基于多源數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新

賈繼鵬，厲芳婷，侯愛羚

（1.地理國情監(jiān)測(cè)國家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079；2.湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430074）

近年來基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)日益豐富，隨著計(jì)算機(jī)和測(cè)繪地理信息技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，多源地理信息數(shù)據(jù)的獲取手段也更加廣泛深入，成果數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多樣性的特點(diǎn)。2018 年機(jī)構(gòu)改革后，自然資源部被賦予兩個(gè)“統(tǒng)一行使”的職責(zé)，即“統(tǒng)一行使全民所有自然資源資產(chǎn)所有者職責(zé)，統(tǒng)一行使國土空間用途管制和生態(tài)保護(hù)修復(fù)職責(zé)，著力解決自然資源所有者不到位、空間規(guī)劃重疊等問題，實(shí)現(xiàn)山水林田湖草整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理”。地理信息數(shù)據(jù)將發(fā)揮重要的數(shù)據(jù)支撐保障作用，為山水林田湖草的統(tǒng)一監(jiān)管維護(hù)提供可貴的數(shù)據(jù)資源。

為了使這些數(shù)據(jù)資源更好地服務(wù)于自然資源主責(zé)主業(yè)，多源地理信息數(shù)據(jù)的融合顯得尤為必要。許多學(xué)者對(duì)多源數(shù)據(jù)融合進(jìn)行了探討，如孫群[1]研究了多源矢量空間數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)的進(jìn)展；王霞[2]等探討了基礎(chǔ)地理信息與地理國情監(jiān)測(cè)的融合生產(chǎn)；崔鐵軍[3]等探討了多源地理空間矢量數(shù)據(jù)集成以及融合方法；巨正平[4]等開展了多源地理空間數(shù)據(jù)的集成與融合研究；安曉亞[5]研究了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)融合的相關(guān)理論和技術(shù)。然而，上述研究多集中于數(shù)據(jù)融合技術(shù)，而對(duì)多源數(shù)據(jù)一體化融合的方式研究相對(duì)較少。本文采用多源數(shù)據(jù)提取、多源數(shù)據(jù)融合入庫等技術(shù)手段進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合，解決了數(shù)據(jù)規(guī)格不一致，難以形成“一張圖”的問題；同時(shí)研究形成了圖屬、圖庫一體化的生產(chǎn)平臺(tái)以及數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新方案，保障了數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，精簡(jiǎn)了數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程，極大地提高了數(shù)據(jù)融合效率，為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的高效生產(chǎn)利用提供了新思路和新方法。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 多源數(shù)據(jù)提取

1.1.1 提取方法

多源數(shù)據(jù)提取是對(duì)用于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)融合的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加、轉(zhuǎn)換、提取的過程，主要包括統(tǒng)一坐標(biāo)系、數(shù)據(jù)庫模板創(chuàng)建、多源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、融合數(shù)據(jù)提取以及基于數(shù)字正射影像的變化信息提取等5 個(gè)部分。具體流程如圖 1 所示。

圖1 多源數(shù)據(jù)提取流程圖

1.1.2 主要要素提取

地理國情是從地理的角度分析、研究和描述國情，即以地球表層自然、生物和人文現(xiàn)象的空間變化及其之間的相互關(guān)系、特征等為基本內(nèi)容，對(duì)構(gòu)成國家物質(zhì)基礎(chǔ)的各種條件因素做宏觀性、整體性、綜合性的調(diào)查、分析和描述。地理國情監(jiān)測(cè)采集對(duì)象為全區(qū)范圍內(nèi)的自然和人文地理要素，自然地理要素包括植被覆蓋、水域、荒漠與裸露地等；人文地理要素包括與人類活動(dòng)密切相關(guān)的交通網(wǎng)絡(luò)、居民地與設(shè)施、地理單元等[6]。各種比例尺DLG 數(shù)據(jù)包括交通、管線、地名地址、地貌等，共計(jì)9 類37 個(gè)數(shù)據(jù)層的正射影像、專題資料以及相關(guān)生產(chǎn)元數(shù)據(jù)等[7]。數(shù)字高程模型是由一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型。融合數(shù)據(jù)包括水系、居民地與設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)、地名等8 個(gè)要素集。各要素圖層結(jié)合地理國情、各種比例尺DLG、LiDAR 點(diǎn)云、數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)進(jìn)行融合提取，同時(shí)參照數(shù)字正射影像進(jìn)行變化提取，原則上以現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)的地理國情數(shù)據(jù)成果為主要數(shù)據(jù)源。融合提取涉及的數(shù)據(jù)圖層如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)融合圖層關(guān)系對(duì)照表

1.2 數(shù)據(jù)整編

由于提取的多源地理信息數(shù)據(jù)之間存在空間關(guān)聯(lián)差異，因此需對(duì)其進(jìn)行必要的編輯處理。本文基于數(shù)字正射影像，對(duì)提取的各類基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量要素編輯和屬性錄入，主要包括外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)和提取的多源數(shù)據(jù)編輯處理。

矢量要素編輯的基本方法包括新構(gòu)實(shí)體、線要素修剪、面要素拆合、懸掛點(diǎn)和偽節(jié)點(diǎn)修復(fù)等拓?fù)潢P(guān)系重組。屬性錄入采用批量和人機(jī)交互錄入的方式，其中批量屬性錄入采用數(shù)據(jù)提取時(shí)統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換后的現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)的地理信息數(shù)據(jù)屬性項(xiàng)直接賦值的方式獲取，適用于已通過多源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換后的同類屬性信息，如名稱、國標(biāo)分類碼、車道數(shù)、寬度等；其他需結(jié)合參考資料進(jìn)行人工判定的屬性信息采用人機(jī)交互錄入的方式，如類型、層數(shù)、比高值、角度等。

1.3 數(shù)據(jù)融合入庫

多源數(shù)據(jù)融合入庫是根據(jù)新數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，將提取編輯后的多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一入庫存儲(chǔ)至新地理信息數(shù)據(jù)庫的過程。本文提出的多源數(shù)據(jù)提取已實(shí)現(xiàn)融合數(shù)據(jù)初始數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，數(shù)據(jù)融合入庫是對(duì)這些初始數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一整合。數(shù)據(jù)融合入庫主要包括數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)接邊、數(shù)據(jù)檢查等步驟。

對(duì)新增的要素?cái)?shù)據(jù)需進(jìn)行融合處理，避免出現(xiàn)多余同類要素。融合處理包括矢量面、矢量線數(shù)據(jù)及其相關(guān)屬性信息的融合。矢量點(diǎn)數(shù)據(jù)為新增和刪除處理。對(duì)于按圖幅生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，各圖幅在數(shù)據(jù)制作完成后，各類要素需進(jìn)行圖形和屬性的接邊處理，以保證融合入庫數(shù)據(jù)的連通性。

在數(shù)據(jù)融合入庫前后均需進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)檢查工作，融合入庫前的檢查主要是為了滿足融合入庫多源數(shù)據(jù)的基本要求；融合入庫后的檢查是最終數(shù)據(jù)檢查，為了確保各方面標(biāo)準(zhǔn)的一致性以及數(shù)據(jù)的完整精確性，主要包括數(shù)據(jù)完整性檢查、邏輯一致性檢查、位置和屬性精度檢查、圖面檢查、拓?fù)潢P(guān)系檢查等。

2 生產(chǎn)解決方案

2.1 生產(chǎn)平臺(tái)一體化

地理信息數(shù)據(jù)處理軟件主要包括ArcGIS、Geoway、iData、Mapmatrix、PCI、Terrasolid、ENVI、AutoCAD、iDataMobile 等，各軟件數(shù)據(jù)規(guī)格差異較大。本文設(shè)計(jì)了集測(cè)繪數(shù)據(jù)采編成圖、數(shù)據(jù)入庫、產(chǎn)品制作、數(shù)據(jù)更新和質(zhì)量檢查于一體的生產(chǎn)平臺(tái)，通過多源數(shù)據(jù)集成技術(shù)手段，接收和處理GPS、全站儀、電子平板等多種野外采集數(shù)據(jù)以及VirtuoZo、JX4、Mapmatrix、Inpho、Pat-B 等其他航測(cè)遙感軟件生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，支持對(duì)CAD 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的直接編輯和轉(zhuǎn)換分發(fā)；實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有GIS 之間的無縫數(shù)據(jù)交換和入庫更新一體化，且真正實(shí)現(xiàn)了圖庫一體化和圖屬一體化，大大提高了項(xiàng)目的生產(chǎn)效率。

2.2 圖庫一體化

基于一體化生產(chǎn)平臺(tái)，采用骨架線符號(hào)化技術(shù)，在準(zhǔn)確表達(dá)地物符號(hào)的同時(shí)，不產(chǎn)生任何冗余輔助實(shí)體，可在數(shù)據(jù)繪制過程中進(jìn)行很好的控制，直接生產(chǎn)通用的空間數(shù)據(jù)庫gdb 或mdb 格式數(shù)據(jù)；并在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)圖形的完美符號(hào)化，使數(shù)據(jù)處理更加直觀便捷，大大降低了誤操作帶來的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)[8]。整個(gè)過程采用同一套數(shù)據(jù)，徹底結(jié)束了庫體數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)分離的局面，只維護(hù)一套數(shù)據(jù)，既滿足入庫標(biāo)準(zhǔn)，又符合出圖的需求，真正實(shí)現(xiàn)圖庫一體化的目標(biāo)。

2.3 數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新

為了提高整體數(shù)據(jù)管理質(zhì)量、保證數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)勢(shì)性、提升數(shù)據(jù)更新效率，本文采用基于ArcSDE 和Oracle 的動(dòng)態(tài)更新模塊，提供基于要素的動(dòng)態(tài)更新、整體覆蓋替換式更新、比對(duì)式更新3 種更新模式，可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。

動(dòng)態(tài)更新模塊是基于Web 的一體化空間數(shù)據(jù)管理與更新，通過直接訪問和更新云端數(shù)據(jù)庫的方式，最大限度地簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)更新流程和操作，實(shí)現(xiàn)了輕量化的數(shù)據(jù)更新模式，確保數(shù)據(jù)在整個(gè)生產(chǎn)和入庫更新過程中始終以數(shù)據(jù)庫的格式進(jìn)行存儲(chǔ)，避免了數(shù)據(jù)在不同平臺(tái)、不同格式間流轉(zhuǎn)帶來的數(shù)據(jù)和精度損失。同時(shí)，基于自動(dòng)化沖突檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多人同步在線作業(yè)，且各節(jié)點(diǎn)操作結(jié)果可同步更新。在動(dòng)態(tài)更新模塊的基礎(chǔ)上，形成了從數(shù)據(jù)生產(chǎn)到數(shù)據(jù)入庫、再到數(shù)據(jù)更新的完整數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)閉環(huán)，最大程度地保證了所管理數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)勢(shì)性和準(zhǔn)確性，為測(cè)繪相關(guān)業(yè)務(wù)發(fā)布和應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)保障[8]。

3 結(jié) 語

本文從目前多源地理信息數(shù)據(jù)規(guī)格多樣的應(yīng)用實(shí)際出發(fā)，通過研究多源數(shù)據(jù)的提取以及融合更新方法，提出了快速高效的數(shù)據(jù)融合解決方案，從而保證了數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，為新型基礎(chǔ)測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展探索了新思路，充分發(fā)揮了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展等方面的服務(wù)價(jià)值[9]。同時(shí)，對(duì)多源數(shù)據(jù)融合更新方法的研究，也為大數(shù)據(jù)時(shí)代多源數(shù)據(jù)的融合更新應(yīng)用提供了借鑒。