基础地理信息跨尺度联动更新规则体系研究

杜 晓，刘建军，杨 眉，刘剑炜，赵文豪，李 瞾

(国家基础地理信息中心，北京 100830)

基础地理信息跨尺度联动更新规则体系研究

杜 晓，刘建军，杨 眉，刘剑炜，赵文豪，李 瞾

(国家基础地理信息中心，北京 100830)

系统介绍了基础地理信息跨尺度联动更新关键技术相关的规则体系，通过图层映射、几何对应、图面综合、要素取舍、关系协调等多套规则的有机结合，实现了变化更新信息的准确提取；同时开展了基于增量的要素编辑与自动化标注的约束性规则研究，并以1∶1万DLG数据联动更新1∶5万DLG数据为例，进行了跨尺度基础地理信息联动更新试验。

跨尺度；基础地理信息；联动更新；规则体系

随着国家级和省级多比例尺基础地理信息数据库的逐步建成和更新[1]，实现多尺度数据的逐级快速更新，以及打破不同级别间的数据壁垒对政府决策和公共服务显得尤为重要[2]。面对我国基础地理信息数据分比例尺管理的现状，如何建立多尺度数据库之间的关联关系，实现“一次变化，逐级更新”，减少多级比例尺数据的重复更新工作，以最大限度提高更新效率，是摆在地理信息数据生产者面前的一个难题[3]。基础地理信息数据从存储方式上主要分为栅格数据和矢量数据。其中航空航天影像、数字高程模型等栅格数据，可根据所需的比例尺要求通过重采样方式获取对应的更新内容，本文不再赘述。但对于矢量数据DLG，由于要素编码、采集指标、表达方式、内容取舍等随着比例尺的变化而不同，无法通过简单直接的方式实现从大比例尺到小比例尺数据的直接更新，已成为目前阻碍基础地理信息数据快速更新的主要障碍之一[4]。

1 联动更新体系架构

同一比例尺下的动态增量更新技术方法已经在国家级基础地理信息数据中得以全面应用[2,4]，部分学者也对多比例尺联动更新技术进行了深入研究和探索[3，5- 6]。本文拟建立跨比例尺DLG数据之间的关联更新技术流程，构建相关规则体系，实现更新信息的自动化提取与快速编辑入库。

联动更新的主要技术流程分为4部分：变化发现提取、要素增量编辑、数据质量检查和增量信息入库，具体如图1所示。

图1中图框为在不同流程阶段对应的处理规则，主要包括映射匹配、要素综合、几何重构、关系检测、质量检查、增量入库等十几条规则类、数百条规则项。

2 联动更新规则

变化信息提取的重点是建立不同比例尺之间要素的对应关系，而跨比例尺数据之间图面负载量及综合取舍表达要求的不同，导致两者之间的要素差异化较大[7- 9]。编辑规则的合理制定，可有效避免人工操作的随机错误，提高整体的更新效率和质量。因此下面以映射匹配、综合取舍和编辑入库相关规则类进行重点阐述。

图1 联动更新技术流程及规则体系架构

2.1 映射匹配规则

当前基础地理信息矢量数据基本以“数据集—数据层—要素—属性项”为层次组织存储。建立数据层、要素、属性三位一体的分级映射规则，通过空间数据的对比，找出发生几何变化或属性变化的地物要素，是信息自动化提取与快速编辑的前提基础。分级映射规则主要包括：

2.1.1 数据层映射

建立不同比例尺的水系、道路、管线等数据层之间的对应关系。同类数据层可以相互映射，跨类别数据层一般不相互对应，如有特殊情况可适当增加。一般同类数据层以同几何类型为准相互映射，可根据图层综合情况适当增加跨几何类型映射规则，如面状河流层可映射到线状河流层。

2.1.2 要素映射

建立不同比例尺的地物、地名等要素之间的对应关系。跨比例尺要素通常以唯一标识GB码或CLASS码对应，可以一对一，也可以多对一。但不建议一对多，如确有必要，需设定约束参数。要素映射关系见表1。

2.1.3 属性映射

地物要素的名称、宽度、类型、编号等要素属性项在不同比例尺之间的对应关系见表2。属性对应可为一对一，也可为多对一，根据要素属性项内容重写组合。

表1 跨比例尺要素关系映射规则

表2 跨比例尺要素属性映射规则

2.2 综合取舍规则

2.2.1 要素取舍规则

(1)

式中，Field(Xk)为碎片要素属性值，合并后要素赋值面积最大的碎片属性；Shape(Xk)为碎片要素几何图形，合并后要素图形赋值各碎片的聚合图形；C为各碎片要素关键属性值。

选取指标指定了大比例尺要素在小比例尺数据中保留更新的范围，指标值根据小比例尺数据采集要求确定，见表3。

表3 跨比例尺要素取舍指标规则

2.2.2 图面综合规则

由于图面综合尺度的不同，同一地物在不同比例尺下的几何表示方法存在差异。如大比例尺数据中的点状房屋要素，在小比例尺数据中根据综合尺度表达为面状街区。图面综合规则定义了大比例尺要素到小比例尺要素的综合条件及其对应目标图层和要素(不同条件下对应不同目标)，见表4。

表4 跨比例尺要素综合指标规则

2.3 编辑与入库规则

2.3.1 增量编辑规则

为保证编辑操作的唯一性和有效性，需要对待编辑数据的每一个要素增加FEAID(要素原ID号)、STACOD(更新状态)字段，用于自动化记录要素编辑操作，便于编辑成果的增量更新和增量入库。FEAID字段记录要素在数据库中的唯一标识码，STACOD字段记录对该要素的操作(增加、修改、删除)。要素增量编辑操作及字段赋值规则见表5。

2.3.2 增量检查规则

编辑完成后的所有要素，按照其FEAID和STACOD字段的内容进行增量检查，所有有效的FEAID必须与原数据库内的要素ID号一一对应。STACOD字段标记为“新增”的要素，FEAID字段必须为空；STACOD字段标记为“修改”或“删除”的，FEAID字段必须为有效值；STACOD字段标记为空或无效的，FEAID字段必须为有效值。

2.3.3 增量入库规则

编辑完成后，提取所有STACOD字段内容有效的要素作为增量包完成增量信息入库，主要包括要素新增、替换和删除等操作。增量数据中STACOD字段标记为“新增”的要素，直接复制到库内；STACOD字段标记为“修改”的要素，根据其FEAID查找库内对应ID的要素，直接替换；STACOD字段标记为“删除”的要素，根据FEAID查找库内对应ID的要素，直接删除。

表5 要素增量编辑操作规则

3 联动更新试验

笔者以本文提出的联动更新系列处理规则为核心，开发完成了相应联动更新软件系统，全面采用上述规则体系方案，并根据实际情况进行大量的参数调整。初步应用到国家基础地理信息数据库更新工程中，以省级1∶1万DLG数据联动更新国家级1∶5万DLG数据为例(16幅1∶1万图对应1幅1∶5万图)。

(1) 变化检测。16幅中等复杂程度的1∶1万DLG数据进行全面的变化检测，用时约52 min，变化信息检出率在98%以上，变化检测错误率低于1%。

(2) 编辑处理。1幅1∶5万数据图面变化量约20%，一名较为熟练的作业员可在8 h内完成全部更新处理。

(3) 增量入库。根据入库规则实现全自动化批量处理，全程自动化处理无人工干预。在平均20%增量变化率情况下，1台机器每小时可入库1∶5万更新成果约150幅。

4 结 语

根据目前规则体系的设定，信息提取与增量入库可基本实现全自动化处理，但数据编辑处理由于涉及综合尺度的把握、图面负载量的平衡、制图关系协调等诸多需要人工判断权衡之处，难以实现自动化的编辑整合。自动化编辑与智能协调匹配规则是智能编辑处理的重要支撑，相关的关键技术、规则制定和系统实现还有待后续研究完善。

[1] 王东华,刘建军.国家基础地理信息数据库动态更新总体技术[J].测绘学报,2015,44(7):822- 825.

[2] 刘建军,赵仁亮,张元杰,等.国家1∶50 000地形数据库重点要素动态更新[J].地理信息世界,2014,21(2):37- 40.

[3] 刘建军,李雪梅,张元杰,等.国家1∶25万基础地理信息数据库联动更新技术设计与工程应用[J].测绘通报, 2016(4): 1- 4.

[4] 张元杰,刘建军,刘剑炜,等.国家1∶50 000地形数据库增量式更新技术方法[J].地理信息世界,2015,22(6):126- 130.

[5] 蒋捷, 陈军.基础地理信息数据库更新的若干思考[J].测绘通报,2000(5):1- 3.

[6] 陈军,周晓光.基于拓扑联动的增量更新方法研究：以地籍数据库为例[J].测绘学报,2008,37(3):322- 329,337.

[7] 傅仲良,吴建华.多比例尺空间数据库更新技术研究[J].武汉大学学报(信息科学版),2007,(12):1115- 1120.

[8] QI H B,LI Z L,CHEN J N.Automatied Change Detection for Updating Settlements at Smaller- scale Maps from Updated Larger- Scale Maps[J]. Journal of Spatial Science,2010,55(1):133- 146.

[9] 张新长,郭泰圣,唐铁.一种自适应的矢量数据增量更新方法研究[J].测绘学报，2012，41(4):613- 619.

[10] 刘建军,吴晨琛,杨眉,等.对基础地理信息应需及时更新的思考[J].地理信息世界,2016,23(2):79- 82.

[11] 杜晓,刘建军,赵飞,等.基于空间匹配的多尺度地形要素数据变化检测技术研究[J].地理信息世界,2015,22(6):116- 118.

[12] 何榕健,戴韫卓,杜震洪,等.一种多源矢量空间数据的联动增量更新模型[J].浙江大学学报(理学版),2013,40(5):580- 587.

[13] 应荷香.基于地理实体编码的多尺度表达空间数据联动更新技术[J].测绘与空间地理信息,2012,35(7):53- 55.

[14] 汪艳霞,杜清运,任福,等.目标相似性的矢量数据联动更新方法[J].测绘科学,2015,40(5):106- 111.

[15] 张保钢,杨伯钢,张红,等.城市地形图数据一体化建库与联动更新的数学原理[J].测绘通报,2011(3):56- 59.

Research on Cross- scale Linkage Updating Rules of FundamentalGeographic Information

DU Xiao,LIU Jianjun,YANG Mei,LIU Jianwei,ZHAO Wenhao,LI Zhao

(National Geomatics Center of China,Beijing 100830,China)

This article introduces the rule architecture of key technology in the linkage updating of fundamental geographic information, describes the layer mapping, geometry correspondence, map synthesis, feature selection and spatial relationship coordination, et al, which can realize accurate extraction of change information. Research on constraint rules based on incremental element editing and automatic annotation are also carried out, and does the cross scale based geographic information linkage updating test with 1∶10 000 DLG data linkage updating of 1∶50 000 DLG data as an example.

cross- scale; fundamental geographic information; linkage updating; rule architecture

2016- 06- 16 作者简介： 杜 晓(1978—)，男，博士，高级工程师，研究方向为国家基础地理信息数据库的建设、更新、管理、数据处理与建库等。E- mail: duxiao@nsdi.gov.cn

杨 眉。E- mail: yangmei0805@163.com

杜晓，刘建军，杨眉,等.基础地理信息跨尺度联动更新规则体系研究[J].测绘通报，2017(3)：104- 107.

10.13474/j.cnki.11- 2246.2017.0095.

P208

A

0494- 0911(2017)03- 0104- 04