周 炤，肖 強(qiáng)，趙國成,劉 剛

(信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052)

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新模式分析

周 炤，肖 強(qiáng)，趙國成,劉 剛

(信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052)

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)及難點(diǎn)問題。文中對(duì)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新的3種主要模式：定期更新、增量更新和級(jí)聯(lián)更新進(jìn)行總結(jié)與探討，分析這3種更新模式的概念、更新的方式方法、涉及的關(guān)鍵技術(shù)以及有待解決的問題等。通過對(duì)這3種更新模式的梳理，拓展基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新的思路，為今后研究工作的開展奠定基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)；定期更新；增量更新；級(jí)聯(lián)更新

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的方方面面，世界各國歷來都非常重視基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的建設(shè)和維護(hù)工作。我國測(cè)繪工作者通過近40年來的不懈努力，已經(jīng)完成了包括1∶1 000 000、1∶250 000和1∶50 000在內(nèi)的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫的“初始建庫”工作，并陸續(xù)對(duì)這3個(gè)數(shù)據(jù)庫組織實(shí)施了更新。2002年，國家測(cè)繪地理信息局主持完成了全國1∶1 000 000和1∶250 000基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫的更新工作[1-2]，2006年組織實(shí)施了全國1∶50 000基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的更新，用5年的時(shí)間對(duì)除西部無圖區(qū)之外的全國陸地范圍內(nèi)19 000余幅1∶50 000基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行全面更新[3-4]。在2012年，國家測(cè)繪地理信息局又啟動(dòng)了國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新工程。與此同時(shí)，各個(gè)省、市、自治區(qū)測(cè)繪地理信息部門建立了更大比例尺的地理空間數(shù)據(jù)庫，并已加快推進(jìn)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的持續(xù)更新工作[5]。由此看來，隨著基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)“原始積累”的逐步完成及廣泛應(yīng)用，基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新已經(jīng)成為測(cè)繪地理信息部門工作的重點(diǎn)。

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新的目的在于維持提升其現(xiàn)勢(shì)性。所謂現(xiàn)勢(shì)性是指基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)與其所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界的一致程度?；A(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)勢(shì)性的要求要高于其他類型的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)實(shí)世界時(shí)刻處在發(fā)展變化之中，而基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)作為表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界的一種快照模型，是靜態(tài)的，它只能反映現(xiàn)實(shí)世界在某一時(shí)期或時(shí)間段內(nèi)的狀態(tài)。隨著時(shí)間的推移，基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性會(huì)越來越差，最終將影響其應(yīng)用的價(jià)值及使用的廣泛程度。因此，要維持提升基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性則必須對(duì)其進(jìn)行持續(xù)更新。

中國幅員遼闊，地表情況復(fù)雜，同時(shí)又處在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的高速時(shí)期，各種地物要素變化較快，因此如何有效維持提升基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，以更好地為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展提供服務(wù)成為亟待解決的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。國內(nèi)學(xué)術(shù)界給予了較高的關(guān)注，專家學(xué)者們提出了多種基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新的方法和模型，以期能夠有效縮短更新周期，提高其現(xiàn)勢(shì)性。但總的來看，對(duì)于基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新還沒有形成一個(gè)明確的、統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)框架，所以有必要對(duì)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新的模式進(jìn)行梳理和總結(jié)，以起到拋磚引玉的作用。

1 基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新模式

目前采取及提出的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新模式主要包括以下3種，即定期更新、增量更新和級(jí)聯(lián)更新。

1.1 定期更新模式

1.1.1 定期更新的概念

定期更新是我國目前主要采用的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新模式。所謂定期更新，又稱周期性更新，是指在規(guī)定的年限內(nèi)對(duì)一定尺度地形圖上的地理要素實(shí)施更新。表1為我國對(duì)地形圖更新周期給出的具體規(guī)定[6]。定期更新通常是全面更新，即以地形圖圖幅為基本更新單元，對(duì)圖幅范圍內(nèi)所有的地理要素實(shí)施更新，所以它是一種批量性質(zhì)的更新，是目前使用最多、最廣泛，技術(shù)條件最成熟、更新流程最完備的一種基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)更新方法。定期更新也是目前世界各國主要采取的更新模式。

表1 我國地形圖更新周期

1.1.2 定期更新的主要方法

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)定期更新主要采用的更新方法可以概括為重測(cè)更新、修測(cè)更新和縮編更新3種。重測(cè)更新即對(duì)圖幅區(qū)域重新進(jìn)行測(cè)繪，這種方法適用于比例尺比較大，圖幅范圍內(nèi)地理要素變化劇烈，且對(duì)原有數(shù)據(jù)實(shí)施更新困難的地形圖。主要采用的方法包括：外業(yè)實(shí)地測(cè)量、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量(利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，采用以人工作業(yè)為主的三維立體測(cè)圖并輔以內(nèi)外業(yè)調(diào)繪，采用單景影像時(shí)可將數(shù)字正射影像與現(xiàn)有矢量數(shù)字地圖、柵格數(shù)字地圖疊加采集數(shù)字線劃地圖，并輔以野外調(diào)繪)。由于要進(jìn)行重新測(cè)量，所以這種方法可能會(huì)使得數(shù)據(jù)更新的周期偏長。

修測(cè)更新即利用各種現(xiàn)勢(shì)性資料，包括已有的紙質(zhì)地圖、矢量數(shù)字地圖、柵格數(shù)字地圖、遙感影像、車載GPS道路數(shù)據(jù)、野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電子地圖以及其他各種圖文資料等，對(duì)待更新圖幅內(nèi)發(fā)生變化的那些地理要素實(shí)施更新。例如將高分辨率的正射影像與矢量數(shù)字地圖疊加顯示更新發(fā)生變化的地理要素，或者將車載GPS道路數(shù)據(jù)導(dǎo)入到更新系統(tǒng)中與原有道路數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)實(shí)施更新等。在更新完畢后需與圖上其他地理要素進(jìn)行空間關(guān)系協(xié)調(diào)。修測(cè)更新的核心思想是對(duì)多源數(shù)據(jù)的融合及綜合利用。這種方法適用于各種比例尺的矢量數(shù)字地圖的更新。

如果需要更新的地形圖比例尺較小，且原有數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性較差，利用修測(cè)更新困難較大，不能滿足用戶需求或者達(dá)不到精度要求時(shí)，可采用縮編更新的方法。所謂縮編更新即首先利用較大比例尺的、現(xiàn)勢(shì)性較好的矢量數(shù)字地圖，按照欲更新的小比例尺地圖的圖幅范圍進(jìn)行拼接，然后對(duì)拼接得到的地圖實(shí)施制圖綜合(概括)生成小比例尺地圖，之后再利用其它現(xiàn)勢(shì)性資料對(duì)綜合得到的小比例尺地圖實(shí)施更新，例如利用4幅1∶250 000地形圖縮編更新一幅1∶500 000地形圖。

定期更新的3種方法在實(shí)施過程中并沒有十分明確的界限，在更新作業(yè)過程中各種情況都有可能出現(xiàn)，因此3種方法可能只使用其中的一種，也有可能會(huì)同時(shí)使用[3]，這需要根據(jù)作業(yè)的實(shí)際情況來具體確定。

1.1.3 定期更新模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

由于定期更新是以地圖圖幅為更新基本單元，因此它的優(yōu)點(diǎn)非常明顯：①數(shù)據(jù)更新的組織實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單，只要明確了需要更新的圖幅，分析圖幅區(qū)域內(nèi)地理要素的變化情況，搜集相關(guān)的現(xiàn)勢(shì)資料，制定好實(shí)施的技術(shù)方案，利用目前已經(jīng)成熟的更新作業(yè)方法就可實(shí)施更新；②圖幅內(nèi)地理要素間的相互關(guān)系容易處理和保持，例如地理要素間的拓?fù)潢P(guān)系，完全可以在整幅地圖都更新完畢后重新生成拓?fù)潢P(guān)系；③以圖幅組織實(shí)施更新，比較容易進(jìn)行外業(yè)調(diào)查核實(shí)和數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢驗(yàn)，從而確保更新成果的質(zhì)量。

定期更新的缺點(diǎn)也很突出：①更新周期偏長，基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性問題依然存在。以1∶50 000基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫為例，國家測(cè)繪地理信息局于2006年啟動(dòng)的數(shù)據(jù)庫更新工程，耗時(shí)5年完成對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫的更新任務(wù)，顯然最先更新圖幅的現(xiàn)勢(shì)性可能已經(jīng)不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要而必須再次更新，而更大比例尺的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫，這類問題將會(huì)更加突出。②在數(shù)據(jù)的組織管理上，由于是以地圖圖幅為更新基本單元，因此更新后的數(shù)據(jù)是以地圖版本的形式進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，這就造成了在地理空間數(shù)據(jù)庫內(nèi)可能同時(shí)存儲(chǔ)有同一幅地圖不同版本的數(shù)據(jù)，客觀上造成了數(shù)據(jù)大量冗余；③在更新地圖數(shù)據(jù)的分發(fā)上。定期更新往往只能將更新后的新版地圖數(shù)據(jù)整體分發(fā)給用戶，如果用戶在基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上添加了滿足自身需求的專業(yè)數(shù)據(jù)集，則用戶將不得不面臨兩難的境地，要么在新版的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)之上重新添加專業(yè)數(shù)據(jù)集，要么在新版的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)中選出發(fā)生變化的地理要素更新添加專業(yè)數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)庫，顯然這都將對(duì)用戶數(shù)據(jù)的更新與維護(hù)帶來困難。

1.2 增量更新模式

在基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)在更新過程中，并非將圖上所有地理要素都更新一遍，而是只更新那些發(fā)生變化的地理要素，因此如果能建立某種更新機(jī)制，能夠?qū)Πl(fā)生變化的地理要素做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)更新、及時(shí)發(fā)布，則將避免定期更新周期偏長的問題，從而有效提高地理空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性?；诖耍隽扛碌母拍钪饾u被人們提出，并受到了國際和國內(nèi)專家學(xué)者的高度重視。如國際制圖協(xié)會(huì)(ICA)在1999年便成立了“增量更新和版本”(Incremental Updating and Versioning)工作組，緊接著在2000年，國際制圖協(xié)會(huì)與國際攝影測(cè)量與遙感學(xué)會(huì)(ISPRS)聯(lián)合召開了以“增量更新和空間數(shù)據(jù)庫版本”(Incremental Updating and Versioning of Spatial Data Bases)為主題的學(xué)術(shù)研討會(huì)[7]，以促進(jìn)在這一領(lǐng)域的研究與交流。國內(nèi)在這一方面的研究起步稍晚，陳軍教授(2004)負(fù)責(zé)主持的自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“GIS空間數(shù)據(jù)庫更新的模型與方法研究”在多源遙感影像與矢量化地圖自動(dòng)配準(zhǔn)、典型地理要素變化提取、用戶數(shù)據(jù)庫更新等方面開展了深入的研究[8]。中南大學(xué)周曉光副教授負(fù)責(zé)主持的自然科學(xué)基金項(xiàng)目“顧及拓?fù)潢P(guān)系一致性的空間數(shù)據(jù)庫增量更新方法研究”重點(diǎn)從局部拓?fù)潢P(guān)系一致性維護(hù)方面進(jìn)行了研究。楊兆升(2009)等采用基于鄰接表的路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了中心端和車載端的導(dǎo)航電子地圖增量更新[9]。

1.2.1 增量更新的概念

增量更新是指當(dāng)變化(圖形或語義等)一經(jīng)發(fā)現(xiàn)、測(cè)定便立即對(duì)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫實(shí)施更新，并將更新后的數(shù)據(jù)(發(fā)生變化并實(shí)施更新的部分)持續(xù)發(fā)布給用戶使用(用戶對(duì)在基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上添加了專業(yè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫實(shí)施更新)的一種更新模式[5,10]，即實(shí)現(xiàn)對(duì)變化地理要素的“及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)測(cè)定、及時(shí)更新、及時(shí)發(fā)布”。從增量更新的概念可以看出，基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)增量更新可以劃分為3個(gè)階段，即變化的發(fā)現(xiàn)與測(cè)定、更新基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫和更新用戶數(shù)據(jù)庫。增量更新的核心思想是當(dāng)發(fā)現(xiàn)地理要素發(fā)生變化后在條件允許的情況下即對(duì)其實(shí)施更新，因此增量更新的基本單元應(yīng)是單個(gè)地理要素，即在更新實(shí)施的整個(gè)過程中，從變化的發(fā)現(xiàn)測(cè)定、更新基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫，到將更新的內(nèi)容傳輸給用戶均是以地理要素為基本單元?；A(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫增量更新流程如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫增量更新流程

1.2.2 實(shí)現(xiàn)增量更新的方法及關(guān)鍵技術(shù)

1.2.2.1 變化的發(fā)現(xiàn)與測(cè)定

增量更新的前提是要能及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)生變化的地理要素，并對(duì)其變化進(jìn)行測(cè)定。對(duì)于變化的發(fā)現(xiàn)主要有3種方法:①由專業(yè)人員進(jìn)行實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)變化。這種方法需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，只適合于更新比例尺較大的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)。②利用多源遙感影像與矢量地圖進(jìn)行自動(dòng)配準(zhǔn)及變化檢測(cè)[11-13]。這種方法是目前研究的熱點(diǎn)，但主要針對(duì)的是地理要素的空間位置特征，對(duì)于地理要素屬性特征變化的發(fā)現(xiàn)仍缺乏行之有效的手段。③通過相關(guān)的政府部門，如土地管理部門、建設(shè)規(guī)劃部門等，或者通過新聞媒體、互聯(lián)網(wǎng)等其他途徑獲取地理要素的變化信息。地理要素變化的發(fā)生、發(fā)展絕大部分都與人類的活動(dòng)息息相關(guān)，如道路的擴(kuò)建、居民地的拆遷、行政區(qū)劃的改變等。即便是與人類活動(dòng)無關(guān)的自然現(xiàn)象造成的地理要素發(fā)生變化，如地震、海嘯、泥石流等，同樣是“有跡可循”，因此第3種方法原則上是可行的，但需要建立起一套完善的地理要素變化發(fā)現(xiàn)采報(bào)機(jī)制。

變化的測(cè)定即對(duì)確定發(fā)生變化的地理要素進(jìn)行空間位置信息和屬性信息的獲取。獲取的途徑包括：①通過人工采集，如野外實(shí)地測(cè)量、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等，該途徑與定期更新中針對(duì)地理要素變化信息的獲取方法基本相同，這里不再贅述。②自動(dòng)或半自動(dòng)的從遙感影像上提取(只能提取地理要素的空間位置信息)。從目前的研究成果看，變化的發(fā)現(xiàn)與測(cè)定還無法完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化，是制約增量更新技術(shù)進(jìn)一步向?qū)嵱没较虬l(fā)展的瓶頸。

1.2.2.2 基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的組織與管理

增量更新對(duì)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的組織與管理提出了更高的要求。由于增量更新的基本單元是單個(gè)地理要素，因此應(yīng)對(duì)地理要素的現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)、工作數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)分別進(jìn)行存儲(chǔ)和管理?，F(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)是指地理要素現(xiàn)勢(shì)性最佳的地理空間數(shù)據(jù)。工作數(shù)據(jù)是指地理要素在實(shí)施更新過程中的數(shù)據(jù)，當(dāng)更新完成后用于更新地理要素的現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)是指被更新地理要素不同時(shí)期的數(shù)據(jù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理具有重要意義：①一旦發(fā)現(xiàn)地理要素更新錯(cuò)誤，可以利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回溯，將更新地理要素的數(shù)據(jù)恢復(fù)到更新前的某一狀態(tài)。②通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢，可以對(duì)地理要素的歷史狀態(tài)進(jìn)行回溯，探索其變化發(fā)展的客觀規(guī)律，從而為研究時(shí)空對(duì)象的演化過程奠定基礎(chǔ)。此外，還應(yīng)建立地理要素現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)、工作數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)間的相互映射機(jī)制。

1.2.2.3 地理要素間局部拓?fù)潢P(guān)系重建

地理要素間的拓?fù)潢P(guān)系是空間信息系統(tǒng)進(jìn)行空間分析的基礎(chǔ)。由于只對(duì)發(fā)生變化的地理要素實(shí)施更新，因此地理要素間的拓?fù)潢P(guān)系會(huì)輕易遭到破壞。如果每更新一個(gè)地理要素就將整個(gè)圖層的拓?fù)潢P(guān)系重新構(gòu)建，必然會(huì)帶來大量的重復(fù)性工作，增加數(shù)據(jù)的處理時(shí)間，直接影響更新的效率，因此必須對(duì)地理要素間局部拓?fù)潢P(guān)系重建的思路與算法進(jìn)行研究。

1.2.2.4 用戶數(shù)據(jù)庫增量更新

理想情況下，基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫更新完成后，應(yīng)及時(shí)將更新的地理要素以增量更新包的形式發(fā)布給用戶，用于更新用戶數(shù)據(jù)庫。增量更新包應(yīng)采用與平臺(tái)無關(guān)的形式來組織及表達(dá)增量信息，目前提出的方法主要是基于XML或GML來構(gòu)建。第二個(gè)需要解決的問題是，增量更新包中的地理要素與用戶數(shù)據(jù)庫中同名地理要素如何匹配的問題，即如何用增量更新包中的地理要素?cái)?shù)據(jù)去更新用戶數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的地理要素。最直接的辦法是建立地理要素的唯一標(biāo)識(shí)符，利用唯一標(biāo)識(shí)符進(jìn)行地理要素的匹配，如英國軍械測(cè)量局發(fā)布的新一代空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品—MasterMap中設(shè)計(jì)的TOID屬性字段[14]。此外，如果用戶數(shù)據(jù)庫中基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)與專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整合，沒有做到完全分離，則會(huì)給用戶數(shù)據(jù)庫的更新帶來困難，如何在不破壞用戶數(shù)據(jù)庫模型和專業(yè)數(shù)據(jù)的情況下完成對(duì)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的更新也是需要關(guān)注的問題。

1.2.3 增量更新存在的問題

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)更新是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，是一個(gè)綜合利用多源數(shù)據(jù)相互比對(duì)、相互印證、綜合判斷的數(shù)據(jù)融合更新過程，在實(shí)施更新前需要收集大量的現(xiàn)勢(shì)性資料。增量更新只對(duì)發(fā)生變化的地理要素實(shí)施更新，因此就存在著需針對(duì)不同的更新對(duì)象頻繁收集相關(guān)資料的問題，與定期更新的只在更新完成前收集資料相比較，會(huì)給更新本身增加許多額外工作。此外，增量更新與定期更新一樣，在同一時(shí)期通常都只能更新一個(gè)尺度的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)尺度的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行同步更新，存在著同一地理要素多尺度數(shù)據(jù)間無法保持一致性的問題。

1.3 級(jí)聯(lián)更新模式

為滿足不同層次應(yīng)用的需要，基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)以多個(gè)比例尺的形式存在，因此每一個(gè)尺度的數(shù)據(jù)都存在著持續(xù)更新的問題[15]。各比例尺的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)目前均采用定期更新的模式，由于更新周期的不同，將會(huì)導(dǎo)致不同尺度的數(shù)據(jù)間存在不一致甚至是矛盾，級(jí)聯(lián)更新正是在這一背景下提出的，即通過實(shí)現(xiàn)多個(gè)比例尺數(shù)據(jù)之間的聯(lián)動(dòng)更新，以保證數(shù)據(jù)的正確性和一致性[16]。

1.3.1 級(jí)聯(lián)更新的概念

級(jí)聯(lián)更新是指在更新了較大比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的同時(shí)完成對(duì)多個(gè)較小比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的更新。理想情況下的級(jí)聯(lián)更新是在大比例尺數(shù)據(jù)更新完成后，實(shí)施自動(dòng)制圖綜合，從而生成多個(gè)小比例尺的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，但從目前制圖綜合發(fā)展的現(xiàn)狀來看，還無法實(shí)現(xiàn)。因此級(jí)聯(lián)更新更現(xiàn)實(shí)一些的做法是在對(duì)某個(gè)較大比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)更新完成的前提下，采用半自動(dòng)化的制圖綜合及人機(jī)交互的方式聯(lián)動(dòng)更新較小比例尺的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 級(jí)聯(lián)更新示意圖

1.3.2 級(jí)聯(lián)更新的關(guān)鍵技術(shù)

1.3.2.1 自動(dòng)制圖綜合技術(shù)

級(jí)聯(lián)更新對(duì)制圖綜合技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)大比例尺數(shù)據(jù)更新完成后，可將其作為更新源用于其他小比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的更新。對(duì)于某些類型的地理要素，如能實(shí)現(xiàn)同名地理要素多尺度數(shù)據(jù)間自動(dòng)化或半自動(dòng)化的制圖綜合將有效提高更新作業(yè)的效率，為實(shí)現(xiàn)多尺度基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)更新奠定基礎(chǔ)。因此，在自動(dòng)制圖綜合技術(shù)上需有所突破，如果仍然主要依靠人機(jī)交互的方式來實(shí)施更新，則不能體現(xiàn)出級(jí)聯(lián)更新的優(yōu)勢(shì)所在。

1.3.2.2 建立同名地理要素關(guān)聯(lián)機(jī)制

要實(shí)現(xiàn)同名地理要素多尺度基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的自動(dòng)(半自動(dòng))制圖綜合，則必須建立它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。這種關(guān)聯(lián)關(guān)系可以通過兩種方式建立：①通過設(shè)計(jì)某種關(guān)聯(lián)機(jī)制，如唯一標(biāo)識(shí)符，建立同名地理要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。當(dāng)大比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)中地理要素發(fā)生變化并實(shí)施更新后，利用這種關(guān)聯(lián)機(jī)制就可對(duì)其他較小比例尺數(shù)據(jù)庫的同名地理要素實(shí)施更新，但這種方式需維護(hù)同名地理要素多比例尺數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。②通過動(dòng)態(tài)匹配的方法，自動(dòng)建立同名地理要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。動(dòng)態(tài)匹配的實(shí)質(zhì)是計(jì)算多比例尺數(shù)據(jù)中地理要素間的相似程度，以此來建立同名地理要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。主要的方法包括：基于地理要素幾何形態(tài)的匹配和基于屬性語義的匹配等。動(dòng)態(tài)匹配的問題在于，通過計(jì)算得到的地理要素間的相似度，能否正確建立同名地理要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如果關(guān)聯(lián)關(guān)系建立錯(cuò)誤或?qū)?dǎo)致級(jí)聯(lián)更新的失敗。

1.3.3 級(jí)聯(lián)更新存在的問題

級(jí)聯(lián)更新的核心思想是利用大比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)縮編更新小比例尺數(shù)據(jù)。當(dāng)前我國的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)是根據(jù)其比例尺按照規(guī)定的經(jīng)緯度范圍劃分的圖幅進(jìn)行組織和管理，小尺度的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)所覆蓋的地域范圍與大尺度數(shù)據(jù)存在一定的數(shù)量關(guān)系。因此只有當(dāng)相應(yīng)數(shù)量的大比例尺數(shù)據(jù)更新完成，才能對(duì)小比例尺的數(shù)據(jù)實(shí)施級(jí)聯(lián)更新，特別是對(duì)一些跨圖幅的地理要素，例如陸地交通中的鐵路、高速公路等。這就產(chǎn)生了新的問題：一是級(jí)聯(lián)更新從什么比例尺的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)開始實(shí)施比較合適，是從規(guī)定的比例尺最大的數(shù)據(jù)還是其他什么尺度的數(shù)據(jù)；第二個(gè)問題是，級(jí)聯(lián)更新能否使小比例尺的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)滿足現(xiàn)勢(shì)性的要求。級(jí)聯(lián)更新的特點(diǎn)是當(dāng)一定數(shù)據(jù)量的大比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)更新完畢，才能更新一幅中比例尺的數(shù)據(jù)；當(dāng)一定數(shù)量的中比例尺的數(shù)據(jù)更新完成才能對(duì)一幅小比例尺的數(shù)據(jù)實(shí)施更新，這樣就可能會(huì)造成小比例尺的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)更新周期偏長，因此探索建立適合的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)更新機(jī)制是必須要面對(duì)的問題。

2 結(jié) 論

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)及難點(diǎn)問題。本文對(duì)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新的3種主要模式：定期更新、增量更新和級(jí)聯(lián)更新進(jìn)行了梳理，對(duì)這3種更新模式的概念、更新的方式方法、涉及的關(guān)鍵技術(shù)以及存在的問題等進(jìn)行分析和探討。3種更新模式從概念上來看雖然略有區(qū)別，但涉及到的一些關(guān)鍵技術(shù)具有趨同性，解決好這些問題是提高基礎(chǔ)地理空間持續(xù)更新自動(dòng)化水平，提高基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性的根本所在。同時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的持續(xù)更新，不僅僅要關(guān)注對(duì)數(shù)據(jù)本身的更新問題，更要關(guān)注如何為用戶提供良好服務(wù)的問題，這才是基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)持續(xù)更新的根本目的。

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[責(zé)任編輯：張德福]

Researchonfundamentalgeo-spatialdatadontinuousupdatingmodel

ZHOU Zhao, XIAO Qiang, ZHAO Guo-cheng, LIU Gang

(School of Surveying and Mapping, Information Engineering University, Zhengzhou 450052, China)

Continuous updating of fundamental geo-spatial data has become a hot topic as well as a tricky problem all over the world. At present there are three dominant updating models, the periodic updating, incremental updating and multi-scale linkage updating. Research is made on the definitions, updating methods, essential techniques, and unsolved problems of the three updating models, laying foundation for the improvement and innovation of continuous updating of fundamental geo-spatial information.

fundamental geo-spatial data; periodic updating; incremental updating; multi-scale linkage updating

2013-05-07

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40401052)

周 炤(1978-)，男，講師，博士研究生.

P208

：A

：1006-7949(2014)01-0012-05