地形图更新技术探讨

摘要：文章介绍了我国与发达国家在地形图更新方面的基本政策和更新情况，讨论了包括大比例尺地形图缩编技术在内的几种常用更新方法，最后对地形图数据库的增量式更新进行了阐述，比较得出增量式更新与版本式更新各自的优缺点。

关键词：地形图更新技术；地图缩编；增量式更新；版本式更新；大比例尺地形图 文献标识码：A

中图分类号：P217 文章编号：1009-2374（2015）36-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.070

近年来，我国测绘部门完成了国家级基础地理信息数据库的“初始建库”，随着社会主义新农村建设的不断深入以及城市基础建设步伐的不断加快，中国大地上正发生着日新月异的变化，数据生产不再是基础测绘工作的重点，数据更新成为整个地理信息系统发展的重要因素。地形图更新主要是对地形地貌、地物、土地覆盖等要素的更新，不同比例尺的地形图反映的侧重点不同，而不同的要素的更新特点亦然不同。因此，在进行实际操作时，要采取不同的更新模式和更新周期。至今，国家大型基础地理信息更新工程一般是在数年内完成一次全国范围内的基础地理数据更新，称为“定期全面更新”。对于我们这个幅员辽阔的大国来讲，数年的更新周期显然不能满足用户的需求，一些用户甚至需要获得在数天或者数十天内某特定区域或某要素的最新地理信息，这就对地形图的更新技术提出了更高的要求，也正是由于这种旺盛的需求，吸引了大量的人力、物力用以进行地形图更新研究，促进了地形图更新技术的发展。

1 国外地形图更新状况

第一，在2001年，美国地质调查局测绘部曾提出国家地图计划，该计划明确指出，要建立数据的近实时更新机制，实现数据在数天或者数月内更新。随着航空航天遥感等空间数据获取技术的不断进步，数据网络化集成的不断发展，近实时更新机制正逐步成为可能。

第二，德国联邦测绘局开发了小比例尺修测系统，单要素矢量更新地图的十个图层，解决了栅格数据矢量化、不同格式下的数据源转换、地图无缝拼接等地图更新常见问题全国范围内实现每5年为一个周期的航测影像图更新。作为数据库中更新频率最高的道路图层，因其在地图更新中的重要性，每半年更新一次。

第三，欧盟筹建的全球环境与安全监测系统，利用不同分辨率的对地观测卫星影像和全球卫星定位系统，监测全世界各地环境变化和国防军事情报，快速获取突发事件所在地的影像变化情况。

第四，芬兰国家测绘局在已有数据基础上逐年更新道路信息，部分更新1∶20000地图数据库，以5～10年为一周期全面更新数字正摄影像图数据库，并开始着手建立以地籍系统为基础的居民地实时自动更新体制。

总的来看，国外机构和部门对地形图更新十分重视，针对存在的问题提出了一系列的政策规范并取得了一定成效，但仍有很多问题亟待解决。

2 国内地形图更新状况

2006年，国家测绘局开始了1∶50000地图数据库更新工作，目标在5年内更新19000幅核心地图。重庆、广东等省市尝试更新1∶10000地图数据库，浙江省测绘局计划每两年部分更新一次大比例尺基础地理数据，每五年全面更新1∶10000基础地理数据，并研究完成全面快速更新大比例尺基础地理数据的技术。全国部分经济发达的大、中型城市如上海、北京已经实现了城市范围内的基础地理数据更新。

以武汉市为例，按市基础测绘成果更新规划，绘图地块每三年全面更新一次，重要区域逐年更新，快速获取突发事件所在地区的空间分布并及时更新，实现主城规划区重点更新，在建项目、重点工程实时更新，整个成图区域周期更新的要求。采用的3种地图更新基本模式为：（1）缩编大比例尺基本地理信息数据，整合工程测量数据，实现国家与省市测绘职能部门间测绘数据的协调管理；（2）内外业一体化数字测图；（3）利用高分辨率卫星影像或数字正射影像数据进行更新。

与此同时，上海市也在大力发展地理信息系统在各行各业中的应用。上海市政府于1993年将基础测绘作为国民经济与社会发展计划之一，在经济上予以大力支持，使得上海1∶500～1∶50000的基本大比例地形图的更新周期固定为2～5年，并形成了以航空航天遥感、全野外数据采集为主，其他数据采集和成图方式为辅的数据更新机制，为数字化生产测绘产品提高保障。

3 地形图更新的常见方法

地形图更新的手段多种多样，常见的有全站仪野外测图、数字化已有测量成果、缩编大比例尺地形图等应根据实际情况选择合适的更新方法。与绘制地形图不同，在地形图更新过程中，旧有的测绘成果作业质量高，可靠性强，具有重要的参考价值，应重视旧有成果的利用。

3.1 全站仪数字测图方法

全站仪是由电子测角、电子测距、微型机及其软件组合而成的智能光电测量仪器，它的问世使得野外数据的采集方式产生质的飞跃。国内外大量测量机构研发了形式多样的全站仪大比例尺成图系统，并大规模投入生产实践。全站仪数字测图具有灵活度大、测图精度高、受测量环境影响小等优势，能够适应城市复杂环境的测图需求，是面向城市数字测图及地图更新的主要手段

之一。

3.2 利用遥感影像或数字正射影像更新地形图

全站仪数字化成图方法费时费力、时效性差，且很多地方无法实现测量，遥感影像瞬间成图，一次性获得大量地表信息，它是更新地理数据最主要、最有效的数据来源。随着QuickBird等高分辨率遥感卫星的出现，遥感影像的精度得以不断提高。这些高分辨率影像的商业化使用，为利用遥感影像更新地形图提供了可能。李德仁院士分析了利用遥感影像进行变化检测的可行性与困难性，并介绍和比较了进行变化检测的7种方法，指出利用遥感影像更新地形图的难点在于自动化、实时化地实现地图更新。

利用影像进行数字测图，摄影测量能获得相较遥感影像更高的测图精度，可用于绘制大、中比例尺地形图，除获得数字线划图外，数字地面模型和数字正射影像图这类4D产品更容易进行生产。

在实际的地形图更新过程中，通常将现势性好的遥感影像或数字正射影像与待更新地形图叠合，通过目视判断的方法绘制地形图。通过影像完全实现自动化更新的方法仍处于研究阶段，尚未有一套成熟的、完善的理论或者方法用于生产实践。

3.3 大比例尺地形图缩编

近年来，基于地图自动综合理论的地图缩编技术研究越来越受到专家、机构的重视，该方法利用新的大比例尺地形图绘制小比例尺地图，正逐渐成为地图更新的又一主要方式。缩编更新小比例尺地形图具有明显优势，诸敏秋运用Au-toLISP这种“选择集”的操作方法，运用开放式的编程结构，实现了对数字地形图的半自动缩编。艾廷华等人研制了地图综合缩编软件DoMap，从软件开发的角度讨论了地图综合系统功能的层次化划分及在软件中的圈层式结构组织，地图综合操作环境的建立，综合规则的形式化表达，综合算子的设计与软件实现。

目前，一些常见的地图软件已经开发出相应的地图缩编功能，如武汉大学的Automap系统，采用人机交互的作业模式，合理分解地图综合过程，适时予以人工干预，能够快速地按照客户的需求完成大比例尺地图的缩编；LengthStar软件也开发了地图自动缩编模块。不过现有软件缩编功能的自动化程度并不高，只能达到整个缩编工作量的20%～30%。

4 地形图的增量式更新方法

根据更新信息提供形式的不同，地形图更新可分为版本式更新和增量式更新两种方式。版本式更新对整个地形图进行重新测量，绘制整幅地图以替代旧有地图数据。增量式更新则是在原有地图数据库基础上，修改发生变化的部分，建立空间-时间的四维地图，反映地图绘制地域随时间变化情况，实现历史与现实的响应。目前，大多数国家的测绘单位仍以版本式方法提供更新信息，之前所述的四种更新方法，也大都是采用版本式更新的方法，重新绘制成图区域内的所有地理要素，仅有英国军械测量局生产的Mas2terMap矢量数据和国际海道测量组织规定的数字航海数据能较好地支持增量式更新。虽然增量式更新具有主数据库存储结构相对复杂等劣势，但总体而言，增量式更新的优势大于劣势，无论对于数据的生产者还是数据的使用者均利大于弊。

5 结语

尽管地形图更新的研究获得了越来越多国内外专家学者的关注和深入研究，但总的来说还需要不断摸索。用户对地图现势性的要求越来越高，对更新技术的要求也会越来越全面，唯有建立合理的数据更新机制，明确地图更新的具体细则，如种类、周期等，地图规范化更新、标准化更新才能指日可待。

参考文献

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[2]李德仁.利用遥感影像进行变化检测[J].武汉大学学报（信息科学版），2003，28（Z3）.

[3]诸敏秋.大比例尺数字化地形图缩编技术探讨[J].江苏测绘，2000，23（2）.

[4]艾廷华，郭宝辰，黄亚峰.1∶5万地图数据库的计算机综合缩编[J].武汉大学学报（信息科学版），2005，30（4）.

[5]李雪，舒宁，李亮，等.基于GIS辅助数据的样本像斑变化检测方法研究[J].计算机工程与应用，2010，46（14）.

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作者简介：廖敏（1988-），女，供职于成都大学，硕士，研究方向：空间信息分析与应用、数字图像处理。

（责任编辑：蒋建华）