張 號(hào) 王 虹 王 煒 王 程

(自然資源部陜西測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站, 陜西 西安 710054)

0 引言

2021年8月自然資源部發(fā)布了實(shí)景三維中國建設(shè)技術(shù)大綱,其中明確了地理實(shí)體的定義和類型,地理實(shí)體的生產(chǎn)兩種路徑和方法,為后續(xù)試點(diǎn)及大范圍實(shí)施提供了技術(shù)路線和指明了工作方向[1-3]。上海新型基礎(chǔ)測繪試點(diǎn)項(xiàng)目工作已在2020年9月完成了驗(yàn)收,上海試點(diǎn)探索了以全新的技術(shù)手段進(jìn)行地理實(shí)體的全息地理時(shí)空數(shù)據(jù)獲取、處理、建庫、管理和服務(wù)等研究,創(chuàng)新性地建立了基于地理實(shí)體的“智能化全息測繪”技術(shù)體系[4-5]。武漢市新型基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目試點(diǎn)工作于2021年5月通過中期評(píng)估,武漢試點(diǎn)利用現(xiàn)有基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換加工或通過(補(bǔ)充)采集的方式進(jìn)行地理實(shí)體數(shù)據(jù)生產(chǎn),通過改造現(xiàn)有數(shù)據(jù),經(jīng)過數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)映射、屬性編輯、圖元關(guān)聯(lián)等流程進(jìn)行地理實(shí)體獲取[6-7]。寧夏新型基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目試點(diǎn)于2021年6月完成了實(shí)施方案評(píng)審及取得了階段性成果。寧夏試點(diǎn)探索了地理實(shí)體的多級(jí)表達(dá),構(gòu)建了以面向管理、應(yīng)用需求等為目標(biāo)的地理實(shí)體分類體系,完成了二維矢量的非城市區(qū)域地理實(shí)體生產(chǎn)。

目前，西安、山東、北京、陽泉、嘉興市(含嘉善縣)等地都在如火如荼地進(jìn)行試點(diǎn)生產(chǎn),試點(diǎn)工作技術(shù)路線和研究重點(diǎn)不盡相同,都在地理實(shí)體分級(jí)、分類、粒度、精度等指標(biāo)進(jìn)行研究探索,為不同的城市級(jí)別、區(qū)域范圍、服務(wù)對(duì)象、行業(yè)應(yīng)用探索了新路子,為建設(shè)新型基礎(chǔ)測繪體系、實(shí)景三維中國等工作目標(biāo)任務(wù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),為更好地服務(wù)于自然資源管理、服務(wù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。本文通過介紹兩種方式生產(chǎn)的地理實(shí)體技術(shù)路徑,分析實(shí)體數(shù)據(jù)的要素構(gòu)成和特點(diǎn),總結(jié)歸納二維實(shí)體化后數(shù)據(jù)的質(zhì)量特征及檢查要點(diǎn),為后續(xù)地理實(shí)體成果質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 已有DLG數(shù)據(jù)制作地理實(shí)體

地理實(shí)體生產(chǎn)的路徑之一是基于現(xiàn)有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),進(jìn)行幾何信息補(bǔ)償、語義信息轉(zhuǎn)換、重構(gòu)與整合、實(shí)體間關(guān)系處理等過程,獲取地理實(shí)體數(shù)據(jù)。本文以武漢試點(diǎn)為例,該項(xiàng)目以現(xiàn)存1∶500數(shù)字線劃地圖(digital line graphic,DLG)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),通過相關(guān)專題數(shù)據(jù)信息支撐,進(jìn)行實(shí)體化改造,具體技術(shù)流程如圖1所示[6,8-9]。

圖1 DLG轉(zhuǎn)換地理實(shí)體技術(shù)流程

1.1 數(shù)據(jù)源收集分析

收集整理用于轉(zhuǎn)換作業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)源及各類輔助參考數(shù)據(jù),并綜合分析各類數(shù)據(jù)集的特性,規(guī)劃好每一類數(shù)據(jù)最適宜的用途。具體數(shù)據(jù)源用途分析如表1所示。

表1 不同類型數(shù)據(jù)源功能分析

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要目的是建立生產(chǎn)作業(yè)的數(shù)據(jù)集,具體工作包括：源數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查,主要進(jìn)行拓?fù)錂z查,統(tǒng)一數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),統(tǒng)一坐標(biāo)系,對(duì)不同來源數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,形成一套規(guī)范、規(guī)整的待轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)集。

1.3 地理實(shí)體方案配置

按地理實(shí)體數(shù)據(jù)規(guī)范數(shù)據(jù)規(guī)定,配置地理實(shí)體庫體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換地理實(shí)體對(duì)照表及數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方案等。采用地理實(shí)體生產(chǎn)工具內(nèi)置的地理實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)模板,或者進(jìn)行自定義和修改模板,使之符合數(shù)據(jù)規(guī)定要求。

1.4 地理實(shí)體轉(zhuǎn)換編輯

地理實(shí)體轉(zhuǎn)換編輯是地理實(shí)體矢量數(shù)據(jù)的生產(chǎn)作業(yè)的核心環(huán)節(jié)。根據(jù)數(shù)據(jù)采集要求,自動(dòng)/半自動(dòng)化提取圖元信息,根據(jù)圖元信息,對(duì)照實(shí)體相關(guān)屬性進(jìn)行編輯,對(duì)地理實(shí)體數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查,主要包括完整性、邏輯一致性、屬性精度、拓?fù)潢P(guān)系等進(jìn)行檢查,合格后進(jìn)行入庫,獲得地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫。

2 地理場景生產(chǎn)地理實(shí)體

地理實(shí)體生產(chǎn)的路徑之二是基于傾斜攝影三維(three-dimensional,3D)模型、激光點(diǎn)云、手工模型(3D max模型)、影像等地理場景數(shù)據(jù)生產(chǎn)[1-3,9],進(jìn)行數(shù)預(yù)處理、圖元信息采集、圖元屬性賦值、質(zhì)量檢查、實(shí)體構(gòu)建等處理等過程,獲取地理實(shí)體數(shù)據(jù)。本文以西安試點(diǎn)為例,以傾斜模型和激光點(diǎn)云為數(shù)據(jù)源進(jìn)行地理實(shí)體獲取,具體技術(shù)流程如圖2所示。

2.1 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理

激光點(diǎn)云經(jīng)過去噪、分類、濾波、抽稀等過程與傾斜攝影模型進(jìn)行配準(zhǔn)、融合處理[10],獲得初始作業(yè)數(shù)據(jù)源。

2.2 圖元采集

按照數(shù)據(jù)規(guī)定要求,按照數(shù)據(jù)庫配準(zhǔn)方案,進(jìn)行點(diǎn)、線、面等根圖元、主體圖元、構(gòu)建圖元逐個(gè)采集,按圖層數(shù)據(jù)存放、屬性賦值。

2.3 數(shù)據(jù)檢查

對(duì)圖元信息進(jìn)行屬性、完整性、拓?fù)潢P(guān)系、邏輯一致性等方面進(jìn)行檢查,比對(duì)傾斜攝影模型數(shù)據(jù)檢查圖元相關(guān)信息采集的準(zhǔn)確、完整性。

2.4 實(shí)體構(gòu)建

圖元是地理實(shí)體的管理單元,在轉(zhuǎn)化地理實(shí)體前,進(jìn)行構(gòu)件圖元、主體圖元與對(duì)應(yīng)的根圖元的關(guān)系構(gòu)建,并通過全局唯一標(biāo)識(shí)符(globally unique identifier,GUID)進(jìn)行根圖元與主體或構(gòu)件圖元的編組關(guān)聯(lián)。以每個(gè)編組關(guān)系下根據(jù)圖元的最小外包計(jì)算地理實(shí)體標(biāo)識(shí)碼,并填入圖元屬性,把地理實(shí)體標(biāo)識(shí)碼相同的圖元轉(zhuǎn)化成一條地理實(shí)體記錄,形成地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫。

3 地理實(shí)體要素構(gòu)成、質(zhì)量特征及檢查內(nèi)容

3.1 地理實(shí)體要素構(gòu)成

地理實(shí)體主要由圖元(空間信息)、屬性(幾何信息、關(guān)系信息、時(shí)間信息)、編碼(標(biāo)識(shí)信息)三個(gè)要素構(gòu)成[11-15]?？臻g信息主要描述地理實(shí)體的空間特征,如位置、大小、形狀、范圍、分布、走向、高度、深度等,通常抽象為具體的幾何圖形來表示,可以是點(diǎn)、線、面、體;屬性信息主要描述地理實(shí)體本體的特征、特點(diǎn),是實(shí)體之間個(gè)體差異的本質(zhì)區(qū)別,如長度、面積、類型、材質(zhì)、用途、狀態(tài)、等級(jí)、權(quán)屬等;關(guān)系信息主要包括描述地理實(shí)體邏輯構(gòu)成關(guān)系的組成關(guān)系、依存關(guān)系、層次關(guān)系,描述地理實(shí)體之間空間特征關(guān)系的拓?fù)潢P(guān)系、距離關(guān)系、方位關(guān)系;時(shí)間信息主要描述地理實(shí)體的產(chǎn)生、存續(xù)、消亡的時(shí)間。產(chǎn)生時(shí)間指地理實(shí)體首次發(fā)現(xiàn)、記錄的時(shí)間或發(fā)布的時(shí)間,存續(xù)時(shí)間指地理實(shí)體在存續(xù)期間不同狀態(tài)的記錄時(shí)間,消亡時(shí)間指地理實(shí)體的滅失、消亡的時(shí)間;標(biāo)識(shí)信息主要指用于區(qū)分個(gè)體之間身份的信息,包括地理實(shí)體的身份編碼、名稱、地址、編號(hào)等,身份編碼是地理實(shí)體身份標(biāo)識(shí)的主要方式,是按照一定規(guī)則,由程序自動(dòng)生成,并賦予特定地理實(shí)體。身份編碼具有唯一性,是區(qū)別地理實(shí)體的重要屬性,地理實(shí)體的名稱、地址、編號(hào)是地理實(shí)體身份標(biāo)識(shí)的有效補(bǔ)充,是實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人文等不同行業(yè)之間地理信息鏈接、融合的重要依據(jù)。

圖2 地理場景生產(chǎn)地理實(shí)體技術(shù)流程

3.2 地理實(shí)體質(zhì)量表現(xiàn)特征

地理實(shí)體應(yīng)結(jié)合應(yīng)用需求確定合適的精度、粒度,真實(shí)、準(zhǔn)確地表達(dá)實(shí)體的特征信息,地理實(shí)體在不同的情況下有不同的可視化表現(xiàn)形式,可以是點(diǎn)、線、面、體,或者照片、影像、點(diǎn)云、文字等,根據(jù)實(shí)際需求采用的一種對(duì)實(shí)體的表現(xiàn)形式。地理實(shí)體采集應(yīng)保證分類正確、幾何類型和拓?fù)潢P(guān)系正確,屬性、時(shí)間和關(guān)系信息準(zhǔn)確、完整。地理實(shí)體在采集、編輯過程中,不得錯(cuò)漏、重復(fù)、移位、變形,同一中類地理實(shí)體之間不應(yīng)存在重疊、壓蓋,不同中類實(shí)體空間范圍有重疊時(shí),不得平移避讓、綜合取舍;同一地理實(shí)體的身份編碼應(yīng)唯一。

采用已有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和地理場景兩種方式生產(chǎn)二維地理實(shí)體關(guān)鍵步驟均包括以下幾個(gè)方面：圖形(圖元)繪制,屬性賦值,跨圖層合并,線切割,按線構(gòu)面、提取中心線、線續(xù)采、構(gòu)建外包面、實(shí)體關(guān)系構(gòu)建、處理等過程[6]。

根據(jù)地理實(shí)體上述生產(chǎn)流程及實(shí)體要素構(gòu)成,對(duì)成果產(chǎn)生的質(zhì)量的影響因素分析,總結(jié)歸納以下幾方面質(zhì)量特征表現(xiàn)形式,其質(zhì)量檢查要點(diǎn)應(yīng)包括以下內(nèi)容：數(shù)學(xué)精度(空間參考系、平面精度、高程精度)、完整性(所有圖元應(yīng)貼合傾斜模型采集,確保采集過程做到無錯(cuò)漏、不變形、不移位,應(yīng)保證數(shù)據(jù)的完整性、正確性,要素采集齊全性、準(zhǔn)確性)、邏輯一致性(圖元、圖層、符號(hào)應(yīng)表達(dá)正確,地物、地貌各圖元,應(yīng)主次分明、線條清晰、位置準(zhǔn)確、交接清楚)、拓?fù)潢P(guān)系(采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯,應(yīng)保證線條光滑,嚴(yán)格相接,不得有多余懸掛點(diǎn)和偽節(jié)點(diǎn);不存在面線不符、重復(fù)線、重復(fù)點(diǎn)(坐標(biāo)重復(fù))等邏輯拓?fù)鋯栴},面層全圖應(yīng)無縫覆蓋,部分圖層面圖元可以合理重疊、空間關(guān)系(無意義的線條、符號(hào)均不采集,確保矢量數(shù)據(jù)能正確的映射到實(shí)際存在的地物實(shí)體上)、屬性正確性(屬性項(xiàng)、屬性內(nèi)容、屬性值賦值、填寫正確性)、關(guān)聯(lián)關(guān)系(實(shí)體間依存關(guān)系、層次關(guān)系正確合理)。

3.3 地理實(shí)體質(zhì)量檢查內(nèi)容

根據(jù)地理實(shí)體質(zhì)量表現(xiàn)特征,成果質(zhì)量檢查應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：

(1)數(shù)學(xué)精度。檢查實(shí)體數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系與設(shè)計(jì)要求是否一致,已有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中地理實(shí)體的平面、高程精度是否有損失,新采集的圖形(圖元)角點(diǎn)、拐點(diǎn)采集是否準(zhǔn)確合理,房屋實(shí)體邊線是否移位等。

(2)完整性。地理實(shí)體數(shù)據(jù)分層應(yīng)正確,無遺漏層、多余層或重復(fù)層的現(xiàn)象;實(shí)體基本屬性項(xiàng)、專有屬性項(xiàng)應(yīng)無多余、遺漏現(xiàn)象,實(shí)體數(shù)據(jù)無多余、遺漏現(xiàn)象,如道路、河流未構(gòu)面,表示不完整等。

(3)邏輯一致性。檢查地理實(shí)體分類碼與實(shí)體數(shù)據(jù)是否一致;檢查圖元編碼、圖元名稱與實(shí)體數(shù)據(jù)是否一致;檢查數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時(shí)間是否合理,產(chǎn)生時(shí)間不晚于存續(xù)時(shí)間、生產(chǎn)時(shí)間不晚于消亡時(shí)間,存續(xù)時(shí)間不晚于消亡時(shí)間。

(4)拓?fù)潢P(guān)系。檢查除水系、交通、院落圖層外,其他同一圖層間數(shù)據(jù)不能存在重疊、相交的情況; 檢查線圖層,不能存在懸掛點(diǎn)、偽節(jié)點(diǎn)、自重疊、自相交等情況,線節(jié)點(diǎn)距離必須大于聚合閾值;檢查面圖形,不能存在復(fù)雜面、自相交、空洞等情況,面、線節(jié)點(diǎn)距離必須大于聚合閾值;檢查單圖層與多圖層間的拓?fù)潢P(guān)系是否合理,包括點(diǎn)和面的覆蓋、線和面的重疊相交、面與其他面重疊、面之間存在空隙。

(5)表征質(zhì)量。檢查房屋實(shí)體空間圖形合并是否合理;實(shí)體中線、面類要素對(duì)象的邊界應(yīng)由直線、折線、圓弧等基本圖形要素組成,線狀實(shí)體應(yīng)表示光滑、自然、節(jié)點(diǎn)密度適中,應(yīng)無折刺、回頭線、粘連、抖動(dòng)、變形扭曲等現(xiàn)象,檢查院落實(shí)體空間范圍是否合理;檢查城市道路實(shí)體空間范圍、空間立體關(guān)系是否合理。

(6)屬性精度。檢查圖層名稱、圖層中屬性字段的數(shù)量和屬性字段名稱、類型、長度、約束條件、小數(shù)位數(shù)是否符合數(shù)據(jù)規(guī)定要求;檢查屬性字段的值是否符合規(guī)定的值域范圍;地理實(shí)體分類碼、地理實(shí)體標(biāo)識(shí)碼、產(chǎn)生(測取)時(shí)間、存續(xù)時(shí)間、字段不能為空;地理實(shí)體標(biāo)識(shí)碼不能重復(fù)等。

(7)關(guān)聯(lián)關(guān)系。檢查地理實(shí)體組成的包含、依存、附屬關(guān)系是否正確。 如實(shí)體關(guān)系記錄中的下級(jí)實(shí)體和上級(jí)實(shí)體是否存在;實(shí)體關(guān)系表是否存在重復(fù)的記錄;道路實(shí)體中包含路段與路口實(shí)體關(guān)系是否正確。

4 結(jié)束語

本文主要從二維地理實(shí)體兩種方式生產(chǎn)的技術(shù)路徑,只對(duì)小區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)歸納了地理實(shí)體的要素構(gòu)成和生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)影響成果的質(zhì)量因素,提出了二維地理實(shí)體成果質(zhì)量控制的幾個(gè)要點(diǎn),在后續(xù)實(shí)踐中應(yīng)對(duì)提出的質(zhì)量元素是否能完整、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)地理實(shí)體成果質(zhì)量還有待大量試驗(yàn)和驗(yàn)證,未來也應(yīng)對(duì)三維地理實(shí)體、二維三維地理實(shí)體關(guān)聯(lián)、二維實(shí)體轉(zhuǎn)換三維實(shí)體、地理實(shí)體數(shù)據(jù)更新等方面進(jìn)行研究,后續(xù)也需擴(kuò)大不同比例尺地理信息數(shù)據(jù)實(shí)體化改造范圍和多源數(shù)據(jù)融合制作地理實(shí)體數(shù)據(jù)的試驗(yàn)探索,可為今后地理實(shí)體數(shù)據(jù)成果質(zhì)量評(píng)定、過程質(zhì)量控制相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定及測繪地理信息事業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)揮積極的作用。