基于维思时空地理信息处理平台的1∶10 000地形图更新

2017-08-01郑凤姣

地理空间信息 2017年7期

关键词：武汉市时空要素

郑凤姣，刘琳，张敏，何伟

（1.武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022）

基于维思时空地理信息处理平台的1∶10 000地形图更新

郑凤姣1，刘琳1，张敏1，何伟1

（1.武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022）

以武汉市1∶10 000数字地形图更新项目为例，介绍了基于时空地理信息处理平台的1∶10 000数字地形图的更新方法与流程，并对更新过程中的多序可视化联动更新进行了研究和探讨，建立了完备的要素级1∶10 000时空地理信息数据库。对项目成果进行了质量检查，成果满足时空云平台管理及规划管理的需要。

数字地形图；时空数据库；多尺度；联动更新；质量控制

1∶10 000地形图是武汉市国民经济建设、国土整治、资源开发、环境保护、防灾救灾、土地管理等的基础资料。随着城市建设的快速发展，城市布局、规划管理的调整，以及城市信息化管理要求的变化，原有的1∶10 000地形图在现势性、要素内容、数据的组织形式等方面均已无法满足城市建设和管理的需要。同时，伴随智慧城市的建设，建立时空地理信息数据库已成为城市时空信息云平台建设的核心、首要任务。为此，武汉市测绘研究院在“十二五”期间组织开展了武汉市1∶10 000数字地形图要素更新及时空数据库建库工作。本文设计与实施了时空地理对象多序可视化表达，介绍了运用维思时空地理信息处理平台更新1∶10 000数字地形图的流程、方法和相关技术。

1 项目设计与实施

首先，需建立时空地理对象多序可视化表达的数学模型。时空地理对象多序可视化表达的模型是带有时间维度的关于现实世界中地理实体及其相互间联系的符号化一体表达，为描述时空地理对象的组织和设计时空地理对象结构提供了基本方法。通过研究，武汉市测绘研究院建立了基于时间轴线和尺度轴线的时空DLG数据表达数学模型：SD={ID,Lx,y,z,SC,TS,TE,A,S}。其中：SD为多序时空数据；ID为多序时空数据的全局唯一标识，与真实地理实体对应；Lx,y,z为空间位置集合；SC为时空数据尺度集合；TS为地理实体的测取时间；TE为地理实体的移除时间；A为时空数据的属性信息集合；S为空间数据相关语义信息集合。相对于空间信息模型，该模型最大的不同在于增加了时间信息，如图1所示。

图1 基于时间轴和尺度轴的多序表达示意图

然后，对数据建库、时空地理对象多序联动处理平台和生产流程进行设计与实现。时空地理对象多序联动处理平台主要实现不同时期时空地理信息的实时空间位置定格，以及静态存储和动态综合相结合的连续时序表达；成功解决了图形模式和数据库模式互逆表达的时空地理对象一体化生产问题，能在数据更新的同时，实时完成数据综合。

2 1∶10 000 DLG更新与时空数据库建库

本项目严格按照设计书及数据库标准要求，采取新的技术路线进行更新：首先收集最新的1∶2 000 DGN数据，将其转换成AutoCAD ObjectData 的DWG库数据，并套合原始1∶10 000地形图数据，获取更新内容和变化区域；再将原始1∶10 000数据ArcGIS9.0的Geodatabase格式数据转换成AutoCAD ObjectData 的DWG库数据，按照技术设计书要求，利用自主研发的维思时空地理信息处理平台和多尺度动静态结合的自动综合技术，将变化区域的居民地、交通、水系、桥梁等主要地理信息要素的地理位置、形态和属性，按照建库规范进行数据编辑、更新，并录入相关属性信息；然后套合最新的1∶5 000卫片数字正射影像图，通过变化检测确定主要交通要素、成片的居民地变化区域和变化地理要素，对变化要素进行更新，综合收集相关资料，补充属性信息，形成DWG库数据，并对其进行几何规范性检查和要素属性规范性检查后入库，获得基础地理信息数据库；最后利用对应定制的符号库，通过程序将库数据自动转换输出为制图数据成果，满足各界用户需求。总的技术路线如图2所示。

图2 1∶10 000 DLG更新工艺流程图

2.1 数据准备

原有的1∶10 000数字地形图更新工作是基于ArcGIS 9.0和AutoCAD平台进行的，所以原始数据成果格式分别为MDB（库）和DWG（图）。为了将其转到维思时空地理信息处理平台进行更新，需对数据进行格式转换。利用FME程序开发的无损格式转换软件将原始1∶10 000 MDB库数据批量转换成AutoCAD ObjectData库数据，作为更新的基础数据；利用FME程序开发的格式转换软件将最新的1∶2 000 DGN地形图数据批量转换成AutoCAD ObjectData库数据，作为对比获取更新区域和内容的主要编绘数据资料。

2.2 获取更新区域和内容

在维思时空地理信息处理平台，打开待更新的1∶10 000 DWG库数据进行图库转换，得到图库一体数据，套合对应的1∶2 000时空数据，对比要素变化情况，获取更新变化区域，并用相应属性的线划绘制出更新区域范围线。在更新过程中，需给新增或移除的要素赋上时间属性，以便后期根据时间属性筛选需要的信息。除此之外，可建立尺度综合自适应规则和数据综合算子库，等高线取舍、房屋综合、高程取舍等可利用程序实现1∶2 000 DWG库文件到1∶10 000 DWG库文件的自动缩编。

图3 维思时空地理信息处理平台界面

该平台按照技术设计书、数据标准及图式要求，对变化区域的居民地、交通、水系、桥梁等地理信息要素的地理位置、形态和属性进行1∶10 000数据综合取舍和更新范围内要素的编辑、修改及更新。

2.3 利用卫片资料更新

在利用1∶2 000数字地形图数据进行1∶10 000数字地形图更新的基础上，套合最新的1∶5 000卫片数字正射影像图，通过变化检测确定主要交通要素、成片的居民地变化区域和变化地理要素，并对变化要素进行更新[1-2]。结合收集的其他相关资料，补充相应的属性信息。

2.4 库数据编辑

根据《武汉市1∶10 000时空地理信息数据库建设技术方案》《武汉市系列比例尺地形图时空数据库标准》的相关要求，对需追加到原始数据中的新增数据和信息进行数据编辑、建库并制作元数据。

2.4.1 建库数据的编辑原则

1）所有要素的数据结构都必须包含的属性字段有要素编码、要素名称、测取时间、修测时间、要素GUID（唯一标识码）、测取人和修除人。

2）参照1∶2 000地形图，对1∶10 000图库一体数据进行更新与编辑，根据设计书和数据标准中的相关要求进行拓扑处理，线应连续，面应封闭。

3）要素不能存在多余或遗漏；不能存在移位错误、节点错误、多边形错误、采集方向错误等；不能位移地形图的位置精度。

4）各种地物要素的编码、几何类型、名称、分层等相关参数严格遵循《武汉市系列比例尺地形图时空数据库标准》。

5）按规定的要求将矢量数据进行严格分类，并对要求的属性项进行赋值。

6）所有相邻图幅都需要接边处理（位置接边和属性接边）。

2.4.2 建库数据编辑及属性录入

对于控制点、水系、道路、居民地、境界、植被等要素的库数据编辑和属性录入，本项目设计书和建库技术方案中都有明确规定。此外《武汉市系列比例尺地形图时空数据库标准》中也对各要素的拓扑处理、必填属性信息等作了规定和说明，如湖泊、街区等面状要素必须构面处理，高速公路、国道、省道等需绘制道路中心线等。按照规定和要求，对更新变化要素进行编辑和处理。

更新后，各要素将被赋以特定的时间标识，建立的数据库中既存在历史数据又存在现状数据。这种基于时间序列管理的历史与现状时空地理信息数据库，能够为智慧城市时空地理信息的分析和挖掘提供数据基础。在此基础上，结合云计算和网络服务技术，采用网络服务的模式，能够为包括决策层领导、各部门管理人员和广大社会公众在内的不同层次用户提供感兴趣的信息资源[3-5]。

2.5 制图数据输出

对图库一体数据进行质量检查并修改，将检查合格的数据分别输出为库数据和制图数据。对制图数据进行符号化和图面整饰，对图形文件进行图廓整饰，根据提示输入相应的图廓整饰信息，即可得到符合标准的带有图廓的完整的制图数据。

3 关键技术

3.1 时空DLG数据多序联动处理平台和检查平台

针对原有图库分离的数据特点，本文在“图库联动、联动更新”等方面进行了研究，在时空DLG数据多序可视化表达理论研究的基础上，开发了一套时空DLG多序联动处理平台和检查平台，创新地实现了不同时期时空地理信息的实时空间位置定格，以及静态存储和动态综合相结合的连续时序表达，成功解决了图形模式和数据库模式互逆表达的时空DLG数据一体化生产问题，能够在数据采集与更新的同时，同步实现数据综合、属性录入、数据编辑和数据检查，实现了“先库后图、图库联动、联动更新”的技术转型，推动了武汉市测绘研究院测绘生产模式的变革，提高了工作效率。

3.2 时空DLG数据多序组织的标准体系

在国家标准的基础上，兼顾武汉市管理的应用要求，突破传统空间信息数据组织方式，建立了集几何信息、符号信息和属性信息于一体的多层系多关联的时空地理信息数据模型；科学合理地确定属性信息数据内容、数据种类和精度标准，优化数据结构，制定了一套完整的基于多序数据组织的武汉市时空DLG数据建设的标准体系。对于同一地理实体，在不同比例尺空间数据中赋以唯一的地理实体标识和时间标识，通过地理实体标识实现与相关社会经济、自然资源信息的挂接，通过时间标识实现与历史版本的挂接[6]，实现了多尺度、多时相成果的对象化、网格化和信息化。该标准较国家标准扩充了近60%，新增和细化了近300 个地理要素对象，且在要素属性信息中增加了时间属性字段、特殊图形表达属性字段以及部分专题属性字段，充实和完善了数据采集规则等内容，减少了应用过程中的转换，有效地提高了工程成果的实用性。

3.3 多尺度时空DLG数据联动生产更新机制

在项目实践中，建立了完备的“四库三联”多尺度时空DLG数据联动生产更新机制。其中，“四库”为现势库（C）、历史库（H）、工作库（T）和用户库（S）；“三联”为提取（E）、更新（U）、存储（S）3类联动更新操作（图4）。

图4 时空DLG 数据库联动更新作业模式流程图

现势库存储和管理现势性较强的地理实体，历史库存储更新后的时空历史数据，工作库临时存储更新过程中的过程数据，用户库主要用于存储对外发布服务的应用数据。对应现势库的各图层，相应地在工作库中设计了3个联动工作层，分别以E、U、S结尾命名。E层用于存储从现势库中提取的对比数据；U层用于存储从生产环节返回的更新数据；S层用于存储从现势库中提取的接边数据和更新处理的结果数据[7]。

3.4 “先库后图、图库联动”的生产工艺流程

以ObjectData图库一体时空地理信息数据模型为基础，围绕“先库后图、图库联动”，根据历史数据，综合利用空间定位与时间定格同步技术、数据更新与数据综合同步技术、数据编辑与数据检查同步技术，对时空地理信息数据库进行更新以及对不同比例尺下的图形数据进行综合，实现时空地理信息建设的模型一体化、生产一体化、管理一体化、更新一体化以及产品一体化。具体流程如图5所示。

图5 作业流程设计图

4 质量控制

DLG的质量决定了数字地形图后续应用的准确性和可靠性。按照“方案—检查—核对—定位—修改—评价”的空间数据质量控制模式，采取人机交互检查、程序自动检查和人工对照检查的方式[8-9]，利用维思平台检查软件，从图形几何关系检查、入库属性字段检查、交互核对、错误定位、编辑修改、质量评价等环节，对数据进行检查和质量评价控制。同时加强对制图数据及元数据的检查，以满足数据库建库和成图的需要。

4.1 库数据检查

维思时空地理信息处理平台中开发的数据检查软件（图6）可对库数据的投影参数、坐标范围、数据结构一致性、要素编码、必填字段、字典型属性正确性、有向点方向值、无向点方向值、重复数字化、几何错误、等高线相交等项进行批量或单独检查。

批量图库检查可对多幅库数据（或图库一体数据）进行质量检查。检查完成后，将自动生成一个记录各图文件名和上述对应检查错误数目的Excel表格，且表格会自动标红存在错误的记录，这样可以很直观地看出整批数据的质量情况。

图库检查可针对存在数据错误的图幅进行单独检查，检查结果不仅有详细的错误说明，而且还可定位到对应的要素，以便及时修改。

图6 维思2.0时空信息数据检查平台

另外，还要对库数据进行接边检查。该软件可对线状、面状要素进行接边检查，还能自动批处理一些简单的接边错误；较复杂的错误则需人工手动编辑。同时，将库数据符号化后可发现，由于存在几何或属性错误，个别要素符号化不正确，这样也可查出一些库数据存在的问题。

4.2 制图数据检查

制图数据的检查主要通过人机交互和人工对照的方式进行，按照“图式”及设计书的要求，其主要包括：要素的综合取舍是否合理，更新的精度、接边以及更新要素的衔接，检查库数据符号化输出是否满足制图要求等。

4.3 文档簿和元数据检查

对检查记录及文档簿填写的完整性和正确性、元数据填写的合理性、数据格式和结构等进行严格检查。

5 结语

“十二五”期间，武汉市测绘研究院组织完成了武汉市主城区1∶500、全市域1∶2 000、1∶10 000系列比例尺基本图的要素更新，实现了属性与时空数据的一体化管理，并具有动态和增量式建立、维护不同尺度空间对象的能力，制定了武汉市时空地理对象多序组织的标准体系，研制了时空地理对象多序联动处理平台、系列比例尺地形图缩编系统，建成了完备的“四库三联”多尺度时空地理对象生产与更新机制，能为智慧城市时空地理信息的分析和挖掘提供数据基础。形成的武汉市全市域要素级的基础地理信息数据库成果，不仅能服务于区域规划、国土资源管理和基础设施建设等方面，也将为武汉市集成应用的居民地、交通、水系、地貌等地理信息框架资源库、城市基础公益智库提供良好的资源。

[1]聂爱香.1∶1万DLG快速更新方法探讨[J].经纬天地, 2014(6):77-80

[2]张保钢.城市大比例尺地形图时空数据库的建设[J].北京测绘,2005(1):25-28

[3]于峰.时空数据模型的研究及其在时空地图可视化系统中的应用[D].北京:中国地质大学,2003

[4]张山山.地理信息系统时空数据建模研究及应用[D].成都:西南交通大学,2001

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[6]应荷香.基于地理实体编码的多尺度表达空间数据联动更新技术[J].测绘与空间地理信息,2012,35(7):41-43

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[8]刘会安.数字地形图更新和质量检查方法研究[D].郑州:信息工程大学,2001

[9]郑奇志,吴建军,张江新.1∶1万地形图更新及建库工作的开展与质量控制[J].现代测绘,2010,33(6):35-36

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1672-4623（2017）07-0017-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.005