多尺度基礎地理數據聯動更新技術

吳 思，高倩影，李 亮，何 鑫，應國偉

(四川省第三測繪工程院，四川 成都 610500)

多尺度基礎地理數據聯動更新技術

吳 思，高倩影，李 亮，何 鑫，應國偉

(四川省第三測繪工程院，四川 成都 610500)

隨著國家基礎地理信息數據庫動態更新工程的啟動，社會發展對于基礎地理信息數據的現勢性要求日益提高。傳統的多尺度基礎地理信息數據分別更新生產的方法效率低下，本文提出了一種基于要素的數據聯動更新技術，以要素為中心對多種尺度的基礎地理信息數據聯動更新生產；并介紹了整合更新數據庫、要素更新規則定義、要素匹配與聯動更新等主體技術方法；最后設計聯動更新程序，驗證了該技術的可行性和高效性。

聯動更新；基礎地理信息；要素

基礎地理信息數據是國家經濟建設和社會發展的基礎性、戰略性資源。而地理信息數據的現勢性是衡量其使用價值的重要標志之一[1]。隨著我國城市化進程的加快，用戶對基礎地理數據的現勢性和準確性也提出了更高的要求[2]。“十二五”期間國家測繪地理信息局啟動了國家基礎地理信息數據庫動態更新工程，對1∶1萬、1∶5萬等基礎地理信息進行每年一更新，每年一發布[3]。在提高數據現勢性的同時，也對數據更新生產效率提出了更高要求[4]。傳統生產方式對于不同尺度地理信息數據通常進行獨立更新，對于同一地區的地理要素存在著重復采集的問題，難以滿足快速生產的要求。如何統籌多尺度地理信息數據的生產工作，提高地理信息數據的更新效率，確保數據的現勢性，成為國家、部門和地方在生態文明建設、國土空間格局優化等方面的迫切需求[5]。

本文將不同尺度的基礎地理信息數據更新工作中的數據源、更新內容、指標路線、工藝流程進行分析、對比，提出一種基于要素的數據聯動更新方法，并開發建設基于要素的內外業數據更新系統，初步實現多尺度地理信息數據聯動更新，以提高數據更新生產效率。

1 聯動更新關鍵技術

1.1 總體技術思路

傳統的數據更新方法通常采用對特定尺度的數據進行獨立的生產工作，因而對于同一區域的地物，不同尺度要求的地理信息數據會進行重復的內業采集和外業核查工作。為了實現多種尺度數據的快速更新工作，提高數據更新生產效率，需要解決跨尺度聯動更新技術問題。跨尺度是指如何利用一種尺度的地理信息數據對多種尺度的地理信息數據進行快速更新[6-7]。

本文擬針對跨尺度地理信息數據聯動快速更新這一技術難題，設計一種基于要素的聯動更新方法，建立跨尺度的聯動更新技術系統，實現多尺度數據快速更新。針對數據更新生產采用內外業一體化的生產方式，系統總體技術思路如圖1所示，更新流程為內業預處理—外業核查—內業編輯整理。對于待更新數據，首先進行內業預處理，通過變化發現確定更新區域和要素，對于可以在影像上識別出的要素進行預更新處理，不能識別的區域進行重點核查標注；然后與內業預更新相結合，對待更新要素進行外業核查、實測，確定要素的準確位置及相關屬性；最后通過要素匹配與聯動更新對不同尺度的數據進行更新處理，對更新后的多尺度數據進行自動化處理和少量的人工編輯，形成最終的更新成果數據。

圖1 總體技術思路

1.2 關鍵技術

根據上述總體技術思路，對不同尺度的地理信息數據進行整合，建立基于要素的整合更新數據庫。以整合更新數據庫為基礎，制定要素的更新規則，集成不同尺度更新標準。基于整合更新數據庫與不同尺度數據庫之間的關聯關系，通過聯動處理規則及自動匹配算法進行自動化更新，實現多尺度要素快速聯動更新。

1.2.1 更新數據庫整合

對不同尺度的數據進行合并是整個聯動更新流程中最重要的部分。不同尺度的數據圖層、屬性字段、數據精度、空間參考都不一致，必須采用合理的方式將其整合到一起。本文參照基礎地理信息數據庫的“圖層—字段”結構，將不同尺度的數據按照圖層、字段進行合并，并將分布于不同圖層、包含不同字段的相同要素進行整合，建立要素與圖層、字段的對應關系，形成一個包含所有尺度的基于要素的整合更新數據庫。基于不同尺度數據的模型特征，建立整合數據庫與不同尺度基礎地理信息數據的關聯模型和聯動關系，結合圖層與字段的對應關系表構建以要素為核心的整合更新數據庫，為后續數據聯動更新奠定數據基礎。在數據更新過程中，在整合更新數據庫中以要素為核心進行更新，對于不同尺度的數據只進行一次采集。

1.2.2 要素更新規則定義

對于地理信息數據的更新工作，主要是在已有數據的基礎上進行要素的增加、刪除及修改操作。整合更新數據庫包含所有要素的整合圖層、字段信息，以及進行刪改操作的3個圖層POINT、POLYLINE、POLYGON(點、線、面類型)，包含更新狀態標識(OPERATE)及更新目標圖層標識(LAYERNAME)。更新狀態標識是標識進行數據的更改類型(如刪除或修改操作)，更新目標圖層標識是用于標識進行數據更改的圖層。最終生成要素更新數據庫，為后續的數據聯動更新奠定規則基礎。

1.2.2.1 要素增加

對于新增要素，在整合更新數據庫中進行基于要素的數據采集。相對于傳統數據更新模式，在整合更新數據庫中對于不同尺度數據，同一要素只采集一次，因此可以有效減少內業預更新與外業核查的重復工作。

1.2.2.2 要素刪除

原有要素需要進行刪除操作時，對于點要素，需在POLYGON圖層繪制一個包含待刪點要素的面要素，將其更新狀態標識(OPERATE)填寫為“刪除”，更新目標圖層標識(LAYERNAME)填寫為待刪點要素所在圖層名稱；對于面要素，需在POINT圖層繪制一個位于待刪面要素中的點要素，將其更新狀態標識(OPERATE)填寫為“刪除”，更新目標圖層標識(LAYERNAME)填寫為待刪面要素所在圖層名稱；對于線要素，需在POLYLINE圖層繪制一個與待刪線要素相交的線要素，將其更新狀態標識(OPERATE)填寫為“刪除”，更新目標圖層標識(LAYERNAME)填寫為待刪線要素所在圖層名稱。

1.2.2.3 要素修改

對于原有要素需要進行修改操作時，對于線、面要素，需在POLYLINE圖層繪制一個與待修改要素相交的線要素，將其更新狀態標識(OPERATE)填寫為“修改”，更新目標圖層標識(LAYERNAME)填寫為待修改要素所在圖層名稱。

1.2.3 不同尺度更新標準

不同尺度數據的更新技術標準各不相同，對于要素的采集長度、寬度、面積要求等存在差異。不同尺度聯動更新過程中采集的要素為最高精度和最高精細程度。對于不同尺度要求而言，在聯動更新過程中需要分別進行處理，在數據處理算法中集成不同尺度更新標準對于要素在彎曲寬度、要素長度、要素寬度、要素面積及要素精度方面的不同要求，構建更新規則，以獲得符合標準要求的數據，減少后續人工數據處理的工作量，為后續的自動化要素聯動更新奠定基礎。

1.2.4 要素匹配與聯動更新

建立要素更新數據庫與待更新的多尺度地理信息數據庫之間的關聯關系，并設計要素屬性及空間關系自動匹配算法。以整合更新數據庫為基準，結合要素更新規則對待更新的多尺度數據分別進行自動化更新。

2 聯動更新系統設計

2.1 系統架構設計

基于要素的聯動更新生產軟件由外業調繪系統和內業編輯系統兩部分構成。外業調繪系統是以平板電腦以移動端，支持移動數據庫并可接收GPS定位數據、攝像頭數據、陀螺儀數據等，利用ArcGIS API for .NET進行開發，兼具便攜性、導航性、外業可操作性、數據可傳輸性和強大的程序開發功能[8-9]；內業處理軟件以PC電腦為處理端，采用基于COM標準的ArcObjects進行開發，數據庫采用GDB、MDB文件庫，嵌入ArcMap軟件，具有開發界面友好、開發過程簡便等優點[10]。

2.2 系統功能設計

數據聯動更新系統分為內業編輯預處理模塊、外業核查模塊及內業成果整理模塊，如圖2所示。

圖2 系統功能模塊

(1) 數據編輯預處理模塊。以待更新地理信息數據、遙感影像為數據源，采用變化檢測系統和人工目視相結合的方式進行變化區域的識別，其主要任務是對要素進行預更新處理，對可識別的已變化區域進行修測更新，不能識別的區域進行重點核查標注，對數據進行更新和預判。該模塊為后續外業核查提供了數據基礎，如圖3所示。

圖3 內業處理系統模塊

(2) 外業調繪模塊。外業調繪系統以平板電腦為移動端獨立運行，涵蓋了整個更新作業中的核心功能。在該模塊中，首先利用GPS定位加載當前位置的地圖切片緩存，導入經過內業編輯預處理的成果數據，作為更新作業的電子調繪底圖，與已有的地圖切片進行疊置顯示，對更新要素進行實地核查、修改、補調、補測。如圖4所示。

圖4 外業調繪系統界面

(3) 內業編輯處理模塊。內業編輯處理模塊主要是基于外業調繪成果，首先分解出符合項目要求的數據，然后通過人工干預的方式對要素進行編輯處理，建立基礎地理信息的更新數據庫。此外，該模塊還提供了拓撲檢查、處理，以及多種批量數據處理工具。

3 試驗分析

為驗證本文方法的可行性和實用性，選取了新都區主城區所在的4幅地形數據區(約110 km2)作為試驗區進行數據更新生產試驗，作業內容為新都區1∶1萬、1∶5萬地形圖的更新生產，并建立更新后的1∶1萬、1∶5萬基礎地理信息更新數據庫。與傳統生產作業方式的對比見表1。相比于傳統更新生產方式，利用基于要素的聯動更新技術，生產效率提高了約20%。

表1 兩種更新方式對比

4 結 語

本文提出了一種基于要素的多尺度基礎地理信息數據聯動更新方法，初步實現了跨尺度數據的聯動更新技術；同時設計實現了基于要素的數據同步更新內外業系統。實踐證明，該方法能夠有效提高數據更新生產作業效率和成果質量，為今后其他聯動更新方案提供了參考。

[1] 劉虎林, 閆浩文，劉濤. 空間數據變化檢測研究進展[J]. 測繪與空間地理信息, 2014(9):25-28.

[2] 許禮林,王明，郝天平，等.地理信息數據動態更新系統設計與實現[J]. 地理信息世界, 2015，22(6)：122-125.

[3] 王東華，劉建軍. 國家基礎地理信息數據庫動態更新總體技術[J]. 測繪學報, 2015，44(7)：822-825.

[4] 朱宏斌，陸海英，盛琦，等. 城市基礎地理信息數據庫更新方案研究[J]. 測繪通報, 2011(1):25-27，37.

[5] 劉雪松，吳瓊，張俊. 基礎地理信息數據庫動態更新生產技術研究[J]. 測繪與空間地理信息, 2013(9):146-148.

[6] 劉建軍，李雪梅，張元杰，等. 國家1∶25萬基礎地理信息數據庫聯動更新技術設計與工程應用[J]. 測繪通報, 2016(4):1-4.

[7] 常學立，王密，樓燕敏.基于攝影測量的基礎地理數據庫在線更新系統研究[J]. 測繪通報,2016(5):69-73.

[8] 王密，胡芬，廖安平，等. 1∶5萬基礎地理信息綜合判調更新系統的設計與實現[J]. 武漢大學學報(信息科學版), 2009，34(10):1144-1148.

[9] 王東華，劉建軍，商瑤玲，等. 國家1∶50 000基礎地理信息數據庫動態更新[J]. 測繪通報, 2013(7):1-4.

[10] 賴劍菲，江舟. 基于ArcObjects的組件式GIS的開發與研究[J]. 國土資源信息化, 2005(3):29-32.

Linkage Updating Technology of Multi-scale Basic Geographic Data

WU Si,GAO Qianying,LI Liang,HE Xin,YING Guowei

(The Third Surveying and Mapping Engineering Institute of Sichuan Province, Chengdu 610500, China)

With the start of dynamic updating of national basic geographic information database, the social development demands for the basic geo-information data are increasing day by day. The traditional multi-scale basic geographic information data update production method is less efficient. This paper proposes a technology based on data linkage updating, update database, feature update rule definition, feature matching and linkage updating. Simultaneously, through the program is developed to form the corresponding system, to apply to the basic geographic information data update production and to achieve good application effect.

linkage updating; basic geographic information; feature data

吳思，高倩影，李亮,等.多尺度基礎地理數據聯動更新技術[J].測繪通報，2017(5)：139-142.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0174.

2016-10-14

吳 思(1989—)，男，碩士，主要從事地理信息系統的開發工作。E-mail：331293996@qq.com

P208

A

0494-0911(2017)05-0139-04