常學(xué)立，王 密，樓燕敏

(1.武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北武漢430079;2.浙江省第二測繪院，浙江杭州310012)

一、引 言

目前，我國已經(jīng)初步建成了各種比例尺的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，但隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，地物要素也處于不斷的變化中。為了保持庫體數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的要求，需要對已有的數(shù)據(jù)及時進行更新，持續(xù)動態(tài)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)更新也是我國信息化測繪將面臨的主要問題。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)更新是首先確定需要更新的地理區(qū)域，根據(jù)所使用的修測更新平臺從基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出規(guī)定格式的矢量數(shù)據(jù);然后基于正射影像或立體模型對變化區(qū)域的數(shù)據(jù)進行修測更新，結(jié)果滿足質(zhì)量要求后再跟已有的數(shù)據(jù)接邊與入庫。在這個過程中，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和入庫都要進行必要的格式轉(zhuǎn)換，并且數(shù)據(jù)更新編輯和檢查在一定程度上需要進行迭代操作，使得數(shù)據(jù)更新工作環(huán)節(jié)較多，增加了工作的復(fù)雜性和更新周期，滿足不了信息化測繪對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)快速更新的要求。

鑒于航空影像獲取的便捷性、高效性和高信息容納性，以及數(shù)字航空攝影機的普及和POS系統(tǒng)的集成和使用，用攝影測量的方法采集地形、地物的信息仍然是當(dāng)前地理要素數(shù)據(jù)獲取和更新的主要手段［1］。數(shù)字?jǐn)z影測量立體測圖能獲取精度均勻、高質(zhì)量的矢量數(shù)據(jù)，但其成圖周期太長，工作量和作業(yè)成本太大，不能滿足基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)快速更新的要求，且數(shù)字?jǐn)z影測量產(chǎn)品不能直接保存到GIS數(shù)據(jù)庫中。因此必須合理、充分地使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)并提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新的作業(yè)效率，降低復(fù)雜性和成本，實現(xiàn)快速更新［2-4］。美國Esri公司的ArcGIS是目前比較通用的功能強大的地理信息系統(tǒng)軟件，該軟件系統(tǒng)可以有效地管理各項數(shù)據(jù)信息和建立地理信息數(shù)據(jù)庫［5-7］;若能夠利用現(xiàn)有的軟件資源和技術(shù)手段將數(shù)字?jǐn)z影測量的矢量數(shù)據(jù)采編功能和ArcGIS的地理數(shù)據(jù)管理功能有機結(jié)合，優(yōu)化作業(yè)流程，實現(xiàn)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)在線更新，必然能夠有效提高基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的更新效率?；诖?，本文提出了一種基于Arc-SDE的空間數(shù)據(jù)版本管理方法，該方法將ArcMap平臺與數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)無縫集成進行基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的更新，設(shè)計并實現(xiàn)了基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫在線更新軟件系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)設(shè)計

1.基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫在線更新模式

(1)數(shù)據(jù)生產(chǎn)與數(shù)據(jù)入庫的一體化

在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)模式中，生產(chǎn)或更新最終的表現(xiàn)形式為滿足數(shù)據(jù)入庫要求的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)生產(chǎn)或更新與數(shù)據(jù)入庫是整個數(shù)據(jù)生產(chǎn)鏈中的兩個階段，它們一般是由生產(chǎn)單位的不同部門在不同的工具平臺下進行，而在線更新的模式則實現(xiàn)了數(shù)據(jù)生產(chǎn)和數(shù)據(jù)入庫在同一平臺環(huán)境進行;另外，生產(chǎn)和入庫可由同一部門的人員同步作業(yè)，大大減少了數(shù)據(jù)生產(chǎn)鏈的處理環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率。

(2)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的增量更新

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的在線更新系統(tǒng)引進Arc-SDE的版本管理機制，將待更新區(qū)域的地理信息數(shù)據(jù)按照不同的區(qū)域劃分為若干并行的數(shù)據(jù)版本，當(dāng)作業(yè)員完成不同版本的數(shù)據(jù)更新之后，管理員利用版本管理機制解決不同版本帶來的地物要素沖突，通過版本管理機制實現(xiàn)了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的增量更新。

(3)GIS與數(shù)字?jǐn)z影測量的有機組合

在線更新系統(tǒng)采用擴展ArcMap功能的方式進行構(gòu)建，保留了ArcMap已有的編輯和制圖功能;同時，利用組件和控件技術(shù)將數(shù)字?jǐn)z影測量的功能與ArcMap平臺進行無縫集成，形成數(shù)據(jù)更新生產(chǎn)平面環(huán)境和立體環(huán)境的一體化作業(yè)，實現(xiàn)了GIS技術(shù)和攝影測量技術(shù)的有機結(jié)合。

(4)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)與管理

與傳統(tǒng)的圖、庫分離的生產(chǎn)模式相比，在線更新系統(tǒng)采用C/S模式。在服務(wù)器端，管理員利用Arc-GIS成熟的管理技術(shù)進行數(shù)據(jù)集中式管理，按照不同的任務(wù)劃分規(guī)則(如行政區(qū)域、道路中心線等)進行作業(yè)劃分;在客戶端，作業(yè)員接收不同區(qū)域的作業(yè)任務(wù)，利用在線更新平臺進行網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)生產(chǎn)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)生產(chǎn)和數(shù)據(jù)管理的一體化。

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)在線更新系統(tǒng)的更新生產(chǎn)模式如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)在線更新系統(tǒng)更新生產(chǎn)模式

2.系統(tǒng)功能模塊

根據(jù)測繪部門作業(yè)生產(chǎn)的特點和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)在線更新的任務(wù)需求，本系統(tǒng)劃分為任務(wù)管理子系統(tǒng)、測區(qū)管理子系統(tǒng)、立體采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)編輯子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)檢查子系統(tǒng)，具體的功能模塊如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體功能

(1)任務(wù)管理子系統(tǒng)

任務(wù)管理子系統(tǒng)基于ArcSDE對空間數(shù)據(jù)庫的版本管理機制，根據(jù)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的更新作業(yè)特點，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)更新任務(wù)的管理、數(shù)據(jù)版本權(quán)限控制等功能。

(2)測區(qū)管理子系統(tǒng)

測區(qū)管理子系統(tǒng)是整個在線更新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備模塊，主要完成已有空三加密成果的導(dǎo)入，重建測區(qū)立體模型，為立體采編模塊提供立體像對數(shù)據(jù)。

生物數(shù)學(xué)知識體系中的相關(guān)定理與概念較為抽象，在學(xué)習(xí)過程中容易混淆其中的知識點結(jié)構(gòu)。設(shè)置知識結(jié)構(gòu)圖，則是在最大限度上展示知識細(xì)節(jié)，通過更為直觀的表現(xiàn)形式引發(fā)學(xué)生的關(guān)注度與側(cè)重點。諸如在生物數(shù)學(xué)教學(xué)中單側(cè)極限與函數(shù)極限的概念，其知識點本身分布于各個章節(jié)，學(xué)生很難直接找到其中的知識規(guī)律。因此，需要借助更為直觀的知識結(jié)構(gòu)圖呈現(xiàn)其中的細(xì)節(jié)部分，加強學(xué)生的理解與記憶。

(3)立體采集子系統(tǒng)

立體采編子系統(tǒng)是基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)在線更新系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，該子系統(tǒng)主要實現(xiàn)立體環(huán)境下點、線、面地物要素的采集和已有地物要素的編輯功能;同時能與ArcMap平臺進行無縫集成，完成與Arc-Map平臺的消息的傳遞和事件的實時同步，保證立體采編數(shù)據(jù)與庫體數(shù)據(jù)的一致性。

(4)數(shù)據(jù)編輯子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)編輯子系統(tǒng)基于ArcMap平臺實現(xiàn)，包括更新作業(yè)方案的配置和地物要素的圖形編輯、屬性編輯功能，其中更新作業(yè)方案是整個更新任務(wù)的作業(yè)規(guī)則，它確定了所采集的地物要素所屬層與所屬屬性的約束，保證每個作業(yè)員在統(tǒng)一的規(guī)則下進行作業(yè);地物的采集功能主要基于ArcMap平臺，同時提供與立體采編交互的接口，即可以激活相應(yīng)的采集工具在立體視圖上進行地物的采集與更新。

(5)數(shù)據(jù)檢查子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)檢查子系統(tǒng)是對采編更新后地物的正確性進行檢查，包括對表達地物要素的圖形特征和屬性特征進行一致性檢查，保證與已有矢量數(shù)據(jù)的一致性;同時根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)規(guī)范化管理的需求，在進行數(shù)據(jù)檢查之后輸出質(zhì)量檢查的結(jié)果，方便作業(yè)管理員對生產(chǎn)更新的數(shù)據(jù)進行有效的質(zhì)量控制。

三、系統(tǒng)實現(xiàn)

1.開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)以組件和控件相結(jié)合的方式在VC++6.0環(huán)境下獨立開發(fā)而成，運行的基礎(chǔ)平臺是ArcGIS 9.3，各項功能通過相應(yīng)的接口實現(xiàn)消息的響應(yīng)與動作的同步，協(xié)同工作成為一個有機的整體，形成的系統(tǒng)界面風(fēng)格與ArcMap應(yīng)用程序保持一致。

2.關(guān)鍵功能實現(xiàn)

(1)基于ArcSDE版本管理的任務(wù)分配與提交

ArcSDE的空間數(shù)據(jù)庫的版本管理有3種基本實現(xiàn)方式:單獨式、串聯(lián)式和并聯(lián)式。其中，單獨式在整個過程中只存在唯一的版本，多個用戶直接在該版本上進行編輯;串聯(lián)式是在父版本基礎(chǔ)上創(chuàng)建子版本，進而在子版本上再創(chuàng)建子版本，適用于存儲不同時期的地理數(shù)據(jù);并聯(lián)式是在父版本上創(chuàng)建多個子版本，各個用戶在各自的版本上進行編輯，適用于不同區(qū)域范圍或功能單元的數(shù)據(jù)。

本文結(jié)合基礎(chǔ)地理信息庫更新的作業(yè)特點，采用混合式的方式創(chuàng)建版本樹來實現(xiàn)對庫體的版本管理。具體的結(jié)構(gòu)如圖3所示，在版本樹的頂端是父版本，基于父版本創(chuàng)建中間版本，最后根據(jù)更新任務(wù)的特點在中間版本的基礎(chǔ)之上創(chuàng)建若干子版本，劃分子版本的原則可以按照行政區(qū)域劃分，也可以采用國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如標(biāo)準(zhǔn)圖幅)進行劃分。

圖3 版本樹

創(chuàng)建了版本樹后，需要對各個版本進行權(quán)限控制，以保證整個更新任務(wù)的有序執(zhí)行。整個作業(yè)過程包括管理員(admin)和作業(yè)員兩個角色，對于不同的版本數(shù)據(jù)有可瀏覽和可編輯兩種權(quán)限級別，父版本和中間版本由管理員控制，即管理員擁有其瀏覽和編輯權(quán)限;各個子版本由各個作業(yè)員控制。管理員可以瀏覽和編輯父版本與中間版本的數(shù)據(jù)，也就是整個更新作業(yè)范圍區(qū)域;而每個作業(yè)員只能瀏覽和編輯自己所屬的子版本數(shù)據(jù)。在版本創(chuàng)建和權(quán)限控制之后，作業(yè)員就在所屬的子版本上進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)更新操作。

各個作業(yè)員在對各自的子版本數(shù)據(jù)進行編輯更新之后，向管理員提交自己作業(yè)的成果數(shù)據(jù)。管理員在接收作業(yè)員的版本數(shù)據(jù)后，由于不同版本數(shù)據(jù)仍然存在區(qū)域的相交，需要進行版本沖突的處理，版本沖突的操作在中間版本上進行，當(dāng)完成所有的子版本的合并和版本沖突之后，管理員將最終的中間版本提交至父版本形成最終的版本，完成數(shù)據(jù)更新任務(wù)。

(2)基于ArcMap平臺與數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的一體化采編

傳統(tǒng)的地理信息數(shù)據(jù)的修測更新大多利用數(shù)字?jǐn)z影測量的手段，基于影像或立體影像進行地物要素的采編［8］。ArcMap是一個通用GIS的平臺軟件，它也具有地圖編輯的功能，但是它主要用于地理數(shù)據(jù)的分析與管理，直接在其上進行地理信息的數(shù)據(jù)采集更新，仍然存在不少的問題。

本系統(tǒng)基于ArcMap平臺，利用二次開發(fā)的方式擴展其功能，將基于立體影像地圖采編更新模塊無縫集成到平臺之中，使其成為統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)了與數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的一體化采編，具體實現(xiàn)如圖4所示。

圖4 ArcMap平臺與立體采編模塊無縫集成實現(xiàn)示意圖

ArcMap平臺與立體采編模塊的無縫集成主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的同步顯示和采編動作的實時響應(yīng)，在進行立體采編前，首先，要完成ArcMap平臺地圖數(shù)據(jù)與立體像對數(shù)據(jù)的無縫疊加顯示，由于庫體數(shù)據(jù)所覆蓋的地面范圍往往大于立體像對所在的地面范圍，此時可以利用ArcMap空間查詢接口過濾出與立體像對所相交的地物要素集，并將其顯示在立體視圖中，在疊加矢量數(shù)據(jù)時，由于庫體數(shù)據(jù)的坐標(biāo)參考與立體像對的坐標(biāo)參考并不一致，需要將庫體數(shù)據(jù)進行實時的坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換，將其顯示在立體視圖中。然后，由ArcMap發(fā)出啟動編輯的命令，立體采編模塊中相應(yīng)的編輯功能按鈕被激活，這時作業(yè)員可以利用立體采編模塊所提供的采編功能進行基于立體像對的地物要素的采集更新;同時立體采編模塊通過內(nèi)部的消息傳遞機制將最新采編的結(jié)果實時顯示在ArcMap平臺的視圖中;另外作業(yè)員在地物采集時會出現(xiàn)大量編輯回退的動作，本項目利用堆棧記錄立體采編的地物要素ID，在響應(yīng)編輯回退時同時調(diào)用ArcMap回退命令，顯示同步回退。最后，作業(yè)員可以調(diào)用ArcMap保存編輯的命令實現(xiàn)地物要素的入庫更新，該系統(tǒng)已經(jīng)成功用于浙江省第二測繪院省級1∶10 000基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的快速更新，圖5為系統(tǒng)運行界面。

圖5 系統(tǒng)運行界面

四、結(jié)束語

數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的立體數(shù)據(jù)采編功能和Arc-GIS的空間數(shù)據(jù)管理功能的無縫集成，實現(xiàn)了更新要素的在線立體和平面采集，有利于實現(xiàn)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的快速更新。在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫平臺上的更新不需要數(shù)據(jù)的出庫和入庫過程，有效克服了傳統(tǒng)的基于文件的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)更新方式由于多次文件格式轉(zhuǎn)換所帶來的信息丟失、信息冗余、效率低下、質(zhì)量難以控制等缺陷，因此能夠有效降低數(shù)據(jù)更新的成本并提高基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的更新效率。為了提高數(shù)據(jù)更新的效率，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)變化的自動發(fā)現(xiàn)和半自動測量將是在線更新未來面臨的主要問題。

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