謝文瑄 陶迎春 祝曉坤 張翼然 丁月

(1. 北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院, 北京 100038; 2. 城市空間信息工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100038)

0 引言

測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)建設(shè)是城市信息化建設(shè)的基礎(chǔ),成果可廣泛應(yīng)用于國(guó)土空間規(guī)劃監(jiān)督管理、自然資源管理、保護(hù)和利用等方面[1-2]。2018年以來(lái),隨著國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的實(shí)施,上海、天津、武漢和重慶等眾多城市,相繼開(kāi)展了地理信息數(shù)據(jù)資源體系建設(shè)、數(shù)據(jù)融合共享和平臺(tái)研發(fā)等工作[3-5]。北京市委、市政府也啟動(dòng)并組織實(shí)施了北京大數(shù)據(jù)行動(dòng)計(jì)劃,以建設(shè)首善標(biāo)準(zhǔn)的城市大數(shù)據(jù)中心為目標(biāo),旨在全面升級(jí)北京市信息化建設(shè)水平,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源開(kāi)放共享全覆蓋,并通過(guò)大數(shù)據(jù)應(yīng)用,促進(jìn)城市精細(xì)化管理,提高科學(xué)決策能力,保障和服務(wù)民生,建設(shè)世界級(jí)智慧城市。

近年來(lái),北京市各委辦局結(jié)合自身業(yè)務(wù)需求,均在同步推進(jìn)相關(guān)工作,積極推動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部、外部的空間數(shù)據(jù)資源梳理、空間大數(shù)據(jù)建設(shè)和打通共享工作,促進(jìn)各類空間要素資源整合、技術(shù)應(yīng)用水平提升,且已取得了顯著的工作成效。隨著工作的不斷深入與細(xì)化,全市空間大數(shù)據(jù)建設(shè)和城市精細(xì)化管理對(duì)空間數(shù)據(jù)的需求越來(lái)越大、個(gè)性化特征越來(lái)越明顯、要求越來(lái)越高[6],基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的廣度、深度、精度和現(xiàn)勢(shì)度均存在較大的提升空間。與此同時(shí),相關(guān)從業(yè)人員開(kāi)展了部分?jǐn)?shù)據(jù)生產(chǎn)探索、產(chǎn)品體系設(shè)計(jì)和展示平臺(tái)建設(shè)等多方面的研究,也取得了一定進(jìn)展[7-10]。但目前仍然較為缺乏系統(tǒng)的行業(yè)專題數(shù)據(jù)建設(shè)技術(shù)研究和應(yīng)用方向探索拓展等方面的工作。

基于此,本文立足于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)融合建設(shè)工作,聚焦行業(yè)特色,以政府部門(mén)不同的業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向,提出了行業(yè)專題地理信息數(shù)據(jù)建設(shè)技術(shù)方法、案例試驗(yàn)、成果分析和應(yīng)用的全流程體系。力求提供全面、深入的數(shù)據(jù)服務(wù),以期為全市時(shí)空大數(shù)據(jù)、智慧城市“一張圖”和信息化數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工作提供一定的參考。

1 行業(yè)專題數(shù)據(jù)建設(shè)

1.1 業(yè)務(wù)需求分析

在數(shù)據(jù)資源經(jīng)過(guò)清洗、加工和分析等步驟后,最終形成能夠支撐業(yè)務(wù)、輔助決策信息的全部流程,準(zhǔn)確、清晰的業(yè)務(wù)需求分析是基礎(chǔ),也數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的關(guān)鍵一步。為提升業(yè)務(wù)水平、提高決策的有效性,必須以涵蓋多領(lǐng)域的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),依靠科學(xué)的方法,來(lái)輔助各委辦局的業(yè)務(wù)和決策[11]。

因此,要聚焦行業(yè)特色,梳理業(yè)務(wù)需求,了解、收集各領(lǐng)域、各部門(mén)的數(shù)據(jù)資源,分析當(dāng)前數(shù)據(jù)資源的優(yōu)勢(shì)與不足,結(jié)合數(shù)據(jù)應(yīng)用需求場(chǎng)景,建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系框架,同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)膮⒖紨?shù)據(jù)源,為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)加工建設(shè)奠定良好基礎(chǔ),以便于系統(tǒng)性地提供數(shù)據(jù)本底和信息挖掘支撐服務(wù)。如圖 1所示,與部分委辦局已形成了明確的業(yè)務(wù)需求。

圖1 流程圖

1.2 數(shù)據(jù)資料獲取

除已掌握的測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像等資源外,根據(jù)業(yè)務(wù)需求,在政府部門(mén)的協(xié)調(diào)下,可通過(guò)多種途徑獲取多專業(yè)、多層次、多角度的數(shù)據(jù)信息資料,如城市建設(shè)、市政交通、社會(huì)服務(wù)和政策法規(guī)等諸多方面(圖 1)。進(jìn)一步結(jié)合地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和各類技術(shù)處理方法,即可逐步建立滿足政府部門(mén)需求的行業(yè)專題基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 技術(shù)方法實(shí)施

通常,數(shù)據(jù)資源庫(kù)的建設(shè)過(guò)程共包括數(shù)據(jù)調(diào)研與資料收集、數(shù)據(jù)庫(kù)目錄設(shè)計(jì)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定、樣例試驗(yàn)、數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)沉淀和數(shù)據(jù)成果匯總?cè)霂?kù)7個(gè)步驟。在數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工階段,要針對(duì)不同的需求背景和數(shù)據(jù)資源特征,采用不同的技術(shù)方法(圖1)。

1.3.1基于各類圖紙資料

圖紙資料主要有工程設(shè)計(jì)圖、施工圖、示意圖、地形圖和航攝像片等內(nèi)容。非地理信息格式的圖紙資料通常有紙質(zhì)版與電子版、有圖廓與無(wú)圖廓、含坐標(biāo)系與不含坐標(biāo)系等多種類型。針對(duì)不同類型的圖紙資料,需采用不同的技術(shù)處理方法(圖 2)。常用軟件包括Photoshop、ArcGIS、AutoCAD和加拿大Safe Software公司開(kāi)發(fā)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)(feature manipulate engine，F(xiàn)ME)。一方面,對(duì)圖紙檔案或無(wú)坐標(biāo)系電子圖紙,應(yīng)先經(jīng)過(guò)圖像基礎(chǔ)處理,然后依據(jù)空間位置準(zhǔn)確的地理參考資料和若干同名點(diǎn)坐標(biāo),通過(guò)地理空間配準(zhǔn),給數(shù)據(jù)賦予地理空間參考坐標(biāo)系。最后,根據(jù)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)目錄結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集要求,嚴(yán)格按照精度要求,對(duì)所需的地理要素進(jìn)行矢量化采集,形成地理信息初步成果。

圖2 基于圖紙資料的技術(shù)流程

另一方面,從專業(yè)設(shè)計(jì)單位獲取的含坐標(biāo)系電子版設(shè)計(jì)圖紙要素齊全、內(nèi)容全面,需要根據(jù)政府部門(mén)數(shù)據(jù)建設(shè)要求,提取關(guān)鍵要素,將dwg文件轉(zhuǎn)換成為gdb或shapefile文件。然后補(bǔ)充相應(yīng)的屬性信息,導(dǎo)入地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)即可。

1.3.2基于臺(tái)賬數(shù)據(jù)

政府部門(mén)經(jīng)常使用表格、文本等形式的臺(tái)賬來(lái)記錄信息。當(dāng)臺(tái)賬具有空間地理位置坐標(biāo)值時(shí),可直接通過(guò)空間展點(diǎn)方式進(jìn)行落圖,然后完成屬性掛接即可。當(dāng)臺(tái)賬不具備任何空間地理位置信息時(shí),在這類數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中,結(jié)合文本匹配技術(shù),將地名、地址等關(guān)鍵信息與已有的地理空間數(shù)據(jù)的屬性進(jìn)行查詢匹配,查找同名點(diǎn),完成一部分臺(tái)賬的空間落圖。對(duì)于無(wú)法完成匹配的臺(tái)賬信息,可結(jié)合其他基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像和互聯(lián)網(wǎng)底圖資源,通過(guò)人工核對(duì)的方式,逐一進(jìn)行空間落圖(圖3)。

圖3 基于臺(tái)賬數(shù)據(jù)的技術(shù)流程

1.3.3基于多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)

對(duì)于同種類型的專題數(shù)據(jù),不同來(lái)源地理空間數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系統(tǒng)、要素表達(dá)形式、圖斑數(shù)量、數(shù)據(jù)精度、屬性結(jié)構(gòu)和內(nèi)容等方面各不相同。要根據(jù)數(shù)據(jù)空間位置和屬性信息的適用性、權(quán)威性、時(shí)效性、準(zhǔn)確性等判斷依據(jù),確定不同數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí),對(duì)要素幾何表達(dá)、屬性結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,制定個(gè)性化的數(shù)據(jù)融合規(guī)則,消除差異,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化處理和空間整合,最終形成最優(yōu)成果。

1.3.4基于外業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)

根據(jù)業(yè)務(wù)需求,若內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)無(wú)法完全滿足要求時(shí),則要通過(guò)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行外業(yè)摸排和調(diào)研的方式獲取第一手臺(tái)賬資料。首先是做好準(zhǔn)備工作,包括明確外業(yè)摸排空間點(diǎn)位、設(shè)計(jì)外業(yè)路線、臺(tái)賬模板和調(diào)查問(wèn)卷(圖 1)。其次,開(kāi)展外業(yè)調(diào)研工作,獲取原始數(shù)據(jù)信息資源。最后對(duì)其進(jìn)行梳理歸納,形成專題調(diào)研成果,為后續(xù)應(yīng)用分析和報(bào)告撰寫(xiě)奠定基礎(chǔ)。

2 應(yīng)用場(chǎng)景案例

針對(duì)北京市不同委辦局、結(jié)合部門(mén)業(yè)務(wù)需求,明確數(shù)據(jù)內(nèi)容與規(guī)格,充分發(fā)揮地理信息的優(yōu)勢(shì),逐步構(gòu)建具有行業(yè)特色的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)?？蔀楹罄m(xù)結(jié)合多源空間數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析、數(shù)據(jù)挖掘、提出政策建議奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1 市政交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

為全面推進(jìn)全市市政交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)信息化建設(shè)工作,根據(jù)北京市規(guī)劃和自然資源委員會(huì)的要求,信息化數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括軌道、交通、市政和案例拓展四類要素集,每類要素集包含不同的數(shù)據(jù)實(shí)體。首先,梳理了數(shù)據(jù)庫(kù)目錄結(jié)構(gòu)(表1)。其次,形成了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),形成統(tǒng)一、規(guī)范的屬性字段要求。最后,結(jié)合我院基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和行業(yè)拓展屬性信息,根據(jù)實(shí)際情況,采用上述不同的數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工方法進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫(kù)處理,對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施信息化現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了豐富、擴(kuò)展。案例拓展(支持剖面分析)的地下市政基礎(chǔ)設(shè)施要素圖層有：地下橋樁、人防工程、蓋板溝、地下停車(chē)場(chǎng)、過(guò)街通道、地鐵。

表1 市政交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)目錄初步設(shè)計(jì)

以城市軌道交通數(shù)據(jù)集為例,目前已形成了全市較為完善的軌道專題地理信息數(shù)據(jù)集,包括車(chē)輛段、出入口和隧道中心線等10個(gè)圖層的地理信息矢量數(shù)據(jù)集。同時(shí),通過(guò)與軌道設(shè)計(jì)單位對(duì)接,極大程度地完善了各類實(shí)體的屬性信息,如各類設(shè)施的名稱、類型、功能、尺寸和高程、狀態(tài)等。后期應(yīng)逐步建立市政交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)維護(hù)更新機(jī)制,依托圖紙定期開(kāi)展數(shù)據(jù)補(bǔ)充入庫(kù)和更新維護(hù),對(duì)于新建或改造的工程,也應(yīng)及時(shí)將竣工數(shù)據(jù)入庫(kù),確保數(shù)據(jù)及時(shí)更新。

2.2 “疏解整治促提升”專項(xiàng)

“疏解整治促提升”專項(xiàng)行動(dòng)是提高城市治理能力和水平、持續(xù)改善人居環(huán)境的重要舉措[12]。經(jīng)與北京市發(fā)展和改革委員會(huì)對(duì)接,需對(duì)橋下空間、老年餐桌和核心區(qū)住宿業(yè)進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)和外業(yè)摸排調(diào)研。首先,基于三維MESH模型數(shù)據(jù)和點(diǎn)位臺(tái)賬,對(duì)全市橋下空間面進(jìn)行內(nèi)業(yè)采集、對(duì)老年餐桌和住宿業(yè)點(diǎn)位進(jìn)行落圖。然后,通過(guò)外業(yè)調(diào)研摸清橋下空間、老年餐桌的現(xiàn)狀情況和存在問(wèn)題以及住宿業(yè)的疏解情況,充分拓展數(shù)據(jù)專題屬性信息。最終形成了立足需求、制定問(wèn)卷、深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,掌握現(xiàn)狀、形成統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告的工作模式,成果可支撐政府部門(mén)的專項(xiàng)工作、對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行實(shí)時(shí)整改。

2.3 停車(chē)設(shè)施信息報(bào)送底圖生產(chǎn)

為參與落實(shí)《北京市機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)條例》規(guī)定、實(shí)現(xiàn)精細(xì)化停車(chē)管理的要求、提高停車(chē)資源空間化管理的水平,做好存量機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)設(shè)施信息報(bào)送調(diào)查用底圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)是摸清停車(chē)資源底數(shù)的前提條件和有效途徑。通過(guò)與北京市交通委對(duì)接需求,明確了數(shù)據(jù)組織形式和屬性字段規(guī)格、建立了地塊分類體系標(biāo)準(zhǔn)。然后,參考基礎(chǔ)測(cè)繪、地理國(guó)情普查和互聯(lián)網(wǎng)信息等多源數(shù)據(jù)資料,開(kāi)展了底圖數(shù)據(jù)加工,詳細(xì)記錄了地名、地址、類型、年代等信息。

3 數(shù)據(jù)分析與信息挖掘

在現(xiàn)有行業(yè)專題數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,密切結(jié)合數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景,立足委辦局業(yè)務(wù)特色,對(duì)專題數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和信息挖掘,目的在于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、為解決問(wèn)題提出合理建議,以提高大城市精細(xì)化管理和服務(wù)水平。

在市政交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)中,以城市軌道交通數(shù)據(jù)集為例,可以依托軌道中心線要素圖層,計(jì)算區(qū)域軌道覆蓋密度(單位為km/km2),另外,也可對(duì)比出入口圖層的設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)施結(jié)果之間的差異,分析規(guī)劃實(shí)施率,評(píng)估城市軌道出入口的實(shí)際建設(shè)情況。與之相似,在市政交通專題中,以現(xiàn)狀道路中心線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),計(jì)算道路實(shí)施率和道路實(shí)現(xiàn)率指標(biāo),評(píng)價(jià)城市道路交通狀態(tài)。

在“疏解整治促提升”專項(xiàng)工作中,橋下空間面圖層詳細(xì)記錄了橋下空間的位置、形態(tài)、面積、所屬道路名稱、所屬道路等級(jí)、空間可利用狀況、運(yùn)行保障類型、當(dāng)前存在的問(wèn)題等信息,可全面分析區(qū)域橋下空間資源現(xiàn)狀利用情況,對(duì)于城市環(huán)境美化提升、空間資源賦能挖潛具有重要的實(shí)際意義。同時(shí),老年餐桌和住宿業(yè)的調(diào)研摸排與問(wèn)題歸納成果,能夠切實(shí)評(píng)估專項(xiàng)工作的推動(dòng)進(jìn)展和落實(shí)情況。

在停車(chē)設(shè)施報(bào)送工作中,以地塊底圖數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),補(bǔ)充掛接地塊單元內(nèi)的樓棟數(shù)、住戶數(shù)、停車(chē)位數(shù)和車(chē)輛數(shù)等多種屬性信息,分析不同區(qū)域停車(chē)資源分布情況,再結(jié)合存量房屋建筑密度、老舊小區(qū)分布、手機(jī)信令等數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)停車(chē)位供需不匹配等問(wèn)題,可為進(jìn)一步實(shí)施道路居住停車(chē)認(rèn)證、停車(chē)誘導(dǎo)、停車(chē)預(yù)約、有償共享停車(chē)等工作提供支撐。

目前,常用的地理信息空間數(shù)據(jù)分析方法主要有：

(1)空間分析法。使用各類空間分析模型和空間操作,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,挖掘不同數(shù)據(jù)在空間上的關(guān)聯(lián)規(guī)則和特征。主要有空間檢索、疊置分析、緩沖區(qū)分析、核密度分析和聚類分析等。

(2)統(tǒng)計(jì)分析法。著重于數(shù)據(jù)的非空間特性分析,如統(tǒng)計(jì)對(duì)象的規(guī)模、速度、范圍、程度、頻次等數(shù)量關(guān)系的分析研究,旨在揭示事物間的相互關(guān)系、變化規(guī)律和趨勢(shì)特征。

(3)時(shí)序?qū)Ρ确ā＋@取同種要素在不同時(shí)期的數(shù)據(jù),依據(jù)時(shí)間序列對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析,目的是揭示要素動(dòng)態(tài)變化特性,探索發(fā)展規(guī)律和趨勢(shì)。

(4)可視化方法?；诳梢暬浖膶ｎ}圖件設(shè)計(jì)與制作,能拓寬傳統(tǒng)圖表功能,對(duì)數(shù)據(jù)的剖析更為清晰和深刻,對(duì)于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)部或數(shù)據(jù)之間的規(guī)律能起到啟發(fā)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容不能完全滿足當(dāng)前城市信息化發(fā)展、精細(xì)化管理、個(gè)性化評(píng)估的要求,因此,有必要以行業(yè)應(yīng)用為導(dǎo)向,對(duì)各類數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合,通過(guò)內(nèi)業(yè)深度加工、外業(yè)摸排調(diào)研的方法,將多源數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái),以期滿足多途徑應(yīng)用場(chǎng)景。

本文較為全面的歸納了常用二維專題地理信息數(shù)據(jù)建設(shè)技術(shù)方法。以三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景為例,初步建立了聚焦應(yīng)用的行業(yè)專題地理信息數(shù)據(jù)集,形成了數(shù)據(jù)生產(chǎn)、外業(yè)摸排、內(nèi)業(yè)分析相結(jié)合的專項(xiàng)工作推進(jìn)機(jī)制。并且針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景,提出了詳細(xì)的信息挖掘與數(shù)據(jù)推廣應(yīng)用思路,為后續(xù)數(shù)據(jù)分析服務(wù)廣度的擴(kuò)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

但是,以行業(yè)應(yīng)用為導(dǎo)向的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)建設(shè)是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期推進(jìn)和維護(hù)的工作,目前數(shù)據(jù)尚未形成長(zhǎng)效更新機(jī)制,現(xiàn)勢(shì)性保障不足,今后應(yīng)開(kāi)展深入探討、廣泛試驗(yàn)。同時(shí),在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,數(shù)據(jù)完全無(wú)法滿足各類需求,今后應(yīng)不斷優(yōu)化二維地理信息數(shù)據(jù)在不同尺度下的通用屬性和專題拓展屬性,以期最大限度的滿足各類分析使用需求。