数字国界构建技术研究与工程实践

陈 军，华一新，王发良，陈宏兵，刘万增，周治武，张 毅

1.国家基础地理信息中心，北京 100830；2.信息工程大学，河南 郑州 450052；3.外交部 边界与海洋事务司，北京 100701

1 概 述

我国是世界上陆地邻国最多、界线最长的国家，定界与维护管理的任务艰巨、技术复杂［1］。自20世纪90年代以来，外交、测绘有关机构积极探索地理信息高新科技在国界划界、勘界、联检等方面的应用，取得了有益经验［2－3］。在此基础上，国家有关部门启动了“数字国界”专项建设工程，构建覆盖全国14条边界的空间型国界综合数据库，研制定界与维护管理的业务化信息平台，以全面提升国界工作的技术水平与效率。

就研究现状而言，国际上该领域的研究多集中在划界法理、定界政策、危机管理等方面［4－5］。欧盟近年来着手建设边界数据库，但数据类型单一，且仅包含现状数据。在2006年11月举行的联合国首届“支持边境发展的陆地和河流边界勘界”国际会议上，美国代表方提出“要建设一个数字边界，GIS制图，GPS界标测定、数据共享、界碑加密是未来发展方向”（http∥www.dur.ac.uk／ibru）。就总体而言，国内外对数字国界构建鲜有研究报道，亦未见商业化的技术系统。因此，我国“数字国界”工程需通过自主技术创新，研究解决地理信息与国界业务的有机融合难题。本文主要介绍了“数字国界”工程的技术创新与成果，包括“数字国界”的总体构建思路、主体技术方法和工程实施与应用。

2 总体技术体系

新中国成立60年多来，我国形成了以划界、勘界、联检和日常管理等为主体的国界业务体系，取得了丰硕的定界成果，积累了海量的边界资料。为了实现国界信息管理集成化和核心业务信息化，提出以超媒体数据建模为基础、精准化定界分析为核心、集成化信息服务为依托，构建“数字国界”的总体技术体系，如图1所示。

图1 “数字国界”建设工程的总体技术体系Fig.1 Overall technical framework of“Digital Boundary”

（1）超媒体数据建模。国界定界与维护管理使用和产生基础地理信息、界务信息和专题信息等三大类信息资料，表现为多尺度地图、多分辨率影像、多时期文本、多类型视（音）频等超媒体数据形式。其间存在着网状关联、尺度对应、事件驱动等多种数据－实体关系。通过对国界数据构成和相互间关系的深入分析与系统梳理，建立了基于国界核心要素和跨媒体多元关系的超媒体数据模型，制订了国界信息分类编码标准，发展了多媒体节点制作、跨媒体多元关系构建的方法或算法，以实现国界带状区域各种图形、影像、文本、视频资料的空间化整合与跨媒体关联。

（2）精准化定界分析。国界定界的核心任务是依据国际法基本原则，结合地形地貌、历史及现状，科学地分析双方主张线差异和条约红线实地走向。这既要综合运用定性的定界法理知识，又需要进行定量的数字地形分析。本项目将定界法理与地形分析相结合，研究发展在数字化环境下进行划界、勘界及联检分析的关键技术，形成了基于线线关系的划界主张线差异分析，基于数字地表模型的条约红线走向解析与落地分析等有关模型，以建立定界业务信息系统。

（3）集成化信息服务。边界线走向与通视道维护、口岸管理、跨界水资源开发利用和保护、边界突发事件处置等迫切需要国界信息的集成服务。针对外交边界部门的工作实际，研究国界信息的网络化共享服务技术，以便对海量国界信息进行按需浏览与调用。其次，研究边界信息远程速报技术，发展支持跨部门的地理信息聚合和协同环境下的在线空间操作，为实现边情速报、异地会商等提供新手段。

3 对象化建模与空间化整合

针对国界数据多尺度、多类型、多时相的超媒体特点，开展了基于国界核心要素的对象化数据建模、顾及几何和语义的空间数据差异处理等研究，发展形成了有关的技术方法与工具软件。

3.1 基于国界核心要素的对象化数据建模

将界线、界碑、争议区、口岸、界河中岛屿、跨界水等定义为核心要素，用来实现与文本、图像、视频等多类型数据资料的语法关联或链接，如图2所示。其中，以“卡片－节点”形式，实现争议区、交换图、条约、界碑等数据实体之间的网状关联，以支持符合“联想”记忆习惯的跨媒体查询；利用定界事件，表达从划界、勘界到多次联检以及界务管理的演变过程，支持事件驱动的时空检索［6］。

图2 基于国界核心要素的对象化数据模型Fig.2 Core elements－based object－oriented data model for digital boundary

3.2 顾及几何和语义的数据整合处理

每条国界的划界、勘界或联检均是与不同邻国、在不同时期联合开展的，依据的技术标准可能有所不同，这使得定界成果往往存在着几何和语义方面的差异，需进行必要的整合处理。其中几何整合旨在使所描述现实世界中同一地理实体的两个目标应具有相同位置。为此，提出了基于编码匹配的空间冲突检测等模型和算法，以自动判断国界数据拓扑与语义的不一致性［7］；将不同时期签署的边界附图等进行投影转换与配准，统一到2000国家大地坐标系（CGCS2000）上去。语义整合则是通过制定数据技术规范，进行包括实体名称属性、要素表达模式、实体空间关系等在内的转换，解决因来源不同、年代不一所造成的数据含义不一致问题等。图3给出了国界空间数据几何与语义整合的基本思路。

4 数字化环境下的定界分析

国界定界需综合考虑边界的历史与现状、法律法理、地形地貌、资源环境等诸多因素。将定界法理和地形分析有机结合，研究并分析划界主张线差异与动态调整、条约红线走向解析与落地分析等，形成了数字化环境下的定界分析方法，如图4所示。

（1）划界主张线差异分析。本项目是在数字化环境下，以划界法理语义空间化解析为引导、谈判论据资料全文检索分析为基础、地形特征线自动提取为支撑，开展主张线差异分析，生成划界主张线；继而采用要素线线关系细化计算方法，确定双方主张线的差异及“争议区”，并采用拓扑链加以描述表达［8－9］；继而根据面积、军事、资源等多因素指标体系，提出多种可供参考的划界方案，并进行划界方案的定量评价与动态调整；最后对划界结果进行评价和可视化表达，形成与边界条约相 配套的条约附图。

图3 国界空间数据的几何与语义整合Fig.3 Geometric and semantic integration of boundary spatial data

（2）条约红线走向解析分析。将数字地形分析与勘界法理相结合，发展了顾及地形特征的红线实地走向分析、跨河流界线调整等方法，实现界标位置优选与条约红线落地的内业化处理。针对界碑大范围同步观测、坐标解算与成果现场双方确认等需要，优化基于CORS站网的长距离解算方案和误差模型，实现了数据观测、处理、服务的快速同步进行。此外，研究发展了基于影像的边界变化分析、界线变化核实等功能。

5 工程实施

按照上述总体技术体系与方法，完成了建国60年以来与周边邻国30余次划界、勘界、联检资料、成果的空间化整合处理，还整合了国界及边境地区的1∶5万等多尺度数据，建成了覆盖我国22 000km国界线的多时态、多类型、多尺度国界空间数据库，为国界定界和管理提供了丰富的信息资源。

先后研制了划界信息系统、勘界信息系统、联检信息系统和国界信息服务平台。其中划界信息系统提供了划界资料集成管理、符合“联想”记忆习惯的谈判论据调阅、划界立场展示、谈判方案分析模拟和比较、条约地图制作等功能［10］；勘界信息系统提供了界线走向分析、界标位置优选、勘界数据量算分析、信息集成管理、勘界附图制作、界标精确测算等实用功能，实现了数字化环境下的勘界方案设计、会谈方案模拟、工作成果的辅助制作与管理等；联检信息系统则主要提供联检方案制定、界标巡查引导、数据动态加载、数据对比分析、联检数据集成管理与分发服务等功能。国界信息服务平台主要包括“日常界务管理”、“边情速报与热点会商与突发事件处理”、“公众信息发布”等子系统［11－13］。

图4 国界法理与地形分析相结合的定界分析Fig.4 Border delimitation and demarcation by integrating jurisprudence and terrain analysis

6 结束语

经过10余年的跨学科协同创新，我国已初步建成“数字国界”，有关成果已用于与有关邻国的划界、勘界及联检谈判，减轻了野外工作强度，降低了边界作业危险性，有效地提升了定界技术水平，在促进我国陆地地缘稳定、维护国家主权与领土完整等方面发挥了重要作用。

值得指出的是，数字国界的运行维护与更新完善任重道远。一方面，边界地区地形地貌、地表覆盖不断发生变化，直接影响着边界线走向、界标设置以及跨界水、跨境设施、生态环境等，需要开展适时更新、精细建模等。另一方面，随着经济全球化和社会信息化的不断发展，国界业务正从传统的边界定界和单纯关注军事安全转向促进周边经济与重视防范非传统安全威胁发展，研究尺度则从以往的边界条带扩展为广袤的边境地区，研究频度从常规的静态分析向经常性监测与政策动态模拟发展，数字周边建设和周边地缘风险防范研究等已经提上议事日程。

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