三年的研究工作中，我們在對于我國的城市地理信息系統現狀進行調查研究的同時，認真學習、分析、研究了能夠收集到的一切國內外已有的有關國家標準和行業標準及相關資料，在此基礎上，制訂了標準的推薦文本。
    城市地理信息系統的建設和應用本身就是一個巨大而復雜的系統工程。這類系統的數據來源廣泛，數據量龐大，但又要求能夠相互兼容和溝通。系統要服務于多層次和多用戶，面對著千差萬別的需要。而統一的空間定位控制是各類城市地理信息空間定位、相互拼接和配準的基礎和必備條件。在UGIS的建設中，需要根據城市特點，設計統一的空間定位單元。
    從這一點出發，我們明確了以下幾點：
    1．主要研究內容為：以城市GIS中與地址有關的信息為對象，研究城市中具有定位、標識意義的相關信息的分類體系，確定地址信息的基本數據單元、邏輯組織及相互間數據形式的表示方法，提出適合城市GIS使用的地址編碼方案和標準。
    2．制訂本標準的基礎是已經或正在建立的城市基礎地理信息系統，當然其中至少要包括基礎地理信息數據庫、城市道路數據庫和地名數據庫等與地址有關的數據庫。
    制訂本標準的技術難度較大，研究內容涵蓋面較廣，涉及到全國眾多的城市和相關的規劃、建設、管理等許多部門，其需求差異很大，因此制訂出能夠滿足各方面要求的統一標準是非常困難的。其中，幾個關鍵問題如下：

（1）研究制訂劃分城市地址單元的準則并合理劃分城市地址單元
    由于在我國涉及地址的表達方式很多，在城市地理信息系統中與地址有關的基礎地理信息也很多。以北京為例，具有方位、標識意義的就有道路、行政區劃、地名、門牌號碼、單位名稱等數種，且已約定俗成，很難統一為一種模式。而各個專業信息系統對于劃分地址單元的要求也是五花八門，差距很大。
在這種情況下，經過反復研究，根據我國的國情，借鑒國內外的經驗，結合各城市建立UGIS的現狀并考慮未來城市地理信息系統的發展和應用趨勢，我們認為：解決問題的最佳途徑是從事物的本質出發，在基礎地理信息系統中以最基本的空間單元點、線、面為基礎，構成最基本的地址單位，并據此編碼，形成相應的數據文件，作為索引，與其它數據庫連接，從而實現地址信息的空間定位，實現地址信息與空間信息的雙向轉換。
    本專題的研究對象—城市地址編碼，其實質就是城市地址單元問題。所謂城市地址單元，根據我們的研究成果確定為在城市中由道路、河流、鐵路和各級行政區域邊界等各種要素組成的互不重疊的、不規則的多邊形，每一多邊形就是一個地址單元，并應具有唯一的代碼。這種多邊形是最小的、不可再分的，在此基礎上可以組合成滿足各種應用需求的區域。而各種統計資料和規劃指標應按照相應的地址單元匯總數據并應有要素所在的地址單元的代碼，這樣在查詢、分析、匯總時，只要獲得地址單元的編碼，即可知道要素的空間位置，空間定位非常方便。
    （2）制訂編碼方案的設計原則
    在合理劃分城市地址單元的基礎上，制訂城市地址編碼的設計原則時應主要考慮以下幾點：編碼結構應合理適用，應根據城市的特點以及不同應用部門的需要綜合確定；編碼應能較好地反映地址單元在城市中的地理位置；編碼應具有規范性和唯一性，在同一個城市中，地址單元的編碼結構類型應盡量統一并且每個地址單元的代碼應是唯一的，編碼應具有可擴充性，以適應城市發展的需要。
    （3）確定編碼的具體形式
    在推薦文本中，地址編碼規則共包括三種地址單元代碼：
    點地址單元代碼：點地址單元代碼由點單元編號、Y方向碼、X方向碼三項組成。其中，點單元編號可以是從信息系統中提取點單元時產生的順序號，其位數可根據該系統中點單元的數量確定，Y方向碼和X方向碼可直接采用該點單元Y坐標和X坐標的整數位。包含點單元代碼的文件是點單元文件。在點單元文件中應包括該信息系統中各層所有線狀要素的交點和端點。文件中至少應有點單元代碼、與其它數據庫的連接項、原數據庫名等內容。
    線地址單元代碼：線地址單元代碼由線單元編號、起點點單元編號、終點點單元編號三項組成。其中，線單元編號可以是從信息系統中提取線單元時產生的順序號，其位數可根據該系統中線單元的數量確定，起點點單元與終點點單元是組成該線單元的兩個點單元，其編號取自點單元文件，從起點到終點的方向即是該線單元的方向。包含線單元代碼的文件是線單元文件。在線單元文件中，應包括該系統中各層所有由點單元連接成的線單元。在該文件中，至少應有線單元代碼、與各數據庫的連接項、原數據庫名等項內容。
    面地址單元代碼：面地址單元代碼由面地址單元編號、中心點Y方向碼、中心點X方向碼三部分組成。包含面地址單元代碼的文件是面單元文件。在面單元文件中，應包括該系統中將所有的線狀要素疊加到一起后所產生的不可再分的面單元，面單元是由一組相連的線單元組成的。在該文件中，至少應有面單元代碼、組成該面單元的所有線單元的編號、與各數據庫的連接項、原數據庫名等項內容。其中，面單元編號可以是從信息系統中提取面單元時產生的順序號，其位數可根據該系統中面單元的數量確定，中心點Y方向碼和中心點X方向碼可直接采用該面單元中心點Y坐標和X坐標的整數位。
    由于以上三種單元文件中的單元編號均為隨機產生的順序號，無需人工編制，因此編制速度很快，且更新方便。
    （4）制定本標準的方法
    本專題所研究的城市地址編碼問題，在國內外均有經驗可供借鑒。在國際上，美國、英國、香港等一些國家和地區，從七十年代起就陸續制訂了與此相關或相近的標準。在國內，國家技術監督局已頒布了一系列與本專題相關的國家標準和行業標準，一些城市部門也正在制訂本部門的標準。本專題的研究，充分利用已頒布的有關標準以及各城市在建立GIS過程中形成的相關研究成果，借鑒國際UGIS的相關標準并注意同其實際研究應用成果的接軌，結合我國城市地理信息系統的特點和國情，提出初步方案。制訂UGIS的標準如同其他領域的標準化一樣，各項標準之間的內在聯系非常密切，相互關聯，互為因果。因為研究內容所涉及的范圍較廣，全國各城市、各單位的情況差異較大，我們在研究中特別注意征求不同城市、相關單位和各方面用戶的意見，認真聽取他們的看法，采取廣泛函調與重點調研相結合的方法，集思廣議，逐步完善，并通過小范圍試驗，驗證方案的可行性和實用性，最后提交了“城市地址編碼”標準的推薦文本。