自然資源三維立體空間信息系統構建

董彥君

（濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250000）

自然資源調查工作的調查內容包含的范圍更為廣泛，其中會涉及到水流、荒地、森林、灘涂、海洋等多種自然資源以及隨著季節或者年份在不斷變化的過程。因此需要借鑒國土調查以及各類專項自然資源調查數據庫、開發管理系統的經驗，表達各種自然資源的時空特點，構建圖文一體化、三維一體化、時空一體化的自然資源管理信息系統。

1 自然資源信息治理現狀

自然資源信息化的要求就是輔助自然資源部門履行兩統一的職責、精細化管理自然資源，現階段的國土資源信息化數據管理模式已經無法匹配于時代的進步，存在一些問題有待處理：首先，針對于土地的地理信息測繪以及地質和礦產信息資源的管理與儲存，由于數據內容的格式以及要求沒有達到統一狀態，所以需要對儲存的方式以及管理模式進行創新，這是由于自然資源管理需要構建統一的管理模式，并且提前做好規劃，對于草木等多種信息，沒有構建統一的數據管理體系與其匹配。其次，納入自然資源部門管理的數據內容不夠完整，圖形的屬性無法匹配等多種問題，導致土地和測繪以及多種數據內容都沒有保持統一，無法及時運用數據信息。最后，原來屬于規劃部門以及國土等多種測繪信息內容存在著較大的差異性問題。在數據管理工作中沒有制定出統一的數據模式進行管理與維護。

2 自然資源信息標準規范體制構建

依照于生態文明建設的實際需要和自然資源管理部門的實際需求，要對國土以及礦產和海洋等各種資源制定出統一的管理數據標準，并且都歸入在標準體制中。然后針對于一些已經擁有的并且開始實施的標準，還是要繼續使用，與新的標準融合在一起，對于沒有構建準則的內容也要及時制定準則。確保數據整體的匯總更加準確清晰，加強數據的更新以及共享使用環節，從而有效地使數據得到規范的運用，針對于多種數據內容，制定出多元化的管理辦法，匹配自然資源數據管理的多個環節。

3 選擇、創新空間數據模型

立方體模型、基態修正模型、快照模型、時空組合模型等都屬于常見的時空模型。這些模型在記錄時空模型信息、表達方面都有側重點。綜合目前自然資源的信息特點，可以選擇基態修正模型建立三維自然資源時空數據庫，基態修正模型的核心思想就是記錄時空對象的原始狀態，并且在后續的時間序列中記錄前一時刻發生變化的部分，將兩者疊加起來可以取得后繼時態版本，這個模型的數據記錄形式可以明顯減少數據出現冗余的情況，記錄對象在時間序列方面出現的變化。

通常二維矢量數據的儲存由于數據量不大，數據對象化以及編碼規則相對清晰，應用基態修正模型就可以解決對象隨時間出現的變化。然而自然資源信息以三維表面、三維矢量、三維體元記錄以及儲存，會因為涉及數據量比較大、沒有明確的變動對象問題，致使常規的基態修正模型隨著修正次數不斷增加，調取時態數據時存在動態計算復雜度不斷變大的情況。為了解決上述問題，構建自然資源的時空數據模型，應用基態修正模型和快照模型相互結合的方法，根據一定時間間隔創建快照，以快照節點創設基線，然后變更數據再次基線的基礎上添加。在調取數據的時候，按照時間獲取最近的基線信息，然后結合變更數據將最后的結果還原出來。至于儲存數據，把三維實體和二維矢量數據的對象粒度統一、編碼當成三維實體隨時相變化的時候，對比模型找出變更的內容，根據三維體元的最小粒度儲存。那么柵格數據根據自然資源區塊范圍完成分割操作，同時不同類型區塊的柵格信息獨立記錄，變更的時候記錄變化的自然資源區塊柵格信息。

4 構建三維自然資源數據資源體制

保持科學化與實用化的原則區對于數據資源目錄進行構建，還要考慮土地和國土空間規劃等多種自然資源的實際信息管理現狀，打造一個便利式的組織管理的數據信息目錄。

統一對數據模型進行設計，然后針對于應用的對象使用相應的理論，保持數據和應用的分離原則，把空間圖元看做屬于國土空間的基礎信息內容展開設計，主要包括了對于對象實體模型以及關系邏輯模型。完成統一對象的編碼以及概念模型設計之后，就可以針對于創建對象的空間以及時態和業務關系進行統一數據模型的創建，還需要考慮到對象的實際狀況以及規劃業務聯系。

大數據中心的設計與開發工作需要研發中心首先擁有能夠儲存各種統一數據模型的數據資源，并且要支持文檔和視頻等多種格式。或者設計成邏輯較為集中但是物理分散的整體結構，構建三維立體的自然資源核心信息數據庫，構成數據資源體系中的不同數據載體。

對于數據開展數字化以及空間化處理的時候，數字化模式能夠替代紙質，直接把紙質文件的內容掃描到數據模型里，把表格中的坐標點變成GIS數據格式。依照數據質量的統一規范對數據進行處理，主要分為拓撲處理和屬性處理。依照數據質量標準對數據內容進行檢驗，還需要按照多版本數據的差異問題進行沖突檢測，比如多版本的基礎信息整合。面對一些沒有模型庫或者數據結構變動較大的，就需要按照數據內容的統一規范要求構建數據模型依照標準入庫。對于已經建庫的數據內容，并且沒有較大變動的數據資源，需要按照全新的要求進行改造，然后歸入到三維立體自然資源數據庫中進行管理。

使用數據需要按照組裝前的五個步驟，構建三維立體自然資源信息，然后再使用自然資源的應用體系與其他行業部門進行需求共享，根據需要整合，在脫密之后衍生形成對應的應用數據，將其納入三維立體自然資源應用數據庫統一管理。

5 創建自然資源數據索引

自然資源數據庫中需要擁有一套完整的索引體系給予支持，才可以應用以及讀取大量的數據信息，除了常規數據屬性字段索引之外，還要和不同空間數據、時間數據相結合，創建時空索引。空間數據索引是指，二維數據應用空間數據庫中常規的R-tree索引體系，應用外包矩形的模式應對點、線、面各種二維空間數據。其中大量點狀數據超過定量級別之后，單獨應用GeoHash的編碼形式對格網進行拆分，將其拆分成網格大小在2米的精細編碼，同時空間格網信息應用32進制數9位編碼的形式儲存在屬性字段中，應用的時候可以應用關系數據庫索引的形式快速提取格網信息資料，根據從左到右的編碼位數嚴格控制查詢格網的大小。一般情況下，三維數據分成兩種情況，很大一部分附著在地形表面的數據由于縱向的變化相較于整體空間區域比較小，應用四叉樹索引就可以實現數據的快速索引，同時可以節省資源。至于礦產以及水流資源可以應用三維數據常規的八叉樹索引形式。接下來就是時相數據索引，由于充分考慮自然資源數據的更新特征以及時空數據模型下數據的調取形式，拆分數據記錄日期，應用整型字段記錄數據更新的年、月、日，同時分別創建數據索引。在數據根據時間節點設立基線之后需，就可以記錄整型的基線版本號在目前數據還有后期變更數據中，參考基線版本索引最后經過日期以及基線版本形成多層次的時相數據索引。

6 自然資源數據更新以及維護體系

（1）創建自然資源三維立體大數據體系動態更新體系。按照數據匯總的實際狀態，可以劃分為日常自然資源以及其他行業共享數據資源和物聯網傳感器數據資源，地址勘測數據交匯以及創新數據交匯等等，確保觸發更新要求以后，在更新后的時間以及版本信息同步配置。現階段的時空數據庫通常情況下有三種更新模式。第一種是定期更新，就是在相應的時間范圍內，對于整體時空數據內容進行更新。第二種使程度更新，就是按照提前制定的變化率的閾值，在整體時空數據轉變率比閾值高的時候，進行更新。第三種是增量的更新，需要在時空要素產生轉變后，更新整體的時空要素。并且增量更新在實際的運用過程中，能夠進行二次細分成為觸發時的增量更新，就是轉變過程中，被系統檢測到后自動進行增量更新，主要的變化累積式的增量更新的含義是說在已經累積到一定程度之后，產生了變化要素，然后完成的增量更新。首先確保要素被檢測到的時候沒有發生較大的變化，在到達相應的時間以后，更新已經出現變化的要素增量。

（2）創建自然資源三維立體大數據體系聯動更新體系。第一，在自然資源時空對象的整體業務聯系上，需要創新時空對象業務關系，并且構建業務語義中的相應的聯動的關系，比如宗地和界址點以及界址線這三者之間，就擁有較為密切的關聯，界址線和界址點能夠直接形成宗地，并且這三個要素中，只要有一個出現了變化，那么剩下的兩個也都會隨之出現變化，這三個要素的聯動變化能夠形成十四種不同的方式。第二，多比例尺時空數據聯動在對于相應的對象進行標識編碼后，就需要依照于不同的比例尺的實際要素，去創設同名要點的多比例尺的聯動關系。一般情況下是大比例尺的整體要點變化聯動會帶領小比例尺的數據出現轉變。第三，行政階段的縱向數據創新與聯動也需要滿足行政管理的實際需要，這樣的聯動是通過上級部門下達的數據，引導下級部門的相關數據資料出現變化，也可以是下級部門依照于上級的實際需要對于數據內容展開分析與匯總，然后再運用上級部門的檢測以及審核之后，再把數據直接更新到上級的數據庫中。第四，在數據譜系關系的基礎之中，進行的創新聯動，能夠讓不同的自然資源專題運用的衍生對象通過三維立體資源庫進行融合和加工組成。基于治理自然資源信息數據中，還是要創建數據譜系直接的聯系。

（3）創建自然資源三維立體大數據體系糾錯體系。實踐過程中，還有一些沒有運用正常檢測流程發現的數據語義方面的沖突，像在一些時空要素之中，經常會出現小數點或者數據種類的誤差問題。而在數據印證上，因為有很多的同名對象，所以通過對同名對象之間的對比分析就能夠迅速發現其中存在的差異性，然后由數據管理員判斷這是不是誤差問題。整體系統都使用了數據印證規則庫的模式，對于印證的規律進行了深入的總結，只要存在同名狀態，那么就需要把這些內容匯總在一起，然后運用監聽系統，對于同名對象的準確度進行印證。

7 自然資源信息管理

在自然資源三維動態信息儲存在數據庫之后，需要一套數據庫管理軟件進行管理以及展現，切實實現數據的導入以及導出，二、三維瀏覽、數據轉換、自動賦值、數據質檢、查詢統計等功能，科學有效地保障自然資源數據的正確性、完整性。把自然資源二維、三維數據導入數據庫管理軟件之后，除了常用的地理信息功能之外，還可以進行轉換數據：把收集取得的專題按照規范轉換，轉變成符合數據庫標準格式的二、三維自然資源數據；數據處理：對轉變后的自然資源數據進行地圖符號化、生成標注數據、提取不一致信息、修改變更數據等，確保信息數據的規范化；自動賦值：按照數據字典以及空間的關系對數值進行屬性賦值，按照編碼規則自動編號自然資源數據，和三維數據結合在一起計算登記單元以及區塊的面積。其計算的內容包含著：地球橢球的面積以及表面積，同時按照三維數據計算自然資源體積儲量的信息；數據質檢：就是對已經擁有的成果數據信息進行屬性數據的檢查、檢查圖形數據、幾何精度，還有修改以及定位不符合要求的信息數據；成果輸出：可以進行圖件成果輸出、統計數據查詢、表格成果輸出、查詢結果輸出等等。

數據展現的形式是經過空間的位置、匹配屬性信息，切實實現二、三維數據的一體化。這個模塊可以將DEM、DOM、帶有高程信息的DLG的三維成果信息用三維的場景呈現出來，還有把帶有屬性信息得二維矢量數據附著在三維的表面上，展示功能的時候，達到三維視窗數據管理的要求，還可以按照需要調取分析登記自然資源的三維信息。

8 結論

總而言之，自然資源空間信息系統可以完善、優化、升級原有自然資源信息化的新高度，不同層次的自然資源行政管理部門還需要運用一個成熟的信息化系統平臺，全方位多元化地對自然資源信息進行管理，真正地使自然資源信息化能夠朝著更加現代化的方向不斷進步，使數據的管理、創新與決策工作都能夠順利開展。