電子地圖更新策略與方法研究

邱健麗

(福州市勘測(cè)院，福建 福州 350008)

電子地圖更新策略與方法研究

邱健麗*

(福州市勘測(cè)院，福建 福州 350008)

基于延續(xù)電子地圖生命線的目的，以福州市域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過對(duì)電子地圖中的點(diǎn)、線、面實(shí)體的變化類型的分析，研究了各類實(shí)體的變化探測(cè)方法，包括空間特征和屬性特征的變化探測(cè)。在此基礎(chǔ)上，研究了電子地圖的更新策略，更新策略分為周期更新策略和局部更新策略，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際詳細(xì)闡述了兩種更新方法，總結(jié)出電子地圖從變化目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)到變化目標(biāo)更新成圖的完整流程，使電子地圖可以沿著時(shí)間軸無(wú)限延伸。

目標(biāo)變化探測(cè)；實(shí)體；空間特征；屬性特征；全面更新；局部更新

1 引 言

現(xiàn)勢(shì)性是衡量地理空間數(shù)據(jù)的重要指標(biāo)，要保持?jǐn)?shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)更新。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和電子地圖大眾化需求提高，電子地圖的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，制約其發(fā)展的除了電子地圖的精度，現(xiàn)勢(shì)性也是很大的瓶頸。研究電子地圖目標(biāo)變化的探測(cè)和變化信息的更新策略，對(duì)于延續(xù)電子地圖的生命周期具有較大的意義。我院承接了“天地圖·福州”電子地圖生產(chǎn)任務(wù)，筆者依托項(xiàng)目，在電子地圖更新方面做了一些研究工作。

2 地圖目標(biāo)變化探測(cè)

地理空間數(shù)據(jù)的變化包含空間特征變化和屬性特征變化。對(duì)于空間數(shù)據(jù)更新，無(wú)論是空間特征未發(fā)生變化、屬性特征發(fā)生變化，還是空間特征和屬性特征都發(fā)生變化，更新工作都要進(jìn)行。無(wú)論是周期性的全面更新，還是不定期的局部更新，都需要探測(cè)出變化目標(biāo)，進(jìn)行有針對(duì)性的地圖更新工作。

2.1 地圖目標(biāo)變化類型

地圖目標(biāo)按空間特征可分為點(diǎn)、線、面，點(diǎn)、線、面實(shí)體的變化都包含空間特征變化和屬性特征變化。

(1)空間特征變化描述

點(diǎn)狀實(shí)體空間特征變化包含消失、出現(xiàn)、移位。線狀實(shí)體空間特征變化包含消失、出現(xiàn)、縮短、延長(zhǎng)、分裂、合并、混合分并。面狀實(shí)體的空間特征變化相對(duì)復(fù)雜，可能是單目標(biāo)的消失、出現(xiàn)、旋轉(zhuǎn)、擴(kuò)張、移動(dòng)、收縮、組合變化；可能是多目標(biāo)的分裂、合并、混合分并；也可能是帶孔洞面目標(biāo)的孔洞變化或者外圍輪廓變化。

(2)屬性特征變化描述

屬性特征的變化大致可分為幾類，一是屬性項(xiàng)發(fā)生增加或減少；二是同一實(shí)體的某一屬性值處于不同的屬性項(xiàng)；三是同一實(shí)體的相同屬性項(xiàng)的屬性值不同。屬性數(shù)據(jù)更新的目的就是將這三種差異信息及時(shí)更新，消除語(yǔ)義不一致性，完善要素信息。

2.2 地圖目標(biāo)變化探測(cè)

概括出了地圖目標(biāo)的變化類型，針對(duì)這些變化類型就需要進(jìn)行變化探測(cè)。變化探測(cè)的主要任務(wù)是尋找發(fā)生了變化的地圖目標(biāo)，為后期的更新策略與更新方法的制定奠定基礎(chǔ)。

(1)點(diǎn)狀目標(biāo)變化探測(cè)

點(diǎn)狀目標(biāo)的空間變化探測(cè)相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)橹簧婕耙粋€(gè)二維坐標(biāo)的比對(duì)。以興趣點(diǎn)的生產(chǎn)為例，在“天地圖·福州”電子地圖生產(chǎn)過程中，我們采用的是購(gòu)買的現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)的導(dǎo)航采集的POI數(shù)據(jù)對(duì)興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。由于兩套數(shù)據(jù)的采集標(biāo)準(zhǔn)不同，位置精度不一定能完全一致，所以變化探測(cè)的策略是空間特征和屬性特征相結(jié)合的方法。首先是采用模糊比對(duì)將兩組數(shù)據(jù)的名稱屬性進(jìn)行對(duì)照，解決“有沒有”的問題，即消失或者出現(xiàn)，檢測(cè)出來的點(diǎn)再利用FME的“PointOnPointOverlayer”函數(shù)進(jìn)行空間位置的檢測(cè)。通過屬性和空間位置的比對(duì)，能有效探測(cè)興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)的變化。本次生產(chǎn)任務(wù)中點(diǎn)狀目標(biāo)主要是信息點(diǎn)，其發(fā)生的主要變化是消失、出現(xiàn)及移位以及隨之帶來的屬性特征的變化。通過圖1及圖2的屬性模糊匹配和位置疊加匹配，對(duì)福州信息點(diǎn)的變化探測(cè)結(jié)果正確率是100%，探測(cè)結(jié)果再結(jié)合人工判斷，對(duì)點(diǎn)的變化類型進(jìn)行分析，并做相應(yīng)處理和整合，有效提高了工作效率。

圖2 位置匹配

(2)線狀目標(biāo)變化探測(cè)

線狀目標(biāo)的變化類型包含消失、出現(xiàn)、縮短、延長(zhǎng)、分裂、合并、混合分并，更新方法可以采用現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的較大比例尺數(shù)據(jù)更新現(xiàn)勢(shì)性弱的較小比例尺數(shù)據(jù)，也可以采用現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的較小比例尺數(shù)據(jù)更新現(xiàn)勢(shì)性弱的較大比例尺數(shù)據(jù)。當(dāng)采用較大比例尺數(shù)據(jù)更新較小比例尺數(shù)據(jù)時(shí)，需要考慮制圖綜合的影響，因?yàn)樗驼鎸?shí)變化一樣都會(huì)對(duì)地圖目標(biāo)的更新判別產(chǎn)生影響。

在“天地圖·福州”電子地圖生產(chǎn)中，對(duì)線目標(biāo)的變化探測(cè)是利用FME的“LineOnLineOverlayer”線-線疊置運(yùn)算函數(shù)，進(jìn)行線狀目標(biāo)的空間特征探測(cè)，設(shè)置疊置程度容差，當(dāng)容差值在某一區(qū)間范圍，可以分別判定為消失、出現(xiàn)、縮短、延長(zhǎng)、分裂、合并等，配合屬性信息的模糊比對(duì)，可以進(jìn)一步判定線狀目標(biāo)的變化狀態(tài)。當(dāng)然，程序的設(shè)置不可能達(dá)到100%的正確探測(cè)，在得到探測(cè)結(jié)果后，還需要結(jié)合人工判別，對(duì)是否界定為目標(biāo)變化及界定的目標(biāo)變化類型進(jìn)行篩查。本次生產(chǎn)任務(wù)中線狀目標(biāo)主要是道路中心線，其發(fā)生的主要變化是由于城市建設(shè)發(fā)生的出現(xiàn)、消失等。線探測(cè)中，需要特別區(qū)分兩類情況，一類是如圖3所示，線目標(biāo)確實(shí)發(fā)生了出現(xiàn)、分裂等變化，另一類則如圖4所示，由于比對(duì)的兩套數(shù)據(jù)來源不同所產(chǎn)生的線型的輕微差異，這類程序設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮，不應(yīng)判定為線目標(biāo)發(fā)生變化。

圖3 線目標(biāo)變化探測(cè)

圖4 線目標(biāo)變化探測(cè)

(3)面狀目標(biāo)變化探測(cè)

面狀目標(biāo)的變化類型主要包含消失、出現(xiàn)、移位、合并、分裂、收縮、擴(kuò)張、組合變化、混合分并等多種，它同線狀目標(biāo)一樣，采用不同數(shù)據(jù)探測(cè)變化信息時(shí)需要考慮到制圖綜合的影響，設(shè)定特定的合理的規(guī)則對(duì)是否真實(shí)變化進(jìn)行判別，避免錯(cuò)誤的判斷。

同樣的，利用FME的“AreaOnAreaOverlayer”面-面疊置運(yùn)算函數(shù)進(jìn)行面狀目標(biāo)的空間特征探測(cè)。由于面狀目標(biāo)的變化類型相對(duì)復(fù)雜，因此程序的設(shè)定上要多一些的判定規(guī)則，多組合判定規(guī)則將判定錯(cuò)誤率降低。帶孔洞的復(fù)雜面目標(biāo)的變化探測(cè)更加復(fù)雜，若同名目標(biāo)的變化在制圖精度允許的范圍內(nèi)，可以先判定為是制圖精度影響的結(jié)果，不列為變化目標(biāo)。

面目標(biāo)的變化探測(cè)相對(duì)復(fù)雜，如圖5探測(cè)出的結(jié)果是不僅將普通面的出現(xiàn)、消失、合并、分裂探測(cè)出來了，小面的消失與大面的細(xì)小折角變化也視同普通變化列于探測(cè)結(jié)果。在實(shí)際生產(chǎn)中，小面的消失與大面的細(xì)小折角變化一般是不處理，可視為不同比例尺數(shù)據(jù)的正常差異，這個(gè)變化可以通過設(shè)置合適的容差值過濾掉一部分，其余的需要通過人工干預(yù)的方式來進(jìn)行判斷處理。

圖5 面目標(biāo)變化探測(cè)

(4)屬性變化探測(cè)

前面提到的點(diǎn)狀、線狀、面狀目標(biāo)的變化探測(cè)，其空間特征的判定和分類都需要屬性變化探測(cè)的輔助。屬性變化類型分為“屬性項(xiàng)增加或減少”、“屬性項(xiàng)名稱變化”和“屬性值變化”幾類，為了使更新準(zhǔn)確，這幾類的變化探測(cè)就必須準(zhǔn)確，這樣才能采取針對(duì)性的方法實(shí)現(xiàn)更新。

屬性項(xiàng)增加即在現(xiàn)狀地圖數(shù)據(jù)屬性表中不存在而用于更新的現(xiàn)勢(shì)性更高的地圖數(shù)據(jù)屬性表中存在；屬性項(xiàng)減少顧名思義就是屬性項(xiàng)增加的相反情況，即在現(xiàn)狀地圖數(shù)據(jù)屬性表中存在而用于更新的現(xiàn)勢(shì)性更高的地圖數(shù)據(jù)屬性表中不存在。例如：早期道路網(wǎng)少且材質(zhì)少，在電子地圖數(shù)據(jù)中不分材質(zhì)，隨著城市發(fā)展，道路網(wǎng)的密集程度越來越高，材質(zhì)也越來越多，為了更好地展示數(shù)據(jù)及提供數(shù)據(jù)查詢，我們會(huì)在道路網(wǎng)數(shù)據(jù)屬性表中添加“材質(zhì)”屬性項(xiàng)，即為屬性項(xiàng)增加；在電子地圖數(shù)據(jù)中，水系數(shù)據(jù)大多數(shù)情況用于背景展示，對(duì)于“汛期”屬性不是關(guān)注的重點(diǎn)，并且過多的屬性會(huì)拖慢系統(tǒng)的運(yùn)行速度，因此我們往往會(huì)把屬性表中的“汛期”屬性項(xiàng)刪除，即為屬性項(xiàng)減少。

屬性項(xiàng)名稱變化即地圖目標(biāo)某一屬性項(xiàng)的名稱前后不一致，但是屬性值是一致的；屬性值變化即地圖目標(biāo)某一屬性項(xiàng)的名稱不變，但是屬性值發(fā)生了變化。例如：基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的水系數(shù)據(jù)在測(cè)繪部門和土地部門采用不同的編碼規(guī)則，為了消除這種不一致，需要設(shè)計(jì)屬性編碼的對(duì)照規(guī)則，采用人機(jī)交互方式將屬性值一一對(duì)應(yīng)。

3 地圖目標(biāo)變化更新策略與方法

地圖目標(biāo)的變化探測(cè)出后，根據(jù)結(jié)果需要進(jìn)行地圖變化目標(biāo)的更新。電子地圖由于其地域、比例尺、區(qū)域大小等各種實(shí)際因素，其更新工作在方法和周期上會(huì)有較大的差異。在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，為了保持電子地圖的現(xiàn)勢(shì)性，我們需要根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)及實(shí)際需求制定電子地圖的周期更新方案，但是由于電子地圖通常覆蓋的是整個(gè)城市區(qū)域，范圍較廣，更新的周期通常做不到太頻繁，對(duì)于某些重要區(qū)域的變化我們需要及時(shí)在電子地圖中體現(xiàn)，這就需要局部更新。所以，通常我們對(duì)電子地圖數(shù)據(jù)采取的是周期更新和局部更新相結(jié)合的方式。3.1 周期更新

周期更新是電子地圖更新的常規(guī)模式，為了保持現(xiàn)勢(shì)性，每隔一定的時(shí)間，需要借助各方面資料對(duì)電子地圖數(shù)據(jù)做一次全面的更新。在“天地圖·福州”電子地圖生產(chǎn)中，根據(jù)福州區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)和用戶需求，地圖更新周期定為一年，即每年的6月份對(duì)電子地圖進(jìn)行全面更新，更新工作納入“數(shù)字福州”建設(shè)計(jì)劃，由建設(shè)單位提出技術(shù)方案，市數(shù)字辦會(huì)同市財(cái)政局組織專家論證后報(bào)“數(shù)字福州”建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室批準(zhǔn)后實(shí)施，相關(guān)費(fèi)用納入財(cái)政年度預(yù)算。

(1)變化信息排查

由于地圖數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，在前面變化目標(biāo)探測(cè)中可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的誤差，為了保證更新的完整和正確，需要在更新工作開始前對(duì)探測(cè)的變化信息結(jié)果進(jìn)行人工輔助檢查，對(duì)誤判目標(biāo)進(jìn)行消除。例如在用現(xiàn)勢(shì)性較高的 1∶500比例尺數(shù)據(jù)更新現(xiàn)勢(shì)性較低的 1∶2 000比例尺電子地圖數(shù)據(jù)時(shí)， 1∶500比例尺中重要性較低的地物目標(biāo)，在 1∶2 000比例尺數(shù)據(jù)中會(huì)因?yàn)橥負(fù)錄_突或者圖面載負(fù)等各種原因刪除，在進(jìn)行變化探測(cè)時(shí)就會(huì)誤判為“出現(xiàn)”。這樣的誤判如果不人工篩查，在更新時(shí)就會(huì)把 1∶500比例尺中過多數(shù)據(jù)又添加到 1∶2 000比例尺電子地圖數(shù)據(jù)中，這些不僅會(huì)造成不必要的工作量，也會(huì)造成數(shù)據(jù)冗余。

(2)變化數(shù)據(jù)更新

變化信息數(shù)據(jù)形成后，以 1∶2 000比例尺數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對(duì)發(fā)生變化的目標(biāo)信息進(jìn)行更新。首先新建圖層用來存儲(chǔ)更新后的數(shù)據(jù)，在屬性表中添加“時(shí)間”字段用來標(biāo)識(shí)地物更新時(shí)間，將 1∶2 000比例尺數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)， 1∶500比例尺數(shù)據(jù)作為更新數(shù)據(jù)，對(duì)探測(cè)出的各類變化信息進(jìn)行更新，同時(shí)根據(jù)需要將更新的地物作簡(jiǎn)化處理和維度降低處理。將變化類型標(biāo)識(shí)為“出現(xiàn)”的目標(biāo)添加到新建圖層，變化類型標(biāo)識(shí)為“消失”的目標(biāo)直接刪除，變化類型標(biāo)識(shí)為其他類型的直接在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)層中進(jìn)行修改，同時(shí)在屬性表中添加“時(shí)間”字段，填寫更新處理的時(shí)間。除了空間特征變化，地理信息目標(biāo)還有另外一種常見的變化類型，就是屬性變化。變化探測(cè)中標(biāo)識(shí)為“屬性變化”的這些目標(biāo)，首先要確定屬性表中這些變化目標(biāo)哪些屬性項(xiàng)發(fā)生了變化，然后用新的屬性值進(jìn)行更新。同樣的屬性變化的更新也需要標(biāo)識(shí)更新時(shí)間點(diǎn)。

(3)更新數(shù)據(jù)制圖處理

數(shù)據(jù)更新后，需要做的一項(xiàng)重要工作是更新數(shù)據(jù)的制圖處理。由于我們采用的是 1∶500比例尺的數(shù)據(jù)去更新 1∶2 000比例尺的數(shù)據(jù)，可能存在的問題是數(shù)據(jù)降維、圖形化簡(jiǎn)和圖形合并。隨著比例尺縮小，原來在大比例尺地圖中的居民地面狀目標(biāo)在較小比例尺地圖中會(huì)采用點(diǎn)狀目標(biāo)來表達(dá)，此時(shí)我們需要根據(jù)制圖綜合規(guī)則來判別，達(dá)到降維條件的就需要以面狀目標(biāo)的質(zhì)心來表達(dá)。 1∶500比例尺地圖數(shù)據(jù)的圖形表達(dá)比較精確，包含信息量大，更新到 1∶2 000比例尺地圖數(shù)據(jù)中時(shí)，由于地圖載負(fù)量的限制就需要對(duì)圖形進(jìn)行化簡(jiǎn)，例如在 1∶500比例尺地圖數(shù)據(jù)中面狀河流的邊線可以保留較多的節(jié)點(diǎn)來表達(dá)河流的曲折，但是 1∶2 000比例尺地圖數(shù)據(jù)就需要適當(dāng)?shù)某橄」?jié)點(diǎn)，保證圖面的美觀和表達(dá)的合理。圖形的合并也是相同的原理，隨著比例尺的縮小，兩塊相鄰較近屬性性質(zhì)一樣的綠地間的間隔縮小，達(dá)到一定程度就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的合并，制圖中也表達(dá)為制圖綜合。

3.2 局部更新

電子地圖更新工作一般包含電子地圖數(shù)據(jù)的更新和切片數(shù)據(jù)的更新，這兩項(xiàng)都是需要耗費(fèi)大量人力和時(shí)間的繁瑣工作，受限于生產(chǎn)實(shí)際因素不可能進(jìn)行頻繁的全面更新，但是城市的發(fā)展日新月異，電子地圖的更新如果不能跟上腳步，將嚴(yán)重影響其應(yīng)用。針對(duì)這個(gè)問題，我們提出了電子地圖局部更新的理念，即在周期更新的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)的區(qū)域更新。

在“天地圖·福州”電子地圖生產(chǎn)過程中，局部更新時(shí)可以利用的原始資料有現(xiàn)勢(shì)性較高的高分辨率影像、 1∶500比例尺城市勘測(cè)數(shù)據(jù)(DLG)、竣工測(cè)量數(shù)據(jù)、建筑放樣測(cè)量數(shù)據(jù)等。確定需要更新的區(qū)域后，綜合利用這些原始資料進(jìn)行實(shí)體數(shù)據(jù)的更新，更新完成后將該區(qū)域的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行重新切片，切片數(shù)據(jù)覆蓋原切片數(shù)據(jù)文件，完成電子地圖的整體更新。

4 結(jié) 論

目前電子地圖面臨兩大方面的問題，一是如何快速高效地生產(chǎn)多樣化的地圖產(chǎn)品，二是電子地圖產(chǎn)品的持續(xù)快速更新。電子地圖制作的每一環(huán)節(jié)，都關(guān)系地圖產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，需要我們持續(xù)的研究和改進(jìn)；空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性對(duì)電子地圖的應(yīng)用有較大的影響，目前電子地圖的生產(chǎn)現(xiàn)狀對(duì)更新的重視不夠，往往是地圖產(chǎn)品生產(chǎn)后，未有合理的更新保障機(jī)制。今后仍需在電子地圖更新領(lǐng)域持續(xù)研究，進(jìn)一步深入對(duì)電子地圖變化目標(biāo)的探測(cè)研究，進(jìn)一步完善變化探測(cè)的影響因素中制圖綜合規(guī)則的考慮，使電子地圖擁有更長(zhǎng)的生命周期，更廣的社會(huì)應(yīng)用。

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Electronic Map Update Strategy and Method Researching

Qiu Jianli

(Fuzhou Investigation and Surveying Institute，F(xiàn)uzhou 350008，China)

Based on the purpose of continuation of the lifeline of electronic map，taking FuZhou city as the research object，through the analysis of the change types of points，lines，surfaces entities in the electronic map，researching on the change detection methods of all kinds of entities，including the change detection of spatial and attribute characteristics.On this basis，researching the update strategy of electronic map，Update strategy is divided into periodic update strategy and local update strategy，combined with the production practice， this paper expounds two kinds of updating methods，summarize the complete process of electronic map from the change target found to change target update mapping， make sure the electronic map can be extended along the time axis.

targets change detection；entity；spatial characteristics；attribute characteristics；overall update；local update

1672-8262(2016)06-50-05

P208.1，P283.5

B

2016—04—27

邱健麗(1981—)，女，工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)方面工作。