董彥君

（濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院，山東 濟(jì)南 250000）

自然資源調(diào)查工作的調(diào)查內(nèi)容包含的范圍更為廣泛，其中會(huì)涉及到水流、荒地、森林、灘涂、海洋等多種自然資源以及隨著季節(jié)或者年份在不斷變化的過程。因此需要借鑒國(guó)土調(diào)查以及各類專項(xiàng)自然資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、開發(fā)管理系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，表達(dá)各種自然資源的時(shí)空特點(diǎn)，構(gòu)建圖文一體化、三維一體化、時(shí)空一體化的自然資源管理信息系統(tǒng)。

1 自然資源信息治理現(xiàn)狀

自然資源信息化的要求就是輔助自然資源部門履行兩統(tǒng)一的職責(zé)、精細(xì)化管理自然資源，現(xiàn)階段的國(guó)土資源信息化數(shù)據(jù)管理模式已經(jīng)無法匹配于時(shí)代的進(jìn)步，存在一些問題有待處理：首先，針對(duì)于土地的地理信息測(cè)繪以及地質(zhì)和礦產(chǎn)信息資源的管理與儲(chǔ)存，由于數(shù)據(jù)內(nèi)容的格式以及要求沒有達(dá)到統(tǒng)一狀態(tài)，所以需要對(duì)儲(chǔ)存的方式以及管理模式進(jìn)行創(chuàng)新，這是由于自然資源管理需要構(gòu)建統(tǒng)一的管理模式，并且提前做好規(guī)劃，對(duì)于草木等多種信息，沒有構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理體系與其匹配。其次，納入自然資源部門管理的數(shù)據(jù)內(nèi)容不夠完整，圖形的屬性無法匹配等多種問題，導(dǎo)致土地和測(cè)繪以及多種數(shù)據(jù)內(nèi)容都沒有保持統(tǒng)一，無法及時(shí)運(yùn)用數(shù)據(jù)信息。最后，原來屬于規(guī)劃部門以及國(guó)土等多種測(cè)繪信息內(nèi)容存在著較大的差異性問題。在數(shù)據(jù)管理工作中沒有制定出統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模式進(jìn)行管理與維護(hù)。

2 自然資源信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體制構(gòu)建

依照于生態(tài)文明建設(shè)的實(shí)際需要和自然資源管理部門的實(shí)際需求，要對(duì)國(guó)土以及礦產(chǎn)和海洋等各種資源制定出統(tǒng)一的管理數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并且都?xì)w入在標(biāo)準(zhǔn)體制中。然后針對(duì)于一些已經(jīng)擁有的并且開始實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)，還是要繼續(xù)使用，與新的標(biāo)準(zhǔn)融合在一起，對(duì)于沒有構(gòu)建準(zhǔn)則的內(nèi)容也要及時(shí)制定準(zhǔn)則。確保數(shù)據(jù)整體的匯總更加準(zhǔn)確清晰，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的更新以及共享使用環(huán)節(jié)，從而有效地使數(shù)據(jù)得到規(guī)范的運(yùn)用，針對(duì)于多種數(shù)據(jù)內(nèi)容，制定出多元化的管理辦法，匹配自然資源數(shù)據(jù)管理的多個(gè)環(huán)節(jié)。

3 選擇、創(chuàng)新空間數(shù)據(jù)模型

立方體模型、基態(tài)修正模型、快照模型、時(shí)空組合模型等都屬于常見的時(shí)空模型。這些模型在記錄時(shí)空模型信息、表達(dá)方面都有側(cè)重點(diǎn)。綜合目前自然資源的信息特點(diǎn)，可以選擇基態(tài)修正模型建立三維自然資源時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)，基態(tài)修正模型的核心思想就是記錄時(shí)空對(duì)象的原始狀態(tài)，并且在后續(xù)的時(shí)間序列中記錄前一時(shí)刻發(fā)生變化的部分，將兩者疊加起來可以取得后繼時(shí)態(tài)版本，這個(gè)模型的數(shù)據(jù)記錄形式可以明顯減少數(shù)據(jù)出現(xiàn)冗余的情況，記錄對(duì)象在時(shí)間序列方面出現(xiàn)的變化。

通常二維矢量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存由于數(shù)據(jù)量不大，數(shù)據(jù)對(duì)象化以及編碼規(guī)則相對(duì)清晰，應(yīng)用基態(tài)修正模型就可以解決對(duì)象隨時(shí)間出現(xiàn)的變化。然而自然資源信息以三維表面、三維矢量、三維體元記錄以及儲(chǔ)存，會(huì)因?yàn)樯婕皵?shù)據(jù)量比較大、沒有明確的變動(dòng)對(duì)象問題，致使常規(guī)的基態(tài)修正模型隨著修正次數(shù)不斷增加，調(diào)取時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)存在動(dòng)態(tài)計(jì)算復(fù)雜度不斷變大的情況。為了解決上述問題，構(gòu)建自然資源的時(shí)空數(shù)據(jù)模型，應(yīng)用基態(tài)修正模型和快照模型相互結(jié)合的方法，根據(jù)一定時(shí)間間隔創(chuàng)建快照，以快照節(jié)點(diǎn)創(chuàng)設(shè)基線，然后變更數(shù)據(jù)再次基線的基礎(chǔ)上添加。在調(diào)取數(shù)據(jù)的時(shí)候，按照時(shí)間獲取最近的基線信息，然后結(jié)合變更數(shù)據(jù)將最后的結(jié)果還原出來。至于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，把三維實(shí)體和二維矢量數(shù)據(jù)的對(duì)象粒度統(tǒng)一、編碼當(dāng)成三維實(shí)體隨時(shí)相變化的時(shí)候，對(duì)比模型找出變更的內(nèi)容，根據(jù)三維體元的最小粒度儲(chǔ)存。那么柵格數(shù)據(jù)根據(jù)自然資源區(qū)塊范圍完成分割操作，同時(shí)不同類型區(qū)塊的柵格信息獨(dú)立記錄，變更的時(shí)候記錄變化的自然資源區(qū)塊柵格信息。

4 構(gòu)建三維自然資源數(shù)據(jù)資源體制

保持科學(xué)化與實(shí)用化的原則區(qū)對(duì)于數(shù)據(jù)資源目錄進(jìn)行構(gòu)建，還要考慮土地和國(guó)土空間規(guī)劃等多種自然資源的實(shí)際信息管理現(xiàn)狀，打造一個(gè)便利式的組織管理的數(shù)據(jù)信息目錄。

統(tǒng)一對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后針對(duì)于應(yīng)用的對(duì)象使用相應(yīng)的理論，保持?jǐn)?shù)據(jù)和應(yīng)用的分離原則，把空間圖元看做屬于國(guó)土空間的基礎(chǔ)信息內(nèi)容展開設(shè)計(jì)，主要包括了對(duì)于對(duì)象實(shí)體模型以及關(guān)系邏輯模型。完成統(tǒng)一對(duì)象的編碼以及概念模型設(shè)計(jì)之后，就可以針對(duì)于創(chuàng)建對(duì)象的空間以及時(shí)態(tài)和業(yè)務(wù)關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建，還需要考慮到對(duì)象的實(shí)際狀況以及規(guī)劃業(yè)務(wù)聯(lián)系。

大數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作需要研發(fā)中心首先擁有能夠儲(chǔ)存各種統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)資源，并且要支持文檔和視頻等多種格式。或者設(shè)計(jì)成邏輯較為集中但是物理分散的整體結(jié)構(gòu)，構(gòu)建三維立體的自然資源核心信息數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成數(shù)據(jù)資源體系中的不同數(shù)據(jù)載體。

對(duì)于數(shù)據(jù)開展數(shù)字化以及空間化處理的時(shí)候，數(shù)字化模式能夠替代紙質(zhì)，直接把紙質(zhì)文件的內(nèi)容掃描到數(shù)據(jù)模型里，把表格中的坐標(biāo)點(diǎn)變成GIS數(shù)據(jù)格式。依照數(shù)據(jù)質(zhì)量的統(tǒng)一規(guī)范對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要分為拓?fù)涮幚砗蛯傩蕴幚?。依照?shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)，還需要按照多版本數(shù)據(jù)的差異問題進(jìn)行沖突檢測(cè)，比如多版本的基礎(chǔ)信息整合。面對(duì)一些沒有模型庫(kù)或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變動(dòng)較大的，就需要按照數(shù)據(jù)內(nèi)容的統(tǒng)一規(guī)范要求構(gòu)建數(shù)據(jù)模型依照標(biāo)準(zhǔn)入庫(kù)。對(duì)于已經(jīng)建庫(kù)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且沒有較大變動(dòng)的數(shù)據(jù)資源，需要按照全新的要求進(jìn)行改造，然后歸入到三維立體自然資源數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理。

使用數(shù)據(jù)需要按照組裝前的五個(gè)步驟，構(gòu)建三維立體自然資源信息，然后再使用自然資源的應(yīng)用體系與其他行業(yè)部門進(jìn)行需求共享，根據(jù)需要整合，在脫密之后衍生形成對(duì)應(yīng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)，將其納入三維立體自然資源應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理。

5 創(chuàng)建自然資源數(shù)據(jù)索引

自然資源數(shù)據(jù)庫(kù)中需要擁有一套完整的索引體系給予支持，才可以應(yīng)用以及讀取大量的數(shù)據(jù)信息，除了常規(guī)數(shù)據(jù)屬性字段索引之外，還要和不同空間數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)相結(jié)合，創(chuàng)建時(shí)空索引?？臻g數(shù)據(jù)索引是指，二維數(shù)據(jù)應(yīng)用空間數(shù)據(jù)庫(kù)中常規(guī)的R-tree索引體系，應(yīng)用外包矩形的模式應(yīng)對(duì)點(diǎn)、線、面各種二維空間數(shù)據(jù)。其中大量點(diǎn)狀數(shù)據(jù)超過定量級(jí)別之后，單獨(dú)應(yīng)用GeoHash的編碼形式對(duì)格網(wǎng)進(jìn)行拆分，將其拆分成網(wǎng)格大小在2米的精細(xì)編碼，同時(shí)空間格網(wǎng)信息應(yīng)用32進(jìn)制數(shù)9位編碼的形式儲(chǔ)存在屬性字段中，應(yīng)用的時(shí)候可以應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)索引的形式快速提取格網(wǎng)信息資料，根據(jù)從左到右的編碼位數(shù)嚴(yán)格控制查詢格網(wǎng)的大小。一般情況下，三維數(shù)據(jù)分成兩種情況，很大一部分附著在地形表面的數(shù)據(jù)由于縱向的變化相較于整體空間區(qū)域比較小，應(yīng)用四叉樹索引就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速索引，同時(shí)可以節(jié)省資源。至于礦產(chǎn)以及水流資源可以應(yīng)用三維數(shù)據(jù)常規(guī)的八叉樹索引形式。接下來就是時(shí)相數(shù)據(jù)索引，由于充分考慮自然資源數(shù)據(jù)的更新特征以及時(shí)空數(shù)據(jù)模型下數(shù)據(jù)的調(diào)取形式，拆分?jǐn)?shù)據(jù)記錄日期，應(yīng)用整型字段記錄數(shù)據(jù)更新的年、月、日，同時(shí)分別創(chuàng)建數(shù)據(jù)索引。在數(shù)據(jù)根據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)設(shè)立基線之后需，就可以記錄整型的基線版本號(hào)在目前數(shù)據(jù)還有后期變更數(shù)據(jù)中，參考基線版本索引最后經(jīng)過日期以及基線版本形成多層次的時(shí)相數(shù)據(jù)索引。

6 自然資源數(shù)據(jù)更新以及維護(hù)體系

（1）創(chuàng)建自然資源三維立體大數(shù)據(jù)體系動(dòng)態(tài)更新體系。按照數(shù)據(jù)匯總的實(shí)際狀態(tài)，可以劃分為日常自然資源以及其他行業(yè)共享數(shù)據(jù)資源和物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)資源，地址勘測(cè)數(shù)據(jù)交匯以及創(chuàng)新數(shù)據(jù)交匯等等，確保觸發(fā)更新要求以后，在更新后的時(shí)間以及版本信息同步配置。現(xiàn)階段的時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)通常情況下有三種更新模式。第一種是定期更新，就是在相應(yīng)的時(shí)間范圍內(nèi)，對(duì)于整體時(shí)空數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行更新。第二種使程度更新，就是按照提前制定的變化率的閾值，在整體時(shí)空數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變率比閾值高的時(shí)候，進(jìn)行更新。第三種是增量的更新，需要在時(shí)空要素產(chǎn)生轉(zhuǎn)變后，更新整體的時(shí)空要素。并且增量更新在實(shí)際的運(yùn)用過程中，能夠進(jìn)行二次細(xì)分成為觸發(fā)時(shí)的增量更新，就是轉(zhuǎn)變過程中，被系統(tǒng)檢測(cè)到后自動(dòng)進(jìn)行增量更新，主要的變化累積式的增量更新的含義是說在已經(jīng)累積到一定程度之后，產(chǎn)生了變化要素，然后完成的增量更新。首先確保要素被檢測(cè)到的時(shí)候沒有發(fā)生較大的變化，在到達(dá)相應(yīng)的時(shí)間以后，更新已經(jīng)出現(xiàn)變化的要素增量。

（2）創(chuàng)建自然資源三維立體大數(shù)據(jù)體系聯(lián)動(dòng)更新體系。第一，在自然資源時(shí)空對(duì)象的整體業(yè)務(wù)聯(lián)系上，需要?jiǎng)?chuàng)新時(shí)空對(duì)象業(yè)務(wù)關(guān)系，并且構(gòu)建業(yè)務(wù)語義中的相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)的關(guān)系，比如宗地和界址點(diǎn)以及界址線這三者之間，就擁有較為密切的關(guān)聯(lián)，界址線和界址點(diǎn)能夠直接形成宗地，并且這三個(gè)要素中，只要有一個(gè)出現(xiàn)了變化，那么剩下的兩個(gè)也都會(huì)隨之出現(xiàn)變化，這三個(gè)要素的聯(lián)動(dòng)變化能夠形成十四種不同的方式。第二，多比例尺時(shí)空數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)在對(duì)于相應(yīng)的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)編碼后，就需要依照于不同的比例尺的實(shí)際要素，去創(chuàng)設(shè)同名要點(diǎn)的多比例尺的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。一般情況下是大比例尺的整體要點(diǎn)變化聯(lián)動(dòng)會(huì)帶領(lǐng)小比例尺的數(shù)據(jù)出現(xiàn)轉(zhuǎn)變。第三，行政階段的縱向數(shù)據(jù)創(chuàng)新與聯(lián)動(dòng)也需要滿足行政管理的實(shí)際需要，這樣的聯(lián)動(dòng)是通過上級(jí)部門下達(dá)的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)下級(jí)部門的相關(guān)數(shù)據(jù)資料出現(xiàn)變化，也可以是下級(jí)部門依照于上級(jí)的實(shí)際需要對(duì)于數(shù)據(jù)內(nèi)容展開分析與匯總，然后再運(yùn)用上級(jí)部門的檢測(cè)以及審核之后，再把數(shù)據(jù)直接更新到上級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。第四，在數(shù)據(jù)譜系關(guān)系的基礎(chǔ)之中，進(jìn)行的創(chuàng)新聯(lián)動(dòng)，能夠讓不同的自然資源專題運(yùn)用的衍生對(duì)象通過三維立體資源庫(kù)進(jìn)行融合和加工組成?；谥卫碜匀毁Y源信息數(shù)據(jù)中，還是要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)據(jù)譜系直接的聯(lián)系。

（3）創(chuàng)建自然資源三維立體大數(shù)據(jù)體系糾錯(cuò)體系。實(shí)踐過程中，還有一些沒有運(yùn)用正常檢測(cè)流程發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)語義方面的沖突，像在一些時(shí)空要素之中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)或者數(shù)據(jù)種類的誤差問題。而在數(shù)據(jù)印證上，因?yàn)橛泻芏嗟耐麑?duì)象，所以通過對(duì)同名對(duì)象之間的對(duì)比分析就能夠迅速發(fā)現(xiàn)其中存在的差異性，然后由數(shù)據(jù)管理員判斷這是不是誤差問題。整體系統(tǒng)都使用了數(shù)據(jù)印證規(guī)則庫(kù)的模式，對(duì)于印證的規(guī)律進(jìn)行了深入的總結(jié)，只要存在同名狀態(tài)，那么就需要把這些內(nèi)容匯總在一起，然后運(yùn)用監(jiān)聽系統(tǒng)，對(duì)于同名對(duì)象的準(zhǔn)確度進(jìn)行印證。

7 自然資源信息管理

在自然資源三維動(dòng)態(tài)信息儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)之后，需要一套數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件進(jìn)行管理以及展現(xiàn)，切實(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入以及導(dǎo)出，二、三維瀏覽、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)賦值、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、查詢統(tǒng)計(jì)等功能，科學(xué)有效地保障自然資源數(shù)據(jù)的正確性、完整性。把自然資源二維、三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件之后，除了常用的地理信息功能之外，還可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：把收集取得的專題按照規(guī)范轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變成符合數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)格式的二、三維自然資源數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理：對(duì)轉(zhuǎn)變后的自然資源數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖符號(hào)化、生成標(biāo)注數(shù)據(jù)、提取不一致信息、修改變更數(shù)據(jù)等，確保信息數(shù)據(jù)的規(guī)范化；自動(dòng)賦值：按照數(shù)據(jù)字典以及空間的關(guān)系對(duì)數(shù)值進(jìn)行屬性賦值，按照編碼規(guī)則自動(dòng)編號(hào)自然資源數(shù)據(jù)，和三維數(shù)據(jù)結(jié)合在一起計(jì)算登記單元以及區(qū)塊的面積。其計(jì)算的內(nèi)容包含著：地球橢球的面積以及表面積，同時(shí)按照三維數(shù)據(jù)計(jì)算自然資源體積儲(chǔ)量的信息；數(shù)據(jù)質(zhì)檢：就是對(duì)已經(jīng)擁有的成果數(shù)據(jù)信息進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)的檢查、檢查圖形數(shù)據(jù)、幾何精度，還有修改以及定位不符合要求的信息數(shù)據(jù)；成果輸出：可以進(jìn)行圖件成果輸出、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢、表格成果輸出、查詢結(jié)果輸出等等。

數(shù)據(jù)展現(xiàn)的形式是經(jīng)過空間的位置、匹配屬性信息，切實(shí)實(shí)現(xiàn)二、三維數(shù)據(jù)的一體化。這個(gè)模塊可以將DEM、DOM、帶有高程信息的DLG的三維成果信息用三維的場(chǎng)景呈現(xiàn)出來，還有把帶有屬性信息得二維矢量數(shù)據(jù)附著在三維的表面上，展示功能的時(shí)候，達(dá)到三維視窗數(shù)據(jù)管理的要求，還可以按照需要調(diào)取分析登記自然資源的三維信息。

8 結(jié)論

總而言之，自然資源空間信息系統(tǒng)可以完善、優(yōu)化、升級(jí)原有自然資源信息化的新高度，不同層次的自然資源行政管理部門還需要運(yùn)用一個(gè)成熟的信息化系統(tǒng)平臺(tái)，全方位多元化地對(duì)自然資源信息進(jìn)行管理，真正地使自然資源信息化能夠朝著更加現(xiàn)代化的方向不斷進(jìn)步，使數(shù)據(jù)的管理、創(chuàng)新與決策工作都能夠順利開展。