王東華，劉建軍，張?jiān)?，劉劍?/p>

（國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830）

0 引 言

基礎(chǔ)地理信息是國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分[1-2]，是國(guó)家信息化的權(quán)威、統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)和空間載體，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國(guó)防建設(shè)和生態(tài)保護(hù)中不可或缺的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性信息資源[3-4]，具有通用性強(qiáng)、共享需求大、行業(yè)應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮基礎(chǔ)保障作用。

近年來，我國(guó)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)取得了顯著成績(jī)，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)范圍數(shù)據(jù)全覆蓋，并實(shí)現(xiàn)了“一年一版”動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)更新，還建立了多尺度、多類型、多版本高度集成的國(guó)家基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，持續(xù)為國(guó)土規(guī)劃、資源環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急救援體系建設(shè)等提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐[5]。

然而，隨著國(guó)際國(guó)內(nèi)信息化的快速發(fā)展，整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)于基礎(chǔ)地理信息的需求也發(fā)生了翻天覆地的變化。我國(guó)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)雖然取得了重大進(jìn)展和成就，但距離“全空間、全信息”（據(jù)劉先林院士）的更高需求依然存在一定差距，需要對(duì)國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的產(chǎn)品形式、數(shù)據(jù)模型、管理服務(wù)平臺(tái)等方面進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。

1 我國(guó)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與更新進(jìn)展

我國(guó)當(dāng)前的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)主要內(nèi)容包括矢量地形要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)(DLG)、正射影像數(shù)據(jù)庫(kù)(DOM)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)(DEM)、數(shù)字柵格地圖或地形圖制圖數(shù)據(jù)庫(kù)(DRG/DCM)等，也稱為“4D”產(chǎn)品。經(jīng)過30年的發(fā)展與建設(shè)，我國(guó)已經(jīng)建成了覆蓋全國(guó)、多尺度、全要素基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)現(xiàn)了快速動(dòng)態(tài)更新、多尺度聯(lián)動(dòng)更新。其中，全國(guó)1:1 000 000、1:250 000、1:50 000基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)為國(guó)家級(jí)，由國(guó)家測(cè)繪地理信息局負(fù)責(zé)建設(shè)與維護(hù)；1:10 000（或1:5 000）比例尺數(shù)據(jù)庫(kù)為省級(jí)，由各省、市及自治區(qū)負(fù)責(zé)；1:2 000、1:500比例尺數(shù)據(jù)庫(kù)為市縣級(jí)，由相應(yīng)的市縣負(fù)責(zé)建設(shè)和更新。

國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)歷經(jīng)了試驗(yàn)研究、初始建庫(kù)、全面更新、動(dòng)態(tài)更新4個(gè)歷史階段，實(shí)現(xiàn)了“從無(wú)到有、從有到新、從新到優(yōu)”的三步跨越式發(fā)展。自上世紀(jì)80年代中期開始，開展了技術(shù)研究和試驗(yàn)，建成了全國(guó)1:1 000 000數(shù)據(jù)庫(kù)；在“九五”“十五”期間，完成了全國(guó)1:250 000、1:50 000數(shù)據(jù)庫(kù)的初始建庫(kù)[6-8]；“十一五”期間，完成了國(guó)家基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的首次全面更新[9-11]，并實(shí)現(xiàn)了1:50 000尺度基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的全國(guó)覆蓋；“十二五”至今，國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)全面開展動(dòng)態(tài)更新，每年更新一次、發(fā)布一版，使重點(diǎn)要素的更新頻率達(dá)到1年，一般要素在2～3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)更新。同時(shí)，建立了地形制圖一體化的數(shù)據(jù)庫(kù)，1:250 000、1:1000000數(shù)據(jù)庫(kù)與1:50 000數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了年度聯(lián)動(dòng)更新。國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)歷程見表1。

表1 國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)情況一覽表Tab.1 The list of national fundamental geographic information database construction situation

近年來，省級(jí)1:10 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與更新加快推進(jìn)，到2016年底已經(jīng)覆蓋全國(guó)陸地國(guó)土約60%的面積，大多數(shù)省、市、自治區(qū)已實(shí)現(xiàn)全覆蓋或必要覆蓋，只有少數(shù)幾個(gè)省尚在積極爭(zhēng)取早日完成1:10000基礎(chǔ)地理信息的必要覆蓋。

大多數(shù)省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)在“十五”“十一五”期間完成了“初始建庫(kù)”，基本上都是核心要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，從已測(cè)制的地形圖上進(jìn)行數(shù)字化采集生產(chǎn)，現(xiàn)勢(shì)性也普遍比較差。從“十二五”期間開始，全國(guó)省級(jí)1:10 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)及更新全面開展，1:10 000DLG數(shù)據(jù)庫(kù)已基本上全面更新替換為全要素，DOM數(shù)據(jù)多為0.5～2.5m多分辨率正射影像，多個(gè)省還采用Lidar技術(shù)生產(chǎn)獲取了全省2～3m間距的高精度DEM數(shù)據(jù)，有10余個(gè)?。ㄊ校┮呀?jīng)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的常態(tài)化更新，實(shí)現(xiàn)1～3年全面更新1次，重點(diǎn)要素一年甚至半年更新1次，數(shù)據(jù)庫(kù)的現(xiàn)勢(shì)性大幅提高。通過對(duì)1:10 000基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的整合升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)范圍橫向統(tǒng)一，以及與國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的縱向銜接。同時(shí)，通過“數(shù)字城市地理空間框架”建設(shè)，實(shí)現(xiàn)城市建成區(qū)1:500（或1:1 000）、1:2 000大比例尺基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)基本覆蓋，為建成全國(guó)一體的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)改造的必要性

近年來，地理信息越來越成為信息社會(huì)的重要元素，隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)應(yīng)該順應(yīng)國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略需要，包括落實(shí)中央五大發(fā)展理念，實(shí)施“一帶一路”、“走出去”、海洋開發(fā)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)等國(guó)家重大戰(zhàn)略，全面建設(shè)小康社會(huì)與提升人民生活水平等。這對(duì)測(cè)繪地理信息特別是基礎(chǔ)地理信息提出了更高的需求：

一是從對(duì)地圖和數(shù)據(jù)產(chǎn)品的需求上升為對(duì)信息和服務(wù)的需求，要求面向行業(yè)或?qū)I(yè)應(yīng)用發(fā)展產(chǎn)品類型，并以信息產(chǎn)品和服務(wù)的方式進(jìn)行提供與發(fā)布。

二是從對(duì)宏觀需求逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)宏觀微觀雙重需求，要求地理信息具有更高分辨率、更高精度、更詳細(xì)的要素和屬性內(nèi)容。

三是要求拓展基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的覆蓋范圍，從國(guó)內(nèi)拓展到全球范圍、從陸地拓展到海洋、從地表拓展到地下和水下等多方面的基礎(chǔ)地理信息。

四是對(duì)數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性要求達(dá)到年、月甚至實(shí)時(shí)的需求，要求根據(jù)應(yīng)用需求，加快部分地區(qū)數(shù)據(jù)更新速度，平衡地區(qū)更新不一致的差距，并對(duì)應(yīng)急救援等應(yīng)用提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

由上可以看出，整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)于基礎(chǔ)地理信息的需求發(fā)生了翻天覆地的變化。我國(guó)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)雖然取得了重大的進(jìn)展和成就，但離國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)于基礎(chǔ)地理信息的需求依然存在很大的差距，難以適應(yīng)新形勢(shì)下迫切需要基礎(chǔ)地理信息全空間、全信息（據(jù)劉先林院士），優(yōu)化升級(jí)勢(shì)在必行。主要問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是產(chǎn)品模式及內(nèi)容方面。目前，我國(guó)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)產(chǎn)品依然是“4D”產(chǎn)品，產(chǎn)品類型單一，要素內(nèi)容也主要為地形圖上表示的要素及屬性，專業(yè)要素及屬性不夠豐富，可以滿足用戶最基本的需要，但難以滿足信息分析和決策支持等更高層次的應(yīng)用需要?！?D”產(chǎn)品是美國(guó)USGS在20世紀(jì)八、九十年代推出的產(chǎn)品形式，而國(guó)際上普遍按照國(guó)家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施(NSDI)中的框架數(shù)據(jù)(Framework)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。框架數(shù)據(jù)是用戶使用頻率最高的共用數(shù)據(jù)，不單是地形圖數(shù)據(jù)，包括測(cè)繪基準(zhǔn)、地形地貌、正射影像、行政區(qū)界、地籍、交通、水系水文、土地覆蓋、地名地址等，各個(gè)國(guó)家會(huì)根據(jù)應(yīng)用需要加減不同的信息內(nèi)容。美國(guó)政府通過國(guó)家空間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)委員會(huì)協(xié)調(diào)各部門，按照地理空間框架建立了上千要素層的國(guó)家地圖(National Map)；英國(guó)也建立了跨部門、跨專業(yè)、高精度、全要素的綜合地理數(shù)據(jù)庫(kù)(Master Map)；印度的全國(guó)地理數(shù)據(jù)庫(kù)由總理負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各部門共同完成，除了地形、地物和地貌要素外，加載了人口、經(jīng)濟(jì)和應(yīng)急等方面要素及300多項(xiàng)屬性；其他一些發(fā)達(dá)國(guó)家也在開展類似工作。

二是數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)的方式方面。目前我國(guó)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)行分級(jí)建設(shè)和管理維護(hù)。分級(jí)的方式是按照地形圖比例尺，國(guó)家級(jí)負(fù)責(zé)1:1000000、1:250 000、1:50 000數(shù)據(jù)庫(kù)，省級(jí)負(fù)責(zé)1:10000或1:5 000數(shù)據(jù)庫(kù)，地市級(jí)負(fù)責(zé)1:500、1:2 000數(shù)據(jù)庫(kù)。這種按照比例尺分別建庫(kù)以及對(duì)要素內(nèi)容進(jìn)行綜合取舍的方式，造成要素不全、精度降低，許多要素在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中重復(fù)采集和存儲(chǔ)，詳細(xì)程度和精度不盡相同，還可能產(chǎn)生不一致或矛盾，給綜合性的集成應(yīng)用帶來很大困難。實(shí)際上這種思維模式來源于傳統(tǒng)的地圖制圖，在一張紙上要表示一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地理信息，必須要按比例尺并選取重要的要素。而作為地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)地區(qū)沒有必要按尺度建幾個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，最好是建立一個(gè)內(nèi)容最詳細(xì)、精度最高、現(xiàn)勢(shì)性最好的數(shù)據(jù)庫(kù)，既避免了資金浪費(fèi)，又方便應(yīng)用。同時(shí)，由各專業(yè)部門負(fù)責(zé)建立各級(jí)、各類、各專題地理數(shù)據(jù)庫(kù)，形成一個(gè)個(gè)多元異構(gòu)、分散孤立的信息孤島，難以實(shí)現(xiàn)共建共享、互聯(lián)互通、協(xié)同服務(wù)。

三是在數(shù)據(jù)模型方面?？臻g數(shù)據(jù)模型是用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理的形式化語(yǔ)言來定義和描述現(xiàn)實(shí)世界地理實(shí)體、地理現(xiàn)象及其相互關(guān)系，是現(xiàn)實(shí)世界到計(jì)算機(jī)世界的映射?，F(xiàn)實(shí)世界非常復(fù)雜多樣，從不同角度、用不同方法去認(rèn)識(shí)和理解現(xiàn)實(shí)世界，將產(chǎn)生不同的認(rèn)知模型[12-13]。如果建立數(shù)據(jù)庫(kù)的目的和用途不同，描述地理實(shí)體和對(duì)象的空間數(shù)據(jù)模型也就不同，因此對(duì)地理要素的表現(xiàn)方式（如二維還是三維，矢量還是柵格等）、分類分級(jí)、地理實(shí)體、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等會(huì)出現(xiàn)差異。當(dāng)前的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)還基本上沿用傳統(tǒng)地形圖的的應(yīng)用定位，即需要滿足地圖用戶的通用性及基本需求，所以其數(shù)據(jù)模型也是基于這個(gè)視角來對(duì)地理要素的表現(xiàn)方式、分類分級(jí)、地理實(shí)體和關(guān)系等進(jìn)行定義，難以自動(dòng)轉(zhuǎn)換到當(dāng)前信息化時(shí)代的各種專業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)模型下，妨礙了數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用。

四是在技術(shù)及管理方面。大范圍地理信息的變化發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化程度不高，實(shí)際工程中仍以人工為主，生產(chǎn)效率難以進(jìn)一步提高。另一方面，由于保密原因，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的新技術(shù)難以采用，基于泛在眾包的新模式難以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步制約了更新技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。在分級(jí)管理的體制下，存在規(guī)劃、計(jì)劃、資金、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)等方面協(xié)同性困難問題，且各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，全國(guó)范圍的數(shù)據(jù)建庫(kù)和更新難以統(tǒng)一和同步，因此大大影響和制約了數(shù)據(jù)成果的應(yīng)用價(jià)值，不能滿足應(yīng)用的需要。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)改造基本思路

3.1 總體思路

未來國(guó)家地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展應(yīng)該由國(guó)家測(cè)繪地理信息部門進(jìn)行統(tǒng)籌，聯(lián)合省、地、市、縣測(cè)繪地理信息部門，并與各專業(yè)部門合作共同構(gòu)建。新型數(shù)據(jù)庫(kù)主要遵循“需求驅(qū)動(dòng)、面向應(yīng)用”的基本原則，按照“統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、融合建庫(kù)、豐富擴(kuò)展、云平臺(tái)服務(wù)”的基本思路進(jìn)行建設(shè)。

1）統(tǒng)籌設(shè)計(jì)

深入調(diào)研分析，全面理清應(yīng)用需求，突破原本按照地形圖的設(shè)計(jì)模式，實(shí)行按需設(shè)計(jì)，要在統(tǒng)籌設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。摒棄綜合取舍和按比例尺制圖思路，按需應(yīng)采盡采、全面表達(dá)，實(shí)現(xiàn)最大比例尺基礎(chǔ)地理信息無(wú)縫融合。同時(shí)，升級(jí)創(chuàng)新數(shù)據(jù)模型，從地理實(shí)體模型、三維數(shù)據(jù)模型和時(shí)空動(dòng)態(tài)模型三方面建設(shè)新型地理數(shù)據(jù)庫(kù)，建設(shè)成“全國(guó)統(tǒng)一、多尺度融合、多專題齊全”的數(shù)據(jù)庫(kù)。最終通過云平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪成果的共享，并為政府機(jī)構(gòu)、專業(yè)部門和測(cè)繪應(yīng)用提供統(tǒng)一的信息服務(wù)。

2）融合建庫(kù)

在縱向上，要實(shí)現(xiàn)全國(guó)統(tǒng)一、多尺度融合，改變按比例尺建庫(kù)的技術(shù)模式，建立政務(wù)版（秘密版）和公開版兩大類數(shù)據(jù)庫(kù)以解決保密問題。國(guó)家、省、地市要按區(qū)域分工負(fù)責(zé)，避免重復(fù)。

在橫向上，要形成綜合型、各專題齊全的數(shù)據(jù)庫(kù)，改變現(xiàn)有的產(chǎn)品分類模式，根據(jù)應(yīng)用需要新增數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品類型。不同部門、不同項(xiàng)目要按照要素內(nèi)容分工負(fù)責(zé)，避免重復(fù)工作。

3）豐富擴(kuò)展

要通過邊境測(cè)繪、海洋測(cè)繪、全球測(cè)圖等工作，擴(kuò)展地理信息覆蓋范圍。另外，協(xié)同專業(yè)部門，豐富地理信息內(nèi)容特別是專題要素信息。諸如，可通過民政部地名普查成果，豐富綜合地名地址信息；可通過水利部水利普查成果，豐富水系要素內(nèi)容及屬性信息；可通過國(guó)土部土地調(diào)查成果，豐富地表植被、土地利用等信息。

4）云平臺(tái)服務(wù)

要從地理信息數(shù)據(jù)的靜態(tài)版本提供走向動(dòng)態(tài)信息服務(wù)發(fā)布，開展全國(guó)地理信息產(chǎn)品服務(wù)的模型與方法研究，深化對(duì)地理信息及其變化信息發(fā)現(xiàn)、更新、發(fā)布及服務(wù)提供的認(rèn)知，提出地理信息動(dòng)態(tài)服務(wù)的理論模型與技術(shù)方法。繼而在云環(huán)境下，根據(jù)地理信息的時(shí)空大數(shù)據(jù)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算框架下的海量地理信息數(shù)據(jù)高效計(jì)算、專業(yè)信息產(chǎn)品集成，構(gòu)建支撐涵蓋地理信息及其變化的更新、發(fā)布及應(yīng)用服務(wù)計(jì)算與提供的新模式共享平臺(tái)。

3.2 產(chǎn)品形式升級(jí)創(chuàng)新

新型基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品形式升級(jí)創(chuàng)新主要可體現(xiàn)為“縱向融合、橫向整合、應(yīng)采盡采與全面表達(dá)”。

1）縱向融合

突破現(xiàn)有基礎(chǔ)地理信息按照比例尺劃分的模式，將不再考慮比例尺、載幅量、綜合取舍等規(guī)則和限制，繼而通過將同一區(qū)域內(nèi)的最大比例尺基礎(chǔ)地理信息無(wú)縫融合，建立綜合性、基礎(chǔ)性的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)。在具體應(yīng)用時(shí)，在該數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，按照應(yīng)用需求確定尺度、內(nèi)容、精度等問題，通過技術(shù)手段快速派生出適合于各行業(yè)的應(yīng)用產(chǎn)品。

2）橫向整合

突破現(xiàn)有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品類型單一、數(shù)據(jù)內(nèi)容偏重地形圖制圖、缺少顧及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及各專業(yè)部門應(yīng)用需求的專題數(shù)據(jù)的缺陷，發(fā)展融合交通、水利、管線、民政等多方面的數(shù)據(jù)，同時(shí)包含社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人文信息等多方面屬性信息的綜合型的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

3）應(yīng)采盡采，全面表達(dá)

突破原來制圖思維下要素按比例尺進(jìn)行綜合取舍的模式，將符合指標(biāo)的地理要素應(yīng)采盡采，全面表達(dá)到新型基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。基于此，可實(shí)現(xiàn)提供真正的地理信息產(chǎn)品，取代以往數(shù)字化地圖的形式。在各行業(yè)部門應(yīng)用時(shí)，將不囿于現(xiàn)有的主體底圖顯示模式，升級(jí)到對(duì)地理信息的統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)等的使用模式。

3.3 數(shù)據(jù)模型升級(jí)創(chuàng)新

在傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上，結(jié)合新形式下對(duì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品和服務(wù)的需求進(jìn)行創(chuàng)新，新型基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)將重點(diǎn)在“地理實(shí)體模型、三維數(shù)據(jù)模型、時(shí)空動(dòng)態(tài)模型”這3個(gè)方面進(jìn)行數(shù)據(jù)模型升級(jí)。

1）顧及多種應(yīng)用的地理實(shí)體模型升級(jí)

地理實(shí)體模型與應(yīng)用需求緊密相關(guān)。在不同的應(yīng)用需求下，應(yīng)設(shè)計(jì)和采用不同的地理實(shí)體模型。以長(zhǎng)江為例，在國(guó)家級(jí)、省級(jí)、城市級(jí)等不同級(jí)別河長(zhǎng)制的應(yīng)用需求下，“長(zhǎng)江”這個(gè)地理實(shí)體對(duì)象也是各不相同的；同樣，在航道管理、防汛預(yù)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、地理研究等不同方向的應(yīng)用需求下，“長(zhǎng)江”這個(gè)地理實(shí)體對(duì)象也是不盡相同的。

按照“需求驅(qū)動(dòng)、面向應(yīng)用”的原則，充分調(diào)研分析各專業(yè)部門、各社會(huì)用戶的應(yīng)用需求，改變目前的以滿足通用需求和基本應(yīng)用為主的產(chǎn)品定位，通過重新定義和設(shè)計(jì)新型的基礎(chǔ)地理信息對(duì)象內(nèi)容和模型規(guī)則，將以“點(diǎn)、線、面”要素為基本對(duì)象單元的簡(jiǎn)單地理實(shí)體模型升級(jí)為顧及多種應(yīng)用需求的復(fù)合地理實(shí)體模型。進(jìn)而可以根據(jù)不同應(yīng)用需要，基于相應(yīng)的模型轉(zhuǎn)換重組規(guī)則，就可便捷地進(jìn)行轉(zhuǎn)換和重組地理實(shí)體。

基于地理實(shí)體模型升級(jí)的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，其描述的地理實(shí)體更加符合人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)和思維習(xí)慣，更易于被用戶理解和接受。以地理實(shí)體為單位也更易將地理信息與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和各類專業(yè)屬性進(jìn)行掛接，更有利于對(duì)地理實(shí)體進(jìn)行相關(guān)操作和一體化管理。

2）基于三維數(shù)據(jù)模型升級(jí)

傳統(tǒng)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中地理實(shí)體的空間表達(dá)主要側(cè)重于二維坐標(biāo)的描述，普遍缺乏第三維的高程信息。盡管數(shù)據(jù)高程模型可用于表達(dá)地球表面的地形起伏，但其高程信息與地理實(shí)體相分離。單一側(cè)重二維或高程信息的表達(dá)與人在三維化信息空間中認(rèn)識(shí)的現(xiàn)象不符，且難以對(duì)地表物體的多層高程信息及復(fù)雜的地下物體進(jìn)行空間表達(dá)[14]。

面向立體交通、地下管網(wǎng)、地質(zhì)礦山、城市建設(shè)與管理等對(duì)空間物體三維信息的需求，結(jié)合現(xiàn)有地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的二維坐標(biāo)信息和高程信息，迫切需要進(jìn)行三維數(shù)據(jù)模型升級(jí)，發(fā)展新型的三維地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

基于三維數(shù)據(jù)模型升級(jí)的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，其描述的區(qū)域現(xiàn)象符合人們?cè)诙嗑S化信息空間中認(rèn)識(shí)現(xiàn)象的習(xí)慣，便于用戶全方位地獲取知識(shí)。這有利于高效地組織和管理三維空間數(shù)據(jù)，便于對(duì)區(qū)域?qū)ο蟮牡厣系叵乱惑w化管理，還可為地理信息真三維可視化提供重要基礎(chǔ)。

3）基于時(shí)空動(dòng)態(tài)模型升級(jí)

傳統(tǒng)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)每更新一次均可獲取一套完整數(shù)據(jù)版本，形成版本式或快照式數(shù)據(jù)庫(kù)。然而，由于各個(gè)數(shù)據(jù)版本之間是靜態(tài)的，難以建立版本之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，不利于數(shù)據(jù)版本之間的對(duì)比和分析，這給面向各行業(yè)需求的時(shí)空地理數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用造成了阻礙。

基于時(shí)空動(dòng)態(tài)模型的升級(jí)主要體現(xiàn)在以某一版本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用要素級(jí)多時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)模型[15-16]，按照時(shí)間順序先后在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)版本上進(jìn)行增加、刪除或修改地理現(xiàn)象相關(guān)的位置和屬性信息等，而這些操作所引起的變化將以增量形式也按時(shí)間順序存儲(chǔ)于原基礎(chǔ)數(shù)據(jù)版本中（自2012年起，國(guó)家1:50 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)已實(shí)現(xiàn)基于增量的動(dòng)態(tài)更新和要素級(jí)多時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)管理）。

基于時(shí)空動(dòng)態(tài)模型升級(jí)的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，不僅能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)地理現(xiàn)象的時(shí)間和空間信息的表達(dá)和建模，也能方便、快速地存儲(chǔ)、管理時(shí)空信息。這對(duì)模擬和預(yù)測(cè)地理信息時(shí)空變化研究具有重要意義，也為自然環(huán)境和氣候監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急等應(yīng)用提供重要數(shù)據(jù)支撐。

3.4 管理服務(wù)平臺(tái)升級(jí)創(chuàng)新

傳統(tǒng)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)過程中，不同尺度、不同專題數(shù)據(jù)往往由各級(jí)各部門分別建設(shè)，不僅易造成重復(fù)建設(shè)、資源浪費(fèi)，而且還易導(dǎo)致信息冗余和不一致等問題。同時(shí)，由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)模型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)升級(jí)、數(shù)據(jù)表的維護(hù)需要耗費(fèi)大量人力物力，造成了各級(jí)各類數(shù)據(jù)庫(kù)多元異構(gòu)、分散孤立，難以共建共享、互聯(lián)互通和協(xié)同服務(wù)的現(xiàn)狀。

管理服務(wù)平臺(tái)升級(jí)主要體現(xiàn)在采用云平臺(tái)為基礎(chǔ)架構(gòu)，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的各種計(jì)算資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和動(dòng)態(tài)分配，并建立高速通道，提高存儲(chǔ)和計(jì)算能力利用率，并以數(shù)據(jù)為中心，以虛擬化技術(shù)為手段，利用SOA架構(gòu)為各行業(yè)用戶提供安全、可靠、便捷的數(shù)據(jù)及應(yīng)用服務(wù)。

基于地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺(tái)的新型基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)概念圖如圖1所示，在地理信息云平臺(tái)基礎(chǔ)上，將不同尺度、不同類型的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)由各測(cè)繪部門按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)和維護(hù)，通過地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)測(cè)繪成果的共享，改變目前各級(jí)、各類數(shù)據(jù)庫(kù)分割、孤立的現(xiàn)狀，并為政府機(jī)構(gòu)、專業(yè)部門和測(cè)繪應(yīng)用提供統(tǒng)一的服務(wù)，包括數(shù)據(jù)服務(wù)、地圖服務(wù)、基于多源數(shù)據(jù)的挖掘、統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)等。

圖1 基于云平臺(tái)的新型基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)概念圖Fig.1 Concept map of new national fundamental geographic information database construction based on cloud platform

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過30年的努力發(fā)展，我國(guó)在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)方面已取得了顯著成績(jī)，建立了多尺度、多類型、多版本高度集成的國(guó)家基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，并形成了一整套數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)與更新技術(shù)體系。但隨著國(guó)際國(guó)內(nèi)信息化的快速發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各行業(yè)對(duì)基礎(chǔ)地理信息提出了新需求。

針對(duì)這些需求，本文從現(xiàn)有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)存在的不足出發(fā)，簡(jiǎn)述了其在產(chǎn)品模型、更新技術(shù)、生產(chǎn)實(shí)施和管理服務(wù)方面的限制，基于“需求驅(qū)動(dòng)、面向應(yīng)用”的基本原則，按照“統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、融合建庫(kù)、豐富擴(kuò)展、云平臺(tái)服務(wù)”的基本思路，提出了國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)改造的初步設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括“縱向融合、橫向整合、應(yīng)采盡采與全面表達(dá)”的產(chǎn)品形式升級(jí)、基于“地理實(shí)體模型、三維數(shù)據(jù)模型、時(shí)空動(dòng)態(tài)模型”的數(shù)據(jù)模型升級(jí)、以及基于云平臺(tái)的管理服務(wù)平臺(tái)建設(shè)升級(jí)等。

這一系列升級(jí)改造將有助于優(yōu)化基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的技術(shù)模式、生產(chǎn)組織模式和信息服務(wù)模式，促進(jìn)新型基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)體系構(gòu)建和基礎(chǔ)測(cè)繪轉(zhuǎn)型升級(jí)，有利于提升我國(guó)基礎(chǔ)測(cè)繪成果的應(yīng)用服務(wù)水平，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展提供更好的測(cè)繪保障服務(wù)。