中国边界测图地理信息网络化保障系统的研究与实现

项慧丽，张 鹏，张艳明，董德超

(61206部队，北京100042)

中国边界测图地理信息网络化保障系统的研究与实现

项慧丽，张 鹏，张艳明，董德超

(61206部队，北京100042)

在各种比例尺地图数据的生产中，凡涉及与周边国家接壤的图幅，都存在国界要素关系处理问题；特别是比例尺大于1∶100万的各种地图的制作生产，国界要素的表示程度较为详细，需以双边签订的议定书为依据，议定书附图作参考，一一对照进行数据制作和成果检校。本文系统结合现实需求，利用目前多比例尺、多投影、多存储格式的边界地理信息数据，结合多源数据融合与基于金字塔模型的瓦片技术，实现了国界数据数字化管理和网络化共享的“一站式”在线服务。

中国边界;地理信息;网络化保障

自20世纪90年代初，我国由传统模拟测绘迈入数字化测绘以来，先后建立了1∶100万、1∶25万、1∶5万数据库[1]，且21世纪开始对各种比例尺地图数据进行了动态更新，为国家经济建设与社会发展提供了可靠的测绘保障。在涉及国界的各种比例尺地图数据生产和更新中，国界线是其中一项重要内容，其涉及与周边国家间的外交等重大问题，一点一线都关系重大，需特别谨慎处理。我国与周边14个国家接壤，有22 000多千米的陆地边界，是陆地边界最长的国家，也是边界情况最复杂的国家之一[2]。完整的国界资料由国界议定书及附图等组成，这些资料的内容也会随着新的界线勘测和划定发生变化。目前的地图数据生产中，由于国界要素相对于其他要素的工作量所占比例小，对涉及国界资料的查询、应用都是基于人工的、区域的，即以有关国界议定书附图作为参考，以议定书作为依据，一一对照进行制作和检校，不仅费时费力，而且准确率不高，存在反复修改等问题。

1 总体研究思路

地理信息领域的空间信息服务随面向服务架构Web Services技术的发展应运而生[3]。在国家大力推行“供给侧改革”的“十三五”期间，结合中国边界数字化测图需求，积极开展精确的信息化测图保障，是信息化测绘工作的重要内容。在此背景下，本研究以实现测图保障数字化、信息服务网络化为目标，采用B/S架构的设计思想，坚持数据生产、数据存储及处理、数据服务和应用相互独立的原则，保持系统的灵活性和扩展性[4]；利用目前多比例尺、多投影、多存储格式的边界地理信息数据，结合多源数据融合与基于金字塔模型的瓦片技术，在服务器端预先生成不同级别的瓦片数据，构建瓦片索引，完成海量数据管理和数据发布，并通过在线服务技术实现在线服务功能，改进用户端和服务器端交互效率、减轻网络负担、提高用户体验；旨在基于“国界一张图”的概念[5]，实现国界数据数字化管理和网络化共享的“一站式”在线服务，完成不同业务应用系统与平台服务的集成，为各种涉及国界的数据生产提供全国边界数据集，达到地理位置准确、内容丰富翔实、应用便利快捷、服务高速可靠的网络化地理信息服务。

2 主要研究内容

2.1 多源数据融合

搜集国界资料，分析现有国界资料存储形式，栅格化国界议定书附图，制作格式化的多比例尺栅格数据集；根据国界议定书等相关资料，对栅格图进行地理校正，并完成精度检核；进行投影转换，统一数学基础。

2.2 国界栅格金字塔瓦片数据集研究

地图瓦片的金字塔模型是一种分层多分辨率模型，各层瓦片数据代表的地理范围相同，但比例尺从顶到底逐渐变大，分辨率成倍递增[6]。瓦片金字塔数据的生成、组织和调用是该阶段研究的3个主要内容，其中数据生成是基础，数据组织是核心，数据调用是目的。

(1) 栅格瓦片数据金字塔模型的层数、现有不同比例尺数据所对应的层级、瓦片生成方法都会对结果的显示、浏览、调用等产生影响，因此瓦片数据生成过程主要包括以下内容：①确定现有数据的比例尺大小和种类；②分析所要提供的数据数量级，即金字塔模型的层数；③确定各个比例尺地图所对应的金字塔层级；④选择合适的软件和方法生成瓦片数据[5]。

(2) 瓦片金字塔数据的组织方式决定了数据管理模式和调用结果的正确与否。将瓦片数据直接以文件目录的方式存储，即利用文件夹对数据进行组织和管理，实现过程容易，系统响应快速、稳定性好，适用于对空间分析功能要求不高、用户访问量大的平台[7]，为了解决此存储方式在海量数据维护和更新上的不足，建立索引机制以方便后期维护与更新[8]。

(3) 该系统中的瓦片数据调用最终结果与目前的各种生产软件平台实现了一体化，调用的瓦片数据可直接录入当前所用生产软件中，作为底图显示。

2.3 议定书数字化管理与在线查询

国界议定书以文字表述为主，详细记录了界碑的地理信息及国界走向、岛屿归属等，是内容详细、权威性高的国界信息，是国界检校的权威依据[9]。针对目前国界资料主要通过纸质数据进行人工查询、对比检校效率低的问题，该系统通过对相关资料的数字化管理，可方便查询、浏览和检校，主要提取国界议定书中地理信息制作数字化表格，以及数字化议定书及附件，以方便利用全文检索技术实现议定书内容的快速定位查询。

2.4 重要岛屿历史沿革信息数字化管理及在线查询

在线服务技术在计算机和网络技术不断发展的基础上，得到了发展并广泛应用于各个领域。相对于传统方法，在线服务技术具有良好的数据整合能力和突出的数据共享特性。岛屿历史沿革信息是边界信息的重要组成部分，对其实现数字化管理和提供在线查询，有助于作业人员在测图过程中准确全面了解岛屿的历史归属、命名情况，方便制图、检校工作，提高了作业效率。

3 方案

3.1 研究步骤

依据研究目的和现实需求，该项目将实施过程分3个阶段逐步推进完成。第1阶段任务是满足当前测图生产的迫切需求；第2阶段任务是完善相关信息，增强保障能力；第3阶段是根据形势发展和边界测定变化进行系统维护和更新，保持保障工作现势性。具体如下：

(1) 第1阶段：栅格金字塔瓦片数据集构建及在线发布。以目前生产需求为出发点，完成包括资料搜集、处理(栅格化、多源数据融合、数据基础转换、构建金字塔瓦片数据集)、存储(组织数据、建立索引)、发布(数据调用、显示、查询、定位)等，使成果应用于制作生产有国界的系列比例尺地图。

(2) 第2阶段：国界议定书及岛屿历史沿革信息的数字化及在线发布。以Word形式数字化存储国界议定书、岛屿历史沿革信息，并将岛屿及国界议定书中以界桩点坐标、高程等为主的地理信息形成数字化表格，方便进行全文检索，快速进行点击查询界桩号与议定书的相关内容及岛屿信息。

(3) 第3阶段：系统维护与更新。随着任务的发展需求，系统的日常运用和升级工作必不可少；且我国国界目前存在已定国界、未定国界和部分争议国界，已定国界后期的联检，以及未定、争议国界的界定均会产生数据变化，需要及时更新数据，保证系统内数据的现势性。

3.2 边界测图地理信息保障体系结构

图1 中国边界测图地理信息保障系统结构方案

中国边界测图地理信息保障系统包含3层架构：数据层、应用层、用户层[8]，如图1所示。 (1) 数据层中包含4种数据：边界测图影像、边界带状图(议定书附图)、界桩地理信息、专题数据(岛屿历史沿革信息)。边界测图影像是指边界测定及制图过程中的遥感影像数据；边界带状图是边界双方签订的国界议定书附图，比例尺不尽相同；界桩地理信息从国界议定书中提取；岛屿历史沿革信息作为专题信息发布。数据层需要考虑与数据加工、数据显示、数据表达相关的处理、配置等工作。通过数据处理、数据组织、索引构建等，完成数据层建设，将发布数据与相应的数据表现进行部署，实现数据服务的建设与发布。

(2) 应用层包括3个模块：系统配置、用户管理、信息读取。其中系统配置模块解决数据与作业软件平台的衔接，包括数据格式转换、路径配置等；用户管理模块用于后台数据管理；信息读取是各种数据调用、查询等。通过网络部署，利用配置文件参数提供数据检索、获取、读取，并发送给客户端，实现客户端功能。

(3) 用户层是给客户端提供数据服务、发布地理信息的终端，结合用户作业软件平台，可进行边界测图、影像与带状图可视化、界桩与岛屿沿革信息查询，实现测图保障。

3.3 数据处理与应用流程

数据处理与应用流程如图2所示。

3.3.1 搜集资料

当前国界地理信息数据包括国界议定书及附图等，不同时期的数据存储方式不同，早期数据以纸质数据存储，近期数据以*.eps电子格式存储。在资料搜集的过程中，应全面搜集，并进行初步的数据格式统一。

3.3.2 多源数据融合

图2 数据处理与应用流程

图3 多源数据融合方案

伴随着测绘技术的不断发展，各个时期所得的测绘结果也不尽相同，如数学基础、存储格式、比例尺等；多种资料综合应用的前提是资料的融合统一，主要处理过程如图3所示。

3.3.3 构建瓦片金字塔

瓦片金字塔模型采用四叉树结构，各层数据对应的地理范围相同，且相邻两层数据分辨率采用倍率方式构建[11]。根据该原则，分析现有地图比例尺，确定金字塔层级，划分每一比例尺数据所对应的层数，使最大比例尺地图生成金字塔底层瓦片，其余各层逐次生成。如图4所示。

图4 瓦片金字塔模型

3.3.4 瓦片金字塔的存储及调用

图5 瓦片金字塔组织[3]

系统采用文件目录存储瓦片金字塔数据，按照层、行、列的层次结构进行存储，如图5所示。 建立瓦片数据的索引文件，可以快速调用金字塔瓦片数据，方便后期维护和更新。索引文件包括瓦片层级、行号、列号、最大/最小x坐标、最大/最小y坐标[5]，当已知瓦片坐标时，则通过查找索引文件调用瓦片数据。

3.3.5 国界议定书及附件数字化

对国界议定书及相关附件数字化，主要包括地理信息表格数字化和内容直接数字化，目的是实现议定书相关内容的快速查询，在瓦片数据缩放过程中，实现界桩点的实时加载，点击界桩点可以快速查询、定位与之相关的议定书内容。

3.3.6 中国边界测图地理信息网络化保障系统的实现

中国边界测图地理信息网络化保障系统主要以边界信息在线浏览、在线查询、分析量算和实时检校为主要功能。通过编程和配置文件参数设置，实现客户端与服务器端的交互，完成数据的检索、获取、读取、渲染，使数据可视化。具体方案如图6所示。

图6 保障功能实现机制方案

4 结束语

中国边界测图地理信息网络化保障系统将当前作业软件平台与后台数据通过网络和系统配置集成为一体，实现制图与保障服务的无缝衔接；不仅大大提高了生产效率，而且提高了数据质量水平和保障能力。

(1) 能够作为1∶1万、1∶2.5万、1∶5万、1∶25万、1∶50万和1∶100万等系列比例尺地形图，以及各种比例尺专题挂图、地图集建库数据和出版数据生产的辅助系统，作为国界要素表示的依据。

(2) 改变了目前作业方式，节省了按区域查询对照的时间，作为辅助系统直接用于生产，提高了作业效率和成果质量,缩短了检校时间。

(3) 精度满足各种比例尺地图对国界资料的利用要求。

(4) 有很强的操作性和扩展性。系统可录入任何与国界有关的资料，用于对相关信息的查询和应用，并能实时录入和更改新的相关信息。

[1] 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.

[2] 罗欢欣. 中俄边界争端中的国际法争议[J]. 东方法学, 2010(2): 152-160.

[3] 谭振宇，乐鹏，张明达，等.Geo—QoS感知的空间信息服务组合建模工具[J].测绘通报，2016(4): 43-48.

[4] 徐坚. C/S 与 B/S 结构的分析与比较[J]. 曲靖师范学院学报, 2005, 24(3): 67-69.

[5] 孙在宏, 吴长彬. 基于 “一张图” 的土地动态监测系统研究[J]. 测绘通报, 2012(6): 22-24.

[6] 刘小生, 吴征, 王永生. 一种海量遥感影像实时切割与高效调度新方法[J]. 测绘科学技术学报, 2013 (1): 51-53.

[7] 苏旭明, 谭建成. WebGIS 中瓦片地图关键技术研究[J]. 北京测绘, 2012(2): 9-12.

[8] 王旭东, 张福浩, 张丽萍. 基于地形数据的瓦片金字塔构建与组织[J]. 测绘与空间地理信息, 2012(6):60-62.

[9] 邱殿明, 蒋函, 曾蕾, 等. 加强规范国界图使用的意识[J]. 吉林大学学报 (地球科学版), 2012(2): 361.

[10] 霍亮, 杨耀东, 刘小勇, 等. 瓦片金字塔模型技术的研究与实践[J]. 测绘科学, 2012, 37(6): 144-145.

[11] 殷福忠, 孙立民. 基于瓦片金字塔技术的地图发布平台开发研究[J]. 测绘与空间地理信息, 2010, 33(5):16-17.

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

项慧丽，张鹏，张艳明，等.中国边界测图地理信息网络化保障系统的研究与实现[J].测绘通报，2017(1)：147-150.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0033.

2016-11-02

项慧丽 (1964—)，女，高级工程师，研究方向为测绘成果的质量控制与管理。E-mail: 575384845@qq.com