省级基础测绘增量更新生产体系实现

何纯芳

(甘肃省地图院，甘肃 兰州 730000)

1 引 言

随着经济社会的快速发展，各行业、领域对基础地理信息的应用需求呈加速态势，需要内容更丰富、应用更高效的基础地理信息数据。基础测绘是经济社会发展、国防建设和科学研究的基础性工作，是基础地理信息数据获取的重要途径[1]。现阶段省级基础测绘产品的主要形式仍然以 1∶10 000 4D产品为主，其中，DLG产品是生产流程最复杂、需求量最大的产品[2]。当前DLG数据更新的主要作业方式为基于测区的全要素批次更新模式，这对于全要素更新或者变化量较大的更新，从作业效率方面分析较为适用。但对于少量要素更新、要素级更新以及准实时更新，增量更新机制则更加切实有效[3]。再者增量更新还能解决历次更新成果相互独立、数据之间没有相互联系和可追溯性这一问题，为后期的数据查询分析奠定基础。因此，探究增量更新技术在DLG更新生产中的应用意义重大。

2 基础测绘增量更新工作基础

为深入开展增量更新技术的研究试验，推动基础测绘更新技术提升改造，甘肃省地图院作为甘肃省基础测绘生产任务的主要承担单位，特针对基础测绘增量更新研究及试生产向省自然资源厅申请项目并组织实施。在项目开展过程中，向国内先进省份进行了较全面的调研，学习了解了先进省份的做法和经验，并结合我省的实际情况和工作基础，建立适合我省的基础测绘增量更新生产体系。

2.1 国内现状

目前国内相关单位、专家、学者围绕基础测绘更新做了一些研究工作，研究内容涉及基础测绘生产与管理情况、省级基础测绘更新和新技术应用情况、遥感影像解译、数据提取、变化快速发现及定位等关键技术。如周晓光副教授负责主持的“顾及拓扑关系一致性的空间数据库增量更新方法研究”项目重点从局部拓扑关系一致性维护方面进行了研究；山东省国土测绘院按照“一次采集、多次更新”思路，基于汇集库、资源库、服务库联动更新模式，利用联动更新系统开展地理空间要素数据联动更新工作，实现了基于汇集库、资源库、服务库的三库联动更新模式；广东省国土资源技术中心根据各类数据之间的关联关系和更新时序，采用动态增量更新模式有序部署各类数据更新工作，实现了基础地理信息数据动态增量更新。

总体上，上述研究方向和工作取得了一定的成果，但是在省级基础测绘的大规模更新生产中的成功经验较少，未形成一套成熟的技术标准和完整、可行、高效的技术流程，难以在我省省级基础测绘的更新生产中有效应用。

2.2 甘肃省工作基础

(1)数据编码规定

数据编码规定是对数据成果的内容及规格做出规定，包括数据分层及组织、要素的分层和分类编码、要素的属性项及填写内容、描述及说明、元数据等。

甘肃省省级测绘数据生产编码规定历经2007版、2008版、2017版三个版本的更新，能够适用于 1∶5 000、1∶10 000 DLG要素数据采集与建库、数据更新、管理、分发服务和产品开发、数据交换与共享，以及数字化测图、编图和地图更新等，为省级基础测绘增量更新工作开展提供了数据体系研究方面的工作基础。

(2)省级基础测绘基本全覆盖，进入全面数据更新阶段

“十二五”“十三五”省级基础测绘规划的实施完成，除部分无人区外，我省的城镇及以上以及农耕区的DLG数据基本实现覆盖，全省的DLG数据即将进入全面更新阶段。

(3)省级基础测绘更新数据源

甘肃省第一次地理国情普查实施后，完成了全省范围的地理国情普查数据的生产。从2016年起，国家支持我省开展了常态化的基础性地理国情监测工作，成果资料包括地表覆盖和地理国情要素数据，该数据将为省级基础地理信息数据更新提供参考资料[4]。

3 增量更新生产体系的实现

通过技术研究、试验建立增量更新模式生产技术体系，实现地理信息数据更新状态的实时记录与可追溯，解决地理信息数据历次更新缺乏内在连贯性以及更新数据冗余等问题。具体内容包括对数据规定进行适宜性改进，确立增量更新模型，形成新版的编码规定，完善增量更新数据体系；在生产试验过程中对软件平台提出需求并不断完善，利用软件功能实现增量更新信息的自动记录以及增量数据包的导出；对组织方式、变化发现等关键环节和技术进行深入研究，并在试生产过程中总结出适用于新形势下基础测绘更新生产的技术流程、组织方式等，形成完整的增量更新生产体系。

3.1 数据体系的研究实现

增量更新技术主要通过设计相适应的增量更新模型来实现。增量更新模型作为增量更新技术的核心直接影响增量更新技术的科学性和实用性。通过建立科学合理的增量更新模型，从而实现更新成果要素的生产过程核心要素状态节点追溯[5]。

此次试验的增量更新模型是在现有的数据结构基础上增加六个字段：F_GUID、F_UPDATETIME、F_UPDATETYPE、F_UPDATEFIELD、UPDATE_INDBTYPE、UPDATE_SRCGUID。更新模型新增结构如表1所示。

表1

通过这6个字段可实现数据增量生产的一个循环，本底库数据提供原始数据的标识码，在生产过程中记录生产时间和更新类型，入库类型通过与更新类型的对应关系进行填写，再根据入库类型进行数据的融合入库。源标识码在生产过程中进行实时填写以供后期的追溯分析使用。

此增量更新模型对各要素进行时空独立的封装并唯一标识，包含时间、空间、属性、行为方法以及其他对象的时空关系等信息，结合更新信息实时自动记录机制，实现了更新成果要素的生产过程、要素状态节点追溯，保障了生产连续性。模型设置的六个字段从更新时间、更新状态、入库类型等方面基本实现增量更新生产的一个循环，还可在深入研究的基础上进一步扩展，以利于后续的分析应用。例如模型中的更新字段，就是对更新类型是属性修改的要素的补充说明，具体描述属性修改的字段和内容，为后期的追溯分析起到辅助作用。再者更新类型的枚举值中涵盖的更新生产场景，也可在深入研究中进一步细化。

3.2 工作任务区划分实现

此次试验计划基于行政区域为组织方式进行增量更新生产，最终因原始本地库数据提取问题未能实现，主要是因为目前我省的原始本地库是基于图幅分割方式为存储单元，在进行行政区域本地库数据提取的时候通过物理方式合并和切割，在图幅接边处的要素仅仅是要素的拼接，不是合并，存在单个要素被分割的现象，在拓扑关系上存在不合理伪节点，而在行政区域界线处存在要素被物理切割，单个要素被切割后赋给不同的标识码，更新后数据无法融合入库。

解决此问题需要对本地库进行存储单元的改造。省级基础测绘产品DLG数据全覆盖后更新生产趋于常态化，在存储单元上，考虑要素级更新则应打破传统基于图幅为单元的模式[6]，以要素为存储单元，但是需兼顾部分要素跨县乡，乃至跨省的情况。综合考虑，兼顾要素级、行政区域、生产组织多方面，可对全省进行一个任务区格网划分，划分时以市域为基础，兼顾市域边缘地物的完整性，以线状地物自然分割为边界线，这种划分利于生产组织中的任务分配、资料收集，还可大大减少接边工作量，进一步提高生产效率。

3.3 变化发现驱动的按需更新实现

变化信息的快速发现直接影响对本底数据现势性的判断，以及更新作业中工作量的判断。确定变化区域是进行数据更新工作的关键环节，是基础测绘提升工作效率和水平的有效途径[7]。

此次试验以联动发现和对比发现两种方式进行具体的研究。联动发现主要为村、乡镇、县级等国土、测绘相关部门和人员进行变化线索搜集和变化区域发现或采用收集到的关于变化区域的相关资料进行分析利用。对比发现主要是对变化地物(区域)使用遥感解译软件(系统)进行自动分类与提取的试验研究。

通过试验，联动发现中的资料收集和“陇上国土云”国土调查软件在作业中有实效，在县自然资源局能收集到每年自然资源部开展的年度土地利用现状变更调查数据成果准确率高，与基础测绘的适配性较好，收集资料的时候可获取历年的变更调查成果(包括证据照片)，可作为基础测绘内业采集的重要参考资料使用，而“陇上国土云”国土调查软件既可用于收集资料的实时传输，又可用于外业核查，可提高内外业信息的交互及时性，减少数据传输时间延迟，提高工作效率。对比发现中主要对简译、GeowayUpdater、GeowayFeature三款解译软件进行试验对比，最终发现GeowayFeature的专题要素提取方法实现变化发现的效果较好，该方法中的样本库可扩展，通过海量样本训练模型，提取效果随着样本库的丰富质量更佳。

3.4 更新流程与技术的研究实现

项目研究实现的增量更新流程，以增量更新模型为纽带，将增量更新业务流和数据流在生产端和入库端形成闭合环。此次试验生产本底数据源于原始数据库中分幅提取，并在本底数据基础上进行变化要素更新作业，生产端更新生产在保持原有数据采编作业习惯且不增加工作量的基础上完成增量的自动记录与提取，形成增量更新包，入库端更新生产直接利用提取的增量包，基于要素唯一编码的地理要素快速自动匹配以及要素的冲突检测与处理，最终进行数据成果的融合入库，对成果库进行更新。此作业流程在基于数据库本身进行多人同步更新作业方面可进一步深入研究，依托更新信息的实时自动记录实现要素级别的更新生产动态追踪，保持更新生产连贯性，并在作业中实时进行要素冲突检测与处理，省略从数据库提取和后期数据库融入这个过程，以减少流程节点，进一步提高效率。

4 进一步研究方向

4.1 变化发现的应用效能进一步提高

变化发现是在遥感解译技术的基础上进行对比发现变化区域。自动解译一直是遥感领域研究的重点和难点内容，从人工目视发展到半自动解译，目前正向全智能化解译方向的发展[8]。随着相关理论和技术的发展，在遥感自动解译研究方面已经取得了很多成果，但仍然存在许多需要解决的问题，例如解译方法依赖影像的光谱特征、遥感信息提取的精度和准确度等，都为遥感智能解译带来难度，相应而言，变化发现在生产中的应用，对使用的影像源要求极高，并且在信息提取的精度和准确度上依赖于遥感解译技术的进步。当前较前沿的遥感影像变化发现方式是基于人工智能的深度学习方法对典型要素进行自动化识别，该方式依赖于海量样本库数据的建立。因此，变化发现的应用效能还需进一步提高。

4.2 生产实用性进一步改进

此次试验在更新类型记录方面采用更新过程实时自动记录和更新后比对相结合的更新信息双记录机制，除实时记录填写外，后比对操作对更新字段进行填写以及对更新类型进行错误修复。虽然都是通过软件自动填写，可避免人为错误，但是不同的操作方法会造成记录的不一致，下面以具体示例进行说明。

示例1：某处单位进行了更改，在对单位名称进行修改时可以有两种操作方式，具体如表2所示：

表2

两种操作方式造成了不同的结果，操作一成果为正确成果，操作步骤严谨，而操作二在不考虑增量因素下也达到了数据更新的目的，但是考虑增量的情况下此种操作缺少单位1要素的删除记录，并且把单位1的标识码错误赋给了单位2要素。

示例2：某处房屋的范围发生了改变，对此房屋进行几何范围修改的时候可以有两种操作方式，具体如表3所示：

表3 房屋几何范围修改的操作方式对比

两种操作方式造成了不同的结果，操作一成果为正确成果，操作步骤严谨，而操作二虽然对房屋范围进行了正确的边界修改，但是这样操作造成增量成果数据的更新类型错误记录为增加。

分析具体原因，这是因为部分字段通过实时填写来完成，而操作中一旦造成标识码的改变，后期的更新后比对也无法修复问题，所以必须在生产前对作业人员进行充分培训，要求作业人员对增量更新模型中的涉及字段的填写原理进行深刻领会，关注核心字段-标识码，在生产过程中务必严谨规范。此问题可在进一步研究中力争避开实时记录，通过实现要素级别的比对来记录要素的更新状态和更新历程，让作业员在生产中不需考虑操作手段，只考虑最终成果的正确性，以提高更新生产中人机交互的操作效率。

5 结 语

通过该项目的研究和试验，形成的增量式更新生产技术路线科学、可行，研发的系统工具能够基本满足生产流程改造需求，较好地适应实际生产。在此基础上进一步深入研究，改进并完善增量更新技术，扩展增量更新模型，减少作业流程节点，破除以图幅为单位的传统形式，实现“按需更新”“快速更新”，进一步提升基础测绘的更新生产效率，进一步提升基础测绘成果管理水平和应用水平，大力提升地理信息在自然资源调查监测等方面的服务保障能力。