丁慶福+張鵬+柏永青+王健霞+王健偉+閆曉靜

摘 要：目前，從國(guó)家到地方各行業(yè)中，不同尺度的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)更新層出不窮。整合各種地理數(shù)據(jù)用于天地圖框架要素的更新，對(duì)于提高數(shù)據(jù)更新的工作效率、節(jié)省成本有非常重要的作用。簡(jiǎn)要研究利用多源數(shù)據(jù)融合的技術(shù)方法更新該框架中居民地?cái)?shù)據(jù)的相關(guān)內(nèi)容。在工作中，融合了山東省“十二五” 1∶10 000數(shù)字線劃圖全面更新成果和地市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)到框架數(shù)據(jù)，取得了良好的效果，圖面顯示更加詳盡。經(jīng)過(guò)面積統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，融合技術(shù)更新的圖斑占原有圖斑面積的17%，大大節(jié)省了人力和物力，而且數(shù)據(jù)精度也得到了提高。這種方法在后期的相關(guān)更新工作中值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：多源數(shù)據(jù)融合；天地圖；框架要素更新；地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào)：TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.026

“天地圖·山東”是山東省測(cè)繪地理信息局組織建設(shè)的山東省地理信息服務(wù)平臺(tái)，是數(shù)字山東的重要組成部分，也是國(guó)家公共服務(wù)平臺(tái)的主節(jié)點(diǎn)的主要省級(jí)節(jié)點(diǎn)之一。天地圖中數(shù)據(jù)資源豐富，包含高分辨率的航空遙感影像信息、全省基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)、地名地址信息等。目前，基于天地圖的應(yīng)用管理服務(wù)已涉及到各個(gè)行業(yè)，比如防災(zāi)減災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)、公安消防、土地規(guī)劃和醫(yī)療管理等。這些應(yīng)用對(duì)地圖框架要素的現(xiàn)勢(shì)性有很高的要求，山東省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)更新工程每年度一次的及時(shí)更新任務(wù)，主要針對(duì)天地圖框架要素的居民地、交通、水系、植被等要素。這就要求要在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確更新框架數(shù)據(jù)，才能達(dá)到定期更新的目的。多源數(shù)據(jù)融合能夠整合不同數(shù)據(jù)庫(kù)和不同時(shí)間的矢量要素，能充分利用各種數(shù)據(jù)資源，對(duì)提高數(shù)據(jù)獲取效率，節(jié)省人力、物力有非常重要的作用。

近年來(lái)，從國(guó)家到地方，從政府單位到地圖相關(guān)企業(yè)單位，開(kāi)展了不同地區(qū)、不同尺度的數(shù)字地形圖采集更新工作，比如國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪更新工程、國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)和更新工程、地方縣市數(shù)字城市工作、地籍權(quán)屬測(cè)繪工作。不同用途的矢量地圖應(yīng)用目的不同，所需要的地理數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)有所差別，數(shù)據(jù)共享會(huì)產(chǎn)生困難，而多源數(shù)據(jù)融合能夠有效地解決這個(gè)問(wèn)題。本文以框架要素中的居民地?cái)?shù)據(jù)更新為重點(diǎn)，主要研究通過(guò)多源數(shù)據(jù)融合方法有效整合不同來(lái)源的居民地矢量數(shù)據(jù)，用于更新天地圖框架數(shù)據(jù)中的居民地要素。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和技術(shù)路線、結(jié)果

1.1 主要數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1.1 原始框架數(shù)據(jù)

原有DLG框架要素，依據(jù)DOM數(shù)據(jù)和專業(yè)資料對(duì)全省范圍的居民地要素進(jìn)行了更新，覆蓋全省，大部分區(qū)域現(xiàn)勢(shì)性為2014下半年—2015年上半年，如圖1所示。該框架數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)山東省地理信息公共服務(wù)平臺(tái)框架數(shù)據(jù)與國(guó)家天地圖數(shù)據(jù)的融合，既滿足了山東省天地圖數(shù)據(jù)的需求，通過(guò)對(duì)接融合，也達(dá)到了國(guó)家平臺(tái)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2 地市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

“十二五”期間，山東省開(kāi)展了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)，建成了1∶500，1∶1 000，1∶2 000比例尺的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。這些大比例尺數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)統(tǒng)一，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)基本一致，影像成果的分辨率更高，地形要素成果的數(shù)據(jù)表達(dá)更為細(xì)致、準(zhǔn)確、全面。在工作過(guò)程中，工作人員主要利用的數(shù)據(jù)范圍是市區(qū)和縣城，這些數(shù)據(jù)能夠更加詳盡地展現(xiàn)房屋位置和層高等信息。

各地成果范圍一般為地市、縣區(qū)的城市建成區(qū)，部分縣區(qū)提交成果數(shù)據(jù)范圍為城市建成區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地建成區(qū)，個(gè)別縣區(qū)提交成果數(shù)據(jù)范圍為行政區(qū)劃范圍全境，包括城市建成區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地建成區(qū)和農(nóng)村居民駐地。該數(shù)據(jù)位置精度比較高，但是，部分地區(qū)現(xiàn)勢(shì)性比較低。數(shù)據(jù)如圖2所示。

1.1.3 山東省“十二五” 1∶10 000數(shù)字線劃圖更新成果

山東省“十二五”期間完成了全省范圍1∶10 000數(shù)字線劃圖的全面更新，更新任務(wù)2016年上半年完成，所應(yīng)用部分要素時(shí)效性在2015年和2016期間，用以更新農(nóng)村地區(qū)和部分城鎮(zhèn)地區(qū)居民地?cái)?shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)時(shí)效性比較好，在大比例尺數(shù)據(jù)更新不到的地區(qū)，可借用該數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。數(shù)據(jù)如圖3所示。

1.1.4 DOM數(shù)據(jù)

2016年，山東省0.5 m分辨率的航空遙感DOM數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，影像現(xiàn)時(shí)性在2016年初到2016-10.該影像數(shù)據(jù)在本研究中作為參考基準(zhǔn)，根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行融合更新，現(xiàn)勢(shì)性都優(yōu)于1∶10 000數(shù)字線劃圖和各地市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，可用于判斷2種居民地?cái)?shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性差異，并為后期人工矢量化更新提供參考。

綜合幾種矢量數(shù)據(jù)，大比例尺數(shù)據(jù)空間精度比較高，但是，部分地區(qū)的現(xiàn)時(shí)性比較差。雖然“十二五”數(shù)字線劃圖空間精度比較低，但是，所選區(qū)域現(xiàn)時(shí)性比較新，有利于彌補(bǔ)大比例尺數(shù)據(jù)更新不到的部分區(qū)域或圖斑。DOM數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性最新，對(duì)于這幾種數(shù)據(jù)更新不到的地區(qū)，可人工更新。

1.2 數(shù)據(jù)更新技術(shù)路線

居民地層數(shù)據(jù)以面表達(dá)，主要表達(dá)房屋、構(gòu)建筑物、區(qū)等信息。在處理居民地?cái)?shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合各類數(shù)據(jù)源，盡可能詳細(xì)地表示出單幢房屋或獨(dú)立構(gòu)建筑物等信息。為了減少數(shù)據(jù)接邊處理的工作量，在選擇數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)以“不切割不同數(shù)據(jù)源要素”為原則選取范圍面。根據(jù)精度和現(xiàn)勢(shì)性要求，本著“大比例尺數(shù)據(jù)優(yōu)先、兼顧現(xiàn)勢(shì)性”的原則，城鎮(zhèn)地區(qū)數(shù)據(jù)優(yōu)先利用高精度的大比例尺數(shù)據(jù)，農(nóng)村地區(qū)主要考慮數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)性，融合時(shí)取現(xiàn)實(shí)性比較強(qiáng)的數(shù)據(jù)。另外，部分大比例尺數(shù)據(jù)中含有層高信息，保留此類數(shù)據(jù)，以便于天地圖制圖時(shí)能顯示出準(zhǔn)確的三維地物信息。具體步驟如圖5所示。

數(shù)據(jù)更新步驟是：①整理地市大比例尺數(shù)據(jù)和1∶10 000線劃數(shù)據(jù)。在工作過(guò)程中，要先對(duì)不同來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成與框架數(shù)據(jù)相同的CGCS2000地理坐標(biāo)系統(tǒng)，再進(jìn)行屬性字段標(biāo)準(zhǔn)化整理，導(dǎo)入框架要素?cái)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模板中，主要保留房屋（街區(qū)）類型代碼、層高數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)來(lái)源等關(guān)鍵字段信息。②因收集到地市級(jí)大比例尺數(shù)據(jù)主要覆蓋范圍在城鎮(zhèn)地區(qū)，所以在更新前，要先對(duì)大比例尺數(shù)據(jù)和1∶10 000的DLG居民地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，利用大比例尺數(shù)據(jù)選取其所覆蓋的1∶10 000的DLG數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行刪除（擦除）處理。在此過(guò)程中，為了避免出現(xiàn)不完整圖斑的情況，此處利用相交選擇并刪除的方法擦除數(shù)據(jù)。得到2套相互不重疊的待更新數(shù)據(jù)（地市級(jí)大比例尺數(shù)據(jù)和刪除后的1∶10 000的DLG數(shù)據(jù)）后，對(duì)2套數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，得到待更新數(shù)據(jù)。③對(duì)待更新數(shù)據(jù)與原始框架數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，利用待更新數(shù)據(jù)選取其所覆蓋的原始框架數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行刪除（擦除）工作。對(duì)2套數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，可以得到最新的居民地?cái)?shù)據(jù)融合成果。④依據(jù)最新的DOM影像數(shù)據(jù)進(jìn)行人工干預(yù)更新，對(duì)3種數(shù)據(jù)都沒(méi)有覆蓋的區(qū)域進(jìn)行人工矢量化更新，并進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，合格后得到最新的居民地更新成果。

2 成果分析和總結(jié)

如圖4所示，分析最終融合居民區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)繼承了3種數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，大比例尺數(shù)據(jù)能夠覆蓋到的區(qū)域全部替換為大比例尺居民地?cái)?shù)據(jù)。這樣做，顯示結(jié)果更加詳細(xì)，能夠清晰顯示各個(gè)房屋的拐角和輪廓，能夠詳盡區(qū)分房屋類型（比如棚房、一般房屋、高層、多層房屋）。在制圖發(fā)布中，可以根據(jù)房屋層數(shù)顯示不同房屋高度，使得街區(qū)房屋顯示更加形象、真實(shí)。在大比例尺數(shù)據(jù)覆蓋不到的區(qū)域，可依據(jù)1∶10 000的DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。以矢量更新的縣區(qū)范圍為單位進(jìn)行圖斑統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，利用大比例尺數(shù)據(jù)更新的原框架要素的圖斑面積，占原框架要素圖斑總面積的30%～40%，這其中新增加圖斑面積占原框架要素圖斑總面積的7%，利用1∶10 000的DLG數(shù)據(jù)更新（新增）居民區(qū)圖斑面積占原框架要素圖斑總面積的10%，利用人工矢量化更新的方法進(jìn)行增補(bǔ)的居民區(qū)域圖斑總面積占原框架要素圖斑總面積的5%.

由此可見(jiàn)，將基于多源數(shù)據(jù)融合的技術(shù)方法用于省級(jí)DLG居民地框架要素更新，不僅有利于提高居民地?cái)?shù)據(jù)的精度和數(shù)據(jù)質(zhì)量，也大大節(jié)省了更新工作的人力和物力，對(duì)于提高數(shù)據(jù)更新工作效率有非常重要的作用。平臺(tái)數(shù)據(jù)的采集束需要不斷完善的，詳細(xì)的街區(qū)房屋信息有利于提高地圖精度，增加表現(xiàn)形式；完善的興趣點(diǎn)和道路信息在提高地圖位置查找和導(dǎo)航功能方面有重要意義。在未來(lái)的相關(guān)地理數(shù)據(jù)更新工作中，可進(jìn)一步完善該技術(shù)，將其應(yīng)用于天地圖·山東平臺(tái)的道路、水系和植被等更新工作中。

參考文獻(xiàn)

［1］黃蔚.國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)天地圖［J］.衛(wèi)星應(yīng)用，2014（01）：41-44.

［2］崔鐵軍，郭黎.多源地理空間矢量數(shù)據(jù)集成與融合方法探討［J］.測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，24（1）：1-4.

［3］王飛.淺析城市地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)［J］.城市建設(shè)理論研究：電子版，2011（14）：25-27.

［4］郭黎.多源地理空間矢量數(shù)據(jù)融合理論與方法研究［D］.鄭州：解放軍信息工程大學(xué)，2008.

［5］張?jiān)蕽?，商建偉，張金?山東省1∶10 000基礎(chǔ)測(cè)繪DLG更新試驗(yàn)研究——以煙臺(tái)開(kāi)發(fā)區(qū)為例［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2013，36（8）：221-223.

［6］山東省國(guó)土資源廳.山東省十二五基礎(chǔ)測(cè)繪規(guī)劃［EROL］.［2011-10-11］.www.sddlr.gov.cn.

［7］朱蕊.多源空間矢量數(shù)據(jù)一致性處理技術(shù)研究［D］.鄭州：解放軍信息工程大學(xué)，2012.

［8］黃得倫.基于CGCS2000的地方獨(dú)立坐標(biāo)系模型構(gòu)建及實(shí)例分析［D］.西安：西安科技大學(xué)，2013.

［9］靳鳳瑩，張豐，杜振宏，等.基于spak的土地利用矢量數(shù)據(jù)空間疊加分析方法［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2016（01）：40-44.

［10］馮媛媛，劉艷蕓，丁樂(lè)樂(lè).一種快速統(tǒng)計(jì)地形圖中地類圖斑面積的方法［J］.城市勘測(cè)，2015（04）：129-131.