何純芳

(甘肅省地圖院，甘肅 蘭州 730000)

1 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，各行業(yè)、領(lǐng)域?qū)A(chǔ)地理信息的應(yīng)用需求呈加速態(tài)勢(shì)，需要內(nèi)容更豐富、應(yīng)用更高效的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)?；A(chǔ)測(cè)繪是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、國(guó)防建設(shè)和科學(xué)研究的基礎(chǔ)性工作，是基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)獲取的重要途徑[1]?，F(xiàn)階段省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品的主要形式仍然以 1∶10 000 4D產(chǎn)品為主，其中，DLG產(chǎn)品是生產(chǎn)流程最復(fù)雜、需求量最大的產(chǎn)品[2]。當(dāng)前DLG數(shù)據(jù)更新的主要作業(yè)方式為基于測(cè)區(qū)的全要素批次更新模式，這對(duì)于全要素更新或者變化量較大的更新，從作業(yè)效率方面分析較為適用。但對(duì)于少量要素更新、要素級(jí)更新以及準(zhǔn)實(shí)時(shí)更新，增量更新機(jī)制則更加切實(shí)有效[3]。再者增量更新還能解決歷次更新成果相互獨(dú)立、數(shù)據(jù)之間沒(méi)有相互聯(lián)系和可追溯性這一問(wèn)題，為后期的數(shù)據(jù)查詢分析奠定基礎(chǔ)。因此，探究增量更新技術(shù)在DLG更新生產(chǎn)中的應(yīng)用意義重大。

2 基礎(chǔ)測(cè)繪增量更新工作基礎(chǔ)

為深入開展增量更新技術(shù)的研究試驗(yàn)，推動(dòng)基礎(chǔ)測(cè)繪更新技術(shù)提升改造，甘肅省地圖院作為甘肅省基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)任務(wù)的主要承擔(dān)單位，特針對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪增量更新研究及試生產(chǎn)向省自然資源廳申請(qǐng)項(xiàng)目并組織實(shí)施。在項(xiàng)目開展過(guò)程中，向國(guó)內(nèi)先進(jìn)省份進(jìn)行了較全面的調(diào)研，學(xué)習(xí)了解了先進(jìn)省份的做法和經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我省的實(shí)際情況和工作基礎(chǔ)，建立適合我省的基礎(chǔ)測(cè)繪增量更新生產(chǎn)體系。

2.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)相關(guān)單位、專家、學(xué)者圍繞基礎(chǔ)測(cè)繪更新做了一些研究工作，研究?jī)?nèi)容涉及基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)與管理情況、省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪更新和新技術(shù)應(yīng)用情況、遙感影像解譯、數(shù)據(jù)提取、變化快速發(fā)現(xiàn)及定位等關(guān)鍵技術(shù)。如周曉光副教授負(fù)責(zé)主持的“顧及拓?fù)潢P(guān)系一致性的空間數(shù)據(jù)庫(kù)增量更新方法研究”項(xiàng)目重點(diǎn)從局部拓?fù)潢P(guān)系一致性維護(hù)方面進(jìn)行了研究；山東省國(guó)土測(cè)繪院按照“一次采集、多次更新”思路，基于匯集庫(kù)、資源庫(kù)、服務(wù)庫(kù)聯(lián)動(dòng)更新模式，利用聯(lián)動(dòng)更新系統(tǒng)開展地理空間要素?cái)?shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新工作，實(shí)現(xiàn)了基于匯集庫(kù)、資源庫(kù)、服務(wù)庫(kù)的三庫(kù)聯(lián)動(dòng)更新模式；廣東省國(guó)土資源技術(shù)中心根據(jù)各類數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和更新時(shí)序，采用動(dòng)態(tài)增量更新模式有序部署各類數(shù)據(jù)更新工作，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)增量更新。

總體上，上述研究方向和工作取得了一定的成果，但是在省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪的大規(guī)模更新生產(chǎn)中的成功經(jīng)驗(yàn)較少，未形成一套成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和完整、可行、高效的技術(shù)流程，難以在我省省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪的更新生產(chǎn)中有效應(yīng)用。

2.2 甘肅省工作基礎(chǔ)

(1)數(shù)據(jù)編碼規(guī)定

數(shù)據(jù)編碼規(guī)定是對(duì)數(shù)據(jù)成果的內(nèi)容及規(guī)格做出規(guī)定，包括數(shù)據(jù)分層及組織、要素的分層和分類編碼、要素的屬性項(xiàng)及填寫內(nèi)容、描述及說(shuō)明、元數(shù)據(jù)等。

甘肅省省級(jí)測(cè)繪數(shù)據(jù)生產(chǎn)編碼規(guī)定歷經(jīng)2007版、2008版、2017版三個(gè)版本的更新，能夠適用于 1∶5 000、1∶10 000 DLG要素?cái)?shù)據(jù)采集與建庫(kù)、數(shù)據(jù)更新、管理、分發(fā)服務(wù)和產(chǎn)品開發(fā)、數(shù)據(jù)交換與共享，以及數(shù)字化測(cè)圖、編圖和地圖更新等，為省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪增量更新工作開展提供了數(shù)據(jù)體系研究方面的工作基礎(chǔ)。

(2)省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪基本全覆蓋，進(jìn)入全面數(shù)據(jù)更新階段

“十二五”“十三五”省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪規(guī)劃的實(shí)施完成，除部分無(wú)人區(qū)外，我省的城鎮(zhèn)及以上以及農(nóng)耕區(qū)的DLG數(shù)據(jù)基本實(shí)現(xiàn)覆蓋，全省的DLG數(shù)據(jù)即將進(jìn)入全面更新階段。

(3)省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪更新數(shù)據(jù)源

甘肅省第一次地理國(guó)情普查實(shí)施后，完成了全省范圍的地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)的生產(chǎn)。從2016年起，國(guó)家支持我省開展了常態(tài)化的基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作，成果資料包括地表覆蓋和地理國(guó)情要素?cái)?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)將為省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新提供參考資料[4]。

3 增量更新生產(chǎn)體系的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)技術(shù)研究、試驗(yàn)建立增量更新模式生產(chǎn)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)更新狀態(tài)的實(shí)時(shí)記錄與可追溯，解決地理信息數(shù)據(jù)歷次更新缺乏內(nèi)在連貫性以及更新數(shù)據(jù)冗余等問(wèn)題。具體內(nèi)容包括對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)定進(jìn)行適宜性改進(jìn)，確立增量更新模型，形成新版的編碼規(guī)定，完善增量更新數(shù)據(jù)體系；在生產(chǎn)試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)軟件平臺(tái)提出需求并不斷完善，利用軟件功能實(shí)現(xiàn)增量更新信息的自動(dòng)記錄以及增量數(shù)據(jù)包的導(dǎo)出；對(duì)組織方式、變化發(fā)現(xiàn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)進(jìn)行深入研究，并在試生產(chǎn)過(guò)程中總結(jié)出適用于新形勢(shì)下基礎(chǔ)測(cè)繪更新生產(chǎn)的技術(shù)流程、組織方式等，形成完整的增量更新生產(chǎn)體系。

3.1 數(shù)據(jù)體系的研究實(shí)現(xiàn)

增量更新技術(shù)主要通過(guò)設(shè)計(jì)相適應(yīng)的增量更新模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。增量更新模型作為增量更新技術(shù)的核心直接影響增量更新技術(shù)的科學(xué)性和實(shí)用性。通過(guò)建立科學(xué)合理的增量更新模型，從而實(shí)現(xiàn)更新成果要素的生產(chǎn)過(guò)程核心要素狀態(tài)節(jié)點(diǎn)追溯[5]。

此次試驗(yàn)的增量更新模型是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加六個(gè)字段：F_GUID、F_UPDATETIME、F_UPDATETYPE、F_UPDATEFIELD、UPDATE_INDBTYPE、UPDATE_SRCGUID。更新模型新增結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1

通過(guò)這6個(gè)字段可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增量生產(chǎn)的一個(gè)循環(huán)，本底庫(kù)數(shù)據(jù)提供原始數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)碼，在生產(chǎn)過(guò)程中記錄生產(chǎn)時(shí)間和更新類型，入庫(kù)類型通過(guò)與更新類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行填寫，再根據(jù)入庫(kù)類型進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合入庫(kù)。源標(biāo)識(shí)碼在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)填寫以供后期的追溯分析使用。

此增量更新模型對(duì)各要素進(jìn)行時(shí)空獨(dú)立的封裝并唯一標(biāo)識(shí)，包含時(shí)間、空間、屬性、行為方法以及其他對(duì)象的時(shí)空關(guān)系等信息，結(jié)合更新信息實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了更新成果要素的生產(chǎn)過(guò)程、要素狀態(tài)節(jié)點(diǎn)追溯，保障了生產(chǎn)連續(xù)性。模型設(shè)置的六個(gè)字段從更新時(shí)間、更新狀態(tài)、入庫(kù)類型等方面基本實(shí)現(xiàn)增量更新生產(chǎn)的一個(gè)循環(huán)，還可在深入研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展，以利于后續(xù)的分析應(yīng)用。例如模型中的更新字段，就是對(duì)更新類型是屬性修改的要素的補(bǔ)充說(shuō)明，具體描述屬性修改的字段和內(nèi)容，為后期的追溯分析起到輔助作用。再者更新類型的枚舉值中涵蓋的更新生產(chǎn)場(chǎng)景，也可在深入研究中進(jìn)一步細(xì)化。

3.2 工作任務(wù)區(qū)劃分實(shí)現(xiàn)

此次試驗(yàn)計(jì)劃基于行政區(qū)域?yàn)榻M織方式進(jìn)行增量更新生產(chǎn)，最終因原始本地庫(kù)數(shù)據(jù)提取問(wèn)題未能實(shí)現(xiàn)，主要是因?yàn)槟壳拔沂〉脑急镜貛?kù)是基于圖幅分割方式為存儲(chǔ)單元，在進(jìn)行行政區(qū)域本地庫(kù)數(shù)據(jù)提取的時(shí)候通過(guò)物理方式合并和切割，在圖幅接邊處的要素僅僅是要素的拼接，不是合并，存在單個(gè)要素被分割的現(xiàn)象，在拓?fù)潢P(guān)系上存在不合理偽節(jié)點(diǎn)，而在行政區(qū)域界線處存在要素被物理切割，單個(gè)要素被切割后賦給不同的標(biāo)識(shí)碼，更新后數(shù)據(jù)無(wú)法融合入庫(kù)。

解決此問(wèn)題需要對(duì)本地庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)單元的改造。省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品DLG數(shù)據(jù)全覆蓋后更新生產(chǎn)趨于常態(tài)化，在存儲(chǔ)單元上，考慮要素級(jí)更新則應(yīng)打破傳統(tǒng)基于圖幅為單元的模式[6]，以要素為存儲(chǔ)單元，但是需兼顧部分要素跨縣鄉(xiāng)，乃至跨省的情況。綜合考慮，兼顧要素級(jí)、行政區(qū)域、生產(chǎn)組織多方面，可對(duì)全省進(jìn)行一個(gè)任務(wù)區(qū)格網(wǎng)劃分，劃分時(shí)以市域?yàn)榛A(chǔ)，兼顧市域邊緣地物的完整性，以線狀地物自然分割為邊界線，這種劃分利于生產(chǎn)組織中的任務(wù)分配、資料收集，還可大大減少接邊工作量，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。

3.3 變化發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的按需更新實(shí)現(xiàn)

變化信息的快速發(fā)現(xiàn)直接影響對(duì)本底數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性的判斷，以及更新作業(yè)中工作量的判斷。確定變化區(qū)域是進(jìn)行數(shù)據(jù)更新工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是基礎(chǔ)測(cè)繪提升工作效率和水平的有效途徑[7]。

此次試驗(yàn)以聯(lián)動(dòng)發(fā)現(xiàn)和對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩種方式進(jìn)行具體的研究。聯(lián)動(dòng)發(fā)現(xiàn)主要為村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣級(jí)等國(guó)土、測(cè)繪相關(guān)部門和人員進(jìn)行變化線索搜集和變化區(qū)域發(fā)現(xiàn)或采用收集到的關(guān)于變化區(qū)域的相關(guān)資料進(jìn)行分析利用。對(duì)比發(fā)現(xiàn)主要是對(duì)變化地物(區(qū)域)使用遙感解譯軟件(系統(tǒng))進(jìn)行自動(dòng)分類與提取的試驗(yàn)研究。

通過(guò)試驗(yàn)，聯(lián)動(dòng)發(fā)現(xiàn)中的資料收集和“隴上國(guó)土云”國(guó)土調(diào)查軟件在作業(yè)中有實(shí)效，在縣自然資源局能收集到每年自然資源部開展的年度土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)成果準(zhǔn)確率高，與基礎(chǔ)測(cè)繪的適配性較好，收集資料的時(shí)候可獲取歷年的變更調(diào)查成果(包括證據(jù)照片)，可作為基礎(chǔ)測(cè)繪內(nèi)業(yè)采集的重要參考資料使用，而“隴上國(guó)土云”國(guó)土調(diào)查軟件既可用于收集資料的實(shí)時(shí)傳輸，又可用于外業(yè)核查，可提高內(nèi)外業(yè)信息的交互及時(shí)性，減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間延遲，提高工作效率。對(duì)比發(fā)現(xiàn)中主要對(duì)簡(jiǎn)譯、GeowayUpdater、GeowayFeature三款解譯軟件進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，最終發(fā)現(xiàn)GeowayFeature的專題要素提取方法實(shí)現(xiàn)變化發(fā)現(xiàn)的效果較好，該方法中的樣本庫(kù)可擴(kuò)展，通過(guò)海量樣本訓(xùn)練模型，提取效果隨著樣本庫(kù)的豐富質(zhì)量更佳。

3.4 更新流程與技術(shù)的研究實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)目研究實(shí)現(xiàn)的增量更新流程，以增量更新模型為紐帶，將增量更新業(yè)務(wù)流和數(shù)據(jù)流在生產(chǎn)端和入庫(kù)端形成閉合環(huán)。此次試驗(yàn)生產(chǎn)本底數(shù)據(jù)源于原始數(shù)據(jù)庫(kù)中分幅提取，并在本底數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行變化要素更新作業(yè)，生產(chǎn)端更新生產(chǎn)在保持原有數(shù)據(jù)采編作業(yè)習(xí)慣且不增加工作量的基礎(chǔ)上完成增量的自動(dòng)記錄與提取，形成增量更新包，入庫(kù)端更新生產(chǎn)直接利用提取的增量包，基于要素唯一編碼的地理要素快速自動(dòng)匹配以及要素的沖突檢測(cè)與處理，最終進(jìn)行數(shù)據(jù)成果的融合入庫(kù)，對(duì)成果庫(kù)進(jìn)行更新。此作業(yè)流程在基于數(shù)據(jù)庫(kù)本身進(jìn)行多人同步更新作業(yè)方面可進(jìn)一步深入研究，依托更新信息的實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄實(shí)現(xiàn)要素級(jí)別的更新生產(chǎn)動(dòng)態(tài)追蹤，保持更新生產(chǎn)連貫性，并在作業(yè)中實(shí)時(shí)進(jìn)行要素沖突檢測(cè)與處理，省略從數(shù)據(jù)庫(kù)提取和后期數(shù)據(jù)庫(kù)融入這個(gè)過(guò)程，以減少流程節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步提高效率。

4 進(jìn)一步研究方向

4.1 變化發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用效能進(jìn)一步提高

變化發(fā)現(xiàn)是在遙感解譯技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域。自動(dòng)解譯一直是遙感領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，從人工目視發(fā)展到半自動(dòng)解譯，目前正向全智能化解譯方向的發(fā)展[8]。隨著相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展，在遙感自動(dòng)解譯研究方面已經(jīng)取得了很多成果，但仍然存在許多需要解決的問(wèn)題，例如解譯方法依賴影像的光譜特征、遙感信息提取的精度和準(zhǔn)確度等，都為遙感智能解譯帶來(lái)難度，相應(yīng)而言，變化發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)使用的影像源要求極高，并且在信息提取的精度和準(zhǔn)確度上依賴于遙感解譯技術(shù)的進(jìn)步。當(dāng)前較前沿的遙感影像變化發(fā)現(xiàn)方式是基于人工智能的深度學(xué)習(xí)方法對(duì)典型要素進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別，該方式依賴于海量樣本庫(kù)數(shù)據(jù)的建立。因此，變化發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用效能還需進(jìn)一步提高。

4.2 生產(chǎn)實(shí)用性進(jìn)一步改進(jìn)

此次試驗(yàn)在更新類型記錄方面采用更新過(guò)程實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄和更新后比對(duì)相結(jié)合的更新信息雙記錄機(jī)制，除實(shí)時(shí)記錄填寫外，后比對(duì)操作對(duì)更新字段進(jìn)行填寫以及對(duì)更新類型進(jìn)行錯(cuò)誤修復(fù)。雖然都是通過(guò)軟件自動(dòng)填寫，可避免人為錯(cuò)誤，但是不同的操作方法會(huì)造成記錄的不一致，下面以具體示例進(jìn)行說(shuō)明。

示例1：某處單位進(jìn)行了更改，在對(duì)單位名稱進(jìn)行修改時(shí)可以有兩種操作方式，具體如表2所示：

表2

兩種操作方式造成了不同的結(jié)果，操作一成果為正確成果，操作步驟嚴(yán)謹(jǐn)，而操作二在不考慮增量因素下也達(dá)到了數(shù)據(jù)更新的目的，但是考慮增量的情況下此種操作缺少單位1要素的刪除記錄，并且把單位1的標(biāo)識(shí)碼錯(cuò)誤賦給了單位2要素。

示例2：某處房屋的范圍發(fā)生了改變，對(duì)此房屋進(jìn)行幾何范圍修改的時(shí)候可以有兩種操作方式，具體如表3所示：

表3 房屋幾何范圍修改的操作方式對(duì)比

兩種操作方式造成了不同的結(jié)果，操作一成果為正確成果，操作步驟嚴(yán)謹(jǐn)，而操作二雖然對(duì)房屋范圍進(jìn)行了正確的邊界修改，但是這樣操作造成增量成果數(shù)據(jù)的更新類型錯(cuò)誤記錄為增加。

分析具體原因，這是因?yàn)椴糠肿侄瓮ㄟ^(guò)實(shí)時(shí)填寫來(lái)完成，而操作中一旦造成標(biāo)識(shí)碼的改變，后期的更新后比對(duì)也無(wú)法修復(fù)問(wèn)題，所以必須在生產(chǎn)前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行充分培訓(xùn)，要求作業(yè)人員對(duì)增量更新模型中的涉及字段的填寫原理進(jìn)行深刻領(lǐng)會(huì)，關(guān)注核心字段-標(biāo)識(shí)碼，在生產(chǎn)過(guò)程中務(wù)必嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范。此問(wèn)題可在進(jìn)一步研究中力爭(zhēng)避開實(shí)時(shí)記錄，通過(guò)實(shí)現(xiàn)要素級(jí)別的比對(duì)來(lái)記錄要素的更新狀態(tài)和更新歷程，讓作業(yè)員在生產(chǎn)中不需考慮操作手段，只考慮最終成果的正確性，以提高更新生產(chǎn)中人機(jī)交互的操作效率。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)該項(xiàng)目的研究和試驗(yàn)，形成的增量式更新生產(chǎn)技術(shù)路線科學(xué)、可行，研發(fā)的系統(tǒng)工具能夠基本滿足生產(chǎn)流程改造需求，較好地適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究，改進(jìn)并完善增量更新技術(shù)，擴(kuò)展增量更新模型，減少作業(yè)流程節(jié)點(diǎn)，破除以圖幅為單位的傳統(tǒng)形式，實(shí)現(xiàn)“按需更新”“快速更新”，進(jìn)一步提升基礎(chǔ)測(cè)繪的更新生產(chǎn)效率，進(jìn)一步提升基礎(chǔ)測(cè)繪成果管理水平和應(yīng)用水平，大力提升地理信息在自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)等方面的服務(wù)保障能力。