（地图学与地理信息系统专业论文）地形数据增量信息分类与表达研究.pdf

摘要 地形数据的现势性问题目益突出，引起了广大用户和政府部门的高度关注。 因此，地形数据增量信息的发布已经逐渐成为地形数据生产部门的主要任务。地 形数据增量信息发布不仅要涉及数据生产商如何发现、提取、存储管理更新过程 中的增量信息，而且要考虑增量信息在用户端的可用性。由于地形数据库具有复 杂的数据结构，因此使得地形数据库的增量信息发现、提取、存储管理过程非常 复杂。而且由于人们目前对地形数据库的增量更新和发布在理论、方法、模式等 方面的研究工作刚刚起步，难以指导地形数据增量信息发布服务系统的设计和丌 发，影响了增量信息发布的效率和质量。针对目前地形数据增量信息发布研究和 应用中存在的问题，本文主要在以下5 个方面进行了深入研究： 1 ) 增量信息是事件和快照差的合成体，其中快照差是增量信息的主体，在 用户端需要基于旧快照和快照差实现更新。因此本文首先分析了图元快照差的基 本类型，在此基础上给出了图元( 即简单地理目标) 快照差的形式化表达模型。 此模型可完整的表达图元变化产生的快照差，为增量信息的表达奠定基础。并且 给出了快照差类型的三级判断方法。此方法分三个步骤分别取不同的操作符和操 作数计算两个快照之间的差值情况，根据计算结果判定快照差的类型。 2 ) 事件是增量信息的组成部分，其类型能明确的表达快照差产生的原因。 本文基于新旧快照中地理目标的度量属性逻辑运算结果和新旧快照中地理目标 的父子关系，确定了引起快照差的1 7 种事件类型。 3 ) 基于事件和快照差提出了增量信息的定义，其类型是基于事件类型和快 照差类型及其有效的映射关系确定。研究基了于事件类型和快照差类型如何确定 的规则。根据1 4 种快照差类型和1 7 种事件类型确定了3 8 种增量类型。 4 ) 地形数据库更新过程中产生的增量信息具有变长和结构不一致的特点， 也就是具有半结构数据的特点。o e m 模型是当前面向半结构数据建模的常用模 型，根据o e m 的建模规则和增量信息的特点，本文给出了基于o e m 的地形数 据增量信息建模框架。 5 ) 在上述研究成果的基础上，提出了增量信息半自动化提取的实现方法和 发布框架。基于商用软件平台，对本文所提出的模型、方法进行了试验实现。基 于v b 和m o 实现了增量信息的半自动化提取系统，实现增量信息的提取、存储 管理和格式转换。基于a r c i m s 和j s p 实现了增量信息发布服务系统。能够实现 增量信息的在线浏览、查询、定购。 研究表明，本文提出的增量信息分类与判断方法能够详细的判断各种类 型的增量信息，满足增量信息发布应用中数据组织和用户端更新的需求：提出的 增量信息数据建模框架能有效的对具有半结构特性的增量信息进行建模。本文中 提出的方法为增量信息的提取、发布提供了理论基础和解决方案，为此类系统的 设计与实现提供了- l b 新的方法，有助于推进此类系统的应用与发展。本文的研 究是建立在对地形数据中地物要素的离散变化的基础上，因此提出的分类和判断 方法、增量信息的建模方法只适用于地形数据库中的地物要素，不适用于等高线 等地貌要素。 关键词：地理信息系统；地形数据库：地形要素；图元；对象交换模型；快 照差；增量信息；发布；增量信息分类：增量信息表达；增量信息建模 r e s e a r c ho nt h ec l a s s i f i c a t i o na n dr e p r e s e n t a t i o no f i n c r e m e n t a li n f o r m a t i o no ft o p o g r a p h i cd a t a z h uh u a j i ( p h d t h e s i s ：c a r t o g r a p h ya n dg i s ) d i r e c t e db y ：c h e nj u n l ，y a n gc h o n 自u n 2a n dj i a n gj i e 3 lp l o f e s s o r , d i r e c t o r , n a t i o n a lg e o m a t i c sc e n t e ro f c h i n a ，b e i j i n g ，r rc h i n a 2 p r o f e s s o r , d i r e c t o r , i n s t i t u t eo fr e m o t es e n s i n ga p p l i c a t i o n ，c l f i n e s ea c a d e m yo f s c i e n c e s ，b e i j i n g ，p r c l f i n a 3 d o c t o r , d i r e c t o r , n a t i o n a lg e o m a t i c sc e n t e ro fc h i n a ，b e i j i n g ，p r c h i n a a b s t r a c t t o p o g r a p h i cd a t ap l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei no u rs o c i e t y t h ei m p o r t a n c eo f t h er o l eo ft h et o p o g r a p h i cd a t ai sa f f e c t e db yl r l a n yf a c t o r s ，t h e r e i n t ot h ec u r r e n to f t h ed a t ai so n eo ft h ef a c t o r s t h em o r ec u r r e n tt h ed a t ai s t h em o r ev a l u a b l et h ed a t a i s ag r o w i n gn u m b e ro fo r g a n i z a t i o n sa n di n d i v i d u a l si m p r o v ee f f i c i e n c yb yu t i l i z i n g t o p o g r a p h i cd a t a ，s u c h a si r a f f i ca n dw a t e rs e c t i o n s w ec a l lt h e s es e c t i o n s t o p o g r a p h i cd a t au s e r t h e s ed a t au s e r si n c r e a s i n g l yf o c u so nt h ec u r r e n to ff l a e t o p o g r a p h i cd a t a n o w a d a y s ，t h em a i nt a s ko fs u r v e y i n ga n dm a p p i n gd e p a l t m e n t si n m m w c o u n t r i e si st oc o n s t a n t l yu p d a t et h ee s t a b l i s h e dt o p o g r a p h i cd a t a b a s e sa n d p r o v i d eu s e r sw i t ht h ec u r r e n td a t a t h e r e f o r e ，t h e s ed e p a r t m e n t ss h o u l dc o n s t a n t l y d e t e r m i n et h ec h a n g e so ff e a t m e si nt h er e a lw o r l d ，u p d a t et h et o p o g r a p h i cd a t a b a s e b ya d d i n gn e wf e a t u r e s ，d e l e t i n gd i s a p p e a r e df e a t u r e so rm o d i r y i n gc h a n g e df e a t u r e s a n dp u b l i s ht h ec h a n g e di n f o r m a t i o nt od a t au s e r s b yt h et h r e e s t e pp r o c e s so f d e t e r m i n i n g ，u p d a t i n ga n dp u b l i s h i n g ，u s e r so b t a i nt h em o s tc u r r e n td a t a t h e r ea r e t w om a i ns o l u t i o n st ob eu s e df o rp u b l i s h i n go ft h el l o s tc u n e n td a t a ：i n c r e n l e n t m e t h o da n db a t c hm e t h o d t h ef i r s tm e t h o di sm o r ee f f i c i e n tt h a nt h es e c o n dm e t h o d l um a n ya s p e c t s n o w a d a y st h ed i s t r i b u t i o no ft o p o g r a p h i cd a t a ，e s p e c i a l l yt h ep r o p a g a t i o no f g e o g r a p h i c a lu p d a t e si o w a r dt o p o g r a p h i c a ld a t a b a s e s ，i ss t i l lam e t h o d o l o g i c a la n d t e c h n i c a lp r o b l e mt oa d d r e s si nt h ec o n t e x to fl a r g ea p p l i c a t i o n sw i t hm a n yd i f f e r e n t u s e r s t h ei n c r e m e u td i s t r i b u t i o nm e t h o di s b e c o m i n gt h ep r i m a r yw a y f o r d i s t r i b u t i n gu p d a t e si n f o r m a t i o no ft o p o g r a p h i c a ld a t a b a s e i nt h i sc a s e ，t h ep r o d u c e r o ft h ed a t ah a st os o l v em a n yn e w p r o b l e m s i n c l u d i n gh o w t od i s c o v e r , e x t r a c t ，s t o r e a n dm a n a g et h ei n c r e m e n ti n f o r m a t i o np r o d u c e dt h ep r o c e s so fu p d a t ea n dh o wt o i n t e g r a t et h ei n c r e m e n ti n f o r m a t i o ni nt h eu s e r s d a t a b a s e s b e c a u s eo ft i mc o m p l e x s t r u c t u r eo ft h et o p o g r a p h i cd a t a b a s et h e u p d a t eo ft h ed a t a b a s ec o n s e q u e n t i a l l y r e s u l t si nm a n yk i n d so fc h a n g e sa n di n c r e m e n ti n f o r m a t i o n t h u s t h ec o m p l e x s t r u c t u r ea n dt h et o om a n yk i n d so fc h a n g ei n c r e a s et h ed i f f i c n l t yo ft h ed i s c o v e r y e x t r a c t i o na n ds t o r eo ft h ei r l c r e m e n tj n f o r n l a t i o n s of a r t h es t u d i e so ft h ej n c r e n l e l l t p u b l i s hi sj u s tn o ws t a r t e d r e l e v a n tt h e o r i e s ，m e t h o d s ，s c h e m a sa n ds oo l la r es e a l c e o u rs t u d ya i m st o p r o p o s eas e to fm e t h o df o ri n c r e m e n tp u b l i s ho ft o p o g r a p h i c d a t a b a s e t h em a i nw o r k sf i n i s h e da r e1 i s t e da sf o l l o w s ： a tf i r s t t h ea u t h o ra n a l y z e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee l e m e n ta n dt h e t o p o g r a p h i cf e a t u r e i nt o p o g r a p h i cd a t a b a s e ，t h e r e a r em a l a yk i n d so ft o p o g r a p h i c f e a t u r e b u tt h e r ea r eo n l yt h r e et y p e so fb a s i ce l e m e n t e v e r yk i n do fe l e m e n th a si i s i n d i v i d u a ld a t ad e l t aa n di n c r e m e n ti n f o r i l l a t i o n b a s e do nt h r e ef a c t o r s t h ea u t h o r d e t a i l e di d e n t i t i e st h et y p eo ft h ed a t ad e l t a t h et h r e ef a c t o r sa r et h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h en e we l e m e n ts e t ( a f t e ru p d a t e d ) a n do l de l e m e n ts e t ( b e f o r eu p d a t e d ) ，t h e a t t r i b u t e so ft h ee l e m e n t t h e t o p o l o g i c a lr e l a t i o n s h i p b e t w e e ne l e m e n t s t h e i n c l e m e n ti n f o r m a t i o ni st h ec o m p l e xo ft h ed a t ad e l t aa n dt h ec h a n g et y p e b a s e do n t h em e t r i ca t n i b u t ea n dt h et e m p o r a lr e l a t i o n s h i p s ，t h ea u t h o rd i s t i n g u i s h e st h ec b a n g e t y p eo ft i l ee l e m e n t t h et y p eo ft h ei n c r e m e n ti n f o r m a t i o ni si d e n t i f i e db yt h ed a t a d e l t a ，c h a n g et y p ea n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h e m ， t h ef e a t u r ei s t i l eb a s i cu n i tf o rc o l l e c t i n gt o p o g r a p h i cd a t a 1 ut o p o g r a p h i c d a t a b a s e ，t h eg e o m e t r yc h a r a c t e r i s t i co ft h et o p o g r a p h i cf e a t u r eu s u a l l yi sr e p r e s e n t e d b yo n eo rm o r ee l e m e n t s s o i no r d e rt og e tt h ei n c r e m e n ti n f o r i n a t i o no ft h e t o p o g a a p h i cf e a t u r e ，t h ea u t h o rf i r s t l ym l a l y z e dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ee l e m e n t a n dt h e t o p o g r a p h i cf e a t t i r e t h e r e a r ef i v ek i n d so fr e l a t i o n s h i p s d i f r e r e n t r e l a t i o u s h i ph a sd i f f e r e n tc o m p o s i t i v er u l e s t h ea u t h o rg a v ed i f f e r e n tr u l e sa c c o r d i n g t ot h er e l a t i o n s h i p s t h ei n c r e m e n t a l i n f o r m a t i o ni sc h a r a c t e r i z e db yr a t h e rc o m p l e xs t r u c t u r e s t h e s e s t r u c t u r e sm a yb ei r r e g u l a r “e t h e yd on o tn e c e s s a r i l yc o n f o r mt oaf i x e ds c h e m a ) h e n c e ，t h er e p r e s e n t a t i o no fi n c r e m e n t a li n f o r m a t i o ni nt r a d i t i o n a ld a t am o d e l s s u c h a st h er e l a t i o n a lo ro b j e c t o r i e n t e d ，i sn o ta l w a y sf e a s i b l e i nt h i sr e s p e c t ，t h i sp a p e r h w e s t i g a t e st h er i s eo fs e m i s t r u c t u r e dd a t a ( s s d ) m o d e l sf o rm o d e l i n gi n c r e l - n e n t a l i n f o r m a t i o n af r a m e w o r kf o rt h er e p r e s e n t a t i o no fi n c r e m e n t a li n f o r m a t i o ni 1 1o e m ( o b j e c te x c h a n g em o d e l ) ，ap o p u l a rm o d e lf o rs e m i - s t r u c t m v dd a t a ，i si n t l o d u c e d a d d i t i o n a l l y , i t i ss h o w nh o wt om a dt h eo e mr e p r e s e n t a t i o no fi n c r e m e n t a l j n f o l n a a t i o nt ox m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) d e s c r i p t i o n f i n a l l y ，a np r o t o t y p es y s t e mo ns e m i - a u t o m a t i ce x t r a c t i o ni n c r e m e n ti n f o r l l l a t i o n i sd e v e l o p e du s i n gv ba n dm oa n da na p p l i c a t i o ns y s t e md e v e l o p e du s i n ga r c i m s a n d i p s ，t oe x a m i n et h em e t h o d sa n dm o d e l sp r e s e n t e dj 1 1t h i sd i s s e r t a t i o n e x p e r i l l l e n t a l r e s u l t sw i t ht h ep r a c t i c a la n ds i m u l a t e ds p a t i a ld a t as h o wt h e r e a s o n a b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t yo ft h ei n c r e m e n t a lp u b l i s h i n ga p p l o a c hp r e s e n t e di n t h i sp a p e r t h ea u t h o rb r o u g h tf o r w a r dt h ei s s u eo fi n c r e m e n t a li l i f o r m a t i o np u b l i s h i n go f t o p o g r a p h i cd a t a b a s e t h ea p p l i c a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a t t i l e t y p o l o g y o ft h e i n c r e m e n ti n f o r m a t i o no ft o p o g r a p h i cf e a t u r e si ss a t i s f i e dt ot h em a n a g e m e n ta n d p u b l i s h i n gr e q u i r e m e n t t h ep r o p o s e da p p r o a c hi so p e r a t i o n a l t h er e s u l t so ft h i s s t u d yp r o v i d ean e ww a yf o rt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs u c hs y s t e l n k e yw o r d s ：g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ；t o p o g r a p h i cd a t a b a s e ；t o p o g r a p h i c f e a t u r e ；e l e m e n t ；o b j e c te x c h a n g em o d e l ( o e m ) ；i n c r e n a e n ti n f o r i l l a t i o nm o d e l i n g ； p u b l i s h ；t h ec l a s s i f i c a t i o no f i n c r e m e n ti n f o r m a t i o n ；c h a n g e ；t e m p o r a lg i s 第一章绪论 第一章绪论 地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 从提出到现在，g i s 经历 四个阶段( 如图1 1 所示) ( b e d a r d ，a n dg a g n o n ，1 9 9 4 ；c a r o na n db e d a r d ，1 9 9 3 ；陈予 坦，1 9 9 7 ) ，从最初的针对实际l 作中某一具体项目的项目型g i s 发展剑目前的1 4 公众提 供数据服务的社会型g i s 。社会型g i s 的主要任务是建立基于网络的g i s 空问数据 服务系统，向公众提供各种类型的空间数据及其相关应用，丌始出现于2 0 世纪 9 0 年代初，在目前获得越来越多的政府和个人空间数据服务商的重视，在国民 经济建设与管理、人民生活及社会发展的各个领域发挥重要作用( a l t a h a ，k h a l e d a n db a r r e r a ，1 9 9 0 ；a l l e n ，e r i c ，e d w a r d sa n db e d a r d ，1 9 9 5 ) 。其中空间数据的服务质 量越来越引起数据服务商和数据用户的重视。 图1 1g i s 的发展趋势( b e d a r da n dg a g n o n ，1 9 9 4 ) 1 1 地形数据的更新 空间数据服务的质量受多个因素的影响，其中，空间数据的准确性、完整性 和现势性是影响空间数据服务质量的主要因素之一。随着应用的不断深入和空削 数据服务领域的扩展，用户对空间数据的准确性、完整性和现势性提出了更高的 要求( 蒋捷等2 0 0 0 ) 。n 止g ，持续更新已经建成的空间数据并且及时的将更新信 息发和给用户已经成为空间数掘服务商当前的主要任务( 陈军等，2 0 0 2 ；s p 6 r y ，l ， c c | a r m n u n t ，e ta l ，2 0 0 1 ；叶玉江等，2 0 0 2 ) 。 1 1 1 地形数据的现势性问题 近年来，随着信息化技术的发展，我国各级测绘部门建立了多个比例尺的基 地形数据增量倩息分类与表达切究 础地理数掘库。例如，国家测绘局完成了多个小比例尺地形数据库的建库和更新 工作，比如l ：1 0 0 万地形数据库的建库与更新、1 ：2 5 万地形数据库的建库和更新， l ：5 万地形数据库的建库在2 0 0 5 年底即将完成：省测绘局主要负责中等比例尺地 形数据库的建库和更新工作，比如1 ：1 万地形数掘库的建库与更新、1 ：5 0 0 0 地形 数据库的建库与更新；城市测绘部门主要负责大比例尺地形数据的建库与更新工 作。这些数据库已经在国家和地方经济建设和社会发展及信息化种发挥着重要作 用( 黄鼎成2 0 0 2 ：陈军等，2 0 0 2 ) 。随着基础地理数据的不断丰富和用户需求水平 的不断提高，各级测绘部门纷纷开始重视基础地理数据的更新问题。按照我国的 分级管理机制，国家基础地理信息中心负责全国范围的中小比例尺的基础地理数 据库的维护和分发。随着1 ：2 5 万基础地理数据库更新的完成和1 ：5 万基础地 理数据更新工程的开始，及时有效的发布数据的更新信息、有效的提升数据服务 的质量，成为国家基础地理信息中心面临的首要任务之一。基础地理数据的现势 性问题是当前世界许多国家面临的共同问题。表1 ，l 是联合国1 9 9 3 年的统计数 字( 蒋捷等2 0 0 0 ) ，表明全球地形图的更新速度远远落后于其生产速度。 表】1 世界基础地图生产与更新情况( 1 9 9 3 年调查数据) 地图比例尺世界生产情况，( )亚洲生产情况( )世界更新率( ) l ：2 5 0 0 03 3 51 5 22 8 l ：5 0 0 0 06 5 68 4 011 1 ：1 0 0 ，0 0 0 5 5 76 6 40o 1 ：4 0 0 ，0 0 0 9 5 11 0 00 9 地形数掘是反映客观世界中水系、境界、交通、居民地、道路等各类地形要 素概况的一类地理空间数据，对各要素的空间位置、属性特征及相互问空间关系 等进行描述和表达( 国家测绘局1 9 8 5 ) 。地形数据在国家和地方经济建设、社会 发展及信息化中发挥着重要的作用( 陈军2 0 0 2 ) 。但是，数掘更新和现势性情况 却不容乐观。举例来说，我国l ：1 0 0 万地形数据库于1 9 9 4 年建成，于2 0 0 2 年 进行了全面更新，更新后矢量数据现势性基本达到2 0 0 0 年( 苏山舞等2 0 0 3 ) ：全 国l ：2 5 万地形数据库1 9 9 8 年建成第一版，其现势资料截至到1 9 9 7 年。于2 0 0 2 年进行了全面更新，其更新所用现势资料截至到2 0 0 0 年( 商瑶玲等2 0 0 3 ；中囡 测绘报2 0 0 3 ) ；1 ：5 万地形数据库正在建设之中，其数据源之是原有的1 ：5 力纸质地形图，其中2 0 世纪7 0 年代以前的图幅量约占总图幅量约4 7 ( 支1 j 云峰 2 0 0 3 ) ，其现势程度可想而知。从上面的列举的关于地形数据现势性的数字可以 看出，目前我国小比例尺地形数据现势性大多都在2 0 0 0 年之前，已经无法满足 用户剥现势性地形数据的需求。当前我国经济建设和社会发展速度很快，地形要 素经常发生变化，导致已建成的地形数据库现势性不断下降，引起了广大用户和 鹕一章绪论 政府部门的高度关注。 随着应用的不断扩展和深入，用户对地形数据的现势性和准确性也提出r 更 高的要求，例如车辆导航所需城市街区图，城区集合精度要求为3 m ，城郊为5 m ， 分别要保证9 9 1 79 5 的正确率；在交通规划、移动通讯、洪水分析、环境模 拟、决策支持等方面，也要用现势准确的地形数据束做出l r 确的分析和决策f 蒋 捷等2 0 0 0 ) 。因此，对地形数据库进行持续不断的更新，提高地形数掘的现势性， 并且向数据片j 户分发更新信息，已成为地形数据生产商当务之急。地理数拥更新 理论与方法的研究也成为国内外的许多学者共同关注的热点问题( u i t e r m a r ke t a l ，1 9 9 8 ：s p 6 r y , l ，c c l a r a m u n t ，e ta 1 2 0 0 1 ；f r k s c hd ，1 9 9 9 ，陈军等2 0 0 2 ) 。 1 1 ，2 地形数据更新的基本过程 地形数据库属于空唰数捌库范畴，研究地形数据库的更新问题，应浚借鉴空 问数据库更新领域的研究成果。在g i s 发展的初期，人们的努力方向丰要集中在 空矧数据库的建设上，对空问数据库更新等问题的关注较少。近几年来，人们逐 渐认识到“空间信息更新将取代空间数据获取而成为g i s 建设的瓶颈”( u n i t e m a r k ， 1 9 9 8 ：叶玉江等，2 0 0 2 ) ，“当前g i s 的核心己从数据生产转为数据更新，数据更 新关系着g i s 的可持续发展”( f r i t s c h ，1 9 9 9 ) 。地形数据库面临着同样的问题。地 形数据更新的整个基本过程可划分为4 个基本环节( 陈军等2 0 0 2 ；周晓光2 0 0 5 ) ， 如图1 2 所示：1 ) 变化发现与测定：2 ) 地形数据库更新：3 ) 更新信息的发布；4 ) 用户端地形数据的更新。 图l2 地形数据更新的四个基本环节 地形数据增量竹息分类与表选圳宄 1 ) 变化信息的发现与提取 变化信息的发现与提取是空间数据更新的首要环节。目前变化信息发现的主 要途径包括：a ) 由专业队伍进行现势性调查，发现变化：b ) 将卫星遥感影像与 现有数据比较，发现变化；c ) 根据其它渠道获得变化信息，如有关专业单位、 社会力量、新闻途径等。变化信息的提取即对确定的变化信息进行数字化采集， 包括：a ) 人工数据采集：如对变化标绘图进行数字化、全站仪野外勘测数字测 绘、g p s 采集等；b ) 交互式数据采集，如摄影测量、遥感图像处理等；c ) 自 动或半自动数据采集：如卫星遥感影像自动识别与处理等( 周晓光，2 0 0 5 ) 。这涉 及到基于不同类型的影像的变化信息识别与提取( d o w m a n ，1 9 9 8 ：p e l e d & y e h i a ， 1 9 9 8 ；r a m i r e z ，1 9 9 8 ：h e i p k e 。2 0 0 2 ；刘茜& 徐希孺，1 9 9 4 ；张祖勋张剑清， 1 9 9 8 ；林宗坚，2 0 0 0 ；张继贤& 林宗坚，2 0 0 0 ；朱重光等，1 9 9 7 ；于秀兰等， 2 0 0 0 ：毛志华等，2 0 0 0 a ； 2 0 0 0 b ；刘鹰等，1 9 9 9 ；孙丹峰等，2 0 0 2 ：丁建丽， 2 0 0 2 ) ，其中包括影像与现有地理空间数据的精确配准、从高分辨率影像提取变 化信息、不同来源的数据融合等诸多关键技术问题( w a l t e r1 9 9 7 ；m m g a d oa n d d o w n l a n 】9 9 7 ；f i s e te ta 1 ，l9 9 8 ) ，需要研究数据处理模型、算法、发展数据更新 的技术工具，提高变化发现与信息提取的自动化程度和可靠性( c o o p e ra n dp e l e d 2 0 0 1 ) 。 2 ) 地形数据库更新 地形数据库更新是生产者和提供者根据发现和测定的变化信息，对原有地形 数据库进行更新处理，这一过程包括在原有数据库中插入新增的地理对象、删除 不再存在的对象，更新替换部分变化的对象信息并保存历史数据。地形数据更新 存在蕾一系列尚未解决的问题，如更新模式、变化区域局部空间数据的提取、局 部更新操作、历史数据保存、变化前后数据一致性维护( 如拓扑关系维护) 、甚 至记录更新过程、用大比例尺更新小比例尺数据的综合方法等问题。目前这方面 的研究工作还刚刚起步，主要涉及到数掘库更新模式的初步探索( s e k i m o t o & s h i b a s a k i ，2 0 0 0 ；r a m i r e z ，1 9 9 8 ；蒋捷& 陈军，2 0 0 0 ；潘瑜春，2 0 0 2 ) 、借助数 据字典记录更新过程等( m a r a s & a l t a n ，2 0 0 0 ) 。 由最新的较大比例尺数据更新较小比例尺数据，或称为多尺度数据库的协同 更新，是当前数掘库更新的学术前沿，除包括主数据库更新中的局部数据提取、 局部更新操作、历史数据保存、变化前后数据一致性维护外，还涉及到空划数据 综合等问题，其更新模式包括快照式更新和基于“c h a n g e o n l y ”的数据更新两种 方式，目前其研究还仅仅涉及到快照式更新模式( l e m a r i e & b a d a r d 2 0 0 1 ；a n d e r s & b o b r i c h ，2 0 0 4 ：m a n t e l ，2 0 0 4 ) 。 笫一章绪论 _ 地形数据新旧快照数据及其变化数据实例 图1 3 以公路的数据作为实例，分别取时刻t 1 和t 2 的快照数据，将t 1 时 的数据作为老数据( 如图i 3 a ) ，丁2 时的数据作为新数据( 如图1 3 b ) 。以及两个快 照之间发生变化的数据( 如图1 3 c 和图1 3 d ) 。客观世界中地理实体的变化体现在 数据库中的快照差，在t 1 到t 2 这段时间内，客观世界中发生了多种时空变化， 因此需要在t 1 时刻快照数据的基础上进行增加、删除、修改等更新操作，从而 生成新版数据。在t 1 时刻，有1 4 个公路要素，其标识码分别为p i - - p 1 4 ，p 1 1 分为两个路段，每个路段具有不同的属性，全部都是线状要素，利用p c 表示公 路集合则p c = f p i l l i 1 4 ；在t 1 到t 2 这段时间内公路要素发生的变化：p 2 一端收缩、一端延伸( 长度增加) ，p 5 消亡，p 8 路段属性改变( 路段公路等级由 三级变为二级) ，p 1 1 公路路段属性改变( 路段公路等级由二级变为一级) ，p 1 4 延伸，新出现p 1 5 ；公路要素的变化产生的快照差如图1 3 所示。 雠 r l 6 ：p i 【 j 一i r r ( a ) t l 时刻快照( b ) t 2 时刻快照( c ) t l 到t 2 变化数据( d ) 快照著 图1 3 不同时刻的快照数据及变化数据 3 ) 更新信息的发布 地形数据库更新以后，生产商需要将更新信息提供给老用户，供用户完成用 户数据库的更新。更新信息发布的主要任务是根据用户的具体要求，在更新后的 地形数据库中检索用户关注的更新数据，利用一定的数据载体和平台传输给用 户。通常，更新信息的发布需要考虑许多方面，比如更新信息的发伽方式、选择 的发布平台、采用的发布模型和数掘模型等。其中选择何种发布方式是影响发斫j 效率的最关键因素。目前更新信息发布的主要有两种方式，即批量信息发布方式 和增量信息发布方式( 如图14 所示) 。其中批量信息发布方式提供整个新版的 数据，存在传输效率低下、用户端更新困难等诸多问题；而增量信息发布方式是 指仅向用户提供自上次发布之后发生变化的信息，是一种最有效的发布新地形数 据的策m 3 ( b e y e n1 9 9 4 ；c o o p e ra n dp e l e d2 0 0 1 ) 。 4 ) 用户端地形数据更新 如前文所述，用户数据库包括两大类型：第一类用户在使用地形数据时4 i 做 修改，用户数据与地形数据完全分离，对于这类用户，用户数据库更新只需用壤 新的地形数据替换原地形数据即可；第二类用户在使用地形数据的过程1 1 1 ，对其 地形数据增量信息分类j 表达_ 1 j | 究 进行了修改，并在该地形数据的基础上添加了大量的属性数据或专题数据，出于 这类用户的数据规范可能与数据生产者的规范不同，数据生产者与数掘用户之删 存在数据库模式不致、语义冲突等闯题，对于这类用户的数据库更新包括变化 数据的传递、数据库模式匹配、数据更新与融合、历史数掘保存与一致性维护等 问题。目前用户数据库更新的研究工作刚刚起步，其研究领域还只涉及到变化数 据的传递( s p e r y ，1 9 9 8 ) ，主、客户数据库均为快照式数据库的用户数据库更新与 融合的框架和逻辑流程等( b a d a r d ，2 0 0 1 ；b e y e n ，e ta l ，1 9 9 8 ) 。 批量信息发布 广与f 犀雪 f 二：二：= 两蔺龠 l 塞垫h ；型= lr 茹圳 嘴量发现、捉邵。i ? 赢。+ i 7 瞪翻 ”9 ”“ 凼藤翱 增量信息发布 增量孳现、提取 图1 4 更新信息两种常用发布方式示意图 在地形数据更新的4 个基本步骤中，更新信息的发布是用户端地形数据更新 的前提，是提高用户端地形数据现势性的有效手段。随着地形数据在多个领域的 普及利用，更新信息发布的问题显得更加突出。这已经成为地形数据生产者的主 要任务。 1 2 地形数据更新信息发布 i 2 1 地形数据更新信息发布的必要性 比如，交通公司从测绘部门购买了公路网用来交通规划，并且建立交通查询 系统，假如购买的数据是图1 3 所示的公路网。交通公司把公路网作为一个空间 参考数据，设计公交车站，如图1 5 所示，并且实现了交通查询系统。图】5 a 是 t l 版的公路网和公交站点数据叠加的结果，图1 5 b 是图1 5 a 局城区域放大两倍 的显示效果；图1 5 c 是t 2 版的公路网和公交站点数据叠加的结果，网1 5 d 是图 1 5 c 局域区域放大两倍的显示效果。数据与客观世界相符合，如果查询从a 地( 粉 红色三角符号) 到b 地( 粉红色三角符号) 的最短路线，则给出的结果是沿公路p 4 、 p 5 、p 7 的路线，经过编号为1 、2 、3 的公交站点，这个结果是诈确有效的。但 地形数据增量。青息分娄与表达研究 进行了修改，并在浚地形数据的基