【摘 要】数字城市升级到智慧城市是城市治理现代化的必然趋势，地理空间框架数据是数字城市的重要基础数据库，实现了基础地理信息数据的共享与服务，也是智慧城市重要的空间数据基础。智慧城市互联互通的特性决定了只有实时动态更新的数据才能满足城市的建设规划、应急指挥、公共服务等智慧化运营管理需求。针对该问题，文章提出了一种基于基础地理信息核心数据库，通过建设快速更新系统，实现政务库与发布库同步更新的动态更新体系架构。
【关键词】数字城市;智慧城市;地理信息数据;动态更新
1 智慧城市对地理信息数据更新的要求
1.1 数字城市
数字城市广义上指城市的信息化。它既是城市信息化总的概述，又是城市信息化的目标，即用数字化的手段来处理、分析和管理整个城市，促进城市运行的通畅和协调[1]。
随着经济社会的发展，地理空间信息已经成为城市管理、大众日常生活不可缺少的组成部分，地理空间信息为城市发展、资源管理、环境治理、防灾减灾、交通运输等诸多与社会可持续发展紧密相关的领域提供了基于空间位置的技术支持与服务，许多行业的生产方式在很大程度上得以改变，大大推动了经济社会的全方位发展。而地理空间框架是现代测绘体系的主要运行形态，是数字城市的重要组成部分之一。地理空间框架的建设运行，可从根本上改变地理信息服务的模式，实现从离线数据拷贝到在线服务的升级，对提升地理信息服务水平、挖掘地理信息数据的最大价值、增强社会组织对地理信息资源的开发和利用能力，具有重要意义。
1.2 从数字城市到智慧城市
2014年8月，国家发改委等八部委联合印发了《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》，提出智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式[2]。
数字城市建设是智慧城市建设的必要条件，智慧城市是数字城市的必然趋势。人口信息数据、政务数据、地理空间数据等数字化成果为智慧城市提供了坚实的数据基础，如何利用大数据、人工智慧等技术对这些数据进行有效的分析、挖掘，是智慧城市建设的关键所在。
1.3 智慧城市地理信息数据更新要求
据统计，人们日常应用的信息中80%以上与空间位置相关，地理信息已经从专业领域应用走向了大众的、泛在的应用。测绘地理信息成为城市建设、发展及管理等应用中必不可少的重要基础信息。
智慧城市的核心在于建设城市运营的“大脑”，具有空间位置的地理信息数据是“大脑”进行分析的重要信息来源，只有实时更新的地理信息数据才能满足城市的建设规划、应急指挥、公共服务等智慧化运行管理需求。
2 地理信息数据动态更新体系方案
2.1 更新机制
随着城市建设的不断推进和数据采集手段的丰富，地理信息数据的现势性问题日益突出，不断更新的数据是地图应用的核心价值之一，如何利用地理信息技术实现地理空间数据的实时更新，成为必须解决的问题。
通过对地理空间数据应用需求的分析，其更新机制可采用两种模式：应急更新、定期更新。
2.1.1 应急更新
面对突发事件等应急情况，采取无人机、传感器、物联网等现代感知技术手段，快速获取事发地及相关区域的航空航天影像数据、传感监测数据、地面实测数据及相关已有专题数据，这些高现势性的数据需要及时通过地理信息公共服务平台发布出来，满足应急救灾与风险管理需求[3]。
2.1.2 定期更新
制定基础测绘数据定期更新机制，按权重划分区域，对不同区域的地理信息数据定期采集、定期更新。数据更新来源主要有两种渠道：利用来自基础测绘部门提供的高精度测绘成果资源进行更新、基于数字城市共建共享单位提供的权威数据资源进行更新。地理空间数据更新模式如图1所示。
2.2 更新周期
更新周期可根据需求进行确定。每半年更新：城区的主、次干道、街区面及主要地名。每年更新：县级及以上等级道路，地名地址数据。其他矢量图层要素：结合市级基础测绘更新周期进行更新;DEM：结合市级基础测绘更新周期进行更新。根据建设过程中获取资料的情况，更新周期可做调整。
2.3 更新流程
地理信息数据更新流程如图2所示。
首先是基于基础测绘部门提供的高精度测绘成果，维持基础地理信息数据的持续性更新，主要分政务版和公众版两个版本。
政务版电子地图发布数据库更新流程：基于数据库管理系统的数据提取模块，首先提取对已更新的基础地理数据，更新涉密电子底图数据，同时更新涉密电子地图的目录数据与元数据。
公众版电子地图发布数据库更新流程：利用加密处理模块，使用坐标偏移、涉密区域掩盖等方式对已更新的涉密电子地图进行安全处理，通过脱密检查后，更新公众电子地图库;同时更新公众电子地图库的目录数据与元数据。
地理信息数据更新的过程，也是地理信息的元数据与目录数据更新的过程。
3 动态更新体系框架设计
3.1 数据架构
数据更新业务总体数据架构由框架库、发布库、瓦片服务3个部分构成，通过框架库创建发布库，发布库同时引用瓦片服务。架构图如图3所示。
在框架库数据中，不同行业的矢量数据与栅格数据遵循公共地理信息服务平台的数据标准，提供原始数据，由框架库统一管理。矢量数据用GIS图层进行管理，不同的物类有不同的图层，各图层的属性结构也不同，地图配图可使用 ArcGIS的mxd文件配置好地图进行发布。栅格数据使用文件目录方式管理原始影像，根据时相与栅格类型创建索引文件，时相与栅格类型使用相同的数据结构。
发布库中，不同行业提交的框架数据，采用统一的瓦片数据生产工具，生产出不同的多时相瓦片数据集，各个多时相瓦片数据集之间独立管理。使用逻辑上的数据集表达多时相，采用相同结构的瓦片数据集创建矢量瓦片数据集和栅格瓦片数据集，在空间范围上进行数据聚合。
多时相的服务数据架构与发布库类似，不同行业的多时相瓦片数据集，发布不同的多时相瓦片服务，各个多时相瓦片服务之间独立管理。可提供一个多时相元数据服务(可选)，对应于多时相瓦片服务。
3.2 技术架构
数据更新中涉及的关键技术决策见表1。
多时相数据集的实现原理如图4所示。
对于数据更新范围接边位置的不满幅瓦片融合问题，如果发现新时相中出现有不满幅的瓦片时，需要寻找上一时相对应区域瓦片数据填补不满幅部分内容。
3.3 业务流程设计
数据更新的总体业务流程如图5所示。
数据更新流程可分为3个部分：更新基础空间数据库，更新发布库(瓦片数据库)，更新瓦片服务。
根据现有数据生产工艺流程更新空间数据库，处理方式保持不变。
发布库的更新分为多时相电子地图发布库数据更新、多时相影像数据发布库数据更新2个部分。
多时相电子地图发布库更新方法如下：首先从框架要素库中获取更新范围，根据范围计算相应的瓦片行列号，同时获取时相信息，以此更新元信息，并通过符号表达更新配图信息;紧接着直接生产新时相的瓦片数据集，由于自动标注的注记等问题的存在，使排版上产生不美观，因此需要在瓦片边缘处针对单个瓦片进行修订;最后通过注册工具，将新时相的瓦片数据集注册到多时相数据集中，完成更新。
多时相影像地图发布库的更新方法如下：首先从多时相影像数据库中提取更新范围，工具该范围更新元信息;然后采用先注册再切片的方式在多时相瓦片数据集中注册时相信息，电子地图发布的做法是先切片、再注册，之所以有这个差异，是因为影像数据的范围问题可能导致出现不满幅的瓦片，先注册再切片，切片程序可以自动处理这种无效数据区域;接着根据时相信息生成新的瓦片数据集，完成更新。
瓦片服务的更新方法如下：根据发布库提取的时相信息，计算范围，清除服务中对应瓦片的缓存数据，完成更新。并提供要素更新信息查询服务(WFS实现)。
3.4 功能设计
数据快速更新系统与在线发布系统、数据库管理系统互为补充，总体上按照管理的数据形态、用途、来源的不同将平台快速数据更新系统划分为如下模块。
(1)交换格式瓦片导入模块。现有生产的标准交换格式瓦片，利用导入模块直接导入发布库，并注册时相信息，进行多时相数据集管理。
(2)框架库时相数据集生产模块。在框架库中的矢量数据或者影像数据完成更新后，需要生成对应的时相瓦片数据集。根据数据更新的范围计算需要生成的瓦片对象，然后创建瓦片，写入到新时相瓦片数据集中，完成更新区域数据实体到瓦片实体的形态转化。
(3)多时相数据集管理模块。完成上述新时相的瓦片数据集生产后，需要将此数据集注册到多时相瓦片数据集中，供多时相服务访问。在新时相瓦片数据集中可能会出现某个瓦片存在无效数据区域的情况，在创建该时相瓦片数据集时，可先注册时相信息，再执行瓦片切图，这样对无效区域的瓦片可以追溯上一时相的有效数据进行融合，保证数据的正确性。
(4)多时相瓦片服务管理模块。提供多时相瓦片服务的发布、更新控制功能，自动清除被更新的瓦片缓存数据，发布数据更新元数据信息。
(5)多时相瓦片服务浏览查询模块。提供一个能够浏览多时相瓦片数据，查询多时相元数据信息的web前端应用。使用“时间轴”的方式查询、浏览公共地理信息服务平台中不同“时间切片”状态下的空间数据。
4 结语
地理空间框架是数字城市的基础，与空间位置有关的信息都离不开地理空间框架的支撑和服务[4]，智慧城市建设重要的地理信息数据来源，只有确保其现势性、鲜活性，才能满足智慧城市智能化运营的需求。做好基础地理信息核心数据库的维护，通过建设快速更新系统，可实现政务库与发布库同步更新，为智慧城市提供数据支撑服务。这一动态更新体系架构已在数字南宁地理空间框架中实现，取得良好的效果。
期刊推荐：《智能建筑与智慧城市》(月刊)创刊于1994年，由中国勘察设计协会主办。国家级刊物。交流智能建筑设计的经验，宣传系统集成商的理想。主要读者对象为工程设计人员、技术人员、高校师生、智能领域中的系统集成商、产品供应商、房地产开发商等。
