摘 要：在分析現有更新模式和機制的基礎上，提出一種面向增量更新的地理空間數據版本化管理方法，設計了5年區間-年度區間-狀態版本的多級時態地理空間數據組織管理模式，以基態修正后的初始版本地理空間數據庫為基礎進行動態增量更新數據組織管理，以多時態索引疊加空間幾何索引、屬性語義索引構成復合時空索引進行多時態空間數據快速查詢檢索。實踐表明，該方法實現了多時態地理空間數據的高效組織管理和快速查詢檢索效率。

　　關鍵詞：多級時態地理空間數據;地理空間數據庫;版本化;增量更新;組織管理

　　大量高性能高精度測繪遙感傳感器和地理空間數據獲取平臺的投入使用，使得現有基礎地理信息數據庫和其他地理空間數據成果都面臨快速更新和高效管理的問題。早期地理空間數據更新主要采用全面更新、整版更新、定期更新等模式，帶來了數據冗余大、更新周期長、生產效率低等問題，也會導致數據管理維護成本增加、查詢檢索效率下降[1]。

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　　近年來我國基礎地理信息數據庫動態更新工程啟動，對基礎地理信息數據的現勢性和更新效率都提出了更高要求[2]。動態更新主要采用及時發現、及時測定、及時更新、增量更新模式，在縮短更新周期、提高地理空間數據現勢性、歷史數據查詢回溯方面具有明顯優勢，但這種模式對地理空間數據的組織與管理提出了更高要求。本文緊密結合地理空間數據更新所產生的多時態、多版本地理空間數據存儲冗余、組織管理不便、查詢效率低等問題，設計實現了一種面向增量更新的地理空間數據版本化管理方法。

　　1研究現狀

　　隨著地理空間數據庫持續更新技術發展，相對于地理空間數據庫全面、定期更新模式，動態增量更新僅對發生變化的空間數據及時更新，方式更為靈活，更新周期短，最大程度上保證了地理信息數據的現勢性，更能滿足今后數據庫更新的發展方向[3]。

　　原國家測繪地理信息局于2012年啟動了國家基礎地理信息數據庫動態更新工程，對我國1∶5萬、1∶25萬、1∶100萬基礎地理信息數據庫進行持續快速更新，每年更新一次、發布一版。國家基礎地理信息中心和地方測繪部門對在基礎地理信息更新中，以地形數據庫為基礎數據庫，構建多時態空間數據庫模型，實施基于增量的多時態數據庫建庫與動態更新[4-8]。應申等[9]研究了基于版本數據庫的空間要素變化信息提取和更新技術。

　　劉劍煒等[10]針對地形要素變化檢測需求，設計實現了基于矢量柵格化比較的變化檢測方法。盡管地理空間數據增量更新關鍵技術和理論相關研究取得了顯著成果，但對于解決持續動態增量更新中出現的長時限、多時態地理空間數據存貯、組織管理和回溯查詢等問題，現有的研究成果比較欠缺。本文以涵蓋地理信息和地圖制圖數據的一體化數據庫持續更新為研究對象，設計提出了面向增量更新的地理空間數據版本化組織管理方法，以期有效實現數據庫動態增量更新過程中多時態地理空間數據的高效存儲、組織管理和查詢檢索。

　　2方法原理

　　本文方法基本原理是基于原始基礎地理空間數據成果，建立地理信息數據庫基態版本，利用數據庫驅動的制圖表達技術生成初始版本地圖制圖數據庫，利用地理要素實體唯一關聯關系將地理信息數據和制圖數據合并形成基態一體化地理空間數據庫。

　　以基態數據庫為起點，對地理空間數據啟動動態增量更新。兼顧長時限、大規模地理空間數據與國民經濟和社會發展5年規劃協調一致，本文針對持續增加的跨年度、年度內不定期動態更新后的地理空間數據，對一體化數據庫在數據集層面設定5年周期對應一個整體庫、年度區間增量更新庫的兩級版本進行存儲、組織管理，對要素實體對象增加更新狀態標識;對一體化數據庫數據建立5年周期-年度區間-更新狀態版本構成三級時態版本索引，疊加空間幾何索引(R樹、四叉樹、B樹等)、屬性語義索引構成混合時空索引，實現多時態空間數據的快速查詢檢索。

　　2.1多時態地理空間數據庫構建

　　基于多時態空間數據常有的基態版本、歷史版本和現勢版本3種版本模式，將一體化地理空間數據庫設計為由現勢數據庫和多個5年區間版本的歷史數據庫組成，對地理空間數據以要素實體為對象擴展時態、版本狀態標識空間數據結構，使其成為多時態版本數據。

　　空間要素在原有屬性項基礎上擴展實體時態版本標識(Datetimes(如：2005-10-1212：32：21))和更新狀態版本標識(Vers(如：增加、刪除、修改))屬性字段，分別記錄要素更新時態和狀態版本;構建面向時態數據庫的現勢數據庫元數據表、歷史數據庫元數據表、年度增量數據元數據表等一系列元數據表，分別用來描述每個5年區間經過更新形成的現勢庫和歷史庫信息，以及標識5年區間內每一年度的地理實體要素更新變化信息。

　　2.2基態版本數據庫初始建庫原始基礎地理信息數據通過數據格式轉換、數學基礎統一、質量檢查等處理環節，增加初始狀態版本標識，形成基態修正后的初級版本地理信息數據庫，利用數據庫驅動的制圖表達技術生成相應的初始制圖數據，將地理信息和制圖數據通過要素實體唯一標識關聯進行實體化基態修正，構建初始版地理空間一體化數據庫GDB(V0)。

　　2.35年區間的空間數據更新周期管理以5年區間作為頂層版本實施地理空間數據更新管理，以初始版一體化數據庫或上一5年周期版本完整數據庫作為本周期的初始版本數據庫，在該區間內從第1年度至第5年度逐年實施年度區間動態增量更新與存儲管理，5年結束后形成一個5年周期完整歷史數據庫，作為初始版本數據轉入下一5年周期更新管理。

　　3實驗驗證

　　本文針對某地區1∶5萬地理信息與地圖制圖數據一體化動態增量更新管理進行了實踐驗證，首先是基于5年周期和年度區間兩級管理模式設計建立了1∶5萬基礎地理信息數據庫，對地理要素擴展了時態和操作狀態版本屬性字段，利用數據庫驅動制圖表達技術獲取了基態制圖數據，對1∶5萬實驗數據進行基態修正初始建庫，部署了由管理端、生產端組成的分布式更新實驗環境。具體動態更新過程是數據管理端根據各生產端的更新任務范圍，從地理空間數據庫中檢出待更新地理信息數據子庫和地理信息增量更新工作庫，將待更新地理信息子庫分發至各生產端。

　　各生產端利用生產更新軟件和多源現勢性資料通過數據轉換、采集編輯、拓撲檢查等環節進行地理信息數據更新，標定要素時態和操作狀態變化信息，如新增、修改和刪除等，得到地理信息增量數據包，提交至管理端。管理端將地理信息增量更新工作庫與增量更新包根據要素實體唯一標識確定更新數據與被更新數據間關聯關系，通過版本合并、沖突解決、質檢查、接邊檢查后得到增量數據包，完成增量更新數據入庫。

　　4結　語

　　本文方法以地理要素實體為研究對象，針對持續增加的動態增量更新數據的有效管理問題，將一體化地理空間數據庫劃分為現勢數據庫和若干歷史數據庫，建立了5年周期完整歷史數據庫、年度增量數據包、要素級更新狀態三級版本復合的版本化組織管理模式，這種版本化管理模式契合我國經濟社會統計更新規律，相比年度正版更新存儲極大解決了存儲空間，方便數據庫容災備份，降低海量地理空間數據受損風險。基于三級時態版本和空間索引構成的混合時空索引，保證了多時態數據快速查詢回溯和檢索。實驗表明本文方法兼顧長效機制，滿足增量更新下的地理空間數據科學化、合理化組織管理。

　　參考文獻

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　　[2]徐文桂.基礎地理信息聯動更新技術研究[J].技術與市場,2019,26(2):110-114

　　[3]田軍.基于基態修正模型的矢量數據增量更新機制研究[D].北京:北京建筑大學,2015

　　[4]黃焱,代玉,姜淼,等.淺談國家1∶50000地形圖動態更新制圖的技術流程[J].測繪與空間地理信息,2014,37(11):206-209

　　[5]王東華,劉建軍,商瑤玲,等.國家1∶50000基礎地理信息數據庫動態更新[J].測繪通報,2013,7(7):1-4

　　[6]王東華,劉建軍.國家基礎地理信息數據庫動態更新總體技術[J].測繪學報,2015,44(7):822-825

　　作者：王　峰1，安曉亞2，朱　璇3