國家1∶25萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用

劉建軍，李雪梅，張?jiān)埽瑮睢∶?/p>

(國家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830)

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國家1∶25萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用

劉建軍，李雪梅，張?jiān)埽瑮蠲?/p>

(國家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830)

Technical Innovation and Application for Linkage Updating of National Fundamental Geographic Information Database at 1∶250 000 Scale

LIU Jianjun,LI Xuemei,ZHANG Yuanjie,YANG Mei

摘要：保持基礎(chǔ)地理信息的現(xiàn)勢性是我國基礎(chǔ)測繪工作的重要使命，為此，國家測繪地理信息局于2012年啟動(dòng)了1∶25萬數(shù)據(jù)庫的更新工作，利用1∶5萬數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新成果，對(duì)1∶25萬數(shù)據(jù)庫進(jìn)行快速聯(lián)動(dòng)更新。本文介紹了縱向跨尺度、橫向跨類型的不同數(shù)據(jù)庫之間基于增量和聯(lián)動(dòng)的更新技術(shù)思路，闡述了數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)建模表達(dá)、地形數(shù)據(jù)庫跨尺度聯(lián)動(dòng)更新、制圖數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新、DEM數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新等主體技術(shù)方法。本文的技術(shù)方法被用于研制適用于規(guī)?；碌募夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)工藝及軟件系統(tǒng)，以及支撐1∶25萬數(shù)據(jù)庫的快速聯(lián)動(dòng)更新，初步形成了基礎(chǔ)地理信息聯(lián)動(dòng)更新的技術(shù)框架。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)地理信息；1∶25萬；數(shù)據(jù)庫；增量更新；聯(lián)動(dòng)更新

1∶25萬數(shù)據(jù)庫是國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，適用于國家總體規(guī)劃和宏觀決策，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各領(lǐng)域[1]。然而長期以來，我國1∶25萬數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容不全、更新緩慢，不能滿足廣大用戶對(duì)其完整性和現(xiàn)勢性的迫切需求。1998年初始建庫時(shí)，采用紙圖數(shù)字化方式完成，主體現(xiàn)勢性為80年代，要素內(nèi)容中缺少植被、管線，也沒有制圖數(shù)據(jù)產(chǎn)品。2002年、2008年，利用專業(yè)資料對(duì)一部分重點(diǎn)要素進(jìn)行了更新，大部分要素現(xiàn)勢性仍然較差[2]。

自20世紀(jì)90年代初，我國由傳統(tǒng)模擬測繪邁入數(shù)字化測繪以來，由于受綜合國力和技術(shù)能力所限，我國是按照先小后大的次序先后建立的1∶100萬、1∶25萬、1∶5萬數(shù)據(jù)庫，使得利用大比例尺數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新小比例尺數(shù)據(jù)庫難以實(shí)現(xiàn)[3-9]。進(jìn)入“十二五”，國家測繪地理信息局啟動(dòng)了1∶5萬數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新工程，每年更新1次發(fā)布1版，為1∶25萬數(shù)據(jù)庫的聯(lián)動(dòng)更新提供了條件[10]。

為此，國家測繪地理信息局于2012年啟動(dòng)了1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新工作，對(duì)1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫進(jìn)行持續(xù)快速更新，并同時(shí)更新制圖數(shù)據(jù)庫和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫，不斷提升數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)勢性，更好地為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展提供可靠的測繪保障[10]。

一、總體技術(shù)思路

傳統(tǒng)的地理信息更新技術(shù)偏重于單一尺度、單一

類型數(shù)據(jù)庫的獨(dú)立更新，難以滿足1∶25萬數(shù)據(jù)庫快速更新的需求。為了實(shí)現(xiàn)快速更新，需要解決縱向跨尺度、橫向跨類型兩個(gè)方面的聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)問題?？v向跨尺度是指如何利用1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫快速更新1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫；橫向跨類型是指如何利用1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫快速更新制圖數(shù)據(jù)庫和DEM數(shù)據(jù)庫。

本文擬針對(duì)縱向跨尺度、橫向跨類型的不同數(shù)據(jù)庫之間基于增量和聯(lián)動(dòng)的快速更新這一技術(shù)難題，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)建模表達(dá)、地形數(shù)據(jù)庫跨尺度增量聯(lián)動(dòng)更新、制圖數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫增量聯(lián)動(dòng)更新、DEM數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫增量聯(lián)動(dòng)更新等技術(shù)方法，建立1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)系統(tǒng)，并支撐完成1∶25萬數(shù)據(jù)庫的快速更新?？傮w技術(shù)思路如圖1所示。

二、主體技術(shù)方法

根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)，將1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，將1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫作為一級(jí)派生數(shù)據(jù)庫，將1∶25萬制圖數(shù)據(jù)庫、1∶25萬DEM數(shù)據(jù)庫作為二級(jí)派生數(shù)據(jù)庫。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新后，快速聯(lián)動(dòng)更新派生數(shù)據(jù)庫的主要技術(shù)方法包括跨尺度數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新和跨類型數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新兩大類。

圖1　1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新總體技術(shù)思路

1. 跨尺度數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新

1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新后，利用其更新增量成果，采用聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)，對(duì)1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫進(jìn)行快速更新，主要技術(shù)內(nèi)容包括多尺度地形數(shù)據(jù)庫整合統(tǒng)一、跨尺度地形要素自動(dòng)匹配、基于增量的跨尺度聯(lián)動(dòng)整合。技術(shù)路線如圖2所示。

圖2　跨尺度地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)路線

(1) 多尺度地形數(shù)據(jù)庫整合統(tǒng)一

對(duì)1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫進(jìn)行整合，使其在空間參考、數(shù)據(jù)模型、分層分類、內(nèi)容范圍、要素分布等方面與1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫保持一致，為后續(xù)開展跨尺度地形數(shù)據(jù)之間的聯(lián)動(dòng)更新奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(2) 跨尺度地形要素自動(dòng)匹配

分別基于1∶5萬與1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫的模型特征，建立相鄰尺度間的地形數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型、要素匹配規(guī)則、聯(lián)動(dòng)整合規(guī)則知識(shí)庫，設(shè)計(jì)基于空間計(jì)算和屬性耦合的自動(dòng)匹配算法，建立起相鄰尺度地形數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)銜接。

(3) 基于增量要素的聯(lián)動(dòng)整合

創(chuàng)建基于1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫更新增量聯(lián)動(dòng)更新1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫的智能聯(lián)動(dòng)整合算法，建立全數(shù)字化環(huán)境下的增量提取、自動(dòng)匹配、增量整合、協(xié)調(diào)編輯、質(zhì)量檢查等生產(chǎn)技術(shù)流程，實(shí)現(xiàn)跨尺度地形要素的自動(dòng)或半自動(dòng)聯(lián)動(dòng)更新。

2. 跨類型數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新

(1) 制圖數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新

1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新后，利用其更新增量成果，采用聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)，對(duì)1∶25萬制圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行快速更新，主要技術(shù)內(nèi)容包括地形數(shù)據(jù)庫和制圖數(shù)據(jù)庫一體化建模、數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)的地圖自動(dòng)配置和智能優(yōu)化、基于地形增量聯(lián)動(dòng)更新制圖數(shù)據(jù)庫。技術(shù)路線如圖3所示。

圖3　制圖數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)路線

1) 地形數(shù)據(jù)庫與制圖數(shù)據(jù)庫一體化建模。將地理要素對(duì)象的幾何位置、屬性、拓?fù)潢P(guān)系及制圖表達(dá)一體化融合建模，在1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫模型之上，通過擴(kuò)展關(guān)系、邏輯重組、關(guān)聯(lián)關(guān)系等建立制圖數(shù)據(jù)庫模型，用于存儲(chǔ)地形數(shù)據(jù)的符號(hào)、注記、圖廓整飾，以及二者的相互關(guān)系等信息。制圖數(shù)據(jù)庫通過地形數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)技術(shù)派生，實(shí)現(xiàn)地形數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、制圖數(shù)據(jù)隨地形數(shù)據(jù)的同步更新。

2) 數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)的地圖自動(dòng)配置和智能優(yōu)化?；谥茍D數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)模型，利用數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)制圖技術(shù)，設(shè)計(jì)適用于地圖制圖的地圖自動(dòng)配置和智能優(yōu)化技術(shù)，如符號(hào)自動(dòng)配置、注記自動(dòng)派生、圖廓整飾自動(dòng)創(chuàng)建等；進(jìn)一步設(shè)計(jì)要素符號(hào)及注記的智能優(yōu)化調(diào)整、交互式編輯的方法，實(shí)現(xiàn)制圖數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫的自動(dòng)同步。

3) 基于地形增量聯(lián)動(dòng)更新制圖數(shù)據(jù)庫。在1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新基礎(chǔ)上，根據(jù)更新要素的增量標(biāo)識(shí)信息，快速提取地形數(shù)據(jù)庫中的更新增量要素，基于1∶25萬制圖數(shù)據(jù)庫與地形數(shù)據(jù)庫的相互關(guān)系，利用地圖自動(dòng)配置和智能優(yōu)化技術(shù)，對(duì)制圖數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)制圖內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)更新，再通過少量人工檢核和交互編輯完成制圖數(shù)據(jù)庫的快速更新。通過制圖聯(lián)動(dòng)更新，僅對(duì)地形變化要素進(jìn)行制圖更新，充分保留了原有制圖成果，大幅提高了更新工效。

(2) DEM數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新

1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新后，利用其更新增量成果，采用聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)，對(duì)1∶25 DEM數(shù)據(jù)庫進(jìn)行快速更新，主要技術(shù)內(nèi)容包括矢柵關(guān)聯(lián)關(guān)系自動(dòng)建立、地形特征自動(dòng)提取、DEM高保真插值。

1) 矢柵關(guān)聯(lián)關(guān)系自動(dòng)建立。設(shè)計(jì)基于Voronoi空間計(jì)算的矢柵混合DEM數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)模型，對(duì)DEM數(shù)據(jù)庫進(jìn)行結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，不僅存儲(chǔ)DEM柵格數(shù)據(jù)，還存儲(chǔ)自動(dòng)提取生成的矢量地形特征數(shù)據(jù)，以及與等高線數(shù)據(jù)的空間關(guān)系信息，通過矢柵數(shù)據(jù)混合存儲(chǔ)、矢柵關(guān)聯(lián)關(guān)系自動(dòng)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)DEM數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)的銜接和聯(lián)動(dòng)。

2) 地形特征自動(dòng)提取。設(shè)計(jì)基于三角網(wǎng)迭代優(yōu)化的地形特征提取算法，利用1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫中的等高線、高程點(diǎn)、水系等信息，自動(dòng)化提取山脊、山谷、山頂、谷底、鞍部等地形特征數(shù)據(jù)點(diǎn)，有效實(shí)現(xiàn)由地形數(shù)據(jù)庫到DEM數(shù)據(jù)庫的高保真插值；設(shè)計(jì)基于Voronoi圖的空間關(guān)系計(jì)算算法，計(jì)算并存儲(chǔ)地形特征點(diǎn)與相應(yīng)等高線的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)1∶25萬DEM數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫的相互關(guān)聯(lián)和局部插值更新。

3) DEM高保真插值。針對(duì)傳統(tǒng)不規(guī)則三角網(wǎng)插值的不足，以及地貌平坦和地貌破碎區(qū)域的DEM插值問題，設(shè)計(jì)矢柵混合的DEM高保真插值算法，在優(yōu)化完善矢量不規(guī)則三角網(wǎng)插值方法基礎(chǔ)上，全新設(shè)計(jì)柵格DEM插值方法，包括基于距離變換的DEM插值法、基于地形特征的DEM插值算法。前者能保證地形變化的遞變性和連續(xù)性，特別適用于地貌平坦、破碎地區(qū)；后者充分利用各種水文信息，適用于河渠豐富的地貌平坦、破碎地區(qū)。

三、主要技術(shù)特點(diǎn)

國家1∶25萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐主要有以下技術(shù)特點(diǎn)：

1) 跨尺度跨類型數(shù)據(jù)庫一體化建模：統(tǒng)籌設(shè)計(jì)1∶25萬數(shù)據(jù)庫的聯(lián)動(dòng)模型與建模方法，實(shí)現(xiàn)跨尺度、跨類型的不同數(shù)據(jù)庫之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和相互關(guān)聯(lián)，為跨尺度跨類型數(shù)據(jù)庫的增量聯(lián)動(dòng)更新奠定基礎(chǔ)。

2) 不同數(shù)據(jù)庫間的聯(lián)動(dòng)更新：通過多元聯(lián)動(dòng)，建立不同數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫快速聯(lián)動(dòng)更新派生數(shù)據(jù)庫，顯著提高更新自動(dòng)化程度和更新效率。

3) 要素級(jí)的增量式更新：摒棄版本式更新，采用增量式更新方式，在更新過程中標(biāo)定更新變化信息，記錄更新狀態(tài)和更新時(shí)間等信息，僅對(duì)發(fā)生變化的要素進(jìn)行更新、質(zhì)檢、匯交、建庫，大大提高更新效率，也便于要素級(jí)多時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)建庫與管理。

四、規(guī)模化工程應(yīng)用

應(yīng)用上述研究成果，國家測繪地理信息局于2012年啟動(dòng)了1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新工作，兩年之內(nèi)完成了1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫的兩輪更新，還聯(lián)動(dòng)更新了1∶25萬制圖數(shù)據(jù)庫、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫。

更新后的1∶25萬數(shù)據(jù)庫覆蓋全國范圍，數(shù)據(jù)庫類型完善、要素內(nèi)容齊全、現(xiàn)勢性良好，成為共享性強(qiáng)、應(yīng)用面廣、權(quán)威可靠的空間信息資源與載體，大幅提升了地理信息數(shù)據(jù)成果應(yīng)用價(jià)值和測繪服務(wù)保障能力。

五、結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)構(gòu)建的1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)系統(tǒng)，支撐完成了1∶25萬數(shù)據(jù)庫的持續(xù)快速更新，初步實(shí)現(xiàn)了從單一數(shù)據(jù)庫更新向跨數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新的技術(shù)轉(zhuǎn)變，有效提升了國家級(jí)基礎(chǔ)地理信息更新能力，也為國家和省級(jí)之間基礎(chǔ)地理信息的聯(lián)動(dòng)更新奠定了基礎(chǔ)。

目前，1∶25萬數(shù)據(jù)庫成果已先后提供給中央部委、各級(jí)政府、上百家單位，應(yīng)用于資源調(diào)查、災(zāi)害評(píng)估、文物保護(hù)、電子政務(wù)等方面，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)各行各業(yè)的專業(yè)信息空間化整合提供了統(tǒng)一的空間信息平臺(tái)，有效滿足了國家建設(shè)發(fā)展及國防安全的迫切需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]商瑤玲,王東華,李莉. 全國1∶25萬數(shù)據(jù)庫的建立與更新[J].測繪科學(xué),2004, 29(S1):92-95.

[2]李雪梅，商瑤玲，王東華. 利用遙感影像更新全國1∶25萬數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方法[J]. 測繪通報(bào)，2002(10)：12-14.

[3]劉建軍，趙仁亮，張?jiān)埽? 國家1∶50 000地形數(shù)據(jù)庫重點(diǎn)要素動(dòng)態(tài)更新[J]. 地理信息世界，2014,21(1)：37-40.

[4]陳軍,王東華,商瑤玲，等. 國家1∶50 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫更新工程及實(shí)施[J]. 地理信息世界，2012, 10(1):8-12.

[5]商瑤玲，趙仁亮，劉建軍. 國家1∶50 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫更新工程[J]. 地理信息世界，2012, 10(1):6-7.

[6]陳軍, 趙仁亮, 王東華. 基礎(chǔ)地理信息動(dòng)態(tài)更新技術(shù)體系初探[J] .地理信息世界, 2007, 5 (5):4-9 .

[7]陳軍, 李志林, 蔣捷，等. 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的持續(xù)更新問題[J]. 地理信息世界，2004, 2(5):1-5.

[8]傅仲良，吳建華． 多比例尺空間數(shù)據(jù)庫更新技術(shù)研究[J]． 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2007，32(12):1115-1118．

[9]趙仁亮, 陳軍,王東華.數(shù)字環(huán)境下的數(shù)據(jù)縮編更新問題[J]. 地理信息世界, 2008, 6(3):17-20.

[10]國家測繪地理信息局. 國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)方案[R]. 北京：國家測繪地理信息局，2012.

中圖分類號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2016)04-0001-04

通信作者：楊眉

作者簡介：劉建軍(1974—)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閲一A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的建設(shè)、更新、管理。E-mail：liujianjun@ngcc.cn

收稿日期：2015-08-31

引文格式： 劉建軍，李雪梅，張?jiān)?等. 國家1∶25萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2016(4)：1-4.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0109.