基于摄影测量的基础地理数据库在线更新系统研究

常学立，王 密，楼燕敏

(1.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北武汉430079;2.浙江省第二测绘院，浙江杭州310012)

一、引 言

目前，我国已经初步建成了各种比例尺的基础地理数据库，但随着经济社会的快速发展，地物要素也处于不断的变化中。为了保持库体数据的现势性，满足经济社会发展的要求，需要对已有的数据及时进行更新，持续动态的基础地理数据更新也是我国信息化测绘将面临的主要问题。传统的基础地理数据更新是首先确定需要更新的地理区域，根据所使用的修测更新平台从基础地理数据库中导出规定格式的矢量数据;然后基于正射影像或立体模型对变化区域的数据进行修测更新，结果满足质量要求后再跟已有的数据接边与入库。在这个过程中，数据导出和入库都要进行必要的格式转换，并且数据更新编辑和检查在一定程度上需要进行迭代操作，使得数据更新工作环节较多，增加了工作的复杂性和更新周期，满足不了信息化测绘对基础地理数据快速更新的要求。

鉴于航空影像获取的便捷性、高效性和高信息容纳性，以及数字航空摄影机的普及和POS系统的集成和使用，用摄影测量的方法采集地形、地物的信息仍然是当前地理要素数据获取和更新的主要手段［1］。数字摄影测量立体测图能获取精度均匀、高质量的矢量数据，但其成图周期太长，工作量和作业成本太大，不能满足基础地理数据快速更新的要求，且数字摄影测量产品不能直接保存到GIS数据库中。因此必须合理、充分地使用现有数据并提高基础数据更新的作业效率，降低复杂性和成本，实现快速更新［2-4］。美国Esri公司的ArcGIS是目前比较通用的功能强大的地理信息系统软件，该软件系统可以有效地管理各项数据信息和建立地理信息数据库［5-7］;若能够利用现有的软件资源和技术手段将数字摄影测量的矢量数据采编功能和ArcGIS的地理数据管理功能有机结合，优化作业流程，实现基础地理数据在线更新，必然能够有效提高基础地理数据的更新效率。基于此，本文提出了一种基于Arc-SDE的空间数据版本管理方法，该方法将ArcMap平台与数字摄影测量技术无缝集成进行基础地理数据库的更新，设计并实现了基础地理数据库在线更新软件系统。

二、系统设计

1.基础地理数据库在线更新模式

(1)数据生产与数据入库的一体化

在传统的基础地理信息数据的生产模式中，生产或更新最终的表现形式为满足数据入库要求的数据。数据生产或更新与数据入库是整个数据生产链中的两个阶段，它们一般是由生产单位的不同部门在不同的工具平台下进行，而在线更新的模式则实现了数据生产和数据入库在同一平台环境进行;另外，生产和入库可由同一部门的人员同步作业，大大减少了数据生产链的处理环节，提高了生产效率。

(2)基础地理信息数据的增量更新

基础地理信息数据的在线更新系统引进Arc-SDE的版本管理机制，将待更新区域的地理信息数据按照不同的区域划分为若干并行的数据版本，当作业员完成不同版本的数据更新之后，管理员利用版本管理机制解决不同版本带来的地物要素冲突，通过版本管理机制实现了基础地理信息数据的增量更新。

(3)GIS与数字摄影测量的有机组合

在线更新系统采用扩展ArcMap功能的方式进行构建，保留了ArcMap已有的编辑和制图功能;同时，利用组件和控件技术将数字摄影测量的功能与ArcMap平台进行无缝集成，形成数据更新生产平面环境和立体环境的一体化作业，实现了GIS技术和摄影测量技术的有机结合。

(4)基础地理信息数据的网络化生产与管理

与传统的图、库分离的生产模式相比，在线更新系统采用C/S模式。在服务器端，管理员利用Arc-GIS成熟的管理技术进行数据集中式管理，按照不同的任务划分规则(如行政区域、道路中心线等)进行作业划分;在客户端，作业员接收不同区域的作业任务，利用在线更新平台进行网络化的数据生产，实现了数据生产和数据管理的一体化。

基础地理数据在线更新系统的更新生产模式如图1所示。

图1 基础地理数据在线更新系统更新生产模式

2.系统功能模块

根据测绘部门作业生产的特点和基础地理数据在线更新的任务需求，本系统划分为任务管理子系统、测区管理子系统、立体采集子系统、数据编辑子系统和数据检查子系统，具体的功能模块如图2所示。

图2 系统整体功能

(1)任务管理子系统

任务管理子系统基于ArcSDE对空间数据库的版本管理机制，根据基础地理数据库的更新作业特点，实现了数据更新任务的管理、数据版本权限控制等功能。

(2)测区管理子系统

测区管理子系统是整个在线更新系统的数据准备模块，主要完成已有空三加密成果的导入，重建测区立体模型，为立体采编模块提供立体像对数据。

生物数学知识体系中的相关定理与概念较为抽象，在学习过程中容易混淆其中的知识点结构。设置知识结构图，则是在最大限度上展示知识细节，通过更为直观的表现形式引发学生的关注度与侧重点。诸如在生物数学教学中单侧极限与函数极限的概念，其知识点本身分布于各个章节，学生很难直接找到其中的知识规律。因此，需要借助更为直观的知识结构图呈现其中的细节部分，加强学生的理解与记忆。

(3)立体采集子系统

立体采编子系统是基础地理数据在线更新系统中的关键部分，该子系统主要实现立体环境下点、线、面地物要素的采集和已有地物要素的编辑功能;同时能与ArcMap平台进行无缝集成，完成与Arc-Map平台的消息的传递和事件的实时同步，保证立体采编数据与库体数据的一致性。

(4)数据编辑子系统

数据编辑子系统基于ArcMap平台实现，包括更新作业方案的配置和地物要素的图形编辑、属性编辑功能，其中更新作业方案是整个更新任务的作业规则，它确定了所采集的地物要素所属层与所属属性的约束，保证每个作业员在统一的规则下进行作业;地物的采集功能主要基于ArcMap平台，同时提供与立体采编交互的接口，即可以激活相应的采集工具在立体视图上进行地物的采集与更新。

(5)数据检查子系统

数据检查子系统是对采编更新后地物的正确性进行检查，包括对表达地物要素的图形特征和属性特征进行一致性检查，保证与已有矢量数据的一致性;同时根据生产作业规范化管理的需求，在进行数据检查之后输出质量检查的结果，方便作业管理员对生产更新的数据进行有效的质量控制。

三、系统实现

1.开发环境

系统以组件和控件相结合的方式在VC++6.0环境下独立开发而成，运行的基础平台是ArcGIS 9.3，各项功能通过相应的接口实现消息的响应与动作的同步，协同工作成为一个有机的整体，形成的系统界面风格与ArcMap应用程序保持一致。

2.关键功能实现

(1)基于ArcSDE版本管理的任务分配与提交

ArcSDE的空间数据库的版本管理有3种基本实现方式:单独式、串联式和并联式。其中，单独式在整个过程中只存在唯一的版本，多个用户直接在该版本上进行编辑;串联式是在父版本基础上创建子版本，进而在子版本上再创建子版本，适用于存储不同时期的地理数据;并联式是在父版本上创建多个子版本，各个用户在各自的版本上进行编辑，适用于不同区域范围或功能单元的数据。

本文结合基础地理信息库更新的作业特点，采用混合式的方式创建版本树来实现对库体的版本管理。具体的结构如图3所示，在版本树的顶端是父版本，基于父版本创建中间版本，最后根据更新任务的特点在中间版本的基础之上创建若干子版本，划分子版本的原则可以按照行政区域划分，也可以采用国家的相关标准(如标准图幅)进行划分。

图3 版本树

创建了版本树后，需要对各个版本进行权限控制，以保证整个更新任务的有序执行。整个作业过程包括管理员(admin)和作业员两个角色，对于不同的版本数据有可浏览和可编辑两种权限级别，父版本和中间版本由管理员控制，即管理员拥有其浏览和编辑权限;各个子版本由各个作业员控制。管理员可以浏览和编辑父版本与中间版本的数据，也就是整个更新作业范围区域;而每个作业员只能浏览和编辑自己所属的子版本数据。在版本创建和权限控制之后，作业员就在所属的子版本上进行相应的数据更新操作。

各个作业员在对各自的子版本数据进行编辑更新之后，向管理员提交自己作业的成果数据。管理员在接收作业员的版本数据后，由于不同版本数据仍然存在区域的相交，需要进行版本冲突的处理，版本冲突的操作在中间版本上进行，当完成所有的子版本的合并和版本冲突之后，管理员将最终的中间版本提交至父版本形成最终的版本，完成数据更新任务。

(2)基于ArcMap平台与数字摄影测量技术的一体化采编

传统的地理信息数据的修测更新大多利用数字摄影测量的手段，基于影像或立体影像进行地物要素的采编［8］。ArcMap是一个通用GIS的平台软件，它也具有地图编辑的功能，但是它主要用于地理数据的分析与管理，直接在其上进行地理信息的数据采集更新，仍然存在不少的问题。

本系统基于ArcMap平台，利用二次开发的方式扩展其功能，将基于立体影像地图采编更新模块无缝集成到平台之中，使其成为统一的整体，实现了与数字摄影测量技术的一体化采编，具体实现如图4所示。

图4 ArcMap平台与立体采编模块无缝集成实现示意图

ArcMap平台与立体采编模块的无缝集成主要体现在数据的同步显示和采编动作的实时响应，在进行立体采编前，首先，要完成ArcMap平台地图数据与立体像对数据的无缝叠加显示，由于库体数据所覆盖的地面范围往往大于立体像对所在的地面范围，此时可以利用ArcMap空间查询接口过滤出与立体像对所相交的地物要素集，并将其显示在立体视图中，在叠加矢量数据时，由于库体数据的坐标参考与立体像对的坐标参考并不一致，需要将库体数据进行实时的坐标投影转换，将其显示在立体视图中。然后，由ArcMap发出启动编辑的命令，立体采编模块中相应的编辑功能按钮被激活，这时作业员可以利用立体采编模块所提供的采编功能进行基于立体像对的地物要素的采集更新;同时立体采编模块通过内部的消息传递机制将最新采编的结果实时显示在ArcMap平台的视图中;另外作业员在地物采集时会出现大量编辑回退的动作，本项目利用堆栈记录立体采编的地物要素ID，在响应编辑回退时同时调用ArcMap回退命令，显示同步回退。最后，作业员可以调用ArcMap保存编辑的命令实现地物要素的入库更新，该系统已经成功用于浙江省第二测绘院省级1∶10 000基础地理数据的快速更新，图5为系统运行界面。

图5 系统运行界面

四、结束语

数字摄影测量系统的立体数据采编功能和Arc-GIS的空间数据管理功能的无缝集成，实现了更新要素的在线立体和平面采集，有利于实现基础地理数据的快速更新。在基础地理信息数据库平台上的更新不需要数据的出库和入库过程，有效克服了传统的基于文件的基础地理数据更新方式由于多次文件格式转换所带来的信息丢失、信息冗余、效率低下、质量难以控制等缺陷，因此能够有效降低数据更新的成本并提高基础地理数据的更新效率。为了提高数据更新的效率，基础地理数据变化的自动发现和半自动测量将是在线更新未来面临的主要问题。

［1］王密，陈克明，陈少勤，等.基于MicrostationV8的立体采编系统开发与实现［J］.测绘信息与工程，2006(2):17-19.5

［2］张祖勋.数字摄影测量的发展与展望［J］.地理信息世界，2004，2(3):1-5.

［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.

［4］王密，胡芬，廖安平，等.1∶5万基础地理信息综合判调更新系统的设计与实现［J］.武汉大学学报:信息科学版，2009(10):1144-1148.

［5］樊红.Arc/Info应用与开发技术［M］.武汉:武汉大学出版社，2002.

［6］王家耀.空间信息系统原理［M］.北京:科学出版社，2001.

［7］龚健雅.地理信息系统基础［M］.北京:科学出版社，2001.

［8］刘凤德，项琳，邱懿.基于JX4数字摄影测量工作站的地理信息数据库直接更新的方法设计［J］.测绘科学，2005，30(1):102-104.