陳 軍，華一新，王發(fā)良，陳宏兵，劉萬增，周治武，張 毅

1.國家基礎地理信息中心，北京 100830；2.信息工程大學，河南 鄭州 450052；3.外交部 邊界與海洋事務司，北京 100701

1 概 述

我國是世界上陸地鄰國最多、界線最長的國家，定界與維護管理的任務艱巨、技術復雜［1］。自20世紀90年代以來，外交、測繪有關機構積極探索地理信息高新科技在國界劃界、勘界、聯(lián)檢等方面的應用，取得了有益經(jīng)驗［2－3］。在此基礎上，國家有關部門啟動了“數(shù)字國界”專項建設工程，構建覆蓋全國14條邊界的空間型國界綜合數(shù)據(jù)庫，研制定界與維護管理的業(yè)務化信息平臺，以全面提升國界工作的技術水平與效率。

就研究現(xiàn)狀而言，國際上該領域的研究多集中在劃界法理、定界政策、危機管理等方面［4－5］。歐盟近年來著手建設邊界數(shù)據(jù)庫，但數(shù)據(jù)類型單一，且僅包含現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。在2006年11月舉行的聯(lián)合國首屆“支持邊境發(fā)展的陸地和河流邊界勘界”國際會議上，美國代表方提出“要建設一個數(shù)字邊界，GIS制圖，GPS界標測定、數(shù)據(jù)共享、界碑加密是未來發(fā)展方向”（http∥www.dur.ac.uk／ibru）。就總體而言，國內(nèi)外對數(shù)字國界構建鮮有研究報道，亦未見商業(yè)化的技術系統(tǒng)。因此，我國“數(shù)字國界”工程需通過自主技術創(chuàng)新，研究解決地理信息與國界業(yè)務的有機融合難題。本文主要介紹了“數(shù)字國界”工程的技術創(chuàng)新與成果，包括“數(shù)字國界”的總體構建思路、主體技術方法和工程實施與應用。

2 總體技術體系

新中國成立60年多來，我國形成了以劃界、勘界、聯(lián)檢和日常管理等為主體的國界業(yè)務體系，取得了豐碩的定界成果，積累了海量的邊界資料。為了實現(xiàn)國界信息管理集成化和核心業(yè)務信息化，提出以超媒體數(shù)據(jù)建模為基礎、精準化定界分析為核心、集成化信息服務為依托，構建“數(shù)字國界”的總體技術體系，如圖1所示。

圖1 “數(shù)字國界”建設工程的總體技術體系Fig.1 Overall technical framework of“Digital Boundary”

（1）超媒體數(shù)據(jù)建模。國界定界與維護管理使用和產(chǎn)生基礎地理信息、界務信息和專題信息等三大類信息資料，表現(xiàn)為多尺度地圖、多分辨率影像、多時期文本、多類型視（音）頻等超媒體數(shù)據(jù)形式。其間存在著網(wǎng)狀關聯(lián)、尺度對應、事件驅(qū)動等多種數(shù)據(jù)－實體關系。通過對國界數(shù)據(jù)構成和相互間關系的深入分析與系統(tǒng)梳理，建立了基于國界核心要素和跨媒體多元關系的超媒體數(shù)據(jù)模型，制訂了國界信息分類編碼標準，發(fā)展了多媒體節(jié)點制作、跨媒體多元關系構建的方法或算法，以實現(xiàn)國界帶狀區(qū)域各種圖形、影像、文本、視頻資料的空間化整合與跨媒體關聯(lián)。

（2）精準化定界分析。國界定界的核心任務是依據(jù)國際法基本原則，結合地形地貌、歷史及現(xiàn)狀，科學地分析雙方主張線差異和條約紅線實地走向。這既要綜合運用定性的定界法理知識，又需要進行定量的數(shù)字地形分析。本項目將定界法理與地形分析相結合，研究發(fā)展在數(shù)字化環(huán)境下進行劃界、勘界及聯(lián)檢分析的關鍵技術，形成了基于線線關系的劃界主張線差異分析，基于數(shù)字地表模型的條約紅線走向解析與落地分析等有關模型，以建立定界業(yè)務信息系統(tǒng)。

（3）集成化信息服務。邊界線走向與通視道維護、口岸管理、跨界水資源開發(fā)利用和保護、邊界突發(fā)事件處置等迫切需要國界信息的集成服務。針對外交邊界部門的工作實際，研究國界信息的網(wǎng)絡化共享服務技術，以便對海量國界信息進行按需瀏覽與調(diào)用。其次，研究邊界信息遠程速報技術，發(fā)展支持跨部門的地理信息聚合和協(xié)同環(huán)境下的在線空間操作，為實現(xiàn)邊情速報、異地會商等提供新手段。

3 對象化建模與空間化整合

針對國界數(shù)據(jù)多尺度、多類型、多時相的超媒體特點，開展了基于國界核心要素的對象化數(shù)據(jù)建模、顧及幾何和語義的空間數(shù)據(jù)差異處理等研究，發(fā)展形成了有關的技術方法與工具軟件。

3.1 基于國界核心要素的對象化數(shù)據(jù)建模

將界線、界碑、爭議區(qū)、口岸、界河中島嶼、跨界水等定義為核心要素，用來實現(xiàn)與文本、圖像、視頻等多類型數(shù)據(jù)資料的語法關聯(lián)或鏈接，如圖2所示。其中，以“卡片－節(jié)點”形式，實現(xiàn)爭議區(qū)、交換圖、條約、界碑等數(shù)據(jù)實體之間的網(wǎng)狀關聯(lián)，以支持符合“聯(lián)想”記憶習慣的跨媒體查詢；利用定界事件，表達從劃界、勘界到多次聯(lián)檢以及界務管理的演變過程，支持事件驅(qū)動的時空檢索［6］。

圖2 基于國界核心要素的對象化數(shù)據(jù)模型Fig.2 Core elements－based object－oriented data model for digital boundary

3.2 顧及幾何和語義的數(shù)據(jù)整合處理

每條國界的劃界、勘界或聯(lián)檢均是與不同鄰國、在不同時期聯(lián)合開展的，依據(jù)的技術標準可能有所不同，這使得定界成果往往存在著幾何和語義方面的差異，需進行必要的整合處理。其中幾何整合旨在使所描述現(xiàn)實世界中同一地理實體的兩個目標應具有相同位置。為此，提出了基于編碼匹配的空間沖突檢測等模型和算法，以自動判斷國界數(shù)據(jù)拓撲與語義的不一致性［7］；將不同時期簽署的邊界附圖等進行投影轉(zhuǎn)換與配準，統(tǒng)一到2000國家大地坐標系（CGCS2000）上去。語義整合則是通過制定數(shù)據(jù)技術規(guī)范，進行包括實體名稱屬性、要素表達模式、實體空間關系等在內(nèi)的轉(zhuǎn)換，解決因來源不同、年代不一所造成的數(shù)據(jù)含義不一致問題等。圖3給出了國界空間數(shù)據(jù)幾何與語義整合的基本思路。

4 數(shù)字化環(huán)境下的定界分析

國界定界需綜合考慮邊界的歷史與現(xiàn)狀、法律法理、地形地貌、資源環(huán)境等諸多因素。將定界法理和地形分析有機結合，研究并分析劃界主張線差異與動態(tài)調(diào)整、條約紅線走向解析與落地分析等，形成了數(shù)字化環(huán)境下的定界分析方法，如圖4所示。

（1）劃界主張線差異分析。本項目是在數(shù)字化環(huán)境下，以劃界法理語義空間化解析為引導、談判論據(jù)資料全文檢索分析為基礎、地形特征線自動提取為支撐，開展主張線差異分析，生成劃界主張線；繼而采用要素線線關系細化計算方法，確定雙方主張線的差異及“爭議區(qū)”，并采用拓撲鏈加以描述表達［8－9］；繼而根據(jù)面積、軍事、資源等多因素指標體系，提出多種可供參考的劃界方案，并進行劃界方案的定量評價與動態(tài)調(diào)整；最后對劃界結果進行評價和可視化表達，形成與邊界條約相 配套的條約附圖。

圖3 國界空間數(shù)據(jù)的幾何與語義整合Fig.3 Geometric and semantic integration of boundary spatial data

（2）條約紅線走向解析分析。將數(shù)字地形分析與勘界法理相結合，發(fā)展了顧及地形特征的紅線實地走向分析、跨河流界線調(diào)整等方法，實現(xiàn)界標位置優(yōu)選與條約紅線落地的內(nèi)業(yè)化處理。針對界碑大范圍同步觀測、坐標解算與成果現(xiàn)場雙方確認等需要，優(yōu)化基于CORS站網(wǎng)的長距離解算方案和誤差模型，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)觀測、處理、服務的快速同步進行。此外，研究發(fā)展了基于影像的邊界變化分析、界線變化核實等功能。

5 工程實施

按照上述總體技術體系與方法，完成了建國60年以來與周邊鄰國30余次劃界、勘界、聯(lián)檢資料、成果的空間化整合處理，還整合了國界及邊境地區(qū)的1∶5萬等多尺度數(shù)據(jù)，建成了覆蓋我國22 000km國界線的多時態(tài)、多類型、多尺度國界空間數(shù)據(jù)庫，為國界定界和管理提供了豐富的信息資源。

先后研制了劃界信息系統(tǒng)、勘界信息系統(tǒng)、聯(lián)檢信息系統(tǒng)和國界信息服務平臺。其中劃界信息系統(tǒng)提供了劃界資料集成管理、符合“聯(lián)想”記憶習慣的談判論據(jù)調(diào)閱、劃界立場展示、談判方案分析模擬和比較、條約地圖制作等功能［10］；勘界信息系統(tǒng)提供了界線走向分析、界標位置優(yōu)選、勘界數(shù)據(jù)量算分析、信息集成管理、勘界附圖制作、界標精確測算等實用功能，實現(xiàn)了數(shù)字化環(huán)境下的勘界方案設計、會談方案模擬、工作成果的輔助制作與管理等；聯(lián)檢信息系統(tǒng)則主要提供聯(lián)檢方案制定、界標巡查引導、數(shù)據(jù)動態(tài)加載、數(shù)據(jù)對比分析、聯(lián)檢數(shù)據(jù)集成管理與分發(fā)服務等功能。國界信息服務平臺主要包括“日常界務管理”、“邊情速報與熱點會商與突發(fā)事件處理”、“公眾信息發(fā)布”等子系統(tǒng)［11－13］。

圖4 國界法理與地形分析相結合的定界分析Fig.4 Border delimitation and demarcation by integrating jurisprudence and terrain analysis

6 結束語

經(jīng)過10余年的跨學科協(xié)同創(chuàng)新，我國已初步建成“數(shù)字國界”，有關成果已用于與有關鄰國的劃界、勘界及聯(lián)檢談判，減輕了野外工作強度，降低了邊界作業(yè)危險性，有效地提升了定界技術水平，在促進我國陸地地緣穩(wěn)定、維護國家主權與領土完整等方面發(fā)揮了重要作用。

值得指出的是，數(shù)字國界的運行維護與更新完善任重道遠。一方面，邊界地區(qū)地形地貌、地表覆蓋不斷發(fā)生變化，直接影響著邊界線走向、界標設置以及跨界水、跨境設施、生態(tài)環(huán)境等，需要開展適時更新、精細建模等。另一方面，隨著經(jīng)濟全球化和社會信息化的不斷發(fā)展，國界業(yè)務正從傳統(tǒng)的邊界定界和單純關注軍事安全轉(zhuǎn)向促進周邊經(jīng)濟與重視防范非傳統(tǒng)安全威脅發(fā)展，研究尺度則從以往的邊界條帶擴展為廣袤的邊境地區(qū)，研究頻度從常規(guī)的靜態(tài)分析向經(jīng)常性監(jiān)測與政策動態(tài)模擬發(fā)展，數(shù)字周邊建設和周邊地緣風險防范研究等已經(jīng)提上議事日程。

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