面向地圖集數(shù)據(jù)更新生產(chǎn)信息系統(tǒng)設計與開發(fā)

連 杰，汪躍平，任 福，王海濤,3，肖 克

（1.武漢大學 資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079；2.安徽省第四測繪院，安徽 合肥 230031；3.68029部隊，甘肅 蘭州 730020）

面向地圖集數(shù)據(jù)更新生產(chǎn)信息系統(tǒng)設計與開發(fā)

連 杰1，汪躍平2，任 福1，王海濤1,3，肖 克1

（1.武漢大學 資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079；2.安徽省第四測繪院，安徽 合肥 230031；3.68029部隊，甘肅 蘭州 730020）

圍繞《安徽省地圖集》海量專題數(shù)據(jù)管理與更新的需要，探討了專題地圖數(shù)據(jù)高效管理和利用方式，設計和開發(fā)了面向地圖集數(shù)據(jù)更新生產(chǎn)的信息系統(tǒng)。為實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的快速更新，系統(tǒng)采用要素級增量更新和測區(qū)級版本更新相結(jié)合的數(shù)據(jù)更新方式，能針對生產(chǎn)需求，并具備模板式快速成圖功能。

安徽省地圖集；專題數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)更新；快速成圖

專題地圖以其在信息傳輸、存儲、轉(zhuǎn)換和顯示等方面的巨大優(yōu)勢，已經(jīng)成為調(diào)查研究、分析評價、預測預報、規(guī)劃設計和指揮管理的重要工具[1]。專題信息種類與數(shù)量的豐富極大地拓展了專題地圖的應用領域，也對專題數(shù)據(jù)的管理與更新效率提出了更高的要求。用戶在充分利用各類專題信息資源的基礎上，對專題數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性關注程度也在逐漸增強。

《安徽省地圖集》是新中國成立后安徽省編制的第一部大型綜合性地圖集[2]，匯集了全省多個專業(yè)部門的科研成果和行業(yè)資料，以專題地圖的形式展現(xiàn)出近30 a安徽省自然環(huán)境、人文社會、經(jīng)濟貿(mào)易等領域的發(fā)展變化情況，具有很高的權(quán)威性和實用性。隨著安徽省社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，專題數(shù)據(jù)量呈幾何態(tài)勢增長，數(shù)據(jù)更新周期縮短，對數(shù)據(jù)的管理與更新方式提出挑戰(zhàn)。本系統(tǒng)的設計和開發(fā)充分考慮到以上需求，通過GIS和數(shù)據(jù)庫技術較好地解決了上述需求。

1 總體架構(gòu)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設目標，是在對專題數(shù)據(jù)準確合理分類的基礎上，建立統(tǒng)一的分類編碼體系，將不同來源的專題數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標準與規(guī)范組織到數(shù)據(jù)庫中[3]。數(shù)據(jù)庫的設計要滿足海量專題數(shù)據(jù)高效存取和快速更新的需要。系統(tǒng)前端通過應用程序?qū)崿F(xiàn)與用戶的交互、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)更新與備份、專題圖制作、專題信息查詢等功能。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用標準的3層體系結(jié)構(gòu)[4]，如圖1所示。數(shù)據(jù)層選用Oracle數(shù)據(jù)庫，充分發(fā)揮Oracle穩(wěn)定性和安全性高，適合于大數(shù)據(jù)量管理的特點[5]，專題信息的分類采用線與面分類法結(jié)合的混合分類法[6]，通過層次方式統(tǒng)一組織、存儲和管理專題數(shù)據(jù)。中間層為ArcSDE數(shù)據(jù)庫引擎，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)到關系型數(shù)據(jù)庫的管理和轉(zhuǎn)換。應用層采用ArcGIS Engine技術構(gòu)建C/S+B/S架構(gòu)的專題數(shù)據(jù)管理應用系統(tǒng)，實現(xiàn)專題數(shù)據(jù)的具體應用。

圖1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

2 主要功能

系統(tǒng)的主要功能模塊如圖2所示。

地理信息庫管理子系統(tǒng)：提供對地理空間數(shù)據(jù)的訪問和管理，支持數(shù)據(jù)入庫和數(shù)據(jù)更新。數(shù)據(jù)更新采用“簽出-編輯-簽入”的流程，提供矩形簽出、按行政區(qū)簽出、自定義范圍簽出等多種簽出方式。數(shù)據(jù)簽入更新通過檢測簽出數(shù)據(jù)的變化要素部分即增量集實現(xiàn)增量更新。

查詢定位子系統(tǒng)：提供包括依據(jù)圖幅編號查詢、空間區(qū)域查詢、關鍵字查詢、行政區(qū)劃查詢、復合條件查詢等查詢方式。查詢結(jié)果置為選中狀態(tài)，主視圖自動定位到查詢結(jié)果所在的區(qū)域，查詢結(jié)果可以保存并輸出，以GDB格式存儲；提供查看基礎地理數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)，瀏覽基礎地理數(shù)據(jù)的基本信息；提供查看和管理專題新聞，及時共享行政區(qū)劃調(diào)整信息。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

專題數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)：提供包括專題表結(jié)構(gòu)維護、專題數(shù)據(jù)更新、專題圖制作等功能。

符號庫管理子系統(tǒng)：針對基于系統(tǒng)的符號化顯示，同時滿足符號樣式的地圖輸出需求，提供符號預覽、符號制作、符號庫維護等功能。

快速出圖子系統(tǒng)：針對出版地圖未覆蓋地區(qū)的應急用圖，通過提前構(gòu)建的符號化模板、圖面元素配置模板和注記配置模板實現(xiàn)快速成圖和打印輸出。

用戶與日志管理子系統(tǒng)：維護系統(tǒng)用戶的權(quán)限分配和日志查詢，通過分配不同權(quán)限給不同操作員劃分各用戶可使用的子系統(tǒng)，同時監(jiān)測用戶對數(shù)據(jù)庫的日常操作。

3 關鍵技術

3.1 數(shù)據(jù)更新

統(tǒng)計數(shù)據(jù)更新采用記錄追加和整體替換的方式，同一個專題的歷史與現(xiàn)實數(shù)據(jù)保存在一個Table表中，更新方法相對簡單。地理空間數(shù)據(jù)更新的實質(zhì)是空間實體狀態(tài)改變的過程，以達到保持地理空間數(shù)據(jù)庫中空間信息的現(xiàn)勢性和準確性或提高數(shù)據(jù)精度的目的[7]。矢量地理空間數(shù)據(jù)更新通常有2種方法。一種是基于版本的更新，即以不同時間的整個數(shù)據(jù)庫為版本，更新時以新的版本取代舊版本。該方法適用于和版本數(shù)據(jù)密不可分或數(shù)據(jù)量相對較小的數(shù)據(jù)[8]。另一種是增量更新，通過檢測、識別發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化部分，對變化部分的數(shù)據(jù)進行更新，適用于全局變化較少，而局部變化較多的情形[9]。綜合分析2種更新方法的特點，本系統(tǒng)采用要素級增量更新和測區(qū)級版本更新相結(jié)合的數(shù)據(jù)更新方式。母庫內(nèi)地理空間數(shù)據(jù)覆蓋安徽全省范圍，數(shù)據(jù)量大，采用要素級的增量更新方式可以只對發(fā)生變化的要素進行更新，更新數(shù)據(jù)量小、速度較快。測區(qū)庫由母庫派生，以縣、區(qū)級行政區(qū)域作為測區(qū)，采用版本更新實現(xiàn)對舊版本的替換。2種更新方法相結(jié)合，可以保證數(shù)據(jù)的一致性，避免對母庫和測區(qū)庫分別更新時，因誤差積累對數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生影響。影像地理空間數(shù)據(jù)更新采用同名替換方式，數(shù)據(jù)庫中若存在同名影像，即替換此影像，若不存在同名影像，將此影像入庫存儲。

矢量地理空間數(shù)據(jù)更新流程分為3個部分：數(shù)據(jù)簽出與數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)簽入與母庫更新、測區(qū)庫更新，如圖3所示。首先需要建立母庫和臨時庫中同名要素之間的一一對應關系。系統(tǒng)設置編號字段ENTIID，為每個要素賦予唯一的“身份編號”。該編號在數(shù)據(jù)簽出、編輯和簽入過程中保持不變，數(shù)據(jù)更新時可以快速找到待匹配的更新要素。

圖3 矢量數(shù)據(jù)更新工作流程

1）數(shù)據(jù)簽出。將母庫中的數(shù)據(jù)簽出至臨時庫，生成一個工作版本。用戶在臨時庫中完成要素的增加、刪除與修改等數(shù)據(jù)處理工作，避免直接編輯母庫數(shù)據(jù)，降低對母庫數(shù)據(jù)安全的影響。系統(tǒng)通過用戶權(quán)限對數(shù)據(jù)的簽出功能進行控制。簽出數(shù)據(jù)中添加一張記錄表（T表），記錄簽出數(shù)據(jù)的基本信息，如表1所示。針對專題地圖生產(chǎn)應用的需要，系統(tǒng)提供了多樣化的數(shù)據(jù)簽出方案，包括選擇要素簽出、依據(jù)圖層簽出和依據(jù)行政區(qū)劃范圍簽出等。

表1 數(shù)據(jù)簽出日志表

2）數(shù)據(jù)簽入與母庫更新。將臨時庫中的數(shù)據(jù)簽入至母庫，對工作版本和歷史版本進行比較，通過要素級的屬性特征比對與空間特征比對，查找增加、刪除和修改的要素，完成對庫內(nèi)數(shù)據(jù)的更新。

要素比對分為2步。首先比對同名要素的屬性值，存在差異后即進行更新。在屬性值完全相等的情況下，通過幾何匹配比對空間特征。幾何匹配的核心是判斷目標在空間位置上的重復或重疊性[10]，分為點、線、面3種幾何類型，采用不同的方法進行變化檢測，流程如圖4所示。新增要素的編號值為空，更新時直接簽入并統(tǒng)一賦值。刪除要素的更新通過比對簽入數(shù)據(jù)的ENTIID值和T表中的編號，查找出空缺編號并刪除母庫內(nèi)對應的要素。

圖4 要素變化檢測流程

圖5 1∶25萬數(shù)據(jù)更新實例

3）測區(qū)庫更新。根據(jù)測區(qū)范圍將母庫數(shù)據(jù)劃分為若干個測區(qū)庫，測區(qū)庫內(nèi)要素內(nèi)容與母庫在此測區(qū)范圍要素相同。測區(qū)庫更新通過用母庫的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)更新測區(qū)庫，對測區(qū)庫中歷史版本的數(shù)據(jù)作替換處理，保證測區(qū)庫與母庫的同步。由于測區(qū)庫更新過程存在一定的時間損耗，因此設置數(shù)據(jù)更新時間節(jié)點，周期性地對各測區(qū)庫作更新處理。數(shù)據(jù)更新實例如圖5所示。

3.2 快速出圖

快速成圖采用基于模板的方法，把專題地圖制圖中常用的設計規(guī)律、原則等存成模板文件，建立模板庫，然后根據(jù)制圖任務的不同，從模板庫中選擇符合要求的模板進行制圖。地圖制圖模板分為要素符號化模板、圖面元素配置模板和注記配置規(guī)則模板。要素符號化模板基于管理系統(tǒng)將多比例尺的基礎地理數(shù)據(jù)和符號庫，通過“要素-符號配置方案”模板相關聯(lián)，在管理系統(tǒng)中對地理要素符號化顯示；圖面元素配置模板基于由模板文件定義的圖面元素種類和位置在系統(tǒng)中對當前地圖進行整飾；注記配置規(guī)則模板將注記層、注記位置、注記字段、注記字體、字大、顏色、注記風格等參數(shù)保存為模板文件，按照模板文件定義的注記類型添加注記。具體流程如圖6所示。

圖6 快速地圖制圖流程

4 結(jié) 語

圍繞地理空間數(shù)據(jù)的更新和制圖需求，在保證更新效率與數(shù)據(jù)安全的前提下，針對用戶數(shù)據(jù)生產(chǎn)和快速出圖的需求，采用要素級增量更新與測區(qū)級版本更新相結(jié)合的方式和基于模板技術的快速出圖方式，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設中得到較好的應用。

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P295

B

1672-4623（2016）04-0042-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.014

連杰，碩士，主要從事空間數(shù)據(jù)庫管理和地理信息軟件開發(fā)等研究。

2015-04-15。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41271455）。