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

刘建军，李雪梅，张元杰，杨　眉

(国家基础地理信息中心，北京 100830)



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

刘建军，李雪梅，张元杰，杨眉

(国家基础地理信息中心，北京 100830)

Technical Innovation and Application for Linkage Updating of National Fundamental Geographic Information Database at 1∶250 000 Scale

LIU Jianjun,LI Xuemei,ZHANG Yuanjie,YANG Mei

摘要：保持基础地理信息的现势性是我国基础测绘工作的重要使命，为此，国家测绘地理信息局于2012年启动了1∶25万数据库的更新工作，利用1∶5万数据库动态更新成果，对1∶25万数据库进行快速联动更新。本文介绍了纵向跨尺度、横向跨类型的不同数据库之间基于增量和联动的更新技术思路，阐述了数据库联动建模表达、地形数据库跨尺度联动更新、制图数据库随地形数据库联动更新、DEM数据库随地形数据库联动更新等主体技术方法。本文的技术方法被用于研制适用于规模化更新的技术标准、生产工艺及软件系统，以及支撑1∶25万数据库的快速联动更新，初步形成了基础地理信息联动更新的技术框架。

关键词：基础地理信息；1∶25万；数据库；增量更新；联动更新

1∶25万数据库是国家基础地理信息数据库的重要组成部分，适用于国家总体规划和宏观决策，广泛应用于国民经济建设各领域[1]。然而长期以来，我国1∶25万数据库的内容不全、更新缓慢，不能满足广大用户对其完整性和现势性的迫切需求。1998年初始建库时，采用纸图数字化方式完成，主体现势性为80年代，要素内容中缺少植被、管线，也没有制图数据产品。2002年、2008年，利用专业资料对一部分重点要素进行了更新，大部分要素现势性仍然较差[2]。

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，由于受综合国力和技术能力所限，我国是按照先小后大的次序先后建立的1∶100万、1∶25万、1∶5万数据库，使得利用大比例尺数据库联动更新小比例尺数据库难以实现[3-9]。进入“十二五”，国家测绘地理信息局启动了1∶5万数据库动态更新工程，每年更新1次发布1版，为1∶25万数据库的联动更新提供了条件[10]。

为此，国家测绘地理信息局于2012年启动了1∶25万数据库联动更新工作，对1∶25万地形数据库进行持续快速更新，并同时更新制图数据库和数字高程模型数据库，不断提升数据库的现势性，更好地为国民经济建设与社会发展提供可靠的测绘保障[10]。

一、总体技术思路

传统的地理信息更新技术偏重于单一尺度、单一

类型数据库的独立更新，难以满足1∶25万数据库快速更新的需求。为了实现快速更新，需要解决纵向跨尺度、横向跨类型两个方面的联动更新技术问题。纵向跨尺度是指如何利用1∶5万地形数据库快速更新1∶25万地形数据库；横向跨类型是指如何利用1∶25万地形数据库快速更新制图数据库和DEM数据库。

本文拟针对纵向跨尺度、横向跨类型的不同数据库之间基于增量和联动的快速更新这一技术难题，设计数据库联动建模表达、地形数据库跨尺度增量联动更新、制图数据库随地形数据库增量联动更新、DEM数据库随地形数据库增量联动更新等技术方法，建立1∶25万数据库联动更新技术系统，并支撑完成1∶25万数据库的快速更新。总体技术思路如图1所示。

二、主体技术方法

根据上述总体设计，将1∶5万地形数据库作为基础数据库，将1∶25万地形数据库作为一级派生数据库，将1∶25万制图数据库、1∶25万DEM数据库作为二级派生数据库。基础数据库动态更新后，快速联动更新派生数据库的主要技术方法包括跨尺度数据库联动更新和跨类型数据库联动更新两大类。

图1　1∶25万数据库联动更新总体技术思路

1. 跨尺度数据库联动更新

1∶5万地形数据库动态更新后，利用其更新增量成果，采用联动更新技术，对1∶25万地形数据库进行快速更新，主要技术内容包括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。技术路线如图2所示。

图2　跨尺度地形数据库联动更新技术路线

(1) 多尺度地形数据库整合统一

对1∶25万地形数据库进行整合，使其在空间参考、数据模型、分层分类、内容范围、要素分布等方面与1∶5万地形数据库保持一致，为后续开展跨尺度地形数据之间的联动更新奠定数据基础。

(2) 跨尺度地形要素自动匹配

分别基于1∶5万与1∶25万地形数据库的模型特征，建立相邻尺度间的地形数据关联模型、要素匹配规则、联动整合规则知识库，设计基于空间计算和属性耦合的自动匹配算法，建立起相邻尺度地形数据库之间的数据衔接。

(3) 基于增量要素的联动整合

创建基于1∶5万地形数据库更新增量联动更新1∶25万地形数据库的智能联动整合算法，建立全数字化环境下的增量提取、自动匹配、增量整合、协调编辑、质量检查等生产技术流程，实现跨尺度地形要素的自动或半自动联动更新。

2. 跨类型数据库联动更新

(1) 制图数据库联动更新

1∶25万地形数据库联动更新后，利用其更新增量成果，采用联动更新技术，对1∶25万制图数据库进行快速更新，主要技术内容包括地形数据库和制图数据库一体化建模、数据库驱动的地图自动配置和智能优化、基于地形增量联动更新制图数据库。技术路线如图3所示。

图3　制图数据库联动更新技术路线

1) 地形数据库与制图数据库一体化建模。将地理要素对象的几何位置、属性、拓扑关系及制图表达一体化融合建模，在1∶25万地形数据库模型之上，通过扩展关系、逻辑重组、关联关系等建立制图数据库模型，用于存储地形数据的符号、注记、图廓整饰，以及二者的相互关系等信息。制图数据库通过地形数据库驱动技术派生，实现地形数据与制图数据的统一管理、制图数据随地形数据的同步更新。

2) 数据库驱动的地图自动配置和智能优化。基于制图数据库联动模型，利用数据库驱动制图技术，设计适用于地图制图的地图自动配置和智能优化技术，如符号自动配置、注记自动派生、图廓整饰自动创建等；进一步设计要素符号及注记的智能优化调整、交互式编辑的方法，实现制图数据库随地形数据库的自动同步。

3) 基于地形增量联动更新制图数据库。在1∶25万地形数据库联动更新基础上，根据更新要素的增量标识信息，快速提取地形数据库中的更新增量要素，基于1∶25万制图数据库与地形数据库的相互关系，利用地图自动配置和智能优化技术，对制图数据库中的相应制图内容进行自动更新，再通过少量人工检核和交互编辑完成制图数据库的快速更新。通过制图联动更新，仅对地形变化要素进行制图更新，充分保留了原有制图成果，大幅提高了更新工效。

(2) DEM数据库联动更新

1∶25万地形数据库联动更新后，利用其更新增量成果，采用联动更新技术，对1∶25 DEM数据库进行快速更新，主要技术内容包括矢栅关联关系自动建立、地形特征自动提取、DEM高保真插值。

1) 矢栅关联关系自动建立。设计基于Voronoi空间计算的矢栅混合DEM数据库联动模型，对DEM数据库进行结构扩展，不仅存储DEM栅格数据，还存储自动提取生成的矢量地形特征数据，以及与等高线数据的空间关系信息，通过矢栅数据混合存储、矢栅关联关系自动计算，实现DEM数据与地形数据的衔接和联动。

2) 地形特征自动提取。设计基于三角网迭代优化的地形特征提取算法，利用1∶25万地形数据库中的等高线、高程点、水系等信息，自动化提取山脊、山谷、山顶、谷底、鞍部等地形特征数据点，有效实现由地形数据库到DEM数据库的高保真插值；设计基于Voronoi图的空间关系计算算法，计算并存储地形特征点与相应等高线的空间关联关系，实现1∶25万DEM数据库随地形数据库的相互关联和局部插值更新。

3) DEM高保真插值。针对传统不规则三角网插值的不足，以及地貌平坦和地貌破碎区域的DEM插值问题，设计矢栅混合的DEM高保真插值算法，在优化完善矢量不规则三角网插值方法基础上，全新设计栅格DEM插值方法，包括基于距离变换的DEM插值法、基于地形特征的DEM插值算法。前者能保证地形变化的递变性和连续性，特别适用于地貌平坦、破碎地区；后者充分利用各种水文信息，适用于河渠丰富的地貌平坦、破碎地区。

三、主要技术特点

国家1∶25万基础地理信息数据库联动更新技术的设计与实践主要有以下技术特点：

1) 跨尺度跨类型数据库一体化建模：统筹设计1∶25万数据库的联动模型与建模方法，实现跨尺度、跨类型的不同数据库之间的协调统一和相互关联，为跨尺度跨类型数据库的增量联动更新奠定基础。

2) 不同数据库间的联动更新：通过多元联动，建立不同数据库之间的关联关系，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。

3) 要素级的增量式更新：摒弃版本式更新，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等信息，仅对发生变化的要素进行更新、质检、汇交、建库，大大提高更新效率，也便于要素级多时态数据建库与管理。

四、规模化工程应用

应用上述研究成果，国家测绘地理信息局于2012年启动了1∶25万数据库联动更新工作，两年之内完成了1∶25万地形数据库的两轮更新，还联动更新了1∶25万制图数据库、数字高程模型数据库。

更新后的1∶25万数据库覆盖全国范围，数据库类型完善、要素内容齐全、现势性良好，成为共享性强、应用面广、权威可靠的空间信息资源与载体，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。

五、结束语

本文设计构建的1∶25万数据库联动更新技术系统，支撑完成了1∶25万数据库的持续快速更新，初步实现了从单一数据库更新向跨数据库联动更新的技术转变，有效提升了国家级基础地理信息更新能力，也为国家和省级之间基础地理信息的联动更新奠定了基础。

目前，1∶25万数据库成果已先后提供给中央部委、各级政府、上百家单位，应用于资源调查、灾害评估、文物保护、电子政务等方面，为国家经济建设各行各业的专业信息空间化整合提供了统一的空间信息平台，有效满足了国家建设发展及国防安全的迫切需要。

参考文献：

[1]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(S1):92-95.

[2]李雪梅，商瑶玲，王东华. 利用遥感影像更新全国1∶25万数据库的技术方法[J]. 测绘通报，2002(10)：12-14.

[3]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.

[4]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.

[5]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.

[6]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 .

[7]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]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．

[9]赵仁亮, 陈军,王东华.数字环境下的数据缩编更新问题[J]. 地理信息世界, 2008, 6(3):17-20.

[10]国家测绘地理信息局. 国家基础地理信息数据库动态更新项目总体设计方案[R]. 北京：国家测绘地理信息局，2012.

中图分类号：P208

文献标识码：B

文章编号：0494-0911(2016)04-0001-04

通信作者：杨眉

作者简介：刘建军(1974—)，男，高级工程师，研究方向为国家基础地理信息数据库的建设、更新、管理。E-mail：liujianjun@ngcc.cn

收稿日期：2015-08-31

引文格式： 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.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0109.