鄧吉秋，李晨菡，方青磊，路馥毓

(中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長沙，410083)

礦產(chǎn)資源利用現(xiàn)狀調(diào)查成果反映我國資源供應(yīng)能力和供應(yīng)趨勢，現(xiàn)階段成果數(shù)據(jù)多以MAPGIS與Access 數(shù)據(jù)庫格式存儲。地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)量大、存儲組織格式復(fù)雜等特點(diǎn)[1]，難以按通用方式進(jìn)行管理與更新，不利于礦產(chǎn)資源可持續(xù)發(fā)展[2]。礦產(chǎn)儲量圖更新類似于GIS地圖更新。FRITSCH等[3]認(rèn)為當(dāng)前GIS的核心已經(jīng)從數(shù)據(jù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)更新，數(shù)據(jù)更新關(guān)系著GIS的可持續(xù)發(fā)展，國內(nèi)外眾多學(xué)者對高效數(shù)據(jù)更新機(jī)制進(jìn)行了研究，并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)工作中。蔣捷等[4]提出了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫更新的若干關(guān)鍵技術(shù)問題，分別從更新策略、變化信息獲取、變化信息采集等方面進(jìn)行了論述；陳軍等[5]針對基礎(chǔ)地理信息動態(tài)更新技術(shù)體系，提出了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)“應(yīng)適時(shí)更新”的觀點(diǎn)。數(shù)據(jù)匹配與更新的前提是存在已有數(shù)據(jù)，其必然包含一定的先驗(yàn)知識，韓敏等[6]提出以GIS 數(shù)據(jù)為先驗(yàn)知識，對拐點(diǎn)位置進(jìn)行更新的矢量邊界更新方法；COBB 等[7]提出了一種基于知識的非空間屬性數(shù)據(jù)匹配策略；BAILLOEUL 等[8]基于GIS 數(shù)據(jù)提供的先驗(yàn)知識和數(shù)字表面模型的輸入，以衛(wèi)星圖像更新城市數(shù)字地圖。GIS數(shù)據(jù)包含一定的空間拓?fù)潢P(guān)系，可利用空間拓?fù)鋵?shù)據(jù)進(jìn)行更新；周曉光等[9]通過對地籍?dāng)?shù)據(jù)庫進(jìn)行研究，提出了一種表達(dá)不同地塊間空間拓?fù)潢P(guān)系的雙四元交模型；SUN 等[10]提出了一種基于空間位置和幾何特征唯一識別矢量地理對象的方法；張豐等[11]提出了一種基于時(shí)空過程的地籍?dāng)?shù)據(jù)更新模型，并根據(jù)時(shí)空對象的拓?fù)潢P(guān)系實(shí)現(xiàn)了地籍特征的回溯與更新。目前，對礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀調(diào)查成果數(shù)據(jù)庫更新方面的研究較少。吳曉萍[12]研究了四川省礦產(chǎn)資源利用現(xiàn)狀調(diào)查成果與儲量庫兩庫銜接的方法、關(guān)鍵技術(shù)與精度評價(jià)方法。與礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀調(diào)查成果有關(guān)的國土資源數(shù)據(jù)更新多采用人工為主的更新方式，林文忠[13]在制定更新方案和流程基礎(chǔ)上，對電子或矢量數(shù)據(jù)逐項(xiàng)進(jìn)行人工修改；楊輝山等[14]基于構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型建立“一縱一橫”的國土資源數(shù)據(jù)聯(lián)動更新機(jī)制；許揚(yáng)[15]利用“3S”集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)國土資源數(shù)據(jù)更新；唐權(quán)等[16]在理論上對空間數(shù)據(jù)更新進(jìn)行探討，但未能形成可實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)。盡管空間數(shù)據(jù)更新理論研究與技術(shù)開發(fā)得到較大發(fā)展，但現(xiàn)有研究與實(shí)踐主要是針對基礎(chǔ)地理信息、土地資源等基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)，對專業(yè)性程度較高的礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)更新尤其是數(shù)據(jù)生產(chǎn)與管理相分離模式下的數(shù)據(jù)更新仍無有效解決方法[17-24]。為此，本文作者結(jié)合先驗(yàn)知識與空間拓?fù)鋵ΦV產(chǎn)圖儲量數(shù)據(jù)進(jìn)行智能匹配與更新，以便提高工作效率，降低更新成本。

1 礦產(chǎn)圖儲量數(shù)據(jù)特征及其更新思路

1.1 礦產(chǎn)圖儲量數(shù)據(jù)內(nèi)容與特征

礦產(chǎn)圖儲量數(shù)據(jù)在不同國家或地區(qū)、不同部門有其固有內(nèi)容與特征，其內(nèi)容與表達(dá)形式隱含了專業(yè)領(lǐng)域范圍的先驗(yàn)知識，從中提取具體構(gòu)成與形式是設(shè)計(jì)更新技術(shù)路線與方法的前提，對其進(jìn)行深入分析是礦產(chǎn)圖儲量數(shù)據(jù)更新的關(guān)鍵。

1.1.1 數(shù)據(jù)內(nèi)容與整體特征

在我國，礦產(chǎn)儲量數(shù)據(jù)一般由基層礦山或礦業(yè)公司采用MapGIS軟件處理，其礦產(chǎn)資源利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)在未統(tǒng)一入庫處理前，多基于文件系統(tǒng)以礦區(qū)為單位進(jìn)行管理。每個礦區(qū)的所有數(shù)據(jù)單獨(dú)存儲至1個獨(dú)立目錄，并按其專題與種類分別存儲至不同子目錄。數(shù)據(jù)可分為空間圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)以及少量文檔數(shù)據(jù)(如報(bào)告文件、說明文件)，其中礦產(chǎn)圖儲量數(shù)據(jù)涉及其中部分的圖形數(shù)據(jù)及其相關(guān)屬性數(shù)據(jù)(圖1 中最右邊框內(nèi)容是與儲量相關(guān)的數(shù)據(jù)文件)。

1.1.2 礦產(chǎn)圖儲量圖形數(shù)據(jù)

圖1 文件存儲組織格式Fig.1 Format of file storage organization format

儲量圖形數(shù)據(jù)為基于MapGIS 格式的地圖文件，一般包括工程文件(即地圖文檔)及所包含的圖層文件。地圖文件的組織分為2種：一種是數(shù)據(jù)按類別(如地層、斷層等)與實(shí)體類型(點(diǎn)、線、面、注記)被分成多個圖層，不同類別與實(shí)體類型的要素?cái)?shù)據(jù)根據(jù)相應(yīng)分類被存儲在不同圖層，如塊段圖層、注記圓圖層、圖例圖層等；另一種是僅按實(shí)體類型分點(diǎn)、線、面、注記4個圖層，每個實(shí)體類型圖層文件中包含所有可能的類別，如線圖層中包含地層界線、斷層線、標(biāo)注線、圖框等。MapGIS圖形數(shù)據(jù)一般未建立空間拓?fù)潢P(guān)系，線存在過頭、未連接等現(xiàn)象，多邊形存在未封閉、重疊等問題。

儲量塊段及其注記圓是儲量圖形的主要要素。儲量塊段在圖層中是一個具有一定面積的不規(guī)則多邊形，塊段數(shù)據(jù)記錄了礦塊儲量的相關(guān)信息，塊段多邊形內(nèi)中會出現(xiàn)注記圓(當(dāng)多邊形內(nèi)部空間不夠時(shí)亦可能出現(xiàn)在多邊形外)、文本標(biāo)簽(記錄塊段名稱或編號)等。注記圓被圓中直線分割成多個子塊，每個子塊內(nèi)由1個標(biāo)注信息記錄對應(yīng)儲量塊段的某個屬性信息，如圖2所示對應(yīng)關(guān)系。注記圓的組成也分2種情形：一種是線模式，由一系列線要素組成，圓形區(qū)域中線要素將圓形區(qū)域從形式上分割為若干子塊；另一種是注記圓整體是1個子圖，該子圖以點(diǎn)的符號形式存儲，子圖的構(gòu)成與線模式一致。圖件中一般存在對注記圓分塊進(jìn)行說明的圖例圓，圖例圓存在于圖件圖例部分中(見2(b))。圖例圓也是1 個被分割成多塊的圓形區(qū)域，圖例圓的組成有與注記圓相似的2 種情形(線分割和子圖)。圖例圓中被分割的每個子塊上注記1 個數(shù)字編號(AnnoID)，并在圖例圓右側(cè)有編碼說明，每個編碼子塊均對應(yīng)一個儲量塊段的屬性。在1個地圖文檔中注記圓與圖例圓的子塊分割模式相同，注記圓中每個子塊的注記對應(yīng)于圖例圓子塊編碼指示即儲量塊段屬性。

每個注記圓均與1個塊段對應(yīng)，一般注記圓與對應(yīng)塊段在空間上是最臨近的(與其他塊段的距離更遠(yuǎn))；注記圓可能在塊段多邊形內(nèi)部，否則會有1條引線將注記圓與其對應(yīng)的塊段相連接，此引線會同時(shí)跨越對應(yīng)塊段的邊界與注記圓外接矩形的邊界；也有可能注記圓最近的塊段與此注記圓無引線連接；此外，注記圓的第1或第2個子塊記錄對應(yīng)塊段編號。

1.1.3 礦產(chǎn)圖儲量屬性數(shù)據(jù)

具體礦種或金屬的儲量信息存儲有2 種形式：一種是在圖形數(shù)據(jù)中以儲量塊段注記形式存儲具體塊段某種礦種或金屬的儲量，另一種是在Access數(shù)據(jù)庫中以屬性表存儲。Access數(shù)據(jù)庫針對不同數(shù)據(jù)類型設(shè)計(jì)不同的屬性表，主要包括儲量塊段表、塊段新舊編碼對照表、礦種/金屬儲量表等，各表之間通過主鍵關(guān)聯(lián)。

所有礦產(chǎn)圖儲量數(shù)據(jù)的內(nèi)容、形式與特征均可作為智能數(shù)據(jù)匹配與更新的先驗(yàn)知識與空間拓?fù)淇刂茰?zhǔn)則。

圖2 注記圓與圖例圓Fig.2 Annotation circle and legend circle

1.2 礦產(chǎn)圖儲量數(shù)據(jù)智能匹配、更新整體思路及方法

更新時(shí)，先對文件系統(tǒng)下的原始目錄與新目錄按照礦區(qū)進(jìn)行匹配，并遍歷不同礦區(qū)下的新、舊目錄，以其大小和時(shí)間為依據(jù)進(jìn)行變化檢測[25]。對于發(fā)生變化的礦區(qū)目錄，遞歸該目錄下的子目錄及文件，對其變化進(jìn)行檢測，直至識別出變化的文件及其類型為止。

文件的更新有2種情形：一種是對文件及目錄進(jìn)行整體更新，此類情形一般較少出現(xiàn)，只需用新文件替換舊文件或者用新礦區(qū)目錄替換舊礦區(qū)目錄即可實(shí)現(xiàn)更新；另一種是對文件進(jìn)行局部增量更新，其中儲量數(shù)據(jù)更新主要是對此類文件中注記圓與塊段進(jìn)行更新。

增量更新先檢測文件是否根據(jù)數(shù)據(jù)類別與實(shí)體類型分為多個圖層，之后遍歷文件各圖層，根據(jù)空間位置及特征識別并提取出圖例圓、注記圓及儲量塊段，將圖例圓與其相對應(yīng)的注記圓匹配，根據(jù)兩者的坐標(biāo)偏移量提取注記圓中的標(biāo)注信息，根據(jù)規(guī)則對新舊注記圓、新舊塊段以及注記圓與塊段進(jìn)行匹配，最終對塊段儲量信息進(jìn)行更新。塊段儲量信息更新包括對Access 屬性表更新、注記圓更新以及塊段圖形更新，更新思路流程如圖3所示。

2 基于制圖規(guī)則與空間拓?fù)涞膬α繑?shù)據(jù)智能匹配與更新

在文件系統(tǒng)中，礦區(qū)目錄包含該礦區(qū)所有數(shù)據(jù)文件，分別設(shè)某礦區(qū)原始目錄與新目錄為Ms={ms1,ms2,…,msn}，Mp={mp1,mp2,…,mpn}，礦區(qū)目錄中圖形文件所包含的圖層集合設(shè)為C ={c1,c2,…,cu}，儲量塊段集合、注記圓集合分別用B ={b1,b2,…,bn}和N ={n1,n2,…,nr}表示。其中，每個注記圓子塊集合為S ={s1,s2,…,sm}，子塊內(nèi)的標(biāo)注信息集合為T ={t1,t2,…,tm}。此外，N 中每個注記圓均對應(yīng)1個標(biāo)注字典，以子塊編號為字典的鍵，對應(yīng)的標(biāo)注信息為字典的值。對于屬性文件，該礦區(qū)的屬性表集合為Z ={z1,z2,…,zx}，每張表中所包含的屬性名集合為P ={p1,p2,…,py}。

2.1 新舊礦產(chǎn)儲量文件智能匹配

將新舊文件進(jìn)行正確匹配是后續(xù)數(shù)據(jù)更新操作的基礎(chǔ)，步驟如下。

1)遍歷原始目錄Ms中文件，其中Msi為Ms中任意文件。

2) 遍歷新目錄Mp中文件，其中Mpi為Mp中任意文件，以文件名作為匹配依據(jù)。若msi與mpi的文件名匹配，則msi與mpi匹配成功。

3)若Mp中沒有與msi文件名匹配的文件，則以文件類型為依據(jù)；若msi和mpi分別為Ms與Mp中同類型單一文件，則msi與mpi匹配成功。

4)重復(fù)步驟2)和3)，若新目錄中沒有與msi匹配的文件，則msi未能實(shí)現(xiàn)匹配。

5)重復(fù)步驟1)至4)，實(shí)現(xiàn)新舊文件的匹配。

2.2 基于制圖規(guī)則的單一圖件儲量注記圓、儲量塊段多邊形智能發(fā)現(xiàn)

圖3 更新思路流程圖Fig.3 Flow chart of update idea

由于圖形數(shù)據(jù)種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且一般未建立空間拓?fù)潢P(guān)系，因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)識別前，需將圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、坐標(biāo)變換、拓?fù)錂z查等，之后通過識別要素圖層對要素進(jìn)行識別。

1)計(jì)算文件中圖層數(shù)量card(C)。

2)若card(C)＞4，則文件數(shù)據(jù)按類別與實(shí)體類型被分成多個圖層，遍歷各個圖層，根據(jù)圖層的命名規(guī)則識別要素所在圖層(塊段一般出現(xiàn)在圖層名包含“塊段”字符串的圖層中，圖例圓出現(xiàn)在圖層名包含“圖例”字符串的圖層中)，直接從相關(guān)的圖層中識別出塊段集合與圖例圓。

3) 若card(C)=4，圖層集合為C ={c1,c2,c3,c4}，則根據(jù)要素類型確定其所在圖層，遍歷圖層中每一個要素，根據(jù)儲量塊段以及圖例圓的特征判斷各要素，識別出塊段集合與圖例圓。

4)由于注記圓與圖例圓的子塊分割模式相同，根據(jù)相同的分割模式，識別出圖例圓對應(yīng)的注記圓集合。最后，通過注記圓與塊段的空間關(guān)系與對應(yīng)規(guī)則，對所有注記圓與塊段進(jìn)行匹配。

2.3 新舊礦產(chǎn)圖儲量注記圓、儲量塊段多邊形智能匹配與更新

2.3.1 新舊注記圓的智能匹配與更新

在進(jìn)行匹配與更新前，需要將新數(shù)據(jù)根據(jù)原始數(shù)據(jù)坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)變換。此外，注記圓與圖例圓由線或點(diǎn)要素組成，需要對它們進(jìn)行拓?fù)錁?gòu)面再進(jìn)行提取。拓?fù)錁?gòu)面過程如下：遍歷圖例圓子圖和注記圓集合中的注記圓，得到組成圖例圓或注記圓的各個要素?cái)?shù)據(jù)，將此部分?jǐn)?shù)據(jù)提取出來存儲至臨時(shí)數(shù)據(jù)庫；若圖例圓或注記圓以子圖形式組成，則根據(jù)提取的要素構(gòu)建圖例圓或注記圓數(shù)據(jù)；對提取的要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及拓?fù)錂z查，最后將生成具有拓?fù)潢P(guān)系的面。提取的圖例圓與注記圓集合分別D 和N，即為所需的匹配數(shù)據(jù)。

根據(jù)相同子圖定位，將提取的新舊注記圓進(jìn)行匹配，提取標(biāo)注信息后，通過建立關(guān)系字典將新舊標(biāo)注信息進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)注記圓的更新。具體更新步驟如下。

1) 遍歷原始文件中注記圓集合Ns={ns1,ns2,…,nsr}，nsi為Ns中任意注記圓。

2) 遍歷新文件中注記圓集合 Np={np1,np2,…,npr}，npi為Np中任意注記圓，計(jì)算

式中：d()為距離計(jì)算函數(shù)。若t＜dt(其中，dt為新舊注記圓相匹配時(shí)它們之間距離的閾值)，則認(rèn)為原始注記圓nsi與新注記圓npi相匹配，以此實(shí)現(xiàn)新舊注記圓的匹配。

3)計(jì)算原始數(shù)據(jù)中圖例圓D 與注記圓的坐標(biāo)偏移量(圓心間距離)：

式中：Ox和Oy分別為x 和y 方向的偏移量；(Dx和Dy)為D 圓心坐標(biāo)；(nsi,x,nsi,y)為注記圓nsi圓心坐標(biāo)。

4)將D的外包矩形R根據(jù)坐標(biāo)偏移量移動，并計(jì)算其所在區(qū)域范圍：

5) 遍歷注記圓nsi中的所有子塊S，若Sj在R中，則提取Sj中標(biāo)注信息tsj,查詢新舊注記圓對應(yīng)的標(biāo)注字典，得到對應(yīng)的新標(biāo)注信息，記為tpj，因此，tsj與tpj相匹配，實(shí)現(xiàn)新舊標(biāo)注信息的匹配。

6)用新注記信息tpj替換舊注記信息tsj，并將其填至原始注記圓對應(yīng)的子塊中。

7) 重復(fù)步驟5)和6)，將注記圓中所有標(biāo)注信息替換，實(shí)現(xiàn)注記圓nsi更新。

8)重復(fù)步驟1)至7)，完成所有注記圓的更新。

記原始標(biāo)注信息集合為Ts={ts1,ts2,…,tsm}，新標(biāo)注信息集合為Tp={tp1,tp2,…,tpm}，由于新舊標(biāo)注信息已實(shí)現(xiàn)匹配，因此，兩者存在映射關(guān)系Ts→Tp，將映射關(guān)系寫至標(biāo)注項(xiàng)關(guān)系字典中(見表1)。當(dāng)字典中映射關(guān)系覆蓋所有新舊標(biāo)注信息時(shí)，新舊標(biāo)注信息匹配可直接通過查找標(biāo)注項(xiàng)關(guān)系字典實(shí)現(xiàn)。與表1對應(yīng)的某個實(shí)例礦產(chǎn)圖的新舊圖例圓及其編碼說明見圖4。

2.3.2 新舊塊狀多邊形的匹配與更新

首先遍歷塊段集合，判斷每個塊段要素的面積是否大于閾值at(一般為10)，若是，則對該儲量塊段進(jìn)行提取，并其加至塊段集合B；之后對提取的新舊塊段進(jìn)行匹配，采用GIS空間疊加分析的方法，通過計(jì)算面積比權(quán)值構(gòu)建關(guān)系決策樹，實(shí)現(xiàn)新舊數(shù)據(jù)的匹配，具體步驟如下。

1)將新舊數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，如圖5(a)所示。

2) 遍歷原始塊段的集合Bs={bs1,bs2,…,bsn}，其中，bsi為Bs中任意塊段。

圖4 新舊圖例圓及其說明Fig.4 New and old legend circle and its description

圖5 疊加分析與關(guān)系決策樹Fig.5 Overlay analysis and relation decision tree

3)遍歷新文件中塊段集合Bp={bp1,bp2,…,bpn}，bpi為Bp中任意塊段，并計(jì)算原始塊段與新塊段重疊部分在原始塊段中所占面積比v為

式中：boi為bsi與bpi相交部分；A( )為面積計(jì)算函數(shù)。

若v＞vt(vt為面積比閾值，一般設(shè)為0.1)，則認(rèn)為新塊段bpi與原始塊段bsi相交。

4)重復(fù)步驟3)，找出所有與原始塊段bsi相交的新塊段。

5) 重復(fù)步驟2)至4)，找出所有原始塊段與新塊段的對應(yīng)關(guān)系(存在一對多、多對一、多對多、一對一關(guān)系)，將所有對應(yīng)關(guān)系均拆分為1 個原始塊段對應(yīng)1 個新塊段的映射關(guān)系f:bsi→bpi，建立映射關(guān)系集F ={f1,f2,…,ft}。

6)遍歷F，計(jì)算綜合面積比權(quán)值：

式中：bsj為原始塊段；bpj為與之一一對應(yīng)的新塊段，因此，存在映射fj:bsj→bpj；boj為bsj與bpj重疊部分。

7) 若u＞100%，則將fj:bsj→bpj及比例構(gòu)成寫至關(guān)系決策樹，如圖5(b)所示。

8) 重復(fù)步驟6)和7)，將所有映射關(guān)系均寫至關(guān)系決策樹。遍歷決策樹每個節(jié)點(diǎn)，確定塊段之間對應(yīng)關(guān)系：

①若原始數(shù)據(jù)中多個塊段對應(yīng)新數(shù)據(jù)中的同一個塊段，則認(rèn)為此多個塊段被合并成1 個新塊段，如圖5(b)中塊段A與塊段C在新數(shù)據(jù)中合并為塊段E。

②若原始數(shù)據(jù)中某個塊段對應(yīng)新數(shù)據(jù)中多個塊段，則認(rèn)為該塊段被分割，如圖5(b)中塊段B在新數(shù)據(jù)中被分割為塊段G與塊段K；

③若塊段邊界發(fā)生變化且面積增加，則認(rèn)為塊段發(fā)生外延。

④若疊加后若塊段的邊界變化不是十分明顯且面積變化不大，則認(rèn)為該塊段沒有變化，如圖5(b)中塊段D與塊段H。

⑤若塊段的儲量類型變?yōu)椴煽?，則需對塊段進(jìn)行采空區(qū)標(biāo)記，以便于后續(xù)更新。

塊段多邊形圖形的更新基于增量更新、采取“挖補(bǔ)”[26]的更新技術(shù)?！巴谘a(bǔ)”指從舊數(shù)據(jù)中“挖”出已顯著變化部分，根據(jù)變化部分從新數(shù)據(jù)中提取對應(yīng)數(shù)據(jù)，再將提取的新數(shù)據(jù)“補(bǔ)”回原始數(shù)據(jù)。其中，對于塊段儲量類型變?yōu)椴煽諈^(qū)的情形，根據(jù)塊段采空區(qū)標(biāo)記，在更新圖層數(shù)據(jù)文件時(shí)，同步更新圖層文件中的采空區(qū)文件圖層，核查塊段圖層和儲量類型圖層。

2.4 儲量屬性數(shù)據(jù)的更新

1)對于在Access 數(shù)據(jù)庫中以屬性表存儲的屬性數(shù)據(jù)，遍歷屬性表集合Z，利用數(shù)據(jù)庫的事務(wù)機(jī)制對屬性表zi進(jìn)行更新。在更新過程中，錄入相關(guān)更新信息，如更新時(shí)間、更新原因、負(fù)責(zé)人操作員等信息，便于更新后的質(zhì)檢工作。

2)對于以儲量塊段注記形式存儲的屬性數(shù)據(jù)，記其屬性名為pi，匹配其所在的儲量塊段bi，并找到bi所對應(yīng)的屬性表zi，表中屬性名集合為P。若pi∈P，則將pi對應(yīng)屬性值用該屬性數(shù)據(jù)替換，否則，將pi添加至入P，并將該屬性數(shù)據(jù)寫至pi對應(yīng)屬性字段。

3 礦產(chǎn)資源利用現(xiàn)狀調(diào)查儲量數(shù)據(jù)智能匹配與更新技術(shù)實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用全國礦產(chǎn)資源利用現(xiàn)狀普查成果中的部分湖南省礦區(qū)數(shù)據(jù)，新儲量成果數(shù)據(jù)由基礎(chǔ)單位(如礦山等)基于往年全國礦產(chǎn)資源利用現(xiàn)狀普查成果進(jìn)行更新而來，或者來自于新開采礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)。

3.2 原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

原型系統(tǒng)包括GIS 基礎(chǔ)功能模塊(包含圖形編輯、屬性編輯、查詢等)、文件數(shù)據(jù)更新模塊(包含文本數(shù)據(jù)更新、圖片數(shù)據(jù)更新、圖層文件更新等)、圖形數(shù)據(jù)更新模塊(包含幾何圖形更新、注記圓更新、標(biāo)注更新等)與屬性表數(shù)據(jù)更新模塊。

系統(tǒng)主界面主要分為菜單欄、工具欄、原始圖層管理區(qū)、新圖層管理區(qū)、原始地圖顯示區(qū)、新地圖顯示區(qū)、結(jié)果顯示區(qū)、狀態(tài)欄等多個部分，可實(shí)現(xiàn)新舊數(shù)據(jù)對比顯示。子界面整體以文件列表的式對文件數(shù)據(jù)進(jìn)行管理展示，分為工程文件管理區(qū)域與數(shù)據(jù)顯示區(qū)域，可對MPJ文件、Access文件以及附件文件進(jìn)行管理與顯示。

3.3 更新過程與效果

以東崗山礦區(qū)儲量數(shù)據(jù)更新為例，在系統(tǒng)中打開匹配的新舊工程文件，識別文件中新舊注記圓及塊段，并進(jìn)行匹配。圖6所示為某個匹配的新舊儲量塊段及其對應(yīng)的注記圓，左側(cè)為原始圖形數(shù)據(jù)，右側(cè)為新圖形數(shù)據(jù)。通過自動比對可見：新舊注記圓的分割方式及圓中的標(biāo)注數(shù)據(jù)有差異，塊段形狀及其塊段多邊形中文本標(biāo)簽亦不同。

對注記圓中標(biāo)注信息進(jìn)行匹配，圖7所示為新舊注記圓中標(biāo)注信息的對應(yīng)關(guān)系。通過自動比對可見：新舊標(biāo)注信息不相同，Access 屬性表中新舊字段名及屬性值亦不等同。

最后，將匹配后的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。圖8所示為數(shù)據(jù)更新前后對照圖，經(jīng)人工核實(shí)與對比發(fā)現(xiàn)：更新后注記圓中標(biāo)注信息發(fā)生改變，即其對應(yīng)塊段屬性發(fā)生變化，如注記圓中第2個子塊對應(yīng)塊段的屬性由儲量類型變?yōu)橘Y源儲量類別，值由‘122b’變?yōu)椤煽铡送鈮K段的外形與文本標(biāo)簽亦發(fā)生變化。

圖6 更新前新舊注記圓Fig.6 New and old annotation circle before update

圖7 標(biāo)注信息的匹配Fig.7 Matching of label information

圖8 更新前后對照效果Fig.8 Comparison effect before and after update

此外，系統(tǒng)也能檢查出原始新舊數(shù)據(jù)中存在的注記與屬性表不匹配的問題。通過圖7中的2個對照表可查看新舊對照關(guān)系及注記與數(shù)據(jù)庫的對應(yīng)關(guān)系，通過界面直接定位其所對應(yīng)注記圓中的標(biāo)注信息，為數(shù)據(jù)檢查提供便利。但系統(tǒng)仍存在一些不足之處，如由于目錄命名的隨意性很難形成統(tǒng)一規(guī)則，目錄的匹配暫未實(shí)現(xiàn)，新舊目錄需人為指定等。

3.4 算法分析

通過理論分析，儲量塊段及注記圓的自動匹配與更新算法的時(shí)間復(fù)雜度均為O(n2)，空間復(fù)雜度均為O(1)，從理論上驗(yàn)證了該算法對于數(shù)據(jù)更新切實(shí)可行，且在一定程度上提高了更新效率。以東崗山礦區(qū)的儲量數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別利用原型系統(tǒng)以及人工方法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新實(shí)驗(yàn)。

1) 采用人工方法，要求操作人員非常熟悉MapGIS軟件操作，熟悉儲量數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及表之間的關(guān)系，熟練操作人員需要2個工作日才能完成各種圖形及屬性信息的更新與核對。

2)采用原型系統(tǒng)，操作人員在10 min 之內(nèi)可以完成數(shù)據(jù)的更新與核對。

實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果表明：自動更新算法大大節(jié)省了時(shí)間，證明自動更新算法對更新效率的提升有很大作用。自動更新算法結(jié)果與人工更新結(jié)果完全一致，證明自動更新算法具有通用性與可靠性。

但自動更新算法依然存在不足，圖層類別的識別依賴于文件名，若圖形文件文件名上沒有圖例、注記等字樣，則需對算法進(jìn)一步優(yōu)化，將更多的先驗(yàn)知識與規(guī)則納入算法。

4 結(jié)論

1)針對礦產(chǎn)圖儲量數(shù)據(jù)更新，提出了一種基于先驗(yàn)知識與空間拓?fù)涞膬α繑?shù)據(jù)匹配與更新方法，對其中注記圓與儲量塊段的識別、匹配與更新等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)、開發(fā)了自動更新系統(tǒng)。

2)基于全國礦產(chǎn)資源利用現(xiàn)狀普查成果實(shí)現(xiàn)了對其中儲量數(shù)據(jù)的更新，更新效果良好，提高了數(shù)據(jù)更新的工作效率與精度，說明該方法與系統(tǒng)具有通用性與可靠性，對礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)的更新具有重要的指導(dǎo)與現(xiàn)實(shí)意義。

3)現(xiàn)階段所實(shí)現(xiàn)的效果仍存在一些不足之處，如由于MapGIS數(shù)據(jù)規(guī)范性差，會出現(xiàn)標(biāo)注數(shù)據(jù)缺失、屬性數(shù)據(jù)與圖形要素不匹配等情況，從而導(dǎo)致一些數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)自動化匹配與更新，因此，后續(xù)工作需對圖形數(shù)據(jù)識別與匹配進(jìn)行優(yōu)化。