信息化条件下地理信息框架生产管理技术探讨

张红波，于 清

(73603部队，江苏 南京210049)

一、引 言

随着信息化进程的不断推进，军队测绘部门和国家测绘部门已经组织生产了系列比例尺基础地理信息数据，较好地满足了许多实际应用需求。但随着需求的不断深入，更新的速度、信息的管理、数据的分析应用等越来越成为迫切需求，传统的以“图幅”为单位的GIS应用模式已满足不了实际应用的需要，传统的“入库和出版两条腿走路”的理念，已经无法满足作战部队和其他应用单位的需要，主要表现在：

1)以图幅为单位进行地理信息数据的生产、管理和更新，由于地理信息数据本身并没有图幅边界，以图幅为单位组织数据势必导致数据有重叠或裂缝，而且增加了地理信息数据裁剪和接边的工作。随着多尺度、大范围空间应用的逐步增加(如城市应急指挥、区域反恐等)，以图幅为单位的数据组织方式越来越不能满足信息化条件下地理信息数据应用需求。

2)数据更新采用批量周期更新方式，不便于多人协调更新作业，导致动态信息无法实时更新，信息现势性不高。这种更新方式限制了空间信息应用的时效性，总的来讲，在地理信息数据生产管理上缺乏整体解决方案。

3)出版和入库数据一直不能实现真正意义上的一体化，导致入库和出版的工作量几乎是对等的，影响了成图周期。

地理信息数据的生产更新是一项长期工程，需要投入大量的人力、物力和时间。但是，目前对于地理信息数据的生产、更新，军内甚至国内还主要是以“图幅”为单位进行的，采用单人、单机、单任务的作业模式，处理效率低下，数据处理周期漫长，不利于数据的整体维护。如果能够采用网络环境下的多任务联合工作模式，基于地理信息数据库实现地图数据的快速生产和更新，必将大大提高地理信息数据生产和更新的效率，从而更加及时迅速地满足用户的用图需求。为此，本文提出了基于统一的数学基础、数据标准和管理更新机制建立一个无缝的基础地理空间信息框架和服务平台，全面维护地理信息数据的生产、更新、管理、发布和应用，提高测绘生产效率与质量和测绘成果的应用能力，从而为用户提供更好的空间信息服务。

当前成熟的数据库具有版本管理、长事务处理操作，但这些操作通常是针对数据表和记录的，不能很好地针对地理信息数据进行处理。为此，可对现有地理信息数据结构和地理信息数据库结构进行扩展，并增加地图、要素集、要素的版本信息，从而实现分布式地理信息数据采集、编辑、管理、协调操作以及动态维护。系统的总体框架如图1所示，建立一个全局唯一的地理信息数据库，数据库中按地图、要素集、要素3个层次组织数据，基于网络实现分布式协调编辑与更新，并提供版本检查、对比和合并等操作，确保地理信息数据的一致性。

图1 分布式无缝地理信息数据生产、更新管理框架

二、技术实现

1.数据库设计

要实现对地理信息数据的一体化无缝管理及应用，数据库是其核心组成部分。地理信息数据库应至少符合两点要求：①可将空间数据与属性数据统一存储，建立描述空间实体间关系的数据模型，应支持矢量数据结构和栅格数据结构等常用的地理信息数据结构，在设计时除军用标准的属性字段外，增加相应的属性字段;②应具备海量数据的管理能力。

因此，本文采用地理信息数据数据库和数据引擎存储和管理地理信息数据，基于B/S和C/S相结合的模式，实现建库与入库、动态更新、综合应用、网络发布等功能。地理信息数据是通过地理信息数据引擎统一入库，用户通过地理信息数据引擎对数据库进行数据访问(如图2所示)。

图2 地理信息数据库的系统结构

2.数据录入

(1)设置公用图层或要素

为了便于用户使用，针对一些特殊的图层或要素，可设置公用图层或要素，如境界层数据、测量控制点、高等级道路数据、乡镇以上居民地名称等。这些图层或要素独立于比例尺之上，可在任意比例尺下进行地理信息数据应用，减少数据更新时的重复性工作。

(2)设置专用图层或要素

专用图层或要素是针对不同的比例尺而设置的。将同一比例尺的各类数据存放在一个表空间中，包括1∶1万数据表空间(主要是部分训练场的数据或国家局提供的重点区域的图幅)、1∶5万数据表空间、1∶10万数据表空间、1∶25万数据表空间、1∶50万数据表空间、1∶100万数据表空间等。为了易于使用管理，在每个表空间下分别建立不同类型的表，对应不同的数据类型。

(3)设置多种数据接口

数据接口的设置，要利于数据更新、维护和管理。比如，军用标准格式、影像、GPS、国标数据接口的设置，可以实现快速的地图更新;商用数据格式如MapInfo、MapGIS明码格式、ArcInfo交换格式，可以更好地实现军地数据资源的共享等。

(4)地貌库的导入

以系列比例尺数据的DEM数据构建地貌库，以便下一步的工作中快速生成地貌晕渲，以满足不同不同任务的需求。

3.构建拓扑

为了便于进行空间分析(如叠置分析、缓冲区分析、剖度分析和优化路径分析等)，需要对入库的地理信息数据构建拓扑关系。拓扑关系作为地理信息数据的一部分直接录入，或者直接对入库的地理信息数据进行拓扑关系的重建，建立一个战区范围的无缝GIS数据，逐渐弱化地图分幅的概念。这项工作会很烦琐，面域的合并、伪节点的处理、交通和水系的拓扑等，只有部分工作可以自动实现，还有部分工作需要人机交互。

4.骨干数据整理

1)铁路和高等级公路。

铁路：在战区范围内将铁路名称起止点、编号、单复线、电气化等等属性以及铁路车站的军供、装卸、车站等级等依托原始数据和铁路部门参考资料整理清楚，大型的铁路桥梁和隧道、隘口的属性表示清楚，以便用作统计和查询使用。

高速公路：在战区范围内将高速横线、纵线、发射线、并行线和道路的编号、重合路段、总名、分段名整理清楚，还有高速上的重要桥隧。

国道：将高速横线、纵线、发射线、编号、重合路段、过境情况整理清楚，还有重要桥隧的属性。

2)县以上境界：整理成拓扑结构完全正确的、无缝的政区面，可用于政区范围内的统计和查询，还可用于输出政区范围内的系列比例尺分幅图数据。

3)水系：依据水系流域图、1∶25万联合作战图和国家提供的河流代码等级等，将流域、水系、名称、河流代码、主支流、河流等级等区分整理清楚，主要是五万数据库，为下一步专题图的快速输出奠定基础。

4)乡镇以上居民地。

5)战区范围内以经纬网分幅的系列比例尺图幅号及图名。

5.检查验收

检查验收内容包括空间图形能否和原始图形无缝叠加、空间要素入库内容是否遗漏、图形信息是否分层错误、空间要素是否重复入库等。

三、主要功能设计

随着信息技术的高速发展，计算机网格计算、云计算等新技术的不断出现，空间地理信息的生产、存储、管理和分发的技术手段也在不断更新，测绘面临着从以电子地图为代表的数字化测绘向以空间信息服务为代表的信息化测绘的转变。根据用户对地理信息数据应用的不同需求(如范围、比例尺、图层、属性项、坐标系等)，从中心数据库中提取所需信息。为了实现地理信息数据的按需提取，系统需要提供实时裁剪、属性信息和拓扑信息的按需提取、坐标系和格式的可定制转换等功能，提供标准的在线分析和处理服务(如WebService、Grid-Service等)。系统需要按照用户级别进行管理，通过逐级权限管理，对不同用户提出请求作出回应，认证后方可进行相应的操作。根据以上情况，地理信息数据生产管理系统可设计以下主要功能：

1.数据库更新维护

为了提高数据更新的效率，确保数据更新质量，可提供基于数据库的数据全面更新服务和变量更新服务。即在数据库更新过程中或之后，只记录或提取新版数据中发生变化的特征及其信息，然后将这些信息以变量文件的方式提供给用户，并集成到原来客户数据文件中，同时记录数据的更新时间、采集人员等元数据信息。这样的更新方式便于用户查看更新版本，发现更新错误便于弥补和查究责任。更新过程中，每名作业人员有各自不同的更新权限，只对负责的特定区域和特定要素的信息进行更新，将更新区域内的地图数据文件从数据库下载到个人电脑上，进行实时更新后将数据提交到数据库，实行自动化的任务分发和管理。推荐按要素类别进行信息更新，例如A只更新发生变化的四级以上公路及附属设施，B只根据影像更新真形居民地轮廓等，这样可以实现技能专业化，大大提高工作效率。

数据更新应采用定期更新与动态更新相结合的方式。大批量数据采用定期更新，小范围数据或重要要素采用动态更新，主要可以依靠现势资料通报进行草绘或依据遥感站获取的即时影像更新骨干数据(主要是交通)。数据更新应尽量利用已有数据库成果，同时将原来的旧数据作为历史数据存放到历史库中，更新后的数据需要与周围的数据进行融合处理。

2.信息管理

1)存储。地理信息数据以数据库形式存储，时刻保持最新的数据库，克服了分幅管理的诸多不便。

2)发布。在以往领取数据的过程中，数据的整理、区域所涉及图幅的计算等，都需要较大的工作量，而且有时现势性难以保证。现在，可以设置按行政区域输出图幅，按经纬度范围输出图幅等功能。

3.信息服务

1)常规地形图服务。常规地形图服务是最常用信息服务，按照图式的要求设置符号和注记，加载坐标系的经纬网和方里网。常规地形图可以按图号显示，也可以按照行政区域、作战区域或经纬度范围显示，相当于快速实现之前分幅图的裁切拼接。另外，可以通过加载不同坐标系的坐标网，实现不同坐标系的图幅。

2)专题地图或底图服务。根据定制规则，比如选取乡镇以上居民地、县级以上公路、县级以上行政区等，快速生成专题底图。还可以设置几种不同的符号显示方案，为专题图制作提供不同的需求方案。

3)电子地图服务。按照数据金字塔的形式以不同的窗口比例尺来显示不同比例尺的数据库，实现电子地图服务功能。也可以提供以电子产品(例如MP4、电子词典、手机存储卡)形式存在的电子地图。

4)电子沙盘服务。利用已建成的地貌库，以贴纹理或贴影像的方式显示三位地景，并配以某些要素和注记，根据用户需求形成电子沙盘。也可在电子沙盘上实现态势标绘。

5)导航图服务。主要显示交通和居民地关节点的拓扑关系，以电子导航图的模式显示，连接GPS或北斗定位系统后，便可进行导航。

6)单兵导航器服务。需要借助于导航器，数据服务器可以通过无线网络将数据即时发送到导航器，依靠北斗即可实现导航功能。美军早已经实现单兵GPS导航系统的配备，不久的将来，我军也将配备单兵北斗导航系统。

4.数据查询统计

这项功能设计主要基于SQL数据库语言的扩展查询。

1)按区域查询、统计、定位。以往在制作图集的过程中，往往碰到一处描述的道路关节点，很难定位它在那里，而现在可以根据此系统进行查询定位。

2)按要素种类查询、统计、定位。要统计战区范围内，库容量在1亿m3以上的水库有多少，目前可以说很难实现;建成系统之后，只需用几句数据库语言就可以实现了。

5.成果检查

程序自动检查，主要指能够利用现有的成果库对即将入库或更新的地理信息数据进行匹配检查，包括坐标系的检查、空间要素分布合理的验证以及要素属性项的比对等，从而对地理信息数据质量进行一个整体评价。

四、结束语

分布式地理信息数据组织、更新、管理主要是针对当前数据生产中存在的问题提出的，这与当前正在使用的成熟生产流程和操作相比虽有较大差异，但有利于打破以图幅为单位数据组织的局限性，有利于提高数据的现势性和数据生产更新的效率，确保地理信息数据的成图速度和整体质量。但建立一个这样的测绘产品生产体系是一项庞大的工程，需要经过长期的技术积累和生产实践，相关技术需要通过不断的试验和论证。

(略)