中國(guó)邊界測(cè)圖地理信息網(wǎng)絡(luò)化保障系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)慧麗，張 鵬，張艷明，董德超

(61206部隊(duì)，北京100042)

中國(guó)邊界測(cè)圖地理信息網(wǎng)絡(luò)化保障系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)慧麗，張 鵬，張艷明，董德超

(61206部隊(duì)，北京100042)

在各種比例尺地圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)中，凡涉及與周邊國(guó)家接壤的圖幅，都存在國(guó)界要素關(guān)系處理問(wèn)題；特別是比例尺大于1∶100萬(wàn)的各種地圖的制作生產(chǎn)，國(guó)界要素的表示程度較為詳細(xì)，需以雙邊簽訂的議定書(shū)為依據(jù)，議定書(shū)附圖作參考，一一對(duì)照進(jìn)行數(shù)據(jù)制作和成果檢校。本文系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求，利用目前多比例尺、多投影、多存儲(chǔ)格式的邊界地理信息數(shù)據(jù)，結(jié)合多源數(shù)據(jù)融合與基于金字塔模型的瓦片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)界數(shù)據(jù)數(shù)字化管理和網(wǎng)絡(luò)化共享的“一站式”在線服務(wù)。

中國(guó)邊界;地理信息;網(wǎng)絡(luò)化保障

自20世紀(jì)90年代初，我國(guó)由傳統(tǒng)模擬測(cè)繪邁入數(shù)字化測(cè)繪以來(lái)，先后建立了1∶100萬(wàn)、1∶25萬(wàn)、1∶5萬(wàn)數(shù)據(jù)庫(kù)[1]，且21世紀(jì)開(kāi)始對(duì)各種比例尺地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)更新，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展提供了可靠的測(cè)繪保障。在涉及國(guó)界的各種比例尺地圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)和更新中，國(guó)界線是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容，其涉及與周邊國(guó)家間的外交等重大問(wèn)題，一點(diǎn)一線都關(guān)系重大，需特別謹(jǐn)慎處理。我國(guó)與周邊14個(gè)國(guó)家接壤，有22 000多千米的陸地邊界，是陸地邊界最長(zhǎng)的國(guó)家，也是邊界情況最復(fù)雜的國(guó)家之一[2]。完整的國(guó)界資料由國(guó)界議定書(shū)及附圖等組成，這些資料的內(nèi)容也會(huì)隨著新的界線勘測(cè)和劃定發(fā)生變化。目前的地圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)中，由于國(guó)界要素相對(duì)于其他要素的工作量所占比例小，對(duì)涉及國(guó)界資料的查詢、應(yīng)用都是基于人工的、區(qū)域的，即以有關(guān)國(guó)界議定書(shū)附圖作為參考，以議定書(shū)作為依據(jù)，一一對(duì)照進(jìn)行制作和檢校，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且準(zhǔn)確率不高，存在反復(fù)修改等問(wèn)題。

1 總體研究思路

地理信息領(lǐng)域的空間信息服務(wù)隨面向服務(wù)架構(gòu)Web Services技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生[3]。在國(guó)家大力推行“供給側(cè)改革”的“十三五”期間，結(jié)合中國(guó)邊界數(shù)字化測(cè)圖需求，積極開(kāi)展精確的信息化測(cè)圖保障，是信息化測(cè)繪工作的重要內(nèi)容。在此背景下，本研究以實(shí)現(xiàn)測(cè)圖保障數(shù)字化、信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化為目標(biāo)，采用B/S架構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，堅(jiān)持?jǐn)?shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理、數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用相互獨(dú)立的原則，保持系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性[4]；利用目前多比例尺、多投影、多存儲(chǔ)格式的邊界地理信息數(shù)據(jù)，結(jié)合多源數(shù)據(jù)融合與基于金字塔模型的瓦片技術(shù)，在服務(wù)器端預(yù)先生成不同級(jí)別的瓦片數(shù)據(jù)，構(gòu)建瓦片索引，完成海量數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)發(fā)布，并通過(guò)在線服務(wù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線服務(wù)功能，改進(jìn)用戶端和服務(wù)器端交互效率、減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)、提高用戶體驗(yàn)；旨在基于“國(guó)界一張圖”的概念[5]，實(shí)現(xiàn)國(guó)界數(shù)據(jù)數(shù)字化管理和網(wǎng)絡(luò)化共享的“一站式”在線服務(wù)，完成不同業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)與平臺(tái)服務(wù)的集成，為各種涉及國(guó)界的數(shù)據(jù)生產(chǎn)提供全國(guó)邊界數(shù)據(jù)集，達(dá)到地理位置準(zhǔn)確、內(nèi)容豐富翔實(shí)、應(yīng)用便利快捷、服務(wù)高速可靠的網(wǎng)絡(luò)化地理信息服務(wù)。

2 主要研究?jī)?nèi)容

2.1 多源數(shù)據(jù)融合

搜集國(guó)界資料，分析現(xiàn)有國(guó)界資料存儲(chǔ)形式，柵格化國(guó)界議定書(shū)附圖，制作格式化的多比例尺柵格數(shù)據(jù)集；根據(jù)國(guó)界議定書(shū)等相關(guān)資料，對(duì)柵格圖進(jìn)行地理校正，并完成精度檢核；進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

2.2 國(guó)界柵格金字塔瓦片數(shù)據(jù)集研究

地圖瓦片的金字塔模型是一種分層多分辨率模型，各層瓦片數(shù)據(jù)代表的地理范圍相同，但比例尺從頂?shù)降字饾u變大，分辨率成倍遞增[6]。瓦片金字塔數(shù)據(jù)的生成、組織和調(diào)用是該階段研究的3個(gè)主要內(nèi)容，其中數(shù)據(jù)生成是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)組織是核心，數(shù)據(jù)調(diào)用是目的。

(1) 柵格瓦片數(shù)據(jù)金字塔模型的層數(shù)、現(xiàn)有不同比例尺數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的層級(jí)、瓦片生成方法都會(huì)對(duì)結(jié)果的顯示、瀏覽、調(diào)用等產(chǎn)生影響，因此瓦片數(shù)據(jù)生成過(guò)程主要包括以下內(nèi)容：①確定現(xiàn)有數(shù)據(jù)的比例尺大小和種類；②分析所要提供的數(shù)據(jù)數(shù)量級(jí)，即金字塔模型的層數(shù)；③確定各個(gè)比例尺地圖所對(duì)應(yīng)的金字塔層級(jí)；④選擇合適的軟件和方法生成瓦片數(shù)據(jù)[5]。

(2) 瓦片金字塔數(shù)據(jù)的組織方式?jīng)Q定了數(shù)據(jù)管理模式和調(diào)用結(jié)果的正確與否。將瓦片數(shù)據(jù)直接以文件目錄的方式存儲(chǔ)，即利用文件夾對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理，實(shí)現(xiàn)過(guò)程容易，系統(tǒng)響應(yīng)快速、穩(wěn)定性好，適用于對(duì)空間分析功能要求不高、用戶訪問(wèn)量大的平臺(tái)[7]，為了解決此存儲(chǔ)方式在海量數(shù)據(jù)維護(hù)和更新上的不足，建立索引機(jī)制以方便后期維護(hù)與更新[8]。

(3) 該系統(tǒng)中的瓦片數(shù)據(jù)調(diào)用最終結(jié)果與目前的各種生產(chǎn)軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了一體化，調(diào)用的瓦片數(shù)據(jù)可直接錄入當(dāng)前所用生產(chǎn)軟件中，作為底圖顯示。

2.3 議定書(shū)數(shù)字化管理與在線查詢

國(guó)界議定書(shū)以文字表述為主，詳細(xì)記錄了界碑的地理信息及國(guó)界走向、島嶼歸屬等，是內(nèi)容詳細(xì)、權(quán)威性高的國(guó)界信息，是國(guó)界檢校的權(quán)威依據(jù)[9]。針對(duì)目前國(guó)界資料主要通過(guò)紙質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工查詢、對(duì)比檢校效率低的問(wèn)題，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的數(shù)字化管理，可方便查詢、瀏覽和檢校，主要提取國(guó)界議定書(shū)中地理信息制作數(shù)字化表格，以及數(shù)字化議定書(shū)及附件，以方便利用全文檢索技術(shù)實(shí)現(xiàn)議定書(shū)內(nèi)容的快速定位查詢。

2.4 重要島嶼歷史沿革信息數(shù)字化管理及在線查詢

在線服務(wù)技術(shù)在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，得到了發(fā)展并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)方法，在線服務(wù)技術(shù)具有良好的數(shù)據(jù)整合能力和突出的數(shù)據(jù)共享特性。島嶼歷史沿革信息是邊界信息的重要組成部分，對(duì)其實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理和提供在線查詢，有助于作業(yè)人員在測(cè)圖過(guò)程中準(zhǔn)確全面了解島嶼的歷史歸屬、命名情況，方便制圖、檢校工作，提高了作業(yè)效率。

3 方案

3.1 研究步驟

依據(jù)研究目的和現(xiàn)實(shí)需求，該項(xiàng)目將實(shí)施過(guò)程分3個(gè)階段逐步推進(jìn)完成。第1階段任務(wù)是滿足當(dāng)前測(cè)圖生產(chǎn)的迫切需求；第2階段任務(wù)是完善相關(guān)信息，增強(qiáng)保障能力；第3階段是根據(jù)形勢(shì)發(fā)展和邊界測(cè)定變化進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和更新，保持保障工作現(xiàn)勢(shì)性。具體如下：

(1) 第1階段：柵格金字塔瓦片數(shù)據(jù)集構(gòu)建及在線發(fā)布。以目前生產(chǎn)需求為出發(fā)點(diǎn)，完成包括資料搜集、處理(柵格化、多源數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換、構(gòu)建金字塔瓦片數(shù)據(jù)集)、存儲(chǔ)(組織數(shù)據(jù)、建立索引)、發(fā)布(數(shù)據(jù)調(diào)用、顯示、查詢、定位)等，使成果應(yīng)用于制作生產(chǎn)有國(guó)界的系列比例尺地圖。

(2) 第2階段：國(guó)界議定書(shū)及島嶼歷史沿革信息的數(shù)字化及在線發(fā)布。以Word形式數(shù)字化存儲(chǔ)國(guó)界議定書(shū)、島嶼歷史沿革信息，并將島嶼及國(guó)界議定書(shū)中以界樁點(diǎn)坐標(biāo)、高程等為主的地理信息形成數(shù)字化表格，方便進(jìn)行全文檢索，快速進(jìn)行點(diǎn)擊查詢界樁號(hào)與議定書(shū)的相關(guān)內(nèi)容及島嶼信息。

(3) 第3階段：系統(tǒng)維護(hù)與更新。隨著任務(wù)的發(fā)展需求，系統(tǒng)的日常運(yùn)用和升級(jí)工作必不可少；且我國(guó)國(guó)界目前存在已定國(guó)界、未定國(guó)界和部分爭(zhēng)議國(guó)界，已定國(guó)界后期的聯(lián)檢，以及未定、爭(zhēng)議國(guó)界的界定均會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)變化，需要及時(shí)更新數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性。

3.2 邊界測(cè)圖地理信息保障體系結(jié)構(gòu)

圖1 中國(guó)邊界測(cè)圖地理信息保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案

中國(guó)邊界測(cè)圖地理信息保障系統(tǒng)包含3層架構(gòu)：數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、用戶層[8]，如圖1所示。 (1) 數(shù)據(jù)層中包含4種數(shù)據(jù)：邊界測(cè)圖影像、邊界帶狀圖(議定書(shū)附圖)、界樁地理信息、專題數(shù)據(jù)(島嶼歷史沿革信息)。邊界測(cè)圖影像是指邊界測(cè)定及制圖過(guò)程中的遙感影像數(shù)據(jù)；邊界帶狀圖是邊界雙方簽訂的國(guó)界議定書(shū)附圖，比例尺不盡相同；界樁地理信息從國(guó)界議定書(shū)中提??；島嶼歷史沿革信息作為專題信息發(fā)布。數(shù)據(jù)層需要考慮與數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)表達(dá)相關(guān)的處理、配置等工作。通過(guò)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)組織、索引構(gòu)建等，完成數(shù)據(jù)層建設(shè)，將發(fā)布數(shù)據(jù)與相應(yīng)的數(shù)據(jù)表現(xiàn)進(jìn)行部署，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)的建設(shè)與發(fā)布。

(2) 應(yīng)用層包括3個(gè)模塊：系統(tǒng)配置、用戶管理、信息讀取。其中系統(tǒng)配置模塊解決數(shù)據(jù)與作業(yè)軟件平臺(tái)的銜接，包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、路徑配置等；用戶管理模塊用于后臺(tái)數(shù)據(jù)管理；信息讀取是各種數(shù)據(jù)調(diào)用、查詢等。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)部署，利用配置文件參數(shù)提供數(shù)據(jù)檢索、獲取、讀取，并發(fā)送給客戶端，實(shí)現(xiàn)客戶端功能。

(3) 用戶層是給客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)、發(fā)布地理信息的終端，結(jié)合用戶作業(yè)軟件平臺(tái)，可進(jìn)行邊界測(cè)圖、影像與帶狀圖可視化、界樁與島嶼沿革信息查詢，實(shí)現(xiàn)測(cè)圖保障。

3.3 數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用流程

數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用流程如圖2所示。

3.3.1 搜集資料

當(dāng)前國(guó)界地理信息數(shù)據(jù)包括國(guó)界議定書(shū)及附圖等，不同時(shí)期的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式不同，早期數(shù)據(jù)以紙質(zhì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，近期數(shù)據(jù)以*.eps電子格式存儲(chǔ)。在資料搜集的過(guò)程中，應(yīng)全面搜集，并進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一。

3.3.2 多源數(shù)據(jù)融合

圖2 數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用流程

圖3 多源數(shù)據(jù)融合方案

伴隨著測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，各個(gè)時(shí)期所得的測(cè)繪結(jié)果也不盡相同，如數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、存儲(chǔ)格式、比例尺等；多種資料綜合應(yīng)用的前提是資料的融合統(tǒng)一，主要處理過(guò)程如圖3所示。

3.3.3 構(gòu)建瓦片金字塔

瓦片金字塔模型采用四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)，各層數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的地理范圍相同，且相鄰兩層數(shù)據(jù)分辨率采用倍率方式構(gòu)建[11]。根據(jù)該原則，分析現(xiàn)有地圖比例尺，確定金字塔層級(jí)，劃分每一比例尺數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的層數(shù)，使最大比例尺地圖生成金字塔底層瓦片，其余各層逐次生成。如圖4所示。

圖4 瓦片金字塔模型

3.3.4 瓦片金字塔的存儲(chǔ)及調(diào)用

圖5 瓦片金字塔組織[3]

系統(tǒng)采用文件目錄存儲(chǔ)瓦片金字塔數(shù)據(jù)，按照層、行、列的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，如圖5所示。 建立瓦片數(shù)據(jù)的索引文件，可以快速調(diào)用金字塔瓦片數(shù)據(jù)，方便后期維護(hù)和更新。索引文件包括瓦片層級(jí)、行號(hào)、列號(hào)、最大/最小x坐標(biāo)、最大/最小y坐標(biāo)[5]，當(dāng)已知瓦片坐標(biāo)時(shí)，則通過(guò)查找索引文件調(diào)用瓦片數(shù)據(jù)。

3.3.5 國(guó)界議定書(shū)及附件數(shù)字化

對(duì)國(guó)界議定書(shū)及相關(guān)附件數(shù)字化，主要包括地理信息表格數(shù)字化和內(nèi)容直接數(shù)字化，目的是實(shí)現(xiàn)議定書(shū)相關(guān)內(nèi)容的快速查詢，在瓦片數(shù)據(jù)縮放過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)界樁點(diǎn)的實(shí)時(shí)加載，點(diǎn)擊界樁點(diǎn)可以快速查詢、定位與之相關(guān)的議定書(shū)內(nèi)容。

3.3.6 中國(guó)邊界測(cè)圖地理信息網(wǎng)絡(luò)化保障系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

中國(guó)邊界測(cè)圖地理信息網(wǎng)絡(luò)化保障系統(tǒng)主要以邊界信息在線瀏覽、在線查詢、分析量算和實(shí)時(shí)檢校為主要功能。通過(guò)編程和配置文件參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的交互，完成數(shù)據(jù)的檢索、獲取、讀取、渲染，使數(shù)據(jù)可視化。具體方案如圖6所示。

圖6 保障功能實(shí)現(xiàn)機(jī)制方案

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)邊界測(cè)圖地理信息網(wǎng)絡(luò)化保障系統(tǒng)將當(dāng)前作業(yè)軟件平臺(tái)與后臺(tái)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)配置集成為一體，實(shí)現(xiàn)制圖與保障服務(wù)的無(wú)縫銜接；不僅大大提高了生產(chǎn)效率，而且提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量水平和保障能力。

(1) 能夠作為1∶1萬(wàn)、1∶2.5萬(wàn)、1∶5萬(wàn)、1∶25萬(wàn)、1∶50萬(wàn)和1∶100萬(wàn)等系列比例尺地形圖，以及各種比例尺專題掛圖、地圖集建庫(kù)數(shù)據(jù)和出版數(shù)據(jù)生產(chǎn)的輔助系統(tǒng)，作為國(guó)界要素表示的依據(jù)。

(2) 改變了目前作業(yè)方式，節(jié)省了按區(qū)域查詢對(duì)照的時(shí)間，作為輔助系統(tǒng)直接用于生產(chǎn)，提高了作業(yè)效率和成果質(zhì)量,縮短了檢校時(shí)間。

(3) 精度滿足各種比例尺地圖對(duì)國(guó)界資料的利用要求。

(4) 有很強(qiáng)的操作性和擴(kuò)展性。系統(tǒng)可錄入任何與國(guó)界有關(guān)的資料，用于對(duì)相關(guān)信息的查詢和應(yīng)用，并能實(shí)時(shí)錄入和更改新的相關(guān)信息。

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ResearchandImplementationofNetworkSupportSystemforChinaBorderMappingGeoinformation

XIANG Huili，ZHANG Peng，ZHANG Yanming，DONG Dechao

(61206 Troops, Beijing 100024, China)

In the task of mapping the topographic maps with neighboring countries` borders in various scales, there must be border elements to deal with. Particularly when the scale is greater than 1︰1 000 000, border elements need to be signed in more details according to the bilateral agreement and the protocol map. Based on the realistic needs and the geography information data of multi-scale, multi-projection and multi-storage format, the proposed system realized the one-stop services of digital management and network sharing for China boundary topographic data using the multi-source data fusion and the tile pyramid technology.

China boundary; geographic information; network security

P208

A

0494-0911(2017)01-0147-04

項(xiàng)慧麗，張鵬，張艷明，等.中國(guó)邊界測(cè)圖地理信息網(wǎng)絡(luò)化保障系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(1)：147-150.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0033.

2016-11-02

項(xiàng)慧麗 (1964—)，女，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闇y(cè)繪成果的質(zhì)量控制與管理。E-mail: 575384845@qq.com