國家1∶25萬基礎地理信息數據庫聯動更新技術設計與工程應用

劉建軍，李雪梅，張元杰，楊　眉

(國家基礎地理信息中心，北京 100830)

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國家1∶25萬基礎地理信息數據庫聯動更新技術設計與工程應用

劉建軍，李雪梅，張元杰，楊眉

(國家基礎地理信息中心，北京 100830)

Technical Innovation and Application for Linkage Updating of National Fundamental Geographic Information Database at 1∶250 000 Scale

LIU Jianjun,LI Xuemei,ZHANG Yuanjie,YANG Mei

摘要：保持基礎地理信息的現勢性是我國基礎測繪工作的重要使命，為此，國家測繪地理信息局于2012年啟動了1∶25萬數據庫的更新工作，利用1∶5萬數據庫動態更新成果，對1∶25萬數據庫進行快速聯動更新。本文介紹了縱向跨尺度、橫向跨類型的不同數據庫之間基于增量和聯動的更新技術思路，闡述了數據庫聯動建模表達、地形數據庫跨尺度聯動更新、制圖數據庫隨地形數據庫聯動更新、DEM數據庫隨地形數據庫聯動更新等主體技術方法。本文的技術方法被用于研制適用于規模化更新的技術標準、生產工藝及軟件系統，以及支撐1∶25萬數據庫的快速聯動更新，初步形成了基礎地理信息聯動更新的技術框架。

關鍵詞：基礎地理信息；1∶25萬；數據庫；增量更新；聯動更新

1∶25萬數據庫是國家基礎地理信息數據庫的重要組成部分，適用于國家總體規劃和宏觀決策，廣泛應用于國民經濟建設各領域[1]。然而長期以來，我國1∶25萬數據庫的內容不全、更新緩慢，不能滿足廣大用戶對其完整性和現勢性的迫切需求。1998年初始建庫時，采用紙圖數字化方式完成，主體現勢性為80年代，要素內容中缺少植被、管線，也沒有制圖數據產品。2002年、2008年，利用專業資料對一部分重點要素進行了更新，大部分要素現勢性仍然較差[2]。

自20世紀90年代初，我國由傳統模擬測繪邁入數字化測繪以來，由于受綜合國力和技術能力所限，我國是按照先小后大的次序先后建立的1∶100萬、1∶25萬、1∶5萬數據庫，使得利用大比例尺數據庫聯動更新小比例尺數據庫難以實現[3-9]。進入“十二五”，國家測繪地理信息局啟動了1∶5萬數據庫動態更新工程，每年更新1次發布1版，為1∶25萬數據庫的聯動更新提供了條件[10]。

為此，國家測繪地理信息局于2012年啟動了1∶25萬數據庫聯動更新工作，對1∶25萬地形數據庫進行持續快速更新，并同時更新制圖數據庫和數字高程模型數據庫，不斷提升數據庫的現勢性，更好地為國民經濟建設與社會發展提供可靠的測繪保障[10]。

一、總體技術思路

傳統的地理信息更新技術偏重于單一尺度、單一

類型數據庫的獨立更新，難以滿足1∶25萬數據庫快速更新的需求。為了實現快速更新，需要解決縱向跨尺度、橫向跨類型兩個方面的聯動更新技術問題。縱向跨尺度是指如何利用1∶5萬地形數據庫快速更新1∶25萬地形數據庫；橫向跨類型是指如何利用1∶25萬地形數據庫快速更新制圖數據庫和DEM數據庫。

本文擬針對縱向跨尺度、橫向跨類型的不同數據庫之間基于增量和聯動的快速更新這一技術難題，設計數據庫聯動建模表達、地形數據庫跨尺度增量聯動更新、制圖數據庫隨地形數據庫增量聯動更新、DEM數據庫隨地形數據庫增量聯動更新等技術方法，建立1∶25萬數據庫聯動更新技術系統，并支撐完成1∶25萬數據庫的快速更新。總體技術思路如圖1所示。

二、主體技術方法

根據上述總體設計，將1∶5萬地形數據庫作為基礎數據庫，將1∶25萬地形數據庫作為一級派生數據庫，將1∶25萬制圖數據庫、1∶25萬DEM數據庫作為二級派生數據庫。基礎數據庫動態更新后，快速聯動更新派生數據庫的主要技術方法包括跨尺度數據庫聯動更新和跨類型數據庫聯動更新兩大類。

圖1　1∶25萬數據庫聯動更新總體技術思路

1. 跨尺度數據庫聯動更新

1∶5萬地形數據庫動態更新后，利用其更新增量成果，采用聯動更新技術，對1∶25萬地形數據庫進行快速更新，主要技術內容包括多尺度地形數據庫整合統一、跨尺度地形要素自動匹配、基于增量的跨尺度聯動整合。技術路線如圖2所示。

圖2　跨尺度地形數據庫聯動更新技術路線

(1) 多尺度地形數據庫整合統一

對1∶25萬地形數據庫進行整合，使其在空間參考、數據模型、分層分類、內容范圍、要素分布等方面與1∶5萬地形數據庫保持一致，為后續開展跨尺度地形數據之間的聯動更新奠定數據基礎。

(2) 跨尺度地形要素自動匹配

分別基于1∶5萬與1∶25萬地形數據庫的模型特征，建立相鄰尺度間的地形數據關聯模型、要素匹配規則、聯動整合規則知識庫，設計基于空間計算和屬性耦合的自動匹配算法，建立起相鄰尺度地形數據庫之間的數據銜接。

(3) 基于增量要素的聯動整合

創建基于1∶5萬地形數據庫更新增量聯動更新1∶25萬地形數據庫的智能聯動整合算法，建立全數字化環境下的增量提取、自動匹配、增量整合、協調編輯、質量檢查等生產技術流程，實現跨尺度地形要素的自動或半自動聯動更新。

2. 跨類型數據庫聯動更新

(1) 制圖數據庫聯動更新

1∶25萬地形數據庫聯動更新后，利用其更新增量成果，采用聯動更新技術，對1∶25萬制圖數據庫進行快速更新，主要技術內容包括地形數據庫和制圖數據庫一體化建模、數據庫驅動的地圖自動配置和智能優化、基于地形增量聯動更新制圖數據庫。技術路線如圖3所示。

圖3　制圖數據庫聯動更新技術路線

1) 地形數據庫與制圖數據庫一體化建模。將地理要素對象的幾何位置、屬性、拓撲關系及制圖表達一體化融合建模，在1∶25萬地形數據庫模型之上，通過擴展關系、邏輯重組、關聯關系等建立制圖數據庫模型，用于存儲地形數據的符號、注記、圖廓整飾，以及二者的相互關系等信息。制圖數據庫通過地形數據庫驅動技術派生，實現地形數據與制圖數據的統一管理、制圖數據隨地形數據的同步更新。

2) 數據庫驅動的地圖自動配置和智能優化。基于制圖數據庫聯動模型，利用數據庫驅動制圖技術，設計適用于地圖制圖的地圖自動配置和智能優化技術，如符號自動配置、注記自動派生、圖廓整飾自動創建等；進一步設計要素符號及注記的智能優化調整、交互式編輯的方法，實現制圖數據庫隨地形數據庫的自動同步。

3) 基于地形增量聯動更新制圖數據庫。在1∶25萬地形數據庫聯動更新基礎上，根據更新要素的增量標識信息，快速提取地形數據庫中的更新增量要素，基于1∶25萬制圖數據庫與地形數據庫的相互關系，利用地圖自動配置和智能優化技術，對制圖數據庫中的相應制圖內容進行自動更新，再通過少量人工檢核和交互編輯完成制圖數據庫的快速更新。通過制圖聯動更新，僅對地形變化要素進行制圖更新，充分保留了原有制圖成果，大幅提高了更新工效。

(2) DEM數據庫聯動更新

1∶25萬地形數據庫聯動更新后，利用其更新增量成果，采用聯動更新技術，對1∶25 DEM數據庫進行快速更新，主要技術內容包括矢柵關聯關系自動建立、地形特征自動提取、DEM高保真插值。

1) 矢柵關聯關系自動建立。設計基于Voronoi空間計算的矢柵混合DEM數據庫聯動模型，對DEM數據庫進行結構擴展，不僅存儲DEM柵格數據，還存儲自動提取生成的矢量地形特征數據，以及與等高線數據的空間關系信息，通過矢柵數據混合存儲、矢柵關聯關系自動計算，實現DEM數據與地形數據的銜接和聯動。

2) 地形特征自動提取。設計基于三角網迭代優化的地形特征提取算法，利用1∶25萬地形數據庫中的等高線、高程點、水系等信息，自動化提取山脊、山谷、山頂、谷底、鞍部等地形特征數據點，有效實現由地形數據庫到DEM數據庫的高保真插值；設計基于Voronoi圖的空間關系計算算法，計算并存儲地形特征點與相應等高線的空間關聯關系，實現1∶25萬DEM數據庫隨地形數據庫的相互關聯和局部插值更新。

3) DEM高保真插值。針對傳統不規則三角網插值的不足，以及地貌平坦和地貌破碎區域的DEM插值問題，設計矢柵混合的DEM高保真插值算法，在優化完善矢量不規則三角網插值方法基礎上，全新設計柵格DEM插值方法，包括基于距離變換的DEM插值法、基于地形特征的DEM插值算法。前者能保證地形變化的遞變性和連續性，特別適用于地貌平坦、破碎地區；后者充分利用各種水文信息，適用于河渠豐富的地貌平坦、破碎地區。

三、主要技術特點

國家1∶25萬基礎地理信息數據庫聯動更新技術的設計與實踐主要有以下技術特點：

1) 跨尺度跨類型數據庫一體化建模：統籌設計1∶25萬數據庫的聯動模型與建模方法，實現跨尺度、跨類型的不同數據庫之間的協調統一和相互關聯，為跨尺度跨類型數據庫的增量聯動更新奠定基礎。

2) 不同數據庫間的聯動更新：通過多元聯動，建立不同數據庫之間的關聯關系，基于基礎數據庫快速聯動更新派生數據庫，顯著提高更新自動化程度和更新效率。

3) 要素級的增量式更新：摒棄版本式更新，采用增量式更新方式，在更新過程中標定更新變化信息，記錄更新狀態和更新時間等信息，僅對發生變化的要素進行更新、質檢、匯交、建庫，大大提高更新效率，也便于要素級多時態數據建庫與管理。

四、規模化工程應用

應用上述研究成果，國家測繪地理信息局于2012年啟動了1∶25萬數據庫聯動更新工作，兩年之內完成了1∶25萬地形數據庫的兩輪更新，還聯動更新了1∶25萬制圖數據庫、數字高程模型數據庫。

更新后的1∶25萬數據庫覆蓋全國范圍，數據庫類型完善、要素內容齊全、現勢性良好，成為共享性強、應用面廣、權威可靠的空間信息資源與載體，大幅提升了地理信息數據成果應用價值和測繪服務保障能力。

五、結束語

本文設計構建的1∶25萬數據庫聯動更新技術系統，支撐完成了1∶25萬數據庫的持續快速更新，初步實現了從單一數據庫更新向跨數據庫聯動更新的技術轉變，有效提升了國家級基礎地理信息更新能力，也為國家和省級之間基礎地理信息的聯動更新奠定了基礎。

目前，1∶25萬數據庫成果已先后提供給中央部委、各級政府、上百家單位，應用于資源調查、災害評估、文物保護、電子政務等方面，為國家經濟建設各行各業的專業信息空間化整合提供了統一的空間信息平臺，有效滿足了國家建設發展及國防安全的迫切需要。

參考文獻：

[1]商瑤玲,王東華,李莉. 全國1∶25萬數據庫的建立與更新[J].測繪科學,2004, 29(S1):92-95.

[2]李雪梅，商瑤玲，王東華. 利用遙感影像更新全國1∶25萬數據庫的技術方法[J]. 測繪通報，2002(10)：12-14.

[3]劉建軍，趙仁亮，張元杰，等. 國家1∶50 000地形數據庫重點要素動態更新[J]. 地理信息世界，2014,21(1)：37-40.

[4]陳軍,王東華,商瑤玲，等. 國家1∶50 000基礎地理信息數據庫更新工程及實施[J]. 地理信息世界，2012, 10(1):8-12.

[5]商瑤玲，趙仁亮，劉建軍. 國家1∶50 000基礎地理信息數據庫更新工程[J]. 地理信息世界，2012, 10(1):6-7.

[6]陳軍, 趙仁亮, 王東華. 基礎地理信息動態更新技術體系初探[J] .地理信息世界, 2007, 5 (5):4-9 .

[7]陳軍, 李志林, 蔣捷，等. 基礎地理數據庫的持續更新問題[J]. 地理信息世界，2004, 2(5):1-5.

[8]傅仲良，吳建華． 多比例尺空間數據庫更新技術研究[J]． 武漢大學學報(信息科學版)，2007，32(12):1115-1118．

[9]趙仁亮, 陳軍,王東華.數字環境下的數據縮編更新問題[J]. 地理信息世界, 2008, 6(3):17-20.

[10]國家測繪地理信息局. 國家基礎地理信息數據庫動態更新項目總體設計方案[R]. 北京：國家測繪地理信息局，2012.

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)04-0001-04

通信作者：楊眉

作者簡介：劉建軍(1974—)，男，高級工程師，研究方向為國家基礎地理信息數據庫的建設、更新、管理。E-mail：liujianjun@ngcc.cn

收稿日期：2015-08-31

引文格式： 劉建軍，李雪梅，張元杰,等. 國家1∶25萬基礎地理信息數據庫聯動更新技術設計與工程應用[J].測繪通報，2016(4)：1-4.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0109.