地理国情监测增量式更新技术方案研究

连 恒，杨晓锋，韩丛波，谭 龙，仲 星

（1.国家测绘地理信息局第二地形测量队，陕西 西安 710054；2.陕西省核工业地质调查院，陕西 西安 710054）

1 研究背景

开展地理国情普查工作，是正确反映我国各类地理环境要素分布与关系以及适应社会经济发展、国防建设和科学管理需要的现实途径；是进一步保障地理国情数据有效参与国家宏观调控、促进可持续发展的必要手段[1]。

目前，我国正处在工业化、城镇化快速发展时期，地表自然和人文地理信息变化迅速，第一次地理国情普查完成后，为确保普查成果的现势性，必须及时开展地理国情普查数据的年度（阶段性）变化监测工作，对普查成果进行更新[2-3]。

2 更新技术流程

利用国家下发的本年度高分辨率影像数据和上年度地理国情普查数据库等监测成果，结合各县基础地理信息以及其他重大工程获取的测绘成果，整合利用与地理国情相关的专题信息，以当年统一时点为时间截点，按照地理国情普查的有关要求进行地理国情监测更新。

根据地理国情监测更新的工作内容和技术方法，可将监测更新划分为监测变化信息提取、外业核查、数据库更新和更新数据包生成4个阶段，如图1所示。

1）本年度高分辨率航空航天遥感影像数据与上年度监测成果套合，通过人机交互和自动解译标注地理国情变化信息，制作外业变更调查底图。

2）实地对提取的变化信息进行全面核实、调整和补测，将确认变化的要素界线位置、代码和其他属性调绘到外业变更调查底图上，作为更新地理国情数据库的依据。

3）根据外业调查成果以及其他相关资料进行地理国情数据库更新，生成增量数据库和各种统计报表。

4）利用更新数据管理软件进行增量数据质量检查，生成更新数据包。

图1 县级数据更新流程图

3 研究重点

地理国情更新调查任务重、技术要求高，而实施过程中对地理国情监测变化信息的识别和数据库更新是该工作的难点和重点。

3.1 变更信息的提取

利用国家下发的监测成果套合上年度地理国情普查数据库，结合相关部门提供的资料，利用第三方数据采集平台，通过自动和目视解译的方法提取全要素变化信息，生成疑似变更要素矢量文件，再进行外业实地重点核实，确定其变更性质[3]。变更要素信息提取流程如图2所示。

图2 更新要素信息提取流程图

3.2 变更信息的采集

变更信息的采集是将本年度高分辨率航空航天遥感影像与上年度地理国情普查成果进行叠加，根据变化要素的边界信息采集年度变更要素边界信息。将地表覆盖数据编辑整理为地表覆盖的变化数据层UV_LCRA，地理国情要素数据只保留有要素变化的UV_NAME[4]。信息采集一般采用两种方法：①人机交互，使用数据采集模块，通过作业人员目视解译，辨别影像特征，采集变更图斑边界；②软件自动生成，利用软件的数据处理功能，自动转换重大工程坐标文件，并连接生成面状区域。

3.3 数据库更新

3.3.1 数据库的变更类型

通过对国情普查数据库变更类型的分析来研究数据库的变更模式。地理国情数据库变更涉及多个要素和图层，就会产生多种更新类型。

1）标识图斑变化的类型。标识图斑变化的类型主要有3种情况，见表1。

表1 标识图斑变化的类型

2）要素编码（FEATID）。各类编辑修改时，不对原数据中已有的FEATID属性值进行修改；不对新增要素的FEATID赋值；对于伸缩型，继承原图斑的FEATID值。

3）生产标记信息。用多位数字码表示，前两位表示监测年份，取年份的十位和个位，如监测年份为2016 年，则取16；最右一位表示生产过程相关状态，取值范围为1～4，含义如表2所示。

3.3.2 数据库更新方法

数据库更新是变更调查更新数据包提取的重要环节，而该环节的重点则是更新方法研究。随着GIS技术的发展，实现空间数据实时、快速更新的方式也越来越多，本文重点分析增量包与基础库相结合的模式。该模式具有更新快、质量好、精度高、数据量小、易于进行历史数据追溯等特点，如图3所示。

表2 生产标记取值含义

图3 数据库更新模式

运用地理国情数据库管理软件的变更功能，以历史地理国情数据库为基础，对数据库中实地已发生变化的代码、范围、属性等进行逐要素变更，生成现状地理国情数据库；再将历史地理国情数据库与现状地理国情数据库进行空间分析，自动提取发生变化的增量数据和变更调查统计报表。

3.4 数据库更新维护

数据库变更完成后，再对现状数据库进行相关维护，利用软件自动计算、维护更新数据库中图形的各种属性，使其符合相关规范质量要求，保证更新数据包的顺利生成。

3.5 增量数据库的生成

现状数据库维护完成后，再进行现状数据库与历史数据库的空间比对，生成增量数据库，形成统计成果[5-6]，如图4所示。

图4 增量数据库生成流程图

4 关键技术

4.1 带有时间维的地理国情追溯变更历史算法

构建以GIS为软件平台的带有时间维的数据库的关键在于处理复杂的数据关联。地理国情数据库中存在拓扑关联与属性关联两种复杂的关联，进行一个要素的变更时，可能联动两个甚至两个以上的要素，并引起属性变更[7]。

更新时，建立现状数据库与历史数据库两套数据文件，每发生一起变更，先将原始数据作为历史数据存储在历史数据库中，然后对现状数据进行编辑、删除，使之成为反映现势状态的国情数据，再通过两个数据库同种要素的空间叠置分析，构建带有时间维的更新数据，并实现历史追溯。

4.2 地理国情变更的拓扑技术

地理国情数据的变更输入与初始输入是两种截然不同的状态。初始输入是在新建数据库的基础上，将一个县或一个区域的多幅图件输入完毕后，自动生成拓扑关系；变更输入则是在现有拓扑关系的基础上，做若干编辑修改处理，而这种删改原有拓扑关系的数据文件是比较复杂的，不仅是删改一个对应的数据，而是多个数据。

在进行大数据量变更时，涉及图形较多，大量原有弧段发生变化，有些删除，有些一分为二，还有部分新增弧段，通过引入变更行为的概念将所有弧段赋予变更行为，遍历所有数据重新组织弧段，废止原有拓扑关系，生成新的拓扑关系。通过该方式可大量减少在原有拓扑关系上“修修补补”的工作量。

5 结 语

地理国情普查数据的增量式更新是提高地理国情变更调查工作效率和变更数据成果质量的重要技术方法。对地理国情普查数据增量式更新技术的分析和研究，为综合利用3S技术，实现地理国情信息对政府、企业和公众的服务，为国家战略规划制定、空间规划管理、区域政策制定、灾害预警、科学研究和社会公众服务等提供了必要的技术支撑。

[1] 国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.地理国情普查内容与指标:GQJC 001-2013[S].北京:测绘出版社,2013:1-3

[2] 陈俊勇.地理国情监测[R].武汉:武汉大学,2012:1

[3] 李德仁,眭海刚,单杰.论地理国情监测的技术支撑[J].武汉大学学报(信息科学版),2012,37(5):505-512

[4] 国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.地理国情普查数据规定与采集要求:GDPJ 03-2013[S].北京:测绘出版社,2013:5-13

[5] 国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.地理国情普查基本统计技术规定:GDPJ 02-2013[S].北京:测绘出版社,2013:29-31

[6] 国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.成果资料汇交与归档基本要求:GDPJ 07-2013[S].北京:测绘出版社,2013:3-5

[7] 史文中,秦昆,陈江平,等.可靠性地理国情动态监测的理论与关键技术探讨[J].科学通报,2012,57(24):2 239-2 248