關(guān)于地理空間數(shù)據(jù)整合與持續(xù)高效更新存在的問(wèn)題分析

姜惠玲

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476000）

1 數(shù)據(jù)整合的涵義

數(shù)據(jù)同化也稱數(shù)據(jù)的組合和優(yōu)化，是一種元素對(duì)其他元素進(jìn)行改變、吸收和合并而成的過(guò)程,也是兩種元素之間消除差異，消除矛盾的過(guò)程。從數(shù)據(jù)更新的角度來(lái)說(shuō),地理空間數(shù)據(jù)同化指的是，在一系列提前定義好的知識(shí)、規(guī)則、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，同一地區(qū)不同時(shí)間內(nèi)、不同尺度、不同來(lái)源的空間數(shù)據(jù)對(duì)它們?cè)诔叨忍卣?、時(shí)間特征、屬性特征和空間特征上的不一致性和差異性進(jìn)行解決,從而實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)在物理上與邏輯上的有機(jī)統(tǒng)一和集中。

2 數(shù)據(jù)整合與“持續(xù)更新”所存在的一些問(wèn)題

（1）多比例尺數(shù)據(jù)的協(xié)同更新問(wèn)題。人們對(duì)地球表層各種人文與自然現(xiàn)象的空間形態(tài)結(jié)構(gòu)作了不同尺度的抽象表達(dá),構(gòu)成了比例尺度不同的系列地形圖,對(duì)多種比例尺數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了建立。但建立和維護(hù)這些多尺度地圖數(shù)據(jù)庫(kù)耗資巨大,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,給多比例尺數(shù)據(jù)的協(xié)同更新造成了很多困難，同時(shí)也存在同一實(shí)體的多重表達(dá)間一致性的問(wèn)題。所以,目前人們面臨的又一大難題就是如何自動(dòng)綜合最新的較大比例尺數(shù)字地圖,以更新較小比例尺的數(shù)字地圖或派生出較小比例尺的數(shù)字地圖。

（2）更新客戶數(shù)據(jù)庫(kù)的方法和模式問(wèn)題。因?yàn)楹芏嘤脩粢寻鸦A(chǔ)地理數(shù)據(jù)和其專業(yè)數(shù)據(jù)整合為一體或在原有的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)上已經(jīng)添加了很多專題屬性,在數(shù)據(jù)規(guī)格(specifications)上，用戶數(shù)據(jù)庫(kù)和基礎(chǔ)地理新版數(shù)據(jù)間存在差異,造成了數(shù)據(jù)融合、信息轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)庫(kù)模式不一致、語(yǔ)義沖突等問(wèn)題。

（3）更新主數(shù)據(jù)庫(kù)的方法問(wèn)題。生產(chǎn)和提供基礎(chǔ)地理信息者按照間接獲得或直接測(cè)定的變化信息,更新處理自己的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，也稱主數(shù)據(jù)庫(kù),包含保存歷史數(shù)據(jù)、生成新的數(shù)據(jù)庫(kù)版本、刪除已不存在的目標(biāo)、添加新增目標(biāo)等。其中存在版本制作、存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的方法、并發(fā)控制機(jī)制、將小比例尺數(shù)據(jù)使用最新大比例尺數(shù)據(jù)更新的綜合方法、要素間空間關(guān)系的一致性與協(xié)調(diào)性處理、更新主數(shù)據(jù)庫(kù)的增量模式等很多問(wèn)題。

（4）基礎(chǔ)地理要素變化的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與自動(dòng)提取問(wèn)題。針對(duì)地表變化的幅度和頻率，使用最新的航空航天影像和其它現(xiàn)勢(shì)資料進(jìn)行分析,使更新對(duì)象與范圍被確定,把變化信息提取出來(lái),這是更新基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的必由之路。這涉及到不同來(lái)源數(shù)據(jù)的集成和融合、將地物變化信息從高分辨率影像提取出來(lái)、現(xiàn)有基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和不同類型的遙感影像精確配準(zhǔn)等大量的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。需要對(duì)相關(guān)的算法、數(shù)據(jù)處理模型進(jìn)行不斷的改進(jìn)或設(shè)計(jì),發(fā)展更新數(shù)據(jù)的工具,提高提取信息和發(fā)現(xiàn)變化的可靠性和自動(dòng)化程度，以提高數(shù)據(jù)更新的生產(chǎn)效率和縮短其周期。

（5）數(shù)據(jù)模型演化與動(dòng)態(tài)建模問(wèn)題。采用交互式的方式操作和處理現(xiàn)有的數(shù)據(jù)體,使原有的拓?fù)?、元?shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)以及部分幾何等空間關(guān)系得到改變,甚至使數(shù)據(jù)的精度得到提高,使數(shù)據(jù)的類型被豐富，這是更新基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)基本特點(diǎn)。在這樣持續(xù)的“數(shù)據(jù)再造工程”中,基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型也將隨之進(jìn)行演化,以對(duì)基礎(chǔ)地理要素的元信息變化、精度變化、時(shí)空變化等進(jìn)行表達(dá)。所以,要對(duì)其數(shù)據(jù)模型隨數(shù)據(jù)版本增加與數(shù)據(jù)更新操作而不斷演化的基本問(wèn)題進(jìn)行研究,就得對(duì)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)空數(shù)據(jù)模型進(jìn)行建立,實(shí)現(xiàn)更新基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)建模。

3 解決數(shù)據(jù)整合與持續(xù)高效更新問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)

（1）智能控制---面向更新的數(shù)據(jù)同化處理。對(duì)知識(shí)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)與各種規(guī)則、地理事件及其相應(yīng)的同化操作進(jìn)行智能的、系統(tǒng)的連接和處理。本文提出了以數(shù)據(jù)同化為基礎(chǔ)的空間數(shù)據(jù)更新機(jī)制，其處在“地理事件-條件-操作GECA”規(guī)則的驅(qū)動(dòng)下。規(guī)則庫(kù)與終止性分析、完備性與一致性檢測(cè)、更新數(shù)據(jù)同化的操作、事務(wù)調(diào)度、條件檢測(cè)、事件監(jiān)測(cè)這七個(gè)方面是運(yùn)行機(jī)制的整個(gè)過(guò)程。

（2）處理空間關(guān)系在同化過(guò)程中的一致性。高效的檢測(cè)，識(shí)別及表達(dá)空間關(guān)系。處理一致性的關(guān)鍵與前提是如何把具有邏輯矛盾(如河流“爬坡”等現(xiàn)象)和不一致的實(shí)體間的空間關(guān)系用較高的效率識(shí)別和檢測(cè)出來(lái)，從而在此基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)空間關(guān)系的矛盾消除，處理空間關(guān)系的一致性。

（3）地理空間數(shù)據(jù)屬性信息的同化。屬性信息同化也包含重新估值及修改、冗余的處理、屬性信息的補(bǔ)充；屬性信息之間的錯(cuò)誤(粗差)探測(cè)和處理、相互比較和分析；編碼體系的轉(zhuǎn)化和統(tǒng)一、不同空間數(shù)據(jù)的屬性信息分級(jí)和分類這三個(gè)遞進(jìn)層次的處理。

（4）地理空間數(shù)據(jù)的幾何信息同化。地理空間數(shù)據(jù)的幾何信息同化主要也包含三個(gè)遞進(jìn)層次的處理：按照幾何位置間的比較以及空間實(shí)體變化類型分析的結(jié)果,實(shí)施對(duì)應(yīng)的同化操作；對(duì)多源地理空間數(shù)據(jù)之間進(jìn)行粗差探測(cè)、評(píng)價(jià)、分析和相互比較。采用常見(jiàn)的如粗差探測(cè)于分類算法等相關(guān)的數(shù)學(xué)方法在現(xiàn)勢(shì)性評(píng)價(jià)結(jié)果和空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上,把數(shù)據(jù)源的錯(cuò)誤和粗差找出來(lái)；實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)不同數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和空間基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化與統(tǒng)一。

（5）提取基于相似性度量模型的實(shí)體變化信息。地理空間數(shù)據(jù)同化的另一關(guān)鍵技術(shù)就是多源地理空間數(shù)據(jù)同名實(shí)體之間的匹配能夠通過(guò)相似性度量模型來(lái)實(shí)現(xiàn),同時(shí)還能夠?qū)Σ町愋赃M(jìn)行推斷,再把空間實(shí)體的變化信息由差異性自動(dòng)提取出來(lái)。有效的描述幾何形狀和提取其特征,其次按照一定的如基于距離的方法等相似性度量方法來(lái)對(duì)空間數(shù)據(jù)之間的相似性程度進(jìn)行度量，這是建立幾何相似性度量模型的關(guān)鍵。

（6）獲取、表達(dá)和管理各種規(guī)則和知識(shí)。在面向地理空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)同化更新的過(guò)程中,至關(guān)重要的就是對(duì)參與同化的各種數(shù)據(jù)源質(zhì)量進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)，取舍和應(yīng)用。不但需要有相關(guān)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制，而且要有領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)來(lái)指導(dǎo),同時(shí)還要有合理的數(shù)學(xué)方法來(lái)解決,才能使這個(gè)過(guò)程更加自動(dòng)化和智能化。規(guī)則和知識(shí)的獲取能夠通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、專家經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)來(lái)進(jìn)行。規(guī)則與知識(shí)的結(jié)構(gòu)化描述和表示就是為了便于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與存儲(chǔ)。能夠通過(guò)規(guī)則庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)則與知識(shí)的調(diào)用和管理。規(guī)則與知識(shí)主要分作如下幾類:空間數(shù)據(jù)同化操作的實(shí)施規(guī)則；空間要素變化類型的知識(shí)推理的規(guī)則；現(xiàn)勢(shì)性與數(shù)據(jù)源質(zhì)量評(píng)價(jià)的規(guī)則；數(shù)據(jù)源之間關(guān)聯(lián)和匹配的規(guī)則。

4 結(jié)語(yǔ)

“地理空間數(shù)據(jù)同化”是地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、持續(xù)，數(shù)據(jù)源種類的不斷增加和高效的更新需求的產(chǎn)物。本文主要把同化和更新有機(jī)的結(jié)合了起來(lái),這是地理空間數(shù)據(jù)整合這一概念面向數(shù)據(jù)更新所提出的研究方向和目的，是為了更好的給地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的更新服務(wù)。雖然前人在一些關(guān)鍵技術(shù)方面做了大量的研究工作,但依然有很多充滿挑戰(zhàn)性的工作需要我們?nèi)パ芯俊?/p>