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电子地图应用的地理信息快速更新方法

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【摘要】

针对电子地图应用中快速更新的问题,提出一种面向电子地图应用的地理信息快速更新的方法。以电子地图的应用为切入点,探讨电子地图快速更新的方式。提出了面向电子地图更新的五层架构,阐述了这一架构的基本流程、变化发现、框架库提取等关键技术。

【关键词】

电子地图;快速更新;信息提取;增量更新

引言

电子地图数据快速更新是近年来备受关注的热点问题,随着基础测绘成果应用的不断推广,这种需求愈来愈强烈,但是,在城市快速发展的状况下,城市地表各类地物的信息变化非常频繁,采用何种方式、何种频率对电子地图进行更新,时刻保持其现势性成为摆在研究人员面前的当务之急[1]。电子地图的更新分为两个过程:外业数据的采集和内业数据的管理与发布[2],本文针对电子地图更新效率的问题,结合电子地图的更新流程与应用,提出了一种面向电子地图应用的地理信息快速更新方法。

1技术路线

本文针对电子地图应用,提出面向电子地图应用的地理信息快速更新的5层架构:变化信息发现层、变化信息测定层、地理数据库服务层、业务数据库应用层,从而实现电子地图的可持续动态更新与应用(如图1所示)。1)变化信息发现层。变化信息发现层是结合地理信息生成的相关数据,如土地执法监察、城管巡查,采取日常动态巡查、网格化巡查、遥感影像监测、专业数据资料整合等多种方式发现变化信息,作为更新依据。2)变化信息测定层。变化信息测定层是通过变化信息发现,确定变化区域,依据不同情况,采取野外增量信息采集、内业变化信息提取、内外业相结合协同获取的方式,获取变化信息。3)地理数据库更新层。地理数据库更新层根据获取的变化信息进行地理信息数据库更新,包括DLG、DOM、地名地址和三维景观数据。更新的方式主要分为图幅级更新、要素级更新和多尺度级联更新3种方式,根据不同的电子地图生产应用情况选择合适的更新方式。4)更新信息服务层。更新信息服务层通过更新的地理信息数据库,采用ETL模型(即抽取、转换、加载的模型),更新公共服务框架库,制作电子地图,发布地图服务。5)业务数据库应用层。业务数据库应用层是利用更新的数据通过服务方式提供给相关业务系统应用,又可通过日常业务应用来发现变化信息,进行数据更新。

2关键技术分析

2.1基于多源影像的变化发现与信息提取技术

为了从最新遥感影像中发现地形地物变化,需要研究新旧影像、新影像与已有数字高程模型的变化检测方法[3]。需要研究地形要素变化信息的自动提取方法,如道路、水系、居民地等的变化识别与信息提取。基于多源影像的变化发现与信息提取技术基本流程如图2所示。1)变化检测发现的流程变化检测是一个复杂的过程[4],一个完整的变化检测流程包括数据源的选取、数据预处理、变化检测、精度评估及产品输出。①数据源选取。不同的数据源适合不同的监测目标,选取合适的遥感影像是变化检测的基础,获取数据时应根据应用需求、监测目标及预期的结果选取合适的遥感影像及辅助数据。②数据预处理。一般包括几何校正、辐射校正、影像镶嵌、影像裁切[5],其数据处理的好坏将直接影响到变化检测的结果。③变化检测方法的选取。现今许多变化检测方法已经比较成熟,有些方法还处于研究阶段。应该从实际应用出发,结合各种数据的特点(如高分辨率遥感影像、多光谱中等分辨率影像等)选取合适的变化检测方法,提取和分析变化信息,生成变化分布图。④精度评估。变化检测方法的有效性和检测结果的精度决定着方法的应用前景及成果的可用性,所以,必须对变化检测的结果进行精度评估。⑤产品输出。各种变化检测结果,包括图件、表格、文档等的制作输出。2)变化信息提取从实际应用情况出发,分析用于变化检测的数据特点及各种变化检测方法的适用性,选择合适的变化检测方法实现变化信息的发现。变化信息的判别依据是发生变化的图斑其灰度、亮度、颜色与周围有明显的区别,且变化影像具有以下特征:①变化信息和背景环境的光谱性质不一致,使我们能够区分出变化信息。②灰度影像的变化信息一般分布在灰度轴的两端,有时也可能位于两端之间,这要根据具体的遥感数据和采用何种检测方法来定。③变化信息图斑内部灰度值比较均匀。④变化信息图斑之间灰度特征相似,但纹理特征的差别较大。⑤变化信息与噪声一同存在,要加以区分。⑥不同的环境不同的区域,变化信息分布不规律。变化检测是整个流程的核心步骤[6],检测结果的好坏决定了前期数据处理的精度是否满足变化检测的要求,变化检测方法的有效性及变化检测结果的后续应用。

2.2矢量数据库增量更新技术

为了实现变化信息的增量式采集与表达,需要研究矢量数据库的增量更新技术[7]。矢量数据更新重点研究解决要素级增量更新模式,要素级更新具有数据冗余量小、变化信息提取容易、历史数据回溯简单等特点[8]。采用要素级更新方式是在原有数据库基础上,只对发生变化的部分进行更新(包括增加、删除、修改)。在数字线划图等矢量数据结构基础上,按以下4个属性项记录矢量要素的更新情况,分别是矢量要素唯一标识码、要素起始时间、要素终止时间、更新状态标识。唯一标识码是数据库中矢量数据每个要素的唯一标识,是实现基于数据库增量更新的关键,在更新过程中不得编辑修改,新增要素的要素ID由系统自动生成。要素起始时间是要素生命周期的起始时间,它与要素终止时间一起确定要素的有效时间,实现历史数据管理。要素起始时间格式由年月组成。要素终止时间是要素生命周期的终止时间。要素终止时间格式由年月组成。更新状态标识是标识数据库中矢量要素的更新状态,在更新过程中需对更新要素进行更新类型标定,包括“增加”“删除”“图形修改”“仅属性修改”等4种状态。矢量要素增量更新操作包括以下4种情况[9]:

1)新增要素:更新状态标识字段填写“Add”,要素起始时间字段填写更新该要素的年月。2)删除要素:更新生产中需要将要素删除时,先不做物理删除,只做更新状态标记,其要素更新状态标识字段填写“Del”,要素终止时间字段填写更新该要素的年月。更新生产过程中新增要素如需删除则直接物理删除即可。对于更新状态标识字段标记为“删除”的要素在将数据存作历史数据时转存到历史数据库表中后,再从当前数据库表物理删除。3)图形修改:图形修改包括单个要素位置或形状修改、一个要素分割为几个要素、几个要素合并为一个要素等3种情况。对单个要素位置或形状修改时,其要素更新状态标识字段填写“Mod”,要素起始时间字段填写更新该要素的年月。原有要素分割为几个要素时,原要素更新状态标识字段填写“Del”,要素终止时间字段填写更新要素的年月,对于分割生成的几个要素按新增要素处理,更新状态标识字段填写“Add”,要素起始时间字段填写更新要素的年月。4)仅属性修改:对于图形未改、仅属性修改的要素其要素更新状态标识字段填写“Att”,要素起始时间字段填写更新要素的年月。

2.3框架库的自动提取技术

公共服务框架库是在基础地理信息数据基础上,通过数据的提取、扩充和重组等加工过程形成的地理实体数据、影像产品数据、DEM数据、道路网络数据、地名地址服务数据和三维景观数据,如图3所示。本文使用一键抽取模板,运用一致性处理、对象化处理技术,自动完成框架库的自动提取与地理实体数据的整合。通过对数据整合要求的分析,建立基础地理数据与地理实体数据的抽取规则,针对不同区域,定制出不同的抽取模板,完成地理实体数据的自动抽取。一键抽取模板体系架构如图4所示,通过抽取、转换和加载完成空间数据抽取。1)抽取:基于基础地理数据和地理实体数据的图层、代码对应关系所形成的一键抽取模板,进行地理实体数据抽取,形成过渡的地理实体数据;2)转换:对过渡的地理实体数据进行数据检查,完成检查后转换成抽取的地理实体数据;3)加载:将抽取的地理实体数据加载到框架成果数据库中,完成地理实体数据的抽取。

2.4电子地图一键式配图技术

通过图层管理、符号化、地图标注、配图优化等步骤,制定电子地图的一键式配图方案,如图5所示。图层管理是将数据按照比例尺进行分级,并进行图层分组。以市级电子地图的图层管理为例,市级电子地图分18、19、20三个级别,创建L18、L19、L20三个图层组,并设置图层组的可见范围,根据《地理信息公共服务平台电子地图数据规范CH/Z9011-2011》为每个图层组添加图层。地图符号化是根据电子地图制作标准规范,制作符号库,要素的分类代码进行地图符号化。地图标注根据要素的分类代码和标注字段,从符号库中选择相应的标注符号进行地图标注。特别是重要的地物以及POI兴趣点等。特别注意标注如何相对于要素进行放置、可用空间受限时如何修改或减少标注以便放置更多的标注,以及如何解决标注之间的冲突等方面的问题。为达到更好的显示效果,有时还需要对已完成的地图进行优化和调整。配图优化主要包括道路拟合设置、道路融合设置、标注换行、点抽稀等优化功能。

3结束语

本文提出了一种面向电子地图应用的地理信息快速更新方法,提出了五层架构的更新模式,包括变化信息发现层、变化信息测定层、地理数据库更新层、更新信息服务层、业务数据应用层,设计了一套电子地图快速更新的技术流程。并重点阐述了基于多源影像的变化发现与信息提取技术、矢量数据库增量更新技术、框架库自动提取技术、电子地图一键式配图技术等关键技术。该方法在电子地图快速更新领域有一定的实用价值。

参考文献:

[1]徐敬海,李清泉.基于时态GIS的导航电子地图增量更新研究[J].武汉大学学报:信息科学版,2008,33(11):1182-1185.

[2]李连营,李清泉,赵卫锋,等.导航电子地图增量更新方法研究[J].中国图像图形学报,2009,14(7):1238-1244.

[3]杜培军,柳思聪.融合多特征的遥感影像变化检测[J].遥感学报,2012,16(4):663-677.

[4]周启鸣.多时相遥感影像变化检测综述[J].地理信息世界,2011,18(2):28-33.

[5]万幼川,宋杨.基于高分辨率遥感影像分类的地图更新方法[J].武汉大学学报:信息科学版,2005,30(2):105-109.

[6]祝锦霞.高分辨率遥感影像变化检测的关键技术研究[D].浙江大学,2011.

[7]张新长,郭泰圣,唐铁.一种自适应的矢量数据增量更新方法研究[J].测绘学报,2012,41(4):613-619.

[8]张元杰,刘建军,刘剑炜,等.要素级多时态地形数据库建库与管理技术设计[J].地理信息世界,2014,21(1):29-32.

[9]罗国玮,张新长,齐立新,等.矢量数据变化对象的快速定位与最优组合匹配方法[J].测绘学报,2014,43(12):1285-1292.

作者:林良彬 钟远军 杨文杰 单位:广东省国土资源技术中心

电子地图应用的地理信息快速更新方法责任编辑:沈应婷    阅读:人次