多源数据更新空间框架地理信息技术

张小波，李新双，张俊，陈凯，石吉宝

(成都市勘察测绘研究院，四川 成都 610081)

多源数据更新空间框架地理信息技术

张小波*，李新双，张俊，陈凯，石吉宝

(成都市勘察测绘研究院，四川 成都 610081)

结合数字成都地理空间框架数据更新项目，着重探讨了利用地形图、规划竣工成果和遥感影像等多种不同数据源实现对地理信息的更新技术，并研究更新过程中的变化发现、数据库结构优化、增量更新及协同作业等关键技术。

数字城市；地理信息数据库；多源数据；增量更新；ArcSDE

1 引 言

当前，我国已基本全面建成全国地理空间框架数据库，并实现了国家、省、市三级节点地理信息资源的互联互通，为政府部门、企业和公众提供便捷高效的网络化地理信息服务。但随着我国城市化进程的加快，城市建设日新月异，使得地形地物变化较快，日益呈现出地理信息数据的现势性与应用需求之间的矛盾。地理信息数据的现势性是GIS的灵魂，它远远高于几何精确性[1]。地理信息数据作为“数字城市”的核心和基础，直接为政府或公众提供地理信息服务，如何实现其快速更新，使其与快速变化的社会环境相适应，保持现势性和准确性，是当前“数字城市”建设噬待解决的问题[2]。

基于遥感影像可以进行地理信息的变化检测，通过不同时相影像的对比，采用自动或人工检测的方式发现变化信息[1～3]。利用竣工测量成果的新增地物信息来更新基础地理信息，在数学精度、地理要素表达方面均能满足要求[4]，可以很好解决城市建设区域地物的现势性问题。此外，基于不同比例尺数据的自动缩编、实地调查以及基于网络或行业专题信息的变化更新，也是常用来更新基础地理信息的途径[5]。

自2013年建成“数字成都”地理空间框架后，近几年一直采用定期更新和动态更新相结合的更新模式，综合利用新测DLG成果、竣工测量成果、遥感正射影像、行业专题数据、实地调查等多源数据对地理空间框架库的电子地图、地理实体等地理信息数据进行了持续的更新。

2 地理信息的变化分析

地理信息的变化，从变化类型上主要分空间几何和属性的变化，空间几何变化主要包括原有要素消失或新增要素，属性变化主要指空间图形还存在但状态发生了改变。根据地理信息的更新范围主要分为全面更新和局部更新。从更新要素上分全要素更新和重要要素更新。从更新频率分析，更新周期与经济发展程度、要素类别等息息相关。经济发达地区，建设工程量大，该区域的变化量大、变化周期短，对地理信息需求旺盛，需要综合采取多种方式加大该区域地理信息的更新频率。此外，不同类型的要素根据不同的重要性及应用需求，其更新频率也不相同，如对公路、铁路等交通路网的现势性需求远远大于对房屋、植被的现势性需求，可采用快速获取地理信息的手段如无人机、移动摄影测量等加快对重要地理信息要素的更新。

3 不同数据源比较分析

在进行地理信息更新时，针对不同的数据源，分别从更新内容、成本和工作量等因素简要分析如下。

3.1 新测地形图

由于以提供地理信息应用服务为目的的电子地图、地理实体等是以基本地形图为基础，经过进一步提取、过滤和重组形成的数据，故利用航空摄影测量或实地测量方式获取的现势性好的地形图不仅能很好满足几何精度要求，而且能实现对原有数据库的全要素更新。不论以航测方式还是以外业实测方式获取地形图的过程都比较耗时耗力，且资金投入较大，故该更新方式可与本地基础测绘实施情况相结合进行。

3.2 竣工测量成果

利用竣工测量成果进行更新，就是在建设项目完成后，及时进行项目竣工测量，并用竣工测量成果来更新基础地理信息数据。虽然由于施测目的和取舍的不同，竣工测量成果与地形图数据之间存在一定的差别，但主要表达的要素和内容、几何精度方面差异不大，可通过对竣工测量成果的后期处理，可实现对有竣工建设区域的高精度、全要素、动态更新。该更新方式适合城市建设比较快的区域，投入成本小，可纳入按需日常更新。

3.3 高分辨率遥感影像

随着遥感技术的快速发展，获取的卫星影像空间分辨率和时间分辨率都越来越高，如WorldView-3、GeoEye-1的地面分辨率可达到 0.5 m，能解决中小比例尺地形图及重要地理信息的现势性问题。定期获取现势性好的高分辨率遥感影像对交通、水系、居民地等重要的、容易判读的地理信息要素进行更新，可实现对大区域的快速、低成本、粗放式更新。

3.4 行业专题数据

在地理信息中，存在大量的行业专题信息，如教育、城管、房管、公安、医辽等信息。拥有该类信息的专业管理部门，往往拥有更加完整、更准确、更权威和现势性更好的专题信息。“数字成都”地理空间框架按照“共建共享”和“权威部门发布和维护权威数据”的原则，利用各行业发布的权威数据，及时对各类专题地理信息进行更新维护。该更新方式比较依赖于部门与部门之间的合作，建立协同共享机制尤为重要。

3.5 其他数据

无人机、移动摄影测量以其直观、便捷、快速的优点，日益成为地理信息更新的重要数据源。该方式不仅极大地丰富了地理信息服务产品形式，且获取快速及时可满足应急救灾，是对传统方式的极大补充。

随着互联网技术的飞速发展和网络地图的普及，网络信息也成为发现地理信息变化的重要手段，通过地理信息公共服务平台广泛收集社会大众对地理信息变化的发现结果，经核实后实现在线更新。

4 技术路线及关键技术

4.1 更新技术流程

根据更新目的和现有数据源情况，确定更新范围和策略，采用程序或人工方式通过与现有数据库进行对比分析发现变化，进而对变化信息进行更新，质检后进行成果的提供与发布。技术流程如图1所示。

图1 更新技术流程

4.2 关键技术

地理信息矢量数据更新重点需要解决变化信息发现、数据库结构、要素级增量更新及协同更新等关键技术。

(1)变化发现技术

地理信息更新的前提是发现地物的变化，可归结为地物目标的变化检测问题。基于遥感影像的更新，可采用自动识别方式，如将不同时相的遥感影像进行分割、分类，从而发现变化区域和目标[3]，也可采用人工逐屏对比方式，叠加最新遥感影像和矢量数据进行对比更新。基于地形图或者竣工测量成果进行更新时，利用更新区域边界擦除旧数据库要素，将增量要素数据入库[6]，亦可编制程序判断更新区域内新旧数据的几何或属性变化，实现增量要素的更新。亦可通过划分单元网格，通过人工巡视或者众包的方式发现变化[7]。

(2)数据库结构优化

数字地理空间框架数据库包括电子地图和地理实体数据等多个库，要实现数据库的动态增量更新和不同数据库的同步更新，需要对数据库结构进行优化，在进行数据库结构设计时，应在国家标准的基础上，按照面向对象方式实现要素图形和属性的一体化存储，从而实现电子地图基于属性的自动制图技术。不同数据库中相同要素最好采用相同库体结构，并增加“初始时间”、“消失时间”字段，用于记录要素生命周期，实现对历史库和现势库的管理。并增加“数据源”字段，用于记录更新采用的不同数据源。

(3)增量更新技术

地理信息数据更新，采取的是数据库变化要素的局部更新。需创建数据库标识、要素更新状态标识和版本标识分别进行记录。数据库标识是实现数据库更新的关键，在更新过程中不对其进行编辑修改；要素更新状态标识是实现基于增量要素更新的关键，在更新时需对所有更新的要素重新进行定义；版本标识是对数据库版本管理的关键，需要在更新时对更新版本进行标识[8]。

更新过程中，主要分新增要素、删除要素、图形修改、属性修改四种类型。新增要素需在状态标识字段中记录“新增”，并在初始时间字段填写更新该要素时间；删除要素暂不做物理删除，在状态标识字段中填写“删除”并在删除时间中填写时间后，将其移至历史库后在现势库中可将其物理删除；修改要素；图形修改指要素图形发生变化，如形状发生局部变化、一变多、多变一情况，局部变化的在状态标志字段中填写“变化”，起始时间填更新时间；一边多的，原来的单个要素标识状态为“删除”，新增的多个要素标识状态为“新增”，并分别修改其相应的消失时间和起始时间；多变一的，原来的多个要素标识状态改为“删除”，新增的单个要素标识状态为“新增”，并分别修改其相应的消失时间和起始时间。对于图形未变、仅有属性改变的要素，其更新状态标识字段填写“属性”，并填写起始时间。

(4)ArcSDE协同更新技术

ArcSDE是Esri公司推出的基于SDE的空间数据存储、管理解决方案，很好地解决了地理数据库中数据的存储、访问和管理模式与地理信息系统应用之间的问题[9]。ArcSDE通过注册基本库版本和多用户版本，允许多个用户同步访问并编辑数据库，进行不同版本间要素冲突检测协调后，解决增量要素的多用户协同更新，节省了传统的裁剪分图接边时间，提高了工作效率。

5 结 论

目前数字城市已进入更新维护阶段，主要面临如何解决地理信息现势性的问题。本文紧密结合“数字成都”地理空间框架数据库更新项目，利用地形图、规划竣工成果、遥感影像等多种手段实现对地理信息数据的更新，并阐述了更新维护数据库的关键技术。可结合本地基础规划实施计划制定全域和重点区域相结合、定期和动态更新相结合、多源数据相结合的更新维护机制，满足国民经济建设各行业及社会大众对地理信息的旺盛需求，及时向平台提供现势性最优的地理信息服务。

[1] 李德仁. 利用遥感影像进行变化监测[J]. 武汉大学学报·信息科学版，2003，28(S1)：12～17.

[2] 周安发，邵军，王华等. “数字城市”建设中的基础地理信息数据更新[J]. 地理空间信息，2013(S1)：23～25.

[3] 陈卫平，王海燕，赵敏等. 基于多源遥感影像快速更新基础地理信息技术的研究[J]. 测绘与空间地理信息，2012(35)：28～35.

[4] 罗和平，叶乘鸾，温振兴. 竣工测量成果应用于地形图更新的分析探讨[J]. 城市勘测，2010(5)：131～134.

[5] 崔洪波，周再强，李井杰. 几种基础地理信息数据更新方法的比较[J]. 测绘与空间地理信息，2012(35)：56～58.

[6] 张西军，张志文，石勇. 地理信息公共服务平台数据更新技术——以数字沈阳地理空间框架为例[J]. 测绘工程，2015(24)：76～80.

[7] 张海涛. 城市基础地理信息数据库动态更新策略探讨[J]. 北京测绘，2015(5)：1～5.

[8] 林良彬，钟远军，杨文杰. 面向电子地图应用的地理信息快速更新方法研究[J]. 地理信息世界，2016(23)：129～135.

[9] 孙朝犇，马学民，路轩轩等. ArcSDE在基础地理信息数据库更新中的应用[J]. 测绘与空间地理信息，2016(39)：79～81.

Multi Source Data Updating Geographic Information Technology

Zhang Xiaobo，Li Xinshuang，Zhang Jun，Chen Kai，Shi Jibao

(Chengdu Institute of Survey and Investigation，Chengdu 610081，China)

Based on the project of Chengdu platform for geoinformation common services data update，this paper establishes the method using variety data sources，such as topographic maps，final survey results，remote sensing images etc. Some key updating technologies are pointed out such as the change discovery，the database structure optimization，the incremental updating and the cooperative work etc.

digital city；geographic information database；multi-source data；incremental updating

1672-8262(2016)06-57-03

P208.1

A

2016—08—19

张小波(1980—)，男，高级工程师、注册测绘师，主要从事大地测量、工程测量、地理信息系统等相关专业工程和研究工作。

数字制图与国土信息应用工程国家测绘地理信息局重点实验室开放基金(DM2016SC08)。