劉建軍，李雪梅，張元杰，楊　眉

(國家基礎地理信息中心，北京 100830)

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國家1∶25萬基礎地理信息數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新技術設計與工程應用

劉建軍，李雪梅，張元杰，楊眉

(國家基礎地理信息中心，北京 100830)

Technical Innovation and Application for Linkage Updating of National Fundamental Geographic Information Database at 1∶250 000 Scale

LIU Jianjun,LI Xuemei,ZHANG Yuanjie,YANG Mei

摘要：保持基礎地理信息的現(xiàn)勢性是我國基礎測繪工作的重要使命，為此，國家測繪地理信息局于2012年啟動了1∶25萬數(shù)據(jù)庫的更新工作，利用1∶5萬數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新成果，對1∶25萬數(shù)據(jù)庫進行快速聯(lián)動更新。本文介紹了縱向跨尺度、橫向跨類型的不同數(shù)據(jù)庫之間基于增量和聯(lián)動的更新技術思路，闡述了數(shù)據(jù)庫聯(lián)動建模表達、地形數(shù)據(jù)庫跨尺度聯(lián)動更新、制圖數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新、DEM數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新等主體技術方法。本文的技術方法被用于研制適用于規(guī)?；碌募夹g標準、生產(chǎn)工藝及軟件系統(tǒng)，以及支撐1∶25萬數(shù)據(jù)庫的快速聯(lián)動更新，初步形成了基礎地理信息聯(lián)動更新的技術框架。

關鍵詞：基礎地理信息；1∶25萬；數(shù)據(jù)庫；增量更新；聯(lián)動更新

1∶25萬數(shù)據(jù)庫是國家基礎地理信息數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，適用于國家總體規(guī)劃和宏觀決策，廣泛應用于國民經(jīng)濟建設各領域[1]。然而長期以來，我國1∶25萬數(shù)據(jù)庫的內容不全、更新緩慢，不能滿足廣大用戶對其完整性和現(xiàn)勢性的迫切需求。1998年初始建庫時，采用紙圖數(shù)字化方式完成，主體現(xiàn)勢性為80年代，要素內容中缺少植被、管線，也沒有制圖數(shù)據(jù)產(chǎn)品。2002年、2008年，利用專業(yè)資料對一部分重點要素進行了更新，大部分要素現(xiàn)勢性仍然較差[2]。

自20世紀90年代初，我國由傳統(tǒng)模擬測繪邁入數(shù)字化測繪以來，由于受綜合國力和技術能力所限，我國是按照先小后大的次序先后建立的1∶100萬、1∶25萬、1∶5萬數(shù)據(jù)庫，使得利用大比例尺數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新小比例尺數(shù)據(jù)庫難以實現(xiàn)[3-9]。進入“十二五”，國家測繪地理信息局啟動了1∶5萬數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新工程，每年更新1次發(fā)布1版，為1∶25萬數(shù)據(jù)庫的聯(lián)動更新提供了條件[10]。

為此，國家測繪地理信息局于2012年啟動了1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新工作，對1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫進行持續(xù)快速更新，并同時更新制圖數(shù)據(jù)庫和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫，不斷提升數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)勢性，更好地為國民經(jīng)濟建設與社會發(fā)展提供可靠的測繪保障[10]。

一、總體技術思路

傳統(tǒng)的地理信息更新技術偏重于單一尺度、單一

類型數(shù)據(jù)庫的獨立更新，難以滿足1∶25萬數(shù)據(jù)庫快速更新的需求。為了實現(xiàn)快速更新，需要解決縱向跨尺度、橫向跨類型兩個方面的聯(lián)動更新技術問題。縱向跨尺度是指如何利用1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫快速更新1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫；橫向跨類型是指如何利用1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫快速更新制圖數(shù)據(jù)庫和DEM數(shù)據(jù)庫。

本文擬針對縱向跨尺度、橫向跨類型的不同數(shù)據(jù)庫之間基于增量和聯(lián)動的快速更新這一技術難題，設計數(shù)據(jù)庫聯(lián)動建模表達、地形數(shù)據(jù)庫跨尺度增量聯(lián)動更新、制圖數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫增量聯(lián)動更新、DEM數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫增量聯(lián)動更新等技術方法，建立1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新技術系統(tǒng)，并支撐完成1∶25萬數(shù)據(jù)庫的快速更新?？傮w技術思路如圖1所示。

二、主體技術方法

根據(jù)上述總體設計，將1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫作為基礎數(shù)據(jù)庫，將1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫作為一級派生數(shù)據(jù)庫，將1∶25萬制圖數(shù)據(jù)庫、1∶25萬DEM數(shù)據(jù)庫作為二級派生數(shù)據(jù)庫?；A數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新后，快速聯(lián)動更新派生數(shù)據(jù)庫的主要技術方法包括跨尺度數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新和跨類型數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新兩大類。

圖1　1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新總體技術思路

1. 跨尺度數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新

1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新后，利用其更新增量成果，采用聯(lián)動更新技術，對1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫進行快速更新，主要技術內容包括多尺度地形數(shù)據(jù)庫整合統(tǒng)一、跨尺度地形要素自動匹配、基于增量的跨尺度聯(lián)動整合。技術路線如圖2所示。

圖2　跨尺度地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新技術路線

(1) 多尺度地形數(shù)據(jù)庫整合統(tǒng)一

對1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫進行整合，使其在空間參考、數(shù)據(jù)模型、分層分類、內容范圍、要素分布等方面與1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫保持一致，為后續(xù)開展跨尺度地形數(shù)據(jù)之間的聯(lián)動更新奠定數(shù)據(jù)基礎。

(2) 跨尺度地形要素自動匹配

分別基于1∶5萬與1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫的模型特征，建立相鄰尺度間的地形數(shù)據(jù)關聯(lián)模型、要素匹配規(guī)則、聯(lián)動整合規(guī)則知識庫，設計基于空間計算和屬性耦合的自動匹配算法，建立起相鄰尺度地形數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)銜接。

(3) 基于增量要素的聯(lián)動整合

創(chuàng)建基于1∶5萬地形數(shù)據(jù)庫更新增量聯(lián)動更新1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫的智能聯(lián)動整合算法，建立全數(shù)字化環(huán)境下的增量提取、自動匹配、增量整合、協(xié)調編輯、質量檢查等生產(chǎn)技術流程，實現(xiàn)跨尺度地形要素的自動或半自動聯(lián)動更新。

2. 跨類型數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新

(1) 制圖數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新

1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新后，利用其更新增量成果，采用聯(lián)動更新技術，對1∶25萬制圖數(shù)據(jù)庫進行快速更新，主要技術內容包括地形數(shù)據(jù)庫和制圖數(shù)據(jù)庫一體化建模、數(shù)據(jù)庫驅動的地圖自動配置和智能優(yōu)化、基于地形增量聯(lián)動更新制圖數(shù)據(jù)庫。技術路線如圖3所示。

圖3　制圖數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新技術路線

1) 地形數(shù)據(jù)庫與制圖數(shù)據(jù)庫一體化建模。將地理要素對象的幾何位置、屬性、拓撲關系及制圖表達一體化融合建模，在1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫模型之上，通過擴展關系、邏輯重組、關聯(lián)關系等建立制圖數(shù)據(jù)庫模型，用于存儲地形數(shù)據(jù)的符號、注記、圖廓整飾，以及二者的相互關系等信息。制圖數(shù)據(jù)庫通過地形數(shù)據(jù)庫驅動技術派生，實現(xiàn)地形數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、制圖數(shù)據(jù)隨地形數(shù)據(jù)的同步更新。

2) 數(shù)據(jù)庫驅動的地圖自動配置和智能優(yōu)化?；谥茍D數(shù)據(jù)庫聯(lián)動模型，利用數(shù)據(jù)庫驅動制圖技術，設計適用于地圖制圖的地圖自動配置和智能優(yōu)化技術，如符號自動配置、注記自動派生、圖廓整飾自動創(chuàng)建等；進一步設計要素符號及注記的智能優(yōu)化調整、交互式編輯的方法，實現(xiàn)制圖數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫的自動同步。

3) 基于地形增量聯(lián)動更新制圖數(shù)據(jù)庫。在1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新基礎上，根據(jù)更新要素的增量標識信息，快速提取地形數(shù)據(jù)庫中的更新增量要素，基于1∶25萬制圖數(shù)據(jù)庫與地形數(shù)據(jù)庫的相互關系，利用地圖自動配置和智能優(yōu)化技術，對制圖數(shù)據(jù)庫中的相應制圖內容進行自動更新，再通過少量人工檢核和交互編輯完成制圖數(shù)據(jù)庫的快速更新。通過制圖聯(lián)動更新，僅對地形變化要素進行制圖更新，充分保留了原有制圖成果，大幅提高了更新工效。

(2) DEM數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新

1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新后，利用其更新增量成果，采用聯(lián)動更新技術，對1∶25 DEM數(shù)據(jù)庫進行快速更新，主要技術內容包括矢柵關聯(lián)關系自動建立、地形特征自動提取、DEM高保真插值。

1) 矢柵關聯(lián)關系自動建立。設計基于Voronoi空間計算的矢柵混合DEM數(shù)據(jù)庫聯(lián)動模型，對DEM數(shù)據(jù)庫進行結構擴展，不僅存儲DEM柵格數(shù)據(jù)，還存儲自動提取生成的矢量地形特征數(shù)據(jù)，以及與等高線數(shù)據(jù)的空間關系信息，通過矢柵數(shù)據(jù)混合存儲、矢柵關聯(lián)關系自動計算，實現(xiàn)DEM數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)的銜接和聯(lián)動。

2) 地形特征自動提取。設計基于三角網(wǎng)迭代優(yōu)化的地形特征提取算法，利用1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫中的等高線、高程點、水系等信息，自動化提取山脊、山谷、山頂、谷底、鞍部等地形特征數(shù)據(jù)點，有效實現(xiàn)由地形數(shù)據(jù)庫到DEM數(shù)據(jù)庫的高保真插值；設計基于Voronoi圖的空間關系計算算法，計算并存儲地形特征點與相應等高線的空間關聯(lián)關系，實現(xiàn)1∶25萬DEM數(shù)據(jù)庫隨地形數(shù)據(jù)庫的相互關聯(lián)和局部插值更新。

3) DEM高保真插值。針對傳統(tǒng)不規(guī)則三角網(wǎng)插值的不足，以及地貌平坦和地貌破碎區(qū)域的DEM插值問題，設計矢柵混合的DEM高保真插值算法，在優(yōu)化完善矢量不規(guī)則三角網(wǎng)插值方法基礎上，全新設計柵格DEM插值方法，包括基于距離變換的DEM插值法、基于地形特征的DEM插值算法。前者能保證地形變化的遞變性和連續(xù)性，特別適用于地貌平坦、破碎地區(qū)；后者充分利用各種水文信息，適用于河渠豐富的地貌平坦、破碎地區(qū)。

三、主要技術特點

國家1∶25萬基礎地理信息數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新技術的設計與實踐主要有以下技術特點：

1) 跨尺度跨類型數(shù)據(jù)庫一體化建模：統(tǒng)籌設計1∶25萬數(shù)據(jù)庫的聯(lián)動模型與建模方法，實現(xiàn)跨尺度、跨類型的不同數(shù)據(jù)庫之間的協(xié)調統(tǒng)一和相互關聯(lián)，為跨尺度跨類型數(shù)據(jù)庫的增量聯(lián)動更新奠定基礎。

2) 不同數(shù)據(jù)庫間的聯(lián)動更新：通過多元聯(lián)動，建立不同數(shù)據(jù)庫之間的關聯(lián)關系，基于基礎數(shù)據(jù)庫快速聯(lián)動更新派生數(shù)據(jù)庫，顯著提高更新自動化程度和更新效率。

3) 要素級的增量式更新：摒棄版本式更新，采用增量式更新方式，在更新過程中標定更新變化信息，記錄更新狀態(tài)和更新時間等信息，僅對發(fā)生變化的要素進行更新、質檢、匯交、建庫，大大提高更新效率，也便于要素級多時態(tài)數(shù)據(jù)建庫與管理。

四、規(guī)?；こ虘?/p>

應用上述研究成果，國家測繪地理信息局于2012年啟動了1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新工作，兩年之內完成了1∶25萬地形數(shù)據(jù)庫的兩輪更新，還聯(lián)動更新了1∶25萬制圖數(shù)據(jù)庫、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫。

更新后的1∶25萬數(shù)據(jù)庫覆蓋全國范圍，數(shù)據(jù)庫類型完善、要素內容齊全、現(xiàn)勢性良好，成為共享性強、應用面廣、權威可靠的空間信息資源與載體，大幅提升了地理信息數(shù)據(jù)成果應用價值和測繪服務保障能力。

五、結束語

本文設計構建的1∶25萬數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新技術系統(tǒng)，支撐完成了1∶25萬數(shù)據(jù)庫的持續(xù)快速更新，初步實現(xiàn)了從單一數(shù)據(jù)庫更新向跨數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新的技術轉變，有效提升了國家級基礎地理信息更新能力，也為國家和省級之間基礎地理信息的聯(lián)動更新奠定了基礎。

目前，1∶25萬數(shù)據(jù)庫成果已先后提供給中央部委、各級政府、上百家單位，應用于資源調查、災害評估、文物保護、電子政務等方面，為國家經(jīng)濟建設各行各業(yè)的專業(yè)信息空間化整合提供了統(tǒng)一的空間信息平臺，有效滿足了國家建設發(fā)展及國防安全的迫切需要。

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中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)04-0001-04

通信作者：楊眉

作者簡介：劉建軍(1974—)，男，高級工程師，研究方向為國家基礎地理信息數(shù)據(jù)庫的建設、更新、管理。E-mail：liujianjun@ngcc.cn

收稿日期：2015-08-31

引文格式： 劉建軍，李雪梅，張元杰,等. 國家1∶25萬基礎地理信息數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新技術設計與工程應用[J].測繪通報，2016(4)：1-4.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0109.