王 斌，陳雪洋，林 娜，瞿曉雯

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121；2.重慶交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

廣域范圍建筑物信息普查關(guān)鍵技術(shù)探討

王 斌1，陳雪洋1，林 娜2，瞿曉雯1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121；2.重慶交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

以重慶市為例，全面介紹了全市域范圍內(nèi)城市建成區(qū)建筑物信息普查的工作流程和技術(shù)方法，總結(jié)了一套適用于大面積山地城市的建筑物信息普查關(guān)鍵技術(shù)體系，可為類似的地理調(diào)查工作提供借鑒。

廣域范圍；建筑物信息；普查；關(guān)鍵技術(shù)

建筑物信息普查是一項(xiàng)環(huán)節(jié)復(fù)雜、頭緒繁多的系統(tǒng)工程，如果缺乏合理的工作組織和技術(shù)支撐體系，就很難達(dá)到高效、完整、準(zhǔn)確地獲取建筑物信息的目的。深入研究、總結(jié)建筑物信息普查關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于開(kāi)展地理國(guó)情普查及類似地理調(diào)查工作具有重要的參考價(jià)值。

1 普查區(qū)域概況

重慶市是幅員面積最大的直轄市（8.24萬(wàn)km2），也是典型的山地城市，具有獨(dú)特的地形地貌和地理?xiàng)l件。全市轄38個(gè)區(qū)（縣），其中9個(gè)區(qū)在主城范圍，另外29個(gè)分布于遠(yuǎn)郊區(qū)域。截至2012年底，主城建成區(qū)和29個(gè)遠(yuǎn)郊區(qū)縣城市建成區(qū)面積累計(jì)約1 300 km2。通過(guò)預(yù)估，全市城市建筑物總量將近百萬(wàn)，且分布范圍相當(dāng)廣，覆蓋面積非常大。

2 總體技術(shù)流程

根據(jù)城市規(guī)劃建設(shè)管理對(duì)建筑物信息的應(yīng)用需求，應(yīng)納入調(diào)查的內(nèi)容包括空間和屬性2個(gè)方面。空間數(shù)據(jù)包含建筑物位置、輪廓等，應(yīng)達(dá)到1︰2 000~1︰ 500比例尺地形圖的精度；屬性數(shù)據(jù)包含名稱、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等10余項(xiàng)指標(biāo)。建筑物信息來(lái)源很廣，有些來(lái)自于地形圖、地籍圖，有些來(lái)自于遙感影像，有些來(lái)自于規(guī)劃許可、竣工核實(shí)資料，但大部分需到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和采集。為在短時(shí)間內(nèi)完成建筑物信息普查工作，專門設(shè)計(jì)了一套技術(shù)流程，如圖1所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 普查指標(biāo)設(shè)置

圖1 建筑物信息普查總體技術(shù)流程圖

確定建筑物信息普查的具體內(nèi)容是整項(xiàng)工作的基礎(chǔ)。根據(jù)“國(guó)家中心城市”發(fā)展戰(zhàn)略研究、城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)以及政府科學(xué)決策對(duì)于建筑物信息的應(yīng)用需求，結(jié)合重慶市的實(shí)際，梳理出需調(diào)查的信息內(nèi)容指標(biāo)如表1所示。

3.2 普查單元?jiǎng)澐峙c優(yōu)化

重慶市幅員遼闊，大、中城市分布范圍廣，地形地貌、道路交通、城市格局都具備典型的山地城市特色。普查單元的劃分，需綜合考慮行政單元、地理布局、交通條件、建筑密度等多方面，最終形成空間上無(wú)縫覆蓋、規(guī)模上總體平衡、管理上有機(jī)結(jié)合的地理單元體系，為后續(xù)數(shù)據(jù)采集、校核等奠定良好的工作基礎(chǔ)。

表1 建筑物信息普查主要內(nèi)容指標(biāo)表

普查單元的劃分遵循的重要原則為：

1）高精度原則：普查單元的劃分應(yīng)基于1∶500~1∶2 000地形圖或0.5 m以上分辨率遙感影像進(jìn)行，保證其精度能滿足要求；

2）屬地管理原則：普查單元的最小邊界為社區(qū)的邊界，不宜跨越社區(qū)設(shè)置；

3）管理對(duì)象原則：兼顧建筑物、城市地理要素的完整性，普查單元的邊界不應(yīng)穿越建筑物、街巷、院落、廣場(chǎng)、橋梁等地理對(duì)象實(shí)體，并使各單元內(nèi)的對(duì)象數(shù)量大致均衡；

4）方便通行原則：普查單元內(nèi)，采取步行、駕車等交通方式能方便通行；

5）無(wú)縫拼接原則：同一城市或組團(tuán)內(nèi)部普查單元之間的邊界應(yīng)無(wú)縫拼接，不應(yīng)重疊或留縫。如圖2所示。

圖2 普查單元示意圖

3.3 建筑物信息提取與對(duì)象化構(gòu)建方法

建筑物輪廓信息的提取和對(duì)象化處理，是后續(xù)屬性信息采集的重要基礎(chǔ)。如果全部依靠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量采集，所需的物力、人力以及時(shí)間將是無(wú)法估量的，而地形圖、地籍圖、遙感影像等資料當(dāng)中又廣泛分布有建筑物相關(guān)數(shù)據(jù)，如建筑物輪廓、樓層、結(jié)構(gòu)等。因此，研究利用已有基礎(chǔ)資料快速提取建筑物相關(guān)信息，成為提高建筑物信息調(diào)查效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本項(xiàng)目根據(jù)地形圖、地籍圖資料的特點(diǎn)和建筑物信息調(diào)查的技術(shù)要求，研究設(shè)計(jì)了一套基于矢量基礎(chǔ)資料的建筑物信息提取和對(duì)象化處理技術(shù)流程：首先對(duì)原始資料進(jìn)行預(yù)處理，如對(duì)地形圖、地籍圖進(jìn)行圖層規(guī)范、建筑物邊界規(guī)整等操作；然后開(kāi)展圖層拼合工作，完成普查區(qū)域內(nèi)所有圖幅建筑物輪廓邊界圖層和注記圖層的無(wú)縫拼接，為后續(xù)自動(dòng)構(gòu)面奠定基礎(chǔ)；再采用自動(dòng)化算法與人工干預(yù)相結(jié)合的方式進(jìn)行建筑構(gòu)面與對(duì)象化處理；最后錄入建筑物結(jié)構(gòu)、樓層等屬性數(shù)據(jù)，可根據(jù)建筑物邊界范圍與注記的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行自動(dòng)判斷和關(guān)聯(lián)。

基于遙感影像提取建筑物信息方面，國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者開(kāi)展過(guò)相關(guān)研究，如Weidner研究利用數(shù)字表面模型提取有棱角特征的建筑物[1]；王世偉等在Sitaram Bhagavathy提出基于Gabor紋理塊的對(duì)象建模方法，通過(guò)對(duì)整個(gè)城鎮(zhèn)影像進(jìn)行對(duì)象建模來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑物信息的提取[2]；侯蕾等提出了一種基于Canny 算子和建筑物幾何特征、灰度特征識(shí)別算法的建筑物信息自動(dòng)提取方法[3]。重慶市地形復(fù)雜，建筑物大多不規(guī)則，且很多建筑物上面有屋頂花園或其他植被覆蓋，影像上建筑物的灰度特征和幾何特征都受到較大干擾，完全依賴某種算法是很難準(zhǔn)確提取建筑物輪廓邊界的。因此，結(jié)合重慶市實(shí)際情況，在綜合利用各類算法的基礎(chǔ)上，還設(shè)計(jì)了一套人機(jī)交互的、基于影像的建筑物信息提取方法。

3.4 基于3G技術(shù)的建筑物信息移動(dòng)采集系統(tǒng)

建筑物的大部分屬性數(shù)據(jù)都需要在實(shí)地進(jìn)行調(diào)查和采集，如果采用傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖標(biāo)繪方式，將費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，利用移動(dòng)GIS、3G無(wú)線通信等技術(shù)開(kāi)發(fā)了終端采集系統(tǒng)，以高精度遙感影像作為底圖，提供建筑物數(shù)據(jù)錄入和編輯、可視化展現(xiàn)、查詢統(tǒng)計(jì)等功能，為建筑物信息采集提供了重要的技術(shù)平臺(tái)。

3.5 基于知識(shí)與規(guī)則的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

對(duì)采集的建筑物信息進(jìn)行質(zhì)量控制，除現(xiàn)場(chǎng)抽查、核實(shí)等手段外，還可采取基于規(guī)則庫(kù)的系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)方法，能達(dá)到更高效、更準(zhǔn)確的質(zhì)量檢查效果。規(guī)則庫(kù)包含空間關(guān)系規(guī)則和屬性邏輯規(guī)則，空間關(guān)系規(guī)則主要包括建筑物之間的空間關(guān)系描述：建筑物必須是一個(gè)面對(duì)象實(shí)體，面-面不能交叉，面-面不能包含。屬性邏輯規(guī)則對(duì)建筑物各類屬性指標(biāo)的邏輯關(guān)系進(jìn)行規(guī)范和限定：建筑編碼不能重復(fù)；建筑物面積不能≤0 m2；建筑物高度不能≤0 m，并且不能≥500 m；建筑物單層面積之和與總建筑物面積之差≤10 m2；居住戶數(shù)+空置戶數(shù)=住宅總戶數(shù)；地下層數(shù)+地上層數(shù)=總樓層數(shù)。

基于建筑物知識(shí)與規(guī)則庫(kù)，開(kāi)發(fā)建筑物數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查插件，自動(dòng)檢測(cè)存在的問(wèn)題，及時(shí)修正完善。

3.6 建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)更新

因?yàn)槌鞘薪ㄔO(shè)拓展速度非?？?，建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)更新也顯得十分重要。對(duì)于建筑物空間數(shù)據(jù)的更新，采取“主動(dòng)檢測(cè)+增量更新”的方式進(jìn)行，首先通過(guò)遙感影像和規(guī)劃許可等資料判別、發(fā)現(xiàn)城市增量變化區(qū)域，如舊城改造、新區(qū)開(kāi)發(fā)等；然后重點(diǎn)針對(duì)這些區(qū)域開(kāi)展建筑物信息采集和更新工作。建筑物屬性數(shù)據(jù)，則與街道、社區(qū)、物管人員建立工作機(jī)制，由對(duì)方利用網(wǎng)絡(luò)填報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于重慶市建筑物信息調(diào)查的實(shí)際需要，本文對(duì)普查指標(biāo)設(shè)置、普查單元?jiǎng)澐?、?shù)據(jù)提取與對(duì)象化、移動(dòng)數(shù)據(jù)采集、成果質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究和剖析，總結(jié)了一套適合于大面積山地城市的建筑物信息普查技術(shù)體系，可為類似的地理信息調(diào)查提供有益參考。

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Research on the Key Technology of Wide Area Building Information Survey

by WANG Bin

Taking Chongqing for example, this paper introduced the main work flow and technologies of city building information investigation, and summarized a set of key technology system suitable for large mountain city, which provided the reference for the similar geographical survey.

wide range, building information, investigation, key technology

P208

B

1672-4623（2014）02-0032-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.02.012

2014-01-06。

項(xiàng)目來(lái)源：重慶市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（cstc2012jjA40055）。

王斌，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)與遙感。