面向地图集数据更新生产信息系统设计与开发

连 杰，汪跃平，任 福，王海涛,3，肖 克

（1.武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079；2.安徽省第四测绘院，安徽 合肥 230031；3.68029部队，甘肃 兰州 730020）

面向地图集数据更新生产信息系统设计与开发

连 杰1，汪跃平2，任 福1，王海涛1,3，肖 克1

（1.武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079；2.安徽省第四测绘院，安徽 合肥 230031；3.68029部队，甘肃 兰州 730020）

围绕《安徽省地图集》海量专题数据管理与更新的需要，探讨了专题地图数据高效管理和利用方式，设计和开发了面向地图集数据更新生产的信息系统。为实现地理空间数据的快速更新，系统采用要素级增量更新和测区级版本更新相结合的数据更新方式，能针对生产需求，并具备模板式快速成图功能。

安徽省地图集；专题数据；数据库；数据更新；快速成图

专题地图以其在信息传输、存储、转换和显示等方面的巨大优势，已经成为调查研究、分析评价、预测预报、规划设计和指挥管理的重要工具[1]。专题信息种类与数量的丰富极大地拓展了专题地图的应用领域，也对专题数据的管理与更新效率提出了更高的要求。用户在充分利用各类专题信息资源的基础上，对专题数据的现势性关注程度也在逐渐增强。

《安徽省地图集》是新中国成立后安徽省编制的第一部大型综合性地图集[2]，汇集了全省多个专业部门的科研成果和行业资料，以专题地图的形式展现出近30 a安徽省自然环境、人文社会、经济贸易等领域的发展变化情况，具有很高的权威性和实用性。随着安徽省社会经济的快速发展，专题数据量呈几何态势增长，数据更新周期缩短，对数据的管理与更新方式提出挑战。本系统的设计和开发充分考虑到以上需求，通过GIS和数据库技术较好地解决了上述需求。

1 总体架构

数据库系统的建设目标，是在对专题数据准确合理分类的基础上，建立统一的分类编码体系，将不同来源的专题数据按照统一的标准与规范组织到数据库中[3]。数据库的设计要满足海量专题数据高效存取和快速更新的需要。系统前端通过应用程序实现与用户的交互、数据访问、数据更新与备份、专题图制作、专题信息查询等功能。

数据库系统采用标准的3层体系结构[4]，如图1所示。数据层选用Oracle数据库，充分发挥Oracle稳定性和安全性高，适合于大数据量管理的特点[5]，专题信息的分类采用线与面分类法结合的混合分类法[6]，通过层次方式统一组织、存储和管理专题数据。中间层为ArcSDE数据库引擎，实现空间数据到关系型数据库的管理和转换。应用层采用ArcGIS Engine技术构建C/S+B/S架构的专题数据管理应用系统，实现专题数据的具体应用。

图1 数据库系统体系结构图

2 主要功能

系统的主要功能模块如图2所示。

地理信息库管理子系统：提供对地理空间数据的访问和管理，支持数据入库和数据更新。数据更新采用“签出-编辑-签入”的流程，提供矩形签出、按行政区签出、自定义范围签出等多种签出方式。数据签入更新通过检测签出数据的变化要素部分即增量集实现增量更新。

查询定位子系统：提供包括依据图幅编号查询、空间区域查询、关键字查询、行政区划查询、复合条件查询等查询方式。查询结果置为选中状态，主视图自动定位到查询结果所在的区域，查询结果可以保存并输出，以GDB格式存储；提供查看基础地理数据的元数据，浏览基础地理数据的基本信息；提供查看和管理专题新闻，及时共享行政区划调整信息。

图2 系统功能结构图

专题数据管理子系统：提供包括专题表结构维护、专题数据更新、专题图制作等功能。

符号库管理子系统：针对基于系统的符号化显示，同时满足符号样式的地图输出需求，提供符号预览、符号制作、符号库维护等功能。

快速出图子系统：针对出版地图未覆盖地区的应急用图，通过提前构建的符号化模板、图面元素配置模板和注记配置模板实现快速成图和打印输出。

用户与日志管理子系统：维护系统用户的权限分配和日志查询，通过分配不同权限给不同操作员划分各用户可使用的子系统，同时监测用户对数据库的日常操作。

3 关键技术

3.1 数据更新

统计数据更新采用记录追加和整体替换的方式，同一个专题的历史与现实数据保存在一个Table表中，更新方法相对简单。地理空间数据更新的实质是空间实体状态改变的过程，以达到保持地理空间数据库中空间信息的现势性和准确性或提高数据精度的目的[7]。矢量地理空间数据更新通常有2种方法。一种是基于版本的更新，即以不同时间的整个数据库为版本，更新时以新的版本取代旧版本。该方法适用于和版本数据密不可分或数据量相对较小的数据[8]。另一种是增量更新，通过检测、识别发现数据的变化部分，对变化部分的数据进行更新，适用于全局变化较少，而局部变化较多的情形[9]。综合分析2种更新方法的特点，本系统采用要素级增量更新和测区级版本更新相结合的数据更新方式。母库内地理空间数据覆盖安徽全省范围，数据量大，采用要素级的增量更新方式可以只对发生变化的要素进行更新，更新数据量小、速度较快。测区库由母库派生，以县、区级行政区域作为测区，采用版本更新实现对旧版本的替换。2种更新方法相结合，可以保证数据的一致性，避免对母库和测区库分别更新时，因误差积累对数据质量产生影响。影像地理空间数据更新采用同名替换方式，数据库中若存在同名影像，即替换此影像，若不存在同名影像，将此影像入库存储。

矢量地理空间数据更新流程分为3个部分：数据签出与数据处理、数据签入与母库更新、测区库更新，如图3所示。首先需要建立母库和临时库中同名要素之间的一一对应关系。系统设置编号字段ENTIID，为每个要素赋予唯一的“身份编号”。该编号在数据签出、编辑和签入过程中保持不变，数据更新时可以快速找到待匹配的更新要素。

图3 矢量数据更新工作流程

1）数据签出。将母库中的数据签出至临时库，生成一个工作版本。用户在临时库中完成要素的增加、删除与修改等数据处理工作，避免直接编辑母库数据，降低对母库数据安全的影响。系统通过用户权限对数据的签出功能进行控制。签出数据中添加一张记录表（T表），记录签出数据的基本信息，如表1所示。针对专题地图生产应用的需要，系统提供了多样化的数据签出方案，包括选择要素签出、依据图层签出和依据行政区划范围签出等。

表1 数据签出日志表

2）数据签入与母库更新。将临时库中的数据签入至母库，对工作版本和历史版本进行比较，通过要素级的属性特征比对与空间特征比对，查找增加、删除和修改的要素，完成对库内数据的更新。

要素比对分为2步。首先比对同名要素的属性值，存在差异后即进行更新。在属性值完全相等的情况下，通过几何匹配比对空间特征。几何匹配的核心是判断目标在空间位置上的重复或重叠性[10]，分为点、线、面3种几何类型，采用不同的方法进行变化检测，流程如图4所示。新增要素的编号值为空，更新时直接签入并统一赋值。删除要素的更新通过比对签入数据的ENTIID值和T表中的编号，查找出空缺编号并删除母库内对应的要素。

图4 要素变化检测流程

图5 1∶25万数据更新实例

3）测区库更新。根据测区范围将母库数据划分为若干个测区库，测区库内要素内容与母库在此测区范围要素相同。测区库更新通过用母库的现势数据更新测区库，对测区库中历史版本的数据作替换处理，保证测区库与母库的同步。由于测区库更新过程存在一定的时间损耗，因此设置数据更新时间节点，周期性地对各测区库作更新处理。数据更新实例如图5所示。

3.2 快速出图

快速成图采用基于模板的方法，把专题地图制图中常用的设计规律、原则等存成模板文件，建立模板库，然后根据制图任务的不同，从模板库中选择符合要求的模板进行制图。地图制图模板分为要素符号化模板、图面元素配置模板和注记配置规则模板。要素符号化模板基于管理系统将多比例尺的基础地理数据和符号库，通过“要素-符号配置方案”模板相关联，在管理系统中对地理要素符号化显示；图面元素配置模板基于由模板文件定义的图面元素种类和位置在系统中对当前地图进行整饰；注记配置规则模板将注记层、注记位置、注记字段、注记字体、字大、颜色、注记风格等参数保存为模板文件，按照模板文件定义的注记类型添加注记。具体流程如图6所示。

图6 快速地图制图流程

4 结 语

围绕地理空间数据的更新和制图需求，在保证更新效率与数据安全的前提下，针对用户数据生产和快速出图的需求，采用要素级增量更新与测区级版本更新相结合的方式和基于模板技术的快速出图方式，在数据库系统建设中得到较好的应用。

[1] 栾晓岩,孙群,魏代永．专题地图制作中的认知表达[J]．测绘通报,2007(4)：69-72

[2] 张冬梅,管怀重．《安徽省地图集》中地貌晕渲的研制[J]．测绘通报,2013(4)：71-74

[3] 曹云刚,朱晓华,丁晶晶．城镇产业布局基础空间信息数据库系统的设计与实现[J]．地理研究,2010,29(1)：173-180

[4] 杜红悦,刘先林,宫辉力．基于ArcSDE的空间数据综合管理系统设计与实现[J]．测绘科学,2009,34(5)：171-173

[5] 郭朝辉,齐清文,邹秀萍，等．基于ArcSDE的云南沿边境地带生态环境数据库建设研究[J]．测绘通报,2007(3)：53-56

[6] 王海涛,任福,汪跃平,等．安徽省地图集专题信息分类编码与方法[J]．地理信息世界,2014,21(3)： 37-42

[7] 潘瑜春,钟耳顺,赵春江．GIS空间数据库的更新技术[J]．地球信息科学,2004,6(1)：36-40

[8] 朱宏斌,陆海英,盛琦,等．城市基础地理信息数据库更新方案研究[J]．测绘通报,2011(1)：25-27

[9] 熊湘琛,张新长,曹凯滨．城市基础地形数据增量更新研究[J]．测绘通报,2009(3)：24-26

[10] 应申,李霖,刘万增,等．版本数据库中基于目标匹配的变化信息提取与数据更新[J]．武汉大学学报：信息科学版,2009,34(6)：752-755

P295

B

1672-4623（2016）04-0042-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.014

连杰，硕士，主要从事空间数据库管理和地理信息软件开发等研究。

2015-04-15。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41271455）。