省市县联动增量更新模式研究——以衡阳市为例

黄耀萍，雷小群，刘 陵

（湖南省第一测绘院，湖南 长沙 410119）

近年来，伴随着信息化技术、计算机技术的迅速发展，地理空间数据更新技术已成为地理信息行业关注重点，基础地理数据也从数据生产转为数据更新[1]。测绘相关的法律也要求对基础地理数据进行定期更新。各行业交叉应用也对地理信息数据更新提出了更高要求，由版本更新转向增量更新，由每年更新转向每月更新，由全面更新转向要素更新等。“十四五”基础测绘为数据库建设和基础测绘数据生产提出了新要求，传统的基础测绘更新模式是基于图幅进行的全量更新[2-3]，存在一些缺陷，如每次更新都是重新采集更新，造成数据冗余且相邻年份更新的数据缺少关联，地物演变无法监测。同时，近年来自然资源部提出“多测合一”，将基础测绘成果用于建设项目审批中，因此，对基础地理信息数据的现势性要求更高[4-6]。

另外，湖南省目前开展城镇开发边界1∶500地形图数据更新工作，湖南省级统一部署1∶500数据采集技术规程。该项工作的开展促进湖南省内形成1∶500大比例尺地形图动态更新机制，为今后省市县基础地理信息数据联动更新奠定基础，衡阳市是省市县级基础地理更新的典型区域。

因此，以衡阳市为研究区，研究省市县联动更新技术方法，以已有基础地理矢量数据为基础，充分运用高分辨率遥感影像，快速检测变化信息，构建增量模型，以增量更新、多比例尺联动更新模式提取增量包，快速更新衡阳市基础地理信息数据，构建现势性强、精度高、多样式省市县基础地理信息数据库。

1 研究区范围与情况

本研究以衡阳市域范围519 km2为例，本市位于湖南省中南部，湘江中游。东邻株洲、攸县、安仁；南界永兴、桂阳；西接冷水滩、祁阳、东安、邵阳、邵东；北靠双峰、湘潭，是湘南的重要城市。

衡阳地貌类型以岗丘为主。山地占总面积的21%，丘陵占27%，岗地占27%，平原占21%，水面占4%，构成衡阳盆地的主体。基于其区位与地貌特征，城市发展较快，数据更新频次需求较高，以衡阳市为例进行基础地理信息数据增量更新具有代表性。

目前，1∶1万基础测绘成果按照版本更新，每年更新一版，不管该区域是否有变化均进行更新，浪费人力、物力和财力，同时建库时采用整体数据建库。

2021年，省内开展城镇开发边界1∶500地形图数据更新工作，目前已形成1∶500大比例尺地形图动态更新机制，省级统一部署技术规程，为今后省市县基础地理信息数据联动更新奠定基础。

省内1∶2 000数据已生产一版，建库一版，但因数据采集难度大，更新难度大，只有基于2016年至2019年影像制作的一版数据成果。

2 增量更新方法与技术流程

增量更新主要采用数据更新的技术方法，通过构建增量数据模型，发现并提取变化信息，将变化信息以增量数据模型为依据，更新成增量包，以增量包更新数据库。技术流程见图1。

图1 增量更新技术流程Fig.1 Technical process of incremental update

市县针对大比例尺数据进行数据建库，并提交至省级1∶1万基础测绘数据更新，省级建库单位根据模型转换器，将更新的数据库进行数据缩编，并与1∶1万底图数据进行融合，同时，收集行业资料、影像资料，对变化区域进行识别，标识变化区域，结合市县成果、变化区域、1∶1万底图成果进行数据编辑处理，构建成数据增量包，进而更新至1∶1万基础地理信息数据库中。另外，更新的增量包进一步指导市县大比例尺数据库成果进行大比例尺数据库更新。

2.1 增量数据模型

在构建增量数据模型前,对上一版1∶1万基础地理信息数据增加增量更新标识码，用于记录数据更新状态，主要增加数据库标识码、更新状态标识、版本标识码等识别信息。

（1）增量更新标识

在数据库要素中增加3个增量更新标识属性项：数据库标识(FEAID)、更新状态标识(STACOD)、版本标识(VERS)。FEAID是数据库中的ID，只增不减。STACOD用于记录数据更新类型信息，含：增加、删除和修改。VERS用于记录更新时间，标定数据版本。

（2）增量数据模型构建要求

根据变化信息确定更新范围，对变化范围内地理要素的图形、属性信息进行增加、删除或修改等。多尺度数据更新处理时，数据融合以村庄、乡镇等为单位进行数据处理，并避免大面积的农田区域穿越村庄、小区等人工建筑。

新增要素：STACOD字段填写“增加”，VERS字段填写更新要素的年份，如现有基于2019年影像新增数据，则在VERS字段中填写“2019”。

删除要素：数据库更新需要将要素删除时，不对数据做真实删除，只标记更新状态，并在更新状态字段STACOD中填“删除”，但数据生产过程中新增要素须删除则真实删除要素。

修改要素：对历史版本数据的空间几何和属性进行修改，如：位置、形状和属性信息在更新状态字段STACOD中填“修改”，并标记VERS字段，修改更新包含修改、增加和删除等状态。

（3）增量数据模型构建

数据转换主要包括数据格式转换、分类代码转换和坐标系统转换等。构建增量数据模型，并对其转换，其中分类代码转换通过建立大比例尺数据要素分类代码与DLG数据要素分类代码的映射关系，实现对照转换。

1）坐标和数据格式转换

在构建编码转换模型处理前，对多尺度数据进行投影转换和格式转换等处理。将不同来源、不同格式数据转换到统一坐标系、统一数据格式，确保多尺度数据与待更新数学基础的一致性。

2）数据映射对照

1∶1万基础地理信息数据更新需要参照各种来源的数据，分析变化情况，再更新数据。不同数据来源数据的图层设置、编码体系等不同，为缩减成本且达到精确更新要求，本文研究编制图层映射对照表、编码映射对照表，将不同来源的矢量数据分类编码与图层代码/名称统一到1∶1万基础地理信息数据标准体系下。不同来源道路数据图层对照，见表1。

表1 不同来源道路数据图层对照表Table 1 Comparison of road data layers from different sources

3）数据缩编

省市县基础地理信息数据尺度不同，市县数据比例尺大，数据显示密度低、要素全、编码要求标识依比例尺或半依比例尺信息，省级数据比例尺小，数据过于离散，密度高，因此，需进行压缩简化等数据综合处理操作。例如，1∶500，1∶1 000等大比例尺数据更新省级数据时需对建筑物等地物进行融合简化，对道路进行单线化处理，对水系等要素的综合转换，对过小的地物进行删除优化等。因此，制定缩编规则，缩编处理主要包括批量删除、附属信息批量删除、数据抽稀等。缩编处理规则如下：

批量删除：针对需要删除的地物，在缩编过程中根据经验设置批量删除类别，例如，对大比例尺中的井盖、路灯、路边线等进行批量删除。

附属信息删除：指定类别的地物，符合删除需要的面状地物为主删除对象，主删除对象被删除后，与其有关联的线状对象将被同样批量删除。确定批量删除要素类别后，设置主对象，根据其相关附属设施确定连带删除要素类别。如：棚房对象为主删除对象，与其有关联的线状地物属于被连带删除的对象。

数据抽稀：不同尺度数据表达要素的密度不同，根据1∶1万尺度要素表达疏密程度，设置抽稀间距，进行数据抽稀，例如，对等高线、高程点、居民点等要素进行抽稀表达。等高线抽稀时按照曲线弯曲不得小于6 m×6 m、封闭等高线不得小于400 m2的原则进行抽稀，等高线处理后位移的距离最大不得大于与其相邻等高线间距的1/3。

依比例面要素综合处理：1∶500或1∶1 000比例尺数据为依比例尺采集，需要将面要素转换成点要素。

2.2 变化信息发现及数据采集

根据要素变化频率将研究区划分为中心城区、城乡接合部等区域，划分责任区。

中心城区要素变化频率较高，市县管理做大比例尺常态化更新，因此，进行多比例尺联动更新较合适。以市县为主要承担单位，根据遥感影像、行业专题资料、日常业务资料等，对比、分析和判定发现变化的要素及要素变化区域，将要素以1∶5000或更大的比例尺进行增量变化提取，并提交至省级。

地物要素变化信息发现技术方法。首先，采用影像要素识别技术（图2），识别出影像上的变化区域，并与市县大比例尺要素进行匹配，识别中心城区需采集最新要素信息，将中心城区变化区域要素进行提取，并分层处理，形成初步变化要素成果。然后，提取底图数据各图层要素并与基于影像识别后形成的变化区域要素层进行对比分析，再通过融合、拓扑处理、矢量数据编辑等处理，构建1∶1万最新数据增量包。最后，结合行业资料对更新的要素进行属性信息调整、录入。

图2 变化信息发现技术流程Fig.2 Change information discovery technology process

地貌要素变化信息发现技术方法。分析比对高精度格网间距数字高程模型、大比例尺地形数据、立体影像数据与本底地貌数据的现势性。对于数字高程模型数据，利用现势性更优的高精度数字高程模型生成等高线，进行地貌变化信息发现与采集；对于现势性更强的大比例尺地形数据可采用以下2种方法提取等高线、高程点信息与本底地貌数据对比分析进行变化发现与采集。（1）利用原DLG的等高线、高程点、水岸线等数据，构TIN，按所需的格网间距内插成DEM，再利用该DEM按照本底数据的等高距内插生成等高线，高程点则根据地貌特征分布及密度要求进行选取。（2）以大比例尺地形数据的原等高线为背景，按本底数据的等高距抽取或选取所需的等高线，高程点则根据地貌特征分布及密度要求进行选取。

城乡接合部处于城区周边、农村区域，要素变化频率相对较低，由省级承担，以重点要素（交通、居民地、水系等重要要素）为主要更新要素，对比、分析已有资料，发现重点要素变化。变化信息发现主要从已有基础地理信息数据库成果、影像资料和网络信息等3个方面获取变化信息。

技术方法如下：将1∶1万数据成果以图幅为单位，提取城乡接合部周边的交通、居民地、水系等中要素成果，并叠合最新遥感影像成果，进行要素匹配，发现变化要素，则进行要素采集，形成重要要素增量数据层。然后，结合网络、行业资料编辑数据属性。

变化区域要素采集、提取技术方法。根据省级1∶1万基础地理信息9大类数据更新技术要求，确定核心要素内容及要素更新、采集指标，采用线划数据编辑技术，将变化区域影像与矢量数据100%套合、叠加，对变化区域要素按类别进行数据采集，采集要素空间几何信息，再结合行业及文本资料补充采集变化要素的属性信息。例如：

（1）当大型桥梁、高架路穿越河流、峡谷时，地表覆盖依据桥梁下真实的地表，如水域、植被等进行分类采集。

（2）与邻省交界处DLG数据更新范围为省界外扩500 m(按省界平行拷贝外扩)，省界外扩500 m以外的范围可不进行更新，但省际界河区域内如果省界线向外500 m仍未及河流对岸的，应至少采集到河流对岸。

（3）街区的外轮廓在能显示其特征的前提下，凹凸部分小于图上1.0 mm的一般可综合表示。城镇街区内部可进行较大综合，房屋间距小于图上1.5 mm时可综合表示为街区等，具体见《湖南省1∶1万基础地理信息数据更新技术规程》。

2.3 数据增量包更新

提取的变化信息作为数据库增量包，根据要素FEAID自动确定变化要素与数据库中被更新数据之间关系，实现要素之间的自动绑定。

依据增量数据模型更新数据库中对应的要素，更新方式如下：

（1）新增要素：直接更新，同时构建要素的版本信息；

（2）修改要素：在数据库中修改要素的属性或空间几何信息，并在版本信息和要素的更新状态字段中填写对应信息，已修改要素转存在历史数据库中；

（3）删除要素：直接保留历史数据版本信息转存至历史数据库中。

以衡阳市为研究区，将以上的研究方法应用于衡阳市基础地理信息数据生产实际工作中，实现了衡阳市1∶1万基础地理信息要素及多版本数据库的更新与管理，实现历史数据可回溯、可统计。提取的增量包数据和更新前后对比见图3，衡阳市2019年道路线、水系面、居民地面变化信息提取数量统计见表2。

图3 增量包数据Fig.3 Incremental packet data

表2 增量包数据量统计结果Table 2 Statistical results of incremental packet data volume 个

3 省市县联动增量更新技术优势

图4 增量更新前后数据对比Fig.4 Data comparison before and after incremental update

不同于传统的版本更新方式，衡阳市1∶1万基础地理信息数据更新采用增量更新方式，大幅提高了数据更新效率、降低了成本、缩短了周期。基于遥感影像检测结果发现变化信息，快速提取需更新要素的信息。同时，在更新生产中,构建增量更新模型，对不同来源要素进行对照转换，统一数据编码。在成果建库中,对要素创建FEAID、更新状态和要素版本等信息。通过更新变化信息，实现不同版本之间要素管理，进而减少成本、缩短周期、提高时效。

另外，增量更新后数据记录了时效，在数据库中形成了连续的时间轴，实现了数据历史可回溯、各版本数据可提取、可统计，减少了数据冗余。

大比例尺1∶500地形图按照省级统一技术规程进行数据采集，根据省市建库要求，形成增量包可直接进行数据缩编处理，更新省级1∶1万基础地理信息数据成果，减少不同尺度数据不一致性，同时降低数据采集、更新成本。

4 结论

探索了省市县联动增量更新模式，缩短了基础地理信息数据更新周期，通过变化发现、增量标识等技术手段能够掌握更新周期内不同要素的变化量以及相同数据不同周期内的变化量，降低了数据冗余度，打破传统按比例尺分级管理、全要素调绘、按工序生产的模式，为湖南省基础地理信息数据更新提供了可行的技术方法，提升信息化服务能力。