中國邊界測圖地理信息網絡化保障系統的研究與實現

項慧麗，張 鵬，張艷明，董德超

(61206部隊，北京100042)

中國邊界測圖地理信息網絡化保障系統的研究與實現

項慧麗，張 鵬，張艷明，董德超

(61206部隊，北京100042)

在各種比例尺地圖數據的生產中，凡涉及與周邊國家接壤的圖幅，都存在國界要素關系處理問題；特別是比例尺大于1∶100萬的各種地圖的制作生產，國界要素的表示程度較為詳細，需以雙邊簽訂的議定書為依據，議定書附圖作參考，一一對照進行數據制作和成果檢校。本文系統結合現實需求，利用目前多比例尺、多投影、多存儲格式的邊界地理信息數據，結合多源數據融合與基于金字塔模型的瓦片技術，實現了國界數據數字化管理和網絡化共享的“一站式”在線服務。

中國邊界;地理信息;網絡化保障

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，先后建立了1∶100萬、1∶25萬、1∶5萬數據庫[1]，且21世紀開始對各種比例尺地圖數據進行了動態更新，為國家經濟建設與社會發展提供了可靠的測繪保障。在涉及國界的各種比例尺地圖數據生產和更新中，國界線是其中一項重要內容，其涉及與周邊國家間的外交等重大問題，一點一線都關系重大，需特別謹慎處理。我國與周邊14個國家接壤，有22 000多千米的陸地邊界，是陸地邊界最長的國家，也是邊界情況最復雜的國家之一[2]。完整的國界資料由國界議定書及附圖等組成，這些資料的內容也會隨著新的界線勘測和劃定發生變化。目前的地圖數據生產中，由于國界要素相對于其他要素的工作量所占比例小，對涉及國界資料的查詢、應用都是基于人工的、區域的，即以有關國界議定書附圖作為參考，以議定書作為依據，一一對照進行制作和檢校，不僅費時費力，而且準確率不高，存在反復修改等問題。

1 總體研究思路

地理信息領域的空間信息服務隨面向服務架構Web Services技術的發展應運而生[3]。在國家大力推行“供給側改革”的“十三五”期間，結合中國邊界數字化測圖需求，積極開展精確的信息化測圖保障，是信息化測繪工作的重要內容。在此背景下，本研究以實現測圖保障數字化、信息服務網絡化為目標，采用B/S架構的設計思想，堅持數據生產、數據存儲及處理、數據服務和應用相互獨立的原則，保持系統的靈活性和擴展性[4]；利用目前多比例尺、多投影、多存儲格式的邊界地理信息數據，結合多源數據融合與基于金字塔模型的瓦片技術，在服務器端預先生成不同級別的瓦片數據，構建瓦片索引，完成海量數據管理和數據發布，并通過在線服務技術實現在線服務功能，改進用戶端和服務器端交互效率、減輕網絡負擔、提高用戶體驗；旨在基于“國界一張圖”的概念[5]，實現國界數據數字化管理和網絡化共享的“一站式”在線服務，完成不同業務應用系統與平臺服務的集成，為各種涉及國界的數據生產提供全國邊界數據集，達到地理位置準確、內容豐富翔實、應用便利快捷、服務高速可靠的網絡化地理信息服務。

2 主要研究內容

2.1 多源數據融合

搜集國界資料，分析現有國界資料存儲形式，柵格化國界議定書附圖，制作格式化的多比例尺柵格數據集；根據國界議定書等相關資料，對柵格圖進行地理校正，并完成精度檢核；進行投影轉換，統一數學基礎。

2.2 國界柵格金字塔瓦片數據集研究

地圖瓦片的金字塔模型是一種分層多分辨率模型，各層瓦片數據代表的地理范圍相同，但比例尺從頂到底逐漸變大，分辨率成倍遞增[6]。瓦片金字塔數據的生成、組織和調用是該階段研究的3個主要內容，其中數據生成是基礎，數據組織是核心，數據調用是目的。

(1) 柵格瓦片數據金字塔模型的層數、現有不同比例尺數據所對應的層級、瓦片生成方法都會對結果的顯示、瀏覽、調用等產生影響，因此瓦片數據生成過程主要包括以下內容：①確定現有數據的比例尺大小和種類；②分析所要提供的數據數量級，即金字塔模型的層數；③確定各個比例尺地圖所對應的金字塔層級；④選擇合適的軟件和方法生成瓦片數據[5]。

(2) 瓦片金字塔數據的組織方式決定了數據管理模式和調用結果的正確與否。將瓦片數據直接以文件目錄的方式存儲，即利用文件夾對數據進行組織和管理，實現過程容易，系統響應快速、穩定性好，適用于對空間分析功能要求不高、用戶訪問量大的平臺[7]，為了解決此存儲方式在海量數據維護和更新上的不足，建立索引機制以方便后期維護與更新[8]。

(3) 該系統中的瓦片數據調用最終結果與目前的各種生產軟件平臺實現了一體化，調用的瓦片數據可直接錄入當前所用生產軟件中，作為底圖顯示。

2.3 議定書數字化管理與在線查詢

國界議定書以文字表述為主，詳細記錄了界碑的地理信息及國界走向、島嶼歸屬等，是內容詳細、權威性高的國界信息，是國界檢校的權威依據[9]。針對目前國界資料主要通過紙質數據進行人工查詢、對比檢校效率低的問題，該系統通過對相關資料的數字化管理，可方便查詢、瀏覽和檢校，主要提取國界議定書中地理信息制作數字化表格，以及數字化議定書及附件，以方便利用全文檢索技術實現議定書內容的快速定位查詢。

2.4 重要島嶼歷史沿革信息數字化管理及在線查詢

在線服務技術在計算機和網絡技術不斷發展的基礎上，得到了發展并廣泛應用于各個領域。相對于傳統方法，在線服務技術具有良好的數據整合能力和突出的數據共享特性。島嶼歷史沿革信息是邊界信息的重要組成部分，對其實現數字化管理和提供在線查詢，有助于作業人員在測圖過程中準確全面了解島嶼的歷史歸屬、命名情況，方便制圖、檢校工作，提高了作業效率。

3 方案

3.1 研究步驟

依據研究目的和現實需求，該項目將實施過程分3個階段逐步推進完成。第1階段任務是滿足當前測圖生產的迫切需求；第2階段任務是完善相關信息，增強保障能力；第3階段是根據形勢發展和邊界測定變化進行系統維護和更新，保持保障工作現勢性。具體如下：

(1) 第1階段：柵格金字塔瓦片數據集構建及在線發布。以目前生產需求為出發點，完成包括資料搜集、處理(柵格化、多源數據融合、數據基礎轉換、構建金字塔瓦片數據集)、存儲(組織數據、建立索引)、發布(數據調用、顯示、查詢、定位)等，使成果應用于制作生產有國界的系列比例尺地圖。

(2) 第2階段：國界議定書及島嶼歷史沿革信息的數字化及在線發布。以Word形式數字化存儲國界議定書、島嶼歷史沿革信息，并將島嶼及國界議定書中以界樁點坐標、高程等為主的地理信息形成數字化表格，方便進行全文檢索，快速進行點擊查詢界樁號與議定書的相關內容及島嶼信息。

(3) 第3階段：系統維護與更新。隨著任務的發展需求，系統的日常運用和升級工作必不可少；且我國國界目前存在已定國界、未定國界和部分爭議國界，已定國界后期的聯檢，以及未定、爭議國界的界定均會產生數據變化，需要及時更新數據，保證系統內數據的現勢性。

3.2 邊界測圖地理信息保障體系結構

圖1 中國邊界測圖地理信息保障系統結構方案

中國邊界測圖地理信息保障系統包含3層架構：數據層、應用層、用戶層[8]，如圖1所示。 (1) 數據層中包含4種數據：邊界測圖影像、邊界帶狀圖(議定書附圖)、界樁地理信息、專題數據(島嶼歷史沿革信息)。邊界測圖影像是指邊界測定及制圖過程中的遙感影像數據；邊界帶狀圖是邊界雙方簽訂的國界議定書附圖，比例尺不盡相同；界樁地理信息從國界議定書中提取；島嶼歷史沿革信息作為專題信息發布。數據層需要考慮與數據加工、數據顯示、數據表達相關的處理、配置等工作。通過數據處理、數據組織、索引構建等，完成數據層建設，將發布數據與相應的數據表現進行部署，實現數據服務的建設與發布。

(2) 應用層包括3個模塊：系統配置、用戶管理、信息讀取。其中系統配置模塊解決數據與作業軟件平臺的銜接，包括數據格式轉換、路徑配置等；用戶管理模塊用于后臺數據管理；信息讀取是各種數據調用、查詢等。通過網絡部署，利用配置文件參數提供數據檢索、獲取、讀取，并發送給客戶端，實現客戶端功能。

(3) 用戶層是給客戶端提供數據服務、發布地理信息的終端，結合用戶作業軟件平臺，可進行邊界測圖、影像與帶狀圖可視化、界樁與島嶼沿革信息查詢，實現測圖保障。

3.3 數據處理與應用流程

數據處理與應用流程如圖2所示。

3.3.1 搜集資料

當前國界地理信息數據包括國界議定書及附圖等，不同時期的數據存儲方式不同，早期數據以紙質數據存儲，近期數據以*.eps電子格式存儲。在資料搜集的過程中，應全面搜集，并進行初步的數據格式統一。

3.3.2 多源數據融合

圖2 數據處理與應用流程

圖3 多源數據融合方案

伴隨著測繪技術的不斷發展，各個時期所得的測繪結果也不盡相同，如數學基礎、存儲格式、比例尺等；多種資料綜合應用的前提是資料的融合統一，主要處理過程如圖3所示。

3.3.3 構建瓦片金字塔

瓦片金字塔模型采用四叉樹結構，各層數據對應的地理范圍相同，且相鄰兩層數據分辨率采用倍率方式構建[11]。根據該原則，分析現有地圖比例尺，確定金字塔層級，劃分每一比例尺數據所對應的層數，使最大比例尺地圖生成金字塔底層瓦片，其余各層逐次生成。如圖4所示。

圖4 瓦片金字塔模型

3.3.4 瓦片金字塔的存儲及調用

圖5 瓦片金字塔組織[3]

系統采用文件目錄存儲瓦片金字塔數據，按照層、行、列的層次結構進行存儲，如圖5所示。 建立瓦片數據的索引文件，可以快速調用金字塔瓦片數據，方便后期維護和更新。索引文件包括瓦片層級、行號、列號、最大/最小x坐標、最大/最小y坐標[5]，當已知瓦片坐標時，則通過查找索引文件調用瓦片數據。

3.3.5 國界議定書及附件數字化

對國界議定書及相關附件數字化，主要包括地理信息表格數字化和內容直接數字化，目的是實現議定書相關內容的快速查詢，在瓦片數據縮放過程中，實現界樁點的實時加載，點擊界樁點可以快速查詢、定位與之相關的議定書內容。

3.3.6 中國邊界測圖地理信息網絡化保障系統的實現

中國邊界測圖地理信息網絡化保障系統主要以邊界信息在線瀏覽、在線查詢、分析量算和實時檢校為主要功能。通過編程和配置文件參數設置，實現客戶端與服務器端的交互，完成數據的檢索、獲取、讀取、渲染，使數據可視化。具體方案如圖6所示。

圖6 保障功能實現機制方案

4 結束語

中國邊界測圖地理信息網絡化保障系統將當前作業軟件平臺與后臺數據通過網絡和系統配置集成為一體，實現制圖與保障服務的無縫銜接；不僅大大提高了生產效率，而且提高了數據質量水平和保障能力。

(1) 能夠作為1∶1萬、1∶2.5萬、1∶5萬、1∶25萬、1∶50萬和1∶100萬等系列比例尺地形圖，以及各種比例尺專題掛圖、地圖集建庫數據和出版數據生產的輔助系統，作為國界要素表示的依據。

(2) 改變了目前作業方式，節省了按區域查詢對照的時間，作為輔助系統直接用于生產，提高了作業效率和成果質量,縮短了檢校時間。

(3) 精度滿足各種比例尺地圖對國界資料的利用要求。

(4) 有很強的操作性和擴展性。系統可錄入任何與國界有關的資料，用于對相關信息的查詢和應用，并能實時錄入和更改新的相關信息。

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ResearchandImplementationofNetworkSupportSystemforChinaBorderMappingGeoinformation

XIANG Huili，ZHANG Peng，ZHANG Yanming，DONG Dechao

(61206 Troops, Beijing 100024, China)

In the task of mapping the topographic maps with neighboring countries` borders in various scales, there must be border elements to deal with. Particularly when the scale is greater than 1︰1 000 000, border elements need to be signed in more details according to the bilateral agreement and the protocol map. Based on the realistic needs and the geography information data of multi-scale, multi-projection and multi-storage format, the proposed system realized the one-stop services of digital management and network sharing for China boundary topographic data using the multi-source data fusion and the tile pyramid technology.

China boundary; geographic information; network security

P208

A

0494-0911(2017)01-0147-04

項慧麗，張鵬，張艷明，等.中國邊界測圖地理信息網絡化保障系統的研究與實現[J].測繪通報，2017(1)：147-150.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0033.

2016-11-02

項慧麗 (1964—)，女，高級工程師，研究方向為測繪成果的質量控制與管理。E-mail: 575384845@qq.com