新一代国家基础时空信息数据库建设的思考
刘建军，王东华，刘剑炜，赵士权
（国家基础地理信息中心，北京 100036）
摘要:
针对新时期新需求对内容更加丰富、现势更加鲜活、表达更加直观、产品更加易用、服务更加便捷的新一代国家基础时空信息数据库的需要，该文梳理了国家基础时空信息数据库建设现状与新时期的总体发展要求，分析了新时期各行业的应用需求，提出了新一代国家基础时空信息数据库建设未来研究方向，探讨了主要实现路径。该文可为后续国家基础时空信息数据库建设与发展提供参考。
0 引言
基础时空信息数据库是国家时空信息基础设施的重要组成部分，是支撑各行业发展的时空基准，是我国经济建设、社会发展、国防建设、生态保护等工作的战略性信息资源，已成为重要的新型基础设施[1-3]。
历经二十余年的建设，国家基础时空信息数据库经过了初始建设、全面更新、动态更新等发展阶段，至“十三五”初已全面建成了覆盖全国的三个尺度（1:5万、1:25万、1:100万）、四种类型（正射影像数据、地形要素数据、数字高程模型数据、地形图制图数据）的国家基础时空信息数据库产品体系，并实现每年一版动态和联动更新，整体现势性达到一年，居于国际同等大国前列[3-5]。
当前，国家大力推动数字化发展，促进数字中国、数字社会、数字政府建设，驱动生产、生活和生态治理方式的全面深入变革，这对国家基础时空信息产品提出了更高的要求。一方面，从支撑自然资源部“两统一”履责来讲，基础测绘成果要与自然资源调查监测成果有机融合，以更好地支撑自然资源管理、服务生态文明建设；另一方面，从服务各行业应用、支撑社会经济发展来讲，应紧密结合基础测绘转型升级与实景三维发展方向，更好发挥时空信息数据库的空间定位框架和分析基础作用，以赋能各领域智慧化发展，支撑数字中国建设。
随着物联网、人工智能、大数据治理等新兴技术的快速发展，为地理信息采集、管理、更新以及服务等提供了更加自动化、智能化的技术手段，也将推动当前的国家基础时空信息数据库转型升级为内容更加丰富、现势更加鲜活、表达更加直观、产品更加易用、服务更加便捷的新一代国家基础时空信息数据库 [6-8]。
1 新型应用需求
新时期，我国面临经济转型升级和高质量发展的战略目标，大力发展数字化经济是重要战略举措。随着我国数字经济转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段，需要国家基础时空信息更好发挥时空基准作用，进一步与各行业应用有机融合，赋能各领域智慧化发展与升级，这对国家基础时空信息数据库的内容丰富度、现势鲜活度、产品易用性、服务灵活性等方面提出了更高的要求。
1）迫切需要大幅融合专题信息的综合性时空信息产品。传统基础时空信息以4D产品为核心，以国家基本比例尺地形图上的地物地貌要素为主要内容，这导致产品模式比较单一、数据内容也不够丰富，同时还存在一定的制图综合取舍，难以直接支撑具体业务应用，一般只是作为底图来使用[9-10]。然而，各领域用户对时空信息的需求已不满足于基础性地理信息，迫切需要使用大幅融合自然资源、空间规划、生态环境等各类专题数据、以及社会、经济、人文等大量综合数据的综合性时空信息产品，以更好地直接支撑具体的业务场景。
2）迫切需要更新时效更加及时的鲜活性时空信息产品。目前,虽然国家基础时空信息数据库每年更新一次、发布一版，整体现势性已达到一年内，居于国际同等大国前列，但是与我国经济快速发展的应用需求相比，仍存在一定差距。由于现实世界时空特征变化是实时的、偶发的，现阶段的定期更新机制难以及时反映地理对象的演变特征，而各领域用户对时空信息现势性要求越来越高，如耕地保护至少需要按季度反映用地变化、应急救灾则需要即时反映灾区情况等，均迫切需要更新时效更加及时的时空信息产品。
3）迫切需要时空表达更加真实直观的场景化时空信息产品。目前，基础地理信息产品主要是以点线面要素形式对真实世界的抽象化表达，时空表达不够真实直观，需要用户具备一定专业知识[10]。另外，时空表达主要停留在二维平面，缺乏精细三维信息，难以满足三维场景应用需求。随着元宇宙、数字孪生等新兴生态的兴起，数字政府、数字生活、数字经济等的深入建设，必将推动基础时空信息产品在更广泛的非专业用户中使用，广大用户迫切需要三维化、真实化和场景化的低门槛时空信息产品，以更直观形式理解真实世界格局特征，更好对接各领域应用场景。
4）迫切需要在线可定制的平台化时空信息产品。目前，基础时空信息产品服务通常以提供离线数据形式为主，导致用户需要具备一定地理信息专业知识和专业性应用软件，对时空信息数据产品进行专业化处理后才能有效应用于具体业务中，无法便捷、高效地支撑业务应用[11-13]。随着时空信息基础设施在不同业务部门中的广泛应用，时空信息在线服务已成为必然的趋势，不同专业用户需求不同，迫切需要围绕具体应用场景，定制符合业务逻辑的、大众易用的时空信息应用平台，直接服务具体业务，打通产品应用的最后一公里。
5）迫切需要兼顾安全保密与公众应用的分级时空信息产品。目前，大部分时空数据由于涉密原因无法向公众公开使用，在很大程度上限制了基础测绘产品的广泛推广应用。在新时期国家不断提升公共服务数字化水平的大环境下，各地智慧城市、智慧社区、智慧出行、智慧生活等建设必将推动时空信息产品更广泛地融入大众生活中，公众需要触手可及的时空信息服务，带来数据安全性问题的破题解决日益亟需，迫切需要兼顾安全保密与公众应用的分级时空信息产品，在产品大众化应用的同时确保信息安全。
2 总体研究方向
国家基础时空信息数据库的发展，应首先明确新时期总体站位，紧密围绕新型基础测绘转型升级方向，大力结合实景三维中国建设发展机遇，在现阶段建设成果的基础上，不断升级数据模型、丰富数据内容、拓展服务方式、创新更新技术、优化建设模式，建设新一代的国家基础时空信息数据库，更好支撑经济社会发展与自然资源管理。
1）数据模型上，由二维要素数据向三维实景对象数据转型。以二维要素化产品为核心的基础时空信息数据库，难以很好地支撑各业务部门的多元化应用。未来应大力推动三维实景数据库建设，对传统4D产品进行升级拓展，形成以地形三维数据为基础、以基础地理实体数据为核心的国家级三维实景数据库，并依据地方各级数据库建设粒度内容，扩充城市级、部件级三维模型数据库，建立三维化、实体化、场景化的时空信息数据库。
2）数据内容上，由基础性地理信息数据库向综合性时空信息数据库拓展。现阶段基础时空信息数据库着重关注基础性、通用性的时空信息，内容相对单一，难以直接满足各种应用需要[14, 15]。未来应综合考虑各业务部门时空数据应用需求，在基础性时空信息数据产品基础上，以地理实体为媒介，广泛融合自然资源、空间规划、生态管理等各领域专题数据，逐步挂接社会、经济、人文等时空大数据，不断扩充数据内容，建成综合性时空信息数据库，形成各行业应用统一的、综合的时空基准。
3）服务方式上，由离线数据提供转变为在线数据服务和专业信息服务。现阶段基础时空信息产品以离线数据提供为主，导致数据产品应用存在一定门槛且难以很好对接具体的业务应用场景[2, 11, 14]。未来应围绕各业务部门应用需要，设计涵盖时空数据、时空信息和时空知识的不同层次产品，以满足用户数据应用、空间分析以及决策支持等不同层级的应用需要。同时，通过开发标准化产品服务接口，搭建时空信息服务平台，协同部内业务系统和部外行业系统，支撑各部门专业应用需要。
4）更新方式上，由定期动态更新向应需及时更新转变。现阶段时空信息数据库虽然每年更新一次、发布一版，但依然与应用要求存在一定差距[3, 16]。未来应对现有更新技术模式进行创新升级，基于“互联网+”理念，推动更新任务实时化、内业处理集中化、外业调绘常驻化、数据传输网络化、任务调度协同化等技术模式与工作模式的转型升级，构建内外业协同采编的数据库更新模式，实现全国范围时空信息的应需及时更新，对一般性基础时空信息每年更新一次，社会经济活跃时空信息半年更新一次，耕地、生态等重要时空信息每季度更新一次，灾害易发区与污染监测区等重点专题时空信息在关键时段内实时监测与即时更新。
5）建设模式上，由项目驱动的单项建设转变为行政统筹的协同建设。时空信息数据库建设是覆盖地方各级、涉及多类部门的综合性工作，传统的项目驱动的建设模式难以高效率、高质量推动整个数据库建设工作。应加强国家层面的统筹规划，积极推动资料共享、生产协同、一测多用，纵向上实现国、省、市、县各级时空信息数据库的协同建设，横向上实现与自然资源调查监测、交通运输环境监测、土壤普查、行政边界勘界等各业务部门工作的共享衔接，构建纵向联动、横向协同、统一高效的新型建设模式。
3 主要实现路径
针对上述研究方向，新一代国家基础时空信息数据库建设应着力优化数据库分级建设内容、升级时空数据模型、丰富数据库内容以及产品体系、提升数据库服务能力，建成内容综合化、时效鲜活化、表达场景化、产品体系化、服务在线化的新一代国家基础时空信息数据库。
3.1 调整优化数据库分级建设内容
1）优化数据库分级建设内容。针对国家经济发展新业态和自然资源管理新需求，对现阶段基础测绘分级管理制度和基础数据库分级建设内容进行优化调整，基于基础测绘融入自然资源的机构优势，对各级的管理职责和建设内容相应下沉细化，通过汇交共享、数据整合、上下联动的技术模式，国家级建设1:10 000精度级的数据库、省级建设1:2 000精度级数据库、市县级建设1:500精度级数据库。1:10 000数据库全国覆盖，1:2 000、1:500数据库覆盖区域可根据不同地区的经济程度和应用需求动态确定。
2）建立多级数据库联动更新模式。加强国家层面对各级基础测绘工作的统筹规划，基于统一的工作机制、技术要求和共享流程，实现国省市各级数据库的共建共享、协同更新、一测多用。各级数据库建设应符合基本的技术要求，在此基础上可根据本地需求进行扩展。同一区域有更大尺度数据库成果时，上一级数据库不再重复测绘，仅通过上行共享整合实现协同更新。对于没有更大尺度数据库成果的区域，上一级数据库测绘更新后，及时下行共享提供给下一级数据库使用。
3.2 整体升级时空数据库模型
1）实体对象模型升级。将面向存储和制图的点、线、面要素模型升级为面向分析和应用的实体对象模型，并借助语义化技术，实现地物空间信息、属性信息、时态信息的实体化存储，同时提供不同粒度地理实体动态组合、聚合、专题信息实时挂接等功能，从而实现复合实体转换重组以及多源数据有机融合，更好为时空分析与业务应用提供数据支撑。
2）三维立体模型升级。将二维平面模型升级为三维立体模型，以二维地理实体为基础，通过三维时空动态匹配与自动挂接，自动提取传统三维地形数据（DEM、DSM）的高程信息，并有机融合基于激光扫描、倾斜摄影、三维重建等构建的真三维模型数据，实现二维模型的三维化拓展，以更符合现实世界认知习惯的方式为用户提供全空间场景化时空信息产品。
3）动态时序模型升级。将静态版本模型升级为动态时序模型，以地理实体为载体，以基元版本数据为基础，依照时序记录几何、属性、相互关系等信息的增加、删除或修改变化及相应时态信息，并以增量形式存储于基元版本数据中，实现对地理现象的产生、演变、消亡等动态时序变化信息的全周期存储、管理与表达。
3.3 大幅丰富时空数据库内容
1）纵向上融合地方各级基础地理信息和实景三维数据。融合省市县各级基础测绘建设成果，借助专用涉密网络，通过统一的数据管理与调度接口，实现各级基础地理信息、实景三维数据的跨级调用与动态融合，丰富国家基础时空信息数据库的数据内容。
2）横向上融合自然资源等各类专题数据。统筹基础测绘和自然资源调查监测等工作边界，既要加强工作衔接和成果共享，又要避免重复矛盾。遥感影像处理、地理实体测绘、DEM数据更新、实景三维数据生产，应由基础测绘负责完成，并共享给自然资源调查监测等工作使用。自然资源调查监测等工作，应在充分利用基础测绘成果基础上，重点针对土地、矿产、森林、草原、湿地、水、海域海岛等自然资源的分布、范围、面积、权属等核心内容，以及数量、质量、结构、生态等专业信息。
3）逐步集成社会、经济、人文类综合时空数据。针对不同领域需要，通过与交通、水利、住建、民政、文旅、卫生等专业部门的数据交换共享，以及对统计部门每年公开发布的年鉴、报告等的收集整理，获取专题数据，在基础实体级或区县级粒度上，进行空间化处理与融合，形成涵盖社会、经济、人文等领域的综合性时空信息数据。在此基础上，还可通过实体语义挂接，逐步接入监控视频、无人机影像、手机信令等物联感知数据，进一步丰富数据库内容，实现与基础测绘数据、专题时空数据的彼此衔接、深度集成、协同应用。
3.4 分级分类时空数据库产品
1）研发涉密版、内部版和公众版的分级产品。视不同涉密涉敏等级和不同应用需求，科学划分并自动处理，形成面向政府和军队部门、社会机构、公众用户的涉密版、内部版和公众版等不同的数据库分级，设计各级产品的相应内容，自动化派生形成分级产品，满足各级用户使用需求。
2）研发面向不同专业部门的分类产品。在综合性地理信息时空数据库基础上，面向各类专业应用场景，科学划分不同的专题数据库分类和相应内容，自动化派生形成交通、水利、农业、住建、民政等专业用户的定制化数据库产品，更好满足不同类型用户的应用需求。
3.5 数据库平台国产化改造与应用服务能力提升
1）数据库平台国产化改造。当前国际形势复杂多变，国家安全风险日益严峻，作为国家战略信息资源，基础时空信息数据库的国产化改造迫在眉睫，应以国产化的硬件、操作系统、数据库产品、地理信息软件为基础，构建自主可控的时空数据库和应用服务系统，避免“卡脖子”风险隐患，整体提升国家时空信息基础设施的安全性。
2）在线应用服务能力提升。大力发展时空大数据治理、场景化表达、网络化服务、业务化应用等技术，建立面向应用需求的智能化、定制化产品服务模式，提升地理时空大数据的在线化、信息化、知识化服务能力，更好地为自然资源管理和经济社会发展提供技术支撑。
4 结束语
2022年1月，国务院印发《“十四五”数字经济发展规划》，要求积极稳妥推进空间信息基础设施演进升级，作为数字经济发展的战略信息资源与重要基础设施，新一代国家基础时空信息数据库的建设，应当紧密围绕新型基础测绘转型方向和实景三维中国建设发展机遇，大力瞄准时空信息的内容综合化、时效鲜活化、表达场景化、产品体系化、服务在线化等方向不断升级发展，进一步提升时空信息基础设施的综合服务能力，更好发挥其空间定位框架和分析基础作用，更好服务社会经济发展与自然资源管理。
（原文有删减）
参考文献
[1] 刘先林．为社会进步服务的测绘高新技术[J]．测绘科学，2019，44(6)：1-15． (LIU Xianlin．High technologies of surveying and mapping for social progress[J]．Science of Surveying and Mapping，2019，44(6)：1-15．)
[2] 李德仁，龚健雅，邵振峰．从数字地球到智慧地球[J]．武汉大学学报(信息科学版)，2010，35(2)：127-132． (LI Deren，GONG Jianya，SHAO Zhenfeng．From digital earth to smart earth[J]．Geomatics and Information Science of Wuhan University，2010，35(2)：127-132．)
[3] 王东华，刘建军．国家基础地理信息数据库动态更新总体技术[J]．测绘学报，2015，44(7)：822-825． (WANG Donghua，LIU Jianjun．Key techniques for dynamic updating of national fundamental geographic information database[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2015，44(7)：822-825．)
[4] 刘建军．国家基础地理信息数据库建设与更新[J]．测绘通报，2015(10)：1-3． (LIU Jianjun．Construction and updating of national fundamental geographic information database[J]．Bulletin of Surveying and Mapping，2015(10)：1-3．)
[5] 王东华，刘建军，张元杰，等．国家基础地理信息数据库升级改造的思考[J]．地理信息世界，2018，25(2)：1-6． (WANG Donghua，LIU Jianjun，ZHANG Yuanjie，et al．Thoughts on upgrading of national fundamental geographic information database[J]．Geomatics World，2018，25(2)：1-6．)
[6] 李德仁，张洪云，金文杰．新基建时代地球空间信息学的使命[J]．武汉大学学报(信息科学版)，2022，47(10)：1515-1522． (LI Deren，ZHANG Hongyun，JIN Wenjie．The mission of geo-spatial information science in new infrastructure era[J]．Geomatics and Information Science of Wuhan University，2022，47(10)：1515-1522．)
[7] 刘建军，陈军，张俊，等．智能化时代下的地理信息动态监测[J]．武汉大学学报(信息科学版)，2019，44(1)：92-96． (LIU Jianjun，CHEN Jun，ZHANG Jun，et al．Geographic information dynamic monitoring in intelligent era[J]．Geomatics and Information Science of Wuhan University，2019，44(1)：92-96．)
[8] 刘先林．移动互联时代的GIS[J]．遥感信息，2017，32(1)：1-4． (LIU Xianlin．Geographic information in mobile Internet era[J]．Remote Sensing Information，2017，32(1)：1-4．)
[9] 李德仁．论时空大数据的智能处理与服务[J]．地球信息科学学报，2019，21(12)：1825-1831． (LI Deren．The intelligent processing and service of spatiotemporal big data[J]．Journal of Geo-Information Science，2019，21(12)：1825-1831．)
[10] 王家耀. 关于地理信息系统未来发展的思考[J]. 武汉大学学报(信息科学版)，2022,47(10):1535-1545.
WANG Jiayao. Thoughts on the future development of geographic information system[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University，2022,47(10):1535-1545.
[11] 陈军，丁明柱，蒋捷，等．从离线数据提供到在线地理信息服务[J]．地理信息世界，2009，7(2)：6-9． (CHEN Jun，DING Mingzhu，JIANG Jie，et al．From off-line data provision to online geo-information service[J]．Geomatics World，2009，7(2)：6-9．)
[12] 龚健雅，李德仁．论地球空间信息服务技术的发展[J]．测绘通报，2008(5)：5-10． (GONG Jianya，LI Deren．Review of the development of geospatial information service technology[J]．Bulletin of Surveying and Mapping，2008(5)：5-10．)
[13] 李德仁，徐小迪，邵振峰．论万物互联时代的地球空间信息学[J]．测绘学报，2022，51(1)：1-8． (LI Deren，XU Xiaodi，SHAO Zhenfeng．On geospatial information science in the era of IoE[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2022，51(1)：1-8．)
[14] 李德仁．展望大数据时代的地球空间信息学[J]．测绘学报，2016，45(4)：379-384． (LI Deren．Towards geo-spatial information science in big data era[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2016，45(4)：379-384．)
[15] 刘建军，刘剑炜，高崟，等．自然资源三维立体时空主数据库建设技术框架[J]．地理信息世界，2022，29(3)：37-42． (LIU Jianjun，LIU Jianwei，GAO Yin，et al．Technical framework for three-dimensional spatio-temporal main database construction of natural resources[J]．Geomatics World，2022，29(3)：37-42．)
[16] 刘建军，吴晨琛，杨眉，等．对基础地理信息应需及时更新的思考[J]．地理信息世界，2016，23(2)：79-82． (LIU Jianjun，WU Chenchen，YANG Mei，et al．Thoughts of demand-response real-time updating of fundamental geographic information[J]．Geomatics World，2016，23(2)：79-82．)
【作者简介】刘建军（1974-），男，山西晋城人，正高级工程师，自然资源部科技领军人才，主要从事国家基础地理信息系统的技术研究和工程建设。
Email：ngcc.liujj@163.com
【引用格式】刘建军，王东华，刘剑炜，等． 新一代国家基础时空信息数据库建设的思考 ［Ｊ］． 测绘科学，２０２３，４８（３）：１-５。
转自：“测绘学术资讯”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
