基础地理

国家基础地理信息数据库建设与更新

基础地理信息是国家空间数据基础设施的重要组成部分,是国家信息化的权威、统一的定位基准和空间载体,是国家经济建设、国防建设和社会发展中不可或缺的基础性和战略性信息资源,具有通用性强、共享需求大、行业应用广泛等特点,广泛应用于国土规划、国防军事、气象、环保、电力、水利、海洋、民政、科教科研等多个领域。

按照我国的基础测绘分级管理制度,1∶100万、1∶25万、1∶5万国家基本比例尺地图、影像图和数字化产品的测制和更新由国务院测绘行政主管部门即国家测绘地理信息局组织实施;1∶1万、1∶5000国家基本比例尺地图、影像图和数字化产品的测制和更新则由省、自治区、直辖市政府测绘行政主管部门组织实施。

目前,我国已全面建立了涵盖3个尺度(1∶5万、1∶25万、1∶100万)、4种类型(正射影像数据、地形要素数据、数字高程模型数据、地形图制图数据)、多个现势性版本的国家基础地理信息数据库系统。

国家基础地理信息数据库的建设历经20余年,主要经过了初始建库、全面更新、动态更新3个历史阶段。“七五”“八五”期间,开展了研究试验、小比例尺数据库建设;“九五”“十五”期间,完成了国家基础地理信息数据库的初始建库[2,3,4,5,6,7,8];“十一五”期间,完成了国家基础地理信息的首次全面更新[9,10,11,12];至“十二五”初期,国家基础地理信息数据库实现全国覆盖,现势性大幅提高至5年内。

但随着地理信息综合服务需求的不断提高,用户对数据的现势性与内容丰富性也提出了更高的要求。为此,2012年国家测绘地理信息局启动了国家基础地理信息数据库动态更新工程,对国家1∶5万、1∶25万、1∶100万基础地理信息进行每年一轮的动态更新和联动更新[1,13,14],1∶5万数据库的整体现势性达到1年内,1∶25万、1∶100万数据库的整体现势性达到了2~3年内。

经过初始建库、全面更新与动态更新3个建设阶段,我国的国家基础地理信息数据库实现了从无到有、从有到新、从新到优的3步跨越式发展。

全国1∶100万数据库于1994年建成,主要采用纸质地形图数字化的方式;2002年进行了一次更新,主要利用了卫星影像和专业部门资料;2014年又利用最新版1∶25万地形数据库进行了一次全面缩编更新,并完成了地形图制图数据、数字高程模型数据的联动更新。

全国1∶25万数据库于1998年建成,主要采用纸质地形图数字化的方式;后分别于2002年、2008年进行了两次更新,主要利用了卫星影像和专业部门资料;2012年又利用最新版1∶5万地形数据库进行了全面缩编更新,并于2013年利用1∶5万数据库增量更新成果进行了联动更新,整体现势性与1∶5万地形数据库基本一致,并完成地形图制图数据、数字高程模型数据的联动更新。

全国1∶5万数据库建设与更新经历了核心要素数据库与全要素数据库两个阶段。1∶5万核心要素数据库于2006年建成,主要采用纸质地形图数字化的方式,要素内容也不够完整,解决了从无到有的问题。在“十一五”期间,为了满足国民经济建设与社会发展的需要,在1∶5万核心要素数据库的基础上,采用全面更新模式,以综合判调和缩编更新为主要技术方法,于2011年完成了覆盖全国的1∶5万全要素数据库的建设与更新。2012—2015年对全国1∶5万地形数据库进行了4轮动态更新,覆盖全国范围,整体现势性达到1年内。

随着测绘信息化的不断发展,以及测绘地理信息服务的不断加强,数据的现势性与内容的丰富性引起了社会用户前所未有的重视。《基础测绘条例》也规定了基础测绘成果应当定期进行更新,国民经济、国防建设和社会发展急需的基础测绘成果应当及时更新。为此,“十二五”期间,国家测绘地理信息局及时作出了国家基础地理信息数据库动态更新的部署,对国家1∶5万、1∶25万、1∶100万基础地理信息数据库进行持续快速更新,重点是对1∶5万基础地理信息数据库实现每年更新一次、每年发布一版的新目标,不断提高基础地理信息的现势性,持续提升地理信息应用价值和测绘服务保障能力。

根据国家测绘地理信息局的总体部署与安排,国家基础地理信息数据库动态更新分为两个阶段分步实施。第一阶段为2012—2013两年期间,总目标是对国家1∶5万数据库动态更新,重点要素现势性保持在1年内,每年推出更新版,并利用1∶5万数据库成果,联动更新1∶5万地形图制图数据库、全面更新及联动更新1∶25万数据库。第二阶段为2014—2015两年期间,总目标是在前两年动态更新成果的基础上,对全国1∶5万地形数据库重点要素更新1次、全要素更新1次,并利用1∶5万数据库每年联动更新1∶5万地形图制图数据库,以及1∶25万和1∶100万数据库。

国家基础地理信息数据库动态更新的总体思路是以1∶5万地形数据库为基础数据库进行动态更新,以其他尺度和类型的数据库为派生数据库进行联动更新。首先,利用收集的最新的基础影像资料、基础测绘资料和专业现势资料,进行变化解译和内业整合,同时视资料情况开展必要的外业巡查和调绘,完成基础数据库(1∶5万地形数据库)的动态更新[14]。其次,利用更新后的基础数据库,基于增量联动更新技术,纵向跨尺度逐级联动更新1∶25万和1∶100万地形数据库,继而横向跨类型联动更新同尺度的地形图制图数据库[15]和DEM数据库[16]。最后,统筹构建国家基础地理信息的要素级多时态数据库模型,基于增量式入库和版本式建库两种模式,对3个尺度、4种类型、多个现势性版本的基础地理信息集成建库,并实现动态管理和在线服务。

有别于传统的版本式更新,国家基础地理信息数据库动态更新采用增量式更新与要素级多时态建库的方式。更新生产中,通过标定更新变化信息,记录更新状态和更新时间,仅对发生变化的要素进行更新、质检、汇交,大大提高了更新效率。成果建库中,构建要素级多时态数据库模型,为每个要素创建唯一要素标识码、更新状态、要素版本等信息,实现不同版本之间同名要素的自动关联,建库时只将增量数据入库,没变化的部分不入库。多版本数据库里,最新版数据库存储一个全集,其他版本数据库存入历史数据库。历史数据库中只存储变化增量,降低数据冗余。新旧版本间具有关联性,便于变化提取和统计分析。

国家基础地理信息数据库动态更新由国家测绘地理信息局统一领导,国家基础地理信息中心牵头实施,直属省局分区负责生产,卫星中心、国检中心和地方省局共同参与。国家基础地理信息中心作为项目牵头单位,负责项目的总体设计、组织实施、技术支持与协调、质量控制和成果建库等。5个直属局按照任务分工,分别承担各生产责任区范围的数据更新生产。其他主要参加单位分别承担完成动态更新相应任务。

具体实施时,摒弃以图幅为单位的数据组织方式,采用数据库方式进行更新生产、质检、汇交,大幅减少数据接边工作量。更新生产中还按照行政区划进一步逻辑划分网格化生产单元,以实现大规模分布式更新,进一步提高更新效率。

自2012年启动国家基础地理信息数据库动态更新工程以来,已先后完成了1∶5万地形数据库的3轮动态更新,实现了每年更新一次、发布一版;此外,联动更新了1∶25万和1∶100万地形数据库,以及相应的地形图制图数据库、数字高程模型数据库;建立了要素级多时态数据库管理服务系统,实现了多尺度、多类型、多版本数据库的动态管理与快速服务。

国家基础地理信息数据库动态更新的成果斐然,国家级数据库整体现势性达到1年之内,居于国际先进之列。表 2列出了2012—2014年3轮1∶5万地形数据库动态更新的要素更新率情况。

国家基础地理信息数据库动态更新成果已向社会发布,广泛应用于国家经济建设和国防建设各领域,为国家建设提供了重要的基础性和战略性信息资源,并在全国水利普查、国土调查、经济普查、地理国情普查、全国山洪灾害防治等重大工程,、交通部等部委的信息化平台建设,以及一系列抗震救灾、灾后重建中发挥了重要作用。主要应用方向如下:

1) 支撑政府决策:根据综合管理和宏观决策部门的需要,在多尺度基础地理信息的基础上,集成规划、管理、决策所需的各类空间型和非空间型数据资料,发展空间查询分析与模拟优化功能,形成业务化的空间型决策支持系统,用于国土调查、城市规划、图文办公、灾情监测、调度指挥、水利水电、环境保护、边界管理等方面。

2) 公众地理服务:通过对基础地理数据进行深加工,开发面向公众的增值产品与应用系统,提高基础地理数据的信息附加值,如发展系列地形产品、城市框架地图、导航电子地图等地理信息产品,发展旅游引导、手持位置服务、网上动态地图等应用系统。

经过20多年的努力发展,我国在基础地理信息数据库建设方面已取得了显著成绩,形成了国家基础地理信息数据库的建库与更新技术体系,完成了全国1∶5万、1∶25万、1∶100万数据库的持续快速更新,实现了多尺度、多类型、多版本数据库的动态管理与快速服务,较好地支撑和保障了我国国民经济建设与社会发展对国家基础地理信息的迫切需求。

但随着国际国内信息化的快速发展,国民经济建设各行业对基础地理信息提出了更高的要求,现有的基础地理信息数据资源与应用需求还存在较大差距,主要体现为产品类型和要素内容不够丰富、海洋和热点区域覆盖不足、更新技术模式和组织模式有待优化、成果应用服务形式单一等,这需要今后进一步创新技术方法、优化组织模式、加强成果共享服务,努力构建“全球覆盖、海陆兼顾、联动更新、按需服务、开放共享”的新型基础测绘体系,切实推动基础地理信息获取立体化实时化、处理自动化智能化、服务网络化社会化的稳步实现。