數字國界構建技術研究與工程實踐

陳 軍，華一新，王發良，陳宏兵，劉萬增，周治武，張 毅

1.國家基礎地理信息中心，北京 100830；2.信息工程大學，河南 鄭州 450052；3.外交部 邊界與海洋事務司，北京 100701

1 概 述

我國是世界上陸地鄰國最多、界線最長的國家，定界與維護管理的任務艱巨、技術復雜［1］。自20世紀90年代以來，外交、測繪有關機構積極探索地理信息高新科技在國界劃界、勘界、聯檢等方面的應用，取得了有益經驗［2－3］。在此基礎上，國家有關部門啟動了“數字國界”專項建設工程，構建覆蓋全國14條邊界的空間型國界綜合數據庫，研制定界與維護管理的業務化信息平臺，以全面提升國界工作的技術水平與效率。

就研究現狀而言，國際上該領域的研究多集中在劃界法理、定界政策、危機管理等方面［4－5］。歐盟近年來著手建設邊界數據庫，但數據類型單一，且僅包含現狀數據。在2006年11月舉行的聯合國首屆“支持邊境發展的陸地和河流邊界勘界”國際會議上，美國代表方提出“要建設一個數字邊界，GIS制圖，GPS界標測定、數據共享、界碑加密是未來發展方向”（http∥www.dur.ac.uk／ibru）。就總體而言，國內外對數字國界構建鮮有研究報道，亦未見商業化的技術系統。因此，我國“數字國界”工程需通過自主技術創新，研究解決地理信息與國界業務的有機融合難題。本文主要介紹了“數字國界”工程的技術創新與成果，包括“數字國界”的總體構建思路、主體技術方法和工程實施與應用。

2 總體技術體系

新中國成立60年多來，我國形成了以劃界、勘界、聯檢和日常管理等為主體的國界業務體系，取得了豐碩的定界成果，積累了海量的邊界資料。為了實現國界信息管理集成化和核心業務信息化，提出以超媒體數據建模為基礎、精準化定界分析為核心、集成化信息服務為依托，構建“數字國界”的總體技術體系，如圖1所示。

圖1 “數字國界”建設工程的總體技術體系Fig.1 Overall technical framework of“Digital Boundary”

（1）超媒體數據建模。國界定界與維護管理使用和產生基礎地理信息、界務信息和專題信息等三大類信息資料，表現為多尺度地圖、多分辨率影像、多時期文本、多類型視（音）頻等超媒體數據形式。其間存在著網狀關聯、尺度對應、事件驅動等多種數據－實體關系。通過對國界數據構成和相互間關系的深入分析與系統梳理，建立了基于國界核心要素和跨媒體多元關系的超媒體數據模型，制訂了國界信息分類編碼標準，發展了多媒體節點制作、跨媒體多元關系構建的方法或算法，以實現國界帶狀區域各種圖形、影像、文本、視頻資料的空間化整合與跨媒體關聯。

（2）精準化定界分析。國界定界的核心任務是依據國際法基本原則，結合地形地貌、歷史及現狀，科學地分析雙方主張線差異和條約紅線實地走向。這既要綜合運用定性的定界法理知識，又需要進行定量的數字地形分析。本項目將定界法理與地形分析相結合，研究發展在數字化環境下進行劃界、勘界及聯檢分析的關鍵技術，形成了基于線線關系的劃界主張線差異分析，基于數字地表模型的條約紅線走向解析與落地分析等有關模型，以建立定界業務信息系統。

（3）集成化信息服務。邊界線走向與通視道維護、口岸管理、跨界水資源開發利用和保護、邊界突發事件處置等迫切需要國界信息的集成服務。針對外交邊界部門的工作實際，研究國界信息的網絡化共享服務技術，以便對海量國界信息進行按需瀏覽與調用。其次，研究邊界信息遠程速報技術，發展支持跨部門的地理信息聚合和協同環境下的在線空間操作，為實現邊情速報、異地會商等提供新手段。

3 對象化建模與空間化整合

針對國界數據多尺度、多類型、多時相的超媒體特點，開展了基于國界核心要素的對象化數據建模、顧及幾何和語義的空間數據差異處理等研究，發展形成了有關的技術方法與工具軟件。

3.1 基于國界核心要素的對象化數據建模

將界線、界碑、爭議區、口岸、界河中島嶼、跨界水等定義為核心要素，用來實現與文本、圖像、視頻等多類型數據資料的語法關聯或鏈接，如圖2所示。其中，以“卡片－節點”形式，實現爭議區、交換圖、條約、界碑等數據實體之間的網狀關聯，以支持符合“聯想”記憶習慣的跨媒體查詢；利用定界事件，表達從劃界、勘界到多次聯檢以及界務管理的演變過程，支持事件驅動的時空檢索［6］。

圖2 基于國界核心要素的對象化數據模型Fig.2 Core elements－based object－oriented data model for digital boundary

3.2 顧及幾何和語義的數據整合處理

每條國界的劃界、勘界或聯檢均是與不同鄰國、在不同時期聯合開展的，依據的技術標準可能有所不同，這使得定界成果往往存在著幾何和語義方面的差異，需進行必要的整合處理。其中幾何整合旨在使所描述現實世界中同一地理實體的兩個目標應具有相同位置。為此，提出了基于編碼匹配的空間沖突檢測等模型和算法，以自動判斷國界數據拓撲與語義的不一致性［7］；將不同時期簽署的邊界附圖等進行投影轉換與配準，統一到2000國家大地坐標系（CGCS2000）上去。語義整合則是通過制定數據技術規范，進行包括實體名稱屬性、要素表達模式、實體空間關系等在內的轉換，解決因來源不同、年代不一所造成的數據含義不一致問題等。圖3給出了國界空間數據幾何與語義整合的基本思路。

4 數字化環境下的定界分析

國界定界需綜合考慮邊界的歷史與現狀、法律法理、地形地貌、資源環境等諸多因素。將定界法理和地形分析有機結合，研究并分析劃界主張線差異與動態調整、條約紅線走向解析與落地分析等，形成了數字化環境下的定界分析方法，如圖4所示。

（1）劃界主張線差異分析。本項目是在數字化環境下，以劃界法理語義空間化解析為引導、談判論據資料全文檢索分析為基礎、地形特征線自動提取為支撐，開展主張線差異分析，生成劃界主張線；繼而采用要素線線關系細化計算方法，確定雙方主張線的差異及“爭議區”，并采用拓撲鏈加以描述表達［8－9］；繼而根據面積、軍事、資源等多因素指標體系，提出多種可供參考的劃界方案，并進行劃界方案的定量評價與動態調整；最后對劃界結果進行評價和可視化表達，形成與邊界條約相 配套的條約附圖。

圖3 國界空間數據的幾何與語義整合Fig.3 Geometric and semantic integration of boundary spatial data

（2）條約紅線走向解析分析。將數字地形分析與勘界法理相結合，發展了顧及地形特征的紅線實地走向分析、跨河流界線調整等方法，實現界標位置優選與條約紅線落地的內業化處理。針對界碑大范圍同步觀測、坐標解算與成果現場雙方確認等需要，優化基于CORS站網的長距離解算方案和誤差模型，實現了數據觀測、處理、服務的快速同步進行。此外，研究發展了基于影像的邊界變化分析、界線變化核實等功能。

5 工程實施

按照上述總體技術體系與方法，完成了建國60年以來與周邊鄰國30余次劃界、勘界、聯檢資料、成果的空間化整合處理，還整合了國界及邊境地區的1∶5萬等多尺度數據，建成了覆蓋我國22 000km國界線的多時態、多類型、多尺度國界空間數據庫，為國界定界和管理提供了豐富的信息資源。

先后研制了劃界信息系統、勘界信息系統、聯檢信息系統和國界信息服務平臺。其中劃界信息系統提供了劃界資料集成管理、符合“聯想”記憶習慣的談判論據調閱、劃界立場展示、談判方案分析模擬和比較、條約地圖制作等功能［10］；勘界信息系統提供了界線走向分析、界標位置優選、勘界數據量算分析、信息集成管理、勘界附圖制作、界標精確測算等實用功能，實現了數字化環境下的勘界方案設計、會談方案模擬、工作成果的輔助制作與管理等；聯檢信息系統則主要提供聯檢方案制定、界標巡查引導、數據動態加載、數據對比分析、聯檢數據集成管理與分發服務等功能。國界信息服務平臺主要包括“日常界務管理”、“邊情速報與熱點會商與突發事件處理”、“公眾信息發布”等子系統［11－13］。

圖4 國界法理與地形分析相結合的定界分析Fig.4 Border delimitation and demarcation by integrating jurisprudence and terrain analysis

6 結束語

經過10余年的跨學科協同創新，我國已初步建成“數字國界”，有關成果已用于與有關鄰國的劃界、勘界及聯檢談判，減輕了野外工作強度，降低了邊界作業危險性，有效地提升了定界技術水平，在促進我國陸地地緣穩定、維護國家主權與領土完整等方面發揮了重要作用。

值得指出的是，數字國界的運行維護與更新完善任重道遠。一方面，邊界地區地形地貌、地表覆蓋不斷發生變化，直接影響著邊界線走向、界標設置以及跨界水、跨境設施、生態環境等，需要開展適時更新、精細建模等。另一方面，隨著經濟全球化和社會信息化的不斷發展，國界業務正從傳統的邊界定界和單純關注軍事安全轉向促進周邊經濟與重視防范非傳統安全威脅發展，研究尺度則從以往的邊界條帶擴展為廣袤的邊境地區，研究頻度從常規的靜態分析向經常性監測與政策動態模擬發展，數字周邊建設和周邊地緣風險防范研究等已經提上議事日程。

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