基礎測繪成果增量更新技術研究與實證應用

林蔚凱

（龍巖市勘察測繪大隊,福建 龍巖 364000）

1 研究背景

隨著龍巖市中心城區的高速發展，城市面貌日新月異，城市邊界向四周延伸，城市建設工程不斷增加，測繪企事業單位業務不斷拓展，測繪成果種類多樣，日積月累，逐漸形成了數量巨大的測繪成果數據，然而這些數據資料被雜亂地存放在電腦硬盤或是服務器，有的難以檢索，導致數據資料容易遺失且難以使用[1]，目前龍巖市已有的地形圖基礎數據無法滿足自然資源局的規劃、審批、管理等用圖需要。自然資源局作為基礎測繪數據管理單位，其核心工作就是對已經獲取的成果數據進行高效管理并使其價值最大化。因此，為響應龍巖市數字城市地理空間框架項目建設的需求，同時為完成龍巖市基礎地理信息整合更新系統改造及運維工作，龍巖市自然資源局（以下簡稱市局）需獨立開發龍巖市測繪成果管理與更新系統，對市局現有的以及今后新生產的各類比例尺地形圖數據和各種基礎地理信息數據等海量測繪成果數據進行高效的管理[2]，提升龍巖市基礎測繪工作的管理水平。

近年來，經濟社會發展和自然資源管理對測繪成果的依賴性不斷增強。隨著GIS技術的飛速發展，測繪地理信息技術手段進入高速發展階段，基礎測繪更加精細化動態化，測繪相關數據類別、數量急劇增加。不同比例尺且投影多樣、覆蓋面廣且時間跨度長、類型繁雜、數據量龐大的成果數據[3]，使測繪單位數據管理負擔過重、數據利用效率低下，如何安全、高效地對數據進行一體化管理成為測繪單位面臨的首要問題。傳統的“質檢、替換、接邊”更新測繪成果數據的方式已暴露出了很多弊端，安全性低，不能自動更新，無法滿足日益增長的測繪成果數據實時更新需求。隨著國家推進數字化、信息化的力度加大，設計數據成果管理系統，使數據互聯互通、按需共享，實現上下聯動、左右協同、數據共享、智能高效的測繪成果全生命周期管理成為當務之急。

2 系統設計

2.1 系統目標

市局針對基礎測繪建立地理信息要素生產系統及數據庫管理系統，結合最新的GIS技術和數據庫管理方式，以數據庫為根源[4]，以GIS異構數據集成為關鍵方法，以中間件提取及數據倉庫技術為主要技術支撐，通過多種數據和程序調用接口，為用戶提供一個動態圖檔管理的新思路，實現多源異構數據統一和層次化管理，并建立增量更新模式[5]。為提高基礎地理信息數據的更新效率，同時滿足規范要求，采用基于地理信息要素生產系統及數據庫管理系統聯動增量更新技術，即圖形增量和庫體增量聯動更新，改變傳統的數據更新方式，解決數據接邊問題和數據冗余問題。

2.2 管理數據類型

測繪數據成果按時間跨度分為歷史數據、現狀數據，常見的測繪成果數據格式包括dwg、mdb、tif、img、DEM、osgb，以 及docx（doc）、xlsx（xls）、pdf等文檔格式，測繪成果類型主要為控制點數據、地形圖數據、數據庫數據、影像數據、DEM數據、DOM數據、三維模型數據、項目成果文檔等。

2.3 平臺選擇

由于測繪數據繁雜的數據結構，并具有獨特的地理空間信息，市局選擇國產地理信息平臺SmartGIS地理信息平臺作為基礎軟件開發平臺，為系統擴展提供基礎平臺層面的技術保證。該平臺適用于所有當下普遍使用的操作系統（Linux、UNIX、Windows），可以提供高效的海量空間數據庫引擎，供給全面基于組件庫的組件對象模型，支持TB級海量數據處理，支持采用關系數據庫系統管理空間數據，支持識別多種不同格式源數據，支持基于組件的開發語言。系統開發是圍繞數據庫進行，進而將數據的多源異構性問題交由數據庫系統解決，系統僅針對整理后的成果數據進行更新管理。

2.4 體系結構設計

系統體系結構設計如圖1所示。

圖1 系統體系結構

依據本系統目標要求，選取PostgreSQL數據庫管理軟件存儲海量多源異構數據。PostgreSQL是一個主流開源數據庫系統，它應用增添SQL語言，增加了復雜數據工作負載功能，結合了許多安全存儲，其完整性、并發性、可靠性、安全性均滿足系統要求。

系統主要包含用戶層、應用層、支撐層、數據層、基礎設施層5個層級。用戶層：不同設備的接入用戶，包括系統管理員、審核人員、操作人員、系統維護人員。應用層：用戶與平臺的交互界面，實現數據入庫、數據瀏覽、數據管理、數據查詢、匯交查詢統計等多種功能，最終實現測繪成果管理與更新信息化。支撐層：系統的樞紐，負責整個系統的后臺服務、管理應用、數據處理等功能，以保證各子系統之間數據有效關聯和管理，并對應用層業務進行支撐。數據層：系統通過數據庫建設，針對不同數據來源，實現各類數據集中管理與統一應用，數據庫包括歷史成果庫、現勢成果庫、業務庫、備份庫等。基礎設施層：系統運行的基礎，包括網絡設備、存儲設備、服務器、安全設備等硬件設施，滿足測繪成果數據管理、存儲、更新和應用的需要，保證整個系統的基礎運行環境穩定高效。

2.5 數據庫設計

系統采用對象-關系型數據庫PostgreSQL進行信息存儲，它是功能強大、特性豐富和復雜的自由軟件數據庫系統，同時其空間數據管理擴展PostGIS對于空間數據具有較強的管理功能。其中應用程序接口采用ArcSDE實現，從而將空間數據檢索和分析相關功能集成到自己的應用系統中。

針對增量更新業務需求，設計空間數據庫表如表1所示。

表1 空間數據庫表

2.6 增量更新流程

2.6.1 數據下載與分發

選擇范圍線、分發路徑、導出方式、分發方式與分發版本，進行數據庫中現勢數據的下載與分發，基于下載的待更新數據進行后續數據生產與更新。

2.6.2 數據更新

根據現實情況，基于下載的待更新包進行地理要素增、刪、改操作，完成數據更新，形成待更新數據，并在更新作業過程中記錄更新要素ID、變更類型、更新時間等更新信息，形成待更新數據包。

2.6.3 變更檢查

利用待更新數據包進行數據庫更新操作前，需要進行變更檢查，判斷待更新數據包中的數據和更新記錄是否正確。檢查內容包括數據沖突檢查、接邊錯誤檢查、數據格式檢查、數據拓撲檢查、更新數據邏輯檢查等。

2.6.4 數據接邊

變更檢查通過后，利用系統功能一鍵完成數據在范圍線邊界的接邊工作。若有部分數據無法自動接邊，需要將未接邊要素導出，手動接邊后，再度進行接邊檢查和自動接邊。

2.6.5 更新入庫

接邊檢查通過后，一鍵進行增量更新入庫，此時增量更新將添加一個新的版本。至此數據增量更新完成。具體更新流程如圖2所示。

圖2 增量更新流程

2.7 生產端的增量更新

在更新內容時，基于項目要求和數據更新規范在系統的基礎數據庫中找到更新區域，分發修改范圍進行要素提取。對于點和面要素等獨立要素，直接進行提?。粚τ诰€要素，在范圍線附近最近節點處進行打斷提取。更新完成后使用局部替換法。數據生產方面應符合地方發布的數據庫生產規范。

更新中會產生更新記錄和生產更新地理信息要素數據庫。更新記錄包含幾何空間屬性的編輯、更新操作（如刪除、改動、修改地理實體）等操作，其中所有地物要素會給它賦予唯一ID。唯一ID是數據庫中每個要素的唯一身份編碼，是實現增量更新的關鍵。要素的屬性、位置、形狀等發生變化，地物的唯一ID也將按照規則重新生成，而原先的唯一ID跟隨原先的要素進入歷史數據庫。

2.8 系統端的增量更新

在系統端的增量更新入庫前，需要進行檢查，具體檢查內容包括3個方面。一是更新范圍檢測，即對項目的更新范圍進行沖突檢測。例如，若臨近的兩個項目的分發范圍出現部分重疊，因生產活動需要一定的時間，就有可能出現后分發更新數據的項目先完成增量更新，導致數據庫中重疊部分的要素的唯一ID發生變化，那么，先分發更新數據的項目就需要重新分發更新數據，不然就會出現要素的唯一ID對應不上的問題。二是沖突檢測，包含了對要素、幾何、新增地物正確性、完整性與結構一致性、圖形精度、屬性精度、接邊精度、數據更新、要素關系一致性等的檢測。三是唯一ID檢查，當通過數據庫質檢后，需進行唯一ID檢查，確保增量更新有效。檢查流程如圖3所示。

圖3 唯一ID檢查流程

接邊：當所有數據達到入庫要求后先進行接邊數據提取即接邊預處理；新增地物替換數據庫中，原數據進入歷史版本庫；刪除地物替換數據庫中，原數據進入歷史版本庫；修改地物進行ID一一對比，界限值之內直接接邊，超過界限值或ID不一致時，人工干預排查。

入庫：當接邊數據處理完成后，進行數據庫更新。更新方式為在原始狀態數據基礎上，僅對變化區域實體信息進行更新。根據更新記錄，對已經改變原有位置和屬性地物的，先用現狀數據取代歷史數據，再建立現狀數據與歷史數據的聯系，并清除臨時空間數據庫原有地形地物等信息，所有新增操作按照更新時間、更新范圍、位置以及要素、幾何、唯一ID、時間信息等方式完整保存到歷史數據空間庫中，以便后期進行分析回溯，改動后數據保存在基礎現勢庫中。

2.9 增量更新記錄及備份

在增量更新的作業中，進行全程質量控制，自動記錄分發歷史信息，包括項目名稱、分發類型、分發日期、分發版本號和是否已完成更新，且備份當前增量更新的數據庫信息，包括現勢庫信息、歷史庫信息、增量更新版本信息、分發信息等。

3 系統應用

截至目前，此套系統數據管理模塊已錄入龍巖市中心城區范圍內自然資源局所有類型的歷史測繪數據。增量更新模塊已采用20個工程建設項目的竣工測量全要素地形成果，并完成龍巖市基礎地形數據庫的增量更新工作，更新了45.59萬m2的基礎地形要素。相比傳統的更新方式，增量更新不僅降低了人工成本，更是豐富了數據的屬性，減少了人工文件夾檢索，減輕了數據管理的工作負擔，提高了工作效率。該系統改善了傳統管理更新模式，實現了測繪成果數據可視化管理，自動化更新，提升了測繪成果管理信息化水平；提供數據對接端口，提升了數據共享能力，使測繪成果數據能得到更好的應用。

4 結語

在現存的根據數據管理系統庫的基礎測繪成果生產更新管理中，測繪數據成果生產系統和數據庫管理系統之間是不同步的。傳統的全覆蓋式更新的管理方式嚴重影響數據的現勢性，進而制約了生產效率。利用數據庫增量更新技術進行測繪數據生產的管理更新，可實現測繪成果生產系統與數據庫管理系統的聯動更新，減少更新范圍和工作量，提高了更新效率，同時完成了各期數據版本管理。