省市縣聯動增量更新模式研究
——以衡陽市為例

黃耀萍，雷小群，劉 陵

（湖南省第一測繪院，湖南 長沙 410119）

近年來，伴隨著信息化技術、計算機技術的迅速發展，地理空間數據更新技術已成為地理信息行業關注重點，基礎地理數據也從數據生產轉為數據更新[1]。測繪相關的法律也要求對基礎地理數據進行定期更新。各行業交叉應用也對地理信息數據更新提出了更高要求，由版本更新轉向增量更新，由每年更新轉向每月更新，由全面更新轉向要素更新等。“十四五”基礎測繪為數據庫建設和基礎測繪數據生產提出了新要求，傳統的基礎測繪更新模式是基于圖幅進行的全量更新[2-3]，存在一些缺陷，如每次更新都是重新采集更新，造成數據冗余且相鄰年份更新的數據缺少關聯，地物演變無法監測。同時，近年來自然資源部提出“多測合一”，將基礎測繪成果用于建設項目審批中，因此，對基礎地理信息數據的現勢性要求更高[4-6]。

另外，湖南省目前開展城鎮開發邊界1∶500地形圖數據更新工作，湖南省級統一部署1∶500數據采集技術規程。該項工作的開展促進湖南省內形成1∶500大比例尺地形圖動態更新機制，為今后省市縣基礎地理信息數據聯動更新奠定基礎，衡陽市是省市縣級基礎地理更新的典型區域。

因此，以衡陽市為研究區，研究省市縣聯動更新技術方法，以已有基礎地理矢量數據為基礎，充分運用高分辨率遙感影像，快速檢測變化信息，構建增量模型，以增量更新、多比例尺聯動更新模式提取增量包，快速更新衡陽市基礎地理信息數據，構建現勢性強、精度高、多樣式省市縣基礎地理信息數據庫。

1 研究區范圍與情況

本研究以衡陽市域范圍519 km2為例，本市位于湖南省中南部，湘江中游。東鄰株洲、攸縣、安仁；南界永興、桂陽；西接冷水灘、祁陽、東安、邵陽、邵東；北靠雙峰、湘潭，是湘南的重要城市。

衡陽地貌類型以崗丘為主。山地占總面積的21%，丘陵占27%，崗地占27%，平原占21%，水面占4%，構成衡陽盆地的主體。基于其區位與地貌特征，城市發展較快，數據更新頻次需求較高，以衡陽市為例進行基礎地理信息數據增量更新具有代表性。

目前，1∶1萬基礎測繪成果按照版本更新，每年更新一版，不管該區域是否有變化均進行更新，浪費人力、物力和財力，同時建庫時采用整體數據建庫。

2021年，省內開展城鎮開發邊界1∶500地形圖數據更新工作，目前已形成1∶500大比例尺地形圖動態更新機制，省級統一部署技術規程，為今后省市縣基礎地理信息數據聯動更新奠定基礎。

省內1∶2 000數據已生產一版，建庫一版，但因數據采集難度大，更新難度大，只有基于2016年至2019年影像制作的一版數據成果。

2 增量更新方法與技術流程

增量更新主要采用數據更新的技術方法，通過構建增量數據模型，發現并提取變化信息，將變化信息以增量數據模型為依據，更新成增量包，以增量包更新數據庫。技術流程見圖1。

圖1 增量更新技術流程Fig.1 Technical process of incremental update

市縣針對大比例尺數據進行數據建庫，并提交至省級1∶1萬基礎測繪數據更新，省級建庫單位根據模型轉換器，將更新的數據庫進行數據縮編，并與1∶1萬底圖數據進行融合，同時，收集行業資料、影像資料，對變化區域進行識別，標識變化區域，結合市縣成果、變化區域、1∶1萬底圖成果進行數據編輯處理，構建成數據增量包，進而更新至1∶1萬基礎地理信息數據庫中。另外，更新的增量包進一步指導市縣大比例尺數據庫成果進行大比例尺數據庫更新。

2.1 增量數據模型

在構建增量數據模型前,對上一版1∶1萬基礎地理信息數據增加增量更新標識碼，用于記錄數據更新狀態，主要增加數據庫標識碼、更新狀態標識、版本標識碼等識別信息。

（1）增量更新標識

在數據庫要素中增加3個增量更新標識屬性項：數據庫標識(FEAID)、更新狀態標識(STACOD)、版本標識(VERS)。FEAID是數據庫中的ID，只增不減。STACOD用于記錄數據更新類型信息，含：增加、刪除和修改。VERS用于記錄更新時間，標定數據版本。

（2）增量數據模型構建要求

根據變化信息確定更新范圍，對變化范圍內地理要素的圖形、屬性信息進行增加、刪除或修改等。多尺度數據更新處理時，數據融合以村莊、鄉鎮等為單位進行數據處理，并避免大面積的農田區域穿越村莊、小區等人工建筑。

新增要素：STACOD字段填寫“增加”，VERS字段填寫更新要素的年份，如現有基于2019年影像新增數據，則在VERS字段中填寫“2019”。

刪除要素：數據庫更新需要將要素刪除時，不對數據做真實刪除，只標記更新狀態，并在更新狀態字段STACOD中填“刪除”，但數據生產過程中新增要素須刪除則真實刪除要素。

修改要素：對歷史版本數據的空間幾何和屬性進行修改，如：位置、形狀和屬性信息在更新狀態字段STACOD中填“修改”，并標記VERS字段，修改更新包含修改、增加和刪除等狀態。

（3）增量數據模型構建

數據轉換主要包括數據格式轉換、分類代碼轉換和坐標系統轉換等。構建增量數據模型，并對其轉換，其中分類代碼轉換通過建立大比例尺數據要素分類代碼與DLG數據要素分類代碼的映射關系，實現對照轉換。

1）坐標和數據格式轉換

在構建編碼轉換模型處理前，對多尺度數據進行投影轉換和格式轉換等處理。將不同來源、不同格式數據轉換到統一坐標系、統一數據格式，確保多尺度數據與待更新數學基礎的一致性。

2）數據映射對照

1∶1萬基礎地理信息數據更新需要參照各種來源的數據，分析變化情況，再更新數據。不同數據來源數據的圖層設置、編碼體系等不同，為縮減成本且達到精確更新要求，本文研究編制圖層映射對照表、編碼映射對照表，將不同來源的矢量數據分類編碼與圖層代碼/名稱統一到1∶1萬基礎地理信息數據標準體系下。不同來源道路數據圖層對照，見表1。

表1 不同來源道路數據圖層對照表Table 1 Comparison of road data layers from different sources

3）數據縮編

省市縣基礎地理信息數據尺度不同，市縣數據比例尺大，數據顯示密度低、要素全、編碼要求標識依比例尺或半依比例尺信息，省級數據比例尺小，數據過于離散，密度高，因此，需進行壓縮簡化等數據綜合處理操作。例如，1∶500，1∶1 000等大比例尺數據更新省級數據時需對建筑物等地物進行融合簡化，對道路進行單線化處理，對水系等要素的綜合轉換，對過小的地物進行刪除優化等。因此，制定縮編規則，縮編處理主要包括批量刪除、附屬信息批量刪除、數據抽稀等。縮編處理規則如下：

批量刪除：針對需要刪除的地物，在縮編過程中根據經驗設置批量刪除類別，例如，對大比例尺中的井蓋、路燈、路邊線等進行批量刪除。

附屬信息刪除：指定類別的地物，符合刪除需要的面狀地物為主刪除對象，主刪除對象被刪除后，與其有關聯的線狀對象將被同樣批量刪除。確定批量刪除要素類別后，設置主對象，根據其相關附屬設施確定連帶刪除要素類別。如：棚房對象為主刪除對象，與其有關聯的線狀地物屬于被連帶刪除的對象。

數據抽稀：不同尺度數據表達要素的密度不同，根據1∶1萬尺度要素表達疏密程度，設置抽稀間距，進行數據抽稀，例如，對等高線、高程點、居民點等要素進行抽稀表達。等高線抽稀時按照曲線彎曲不得小于6 m×6 m、封閉等高線不得小于400 m2的原則進行抽稀，等高線處理后位移的距離最大不得大于與其相鄰等高線間距的1/3。

依比例面要素綜合處理：1∶500或1∶1 000比例尺數據為依比例尺采集，需要將面要素轉換成點要素。

2.2 變化信息發現及數據采集

根據要素變化頻率將研究區劃分為中心城區、城鄉接合部等區域，劃分責任區。

中心城區要素變化頻率較高，市縣管理做大比例尺常態化更新，因此，進行多比例尺聯動更新較合適。以市縣為主要承擔單位，根據遙感影像、行業專題資料、日常業務資料等，對比、分析和判定發現變化的要素及要素變化區域，將要素以1∶5000或更大的比例尺進行增量變化提取，并提交至省級。

地物要素變化信息發現技術方法。首先，采用影像要素識別技術（圖2），識別出影像上的變化區域，并與市縣大比例尺要素進行匹配，識別中心城區需采集最新要素信息，將中心城區變化區域要素進行提取，并分層處理，形成初步變化要素成果。然后，提取底圖數據各圖層要素并與基于影像識別后形成的變化區域要素層進行對比分析，再通過融合、拓撲處理、矢量數據編輯等處理，構建1∶1萬最新數據增量包。最后，結合行業資料對更新的要素進行屬性信息調整、錄入。

圖2 變化信息發現技術流程Fig.2 Change information discovery technology process

地貌要素變化信息發現技術方法。分析比對高精度格網間距數字高程模型、大比例尺地形數據、立體影像數據與本底地貌數據的現勢性。對于數字高程模型數據，利用現勢性更優的高精度數字高程模型生成等高線，進行地貌變化信息發現與采集；對于現勢性更強的大比例尺地形數據可采用以下2種方法提取等高線、高程點信息與本底地貌數據對比分析進行變化發現與采集。（1）利用原DLG的等高線、高程點、水岸線等數據，構TIN，按所需的格網間距內插成DEM，再利用該DEM按照本底數據的等高距內插生成等高線，高程點則根據地貌特征分布及密度要求進行選取。（2）以大比例尺地形數據的原等高線為背景，按本底數據的等高距抽取或選取所需的等高線，高程點則根據地貌特征分布及密度要求進行選取。

城鄉接合部處于城區周邊、農村區域，要素變化頻率相對較低，由省級承擔，以重點要素（交通、居民地、水系等重要要素）為主要更新要素，對比、分析已有資料，發現重點要素變化。變化信息發現主要從已有基礎地理信息數據庫成果、影像資料和網絡信息等3個方面獲取變化信息。

技術方法如下：將1∶1萬數據成果以圖幅為單位，提取城鄉接合部周邊的交通、居民地、水系等中要素成果，并疊合最新遙感影像成果，進行要素匹配，發現變化要素，則進行要素采集，形成重要要素增量數據層。然后，結合網絡、行業資料編輯數據屬性。

變化區域要素采集、提取技術方法。根據省級1∶1萬基礎地理信息9大類數據更新技術要求，確定核心要素內容及要素更新、采集指標，采用線劃數據編輯技術，將變化區域影像與矢量數據100%套合、疊加，對變化區域要素按類別進行數據采集，采集要素空間幾何信息，再結合行業及文本資料補充采集變化要素的屬性信息。例如：

（1）當大型橋梁、高架路穿越河流、峽谷時，地表覆蓋依據橋梁下真實的地表，如水域、植被等進行分類采集。

（2）與鄰省交界處DLG數據更新范圍為省界外擴500 m(按省界平行拷貝外擴)，省界外擴500 m以外的范圍可不進行更新，但省際界河區域內如果省界線向外500 m仍未及河流對岸的，應至少采集到河流對岸。

（3）街區的外輪廓在能顯示其特征的前提下，凹凸部分小于圖上1.0 mm的一般可綜合表示。城鎮街區內部可進行較大綜合，房屋間距小于圖上1.5 mm時可綜合表示為街區等，具體見《湖南省1∶1萬基礎地理信息數據更新技術規程》。

2.3 數據增量包更新

提取的變化信息作為數據庫增量包，根據要素FEAID自動確定變化要素與數據庫中被更新數據之間關系，實現要素之間的自動綁定。

依據增量數據模型更新數據庫中對應的要素，更新方式如下：

（1）新增要素：直接更新，同時構建要素的版本信息；

（2）修改要素：在數據庫中修改要素的屬性或空間幾何信息，并在版本信息和要素的更新狀態字段中填寫對應信息，已修改要素轉存在歷史數據庫中；

（3）刪除要素：直接保留歷史數據版本信息轉存至歷史數據庫中。

以衡陽市為研究區，將以上的研究方法應用于衡陽市基礎地理信息數據生產實際工作中，實現了衡陽市1∶1萬基礎地理信息要素及多版本數據庫的更新與管理，實現歷史數據可回溯、可統計。提取的增量包數據和更新前后對比見圖3，衡陽市2019年道路線、水系面、居民地面變化信息提取數量統計見表2。

圖3 增量包數據Fig.3 Incremental packet data

表2 增量包數據量統計結果Table 2 Statistical results of incremental packet data volume 個

3 省市縣聯動增量更新技術優勢

圖4 增量更新前后數據對比Fig.4 Data comparison before and after incremental update

不同于傳統的版本更新方式，衡陽市1∶1萬基礎地理信息數據更新采用增量更新方式，大幅提高了數據更新效率、降低了成本、縮短了周期。基于遙感影像檢測結果發現變化信息，快速提取需更新要素的信息。同時，在更新生產中,構建增量更新模型，對不同來源要素進行對照轉換，統一數據編碼。在成果建庫中,對要素創建FEAID、更新狀態和要素版本等信息。通過更新變化信息，實現不同版本之間要素管理，進而減少成本、縮短周期、提高時效。

另外，增量更新后數據記錄了時效，在數據庫中形成了連續的時間軸，實現了數據歷史可回溯、各版本數據可提取、可統計，減少了數據冗余。

大比例尺1∶500地形圖按照省級統一技術規程進行數據采集，根據省市建庫要求，形成增量包可直接進行數據縮編處理，更新省級1∶1萬基礎地理信息數據成果，減少不同尺度數據不一致性，同時降低數據采集、更新成本。

4 結論

探索了省市縣聯動增量更新模式，縮短了基礎地理信息數據更新周期，通過變化發現、增量標識等技術手段能夠掌握更新周期內不同要素的變化量以及相同數據不同周期內的變化量，降低了數據冗余度，打破傳統按比例尺分級管理、全要素調繪、按工序生產的模式，為湖南省基礎地理信息數據更新提供了可行的技術方法，提升信息化服務能力。