自然资源三维立体空间信息系统构建

2022-02-06董彦君

大众标准化 2022年4期

董彦君

（济南市勘察测绘研究院，山东济南 250000）

自然资源调查工作的调查内容包含的范围更为广泛，其中会涉及到水流、荒地、森林、滩涂、海洋等多种自然资源以及随着季节或者年份在不断变化的过程。因此需要借鉴国土调查以及各类专项自然资源调查数据库、开发管理系统的经验，表达各种自然资源的时空特点，构建图文一体化、三维一体化、时空一体化的自然资源管理信息系统。

1 自然资源信息治理现状

自然资源信息化的要求就是辅助自然资源部门履行两统一的职责、精细化管理自然资源，现阶段的国土资源信息化数据管理模式已经无法匹配于时代的进步，存在一些问题有待处理：首先，针对于土地的地理信息测绘以及地质和矿产信息资源的管理与储存，由于数据内容的格式以及要求没有达到统一状态，所以需要对储存的方式以及管理模式进行创新，这是由于自然资源管理需要构建统一的管理模式，并且提前做好规划，对于草木等多种信息，没有构建统一的数据管理体系与其匹配。其次，纳入自然资源部门管理的数据内容不够完整，图形的属性无法匹配等多种问题，导致土地和测绘以及多种数据内容都没有保持统一，无法及时运用数据信息。最后，原来属于规划部门以及国土等多种测绘信息内容存在着较大的差异性问题。在数据管理工作中没有制定出统一的数据模式进行管理与维护。

2 自然资源信息标准规范体制构建

依照于生态文明建设的实际需要和自然资源管理部门的实际需求，要对国土以及矿产和海洋等各种资源制定出统一的管理数据标准，并且都归入在标准体制中。然后针对于一些已经拥有的并且开始实施的标准，还是要继续使用，与新的标准融合在一起，对于没有构建准则的内容也要及时制定准则。确保数据整体的汇总更加准确清晰，加强数据的更新以及共享使用环节，从而有效地使数据得到规范的运用，针对于多种数据内容，制定出多元化的管理办法，匹配自然资源数据管理的多个环节。

3 选择、创新空间数据模型

立方体模型、基态修正模型、快照模型、时空组合模型等都属于常见的时空模型。这些模型在记录时空模型信息、表达方面都有侧重点。综合目前自然资源的信息特点，可以选择基态修正模型建立三维自然资源时空数据库，基态修正模型的核心思想就是记录时空对象的原始状态，并且在后续的时间序列中记录前一时刻发生变化的部分，将两者叠加起来可以取得后继时态版本，这个模型的数据记录形式可以明显减少数据出现冗余的情况，记录对象在时间序列方面出现的变化。

通常二维矢量数据的储存由于数据量不大，数据对象化以及编码规则相对清晰，应用基态修正模型就可以解决对象随时间出现的变化。然而自然资源信息以三维表面、三维矢量、三维体元记录以及储存，会因为涉及数据量比较大、没有明确的变动对象问题，致使常规的基态修正模型随着修正次数不断增加，调取时态数据时存在动态计算复杂度不断变大的情况。为了解决上述问题，构建自然资源的时空数据模型，应用基态修正模型和快照模型相互结合的方法，根据一定时间间隔创建快照，以快照节点创设基线，然后变更数据再次基线的基础上添加。在调取数据的时候，按照时间获取最近的基线信息，然后结合变更数据将最后的结果还原出来。至于储存数据，把三维实体和二维矢量数据的对象粒度统一、编码当成三维实体随时相变化的时候，对比模型找出变更的内容，根据三维体元的最小粒度储存。那么栅格数据根据自然资源区块范围完成分割操作，同时不同类型区块的栅格信息独立记录，变更的时候记录变化的自然资源区块栅格信息。

4 构建三维自然资源数据资源体制

保持科学化与实用化的原则区对于数据资源目录进行构建，还要考虑土地和国土空间规划等多种自然资源的实际信息管理现状，打造一个便利式的组织管理的数据信息目录。

统一对数据模型进行设计，然后针对于应用的对象使用相应的理论，保持数据和应用的分离原则，把空间图元看做属于国土空间的基础信息内容展开设计，主要包括了对于对象实体模型以及关系逻辑模型。完成统一对象的编码以及概念模型设计之后，就可以针对于创建对象的空间以及时态和业务关系进行统一数据模型的创建，还需要考虑到对象的实际状况以及规划业务联系。

大数据中心的设计与开发工作需要研发中心首先拥有能够储存各种统一数据模型的数据资源，并且要支持文档和视频等多种格式。或者设计成逻辑较为集中但是物理分散的整体结构，构建三维立体的自然资源核心信息数据库，构成数据资源体系中的不同数据载体。

对于数据开展数字化以及空间化处理的时候，数字化模式能够替代纸质，直接把纸质文件的内容扫描到数据模型里，把表格中的坐标点变成GIS数据格式。依照数据质量的统一规范对数据进行处理，主要分为拓扑处理和属性处理。依照数据质量标准对数据内容进行检验，还需要按照多版本数据的差异问题进行冲突检测，比如多版本的基础信息整合。面对一些没有模型库或者数据结构变动较大的，就需要按照数据内容的统一规范要求构建数据模型依照标准入库。对于已经建库的数据内容，并且没有较大变动的数据资源，需要按照全新的要求进行改造，然后归入到三维立体自然资源数据库中进行管理。

使用数据需要按照组装前的五个步骤，构建三维立体自然资源信息，然后再使用自然资源的应用体系与其他行业部门进行需求共享，根据需要整合，在脱密之后衍生形成对应的应用数据，将其纳入三维立体自然资源应用数据库统一管理。

5 创建自然资源数据索引

自然资源数据库中需要拥有一套完整的索引体系给予支持，才可以应用以及读取大量的数据信息，除了常规数据属性字段索引之外，还要和不同空间数据、时间数据相结合，创建时空索引。空间数据索引是指，二维数据应用空间数据库中常规的R-tree索引体系，应用外包矩形的模式应对点、线、面各种二维空间数据。其中大量点状数据超过定量级别之后，单独应用GeoHash的编码形式对格网进行拆分，将其拆分成网格大小在2米的精细编码，同时空间格网信息应用32进制数9位编码的形式储存在属性字段中，应用的时候可以应用关系数据库索引的形式快速提取格网信息资料，根据从左到右的编码位数严格控制查询格网的大小。一般情况下，三维数据分成两种情况，很大一部分附着在地形表面的数据由于纵向的变化相较于整体空间区域比较小，应用四叉树索引就可以实现数据的快速索引，同时可以节省资源。至于矿产以及水流资源可以应用三维数据常规的八叉树索引形式。接下来就是时相数据索引，由于充分考虑自然资源数据的更新特征以及时空数据模型下数据的调取形式，拆分数据记录日期，应用整型字段记录数据更新的年、月、日，同时分别创建数据索引。在数据根据时间节点设立基线之后需，就可以记录整型的基线版本号在目前数据还有后期变更数据中，参考基线版本索引最后经过日期以及基线版本形成多层次的时相数据索引。

6 自然资源数据更新以及维护体系

（1）创建自然资源三维立体大数据体系动态更新体系。按照数据汇总的实际状态，可以划分为日常自然资源以及其他行业共享数据资源和物联网传感器数据资源，地址勘测数据交汇以及创新数据交汇等等，确保触发更新要求以后，在更新后的时间以及版本信息同步配置。现阶段的时空数据库通常情况下有三种更新模式。第一种是定期更新，就是在相应的时间范围内，对于整体时空数据内容进行更新。第二种使程度更新，就是按照提前制定的变化率的阈值，在整体时空数据转变率比阈值高的时候，进行更新。第三种是增量的更新，需要在时空要素产生转变后，更新整体的时空要素。并且增量更新在实际的运用过程中，能够进行二次细分成为触发时的增量更新，就是转变过程中，被系统检测到后自动进行增量更新，主要的变化累积式的增量更新的含义是说在已经累积到一定程度之后，产生了变化要素，然后完成的增量更新。首先确保要素被检测到的时候没有发生较大的变化，在到达相应的时间以后，更新已经出现变化的要素增量。

（2）创建自然资源三维立体大数据体系联动更新体系。第一，在自然资源时空对象的整体业务联系上，需要创新时空对象业务关系，并且构建业务语义中的相应的联动的关系，比如宗地和界址点以及界址线这三者之间，就拥有较为密切的关联，界址线和界址点能够直接形成宗地，并且这三个要素中，只要有一个出现了变化，那么剩下的两个也都会随之出现变化，这三个要素的联动变化能够形成十四种不同的方式。第二，多比例尺时空数据联动在对于相应的对象进行标识编码后，就需要依照于不同的比例尺的实际要素，去创设同名要点的多比例尺的联动关系。一般情况下是大比例尺的整体要点变化联动会带领小比例尺的数据出现转变。第三，行政阶段的纵向数据创新与联动也需要满足行政管理的实际需要，这样的联动是通过上级部门下达的数据，引导下级部门的相关数据资料出现变化，也可以是下级部门依照于上级的实际需要对于数据内容展开分析与汇总，然后再运用上级部门的检测以及审核之后，再把数据直接更新到上级的数据库中。第四，在数据谱系关系的基础之中，进行的创新联动，能够让不同的自然资源专题运用的衍生对象通过三维立体资源库进行融合和加工组成。基于治理自然资源信息数据中，还是要创建数据谱系直接的联系。

（3）创建自然资源三维立体大数据体系纠错体系。实践过程中，还有一些没有运用正常检测流程发现的数据语义方面的冲突，像在一些时空要素之中，经常会出现小数点或者数据种类的误差问题。而在数据印证上，因为有很多的同名对象，所以通过对同名对象之间的对比分析就能够迅速发现其中存在的差异性，然后由数据管理员判断这是不是误差问题。整体系统都使用了数据印证规则库的模式，对于印证的规律进行了深入的总结，只要存在同名状态，那么就需要把这些内容汇总在一起，然后运用监听系统，对于同名对象的准确度进行印证。

7 自然资源信息管理

在自然资源三维动态信息储存在数据库之后，需要一套数据库管理软件进行管理以及展现，切实实现数据的导入以及导出，二、三维浏览、数据转换、自动赋值、数据质检、查询统计等功能，科学有效地保障自然资源数据的正确性、完整性。把自然资源二维、三维数据导入数据库管理软件之后，除了常用的地理信息功能之外，还可以进行转换数据：把收集取得的专题按照规范转换，转变成符合数据库标准格式的二、三维自然资源数据；数据处理：对转变后的自然资源数据进行地图符号化、生成标注数据、提取不一致信息、修改变更数据等，确保信息数据的规范化；自动赋值：按照数据字典以及空间的关系对数值进行属性赋值，按照编码规则自动编号自然资源数据，和三维数据结合在一起计算登记单元以及区块的面积。其计算的内容包含着：地球椭球的面积以及表面积，同时按照三维数据计算自然资源体积储量的信息；数据质检：就是对已经拥有的成果数据信息进行属性数据的检查、检查图形数据、几何精度，还有修改以及定位不符合要求的信息数据；成果输出：可以进行图件成果输出、统计数据查询、表格成果输出、查询结果输出等等。

数据展现的形式是经过空间的位置、匹配属性信息，切实实现二、三维数据的一体化。这个模块可以将DEM、DOM、带有高程信息的DLG的三维成果信息用三维的场景呈现出来，还有把带有属性信息得二维矢量数据附着在三维的表面上，展示功能的时候，达到三维视窗数据管理的要求，还可以按照需要调取分析登记自然资源的三维信息。