葉 程

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510000）

0.引言

隨著基礎(chǔ)測(cè)繪框架體系的不斷完善和實(shí)景三維中國(guó)的深入推進(jìn)，如何利用國(guó)家、省市縣現(xiàn)有的地理國(guó)情普查和全國(guó)第三次國(guó)土調(diào)查等重大項(xiàng)目的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)庫快速更新工作是基礎(chǔ)測(cè)繪工作中面臨的主要問題之一。按照測(cè)繪法，國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪成果實(shí)行定期更新制度，更新的周期可根據(jù)當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)等實(shí)際需要以及城市地物更新變化情況來綜合確定。其中，1∶100萬至1∶5 000國(guó)家基本比例尺地圖、影像圖和數(shù)字化產(chǎn)品至少5年更新一次。各省、市（州）、縣（市、區(qū)）也會(huì)通過地方性法規(guī)和規(guī)章來明確基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫更新周期，并在實(shí)踐中通過城市基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫年度更新等項(xiàng)目，持續(xù)投入經(jīng)費(fèi)以開展基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)的更新工作。甘翠[1]通過多源衛(wèi)星遙感影像相關(guān)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)1∶10 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的更新；邵軒[2]通過無人機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)小范圍大比例尺地理信息數(shù)據(jù)庫的更新。本文在前人研究基礎(chǔ)上，通過傾斜攝影和激光雷達(dá)等三維全息測(cè)繪，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的快速更新。

1.基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新技術(shù)路線

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新的主要技術(shù)路線如下：

（1）對(duì)變化區(qū)域進(jìn)行航空攝影和全息測(cè)繪，獲取該范圍的遙感影像、傾斜模型、激光點(diǎn)云等數(shù)據(jù)。

（2）以采集的全息測(cè)繪數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)范圍內(nèi)房屋建筑、道路、水系、植被要素進(jìn)行數(shù)字化，并由質(zhì)量檢查組對(duì)數(shù)字化成果進(jìn)行檢查，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（3）數(shù)字化完成后，對(duì)影像和地形圖進(jìn)行接邊。

（4）利用一體化平臺(tái)對(duì)數(shù)字化及接邊成果進(jìn)行規(guī)范化整理，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫。

1.1 已有資料收集

收集變化區(qū)內(nèi)原有衛(wèi)星遙感影像、數(shù)字高程模型、地形圖、互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)或?qū)Ш铰肪W(wǎng)數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，用于參與變化區(qū)域智能變化檢測(cè)分析等工作。

1.2 變化檢測(cè)

變化檢測(cè)即基于AI智能圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)多期遙感影像進(jìn)行分析，高效快速判斷發(fā)生變化的地表物理特征和地物變化情況。盡量選擇前后分辨率一致的遙感影像，如，高分系列、資源三號(hào)、吉林一號(hào)、北京三號(hào)等國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星拍攝的影像；同時(shí)，影像分辨率越高，AI識(shí)別的精度越高。利用常用遙感圖像處理軟件可完成變化檢測(cè)工作，此處以ERDAS為例說明整個(gè)變化檢測(cè)流程：

（1）將兩幅影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入ERDAS中，啟動(dòng)Image Geometric Correction工具進(jìn)行幾何配準(zhǔn)。

（2）打開DeltaCue智能變化檢測(cè)模塊，創(chuàng)建工程文件。

（3）輸入前后兩幅影像，進(jìn)行影像裁切。

（4）進(jìn)行影像歸一化處理。

（5）選擇變化檢測(cè)算法和參數(shù)，此過程需要啟用“光譜分割”選項(xiàng)。

（6）開始執(zhí)行變化檢測(cè)，并輸出變化檢測(cè)結(jié)果。

1.3 數(shù)據(jù)采集與更新

1.3.1 全息數(shù)據(jù)生產(chǎn)

（1）數(shù)據(jù)獲取

采用傾斜攝影測(cè)量、無人機(jī)航攝等智能化技術(shù)高效采集更新范圍內(nèi)的傾斜數(shù)據(jù)、激光點(diǎn)云等全息數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)處理

利 用Context Capture、Agisoft PhotoScan、Smart3D、PhotoMesh、Mirauge3D等平臺(tái)對(duì)傾斜攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行空三處理、三角網(wǎng)構(gòu)建和紋理映射，生成標(biāo)準(zhǔn)OSGB格式的實(shí)景三維模型[3]。同時(shí)利用Orima等專業(yè)的攝影測(cè)量平臺(tái)對(duì)傾斜影像數(shù)據(jù)進(jìn)行光束法空中三角測(cè)量、正射糾正等一系列處理[4]，生成標(biāo)準(zhǔn)格式的正射影像，如，tif、img。利用Terrasolid等點(diǎn)云處理工具對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行糾正并輸出為標(biāo)準(zhǔn)的LAS格式。

1.3.2 數(shù)字化測(cè)圖

基于測(cè)區(qū)內(nèi)的傾斜影像或激光點(diǎn)云，采用裸眼3D方式進(jìn)行測(cè)圖。目前市面上主流的裸眼3D測(cè)圖軟件包括清華山維EPS、天際航DP-Modeler及南方數(shù)碼的iDATA 3D[5]。將實(shí)景三維模型或激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入測(cè)圖軟件，采編DLG地形圖數(shù)據(jù)。

（1）道路中心線數(shù)字化更新

道路基于中心線進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，要求同一條道路應(yīng)確保聯(lián)通性，且同一條道路線本身必須完整，不能斷開；道路線不能有穿越建筑物的情況出現(xiàn)；道路應(yīng)有等級(jí)之分，在其屬性字段中需明確標(biāo)識(shí)。

道路數(shù)字化過程中應(yīng)盡量減少線的節(jié)點(diǎn)，在道路拐彎處一定要保持圓滑，盡量不存在尖角現(xiàn)象。

數(shù)字化道路中心線應(yīng)注意道路的類別選擇，各道路等級(jí)盡量與實(shí)際情況保持一致。

（2）房屋建筑物數(shù)字化更新

先將房頂數(shù)字化，再將其移動(dòng)至影像圖房屋底部，確保地基位置的準(zhǔn)確性。

根據(jù)影像判斷房屋形狀，如果房屋輪廓明顯，則根據(jù)輪廓勾畫房屋結(jié)構(gòu)；如果不明顯，則以矩形代替，盡量保證房屋角度相對(duì)垂直、形狀規(guī)則。

（3）水系與植被數(shù)字化更新

水系數(shù)字化過程中，盡量沿水系岸邊進(jìn)行數(shù)字化，不要僅沿水涯線，需注意線型的圓滑性。

當(dāng)水系穿過道路時(shí)應(yīng)保持其連續(xù)性。

根據(jù)遙感影像對(duì)植被進(jìn)行數(shù)字化過程中，盡量明確植被的范圍，同時(shí)注意線型的圓滑。

（4）拓?fù)溴e(cuò)誤檢查更新

房屋建筑物不能與道路交叉，特殊情況例外。特殊情況為類似收費(fèi)站性質(zhì)的居民地等，道路是可以穿過房屋的。

房屋建筑物（如，圍墻、臺(tái)階）附屬設(shè)施不能與道路沖突。

水系不能與房屋沖突，除個(gè)別特殊情況。

植被不能與房屋沖突，但植被可包括房屋。

水系與植被要合理地表示：二者間不能互相沖突,但可互相包含。

水系與道路的表示：除遇橋，一般情況水系不允許與道路沖突。

房屋等要素要用面狀完整體現(xiàn)，不要存在線形的面要素，否則會(huì)影響數(shù)據(jù)的后期轉(zhuǎn)換。

1.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括兩方面工作：

（1）范圍內(nèi)地形圖數(shù)據(jù)接邊

將原始地形圖與更新的地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行接邊處理。涉及范圍內(nèi)外地形圖數(shù)據(jù)的接邊工作以CAD軟件處理為主。將兩份數(shù)據(jù)同時(shí)導(dǎo)入CAD軟件中，在數(shù)據(jù)交接處，對(duì)其進(jìn)行接邊處理，處理完成后，相同圖層數(shù)據(jù)合并成一份成果，最終得到更新后的地形圖數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

將DWG格式數(shù)據(jù)在CAD中轉(zhuǎn)換成shp格式矢量數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)質(zhì)檢

完成數(shù)據(jù)處理后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查。檢查內(nèi)容包括幾何精度、屬性精度、拓?fù)渚?、完整性、邏輯一致性等指?biāo)。

（1）幾何精度，檢查更新后的影像數(shù)據(jù)和地形圖數(shù)據(jù)精度是否有損失。

（2）屬性精度，檢查更新后的地形圖數(shù)據(jù)的屬性字段名稱、字段類型、字段內(nèi)容等內(nèi)容是否有丟失。

（3）拓?fù)渚?，將房屋建筑物、道路、植被、水系分圖層進(jìn)行整理，在ARCGIS軟件中進(jìn)行拓?fù)錂z查，確保數(shù)據(jù)拓?fù)錈o錯(cuò)誤。

（4）完整性，檢查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的完整性，確保格式轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)無缺漏。

（5）邏輯一致性，檢查接邊后的數(shù)據(jù)銜接是否一致。

1.6 數(shù)據(jù)入庫與管理

通過數(shù)據(jù)入庫與管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)更新后影像數(shù)據(jù)和地形圖數(shù)據(jù)的建庫，此過程主要通過GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成。在數(shù)據(jù)建庫過程中，不僅可以將更新的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，而且會(huì)基于數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)版本及數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的管理；同時(shí)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也內(nèi)置數(shù)據(jù)質(zhì)檢流程與功能。

2.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是基于ArcGIS進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)使用ArcGIS SDE引擎連接商業(yè)數(shù)據(jù)庫（如，Oracle和Microsoft SQL Server）來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的功能模塊邏輯關(guān)系如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能模塊邏輯關(guān)系圖

2.1 數(shù)據(jù)入庫管理流程

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)入庫管理流程包括以下步驟：

（1）通過數(shù)據(jù)入庫模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)所有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的入庫，包括矢量數(shù)據(jù)入庫、影像數(shù)據(jù)入庫、文檔數(shù)據(jù)入庫，以及其他資料的入庫。

（2）通過數(shù)據(jù)質(zhì)檢模塊，對(duì)入庫后的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢查，包括數(shù)據(jù)組織方式檢查、數(shù)據(jù)格式檢查、數(shù)據(jù)類型檢查、空間參考系和空間投影檢查、數(shù)據(jù)命名規(guī)范性檢查、屬性一致性檢查，以及屬性項(xiàng)閾值檢查。

（3）通過質(zhì)檢的數(shù)據(jù)即可開展數(shù)據(jù)更新、元數(shù)據(jù)入庫和版本管理等操作，實(shí)體數(shù)據(jù)將聯(lián)動(dòng)更新并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，更新過程中會(huì)記錄日志信息。

（4）對(duì)未通過質(zhì)檢的數(shù)據(jù)需進(jìn)行編輯，并使用數(shù)據(jù)入庫模塊重新入庫，直至質(zhì)檢通過。

2.2 數(shù)據(jù)更新模式

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持兩種數(shù)據(jù)更新模式，包括要素級(jí)更新和范圍級(jí)更新。

（1）要素級(jí)更新

與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)圖層（包括房屋、建筑物、水系、道路、植被等不同大類的矢量數(shù)據(jù)，以及柵格數(shù)據(jù)）進(jìn)行對(duì)比，檢查新數(shù)據(jù)與舊數(shù)據(jù)的差別，根據(jù)差異性自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的添加、修改、刪除等更新操作，最終實(shí)現(xiàn)要素級(jí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化更新。

（2）按范圍更新

根據(jù)人工或已有矢量范圍線確定待更新的數(shù)據(jù)范圍，從而實(shí)現(xiàn)地形圖矢量數(shù)據(jù)或影像數(shù)據(jù)的更新。該范圍內(nèi)的原有數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移至歷史庫中，同時(shí)利用元數(shù)據(jù)字段記錄數(shù)據(jù)版本和更新時(shí)間等元數(shù)據(jù)日志。

支持在二維地圖中繪制矢量面作為更新的范圍，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)按照范圍更新。

支持增量更新模式，即通過一鍵式導(dǎo)入數(shù)據(jù)包的方式，將多個(gè)更新的數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中。此過程提供信息面板，實(shí)時(shí)監(jiān)控錯(cuò)誤日志信息。

支持元數(shù)據(jù)信息管理，包括元數(shù)據(jù)信息的添加、刪除、修改、查看、導(dǎo)出為第三方數(shù)據(jù)格式（包括csv和gdb等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式），實(shí)現(xiàn)對(duì)入庫數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)進(jìn)行全面而直觀的信息管理和瀏覽。

3.結(jié)束語

本文在傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)庫更新方法的基礎(chǔ)上，提出基于三維全息數(shù)據(jù)的地理信息數(shù)據(jù)庫更新方法，并對(duì)該技術(shù)的總體技術(shù)路線進(jìn)行詳細(xì)分析；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)按不同模式進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，并滿足更新過程中元數(shù)據(jù)和版本管理的需求。該方法不僅適用于城市大比例尺的數(shù)據(jù)更新，同時(shí)也適用于中小比例尺的數(shù)據(jù)更新，應(yīng)用前景廣闊。