張竹欣 左效剛

（1.北京市測繪設(shè)計研究院，北京 100038；2.城市空間信息工程北京市重點實驗室，北京 100038）

0 引言

近年來，為滿足北京市規(guī)劃和自然資源委員會對綜合地理信息分析決策服務(wù)的需求，以便為全委空間大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)提供支持，北京市測繪設(shè)計研究院開展了“現(xiàn)狀一張圖”項目，該項目通過整合國土資源相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，包括遙感與土地利用情況、基本農(nóng)田、遙感監(jiān)測、土地變更調(diào)查、礦產(chǎn)資源、地質(zhì)環(huán)境以及基礎(chǔ)地理等多源信息，促進了國土資源核心數(shù)據(jù)庫的形成，實現(xiàn)了土地、礦產(chǎn)等各類資源的準確記錄以及資源開發(fā)生命周期各階段信息的全面掌握，不僅有利于監(jiān)測地質(zhì)災害發(fā)生情況，而且讓資源狀況“一覽無余”［1］。當前，測繪地理信息事業(yè)已進入創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵階段，對各類地理信息和數(shù)據(jù)的挖掘和利用提出了新的要求，尤其是“二十大”的召開，更是明確要求提升測繪地理信息保障服務(wù)水平。房屋專題數(shù)據(jù)種類繁多，具備多源性、多維性、類型多樣性、空間拓撲性、多層次和關(guān)聯(lián)性、動態(tài)性、海量性等特點，要想實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的有效管理，需要充分利用“現(xiàn)狀一張圖”系統(tǒng)，實現(xiàn)國土資源房屋專題數(shù)據(jù)在各項審批業(yè)務(wù)、資源監(jiān)管和宏觀決策和數(shù)據(jù)交換中的共享與應(yīng)用，最終促進房屋專題數(shù)據(jù)管理工作規(guī)范化、秩序化、信息化［2］。鑒于此，2019 年，北京市測繪設(shè)計研究院完成了城六區(qū)和通州區(qū)的“現(xiàn)狀一張圖”房屋數(shù)據(jù)2018 版加工工作，并在2020 年實現(xiàn)了城六區(qū)數(shù)據(jù)的更新工作，將2018版房屋專題數(shù)據(jù)更新到了2019版，旨在為后期房屋專題數(shù)據(jù)的利用提供堅實基礎(chǔ)。但為了保障房屋專題數(shù)據(jù)的持續(xù)有效性，房屋專題數(shù)據(jù)需要不斷更新建設(shè)。

1 更新任務(wù)與總體思路

1.1 更新任務(wù)

“現(xiàn)狀一張圖”房屋專題數(shù)據(jù)的更新建設(shè)與實施，主要是為了落實中央領(lǐng)導、部領(lǐng)導和全國國土資源信息化工作會議精神的重要行動和步驟，對房屋專題數(shù)據(jù)資源進行整合、分析和挖掘，建立一個集中管理、安全規(guī)范、充分共享、全面服務(wù)的房屋專題數(shù)據(jù)庫，為相關(guān)人員提供全覆蓋、高精度、動態(tài)更新、屬性融合的房屋專題數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行實時更新，發(fā)揮其在國土資源形勢分析、資源監(jiān)測監(jiān)管、參與宏觀調(diào)控、輔助決策支持及社會化服務(wù)的重要作用［3］。該項目具有如下特點［4］：①每棟樓都有自身的編碼，在保持數(shù)據(jù)延續(xù)性的基礎(chǔ)上方便外部單位將房屋專題數(shù)據(jù)與其他屬性掛接；②覆蓋全市域、單體的測量，可以解決地形圖中樓層數(shù)不明的問題；③根據(jù)數(shù)據(jù)來源差異，將同類要素分為不同精度；④按北京市規(guī)劃和自然資源委員會需求對數(shù)據(jù)信息進行動態(tài)更新和版本更新，保障北京市四環(huán)區(qū)域內(nèi)一年兩次、其他地區(qū)一年一次的版本更新頻率；⑤可與不同類型和屬性的數(shù)據(jù)信息進行融合。總之，該項目主要增強房屋數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和屬性多樣性，保留原高精度的前提下，將其與其他不同數(shù)據(jù)進行歸納融合，更好地保障數(shù)據(jù)的上線應(yīng)用。

1.2 總體思路

該項目數(shù)據(jù)將與原地形圖數(shù)據(jù)完全不同的房屋數(shù)據(jù)融合到擁有全要素數(shù)據(jù)的新版地圖中，實現(xiàn)房屋數(shù)據(jù)的更新和建設(shè)。在具體開展這一工作的過程中，結(jié)合北京市各區(qū)的實際，對多個部門加強調(diào)研，與之交流并征求其意見，經(jīng)多次討論和驗證，最終制定了符合此次專項更新的框架技術(shù)路線（圖1），在中心城區(qū)部分區(qū)域進行試點。由于數(shù)據(jù)更新范圍覆蓋了東城區(qū)、西城區(qū)、朝陽區(qū)、豐臺區(qū)、石景山區(qū)、海淀區(qū)等多個區(qū)，涉及范圍較為廣泛，且更新數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)資源的來源較為多元，大大增加了數(shù)據(jù)融合更新的難度。

圖1 總體研究思路

2 更新技術(shù)流程與實施

2.1 數(shù)據(jù)源準備與時間節(jié)點

2.1.1 數(shù)據(jù)源準備

在對數(shù)據(jù)進行融合之前，需要做好數(shù)據(jù)源準備工作，明確各類數(shù)據(jù)的更新時間節(jié)點［5］。本項目準備的數(shù)據(jù)有2017 年立體（Mesh）本底房屋數(shù)據(jù)、2018—2019 年變化房屋數(shù)據(jù)、違建銷賬類房屋數(shù)據(jù)、房屋影像數(shù)據(jù)、房屋竣工數(shù)據(jù)等，具體數(shù)據(jù)情況如下：

（1）立體（Mesh）本底房屋數(shù)據(jù)。經(jīng)過立體（Mesh）模型更新的本底入庫數(shù)據(jù)，包括專題施工拒測數(shù)據(jù)、專題單體房屋數(shù)據(jù)、專題分體房屋數(shù)據(jù)以及專題附屬建筑數(shù)據(jù)四類。

（2）變化房屋數(shù)據(jù)。比如地形圖房屋變化圖斑等。

（3）房屋違建銷賬數(shù)據(jù)。比如樓頂違建和占地違建的房屋數(shù)據(jù)。

（4）房屋影像數(shù)據(jù)。利用美國世界觀-3（WorldView-3）立體衛(wèi)片或北京二號衛(wèi)片記錄的五環(huán)以內(nèi)房屋數(shù)據(jù)。

（5）房屋竣工數(shù)據(jù)。主要是2019年的房屋竣工數(shù)據(jù)。

（6）其他數(shù)據(jù)。各區(qū)范圍內(nèi)的其他數(shù)據(jù)。

2.1.2 數(shù)據(jù)源時間節(jié)點

數(shù)據(jù)源時間節(jié)點如表1所示。針對時間節(jié)點不統(tǒng)一的問題需對數(shù)據(jù)進行篩選性更新，增加判別要求來滿足更新要求［6］。

表1 不同數(shù)據(jù)源時間節(jié)點

2.2 技術(shù)流程

更新技術(shù)流程如圖2所示。

圖2 更新技術(shù)流程

更新主要分為三個階段。

首先，以2018年“現(xiàn)狀一張圖”房屋專題數(shù)據(jù)為底圖，利用2018 年、2019 年兩年基礎(chǔ)地理地形圖數(shù)據(jù)輸出進行軟件比對，提取增刪改數(shù)據(jù)；利用房屋比對法對2019 年銷賬數(shù)據(jù)、2019 年竣工數(shù)據(jù)進行處理，合理更新數(shù)據(jù)至最新時間節(jié)點；對比TDOM、2019 年底立體衛(wèi)片使用傳統(tǒng)采集調(diào)繪更新法將數(shù)據(jù)更新至2019 年底。利用衛(wèi)片影像和航測立體測圖的方式對數(shù)據(jù)進行補充，以便滿足現(xiàn)勢性要求，在補充銷賬數(shù)據(jù)的情況下刪除預處理成果未刪除的地物。

其次，新增房屋和變化的專題數(shù)據(jù)，更新并糾正需要核實的地物。利用2019 年立體衛(wèi)片將新增房屋數(shù)據(jù)進行分體處理，重點更新不具備現(xiàn)勢性的房屋專題數(shù)據(jù)。

最后，檢查全圖，包括數(shù)據(jù)精度、現(xiàn)勢性、屬性必填項、空間拓撲、接邊等。

2.3 更新實施

2.3.1 更新圖層

通過數(shù)據(jù)的補充和更新，最終獲得了四大類成果數(shù)據(jù)，即專題單體房屋類（BUIA_Foot）、專題分層房屋類（BUIA_Over）、專題附屬建筑類（BUIA_Ancillary）及專題施工拒測類（RArea）。其中，專題單體房屋類數(shù)據(jù)可進一步劃分為建成房屋、高層房屋等12 小類數(shù)據(jù)，專題分層房屋類數(shù)據(jù)可進一步細分為簡易房上房和永久房上房兩小類數(shù)據(jù)，專題附屬建筑類數(shù)據(jù)則可進一步劃分為廊、亭、室外樓梯等23小類數(shù)據(jù)，專題施工拒測類可劃分為拒測區(qū)域和施工區(qū)域兩小類［7］。采用統(tǒng)一的七位編碼（市級標準）方式對各小類進行統(tǒng)一的建檔、統(tǒng)籌和管理，其具體形式為3位大類碼＋3位小類碼＋1位屬性碼。此分類遵循基礎(chǔ)地形圖的分類標準，將重點更新要素提出匯入專題類，避免了要素大量堆疊導致更新效率受影響的情況發(fā)生，極大地方便了后期專題要素數(shù)據(jù)的提取與統(tǒng)計分析。

2.3.2 實施方案

為了滿足相關(guān)需求，項目設(shè)計不拘泥于現(xiàn)有地形圖標準和國普標準，本項目從全院生產(chǎn)流程改造的高度進行創(chuàng)新設(shè)計，充分考慮基礎(chǔ)測繪、地理國情監(jiān)測等實際。在融合多種房屋數(shù)據(jù)的過程中，保留原先數(shù)據(jù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上實現(xiàn)位置融合最準及屬性融合最全的目的。項目在具體實施的過程中，遵循先易后難的原則，逐步豐富已有數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)成果的精度。為了更大化地滿足數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求，項目實施人員會不定期對項目的數(shù)據(jù)質(zhì)量進行檢查，使其可以充分反映地物現(xiàn)狀［8］。為了提升數(shù)據(jù)融合效率、數(shù)據(jù)獲取現(xiàn)勢性、數(shù)據(jù)采集效率等以及豐富數(shù)據(jù)屬性內(nèi)容，項目在實施的過程中加強了對各種先進技術(shù)的利用。

在采集房屋數(shù)據(jù)方面，項目重點采集長寬在1 m以上，高度在1.2 m以上，兩面墻以上，且有頂?shù)牡匚?。采集地物?shù)據(jù)后利用衛(wèi)片對地物進行繪制，在繪制時需要考慮地物高度，保障地物頂部及其相對關(guān)系等。

立體模型中數(shù)據(jù)為“正建”，如果當前影像已封頂，數(shù)據(jù)更新中要填好房屋層數(shù)。通過衛(wèi)片判斷數(shù)據(jù)是否為“正建”，如果已完成施工，要將“正建”改為“建成房屋”或“高層房屋”。如果模型無法判斷數(shù)據(jù)是否為“正建”，可通過國普數(shù)據(jù)核實層數(shù)，并備注屬性，為后續(xù)數(shù)據(jù)利用提供依據(jù)。

本項目中內(nèi)業(yè)對房屋處理要求較高，要求專題數(shù)據(jù)各類建筑物、構(gòu)筑物應(yīng)準確測繪外圍輪廓和如實反映建筑結(jié)構(gòu)特征。當樓層數(shù)跨層超過2層時，應(yīng)通過立體模型進行分體，例如原房屋為永2～10，應(yīng)將房屋按照實際分為永2 和永10，這就需要融合使用立體（Mesh）模型進行采集；若樓層無法判斷，按層高3.5 m 計算層數(shù)并備注需核實層數(shù)，為后期外業(yè)調(diào)查預留依據(jù)；若為飄樓，需要填寫終止樓層和地上層數(shù)，建筑結(jié)構(gòu)與主體保持數(shù)據(jù)一致。項目保留了房上房數(shù)據(jù)，在采集這類數(shù)據(jù)時，房屋層數(shù)自動標注為房屋本身層數(shù)，如永9房屋上的2層房上房，層數(shù)標注2層。對于變電箱、棚房等屬性不明的數(shù)據(jù)，按一般房屋表示并備注。若為分體建筑，則將其合并為單體，合并內(nèi)容包括飄樓、室外樓梯、地下室通風口、地下建筑出入口、門廊與主體，如果單體建筑材質(zhì)不同，則不進行合并處理。在項目更新過程中，需要保持規(guī)范性，充分預防物理交叉、面包含、最小銳角、懸掛、圖形異常等情況的發(fā)生。通過已有資料無法準確判斷地物位置、層數(shù)、建筑結(jié)構(gòu)、有無地下室等信息時，應(yīng)在備注中填寫“外業(yè)核實”。更新時，需要保障圖面整潔美觀，符合地形圖成圖標準，暈線方向、棚房角齒、自動生成配置符號的數(shù)量合理。

3 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用效果

3.1 實施關(guān)鍵難點及解決技術(shù)

在項目更新過程中，由于受圖斑增刪改的影響較大，數(shù)據(jù)內(nèi)容的準確性與屬性內(nèi)容信息的連貫性等均受到了一定的影響，為了滿足數(shù)據(jù)成果的需求，需要重新設(shè)定采集規(guī)則，可對圖斑變化進行觀察、對比、理解后再做準確判斷和數(shù)據(jù)更新。

3.1.1 房屋必填項填寫

原地形圖中未設(shè)置必填項，但此項目按照內(nèi)業(yè)加工流程操作規(guī)范作業(yè)，特增設(shè)了必填項，每一數(shù)據(jù)源自動掛接數(shù)據(jù)來源。通過不同方式獲取的圖斑均應(yīng)備注數(shù)據(jù)來源，不同數(shù)據(jù)來源對應(yīng)不同的精度。繪制過程要區(qū)分房屋建筑結(jié)構(gòu)類型，一般房屋多為磚石木，臨建和施工工棚為其他結(jié)構(gòu)，永久房屋多為混合結(jié)構(gòu)，也有些是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高層房屋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)［9］。

3.1.2 房屋分體要求強化

新增房屋處理內(nèi)容要做分體處理，無法分體處理的可通過立體測圖方式進行。要將數(shù)據(jù)中的分體地物進行單體化處理，將數(shù)據(jù)中已經(jīng)分體的地物通過軟件算法添加標識并合并成單體。未分體的地物要分體處理后再合并生成單體［10］。分體處理后的建筑如圖3所示。分體與單體對照如圖4所示。

圖3 經(jīng)單體化處理后的房屋

圖4 分體與單體對照表

3.1.3 創(chuàng)新變化原因填寫

以往房屋數(shù)據(jù)更新僅限于圖形更新，從未將兩年房屋數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)［11］，為了方便查詢和編輯房屋數(shù)據(jù)，了解其延續(xù)性變化情況，需要新增記錄項目房屋屬性變化情況，保留房屋統(tǒng)一為七位編碼，在此基礎(chǔ)上，添加房屋變化原因?qū)傩皂?，如實填寫變動房屋?shù)據(jù)。在項目中，新增檢查項會檢驗該規(guī)則填寫的正確與否，填寫規(guī)則如表2所示。

表2 變化原因填寫規(guī)則

填寫后，可直接通過該屬性項對房屋變化進行增量提取，相比后期項目人工進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和比對，更具可用性和便捷性。

3.2 應(yīng)用情況

傳統(tǒng)的更新方式操作復雜，周期長，工作量大，難以快速且及時地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化情況，無法與一張圖房屋專題數(shù)據(jù)進行匹配更新。此項目綜合運用了多種大規(guī)模數(shù)據(jù)，采用不同方式對不同數(shù)據(jù)進行學習、智能提取與利用，更新中強調(diào)通過對屬性信息的填寫，可以實現(xiàn)對變化圖斑的動態(tài)追蹤以及對數(shù)據(jù)的逐個針對擊破，最終將其匯總更新至成果中，充分實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的更新留痕及可追蹤［12-15］。此外，正逐步嘗試探索以變化圖斑為更新單元、以變化內(nèi)容確定更新要素和周期，按照更新內(nèi)容組織數(shù)據(jù)生產(chǎn)和平行質(zhì)檢，優(yōu)化數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。此項目可以發(fā)現(xiàn)房屋建筑要素的季度和月度變化，方便監(jiān)督管理建筑的全過程和施工進度，及時發(fā)現(xiàn)違法建筑等。

4 結(jié)束語

“現(xiàn)狀一張圖”項目是當前北京院重點開展和推進的項目，旨在摸清全市重點區(qū)域的建筑規(guī)模、地理要素、空間地理狀態(tài)和時空信息，實現(xiàn)“一張地圖窺全貌”，充分滿足超大城市規(guī)劃和建設(shè)的要求，切實治理“大城市病”，進一步實現(xiàn)防災減災與城鄉(xiāng)一體化統(tǒng)籌目的。項目在不斷推進過程中，已為通州區(qū)城市副中心的規(guī)劃和建設(shè)、東西城核心區(qū)規(guī)劃編制和石景山區(qū)房屋普查等項目提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。目前為止，該項目主要集中于房屋專題的構(gòu)建和實施過程中，未來會結(jié)合全區(qū)的交通資源、地質(zhì)資源、人文資源、水資源陸續(xù)開展交通專題、公共服務(wù)專題、水系專題等專題數(shù)據(jù)生產(chǎn)，真正做到全區(qū)“現(xiàn)狀一張圖”，為北京市新型基礎(chǔ)測繪工作的開建奠定基礎(chǔ)。