鄭鳳姣，劉 琳，張 敏，何 偉

（1.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022）

基于維思時空地理信息處理平臺的1∶10 000地形圖更新

鄭鳳姣1，劉 琳1，張 敏1，何 偉1

（1.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022）

以武漢市1∶10 000數(shù)字地形圖更新項目為例，介紹了基于時空地理信息處理平臺的1∶10 000數(shù)字地形圖的更新方法與流程，并對更新過程中的多序可視化聯(lián)動更新進行了研究和探討，建立了完備的要素級1∶10 000時空地理信息數(shù)據(jù)庫。對項目成果進行了質(zhì)量檢查，成果滿足時空云平臺管理及規(guī)劃管理的需要。

數(shù)字地形圖；時空數(shù)據(jù)庫；多尺度；聯(lián)動更新；質(zhì)量控制

1∶10 000地形圖是武漢市國民經(jīng)濟建設(shè)、國土整治、資源開發(fā)、環(huán)境保護、防災(zāi)救災(zāi)、土地管理等的基礎(chǔ)資料。隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市布局、規(guī)劃管理的調(diào)整，以及城市信息化管理要求的變化，原有的1∶10 000地形圖在現(xiàn)勢性、要素內(nèi)容、數(shù)據(jù)的組織形式等方面均已無法滿足城市建設(shè)和管理的需要。同時，伴隨智慧城市的建設(shè)，建立時空地理信息數(shù)據(jù)庫已成為城市時空信息云平臺建設(shè)的核心、首要任務(wù)。為此，武漢市測繪研究院在“十二五”期間組織開展了武漢市1∶10 000數(shù)字地形圖要素更新及時空數(shù)據(jù)庫建庫工作。本文設(shè)計與實施了時空地理對象多序可視化表達，介紹了運用維思時空地理信息處理平臺更新1∶10 000數(shù)字地形圖的流程、方法和相關(guān)技術(shù)。

1 項目設(shè)計與實施

首先，需建立時空地理對象多序可視化表達的數(shù)學(xué)模型。時空地理對象多序可視化表達的模型是帶有時間維度的關(guān)于現(xiàn)實世界中地理實體及其相互間聯(lián)系的符號化一體表達，為描述時空地理對象的組織和設(shè)計時空地理對象結(jié)構(gòu)提供了基本方法。通過研究，武漢市測繪研究院建立了基于時間軸線和尺度軸線的時空DLG數(shù)據(jù)表達數(shù)學(xué)模型：SD={ID,Lx,y,z,SC,TS,TE,A,S}。其中：SD為多序時空數(shù)據(jù)；ID為多序時空數(shù)據(jù)的全局唯一標(biāo)識，與真實地理實體對應(yīng)；Lx,y,z為空間位置集合；SC為時空數(shù)據(jù)尺度集合；TS為地理實體的測取時間；TE為地理實體的移除時間；A為時空數(shù)據(jù)的屬性信息集合；S為空間數(shù)據(jù)相關(guān)語義信息集合。相對于空間信息模型，該模型最大的不同在于增加了時間信息，如圖1所示。

圖1 基于時間軸和尺度軸的多序表達示意圖

然后，對數(shù)據(jù)建庫、時空地理對象多序聯(lián)動處理平臺和生產(chǎn)流程進行設(shè)計與實現(xiàn)。時空地理對象多序聯(lián)動處理平臺主要實現(xiàn)不同時期時空地理信息的實時空間位置定格，以及靜態(tài)存儲和動態(tài)綜合相結(jié)合的連續(xù)時序表達；成功解決了圖形模式和數(shù)據(jù)庫模式互逆表達的時空地理對象一體化生產(chǎn)問題，能在數(shù)據(jù)更新的同時，實時完成數(shù)據(jù)綜合。

2 1∶10 000 DLG更新與時空數(shù)據(jù)庫建庫

本項目嚴格按照設(shè)計書及數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)要求，采取新的技術(shù)路線進行更新：首先收集最新的1∶2 000 DGN數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成AutoCAD ObjectData 的DWG庫數(shù)據(jù)，并套合原始1∶10 000地形圖數(shù)據(jù)，獲取更新內(nèi)容和變化區(qū)域；再將原始1∶10 000數(shù)據(jù)ArcGIS9.0的Geodatabase格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成AutoCAD ObjectData 的DWG庫數(shù)據(jù)，按照技術(shù)設(shè)計書要求，利用自主研發(fā)的維思時空地理信息處理平臺和多尺度動靜態(tài)結(jié)合的自動綜合技術(shù)，將變化區(qū)域的居民地、交通、水系、橋梁等主要地理信息要素的地理位置、形態(tài)和屬性，按照建庫規(guī)范進行數(shù)據(jù)編輯、更新，并錄入相關(guān)屬性信息；然后套合最新的1∶5 000衛(wèi)片數(shù)字正射影像圖，通過變化檢測確定主要交通要素、成片的居民地變化區(qū)域和變化地理要素，對變化要素進行更新，綜合收集相關(guān)資料，補充屬性信息，形成DWG庫數(shù)據(jù)，并對其進行幾何規(guī)范性檢查和要素屬性規(guī)范性檢查后入庫，獲得基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫；最后利用對應(yīng)定制的符號庫，通過程序?qū)鞌?shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換輸出為制圖數(shù)據(jù)成果，滿足各界用戶需求?？偟募夹g(shù)路線如圖2所示。

圖2 1∶10 000 DLG更新工藝流程圖

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

原有的1∶10 000數(shù)字地形圖更新工作是基于ArcGIS 9.0和AutoCAD平臺進行的，所以原始數(shù)據(jù)成果格式分別為MDB（庫）和DWG（圖）。為了將其轉(zhuǎn)到維思時空地理信息處理平臺進行更新，需對數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。利用FME程序開發(fā)的無損格式轉(zhuǎn)換軟件將原始1∶10 000 MDB庫數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)換成AutoCAD ObjectData庫數(shù)據(jù)，作為更新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；利用FME程序開發(fā)的格式轉(zhuǎn)換軟件將最新的1∶2 000 DGN地形圖數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)換成AutoCAD ObjectData庫數(shù)據(jù)，作為對比獲取更新區(qū)域和內(nèi)容的主要編繪數(shù)據(jù)資料。

2.2 獲取更新區(qū)域和內(nèi)容

在維思時空地理信息處理平臺，打開待更新的1∶10 000 DWG庫數(shù)據(jù)進行圖庫轉(zhuǎn)換，得到圖庫一體數(shù)據(jù)，套合對應(yīng)的1∶2 000時空數(shù)據(jù)，對比要素變化情況，獲取更新變化區(qū)域，并用相應(yīng)屬性的線劃繪制出更新區(qū)域范圍線。在更新過程中，需給新增或移除的要素賦上時間屬性，以便后期根據(jù)時間屬性篩選需要的信息。除此之外，可建立尺度綜合自適應(yīng)規(guī)則和數(shù)據(jù)綜合算子庫，等高線取舍、房屋綜合、高程取舍等可利用程序?qū)崿F(xiàn)1∶2 000 DWG庫文件到1∶10 000 DWG庫文件的自動縮編。

圖3 維思時空地理信息處理平臺界面

該平臺按照技術(shù)設(shè)計書、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及圖式要求，對變化區(qū)域的居民地、交通、水系、橋梁等地理信息要素的地理位置、形態(tài)和屬性進行1∶10 000數(shù)據(jù)綜合取舍和更新范圍內(nèi)要素的編輯、修改及更新。

2.3 利用衛(wèi)片資料更新

在利用1∶2 000數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)進行1∶10 000數(shù)字地形圖更新的基礎(chǔ)上，套合最新的1∶5 000衛(wèi)片數(shù)字正射影像圖，通過變化檢測確定主要交通要素、成片的居民地變化區(qū)域和變化地理要素，并對變化要素進行更新[1-2]。結(jié)合收集的其他相關(guān)資料，補充相應(yīng)的屬性信息。

2.4 庫數(shù)據(jù)編輯

根據(jù)《武漢市1∶10 000時空地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)方案》《武漢市系列比例尺地形圖時空數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求，對需追加到原始數(shù)據(jù)中的新增數(shù)據(jù)和信息進行數(shù)據(jù)編輯、建庫并制作元數(shù)據(jù)。

2.4.1 建庫數(shù)據(jù)的編輯原則

1）所有要素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都必須包含的屬性字段有要素編碼、要素名稱、測取時間、修測時間、要素GUID（唯一標(biāo)識碼）、測取人和修除人。

2）參照1∶2 000地形圖，對1∶10 000圖庫一體數(shù)據(jù)進行更新與編輯，根據(jù)設(shè)計書和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求進行拓撲處理，線應(yīng)連續(xù)，面應(yīng)封閉。

3）要素不能存在多余或遺漏；不能存在移位錯誤、節(jié)點錯誤、多邊形錯誤、采集方向錯誤等；不能位移地形圖的位置精度。

4）各種地物要素的編碼、幾何類型、名稱、分層等相關(guān)參數(shù)嚴格遵循《武漢市系列比例尺地形圖時空數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》。

5）按規(guī)定的要求將矢量數(shù)據(jù)進行嚴格分類，并對要求的屬性項進行賦值。

6）所有相鄰圖幅都需要接邊處理（位置接邊和屬性接邊）。

2.4.2 建庫數(shù)據(jù)編輯及屬性錄入

對于控制點、水系、道路、居民地、境界、植被等要素的庫數(shù)據(jù)編輯和屬性錄入，本項目設(shè)計書和建庫技術(shù)方案中都有明確規(guī)定。此外《武漢市系列比例尺地形圖時空數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》中也對各要素的拓撲處理、必填屬性信息等作了規(guī)定和說明，如湖泊、街區(qū)等面狀要素必須構(gòu)面處理，高速公路、國道、省道等需繪制道路中心線等。按照規(guī)定和要求，對更新變化要素進行編輯和處理。

更新后，各要素將被賦以特定的時間標(biāo)識，建立的數(shù)據(jù)庫中既存在歷史數(shù)據(jù)又存在現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。這種基于時間序列管理的歷史與現(xiàn)狀時空地理信息數(shù)據(jù)庫，能夠為智慧城市時空地理信息的分析和挖掘提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合云計算和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)，采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的模式，能夠為包括決策層領(lǐng)導(dǎo)、各部門管理人員和廣大社會公眾在內(nèi)的不同層次用戶提供感興趣的信息資源[3-5]。

2.5 制圖數(shù)據(jù)輸出

對圖庫一體數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查并修改，將檢查合格的數(shù)據(jù)分別輸出為庫數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)。對制圖數(shù)據(jù)進行符號化和圖面整飾，對圖形文件進行圖廓整飾，根據(jù)提示輸入相應(yīng)的圖廓整飾信息，即可得到符合標(biāo)準(zhǔn)的帶有圖廓的完整的制圖數(shù)據(jù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 時空DLG數(shù)據(jù)多序聯(lián)動處理平臺和檢查平臺

針對原有圖庫分離的數(shù)據(jù)特點，本文在“圖庫聯(lián)動、聯(lián)動更新”等方面進行了研究，在時空DLG數(shù)據(jù)多序可視化表達理論研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套時空DLG多序聯(lián)動處理平臺和檢查平臺，創(chuàng)新地實現(xiàn)了不同時期時空地理信息的實時空間位置定格，以及靜態(tài)存儲和動態(tài)綜合相結(jié)合的連續(xù)時序表達，成功解決了圖形模式和數(shù)據(jù)庫模式互逆表達的時空DLG數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)問題，能夠在數(shù)據(jù)采集與更新的同時，同步實現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合、屬性錄入、數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)檢查，實現(xiàn)了“先庫后圖、圖庫聯(lián)動、聯(lián)動更新”的技術(shù)轉(zhuǎn)型，推動了武漢市測繪研究院測繪生產(chǎn)模式的變革，提高了工作效率。

3.2 時空DLG數(shù)據(jù)多序組織的標(biāo)準(zhǔn)體系

在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，兼顧武漢市管理的應(yīng)用要求，突破傳統(tǒng)空間信息數(shù)據(jù)組織方式，建立了集幾何信息、符號信息和屬性信息于一體的多層系多關(guān)聯(lián)的時空地理信息數(shù)據(jù)模型；科學(xué)合理地確定屬性信息數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)種類和精度標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，制定了一套完整的基于多序數(shù)據(jù)組織的武漢市時空DLG數(shù)據(jù)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)體系。對于同一地理實體，在不同比例尺空間數(shù)據(jù)中賦以唯一的地理實體標(biāo)識和時間標(biāo)識，通過地理實體標(biāo)識實現(xiàn)與相關(guān)社會經(jīng)濟、自然資源信息的掛接，通過時間標(biāo)識實現(xiàn)與歷史版本的掛接[6]，實現(xiàn)了多尺度、多時相成果的對象化、網(wǎng)格化和信息化。該標(biāo)準(zhǔn)較國家標(biāo)準(zhǔn)擴充了近60%，新增和細化了近300 個地理要素對象，且在要素屬性信息中增加了時間屬性字段、特殊圖形表達屬性字段以及部分專題屬性字段，充實和完善了數(shù)據(jù)采集規(guī)則等內(nèi)容，減少了應(yīng)用過程中的轉(zhuǎn)換，有效地提高了工程成果的實用性。

3.3 多尺度時空DLG數(shù)據(jù)聯(lián)動生產(chǎn)更新機制

在項目實踐中，建立了完備的“四庫三聯(lián)”多尺度時空DLG數(shù)據(jù)聯(lián)動生產(chǎn)更新機制。其中，“四庫”為現(xiàn)勢庫（C）、歷史庫（H）、工作庫（T）和用戶庫（S）；“三 聯(lián)”為提取（E）、更新（U）、存儲（S）3類聯(lián)動更新操作（圖4）。

圖4 時空DLG 數(shù)據(jù)庫聯(lián)動更新作業(yè)模式流程圖

現(xiàn)勢庫存儲和管理現(xiàn)勢性較強的地理實體，歷史庫存儲更新后的時空歷史數(shù)據(jù)，工作庫臨時存儲更新過程中的過程數(shù)據(jù)，用戶庫主要用于存儲對外發(fā)布服務(wù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)。對應(yīng)現(xiàn)勢庫的各圖層，相應(yīng)地在工作庫中設(shè)計了3個聯(lián)動工作層，分別以E、U、S結(jié)尾命名。E層用于存儲從現(xiàn)勢庫中提取的對比數(shù)據(jù)；U層用于存儲從生產(chǎn)環(huán)節(jié)返回的更新數(shù)據(jù)；S層用于存儲從現(xiàn)勢庫中提取的接邊數(shù)據(jù)和更新處理的結(jié)果數(shù)據(jù)[7]。

3.4 “先庫后圖、圖庫聯(lián)動”的生產(chǎn)工藝流程

以O(shè)bjectData圖庫一體時空地理信息數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，圍繞“先庫后圖、圖庫聯(lián)動”，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，綜合利用空間定位與時間定格同步技術(shù)、數(shù)據(jù)更新與數(shù)據(jù)綜合同步技術(shù)、數(shù)據(jù)編輯與數(shù)據(jù)檢查同步技術(shù)，對時空地理信息數(shù)據(jù)庫進行更新以及對不同比例尺下的圖形數(shù)據(jù)進行綜合，實現(xiàn)時空地理信息建設(shè)的模型一體化、生產(chǎn)一體化、管理一體化、更新一體化以及產(chǎn)品一體化。具體流程如圖5所示。

圖5 作業(yè)流程設(shè)計圖

4 質(zhì)量控制

DLG的質(zhì)量決定了數(shù)字地形圖后續(xù)應(yīng)用的準(zhǔn)確性和可靠性。按照“方案—檢查—核對—定位—修改—評價”的空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模式，采取人機交互檢查、程序自動檢查和人工對照檢查的方式[8-9]，利用維思平臺檢查軟件，從圖形幾何關(guān)系檢查、入庫屬性字段檢查、交互核對、錯誤定位、編輯修改、質(zhì)量評價等環(huán)節(jié)，對數(shù)據(jù)進行檢查和質(zhì)量評價控制。同時加強對制圖數(shù)據(jù)及元數(shù)據(jù)的檢查，以滿足數(shù)據(jù)庫建庫和成圖的需要。

4.1 庫數(shù)據(jù)檢查

維思時空地理信息處理平臺中開發(fā)的數(shù)據(jù)檢查軟件（圖6）可對庫數(shù)據(jù)的投影參數(shù)、坐標(biāo)范圍、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致性、要素編碼、必填字段、字典型屬性正確性、有向點方向值、無向點方向值、重復(fù)數(shù)字化、幾何錯誤、等高線相交等項進行批量或單獨檢查。

批量圖庫檢查可對多幅庫數(shù)據(jù)（或圖庫一體數(shù)據(jù)）進行質(zhì)量檢查。檢查完成后，將自動生成一個記錄各圖文件名和上述對應(yīng)檢查錯誤數(shù)目的Excel表格，且表格會自動標(biāo)紅存在錯誤的記錄，這樣可以很直觀地看出整批數(shù)據(jù)的質(zhì)量情況。

圖庫檢查可針對存在數(shù)據(jù)錯誤的圖幅進行單獨檢查，檢查結(jié)果不僅有詳細的錯誤說明，而且還可定位到對應(yīng)的要素，以便及時修改。

圖6 維思2.0時空信息數(shù)據(jù)檢查平臺

另外，還要對庫數(shù)據(jù)進行接邊檢查。該軟件可對線狀、面狀要素進行接邊檢查，還能自動批處理一些簡單的接邊錯誤；較復(fù)雜的錯誤則需人工手動編輯。同時，將庫數(shù)據(jù)符號化后可發(fā)現(xiàn)，由于存在幾何或?qū)傩藻e誤，個別要素符號化不正確，這樣也可查出一些庫數(shù)據(jù)存在的問題。

4.2 制圖數(shù)據(jù)檢查

制圖數(shù)據(jù)的檢查主要通過人機交互和人工對照的方式進行，按照“圖式”及設(shè)計書的要求，其主要包括：要素的綜合取舍是否合理，更新的精度、接邊以及更新要素的銜接，檢查庫數(shù)據(jù)符號化輸出是否滿足制圖要求等。

4.3 文檔簿和元數(shù)據(jù)檢查

對檢查記錄及文檔簿填寫的完整性和正確性、元數(shù)據(jù)填寫的合理性、數(shù)據(jù)格式和結(jié)構(gòu)等進行嚴格檢查。

5 結(jié) 語

“十二五”期間，武漢市測繪研究院組織完成了武漢市主城區(qū)1∶500、全市域1∶2 000、1∶10 000系列比例尺基本圖的要素更新，實現(xiàn)了屬性與時空數(shù)據(jù)的一體化管理，并具有動態(tài)和增量式建立、維護不同尺度空間對象的能力，制定了武漢市時空地理對象多序組織的標(biāo)準(zhǔn)體系，研制了時空地理對象多序聯(lián)動處理平臺、系列比例尺地形圖縮編系統(tǒng)，建成了完備的“四庫三聯(lián)”多尺度時空地理對象生產(chǎn)與更新機制，能為智慧城市時空地理信息的分析和挖掘提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。形成的武漢市全市域要素級的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫成果，不僅能服務(wù)于區(qū)域規(guī)劃、國土資源管理和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面，也將為武漢市集成應(yīng)用的居民地、交通、水系、地貌等地理信息框架資源庫、城市基礎(chǔ)公益智庫提供良好的資源。

[1]聶愛香.1∶1萬DLG快速更新方法探討[J].經(jīng)緯天地, 2014(6):77-80

[2]張保鋼.城市大比例尺地形圖時空數(shù)據(jù)庫的建設(shè)[J].北京測繪,2005(1):25-28

[3]于峰.時空數(shù)據(jù)模型的研究及其在時空地圖可視化系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué),2003

[4]張山山.地理信息系統(tǒng)時空數(shù)據(jù)建模研究及應(yīng)用[D].成都:西南交通大學(xué),2001

[5]曹志月.時空數(shù)據(jù)模型的研究及其在時空地圖可視化系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].北京:中國科學(xué)院地理科學(xué)與自然資源研究所,2001

[6]應(yīng)荷香.基于地理實體編碼的多尺度表達空間數(shù)據(jù)聯(lián)動更新技術(shù)[J].測繪與空間地理信息,2012,35(7):41-43

[7]付仲良,吳建華.多比例尺空間數(shù)據(jù)庫更新技術(shù)研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版),2007(12):1 115-1 118

[8]劉會安.數(shù)字地形圖更新和質(zhì)量檢查方法研究[D].鄭州:信息工程大學(xué),2001

[9]鄭奇志,吳建軍,張江新.1∶1萬地形圖更新及建庫工作的開展與質(zhì)量控制[J].現(xiàn)代測繪,2010,33(6):35-36

P208

B

1672-4623（2017）07-0017-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.005

鄭鳳姣，正高職高級工程師，主要從事測繪管理與基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫研究工作。

2016-03-25。

項目來源：精密工程與工業(yè)測量國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金資助項目（PF2015-8）。