基礎地理信息跨尺度聯(lián)動更新規(guī)則體系研究

杜 曉，劉建軍，楊 眉，劉劍煒，趙文豪，李 瞾

(國家基礎地理信息中心，北京 100830)

基礎地理信息跨尺度聯(lián)動更新規(guī)則體系研究

杜 曉，劉建軍，楊 眉，劉劍煒，趙文豪，李 瞾

(國家基礎地理信息中心，北京 100830)

系統(tǒng)介紹了基礎地理信息跨尺度聯(lián)動更新關鍵技術相關的規(guī)則體系，通過圖層映射、幾何對應、圖面綜合、要素取舍、關系協(xié)調等多套規(guī)則的有機結合，實現(xiàn)了變化更新信息的準確提?。煌瑫r開展了基于增量的要素編輯與自動化標注的約束性規(guī)則研究，并以1∶1萬DLG數(shù)據(jù)聯(lián)動更新1∶5萬DLG數(shù)據(jù)為例，進行了跨尺度基礎地理信息聯(lián)動更新試驗。

跨尺度；基礎地理信息；聯(lián)動更新；規(guī)則體系

隨著國家級和省級多比例尺基礎地理信息數(shù)據(jù)庫的逐步建成和更新[1]，實現(xiàn)多尺度數(shù)據(jù)的逐級快速更新，以及打破不同級別間的數(shù)據(jù)壁壘對政府決策和公共服務顯得尤為重要[2]。面對我國基礎地理信息數(shù)據(jù)分比例尺管理的現(xiàn)狀，如何建立多尺度數(shù)據(jù)庫之間的關聯(lián)關系，實現(xiàn)“一次變化，逐級更新”，減少多級比例尺數(shù)據(jù)的重復更新工作，以最大限度提高更新效率，是擺在地理信息數(shù)據(jù)生產者面前的一個難題[3]?；A地理信息數(shù)據(jù)從存儲方式上主要分為柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)。其中航空航天影像、數(shù)字高程模型等柵格數(shù)據(jù)，可根據(jù)所需的比例尺要求通過重采樣方式獲取對應的更新內容，本文不再贅述。但對于矢量數(shù)據(jù)DLG，由于要素編碼、采集指標、表達方式、內容取舍等隨著比例尺的變化而不同，無法通過簡單直接的方式實現(xiàn)從大比例尺到小比例尺數(shù)據(jù)的直接更新，已成為目前阻礙基礎地理信息數(shù)據(jù)快速更新的主要障礙之一[4]。

1 聯(lián)動更新體系架構

同一比例尺下的動態(tài)增量更新技術方法已經(jīng)在國家級基礎地理信息數(shù)據(jù)中得以全面應用[2,4]，部分學者也對多比例尺聯(lián)動更新技術進行了深入研究和探索[3，5- 6]。本文擬建立跨比例尺DLG數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)更新技術流程，構建相關規(guī)則體系，實現(xiàn)更新信息的自動化提取與快速編輯入庫。

聯(lián)動更新的主要技術流程分為4部分：變化發(fā)現(xiàn)提取、要素增量編輯、數(shù)據(jù)質量檢查和增量信息入庫，具體如圖1所示。

圖1中圖框為在不同流程階段對應的處理規(guī)則，主要包括映射匹配、要素綜合、幾何重構、關系檢測、質量檢查、增量入庫等十幾條規(guī)則類、數(shù)百條規(guī)則項。

2 聯(lián)動更新規(guī)則

變化信息提取的重點是建立不同比例尺之間要素的對應關系，而跨比例尺數(shù)據(jù)之間圖面負載量及綜合取舍表達要求的不同，導致兩者之間的要素差異化較大[7- 9]。編輯規(guī)則的合理制定，可有效避免人工操作的隨機錯誤，提高整體的更新效率和質量。因此下面以映射匹配、綜合取舍和編輯入庫相關規(guī)則類進行重點闡述。

圖1 聯(lián)動更新技術流程及規(guī)則體系架構

2.1 映射匹配規(guī)則

當前基礎地理信息矢量數(shù)據(jù)基本以“數(shù)據(jù)集—數(shù)據(jù)層—要素—屬性項”為層次組織存儲。建立數(shù)據(jù)層、要素、屬性三位一體的分級映射規(guī)則，通過空間數(shù)據(jù)的對比，找出發(fā)生幾何變化或屬性變化的地物要素，是信息自動化提取與快速編輯的前提基礎。分級映射規(guī)則主要包括：

2.1.1 數(shù)據(jù)層映射

建立不同比例尺的水系、道路、管線等數(shù)據(jù)層之間的對應關系。同類數(shù)據(jù)層可以相互映射，跨類別數(shù)據(jù)層一般不相互對應，如有特殊情況可適當增加。一般同類數(shù)據(jù)層以同幾何類型為準相互映射，可根據(jù)圖層綜合情況適當增加跨幾何類型映射規(guī)則，如面狀河流層可映射到線狀河流層。

2.1.2 要素映射

建立不同比例尺的地物、地名等要素之間的對應關系?？绫壤咭赝ǔＲ晕ㄒ粯俗RGB碼或CLASS碼對應，可以一對一，也可以多對一。但不建議一對多，如確有必要，需設定約束參數(shù)。要素映射關系見表1。

2.1.3 屬性映射

地物要素的名稱、寬度、類型、編號等要素屬性項在不同比例尺之間的對應關系見表2。屬性對應可為一對一，也可為多對一，根據(jù)要素屬性項內容重寫組合。

表1 跨比例尺要素關系映射規(guī)則

表2 跨比例尺要素屬性映射規(guī)則

2.2 綜合取舍規(guī)則

2.2.1 要素取舍規(guī)則

(1)

式中，F(xiàn)ield(Xk)為碎片要素屬性值，合并后要素賦值面積最大的碎片屬性；Shape(Xk)為碎片要素幾何圖形，合并后要素圖形賦值各碎片的聚合圖形；C為各碎片要素關鍵屬性值。

選取指標指定了大比例尺要素在小比例尺數(shù)據(jù)中保留更新的范圍，指標值根據(jù)小比例尺數(shù)據(jù)采集要求確定，見表3。

表3 跨比例尺要素取舍指標規(guī)則

2.2.2 圖面綜合規(guī)則

由于圖面綜合尺度的不同，同一地物在不同比例尺下的幾何表示方法存在差異。如大比例尺數(shù)據(jù)中的點狀房屋要素，在小比例尺數(shù)據(jù)中根據(jù)綜合尺度表達為面狀街區(qū)。圖面綜合規(guī)則定義了大比例尺要素到小比例尺要素的綜合條件及其對應目標圖層和要素(不同條件下對應不同目標)，見表4。

表4 跨比例尺要素綜合指標規(guī)則

2.3 編輯與入庫規(guī)則

2.3.1 增量編輯規(guī)則

為保證編輯操作的唯一性和有效性，需要對待編輯數(shù)據(jù)的每一個要素增加FEAID(要素原ID號)、STACOD(更新狀態(tài))字段，用于自動化記錄要素編輯操作，便于編輯成果的增量更新和增量入庫。FEAID字段記錄要素在數(shù)據(jù)庫中的唯一標識碼，STACOD字段記錄對該要素的操作(增加、修改、刪除)。要素增量編輯操作及字段賦值規(guī)則見表5。

2.3.2 增量檢查規(guī)則

編輯完成后的所有要素，按照其FEAID和STACOD字段的內容進行增量檢查，所有有效的FEAID必須與原數(shù)據(jù)庫內的要素ID號一一對應。STACOD字段標記為“新增”的要素，F(xiàn)EAID字段必須為空；STACOD字段標記為“修改”或“刪除”的，F(xiàn)EAID字段必須為有效值；STACOD字段標記為空或無效的，F(xiàn)EAID字段必須為有效值。

2.3.3 增量入庫規(guī)則

編輯完成后，提取所有STACOD字段內容有效的要素作為增量包完成增量信息入庫，主要包括要素新增、替換和刪除等操作。增量數(shù)據(jù)中STACOD字段標記為“新增”的要素，直接復制到庫內；STACOD字段標記為“修改”的要素，根據(jù)其FEAID查找?guī)靸葘狪D的要素，直接替換；STACOD字段標記為“刪除”的要素，根據(jù)FEAID查找?guī)靸葘狪D的要素，直接刪除。

表5 要素增量編輯操作規(guī)則

3 聯(lián)動更新試驗

筆者以本文提出的聯(lián)動更新系列處理規(guī)則為核心，開發(fā)完成了相應聯(lián)動更新軟件系統(tǒng)，全面采用上述規(guī)則體系方案，并根據(jù)實際情況進行大量的參數(shù)調整。初步應用到國家基礎地理信息數(shù)據(jù)庫更新工程中，以省級1∶1萬DLG數(shù)據(jù)聯(lián)動更新國家級1∶5萬DLG數(shù)據(jù)為例(16幅1∶1萬圖對應1幅1∶5萬圖)。

(1) 變化檢測。16幅中等復雜程度的1∶1萬DLG數(shù)據(jù)進行全面的變化檢測，用時約52 min，變化信息檢出率在98%以上，變化檢測錯誤率低于1%。

(2) 編輯處理。1幅1∶5萬數(shù)據(jù)圖面變化量約20%，一名較為熟練的作業(yè)員可在8 h內完成全部更新處理。

(3) 增量入庫。根據(jù)入庫規(guī)則實現(xiàn)全自動化批量處理，全程自動化處理無人工干預。在平均20%增量變化率情況下，1臺機器每小時可入庫1∶5萬更新成果約150幅。

4 結 語

根據(jù)目前規(guī)則體系的設定，信息提取與增量入庫可基本實現(xiàn)全自動化處理，但數(shù)據(jù)編輯處理由于涉及綜合尺度的把握、圖面負載量的平衡、制圖關系協(xié)調等諸多需要人工判斷權衡之處，難以實現(xiàn)自動化的編輯整合。自動化編輯與智能協(xié)調匹配規(guī)則是智能編輯處理的重要支撐，相關的關鍵技術、規(guī)則制定和系統(tǒng)實現(xiàn)還有待后續(xù)研究完善。

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Research on Cross- scale Linkage Updating Rules of FundamentalGeographic Information

DU Xiao,LIU Jianjun,YANG Mei,LIU Jianwei,ZHAO Wenhao,LI Zhao

(National Geomatics Center of China,Beijing 100830,China)

This article introduces the rule architecture of key technology in the linkage updating of fundamental geographic information, describes the layer mapping, geometry correspondence, map synthesis, feature selection and spatial relationship coordination, et al, which can realize accurate extraction of change information. Research on constraint rules based on incremental element editing and automatic annotation are also carried out, and does the cross scale based geographic information linkage updating test with 1∶10 000 DLG data linkage updating of 1∶50 000 DLG data as an example.

cross- scale; fundamental geographic information; linkage updating; rule architecture

2016- 06- 16 作者簡介： 杜 曉(1978—)，男，博士，高級工程師，研究方向為國家基礎地理信息數(shù)據(jù)庫的建設、更新、管理、數(shù)據(jù)處理與建庫等。E- mail: duxiao@nsdi.gov.cn

楊 眉。E- mail: yangmei0805@163.com

杜曉，劉建軍，楊眉,等.基礎地理信息跨尺度聯(lián)動更新規(guī)則體系研究[J].測繪通報，2017(3)：104- 107.

10.13474/j.cnki.11- 2246.2017.0095.

P208

A

0494- 0911(2017)03- 0104- 04