自然资源三维动态信息系统构建
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第 ４２ 卷 第 １ 期 ２０１９ 年 １ 月
现 代 测 绘 Ｍｏｄｅｒｎ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ
Ｖｏｌ．４２， Ｊａｎ．，２０１９
自然资源三维动态信息系统构建
罗 震 霄１，２，王 斌１，２
（１．江苏兰德数码科技有限公司，江苏 南京 ２１００４６；２．江苏省地理信息产业研究院，江苏 南京 ２１００４６）
０ 引 言
长期以来，我 国 自 然 资 源 实 行 分 头 管 理，自 然 资源调查监 测 的 对 象、范 围、内 容 等 各 方 面 工 作 存 在交叉，不利于将各 类 自 然 资 源 作 为 一 个 生 命 共 同 体进行统一治理 。 ［１］ 《自 然 资 源 统 一 确 权 登 记 办 法 （试行）》要 求 对 自 然 资 源 所 有 权 开 展 确 权 登 记，划 清全民 所 有 和 集 体 所 有 之 间 的 边 界，划 清 全 民 所 有、不同层 级 政 府 行 使 所 有 权 的 边 界，进 一 步 明 确 国家自然资源的权利和保护范围 。 ［２］ 第三次全国 国 土调查工 作 也 要 求 构 建 “统 一 组 织 开 展、统 一 法 规 依据、统 一 调 查 体 系、统 一 分 类 标 准、统 一 技 术 规 范、统一数 据 平 台 ”的 “六 统 一 ”自 然 资 源 调 查 监 测 体系，构建基础调查结合专项调查 的 “１＋Ｘ”型 自 然 资源调查体 系 。 ［１］ 面 向 上 述 新 要 求，需 要 有 效 的 方 式 对 自 然 资 源 信 息 进 行 存 储 、管 理 与 展 示 。
摘 要 当前全国组织开展的自然资源统一确权登记试点工作已取得了阶段性成果，如 何 对 自 然 资 源 调 查 确 权 工 作中利用和形成的多源异构 、多时相数据，按照几何三维、时空四维特征进行存储、管 理、展 示 则 成 为 迫 切 需 要 解 决 的重要问题 。本文结合如东县自然资源调查试点工作，借 鉴 第 三 次 全 国 国 土 调 查 数 据 建 库 与 管 理 系 统 开 发 经 验， 从自然资源数据管理的实际需求与后期深化应用角度出发，探索了覆盖陆海空间、涵 盖 地 上 地 下、过 程 动 态 的 自 然 资源调查监测成果数据管理方法 ，设计了市县级三维自 然 资 源 时 空 数 据 库 及 其 管 理 平 台 的 数 据 模 型、数 据 结 构 及 数据组织方式 ，构建了自然资源管理信息系统，可为自然资源数据有效管理、分析与应用提供有益借鉴。 关 键 词 自 然 资 源 ；三 维 动 态 信 息 ；时 空 数 据 模 型 ；地 理 数 据 结 构 中 图 分 类 号 ：Ｐ２０８．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２－４０９７（２０１９）０１－０００７－０５
１ 面 向 自 然 资 源 管 理 的 时 空 数 据 模 型
时空数据 模 型 是 一 种 有 效 组 织 和 管 理 地 理 数 据，使空间位置、几 何 形 态、变 化 过 程 的 表 达 更 为 鲜
明，语义、关 系、属 性 表 达 完 备 的 地 理 数 据 模 型 。 ［４］ 自然资源 的 时 空 特 征 决 定 了 对 其 数 据 管 理 必 须 采 用时空数据模型作为基础支撑。 １．１ 时 空 数 据 模 型 的 选 择
自然资源 的 调 查 工 作 与 已 开 展 的 第 三 次 全 国 国土调查工 作 相 比，其 调 查 内 容 涵 盖 范 围 更 广，涉 及到水流、森林、草 地、荒 地、滩 涂、海 洋 等 各 类 自 然 资源及其随着季 节、年 份 不 断 变 化 的 过 程。 这 就 需 要充分借 鉴 为 国 土 调 查 和 各 类 专 项 自 然 资 源 调 查 数据建库与管理系 统 开 发 的 经 验，充 分 表 达 各 类 自 然资源的时 空 特 征，形 成 图 文 一 体 化、二 三 维 一 体 化、时空一体化的自然资源管理信息系统 。 ［３］
常见的 时 空 模 型 包 括 有 立 方 体 模 型、快 照 模 型、基态修 正 பைடு நூலகம் 型、时 空 组 合 模 型 和 以 事 件 为 中 心 的面向对象数据模型等 。 ［５］ 这些模型在对时空数 据 的记录及 表 达 上 各 有 侧 重。 综 合 当 前 自 然 资 源 的 数据特点，选择基态 修 正 模 型 （也 称 底 图 叠 加 模 型） 来建立三维自然资源时空数据库。
针对上述问题，此 次 面 向 自 然 资 源 的 时 空 数 据 模型构建，采用基态 修 正 模 型 与 快 照 模 型 相 结 合 的 方式，按照 一 定 时 间 间 隔 建 立 快 照，并 以 快 照 节 点 设立基线，后 继 变 更 数 据 在 此 基 线 的 基 础 上 添 加。 数据调取时，根 据 时 间 取 得 最 近 的 基 线 数 据，再 结
项 目 来 源 ：国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 （４１６３１１７５） 第 一 作 者 简 介 ：罗 震 霄 ，本 科 ，研 究 方 向 为 软 件 开 发 、软 件 架 构 设 计 、项 目 管 理 等 。
常规二维 矢 量 数 据 的 存 储，因 数 据 量 较 小，数 据对象化和编码规 则 较 为 清 晰，使 用 基 态 修 正 模 型 可以有效 解 决 对 象 随 时 间 的 变 化。 但 当 自 然 资 源 数据以三维 表 面、三 维 体 元、三 维 矢 量 来 记 录 和 存 储时，则因涉及数 据 量 大、变 动 对 象 不 明 确 的 问 题， 使常规的 基 态 修 正 模 型 随 修 正 次 数 不 断 增 加 调 取 时态数据时存在动态计算复杂度不断变大的问题。
基态修正 模 型 的 核 心 思 想 是 记 录 时 空 对 象 的 初始状态，在后继的 时 间 序 列 中 只 记 录 相 对 于 前 一 时刻变 化 的 部 分，通 过 两 者 叠 加 获 得 后 继 时 态 版 本，该模型 的 数 据 记 录 方 式 可 有 效 减 少 数 据 冗 余， 并记录对象在时间序列上的变化情况。 １．２ 对 基 态 修 正 模 型 的 改 进
现 代 测 绘 Ｍｏｄｅｒｎ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ
Ｖｏｌ．４２， Ｊａｎ．，２０１９
自然资源三维动态信息系统构建
罗 震 霄１，２，王 斌１，２
（１．江苏兰德数码科技有限公司，江苏 南京 ２１００４６；２．江苏省地理信息产业研究院，江苏 南京 ２１００４６）
０ 引 言
长期以来，我 国 自 然 资 源 实 行 分 头 管 理，自 然 资源调查监 测 的 对 象、范 围、内 容 等 各 方 面 工 作 存 在交叉，不利于将各 类 自 然 资 源 作 为 一 个 生 命 共 同 体进行统一治理 。 ［１］ 《自 然 资 源 统 一 确 权 登 记 办 法 （试行）》要 求 对 自 然 资 源 所 有 权 开 展 确 权 登 记，划 清全民 所 有 和 集 体 所 有 之 间 的 边 界，划 清 全 民 所 有、不同层 级 政 府 行 使 所 有 权 的 边 界，进 一 步 明 确 国家自然资源的权利和保护范围 。 ［２］ 第三次全国 国 土调查工 作 也 要 求 构 建 “统 一 组 织 开 展、统 一 法 规 依据、统 一 调 查 体 系、统 一 分 类 标 准、统 一 技 术 规 范、统一数 据 平 台 ”的 “六 统 一 ”自 然 资 源 调 查 监 测 体系，构建基础调查结合专项调查 的 “１＋Ｘ”型 自 然 资源调查体 系 。 ［１］ 面 向 上 述 新 要 求，需 要 有 效 的 方 式 对 自 然 资 源 信 息 进 行 存 储 、管 理 与 展 示 。
摘 要 当前全国组织开展的自然资源统一确权登记试点工作已取得了阶段性成果，如 何 对 自 然 资 源 调 查 确 权 工 作中利用和形成的多源异构 、多时相数据，按照几何三维、时空四维特征进行存储、管 理、展 示 则 成 为 迫 切 需 要 解 决 的重要问题 。本文结合如东县自然资源调查试点工作，借 鉴 第 三 次 全 国 国 土 调 查 数 据 建 库 与 管 理 系 统 开 发 经 验， 从自然资源数据管理的实际需求与后期深化应用角度出发，探索了覆盖陆海空间、涵 盖 地 上 地 下、过 程 动 态 的 自 然 资源调查监测成果数据管理方法 ，设计了市县级三维自 然 资 源 时 空 数 据 库 及 其 管 理 平 台 的 数 据 模 型、数 据 结 构 及 数据组织方式 ，构建了自然资源管理信息系统，可为自然资源数据有效管理、分析与应用提供有益借鉴。 关 键 词 自 然 资 源 ；三 维 动 态 信 息 ；时 空 数 据 模 型 ；地 理 数 据 结 构 中 图 分 类 号 ：Ｐ２０８．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２－４０９７（２０１９）０１－０００７－０５
１ 面 向 自 然 资 源 管 理 的 时 空 数 据 模 型
时空数据 模 型 是 一 种 有 效 组 织 和 管 理 地 理 数 据，使空间位置、几 何 形 态、变 化 过 程 的 表 达 更 为 鲜
明，语义、关 系、属 性 表 达 完 备 的 地 理 数 据 模 型 。 ［４］ 自然资源 的 时 空 特 征 决 定 了 对 其 数 据 管 理 必 须 采 用时空数据模型作为基础支撑。 １．１ 时 空 数 据 模 型 的 选 择
自然资源 的 调 查 工 作 与 已 开 展 的 第 三 次 全 国 国土调查工 作 相 比，其 调 查 内 容 涵 盖 范 围 更 广，涉 及到水流、森林、草 地、荒 地、滩 涂、海 洋 等 各 类 自 然 资源及其随着季 节、年 份 不 断 变 化 的 过 程。 这 就 需 要充分借 鉴 为 国 土 调 查 和 各 类 专 项 自 然 资 源 调 查 数据建库与管理系 统 开 发 的 经 验，充 分 表 达 各 类 自 然资源的时 空 特 征，形 成 图 文 一 体 化、二 三 维 一 体 化、时空一体化的自然资源管理信息系统 。 ［３］
常见的 时 空 模 型 包 括 有 立 方 体 模 型、快 照 模 型、基态修 正 பைடு நூலகம் 型、时 空 组 合 模 型 和 以 事 件 为 中 心 的面向对象数据模型等 。 ［５］ 这些模型在对时空数 据 的记录及 表 达 上 各 有 侧 重。 综 合 当 前 自 然 资 源 的 数据特点，选择基态 修 正 模 型 （也 称 底 图 叠 加 模 型） 来建立三维自然资源时空数据库。
针对上述问题，此 次 面 向 自 然 资 源 的 时 空 数 据 模型构建，采用基态 修 正 模 型 与 快 照 模 型 相 结 合 的 方式，按照 一 定 时 间 间 隔 建 立 快 照，并 以 快 照 节 点 设立基线，后 继 变 更 数 据 在 此 基 线 的 基 础 上 添 加。 数据调取时，根 据 时 间 取 得 最 近 的 基 线 数 据，再 结
项 目 来 源 ：国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 （４１６３１１７５） 第 一 作 者 简 介 ：罗 震 霄 ，本 科 ，研 究 方 向 为 软 件 开 发 、软 件 架 构 设 计 、项 目 管 理 等 。
常规二维 矢 量 数 据 的 存 储，因 数 据 量 较 小，数 据对象化和编码规 则 较 为 清 晰，使 用 基 态 修 正 模 型 可以有效 解 决 对 象 随 时 间 的 变 化。 但 当 自 然 资 源 数据以三维 表 面、三 维 体 元、三 维 矢 量 来 记 录 和 存 储时，则因涉及数 据 量 大、变 动 对 象 不 明 确 的 问 题， 使常规的 基 态 修 正 模 型 随 修 正 次 数 不 断 增 加 调 取 时态数据时存在动态计算复杂度不断变大的问题。
基态修正 模 型 的 核 心 思 想 是 记 录 时 空 对 象 的 初始状态，在后继的 时 间 序 列 中 只 记 录 相 对 于 前 一 时刻变 化 的 部 分，通 过 两 者 叠 加 获 得 后 继 时 态 版 本，该模型 的 数 据 记 录 方 式 可 有 效 减 少 数 据 冗 余， 并记录对象在时间序列上的变化情况。 １．２ 对 基 态 修 正 模 型 的 改 进