多源數(shù)據(jù)融合在自然資源調(diào)查中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：多源數(shù)據(jù)融合；自然資源調(diào)查；數(shù)據(jù)格式；語義差異；時空基準(zhǔn)中圖分類號：P272 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0083-03DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.023

Abstract： Natural resource surveys face complex information requirements，and multi-sourcedata fusion provides an efective method forintegrating multiple typesof data toaccurately graspresourceconditions.However，multi-sourcedata fusionfaceschallengessuchas inconsistentdata formats，semanticdiferences，inconsistentspatiotemporalenchmarks， uneven quality，and securityand privacy protection inthe appication process.Toaddressthechallenges，measures suchas establishingdata format conversion standards，coordinating semantic mapping，and constructingaunified spatiotemporal benchmark framework are proposed for reference.

Keywords： multi-source data fusion; natural resoures survey; data format;semantic diferences; spatio-temporal benchmarks

多源數(shù)據(jù)融合是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要組成部分，在自然資源調(diào)查中發(fā)揮著重要的作用。它涉及從多個獨立的數(shù)據(jù)源獲取并結(jié)合不同類型的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)更準(zhǔn)確、更完整的環(huán)境特征描述。此過程依賴一系列復(fù)雜的算法和技術(shù)手段，包括但不限于數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、模式識別和模型構(gòu)建。融合后的數(shù)據(jù)能用于生成更加詳盡的地圖產(chǎn)品，進(jìn)行變化檢測分析。同時，該領(lǐng)域也面臨數(shù)據(jù)異構(gòu)性、質(zhì)量問題、安全風(fēng)險等方面的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步探索有效的解決方案。

1多源數(shù)據(jù)融合的原理

多源數(shù)據(jù)融合是指將來自不同來源、不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則整合在一起，形成一個更為完整、精確且具有一致性的數(shù)據(jù)集[l。該過程通常包含數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、特征選擇、匹配對齊、信息融合5個主要步驟。數(shù)據(jù)采集階段涉及選擇合適的傳感器或數(shù)據(jù)源；預(yù)處理是為了消除噪聲、填補缺失值以及校正誤差；特征選擇則聚焦于挑選最具代表性和區(qū)分度的數(shù)據(jù)屬性；匹配對齊確保了不同來源的數(shù)據(jù)能夠在空間和時間上正確對應(yīng)；最后的信息融合則是利用數(shù)學(xué)方法或智能算法將各部分?jǐn)?shù)據(jù)有機結(jié)合起來。

2多源數(shù)據(jù)融合在自然資源調(diào)查中的應(yīng)用難題

2.1數(shù)據(jù)格式不一致性

多源數(shù)據(jù)融合在自然資源調(diào)查中面臨數(shù)據(jù)格式不一致的難題。不同數(shù)據(jù)源采用各自的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，如遙感數(shù)據(jù)的層次型數(shù)據(jù)格式（HierarchicalDataFormat，HDF）、標(biāo)簽圖像文件格式（Tagged ImageFileFormat，TIFF），地理信息數(shù)據(jù)的Shapefile、GeoJSON格式等。這些格式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編碼方式、存儲方式等方面存在差異，導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以直接融合。在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，需要對不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和適配，但轉(zhuǎn)換過程中會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、精度降低等問題。不同格式的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)讀取和解析時，所需的算法和工具也不同，增加了數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性和成本。在融合過程中，數(shù)據(jù)格式的不一致性還會影響數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和融合算法的選擇，限制了融合技術(shù)的應(yīng)用范圍和效果。

2.2數(shù)據(jù)語義差異

自然資源領(lǐng)域的數(shù)據(jù)語義深受多重復(fù)雜因素的影響。從專業(yè)學(xué)科視角出發(fā)，不同學(xué)術(shù)領(lǐng)域基于自身的研究范疇與理論體系，對同一地理要素的概念闡釋存在顯著分歧。例如，地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域側(cè)重于從地質(zhì)構(gòu)造、巖石特性等角度定義地層，而水文學(xué)領(lǐng)域則更關(guān)注地層的透水性、儲水能力等與水相關(guān)的屬性，二者對地層的內(nèi)涵理解存在明顯差異。從應(yīng)用場景維度來看，城市規(guī)劃領(lǐng)域聚焦于土地利用類型在城市功能布局中的適配性，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域則重點關(guān)注土壤肥力、農(nóng)作物適宜性等與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密相關(guān)的語義。此外，數(shù)據(jù)生產(chǎn)者因自身專業(yè)素養(yǎng)、實踐經(jīng)驗以及所屬機構(gòu)的習(xí)慣差異，主觀賦予數(shù)據(jù)的語義也常出現(xiàn)偏差。混亂的語義局面致使數(shù)據(jù)匹配環(huán)節(jié)同名異義、同義異名現(xiàn)象屢見不鮮，無法保障數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的精準(zhǔn)度，進(jìn)而在數(shù)據(jù)融合進(jìn)程中邏輯沖突頻發(fā)，難以構(gòu)建統(tǒng)一、連貫且精準(zhǔn)的自然資源語義描述體系，使調(diào)查成果偏離實際狀況。

2.3數(shù)據(jù)時空基準(zhǔn)不統(tǒng)一

在自然資源調(diào)查中，多源數(shù)據(jù)融合面臨數(shù)據(jù)時空基準(zhǔn)不統(tǒng)一的難題。不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)采集時間和空間基準(zhǔn)存在差異，如遙感數(shù)據(jù)的采集時間間隔不同，地理信息數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo)系采用不同的地理坐標(biāo)系統(tǒng)。時間基準(zhǔn)不一致會導(dǎo)致數(shù)據(jù)在時間序列上的不連續(xù)性，影響對自然資源動態(tài)變化的監(jiān)測和分析。空間基準(zhǔn)不統(tǒng)一則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)在空間位置上的偏差，影響數(shù)據(jù)的精度和可靠性。在數(shù)據(jù)融合過程中，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行時空基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換和校準(zhǔn)，但這一過程存在諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。首先，需要選擇合適的算法以保證轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。其次，不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)時空基準(zhǔn)信息不完整或不準(zhǔn)確，增加了轉(zhuǎn)換的難度。最后，時空基準(zhǔn)不統(tǒng)一易導(dǎo)致數(shù)據(jù)融合后的空間拓?fù)潢P(guān)系錯誤，影響自然資源的空間分析和規(guī)劃。

2.4數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊

數(shù)據(jù)源的多樣性必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量波動劇烈。一方面，傳感器精度受制于技術(shù)研發(fā)水平、制造成本等因素，不同傳感器采集的數(shù)據(jù)精度差異顯著。高精度的衛(wèi)星遙感設(shè)備憑借先進(jìn)的光學(xué)成像技術(shù)與精密的軌道控制，能夠精細(xì)捕捉地表的細(xì)微特征，提供高分辨率數(shù)據(jù)；而部分地面?zhèn)鞲衅魇芟抻诩夹g(shù)瓶頸與成本考量，誤差較大，數(shù)據(jù)粗糙。另一方面，觀測環(huán)境對數(shù)據(jù)質(zhì)量影響深遠(yuǎn)，惡劣天氣條件下采集的遙感影像往往充斥著噪聲，清晰度大打折扣，實地測量時復(fù)雜地形、光照不均等因素同樣會引入大量誤差。諸多因素疊加，使得部分?jǐn)?shù)據(jù)存在大量缺失值、異常值，低質(zhì)量數(shù)據(jù)一旦混入融合流程，整體結(jié)果的可信度將直線下降，誤判風(fēng)險急劇攀升。

2.5數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)難題

在自然資源調(diào)查中，數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。自然資源數(shù)據(jù)涉及國家資源安全和企業(yè)商業(yè)機密等敏感信息，數(shù)據(jù)的泄露和濫用會帶來嚴(yán)重后果。在數(shù)據(jù)融合過程中，數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和處理環(huán)節(jié)都存在安全風(fēng)險。首先，數(shù)據(jù)傳輸過程易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊和竊聽，導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露。其次，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的安全性難以保證，會遭受黑客人侵和數(shù)據(jù)篡改。數(shù)據(jù)處理過程中的算法和模型也可能存在安全漏洞，被惡意利用。不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)要求不同，如何在融合過程中平衡數(shù)據(jù)共享和隱私保護(hù)需要建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)安全管理制度和隱私保護(hù)機制，但目前在技術(shù)手段和管理措施方面都存在不足。

3多源數(shù)據(jù)融合在自然資源調(diào)查中的應(yīng)用對策

3.1建立數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)

一方面，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式規(guī)范，明確數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編碼方式、存儲格式等要求，為不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供依據(jù)。該規(guī)范應(yīng)涵蓋遙感數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、地面監(jiān)測數(shù)據(jù)等類型的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換過程中的一致性和完整性。在制定規(guī)范時，應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)的兼容性和可擴展性，以適應(yīng)不同數(shù)據(jù)源和技術(shù)的發(fā)展變化。另一方面，研發(fā)高效的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工具，實現(xiàn)不同格式數(shù)據(jù)之間的快速、準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換[2]。該工具應(yīng)具備自動識別數(shù)據(jù)格式、智能匹配轉(zhuǎn)換規(guī)則、實時監(jiān)測轉(zhuǎn)換質(zhì)量等功能，提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的效率和可靠性。對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗，確保數(shù)據(jù)在格式轉(zhuǎn)換過程中未發(fā)生丟失、變形或錯誤。

3.2語義映射與協(xié)調(diào)

一方面，構(gòu)建全面的語義映射規(guī)則庫，涵蓋自然資源調(diào)查中涉及的各種數(shù)據(jù)語義信息。該規(guī)則庫應(yīng)基于對不同數(shù)據(jù)源語義的深入分析和理解，建立數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系和轉(zhuǎn)換規(guī)則。在構(gòu)建過程中，需采用本體論、語義網(wǎng)等技術(shù)手段，確保規(guī)則庫的準(zhǔn)確性和可擴展性。定期更新和維護(hù)規(guī)則庫，以適應(yīng)數(shù)據(jù)語義的動態(tài)變化。另一方面，開發(fā)智能的語義映射算法，實現(xiàn)對不同語義數(shù)據(jù)的自動識別和映射。該算法應(yīng)能夠根據(jù)數(shù)據(jù)的特征和上下文信息，自動選擇合適的映射規(guī)則，將不同語義的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的語義表達(dá)[3]。在映射過程中，需考慮數(shù)據(jù)的粒度和精度差異，采用適當(dāng)?shù)牟逯岛腿诤戏椒ǎ岣哂成浣Y(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.3構(gòu)建統(tǒng)一時空基準(zhǔn)框架

一方面，建立統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)體系，規(guī)范數(shù)據(jù)采集和更新的時間間隔、時間戳格式等要求，確保不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)在時間序列上的一致性和可比性。該體系應(yīng)基于國際標(biāo)準(zhǔn)時間，結(jié)合自然資源調(diào)查的實際需求，制定具體的時間基準(zhǔn)規(guī)則。研發(fā)時間校準(zhǔn)工具，對不同數(shù)據(jù)源的時間信息進(jìn)行校準(zhǔn)和同步，消除時間偏差。另一方面，構(gòu)建統(tǒng)一的空間基準(zhǔn)框架，明確空間坐標(biāo)系、投影方式、精度要求等參數(shù)，為不同數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的參考基準(zhǔn)。該框架應(yīng)采用高精度的地理坐標(biāo)系統(tǒng)，如WGS-84坐標(biāo)系，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐队稗D(zhuǎn)換[4]。開發(fā)空間基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換軟件，實現(xiàn)不同空間基準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的精確轉(zhuǎn)換和配準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)在空間位置上的準(zhǔn)確性。建立時空基準(zhǔn)監(jiān)測和更新機制，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空基準(zhǔn)變化，及時進(jìn)行調(diào)整和更新，保證統(tǒng)一時空基準(zhǔn)框架的穩(wěn)定性和可靠性。

3.4數(shù)據(jù)質(zhì)量評估與提升

一方面，建立科學(xué)的數(shù)據(jù)質(zhì)量評估體系，制定涵蓋數(shù)據(jù)精度、完整性、一致性、時效性等維度的評估指標(biāo)和量化方法。該體系應(yīng)根據(jù)不同數(shù)據(jù)源的特點和自然資源調(diào)查的要求，分別設(shè)定合理的評估標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重。采用自動化評估工具，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的質(zhì)量評估，生成詳細(xì)的質(zhì)量報告，為數(shù)據(jù)篩選和融合提供依據(jù)。另一方面，實施數(shù)據(jù)質(zhì)量提升策略，針對評估結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題，采取相應(yīng)的數(shù)據(jù)清洗、校正、補充等措施。例如，對于精度較低的數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)融合、插值等方法提高精度；對于不完整的數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘、補充采集等方式進(jìn)行完善[5]。建立數(shù)據(jù)質(zhì)量反饋機制，將質(zhì)量提升后的數(shù)據(jù)重新納入評估體系，形成質(zhì)量提升的閉環(huán)管理，持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.5強化數(shù)據(jù)安全與隱私管理

一方面，構(gòu)建完善的數(shù)據(jù)安全防護(hù)體系，采用先進(jìn)的加密技術(shù)、訪問控制技術(shù)、防火墻技術(shù)等，對數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和處理過程進(jìn)行全方位的安全防護(hù)。在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，采用端到端加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的保密性和完整性[；在數(shù)據(jù)存儲環(huán)節(jié)，采用分布式存儲、數(shù)據(jù)備份等技術(shù)，提高數(shù)據(jù)存儲的安全性和可靠性；在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)訪問權(quán)限，采用身份認(rèn)證、授權(quán)管理等措施，防止數(shù)據(jù)被非法訪問和篡改。另一方面，制定嚴(yán)格的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)政策，明確數(shù)據(jù)的使用范圍、共享規(guī)則和隱私保護(hù)要求。在數(shù)據(jù)融合過程中，采用數(shù)據(jù)脫敏、匿名化等技術(shù)手段，對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確保數(shù)據(jù)在共享和使用過程中的隱私安全。建立數(shù)據(jù)安全與隱私管理的監(jiān)督和審計機制，定期對數(shù)據(jù)安全防護(hù)措施和隱私保護(hù)政策的執(zhí)行情況進(jìn)行檢查和評估。

4結(jié)論

多源數(shù)據(jù)融合在自然資源調(diào)查中扮演著重要的角色，盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但通過建立數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)、實施語義映射協(xié)調(diào)、構(gòu)建統(tǒng)一時空基準(zhǔn)框架、強化數(shù)據(jù)質(zhì)量管理和增強數(shù)據(jù)安全保護(hù)等一系列對策，能有效提升數(shù)據(jù)融合的效果。未來，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，多源數(shù)據(jù)融合有望為自然資源管理帶來更加智能化、精細(xì)化的服務(wù)模式。

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