黃志洲,戴相喜
(1.武漢大學測繪學院,湖北武漢 430079; 2.南京市測繪勘察研究院有限公司,江蘇南京 210005)
多源GIS數據集成方法研究
——以南京市民用建筑能耗統(tǒng)計為例
黃志洲1,2?,戴相喜2
(1.武漢大學測繪學院,湖北武漢 430079; 2.南京市測繪勘察研究院有限公司,江蘇南京 210005)
分析了南京市民用建筑能耗統(tǒng)計所需要的GIS數據來源,根據多源GIS數據特點和項目實際需求,制定數據集成方法和路線,最后完成多源GIS數據集成目標,結果表明該方法所集成的GIS數據滿足民用建筑能耗統(tǒng)計需求。
多源GIS數據;數據集成;建筑能耗統(tǒng)計
隨著社會經濟發(fā)展和人民生活水平提高,建筑能耗水平越來越高,成為制約社會經濟發(fā)展的一大因素。為了全面掌握我國建筑能耗的實際狀況,加強能源領域的宏觀管理和科學決策,促進建筑節(jié)能的發(fā)展,建設部組織制定了《民用建筑能耗統(tǒng)計報表制度》(試行) (以下簡稱《報表制度》),建設部決定首先在全國挑選23個城市作為試點,進行民用建筑能耗統(tǒng)計實驗,成功后將經驗推向其他城市。南京市是23個試點城市之一,需要進行能耗統(tǒng)計,并自2007年下半年開始每半年上報一次建筑能耗數據。在綜合考慮傳統(tǒng)能耗統(tǒng)計方法優(yōu)缺點的基礎上,南京市提出了基于GIS的民用建筑能耗統(tǒng)計方法,傳統(tǒng)能耗統(tǒng)計流程如圖1所示,基于GIS的能耗統(tǒng)計流程如圖2所示。
圖1 傳統(tǒng)能耗統(tǒng)計流程
圖2 基于GIS的能耗統(tǒng)計流程
通過圖1和圖2對比可以看出,使用基于GIS的能耗統(tǒng)計方法可以減少作業(yè)人員在建筑基本信息搜集、能耗數據統(tǒng)計、能耗數據錄入等階段的工作量,大大提高工作效率,降低人力成本,是一種新型的能耗統(tǒng)計方法。本文重點研究了基于GIS的能耗統(tǒng)計流程中建筑基本信息采集過程中,使用多源GIS數據集成獲取建筑基本信息的方法,使用該方法替代傳統(tǒng)能耗統(tǒng)計流程中的全外業(yè)現場采集建筑信息方法,提高了工作效率。
《報表制度》要求南京市的建筑基本信息有:建筑詳細名稱、建筑詳細地址、竣工時間、建筑類型、建筑功能、建筑層數、建筑面積等,房產GIS數據能提供的信息有:建筑名稱、建筑詳細地址、竣工時間、建筑功能、建筑類型、房產建筑面積,規(guī)劃GIS能提供的信息有:建筑名稱、建筑詳細地址、建筑功能、建筑層數、規(guī)劃建筑面積,由此可見建筑基本信息可以從規(guī)劃和房產GIS數據的并集中獲取:
(1)首先這兩類GIS數據具有能耗統(tǒng)計中建筑信息所需要的所有屬性,有些屬性兩GIS數據都有,如建筑地址,單位名稱等,有些屬性只在一方GIS數據中存在,如規(guī)劃GIS數據中有建筑層數,而房產GIS數據中不存在;房產GIS數據中有建筑面積、建筑年代等而規(guī)劃GIS數據中不存在。
(2)規(guī)劃GIS數據對建筑的外形、結構的表達比較詳細,而房產GIS數據對房產權屬、面積方面信息比較詳細。
由上述可見,能耗統(tǒng)計對這兩種GIS數據都有需求,因此需要將這兩種數據進行集成。在規(guī)劃GIS數據和房產GIS數據集成過程中存在以下問題:
①坐標系統(tǒng)不一致
由于規(guī)劃和房產部門從各自生產和數據保密角度考慮,采用了不同的獨立坐標系統(tǒng),這就造成同時加載兩部門GIS數據的時候無法重合問題,給數據集成造成不便。
②建筑表達原則不一致
由于規(guī)劃GIS數據和房產GIS數據是按照不同數據標準生產出來的,其對建筑測量和繪制的要求也不一致。如一棟高層建筑如果存在分層面,那么在規(guī)劃GIS數據中,這棟建筑會用兩個圖形來表示,而房產部門對分層面并不關心,只關心該建筑整體圖形和權屬等信息。由于劃分原則不同,給數據整合也造成不便,如圖3和圖4所示。
圖3 規(guī)劃GIS表達
圖4 房產GIS表達
空間數據集成包括圖形數據集成和屬性數據集成兩部分。圖形數據集成是由于規(guī)劃和房產GIS數據圖形表達不一致,為了屬性信息集成的方便,需要將二者進行統(tǒng)一,屬性數據集成目標是使得到的GIS數據屬性信息滿足《報表制度》要求。
3.1 圖形數據集成
(1)統(tǒng)一坐標系統(tǒng)
由于房產和規(guī)劃GIS數據采用不同的坐標系統(tǒng),所以數據集成的第一步就是要將二者坐標系統(tǒng)進行統(tǒng)一。考慮到規(guī)劃GIS坐標系統(tǒng)采用92南京地方坐標系,使用范圍較廣,并且規(guī)劃GIS數據現勢性較強,對地物描述較詳細,故選用規(guī)劃GIS數據作為標準,將房產GIS數據的坐標系統(tǒng)統(tǒng)一到規(guī)劃GIS坐標系統(tǒng)中。
統(tǒng)一坐標系統(tǒng)過程中,我們采用在圖上選取特征控制點的方式進行坐標轉換,這種方式在精度上雖然不夠嚴密,但是仍然能滿足我們能耗統(tǒng)計中數據集成的要求,原因有兩點:一是由于考慮到兩坐標系統(tǒng)沒有嚴密的換算關系可以利用,而求取兩坐標系統(tǒng)的嚴密轉換參數工作量比較大;二是由于即使兩種數據沒有進行嚴密的坐標轉換,以規(guī)劃GIS數據為準,將房產GIS數據進行大致的配準后,能方便地將房產GIS數據的屬性通過人工干預的方式集成到規(guī)劃GIS數據中,也同樣能達到數據集成的目的,圖5為配準后結果。
圖5 規(guī)劃GIS和房產GIS配準效果
(2)統(tǒng)一圖形對應關系
由于規(guī)劃和房產GIS數據對建筑表達原則不同,導致規(guī)劃GIS數據和房產GIS數據對應關系復雜,具體可以歸納為以下幾類對應關系:
①一個房產GIS圖形對應一個規(guī)劃GIS圖形;
②一個房產GIS圖形對應多個規(guī)劃GIS圖形;
③多個房產GIS圖形對應一個規(guī)劃GIS圖形;
④多個房產GIS圖形對應多個規(guī)劃GIS圖形;
⑤房產GIS中有而規(guī)劃GIS中沒有;
⑥房產GIS中沒有而規(guī)劃GIS中有。
空間數據集成的過程應該是先整合圖形數據,也就是統(tǒng)一圖形對應關系,將規(guī)劃和房產GIS數據圖形對應關系統(tǒng)一為1∶1以后,再進行下一步的屬性數據集成。在整合圖形數據的時候,根據規(guī)劃和房產GIS數據自身特點和我們對它們的需求,結合它們對應關系,制定了數據集成的步驟,圖形和屬性集成密不可分,在下一節(jié)中一并講述。
3.2 屬性數據集成
屬性數據集成是將建立好對應關系的房產和規(guī)劃GIS數據的屬性整合在一起。此處根據規(guī)劃與房產GIS數據的對應關系,分類別制定了規(guī)劃和房產GIS集成的步驟。
(1)規(guī)劃原始數據與房產原始數據屬性匹配
適用情況:規(guī)劃GIS原始數據和房產GIS原始數據中的圖形形狀相近或形狀不相近但對應唯一,如圖6、圖7所示。
這類對應關系的數據,已經滿足規(guī)劃和房產GIS數據中圖形的一一對應原則,可以直接將規(guī)劃和房產GIS數據屬性集成,圖形使用規(guī)劃GIS數據,集成后的數據放入gfpp1圖層。
圖6 形狀相近的圖形
圖7 形狀不相近但唯一對應
(2)規(guī)劃原始GIS圖形外包
適用情況:一棟建筑在房產GIS數據中是一個整體,而在規(guī)劃GIS數據中被分為多個部分,如圖8所示,根據其屬性(建筑名稱、建筑地址、權屬)判斷其是一個整體,則依據房產GIS數據,將規(guī)劃GIS數據中對應圖形合并生成一個整體,即“外包”,并存放到ghwb2圖層中,如圖9所示。合并后的數據,其要素屬性的處理方法是按照規(guī)劃數據合并的諸圖形中面積最大的為準,合并后的建筑面積為各分圖形的規(guī)劃建筑面積之和。
圖8 規(guī)劃GIS中圖形被分為多塊
圖9 規(guī)劃GIS數據合并結果
(3)規(guī)劃原始GIS外包數據與房產GIS數據屬性匹配
通過上一步驟,規(guī)劃原始GIS圖形外包后的數據與房產GIS數據的對應關系便是1∶1的,可以將規(guī)劃外包和房產GIS數據屬性進行集成,并將集成后的數據放入gfpp3圖層中。
(4)房產原始GIS數據外包
適用情況:如果建筑在規(guī)劃數據中是一個整體建筑,而在房產數據中被分割成多個,如圖10所示,依據屬性(建筑名稱、建筑地址、權屬)判斷其應是一個整體,則首先將房產GIS圖形進行外包,如圖11所示,其屬性的處理方法是按照房產數據合并圖形中面積最大的為準,合并后的房產建筑面積為各分圖形的房產建筑面積之和,外包后的數據放入fcwb4圖層中。
圖10 房產GIS數據中建筑被分成多塊
圖11 房產GIS數據外包結果
(5)規(guī)劃原始GIS數據與房產外包GIS數據屬性匹配
經過房產GIS數據外包處理后,fcwb4圖層中的GIS數據與規(guī)劃GIS數據的對應關系已經是1∶1的了,將fcwb4圖層中的數據與規(guī)劃原始GIS數據進行屬性匹配,將匹配的結果放入gfpp5中。
(6)規(guī)劃原始GIS數據外包與房產原始GIS數據外包
適用情況:如果建筑在房產GIS數據和規(guī)劃GIS數據中劃分都不同,而依據屬性可以判斷其為一個整體,則規(guī)劃GIS數據和房產GIS數據都進行外包,合并過程中屬性數據處理方法與上同,規(guī)劃GIS數據外包結果放入ghwb2圖層中,房產GIS數據外包結果放入fcwb4圖層中,如圖12、圖13所示。
圖12 規(guī)劃和房產GIS圖形都被分成多塊
圖13 合并后結果
(7)規(guī)劃外包數據與房產外包數據匹配
上一步規(guī)劃和房產原始GIS數據外包結束后,也建立了1∶1的對應關系,接下來將上一步處理的結果數據進行屬性匹配,將匹配后的結果放入gfpp6圖層中。
(8)剩余的數據單獨生成一個層
對于不滿足以上條件的規(guī)劃和房產GIS數據中的建筑,單獨放入gh7圖層中。
(9)生成最終成果
將1、3、5、7、8步驟的成果數據都合并入 end圖層,就得到了規(guī)劃和房產GIS數據集成成果。
由于數據質量的關系,集成后的GIS數據不是所有的屬性都是完整的。前面提到部分屬性信息在規(guī)劃和房產GIS數據中都有,我們都做了保留,這樣可以最大可能地提取規(guī)劃和房產GIS數據中的信息,對于仍然沒有屬性信息的GIS數據,只能通過外業(yè)實地調查,這部分工作相對于全部通過實地調查已經小多了。
本文以南京市民用建筑能耗統(tǒng)計項目需求為出發(fā)點,在分析能耗統(tǒng)計所需要的建筑基本屬性的基礎上,發(fā)現可通過規(guī)劃和房產GIS數據集成獲取,然后重點研究了規(guī)劃和房產GIS數據集成方案,制定了一整套數據集成流程,完成了規(guī)劃和房產GIS數據集成,最后部分信息不完整的數據再通過外業(yè)調查獲取,完成了建筑能耗統(tǒng)計所需的建筑基本信息獲取工作,與傳統(tǒng)建筑基本信息獲取手段相比,具有明顯的效率優(yōu)勢,本方法在基于GIS的南京市民用建筑能耗統(tǒng)計過程中得到應用,取得了良好的效果。
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Study of Multi-Source GIS Data Integration Method
Huang ZhiZhou1,2,Dai XiangXi2
(1.School Of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan 430079,China;2.Nanjing Institute of Surveying,Mapping&Geotechnical Investigation,Co.,Ltd.,Nanjing 210005,China)
Analyses Multi-Source GIS data demand of the Nanjing Civil Buildings Energy Statistics,according to the features of Multi-Source GIS data and the actual require of project,we prepare the method and route of Integration,at last we accomplish the objective of Multi-Source Integration,result shows that GIS data integrated through the method we set out satisfies the demand of Civil Buildings Energy Statistics.
Multi-Source GIS Data;Data Integration;Building Energy Statistics
1672-8262(2010)02-22-04
P208
A
2009—12—24
黃志洲(1967—),男,高級工程師,主要從事GIS、大地測量等方面研究工作。