国家基础地理信息数据库动态更新总体技术

王东华，刘建军

国家基础地理信息中心，北京 100830

1 引 言

基础地理信息是国家空间数据基础设施的重要组成部分，是国家信息化的权威、统一的定位基准和空间载体，是国家经济建设、社会发展、国防建设中不可或缺的基础性和战略性信息资源［1－2］。

我国基础地理信息数据库建设历经20余年。“九五”、“十五”期间，完成了国家基础地理信息数据库的初始建库［2－11］；“十一五”期间，开展了国家基础地理信息的首次全面更新［12－17］。至“十二五”初，国家基础地理信息数据库实现全国覆盖，完整性及现势性得到了大幅提高，形成了涵盖3个尺度（1∶5万、1∶25万、1∶100万）、4种类型（正射影像数据、地形要素数据、数字高程模型数据、地形图制图数据）的国家基础地理信息数据库产品体系。

当前，地理信息综合服务正在成为现代测绘工作的主要内容，用户对数据的现势性与内容丰富性提出了更高的要求。为此，国家测绘地理信息局于2012年启动了国家基础地理信息数据库动态更新工程，对国家1∶5万、1∶25万、1∶100万基础地理信息进行持续快速更新，每年更新一次、发布一版，不断提升数据的现势性，更好地为国民经济建设与社会发展提供可靠的测绘保障［18－19］。

2 总体技术思路

国家基础地理信息数据库动态更新的总体思路是以1∶5万地形数据库为基础数据库，其他尺度和类型的数据库为派生数据库，首先开展基础数据库的快速更新工作，在其基础上再通过跨尺度、跨类型联动更新技术快速更新其他派生数据库。总体思路示意图如图1所示。

图1 国家基础地理信息数据库动态更新总体技术思路图Fig.1 The flow chart of key techniques for dynamic updating of national fundamental geographic information database

首先，收集利用最新的基础影像资料、基础测绘资料和专业现势资料，进行变化解译和内业整合，同时视资料情况开展必要的外业巡查和调绘，完成基础数据库（1∶5万地形数据库）的动态更新。

其次，利用更新后的基础数据库，基于增量联动更新技术快速更新派生数据库。纵向跨尺度逐级联动更新1∶25万和1∶100万地形数据库，继而横向跨类型联动更新同尺度的地形图制图数据库和DEM数据库。

最后，统筹构建国家基础地理信息的要素级多时态数据库模型。基于增量式入库和版本式建库两种模式，对3个尺度、4种类型、多个现势性版本的基础地理信息集成建库，实现国家基础地理信息数据库的动态管理和在线服务。

3 主体技术方法

根据上述总体技术思路，研究提出了基础数据库动态更新、派生数据库联动更新和基于增量要素的多时态数据库建库和管理等主体技术方法。

3.1 基础数据库动态更新

1∶5 万地形数据库是国家级多尺度多类型数据库中的基础数据库，资料收集要求高，更新技术难度高。针对动态更新，一年更新一次、发布一版的目标，重点攻克了多元现势资料与网络相结合的变化发现、基于内业整合的增量信息采编、基于外业重点巡查的增量信息判调等基础数据库技术方法，具体内容可参见文献［20］。

3.2 派生数据库联动更新

在基础数据库更新后，利用基础数据库可以快速联动更新其他派生数据库，以保证更新的时效性。主要技术方法分为跨尺度数据库联动更新和跨类型数据库联动更新两大类。

3.2.1 跨尺度数据库联动更新

跨尺度数据库联动更新主要针对小比例尺地形数据库的更新需求，利用相邻大比例尺地形数据库增量更新成果，采用基于增量的联动更新技术方法，通过多尺度地形数据库整合统一、跨尺度地形要素自动匹配、基于增量的跨尺度联动整合等，对小比例尺地形数据库进行快速更新。

3.2.2 跨类型数据库联动更新

跨类型数据库联动更新主要针对地形图制图数据库和数字高程模型数据库的更新需求，利用同尺度地形数据库的增量更新成果，基于不同类型数据库之间的关联关系，通过联动处理规则和算法进行自动化更新，再结合少量人工检核和交互编辑，实现派生数据库的快速更新。

3.3 基于增量要素的多时态数据库建库与管理

国家多尺度多类型基础地理信息数据库的动态更新，形成一年一版的多时态数据库成果，对集成建库与管理服务带来新的技术挑战，有效的解决途径就是基于增量要素的多时态数据库建库与管理。

统筹构建国家基础地理信息的要素级多时态数据库模型，并为每个要素创建唯一要素标识码、更新状态、要素版本等信息，实现不同版本之间同名要素的自动关联。建库时只将增量数据入库，没变化的部分不入库。多版本数据库里，最新版数据库存储一个全集，其他版本数据库存入历史数据库。历史数据库中只存储变化增量，降低数据冗余。新旧版本间具有关联，便于变化提取和统计分析。

深入优化国家基础地理信息的动态管理与服务系统，通过数据库管理系统实现对C／S架构下的多时态数据库集成管理，提供数据成果的增量入库、查询、分析、分发提供等功能；通过数据库服务系统，实现对更新成果的在线式地图的快速发布服务，提供基于B／S架构下的海量数据的快速浏览、查询等服务功能。

4 主要技术特点

我国国家基础地理信息数据库动态更新总体设计与实践中，主要呈现以下技术特点：

（1）重点要素更新与全要素更新相结合：根据与经济建设和人民生活的关系密切程度、使用频率、变化频率、用户现势性需求等确定重点要素，对重点要素实现逐年动态更新，一般要素进行定期全面更新，既能优先提供社会急需的重点信息，又能兼顾一般信息的需要。

（2）要素级增量式更新：有别与传统版本式更新，动态更新采用增量式更新方式，在更新过程中标定更新变化信息，记录更新状态和更新时间，仅对发生变化的要素进行更新、质检、汇交、建库，大大提高了更新效率，也便于要素级多时态数据建库与管理。

（3）不同数据库间的联动更新：建立不同数据库之间的关联关系进行快速联动更新，通过多元联动实现了多尺度、多类型数据库的协调统一和相互关联，继而基于基础数据库快速联动更新派生数据库，显著提高更新自动化程度和更新效率。

（4）基于数据库和网格化分区的更新：摒弃以图幅为单位的数据组织方式，采用数据库方式进行更新生产、质检、汇交，大幅减少数据接边工作量。更新生产中可按照行政区划进一步逻辑划分网格化生产单元，以实现大规模分布式更新，进一步提高更新效率。

5 规模化工程应用

国家测绘地理信息局于2012年启动了国家基础地理信息数据库动态更新工程。2012年、2013年、2014年已分别完成了1∶5万地形数据库的三轮动态更新，每年更新一次、发布一版；此外，联动更新了1∶25万和1∶100万地形数据库，以及相应的制图数据库、数字高程模型数据库；建立了要素级多时态数据库系统，实现了多尺度、多类型、多版本数据库的动态管理与快速服务。

国家基础地理信息数据库动态更新的规模化工程应用成绩斐然，国家级数据库整体现势性提高到一年之内，居于国际先进之列，大幅提升了地理信息数据成果应用价值和测绘服务保障能力。

6 结束语

国家基础地理信息数据库动态更新较好地满足了国民经济建设与社会发展对基础地理信息的迫切需求，更新成果已广泛应用于国家经济建设和国防建设各领域，为国家建设提供了重要的基础性和战略性信息资源，并在全国水利普查、国土调查、经济普查、地理国情普查、全国山洪灾害防治等重大工程中发挥重要作用。

今后还要进一步优化完善智能化变化检测、自动化增量采编、跨尺度联动更新、跨类型联动更新等主体技术方法，同时不断提升成果共享与服务技术，切实推动更新自动化和服务动态化的稳步实现，早日达到数据覆盖广、更新快、内容丰富、资源共享的目标。

［1］ LIU Jianjun，ZHAO Renliang，ZHANG Yuanjie，et al.Updating Key Features of National 1∶50 000Topographic Database［J］.Geomatics World，2014，21（1）：37－40.（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（1）：37－40.）

［2］ JIANG Jie，CHEN Jun.Some Consideration for Update of Fundamental Geo－information Database［J］.Bulletin of Surveying and Mapping，2000（5）：1－3.（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.）

［3］ XU Junkui，WU Fang，QIAN Haizhong.The Establishment and Usage of the Neighborhood Scale Settlement Features’Links in Spatial Data Updating Process［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2013，42（6）：898－906.（许俊奎，武芳，钱海忠.多比例尺地图中居民地要素之间的关联关系及其在空间数据更新中的应用［J］.测绘学报，2013，42（6）：898－906.）

［4］ ZHANG Xinchang，GUO Taisheng，TANG Tie.An Adaptive Method for Incremental Updating of Vector Data［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2012，41（4）：613－619.（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.）

［5］ CHEN Jun，LIN Yan，LIU Wanzeng，et al.Formal Classification of Spatial Incremental Changes for Updating［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2012，41（1）：108－114.（陈军，林艳，刘万增，等.面向更新的空间目标快照差分类与形式化描述［J］.测绘学报，2012，41（1）：108－114.）

［6］ CHEN Jun，ZHOU Xiaoguang.Incremental Updating of Spatial Database Based on Topological Linkage：Taking Cadastral Database’s Updating as an Example［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2008，37（3）：322－329.（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.）

［7］ CHEN Jun，LI Zhilin，JIANG Jie，et al.Key Issues of Continuous Updating of Geo－spatial Databases［J］.Geomatics World，2004，2（5）：1－5.（陈军，李志林，蒋捷，等.基础地理数据库的持续更新问题［J］.地理信息世界，2004，2（5）：1－5.）

［8］ WANG Jiayao.The Progress and Trend of Automatic Generalization of Spatial Data［J］.Journal of Geomatics Science and Technology，2008，25（1）：1－7.（王家耀.空间数据自动综合研究进展及趋势分析［J］.测绘科学技术学报，2008，25（1）：1－7.）

［9］ FU Zhongliang，WU Jianhua.Update Technologies for Multi－scale Spatial Database［J］.Geomatics and Information Science of Wuhan University，2007，32（12）：1115－1118.（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，2007，32（12）：1115－1118.）

［10］ SHANG Yaoling，WANG Donghua，LI Li.Establishing and Updating the National－wide 1∶250，000Scale Topographic Database in China［J］.Science of Surveying and Mapping，2004，29（Z1）：92－95.（商瑶玲，王东华，李莉.全国1∶25万数据库的建立与更新［J］.测绘科学，2004，29（Z1）：92－95.）

［11］ W A NG Donghua.Research and Implementation of Construction of 1∶50 000Scale Topographic Database in China［J］.Geomatics World，2006，4（4）：4－5.（王东华.国家1∶50 000基础地理数据库建库的技术研究与实践［J］.地理信息世界，2006，4（4）：4－5.）

［12］ CHEN Jun，WANG Donghua，SHANG Yaoling，et al.Master Design and Technical Development for National 1∶50 000Topographic Database Updating Engineering in China［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2010，39（1）：7－10.（陈军，王东华，商瑶玲，等.国家1∶50 000数据库更新工程总体设计研究与技术创新［J］.测绘学报，2010，39（1）：7－10.）

［13］ HEIPKE C.Updating Geospatial Databases from Images［C］∥LI Z L，CHEN J，BALTSAVIAS E.Advances in Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences.Boca Raton：CRC Press，2008：355－362.

［14］ CHEN Jun，WANG Donghua，SHANG Yaoling，et al.Design and Implementation of National 1∶50 000Fundamental Geography Information Database Updating Project［J］.Geomatics World，2012，10（1）：8－12.（陈军，王东华，商瑶玲，等.国家1∶50 000基础地理信息数据库更新工程及实施［J］.地理信息世界，2012，10（1）：8－12.）

［15］ SHANG Yaoling，ZHAO Renliang，LIU Jianjun.National 1∶50 000Fundamental Geographic Information Database Updating Project［J］.Geomatics World，2012，10（1）：6－7.（商瑶玲，赵仁亮，刘建军.国家1∶50 000基础地理信息数据库更新工程［J］.地理信息世界，2012，10（1）：6－7.）

［16］ WANG Donghua，SHANG Yaoling，LIU Jianjun，et al.Database－driven Topographic Mapping Technology［J］.Geomatics World，2012，10（2）：6－9.（王东华，商瑶玲，刘建军，等.数据库驱动的地形图快速制图技术探讨［J］.地理信息世界，2012，10（2）：6－9.）

［17］ SHANG Yaoling，WANG Donghua，LIU Jianjun，et al.Study on Quality Control of Fundamental Geographic Information Data［J］.Geomatics World，2012，10（1）：13－17.（商瑶玲，王东华，刘建军，等.国家基础地理信息数据库质量控制技术体系建立与应用［J］.地理信息世界，2012，10（1）：13－17.）

［18］ LIU Jianjun，WANG Donghua，SHANG Yaoling，et al.Updating and Refinement of National 1∶50 000DEM Database［J］.Geomatics World，2012，10（1）：18－21.（刘建军，王东华，商瑶玲，等.国家1∶50 000数字高程模型更新与精化［J］.地理信息世界，2012，10（1）：18－21.）

［19］ CHEN Jun，ZHAO Renliang，WANG Donghua.Dynamic Updating System for National Fundamental GIS：Concepts and Research Agenda［J］.Geomatics World，2007，5（5）：4－9.（陈军，赵仁亮，王东华.基础地理信息动态更新技术体系初探［J］.地理信息世界，2007，5（5）：4－9.）

［20］ WANG Donghua，LIU Jianjun，SHANG Yaoling，et al.Dynamic Updating of National Fundamental Geography Information Database［J］.Bulletin of Surveying and Mapping，2013（7）：1－4.（王东华，刘建军，商瑶玲，等.国家1∶50 000基础地理信息数据库动态更新［J］.测绘通报，2013（7）：1－4.）