基础测绘成果增量更新技术研究与实证应用

林蔚凯

（龙岩市勘察测绘大队,福建 龙岩 364000）

1 研究背景

随着龙岩市中心城区的高速发展，城市面貌日新月异，城市边界向四周延伸，城市建设工程不断增加，测绘企事业单位业务不断拓展，测绘成果种类多样，日积月累，逐渐形成了数量巨大的测绘成果数据，然而这些数据资料被杂乱地存放在电脑硬盘或是服务器，有的难以检索，导致数据资料容易遗失且难以使用[1]，目前龙岩市已有的地形图基础数据无法满足自然资源局的规划、审批、管理等用图需要。自然资源局作为基础测绘数据管理单位，其核心工作就是对已经获取的成果数据进行高效管理并使其价值最大化。因此，为响应龙岩市数字城市地理空间框架项目建设的需求，同时为完成龙岩市基础地理信息整合更新系统改造及运维工作，龙岩市自然资源局（以下简称市局）需独立开发龙岩市测绘成果管理与更新系统，对市局现有的以及今后新生产的各类比例尺地形图数据和各种基础地理信息数据等海量测绘成果数据进行高效的管理[2]，提升龙岩市基础测绘工作的管理水平。

近年来，经济社会发展和自然资源管理对测绘成果的依赖性不断增强。随着GIS技术的飞速发展，测绘地理信息技术手段进入高速发展阶段，基础测绘更加精细化动态化，测绘相关数据类别、数量急剧增加。不同比例尺且投影多样、覆盖面广且时间跨度长、类型繁杂、数据量庞大的成果数据[3]，使测绘单位数据管理负担过重、数据利用效率低下，如何安全、高效地对数据进行一体化管理成为测绘单位面临的首要问题。传统的“质检、替换、接边”更新测绘成果数据的方式已暴露出了很多弊端，安全性低，不能自动更新，无法满足日益增长的测绘成果数据实时更新需求。随着国家推进数字化、信息化的力度加大，设计数据成果管理系统，使数据互联互通、按需共享，实现上下联动、左右协同、数据共享、智能高效的测绘成果全生命周期管理成为当务之急。

2 系统设计

2.1 系统目标

市局针对基础测绘建立地理信息要素生产系统及数据库管理系统，结合最新的GIS技术和数据库管理方式，以数据库为根源[4]，以GIS异构数据集成为关键方法，以中间件提取及数据仓库技术为主要技术支撑，通过多种数据和程序调用接口，为用户提供一个动态图档管理的新思路，实现多源异构数据统一和层次化管理，并建立增量更新模式[5]。为提高基础地理信息数据的更新效率，同时满足规范要求，采用基于地理信息要素生产系统及数据库管理系统联动增量更新技术，即图形增量和库体增量联动更新，改变传统的数据更新方式，解决数据接边问题和数据冗余问题。

2.2 管理数据类型

测绘数据成果按时间跨度分为历史数据、现状数据，常见的测绘成果数据格式包括dwg、mdb、tif、img、DEM、osgb，以 及docx（doc）、xlsx（xls）、pdf等文档格式，测绘成果类型主要为控制点数据、地形图数据、数据库数据、影像数据、DEM数据、DOM数据、三维模型数据、项目成果文档等。

2.3 平台选择

由于测绘数据繁杂的数据结构，并具有独特的地理空间信息，市局选择国产地理信息平台SmartGIS地理信息平台作为基础软件开发平台，为系统扩展提供基础平台层面的技术保证。该平台适用于所有当下普遍使用的操作系统（Linux、UNIX、Windows），可以提供高效的海量空间数据库引擎，供给全面基于组件库的组件对象模型，支持TB级海量数据处理，支持采用关系数据库系统管理空间数据，支持识别多种不同格式源数据，支持基于组件的开发语言。系统开发是围绕数据库进行，进而将数据的多源异构性问题交由数据库系统解决，系统仅针对整理后的成果数据进行更新管理。

2.4 体系结构设计

系统体系结构设计如图1所示。

图1 系统体系结构

依据本系统目标要求，选取PostgreSQL数据库管理软件存储海量多源异构数据。PostgreSQL是一个主流开源数据库系统，它应用增添SQL语言，增加了复杂数据工作负载功能，结合了许多安全存储，其完整性、并发性、可靠性、安全性均满足系统要求。

系统主要包含用户层、应用层、支撑层、数据层、基础设施层5个层级。用户层：不同设备的接入用户，包括系统管理员、审核人员、操作人员、系统维护人员。应用层：用户与平台的交互界面，实现数据入库、数据浏览、数据管理、数据查询、汇交查询统计等多种功能，最终实现测绘成果管理与更新信息化。支撑层：系统的枢纽，负责整个系统的后台服务、管理应用、数据处理等功能，以保证各子系统之间数据有效关联和管理，并对应用层业务进行支撑。数据层：系统通过数据库建设，针对不同数据来源，实现各类数据集中管理与统一应用，数据库包括历史成果库、现势成果库、业务库、备份库等。基础设施层：系统运行的基础，包括网络设备、存储设备、服务器、安全设备等硬件设施，满足测绘成果数据管理、存储、更新和应用的需要，保证整个系统的基础运行环境稳定高效。

2.5 数据库设计

系统采用对象-关系型数据库PostgreSQL进行信息存储，它是功能强大、特性丰富和复杂的自由软件数据库系统，同时其空间数据管理扩展PostGIS对于空间数据具有较强的管理功能。其中应用程序接口采用ArcSDE实现，从而将空间数据检索和分析相关功能集成到自己的应用系统中。

针对增量更新业务需求，设计空间数据库表如表1所示。

表1 空间数据库表

2.6 增量更新流程

2.6.1 数据下载与分发

选择范围线、分发路径、导出方式、分发方式与分发版本，进行数据库中现势数据的下载与分发，基于下载的待更新数据进行后续数据生产与更新。

2.6.2 数据更新

根据现实情况，基于下载的待更新包进行地理要素增、删、改操作，完成数据更新，形成待更新数据，并在更新作业过程中记录更新要素ID、变更类型、更新时间等更新信息，形成待更新数据包。

2.6.3 变更检查

利用待更新数据包进行数据库更新操作前，需要进行变更检查，判断待更新数据包中的数据和更新记录是否正确。检查内容包括数据冲突检查、接边错误检查、数据格式检查、数据拓扑检查、更新数据逻辑检查等。

2.6.4 数据接边

变更检查通过后，利用系统功能一键完成数据在范围线边界的接边工作。若有部分数据无法自动接边，需要将未接边要素导出，手动接边后，再度进行接边检查和自动接边。

2.6.5 更新入库

接边检查通过后，一键进行增量更新入库，此时增量更新将添加一个新的版本。至此数据增量更新完成。具体更新流程如图2所示。

图2 增量更新流程

2.7 生产端的增量更新

在更新内容时，基于项目要求和数据更新规范在系统的基础数据库中找到更新区域，分发修改范围进行要素提取。对于点和面要素等独立要素，直接进行提取；对于线要素，在范围线附近最近节点处进行打断提取。更新完成后使用局部替换法。数据生产方面应符合地方发布的数据库生产规范。

更新中会产生更新记录和生产更新地理信息要素数据库。更新记录包含几何空间属性的编辑、更新操作（如删除、改动、修改地理实体）等操作，其中所有地物要素会给它赋予唯一ID。唯一ID是数据库中每个要素的唯一身份编码，是实现增量更新的关键。要素的属性、位置、形状等发生变化，地物的唯一ID也将按照规则重新生成，而原先的唯一ID跟随原先的要素进入历史数据库。

2.8 系统端的增量更新

在系统端的增量更新入库前，需要进行检查，具体检查内容包括3个方面。一是更新范围检测，即对项目的更新范围进行冲突检测。例如，若临近的两个项目的分发范围出现部分重叠，因生产活动需要一定的时间，就有可能出现后分发更新数据的项目先完成增量更新，导致数据库中重叠部分的要素的唯一ID发生变化，那么，先分发更新数据的项目就需要重新分发更新数据，不然就会出现要素的唯一ID对应不上的问题。二是冲突检测，包含了对要素、几何、新增地物正确性、完整性与结构一致性、图形精度、属性精度、接边精度、数据更新、要素关系一致性等的检测。三是唯一ID检查，当通过数据库质检后，需进行唯一ID检查，确保增量更新有效。检查流程如图3所示。

图3 唯一ID检查流程

接边：当所有数据达到入库要求后先进行接边数据提取即接边预处理；新增地物替换数据库中，原数据进入历史版本库；删除地物替换数据库中，原数据进入历史版本库；修改地物进行ID一一对比，界限值之内直接接边，超过界限值或ID不一致时，人工干预排查。

入库：当接边数据处理完成后，进行数据库更新。更新方式为在原始状态数据基础上，仅对变化区域实体信息进行更新。根据更新记录，对已经改变原有位置和属性地物的，先用现状数据取代历史数据，再建立现状数据与历史数据的联系，并清除临时空间数据库原有地形地物等信息，所有新增操作按照更新时间、更新范围、位置以及要素、几何、唯一ID、时间信息等方式完整保存到历史数据空间库中，以便后期进行分析回溯，改动后数据保存在基础现势库中。

2.9 增量更新记录及备份

在增量更新的作业中，进行全程质量控制，自动记录分发历史信息，包括项目名称、分发类型、分发日期、分发版本号和是否已完成更新，且备份当前增量更新的数据库信息，包括现势库信息、历史库信息、增量更新版本信息、分发信息等。

3 系统应用

截至目前，此套系统数据管理模块已录入龙岩市中心城区范围内自然资源局所有类型的历史测绘数据。增量更新模块已采用20个工程建设项目的竣工测量全要素地形成果，并完成龙岩市基础地形数据库的增量更新工作，更新了45.59万m2的基础地形要素。相比传统的更新方式，增量更新不仅降低了人工成本，更是丰富了数据的属性，减少了人工文件夹检索，减轻了数据管理的工作负担，提高了工作效率。该系统改善了传统管理更新模式，实现了测绘成果数据可视化管理，自动化更新，提升了测绘成果管理信息化水平；提供数据对接端口，提升了数据共享能力，使测绘成果数据能得到更好的应用。

4 结语

在现存的根据数据管理系统库的基础测绘成果生产更新管理中，测绘数据成果生产系统和数据库管理系统之间是不同步的。传统的全覆盖式更新的管理方式严重影响数据的现势性，进而制约了生产效率。利用数据库增量更新技术进行测绘数据生产的管理更新，可实现测绘成果生产系统与数据库管理系统的联动更新，减少更新范围和工作量，提高了更新效率，同时完成了各期数据版本管理。