李永泉，戴相喜，王鳴霄

(南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇南京210005)

多元地理信息獲取、維護(hù)機(jī)制及應(yīng)用探討
——以南京為例

李永泉，戴相喜，王鳴霄

(南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇南京210005)

隨著地理信息逐漸被社會(huì)大眾了解接受，地理信息應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域越來越廣，與此同時(shí)，對地理信息也提出了更高的要求。以南京為例，研究目前城市測繪院常生產(chǎn)的幾種多元地理信息，并通過數(shù)據(jù)的獲取、維護(hù)及應(yīng)用一整套流程來論述城市測繪院如何建立起一個(gè)多元地理信息的生產(chǎn)和管理的良性循環(huán)流程。

多元地理信息;基礎(chǔ)地理信息;專題地理信息

一、前 言

GIS是用來采集、加工、處理、存儲(chǔ)、查詢、分析和顯示與地球表面空間相關(guān)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)［1］。地理信息主要用于描述地理實(shí)體、地理要素、地理現(xiàn)象、地理事件及地理過程產(chǎn)生、存在和發(fā)展的地理位置、區(qū)域范圍及空間聯(lián)系［2］。

城市測繪院現(xiàn)階段的主要任務(wù)仍然是為城市規(guī)劃、建設(shè)和管理服務(wù)。隨著城市規(guī)劃、建設(shè)和管理水平的提升，對地理信息的要求更加細(xì)化、深入，傳統(tǒng)單一的數(shù)據(jù)產(chǎn)品已經(jīng)滿足不了現(xiàn)階段應(yīng)用的需求。目前隨著地理信息逐漸被社會(huì)大眾了解接受，越來越多的行業(yè)逐步開始引入地理信息技術(shù)，直觀展現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空間分析、決策。由于應(yīng)用需求越來越多，根據(jù)各類不同的實(shí)際應(yīng)用，對地理信息數(shù)據(jù)的種類和信息內(nèi)容會(huì)有不同的需要，對地理信息的多元性提出了要求。

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展以及數(shù)據(jù)采集手段的不斷豐富，地理信息數(shù)據(jù)采集方法由傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀、航測等方法，發(fā)展到目前GPS、航空航天遙感、激光雷達(dá)(LiDAR)、無人機(jī)等方法，并且數(shù)據(jù)采集精度、效率越來越高，數(shù)據(jù)的種類也越來越豐富，為滿足目前多元地理信息需求提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

二、地理信息的多元性

地理信息的多元性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［2］:①多語義性，同一個(gè)地理信息單元對應(yīng)著多種語義，如地理位置、海拔高度、政區(qū)界限、人口及其屬性數(shù)據(jù)等;② 多尺度性，GIS會(huì)根據(jù)系統(tǒng)需要而采用不同尺度對地理空間進(jìn)行表達(dá)，不同的觀察尺度具有不同的比例尺和不同的精度;③數(shù)據(jù)類型的多元性，指GIS數(shù)據(jù)源包含矢量數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、像素?cái)?shù)據(jù)、網(wǎng)格數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)、圖片、聲音、視頻之類的多媒體數(shù)據(jù)等多種類型;④空間參考系多樣，地方坐標(biāo)系、國家坐標(biāo)系、全球坐標(biāo)系等各種類型的坐標(biāo)系;⑤ 地理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)格式種類不一、存儲(chǔ)方式多樣，可能是單個(gè)文件也可能是在數(shù)據(jù)庫中。

由上可見，多元地理信息范圍很廣、類型很多，是一個(gè)比較大的概念，本文以城市測繪院為研究對象，研究城市測繪院在為城市規(guī)劃、建設(shè)、管理及其他相關(guān)行業(yè)服務(wù)過程中所生產(chǎn)、加工的多元地理信息，主要是上述概念中的數(shù)據(jù)類型的多元性，研究內(nèi)容主要包括多元地理信息的獲取、維護(hù)及應(yīng)用。

三、多元地理信息需求

城市測繪院目前主要還是為城市規(guī)劃、建設(shè)、管理服務(wù)，筆者首先分析地理信息在城市規(guī)劃、建設(shè)、管理中的具體應(yīng)用，然后分析這些應(yīng)用對數(shù)據(jù)的需求，如表1所示。

表1 多元地理信息需求分析表

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，地形數(shù)據(jù)、綜合地下管線數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等是目前常用的基礎(chǔ)地理信息，是目前城市規(guī)劃、建設(shè)、管理的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)基本可以滿足傳統(tǒng)的應(yīng)用需求，但是隨著應(yīng)用的發(fā)展和地理信息行業(yè)的推廣，開始需要越來越多的專題數(shù)據(jù)，如危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)、城市部件數(shù)據(jù)等。這種發(fā)展趨勢其實(shí)是有利于地理信息行業(yè)發(fā)展的，因?yàn)橹挥羞@樣才能改變地理信息原來尷尬的應(yīng)用局面。傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)通常只是作為各行業(yè)應(yīng)用的工作底圖，并未真正融入到行業(yè)應(yīng)用中。只有當(dāng)人們真正意識到充分利用地理信息可以提高工作效率和質(zhì)量的時(shí)候，才會(huì)對地理信息作進(jìn)一步思考，并對其提出自身的要求，從而真正將地理信息融入到各自行業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用中，使其成為不可分割的一部分。

四、多元地理信息的獲取及維護(hù)

由于數(shù)據(jù)種類繁多，本文不能一一介紹各類數(shù)據(jù)獲取、維護(hù)的方法，在此僅挑選出能代表當(dāng)前數(shù)據(jù)獲取、維護(hù)方法特點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行介紹，它們分別是大比例尺地形圖數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)和城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)。

1.大比例尺地形圖數(shù)據(jù)

大比例尺地形圖數(shù)據(jù)包括1∶500、1∶1 000和1∶2 000比例尺地形圖，地形圖數(shù)據(jù)是測繪行業(yè)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，其應(yīng)用也最為廣泛，目前仍然在城市規(guī)劃、建設(shè)、管理中發(fā)揮著很重要的作用，但是在新的形勢下，對地形圖數(shù)據(jù)也提出了新的要求。隨著應(yīng)用的發(fā)展，對地形圖數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性要求會(huì)越來越高，由原來的兩年更新一次到一年一次、一年兩次乃至實(shí)時(shí)更新，同時(shí)對地形圖數(shù)據(jù)的信息量也有了更高的要求，這主要體現(xiàn)在屬性信息方面，要求地形圖數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)比原來更豐富的地物屬性信息，以便用于各種不同的新用途。

(1)數(shù)據(jù)獲取

與全國其他省市測繪單位類似，目前南京市地形圖數(shù)據(jù)獲取手段主要有兩種:一種是外業(yè)全站儀采集，一種是航測。除此以外，目前我公司正在嘗試新的地形圖數(shù)據(jù)更新手段:基于航空LiDAR數(shù)據(jù)的地形圖更新和使用小飛機(jī)航拍的地形圖更新。

(2)數(shù)據(jù)維護(hù)

目前南京市大比例尺地形圖已實(shí)現(xiàn)免費(fèi)供圖，由市規(guī)劃局牽頭建立起地形圖動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制，由筆者公司承擔(dān)具體動(dòng)態(tài)維護(hù)業(yè)務(wù)，對南京市主城區(qū)范圍內(nèi)的地形圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)維護(hù)，同時(shí)由市規(guī)劃局牽頭制定了地形圖動(dòng)態(tài)維護(hù)新規(guī)程——《南京市1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖動(dòng)態(tài)維護(hù)規(guī)程》，新規(guī)程對地形圖動(dòng)態(tài)維護(hù)的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定，其中有兩項(xiàng)規(guī)定尤為重要:①每年兩輪修測;②重要要素應(yīng)當(dāng)更新。

新規(guī)程規(guī)定目前大比例尺地形圖應(yīng)當(dāng)一年更新兩輪，同時(shí)優(yōu)先考慮重要變化要素的更新，重要變化要素的判定是根據(jù)其是否對規(guī)劃造成影響，具體如表2所示。

表2 重要要素(依規(guī)劃要素)

大比例尺地形圖數(shù)據(jù)代表目前通過各種方法已經(jīng)建立起動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制的一類地理信息，對于城市規(guī)劃、建設(shè)、管理重要的地理信息，都應(yīng)建立起這種維護(hù)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和縮短供圖周期。

2.三維模型數(shù)據(jù)

二維GIS有其自身難以克服的缺陷，它本質(zhì)上是基于抽象符號的系統(tǒng)，不能真實(shí)地再現(xiàn)三維客觀世界。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展特別是數(shù)字地球(digital earth)的提出與實(shí)施，以及GIS應(yīng)用深度和廣度的不斷擴(kuò)大，二維GIS已經(jīng)無法滿足用戶的需求，用戶對三維GIS的需求愈發(fā)迫切。伴隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算設(shè)備、顯示設(shè)備以及存儲(chǔ)設(shè)備的進(jìn)步，三維GIS也得到了一定的發(fā)展，GIS正在經(jīng)歷一個(gè)由二維向三維發(fā)展的過程。

(1)數(shù)據(jù)獲取

筆者公司三維數(shù)據(jù)是采用LiDAR航飛獲取，旨在建立真三維數(shù)據(jù)模型。2009年，筆者公司通過LiDAR航飛，獲取了南京市主城區(qū)及江北約400 km2范圍的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，范圍如圖1所示。三維模型的建立首先是通過LiDAR航飛，獲取地表點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后依據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)建立真實(shí)地表物體模型，如建筑、道路、橋梁、樹木等，再配以紋理、圖片等，達(dá)到真實(shí)反映地面物體的目的。

圖1 LiDAR航飛范圍

(2)數(shù)據(jù)維護(hù)

由于LiDAR航飛成本及三維模型制作的成本都非常高，而且目前在南京市范圍內(nèi)沒有與相關(guān)客戶建立起長期的供需關(guān)系，企業(yè)不可能憑一己之力動(dòng)態(tài)維護(hù)著城市的三維模型數(shù)據(jù)，因此三維模型數(shù)據(jù)尚未建立動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，只是根據(jù)項(xiàng)目需要，進(jìn)行小范圍三維數(shù)據(jù)模型的建立及更新。目前研究的重點(diǎn)是三維模型的建立、運(yùn)行、管理、更新等方面的技術(shù)，為以后的應(yīng)用進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。2010年，筆者公司總結(jié)多年來三維模型方面的研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定了三維模型方面公司內(nèi)部數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《基礎(chǔ)測繪三維模型構(gòu)建數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究和規(guī)定:①三維建模要求;②地面攝影技術(shù)要求;③數(shù)據(jù)組織;④數(shù)據(jù)交換;⑤數(shù)據(jù)集成;⑥數(shù)據(jù)管理;⑦數(shù)據(jù)更新;⑧數(shù)據(jù)備份。

三維模型數(shù)據(jù)是代表目前采用新技術(shù)進(jìn)行采集，同時(shí)尚未建立起完善的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)更新維護(hù)機(jī)制的一類數(shù)據(jù)，對于這類數(shù)據(jù)應(yīng)該做好技術(shù)方面的積累并完善其數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，隨著其應(yīng)用的不斷推廣，可以逐步建立起動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制。

3.城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)

城市基礎(chǔ)設(shè)施包括城市市政工程、公用事業(yè)、園林綠化、環(huán)境衛(wèi)生等方面，為滿足城建基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一管理的要求，需要對現(xiàn)有城市基礎(chǔ)設(shè)施信息有一個(gè)全面、準(zhǔn)確的掌握。

(1)數(shù)據(jù)獲取

城市基礎(chǔ)設(shè)施的獲取方式有兩種:一種是將地形圖、遙感影像疊加，進(jìn)行內(nèi)業(yè)判讀，標(biāo)識出可以識別的城市基礎(chǔ)設(shè)施;另一種方式是進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，作業(yè)人員在外業(yè)將現(xiàn)場的城市基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)注在圖紙上，并記錄相關(guān)屬性信息，然后內(nèi)業(yè)整理。

(2)數(shù)據(jù)維護(hù)

2007年對南京市城市基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了普查并建立了城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫，2010年在前一次普查的基礎(chǔ)上，開展了南京市城市基礎(chǔ)設(shè)施動(dòng)態(tài)維護(hù)項(xiàng)目，對近3年來城建基礎(chǔ)設(shè)施的變化進(jìn)行修測。目前，城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)已經(jīng)建立起竣工報(bào)建的機(jī)制，筆者公司數(shù)據(jù)已成為竣工報(bào)建數(shù)據(jù)的依據(jù)，由此可以確保城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。

城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)是代表專題這類數(shù)據(jù)，由于地理信息的推廣和應(yīng)用的深入，相關(guān)行業(yè)或部門對地理信息提出了自身專業(yè)的要求，為此需要專門采集相關(guān)專題數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)用戶對象已經(jīng)存在，原來通過普查解決了專題數(shù)據(jù)有無的問題，但是由于城市建設(shè)的發(fā)展，專題數(shù)據(jù)需要不斷更新，更新方法由原來的定期普查更新進(jìn)化到動(dòng)態(tài)維護(hù)更新。

通過這3類數(shù)據(jù)的維護(hù)方法可見，動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制對當(dāng)前地理信息維護(hù)水平來說是一個(gè)比較理想的狀態(tài)，對于有條件建立動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制的數(shù)據(jù)來說，應(yīng)當(dāng)考慮建立動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，縮短數(shù)據(jù)供應(yīng)周期，提高工作效率;對于像三維模型數(shù)據(jù)一樣采用新工藝、新方法獲取的地理信息，由于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，應(yīng)用深度及廣度還不夠，客戶群還沒有培養(yǎng)起來，現(xiàn)階段應(yīng)該深入研究相關(guān)技術(shù)，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行知識儲(chǔ)備并積極推廣該數(shù)據(jù)及其應(yīng)用，待到條件成熟時(shí)，也可以建立起動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制。

五、多元地理信息應(yīng)用

本文第3節(jié)分析了地理信息在目前城市規(guī)劃、建設(shè)和管理中的具體應(yīng)用領(lǐng)域，多元地理信息的應(yīng)用其實(shí)就是將各種類型的地理信息按照各種不同的應(yīng)用需求進(jìn)行相應(yīng)的組合，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘及空間分析。近年來，我公司基于多元地理信息在城市規(guī)劃、建設(shè)和管理方面所做的應(yīng)用見表3。

表3 多元地理信息應(yīng)用

六、結(jié)束語

對多元地理信息的需求是地理信息不斷應(yīng)用和推廣的必然結(jié)果。本文以筆者所在的公司為例，簡單探討了多元地理信息的獲取、維護(hù)及應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，新的數(shù)據(jù)采集手段會(huì)不斷出現(xiàn)，在引進(jìn)新技術(shù)的同時(shí)，需要不斷完善相關(guān)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程化、制度化、標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)筆者認(rèn)為，專題地理信息市場目前仍然處在初級階段，相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，各個(gè)行業(yè)缺少相關(guān)的專題地理信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)共享交換困難，建議在實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)，建立相關(guān)行業(yè)地理信息標(biāo)準(zhǔn)，方便數(shù)據(jù)的共享及交換，擴(kuò)大市場運(yùn)作，提高地理信息經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

［1］ 龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)［M］.北京:科學(xué)出版社，2001:2-50.

［2］ 劉小蕊，李欣，周簡.多源地理數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28(22):5540-5543.

Discussion on Obtaining，Maintaining and Application of Multi-geographic Information—Take Nanjing for Example

LI Yongquan，DAI Xiangxi，WANG Mingxiao

0494-0911(2011)07-0064-03

P208

B

2011-04-06

李永泉(1962—)，男，江蘇灌云人，高級工程師，主要從事技術(shù)質(zhì)量管理工作。