信息化條件下地理信息框架生產(chǎn)管理技術(shù)探討

張紅波，于 清

(73603部隊(duì)，江蘇 南京210049)

一、引 言

隨著信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，軍隊(duì)測(cè)繪部門(mén)和國(guó)家測(cè)繪部門(mén)已經(jīng)組織生產(chǎn)了系列比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，較好地滿足了許多實(shí)際應(yīng)用需求。但隨著需求的不斷深入，更新的速度、信息的管理、數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用等越來(lái)越成為迫切需求，傳統(tǒng)的以“圖幅”為單位的GIS應(yīng)用模式已滿足不了實(shí)際應(yīng)用的需要，傳統(tǒng)的“入庫(kù)和出版兩條腿走路”的理念，已經(jīng)無(wú)法滿足作戰(zhàn)部隊(duì)和其他應(yīng)用單位的需要，主要表現(xiàn)在：

1)以圖幅為單位進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、管理和更新，由于地理信息數(shù)據(jù)本身并沒(méi)有圖幅邊界，以圖幅為單位組織數(shù)據(jù)勢(shì)必導(dǎo)致數(shù)據(jù)有重疊或裂縫，而且增加了地理信息數(shù)據(jù)裁剪和接邊的工作。隨著多尺度、大范圍空間應(yīng)用的逐步增加(如城市應(yīng)急指揮、區(qū)域反恐等)，以圖幅為單位的數(shù)據(jù)組織方式越來(lái)越不能滿足信息化條件下地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。

2)數(shù)據(jù)更新采用批量周期更新方式，不便于多人協(xié)調(diào)更新作業(yè)，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)信息無(wú)法實(shí)時(shí)更新，信息現(xiàn)勢(shì)性不高。這種更新方式限制了空間信息應(yīng)用的時(shí)效性，總的來(lái)講，在地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)管理上缺乏整體解決方案。

3)出版和入庫(kù)數(shù)據(jù)一直不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的一體化，導(dǎo)致入庫(kù)和出版的工作量幾乎是對(duì)等的，影響了成圖周期。

地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)更新是一項(xiàng)長(zhǎng)期工程，需要投入大量的人力、物力和時(shí)間。但是，目前對(duì)于地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、更新，軍內(nèi)甚至國(guó)內(nèi)還主要是以“圖幅”為單位進(jìn)行的，采用單人、單機(jī)、單任務(wù)的作業(yè)模式，處理效率低下，數(shù)據(jù)處理周期漫長(zhǎng)，不利于數(shù)據(jù)的整體維護(hù)。如果能夠采用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多任務(wù)聯(lián)合工作模式，基于地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的快速生產(chǎn)和更新，必將大大提高地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)和更新的效率，從而更加及時(shí)迅速地滿足用戶的用圖需求。為此，本文提出了基于統(tǒng)一的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和管理更新機(jī)制建立一個(gè)無(wú)縫的基礎(chǔ)地理空間信息框架和服務(wù)平臺(tái)，全面維護(hù)地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、更新、管理、發(fā)布和應(yīng)用，提高測(cè)繪生產(chǎn)效率與質(zhì)量和測(cè)繪成果的應(yīng)用能力，從而為用戶提供更好的空間信息服務(wù)。

當(dāng)前成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)具有版本管理、長(zhǎng)事務(wù)處理操作，但這些操作通常是針對(duì)數(shù)據(jù)表和記錄的，不能很好地針對(duì)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。為此，可對(duì)現(xiàn)有地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，并增加地圖、要素集、要素的版本信息，從而實(shí)現(xiàn)分布式地理信息數(shù)據(jù)采集、編輯、管理、協(xié)調(diào)操作以及動(dòng)態(tài)維護(hù)。系統(tǒng)的總體框架如圖1所示，建立一個(gè)全局唯一的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中按地圖、要素集、要素3個(gè)層次組織數(shù)據(jù)，基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)調(diào)編輯與更新，并提供版本檢查、對(duì)比和合并等操作，確保地理信息數(shù)據(jù)的一致性。

圖1 分布式無(wú)縫地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)、更新管理框架

二、技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的一體化無(wú)縫管理及應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)是其核心組成部分。地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)至少符合兩點(diǎn)要求：①可將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)，建立描述空間實(shí)體間關(guān)系的數(shù)據(jù)模型，應(yīng)支持矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等常用的地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)除軍用標(biāo)準(zhǔn)的屬性字段外，增加相應(yīng)的屬性字段;②應(yīng)具備海量數(shù)據(jù)的管理能力。

因此，本文采用地理信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)引擎存儲(chǔ)和管理地理信息數(shù)據(jù)，基于B/S和C/S相結(jié)合的模式，實(shí)現(xiàn)建庫(kù)與入庫(kù)、動(dòng)態(tài)更新、綜合應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能。地理信息數(shù)據(jù)是通過(guò)地理信息數(shù)據(jù)引擎統(tǒng)一入庫(kù)，用戶通過(guò)地理信息數(shù)據(jù)引擎對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)(如圖2所示)。

圖2 地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.數(shù)據(jù)錄入

(1)設(shè)置公用圖層或要素

為了便于用戶使用，針對(duì)一些特殊的圖層或要素，可設(shè)置公用圖層或要素，如境界層數(shù)據(jù)、測(cè)量控制點(diǎn)、高等級(jí)道路數(shù)據(jù)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上居民地名稱等。這些圖層或要素獨(dú)立于比例尺之上，可在任意比例尺下進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)用，減少數(shù)據(jù)更新時(shí)的重復(fù)性工作。

(2)設(shè)置專用圖層或要素

專用圖層或要素是針對(duì)不同的比例尺而設(shè)置的。將同一比例尺的各類數(shù)據(jù)存放在一個(gè)表空間中，包括1∶1萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間(主要是部分訓(xùn)練場(chǎng)的數(shù)據(jù)或國(guó)家局提供的重點(diǎn)區(qū)域的圖幅)、1∶5萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間、1∶10萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間、1∶25萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間、1∶50萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間、1∶100萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間等。為了易于使用管理，在每個(gè)表空間下分別建立不同類型的表，對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)類型。

(3)設(shè)置多種數(shù)據(jù)接口

數(shù)據(jù)接口的設(shè)置，要利于數(shù)據(jù)更新、維護(hù)和管理。比如，軍用標(biāo)準(zhǔn)格式、影像、GPS、國(guó)標(biāo)數(shù)據(jù)接口的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)快速的地圖更新;商用數(shù)據(jù)格式如MapInfo、MapGIS明碼格式、ArcInfo交換格式，可以更好地實(shí)現(xiàn)軍地?cái)?shù)據(jù)資源的共享等。

(4)地貌庫(kù)的導(dǎo)入

以系列比例尺數(shù)據(jù)的DEM數(shù)據(jù)構(gòu)建地貌庫(kù)，以便下一步的工作中快速生成地貌暈渲，以滿足不同不同任務(wù)的需求。

3.構(gòu)建拓?fù)?/h3>

為了便于進(jìn)行空間分析(如疊置分析、緩沖區(qū)分析、剖度分析和優(yōu)化路徑分析等)，需要對(duì)入庫(kù)的地理信息數(shù)據(jù)構(gòu)建拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)系作為地理信息數(shù)據(jù)的一部分直接錄入，或者直接對(duì)入庫(kù)的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系的重建，建立一個(gè)戰(zhàn)區(qū)范圍的無(wú)縫GIS數(shù)據(jù)，逐漸弱化地圖分幅的概念。這項(xiàng)工作會(huì)很煩瑣，面域的合并、偽節(jié)點(diǎn)的處理、交通和水系的拓?fù)涞?，只有部分工作可以自?dòng)實(shí)現(xiàn)，還有部分工作需要人機(jī)交互。

4.骨干數(shù)據(jù)整理

1)鐵路和高等級(jí)公路。

鐵路：在戰(zhàn)區(qū)范圍內(nèi)將鐵路名稱起止點(diǎn)、編號(hào)、單復(fù)線、電氣化等等屬性以及鐵路車站的軍供、裝卸、車站等級(jí)等依托原始數(shù)據(jù)和鐵路部門(mén)參考資料整理清楚，大型的鐵路橋梁和隧道、隘口的屬性表示清楚，以便用作統(tǒng)計(jì)和查詢使用。

高速公路：在戰(zhàn)區(qū)范圍內(nèi)將高速橫線、縱線、發(fā)射線、并行線和道路的編號(hào)、重合路段、總名、分段名整理清楚，還有高速上的重要橋隧。

國(guó)道：將高速橫線、縱線、發(fā)射線、編號(hào)、重合路段、過(guò)境情況整理清楚，還有重要橋隧的屬性。

2)縣以上境界：整理成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全正確的、無(wú)縫的政區(qū)面，可用于政區(qū)范圍內(nèi)的統(tǒng)計(jì)和查詢，還可用于輸出政區(qū)范圍內(nèi)的系列比例尺分幅圖數(shù)據(jù)。

3)水系：依據(jù)水系流域圖、1∶25萬(wàn)聯(lián)合作戰(zhàn)圖和國(guó)家提供的河流代碼等級(jí)等，將流域、水系、名稱、河流代碼、主支流、河流等級(jí)等區(qū)分整理清楚，主要是五萬(wàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，為下一步專題圖的快速輸出奠定基礎(chǔ)。

4)鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上居民地。

5)戰(zhàn)區(qū)范圍內(nèi)以經(jīng)緯網(wǎng)分幅的系列比例尺圖幅號(hào)及圖名。

5.檢查驗(yàn)收

檢查驗(yàn)收內(nèi)容包括空間圖形能否和原始圖形無(wú)縫疊加、空間要素入庫(kù)內(nèi)容是否遺漏、圖形信息是否分層錯(cuò)誤、空間要素是否重復(fù)入庫(kù)等。

三、主要功能設(shè)計(jì)

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)格計(jì)算、云計(jì)算等新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，空間地理信息的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、管理和分發(fā)的技術(shù)手段也在不斷更新，測(cè)繪面臨著從以電子地圖為代表的數(shù)字化測(cè)繪向以空間信息服務(wù)為代表的信息化測(cè)繪的轉(zhuǎn)變。根據(jù)用戶對(duì)地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)用的不同需求(如范圍、比例尺、圖層、屬性項(xiàng)、坐標(biāo)系等)，從中心數(shù)據(jù)庫(kù)中提取所需信息。為了實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的按需提取，系統(tǒng)需要提供實(shí)時(shí)裁剪、屬性信息和拓?fù)湫畔⒌陌葱杼崛?、坐?biāo)系和格式的可定制轉(zhuǎn)換等功能，提供標(biāo)準(zhǔn)的在線分析和處理服務(wù)(如WebService、Grid-Service等)。系統(tǒng)需要按照用戶級(jí)別進(jìn)行管理，通過(guò)逐級(jí)權(quán)限管理，對(duì)不同用戶提出請(qǐng)求作出回應(yīng)，認(rèn)證后方可進(jìn)行相應(yīng)的操作。根據(jù)以上情況，地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)可設(shè)計(jì)以下主要功能：

1.數(shù)據(jù)庫(kù)更新維護(hù)

為了提高數(shù)據(jù)更新的效率，確保數(shù)據(jù)更新質(zhì)量，可提供基于數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)全面更新服務(wù)和變量更新服務(wù)。即在數(shù)據(jù)庫(kù)更新過(guò)程中或之后，只記錄或提取新版數(shù)據(jù)中發(fā)生變化的特征及其信息，然后將這些信息以變量文件的方式提供給用戶，并集成到原來(lái)客戶數(shù)據(jù)文件中，同時(shí)記錄數(shù)據(jù)的更新時(shí)間、采集人員等元數(shù)據(jù)信息。這樣的更新方式便于用戶查看更新版本，發(fā)現(xiàn)更新錯(cuò)誤便于彌補(bǔ)和查究責(zé)任。更新過(guò)程中，每名作業(yè)人員有各自不同的更新權(quán)限，只對(duì)負(fù)責(zé)的特定區(qū)域和特定要素的信息進(jìn)行更新，將更新區(qū)域內(nèi)的地圖數(shù)據(jù)文件從數(shù)據(jù)庫(kù)下載到個(gè)人電腦上，進(jìn)行實(shí)時(shí)更新后將數(shù)據(jù)提交到數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)行自動(dòng)化的任務(wù)分發(fā)和管理。推薦按要素類別進(jìn)行信息更新，例如A只更新發(fā)生變化的四級(jí)以上公路及附屬設(shè)施，B只根據(jù)影像更新真形居民地輪廓等，這樣可以實(shí)現(xiàn)技能專業(yè)化，大大提高工作效率。

數(shù)據(jù)更新應(yīng)采用定期更新與動(dòng)態(tài)更新相結(jié)合的方式。大批量數(shù)據(jù)采用定期更新，小范圍數(shù)據(jù)或重要要素采用動(dòng)態(tài)更新，主要可以依靠現(xiàn)勢(shì)資料通報(bào)進(jìn)行草繪或依據(jù)遙感站獲取的即時(shí)影像更新骨干數(shù)據(jù)(主要是交通)。數(shù)據(jù)更新應(yīng)盡量利用已有數(shù)據(jù)庫(kù)成果，同時(shí)將原來(lái)的舊數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù)存放到歷史庫(kù)中，更新后的數(shù)據(jù)需要與周圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理。

2.信息管理

1)存儲(chǔ)。地理信息數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)形式存儲(chǔ)，時(shí)刻保持最新的數(shù)據(jù)庫(kù)，克服了分幅管理的諸多不便。

2)發(fā)布。在以往領(lǐng)取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，數(shù)據(jù)的整理、區(qū)域所涉及圖幅的計(jì)算等，都需要較大的工作量，而且有時(shí)現(xiàn)勢(shì)性難以保證?，F(xiàn)在，可以設(shè)置按行政區(qū)域輸出圖幅，按經(jīng)緯度范圍輸出圖幅等功能。

3.信息服務(wù)

1)常規(guī)地形圖服務(wù)。常規(guī)地形圖服務(wù)是最常用信息服務(wù)，按照?qǐng)D式的要求設(shè)置符號(hào)和注記，加載坐標(biāo)系的經(jīng)緯網(wǎng)和方里網(wǎng)。常規(guī)地形圖可以按圖號(hào)顯示，也可以按照行政區(qū)域、作戰(zhàn)區(qū)域或經(jīng)緯度范圍顯示，相當(dāng)于快速實(shí)現(xiàn)之前分幅圖的裁切拼接。另外，可以通過(guò)加載不同坐標(biāo)系的坐標(biāo)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系的圖幅。

2)專題地圖或底圖服務(wù)。根據(jù)定制規(guī)則，比如選取鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上居民地、縣級(jí)以上公路、縣級(jí)以上行政區(qū)等，快速生成專題底圖。還可以設(shè)置幾種不同的符號(hào)顯示方案，為專題圖制作提供不同的需求方案。

3)電子地圖服務(wù)。按照數(shù)據(jù)金字塔的形式以不同的窗口比例尺來(lái)顯示不同比例尺的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電子地圖服務(wù)功能。也可以提供以電子產(chǎn)品(例如MP4、電子詞典、手機(jī)存儲(chǔ)卡)形式存在的電子地圖。

4)電子沙盤(pán)服務(wù)。利用已建成的地貌庫(kù)，以貼紋理或貼影像的方式顯示三位地景，并配以某些要素和注記，根據(jù)用戶需求形成電子沙盤(pán)。也可在電子沙盤(pán)上實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)標(biāo)繪。

5)導(dǎo)航圖服務(wù)。主要顯示交通和居民地關(guān)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，以電子導(dǎo)航圖的模式顯示，連接GPS或北斗定位系統(tǒng)后，便可進(jìn)行導(dǎo)航。

6)單兵導(dǎo)航器服務(wù)。需要借助于導(dǎo)航器，數(shù)據(jù)服務(wù)器可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)即時(shí)發(fā)送到導(dǎo)航器，依靠北斗即可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。美軍早已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單兵GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的配備，不久的將來(lái)，我軍也將配備單兵北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。

4.數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)

這項(xiàng)功能設(shè)計(jì)主要基于SQL數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言的擴(kuò)展查詢。

1)按區(qū)域查詢、統(tǒng)計(jì)、定位。以往在制作圖集的過(guò)程中，往往碰到一處描述的道路關(guān)節(jié)點(diǎn)，很難定位它在那里，而現(xiàn)在可以根據(jù)此系統(tǒng)進(jìn)行查詢定位。

2)按要素種類查詢、統(tǒng)計(jì)、定位。要統(tǒng)計(jì)戰(zhàn)區(qū)范圍內(nèi)，庫(kù)容量在1億m3以上的水庫(kù)有多少，目前可以說(shuō)很難實(shí)現(xiàn);建成系統(tǒng)之后，只需用幾句數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言就可以實(shí)現(xiàn)了。

5.成果檢查

程序自動(dòng)檢查，主要指能夠利用現(xiàn)有的成果庫(kù)對(duì)即將入庫(kù)或更新的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配檢查，包括坐標(biāo)系的檢查、空間要素分布合理的驗(yàn)證以及要素屬性項(xiàng)的比對(duì)等，從而對(duì)地理信息數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行一個(gè)整體評(píng)價(jià)。

四、結(jié)束語(yǔ)

分布式地理信息數(shù)據(jù)組織、更新、管理主要是針對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題提出的，這與當(dāng)前正在使用的成熟生產(chǎn)流程和操作相比雖有較大差異，但有利于打破以圖幅為單位數(shù)據(jù)組織的局限性，有利于提高數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性和數(shù)據(jù)生產(chǎn)更新的效率，確保地理信息數(shù)據(jù)的成圖速度和整體質(zhì)量。但建立一個(gè)這樣的測(cè)繪產(chǎn)品生產(chǎn)體系是一項(xiàng)龐大的工程，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)積累和生產(chǎn)實(shí)踐，相關(guān)技術(shù)需要通過(guò)不斷的試驗(yàn)和論證。

(略)