吳國華

(福州市勘測院有限公司，福建 福州 350108)

1 引 言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的不斷推進，城市的數(shù)量和規(guī)模亦迅速發(fā)展壯大，而作為城鎮(zhèn)中主要元素的建筑物信息化水平往往顯得滯后，難以滿足智慧城市建設(shè)和城鎮(zhèn)精細(xì)化管理的需求[1]。為全面掌握全市各類建筑物的現(xiàn)狀分布情況，核準(zhǔn)各類建筑物的屬性信息，從而建立統(tǒng)一、完整、準(zhǔn)確的建筑物時空信息庫[2]。

2 普查建庫內(nèi)容

(1)AOI(Area of Interest指電子地圖表達(dá)區(qū)域的地理實體，如居民小區(qū)、單位院落、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、一個景區(qū)或一個體育館等，相對POI興趣點也稱為興趣面，通常比POI具有更好的表達(dá)力，更好的計算力，更好的穩(wěn)定性)數(shù)據(jù)普查。

(2)建筑物(Building)數(shù)據(jù)普查，指具有頂蓋、梁柱、墻壁、基礎(chǔ)，能夠形成一定的內(nèi)部空間，滿足人們生產(chǎn)、生活及其他活動需要的工程實體[3]。

(3)建筑物照片數(shù)據(jù)采集建庫，采集對應(yīng)建筑物的名址圖片、遠(yuǎn)近景正面照、立面材質(zhì)圖片等。

3 建筑物普查建庫流程

建筑物普查建庫是以多源數(shù)據(jù)整合為基礎(chǔ)，然后對融合后建筑物圖形和屬性數(shù)據(jù)疊加正射影像等數(shù)據(jù)更新修測制作調(diào)查電子底圖，再利用定制開發(fā)的普查App進行外業(yè)調(diào)查補充，最后對普查后的數(shù)據(jù)進行整合入庫工作。普查建庫總體流程如圖1所示：

圖1 建筑數(shù)據(jù)庫建設(shè)實施路線

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

(1)數(shù)據(jù)庫組織結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于房產(chǎn)數(shù)據(jù)庫在應(yīng)用管理上多以房產(chǎn)丘為單元，因此建筑物數(shù)據(jù)庫定義了類似房產(chǎn)丘的院落單元AOI。而建筑物數(shù)據(jù)則從空間圖形和非空間的屬性兩個方面進行建庫表示，另外以建筑物照片作為輔助信息。建筑物數(shù)據(jù)庫的組織結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 數(shù)據(jù)庫組織結(jié)構(gòu)

(2)建筑物數(shù)據(jù)表字段設(shè)計

根據(jù)建筑物時空屬性信息表現(xiàn)設(shè)計建筑物數(shù)據(jù)表字段如表1所示：

表1 建筑物屬性信息數(shù)據(jù)源分析表

3.2 源數(shù)據(jù)收集分析

(1)源數(shù)據(jù)收集分析

按照建筑物數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)特征對應(yīng)源數(shù)據(jù)的類型、標(biāo)準(zhǔn)、來源、特性、可靠性、用途等進行綜合考量，形成源數(shù)據(jù)收集分析表。根據(jù)建筑物地物特征及表示方式，把源數(shù)據(jù)分為空間圖形數(shù)據(jù)和非空間的屬性信息數(shù)據(jù)兩種類型[4]。具體如下：

①空間圖形基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：大比例尺DLG數(shù)據(jù)、竣工測量數(shù)據(jù)、放樣數(shù)據(jù)、高分辨率數(shù)字正射影像、激光點云成果、傾斜攝影成果；

②非空間屬性數(shù)據(jù)：房產(chǎn)整合的樓房數(shù)據(jù)、建筑物城建檔案、標(biāo)準(zhǔn)地址二維碼數(shù)據(jù)等。

(2)源數(shù)據(jù)預(yù)處理

主要是對源數(shù)據(jù)完整性檢查、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)統(tǒng)一、源數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等預(yù)處理工作。

①源數(shù)據(jù)完整性檢查，對收集源數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)、范圍、圖層、屬性內(nèi)容以及由于分幅或作業(yè)區(qū)域劃分等因素被分割為若干部分的地圖地物要素等進行檢查。

②數(shù)學(xué)基礎(chǔ)統(tǒng)一，主要是對源數(shù)據(jù)進行格式統(tǒng)一和坐標(biāo)系統(tǒng)一。

③源數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，主要是對源數(shù)據(jù)進行幾何形狀檢查、空間位置檢查、拓?fù)潢P(guān)系檢查、邏輯性檢查、屬性檢查等。

3.3 源數(shù)據(jù)融合更新

對完成預(yù)處理的各類源數(shù)據(jù)分別進行空間圖形和非空間的屬性的融合處理。

(1)圖形數(shù)據(jù)融合

圖形數(shù)據(jù)融合主要包括AOI和建筑物圖形數(shù)據(jù)的融合。AOI數(shù)據(jù)主要是對宗地、地籍、房產(chǎn)丘地塊等源數(shù)據(jù)的院落范圍進行比對分析、邊界調(diào)整等融合處理；建筑物圖形數(shù)據(jù)預(yù)整理主要包括建筑物圖元的分類、合并及拆分等邏輯棟關(guān)系融合。

(2)屬性數(shù)據(jù)融合

AOI、建筑物屬性數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工包括分析提取、對照判斷、信息融合等屬性信息融合處理工作。

(3)數(shù)據(jù)更新

對融合處理后的AOI數(shù)據(jù)、建筑物數(shù)據(jù)疊加最新現(xiàn)勢性的正射影像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)更新修測，以保持待調(diào)查數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。

3.4 外業(yè)普查

外業(yè)普查是利用采集App由普查員按順序?qū)ㄖ锼贏OI及AOI內(nèi)建筑物圖形和屬性信息進行核查、補充更新采集工作。采集過程中首先需要確認(rèn)AOI的四至范圍及名址信息，然后采集AOI范圍內(nèi)的建筑物位置圖形、屬性信息、并拍攝建筑物照片信息。

3.5 數(shù)據(jù)整合入庫

(1)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)整合

對調(diào)查完成的數(shù)據(jù)進行內(nèi)業(yè)整合，主要是對采集的圖形及屬性信息進行關(guān)聯(lián)整合及標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時檢查數(shù)據(jù)的完整性，對有遺漏的數(shù)據(jù)需及時退回進行補充調(diào)查。

(2)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查及入庫

對完成整合的建筑物數(shù)據(jù)進行入庫前質(zhì)量檢查，包括完整性檢查、空間檢查、屬性信息檢查、關(guān)聯(lián)關(guān)系檢查、邏輯一致性檢查等，檢查合格后才可以進行數(shù)據(jù)入庫操作[5]。

4 普查建庫實例

本文以福州市城區(qū)建筑物普查為例，按照普查實施的具體作業(yè)步驟來詳細(xì)介紹建筑物普查建庫的具體技術(shù)實現(xiàn)。

4.1 源數(shù)據(jù)收集分析

根據(jù)建筑物數(shù)據(jù)庫設(shè)計把收集的源數(shù)據(jù)分為空間圖形數(shù)據(jù)和非空間的屬性數(shù)據(jù)兩大類[6]?？臻g圖形數(shù)據(jù)包含AOI數(shù)據(jù)和建筑物數(shù)據(jù)。非空間的屬性信息主要從各類建筑物相關(guān)專題數(shù)據(jù)及輔助參考數(shù)據(jù)中獲取。從數(shù)據(jù)來源、特性、用途和數(shù)據(jù)優(yōu)先級等方面對各類數(shù)據(jù)源進行分析，形成AOI和建筑物數(shù)據(jù)源分析表如表2和表3所示：

表2 AOI數(shù)據(jù)源分析表

表3 建筑物數(shù)據(jù)源分析表

4.2 源數(shù)據(jù)整合

(1)AOI圖形數(shù)據(jù)整合

AOI整合是以宗地數(shù)據(jù)、房產(chǎn)丘地塊數(shù)據(jù)、單位院落數(shù)據(jù)、DLG數(shù)據(jù)、進行AOI的預(yù)整合，然后疊加高分辨率DOM數(shù)據(jù)、區(qū)劃網(wǎng)格數(shù)據(jù)及POI興趣點數(shù)據(jù)進行檢查驗核。

①AOI數(shù)據(jù)提?。簭淖诘財?shù)據(jù)、房產(chǎn)丘地塊數(shù)據(jù)、單位院落數(shù)據(jù)、DLG數(shù)據(jù)中提取院落范圍面作為AOI基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)不同數(shù)據(jù)源中院落范圍面的地物要素的類型特征提取所需的AOI相關(guān)要素，具體包括宗地范圍線、房產(chǎn)丘范圍面、院落范圍面、DLG數(shù)據(jù)的圍墻、柵欄等作為AOI基礎(chǔ)范圍邊界線。

②AOI數(shù)據(jù)融合：AOI數(shù)據(jù)的融合是以房產(chǎn)丘地塊數(shù)據(jù)作為融合的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過與其他多源空間數(shù)據(jù)融合處理及驗核判斷后生成AOI成果數(shù)據(jù)。具體AOI數(shù)據(jù)融合的流程圖如圖3所示：

圖3 AOI數(shù)據(jù)融合流程圖

步驟一：AOI融合預(yù)處理以房產(chǎn)丘地塊數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，參照宗地數(shù)據(jù)、院落數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，即提取多源的AOI數(shù)據(jù)進行比對，對有沖突的AOI數(shù)據(jù)進行判斷調(diào)整；

步驟二：參照大比例地形圖數(shù)據(jù)、竣工測量數(shù)據(jù)，對經(jīng)過預(yù)處理的AOI數(shù)據(jù)進行AOI數(shù)據(jù)疊加分析、數(shù)據(jù)融合、節(jié)點優(yōu)化等；

步驟三：疊加區(qū)劃網(wǎng)格及高分辨率DOM數(shù)據(jù)、POI數(shù)據(jù)進行檢查驗核，通過驗核的院落數(shù)據(jù)即為AOI數(shù)據(jù)成果。

(2)建筑物圖形數(shù)據(jù)整合

①建筑物圖形數(shù)據(jù)提取：從DLG數(shù)據(jù)、竣工測量數(shù)據(jù)等源數(shù)據(jù)中提取建筑物輪廓面作為建筑物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。具體提取的建筑物相關(guān)要素如一般房屋、簡單房屋、建中房屋、放樣房屋、架空房屋、飄樓、陽臺等。

②建筑物圖形數(shù)據(jù)整合：由于大比例尺DLG等源數(shù)據(jù)的建筑物圖形是對建筑物頂面細(xì)部的精細(xì)化表達(dá)，這樣一棟物理獨立的建筑物往往分割成多個邏輯建筑，需對分割的邏輯建筑進行整合處理，具體整合處理示意圖如圖4所示：

圖4 建筑物整合

建筑拆分是指建筑有裙樓或錯層時，當(dāng)主體樓與裙樓或?qū)哟伍g的高差大于等于 2.2 m，且單一投影面積達(dá)到 64 m2的建筑主體外的樓體[7]。建筑體積(面積×高度)占建筑總體積比例最大的結(jié)構(gòu)優(yōu)先認(rèn)定為建筑主體結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑物由兩個及兩個以上體量建筑組合成一體時，需要將首層或多層相互連通公用的底商和上面的塔樓按不同的樓號、樓名進行分割表示，具體處理示意圖如圖5所示：

圖5 建筑物整合

(3)圖形數(shù)據(jù)更新

對經(jīng)過提取整合的AOI及建筑物圖形數(shù)據(jù)疊加最新現(xiàn)勢性的高分辨率正射影像數(shù)據(jù)，進行AOI、建筑物面更新修測，以保持AOI及建筑物數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。

(4)屬性數(shù)據(jù)整合

建筑物屬性字段整合是盡可能整合各類源數(shù)據(jù)中已有可利用信息，使建筑物屬性信息盡量齊全完整，不同屬性字段整合過程如下。

①建筑物編碼：是以福州市統(tǒng)一劃分的城市基礎(chǔ)網(wǎng)格為基礎(chǔ)，對網(wǎng)格內(nèi)建筑先進行單元劃分再賦予編碼。編碼采用7層27位層次碼結(jié)構(gòu)，由城市基礎(chǔ)網(wǎng)格代碼、建筑代碼以及業(yè)務(wù)管理拓展碼構(gòu)成。具體編碼結(jié)構(gòu)圖如圖6所示：

圖6 建筑編碼結(jié)構(gòu)圖

②詳細(xì)地址：指民政部門編制的建筑物門牌地址，基本格式為“××區(qū)××街道××路(街、巷、坊)××號”，通過外業(yè)掃描對應(yīng)二維碼獲取。

③所在街道、社區(qū)：建筑物所在街道、社區(qū)字段通過其與街道、社區(qū)網(wǎng)格進行空間疊加獲取所在街道、社區(qū)的屬性信息。

④建筑名稱：指建筑物當(dāng)前使用的名稱，原則上是院落名稱加樓名的組合。

⑤標(biāo)準(zhǔn)名稱：指在民政局官方批準(zhǔn)名稱，主要從地名辦的檔案庫中統(tǒng)一獲取。

⑥項目名稱：建筑物在立項、審批過程中形成的名稱。其獲取的優(yōu)先級順序是，首先從竣工測量報告中提取，其次從地名辦檔案中提取，兩份資料都沒有的，從房產(chǎn)數(shù)據(jù)庫中補充。

⑦建設(shè)單位名稱：指投資建設(shè)該建筑物的業(yè)主單位名稱。其獲取的優(yōu)先級順序是，首先從竣工測量報告中提取，其次從房產(chǎn)數(shù)據(jù)屬性庫中關(guān)聯(lián)提取。

⑧結(jié)構(gòu)類型：建筑結(jié)構(gòu)一般是指其建筑的承重結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)，其屬性從DLG數(shù)據(jù)的屬性字段中獲取。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物，根據(jù)建筑物構(gòu)件圖元的建筑物面積值的大小排序，以建筑物面積值大的構(gòu)件圖元建筑物結(jié)構(gòu)屬性值為整棟建筑物的結(jié)構(gòu)類型值。

⑨建造年代：指建筑物的竣工時間。福州自2000年以后建成建筑物有竣工資料，統(tǒng)一從竣工測量報告中提取建造年代；以前無竣工資料的，從房產(chǎn)數(shù)據(jù)屬性中獲??；對于房產(chǎn)數(shù)據(jù)中沒有建設(shè)年代的建筑物，再利用多時相影像的時空性人工判定建筑物建筑年代；對于年份久遠(yuǎn)的古建筑采用實地調(diào)查建筑物年代。

⑩建筑層數(shù)：指層高大于2.2 m的樓板結(jié)構(gòu)分層層數(shù)。當(dāng)一幢建筑有兩個以上的建筑組合，按最高體量的構(gòu)件圖元自然層數(shù)計算建筑層數(shù)。具體建筑層數(shù)屬性從DLG數(shù)據(jù)中提取“實際層數(shù)”屬性。

4.3 調(diào)查底圖制作

調(diào)查電子底圖應(yīng)以衛(wèi)星遙感影像為背景，以福州市綜治網(wǎng)格為普查任務(wù)單元，將調(diào)查任務(wù)單元內(nèi)AOI以范圍線表示并標(biāo)注其名稱，將調(diào)查任務(wù)單元內(nèi)建筑物以外輪廓表示并標(biāo)注樓棟號等基本信息，以方便外業(yè)核查編輯使用。

4.4 普查App研發(fā)

根據(jù)建筑物普查業(yè)務(wù)需求，研發(fā)普查應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)-服務(wù)-應(yīng)用三層體系架構(gòu)如圖7所示：

圖7 建筑物普查應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)圖

其中數(shù)據(jù)層包括基礎(chǔ)底圖、分區(qū)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、標(biāo)繪數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等；服務(wù)層是基于Restful Service技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)層與應(yīng)用層的分離，具體服務(wù)包括，用戶管理、底圖控制、區(qū)域劃分、沙盤標(biāo)繪、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出等；應(yīng)用層則負(fù)責(zé)與普查用戶的交互應(yīng)用，分為PC端和移動端，主要功能包括PC端的普查底圖管理、普查小區(qū)劃分、用戶管理、導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)分析和移動端AOI圖形和屬性編輯、建筑物圖形和屬性編輯、外業(yè)沙盤標(biāo)繪等。

4.5 外業(yè)普查

建筑物外業(yè)普查基本是以核對確認(rèn)為主，僅對實地普查中與系統(tǒng)AOI及建筑物數(shù)據(jù)不一致的進行更新修測，同時采集建筑物照片數(shù)據(jù)。其主要調(diào)查工作內(nèi)容如下：

(1)空間圖形核對及更新修測：

核對確認(rèn)AOI的四至范圍及其范圍內(nèi)建筑物圖形是否準(zhǔn)確；對與實地不一致的情況，則根據(jù)實地情況對待查專題數(shù)據(jù)進行修改、增加、合并、分割、刪除等修測處理。

(2)非空間屬性的核對及更新：

核對系統(tǒng)中專題AOI、建筑物數(shù)據(jù)屬性信息完整、準(zhǔn)確；對與實地不一致的情況，則根據(jù)實地情況進行修改、補充完善；

(3)建筑物外觀圖片采集：

建筑物外觀照片要求至少四張，包括名址照、遠(yuǎn)近景正面照、立面材質(zhì)照等。對于周圍遮擋或綠植環(huán)抱等原因?qū)嵉責(zé)o法采集照片的則統(tǒng)一從傾斜攝影數(shù)據(jù)中獲取。

采集App空間圖形及屬性采集界面截圖如圖8所示：

圖8 采集App空間圖形及屬性采集界面截圖

4.6 內(nèi)業(yè)處理及建庫

對調(diào)查的AOI數(shù)據(jù)、建筑物圖形及屬性數(shù)據(jù)、建筑物圖片進行關(guān)聯(lián)整合，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)處理整合，在入庫檢測合格后完成數(shù)據(jù)入庫工作。具體實施情況如下：

(1)院落AOI數(shù)據(jù)處理

對AOI數(shù)據(jù)與正射影像數(shù)據(jù)及其他參考數(shù)據(jù)疊加修測處理，主要處理調(diào)查中新增、刪除、合并、拆分的AOI圖形四至范圍與參考數(shù)據(jù)的一致性及拓?fù)鋯栴}。

(2)建筑物圖形數(shù)據(jù)處理

對建筑物圖形與正射影像數(shù)據(jù)及其他參考數(shù)據(jù)疊加修測處理，處理調(diào)查中新增、刪除、合并、拆分的建筑物圖形數(shù)據(jù)與疊加修正數(shù)據(jù)的一致性及數(shù)據(jù)拓?fù)鋯栴}。

(3)建筑物屬性數(shù)據(jù)處理

對建筑物屬性數(shù)據(jù)與行政區(qū)域數(shù)據(jù)、AOI數(shù)據(jù)、名址數(shù)據(jù)、宗地數(shù)據(jù)、DLG數(shù)據(jù)、房產(chǎn)專題數(shù)據(jù)等其他參考數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)檢查，檢查調(diào)查過程中新增信息、修改完善信息、備注信息等屬性信息的合法性、一致性、準(zhǔn)確性等[9]。

(4)建筑物圖片數(shù)據(jù)處理

對采集的建筑物圖片數(shù)據(jù)的規(guī)格、清晰度、拍攝角度、圖屬一致性等進行檢查，對有問題的數(shù)據(jù)退回補充，符合要求的數(shù)據(jù)整理入庫。

4.7 質(zhì)量控制

對處理完成的AOI數(shù)據(jù)、建筑物圖形及屬性數(shù)據(jù)、照片等進行入庫質(zhì)量檢查，并對檢查中發(fā)現(xiàn)的問題退回修改。具體檢查如下：

(1)完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)圖層、數(shù)據(jù)屬性信息等是否完整齊全，避免圖層或?qū)傩孕畔⑦z漏或缺失等現(xiàn)象；

(2)位置精度檢查：檢查AOI數(shù)據(jù)及建筑物數(shù)據(jù)的空間位置精度是否符合對應(yīng)比例尺電子地圖數(shù)據(jù)規(guī)范要求；

(3)空間拓?fù)錂z查：檢查AOI數(shù)據(jù)及建筑物數(shù)據(jù)各要素間的空間拓?fù)潢P(guān)系是否合理、準(zhǔn)確等；

(4)現(xiàn)勢性檢查：檢查AOI數(shù)據(jù)及建筑物數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性是否滿足既定時點要求，對現(xiàn)狀的增、刪更新是否合理、準(zhǔn)確等；

(5)屬性檢查：檢查相關(guān)屬性字段長度、字段類型、屬性內(nèi)容是否正確、屬性取值范圍是否規(guī)范、屬性值是否重復(fù)矛盾等；

(6)邏輯一致性檢查：檢查各層級間邏輯關(guān)系是否矛盾、屬性間的邏輯關(guān)系是否合理，如建筑層數(shù)與高度的邏輯關(guān)系、基底面積與建筑面積的邏輯關(guān)系等。

4.8 數(shù)據(jù)入庫

對通過入庫檢查的AOI、建筑物成果進行數(shù)據(jù)入庫測試，測試通過后進行數(shù)據(jù)入庫?？紤]到AOI數(shù)據(jù)及建筑物數(shù)據(jù)的變化性，同步建立AOI及建筑物數(shù)據(jù)庫的長效更新機制，采用定期更新的方式進行數(shù)據(jù)的更新維護。

5 結(jié) 語

本文介紹了建筑物普查建庫的技術(shù)設(shè)計和普查流程以福州市建筑物普查為例，詳細(xì)闡述了在已有大比例尺DLG數(shù)據(jù)及房屋相關(guān)專題信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過內(nèi)業(yè)提取、關(guān)聯(lián)整合等方式制作建筑物調(diào)查電子底圖，利用自主研發(fā)調(diào)查App進行外業(yè)核查、調(diào)查補充的方式進行建筑物普查建庫的具體實施過程。