多元地理信息獲取、維護機制及應用探討
——以南京為例

李永泉，戴相喜，王鳴霄

(南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇南京210005)

多元地理信息獲取、維護機制及應用探討
——以南京為例

李永泉，戴相喜，王鳴霄

(南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇南京210005)

隨著地理信息逐漸被社會大眾了解接受，地理信息應用的范圍和領域越來越廣，與此同時，對地理信息也提出了更高的要求。以南京為例，研究目前城市測繪院常生產的幾種多元地理信息，并通過數(shù)據的獲取、維護及應用一整套流程來論述城市測繪院如何建立起一個多元地理信息的生產和管理的良性循環(huán)流程。

多元地理信息;基礎地理信息;專題地理信息

一、前 言

GIS是用來采集、加工、處理、存儲、查詢、分析和顯示與地球表面空間相關的數(shù)據的計算機系統(tǒng)［1］。地理信息主要用于描述地理實體、地理要素、地理現(xiàn)象、地理事件及地理過程產生、存在和發(fā)展的地理位置、區(qū)域范圍及空間聯(lián)系［2］。

城市測繪院現(xiàn)階段的主要任務仍然是為城市規(guī)劃、建設和管理服務。隨著城市規(guī)劃、建設和管理水平的提升，對地理信息的要求更加細化、深入，傳統(tǒng)單一的數(shù)據產品已經滿足不了現(xiàn)階段應用的需求。目前隨著地理信息逐漸被社會大眾了解接受，越來越多的行業(yè)逐步開始引入地理信息技術，直觀展現(xiàn)業(yè)務數(shù)據，并在此基礎上進行空間分析、決策。由于應用需求越來越多，根據各類不同的實際應用，對地理信息數(shù)據的種類和信息內容會有不同的需要，對地理信息的多元性提出了要求。

隨著計算機軟硬件的發(fā)展以及數(shù)據采集手段的不斷豐富，地理信息數(shù)據采集方法由傳統(tǒng)的水準儀、經緯儀、全站儀、航測等方法，發(fā)展到目前GPS、航空航天遙感、激光雷達(LiDAR)、無人機等方法，并且數(shù)據采集精度、效率越來越高，數(shù)據的種類也越來越豐富，為滿足目前多元地理信息需求提供了技術基礎。

二、地理信息的多元性

地理信息的多元性主要體現(xiàn)在以下幾個方面［2］:①多語義性，同一個地理信息單元對應著多種語義，如地理位置、海拔高度、政區(qū)界限、人口及其屬性數(shù)據等;② 多尺度性，GIS會根據系統(tǒng)需要而采用不同尺度對地理空間進行表達，不同的觀察尺度具有不同的比例尺和不同的精度;③數(shù)據類型的多元性，指GIS數(shù)據源包含矢量數(shù)據、DEM數(shù)據、像素數(shù)據、網格數(shù)據、影像數(shù)據、地名數(shù)據、圖片、聲音、視頻之類的多媒體數(shù)據等多種類型;④空間參考系多樣，地方坐標系、國家坐標系、全球坐標系等各種類型的坐標系;⑤ 地理數(shù)據的存儲，數(shù)據格式種類不一、存儲方式多樣，可能是單個文件也可能是在數(shù)據庫中。

由上可見，多元地理信息范圍很廣、類型很多，是一個比較大的概念，本文以城市測繪院為研究對象，研究城市測繪院在為城市規(guī)劃、建設、管理及其他相關行業(yè)服務過程中所生產、加工的多元地理信息，主要是上述概念中的數(shù)據類型的多元性，研究內容主要包括多元地理信息的獲取、維護及應用。

三、多元地理信息需求

城市測繪院目前主要還是為城市規(guī)劃、建設、管理服務，筆者首先分析地理信息在城市規(guī)劃、建設、管理中的具體應用，然后分析這些應用對數(shù)據的需求，如表1所示。

表1 多元地理信息需求分析表

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，地形數(shù)據、綜合地下管線數(shù)據、三維模型數(shù)據、影像數(shù)據等是目前常用的基礎地理信息，是目前城市規(guī)劃、建設、管理的基礎地理信息數(shù)據。這些數(shù)據基本可以滿足傳統(tǒng)的應用需求，但是隨著應用的發(fā)展和地理信息行業(yè)的推廣，開始需要越來越多的專題數(shù)據，如危險源數(shù)據、城市部件數(shù)據等。這種發(fā)展趨勢其實是有利于地理信息行業(yè)發(fā)展的，因為只有這樣才能改變地理信息原來尷尬的應用局面。傳統(tǒng)地理信息數(shù)據通常只是作為各行業(yè)應用的工作底圖，并未真正融入到行業(yè)應用中。只有當人們真正意識到充分利用地理信息可以提高工作效率和質量的時候，才會對地理信息作進一步思考，并對其提出自身的要求，從而真正將地理信息融入到各自行業(yè)的業(yè)務應用中，使其成為不可分割的一部分。

四、多元地理信息的獲取及維護

由于數(shù)據種類繁多，本文不能一一介紹各類數(shù)據獲取、維護的方法，在此僅挑選出能代表當前數(shù)據獲取、維護方法特點的數(shù)據進行介紹，它們分別是大比例尺地形圖數(shù)據、三維模型數(shù)據和城市基礎設施數(shù)據。

1.大比例尺地形圖數(shù)據

大比例尺地形圖數(shù)據包括1∶500、1∶1 000和1∶2 000比例尺地形圖，地形圖數(shù)據是測繪行業(yè)傳統(tǒng)數(shù)據，其應用也最為廣泛，目前仍然在城市規(guī)劃、建設、管理中發(fā)揮著很重要的作用，但是在新的形勢下，對地形圖數(shù)據也提出了新的要求。隨著應用的發(fā)展，對地形圖數(shù)據的現(xiàn)勢性要求會越來越高，由原來的兩年更新一次到一年一次、一年兩次乃至實時更新，同時對地形圖數(shù)據的信息量也有了更高的要求，這主要體現(xiàn)在屬性信息方面，要求地形圖數(shù)據中存儲比原來更豐富的地物屬性信息，以便用于各種不同的新用途。

(1)數(shù)據獲取

與全國其他省市測繪單位類似，目前南京市地形圖數(shù)據獲取手段主要有兩種:一種是外業(yè)全站儀采集，一種是航測。除此以外，目前我公司正在嘗試新的地形圖數(shù)據更新手段:基于航空LiDAR數(shù)據的地形圖更新和使用小飛機航拍的地形圖更新。

(2)數(shù)據維護

目前南京市大比例尺地形圖已實現(xiàn)免費供圖，由市規(guī)劃局牽頭建立起地形圖動態(tài)維護機制，由筆者公司承擔具體動態(tài)維護業(yè)務，對南京市主城區(qū)范圍內的地形圖進行動態(tài)維護，同時由市規(guī)劃局牽頭制定了地形圖動態(tài)維護新規(guī)程——《南京市1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖動態(tài)維護規(guī)程》，新規(guī)程對地形圖動態(tài)維護的各項內容進行了規(guī)定，其中有兩項規(guī)定尤為重要:①每年兩輪修測;②重要要素應當更新。

新規(guī)程規(guī)定目前大比例尺地形圖應當一年更新兩輪，同時優(yōu)先考慮重要變化要素的更新，重要變化要素的判定是根據其是否對規(guī)劃造成影響，具體如表2所示。

表2 重要要素(依規(guī)劃要素)

大比例尺地形圖數(shù)據代表目前通過各種方法已經建立起動態(tài)維護機制的一類地理信息，對于城市規(guī)劃、建設、管理重要的地理信息，都應建立起這種維護機制，保證數(shù)據的現(xiàn)勢性和縮短供圖周期。

2.三維模型數(shù)據

二維GIS有其自身難以克服的缺陷，它本質上是基于抽象符號的系統(tǒng)，不能真實地再現(xiàn)三維客觀世界。隨著信息技術的快速發(fā)展特別是數(shù)字地球(digital earth)的提出與實施，以及GIS應用深度和廣度的不斷擴大，二維GIS已經無法滿足用戶的需求，用戶對三維GIS的需求愈發(fā)迫切。伴隨著計算機計算設備、顯示設備以及存儲設備的進步，三維GIS也得到了一定的發(fā)展，GIS正在經歷一個由二維向三維發(fā)展的過程。

(1)數(shù)據獲取

筆者公司三維數(shù)據是采用LiDAR航飛獲取，旨在建立真三維數(shù)據模型。2009年，筆者公司通過LiDAR航飛，獲取了南京市主城區(qū)及江北約400 km2范圍的點云數(shù)據，范圍如圖1所示。三維模型的建立首先是通過LiDAR航飛，獲取地表點云數(shù)據，然后依據點云數(shù)據內業(yè)建立真實地表物體模型，如建筑、道路、橋梁、樹木等，再配以紋理、圖片等，達到真實反映地面物體的目的。

圖1 LiDAR航飛范圍

(2)數(shù)據維護

由于LiDAR航飛成本及三維模型制作的成本都非常高，而且目前在南京市范圍內沒有與相關客戶建立起長期的供需關系，企業(yè)不可能憑一己之力動態(tài)維護著城市的三維模型數(shù)據，因此三維模型數(shù)據尚未建立動態(tài)更新機制，只是根據項目需要，進行小范圍三維數(shù)據模型的建立及更新。目前研究的重點是三維模型的建立、運行、管理、更新等方面的技術，為以后的應用進行技術儲備。2010年，筆者公司總結多年來三維模型方面的研究與實踐經驗，制定了三維模型方面公司內部數(shù)據標準《基礎測繪三維模型構建數(shù)據標準》，該標準主要在以下幾個方面進行了研究和規(guī)定:①三維建模要求;②地面攝影技術要求;③數(shù)據組織;④數(shù)據交換;⑤數(shù)據集成;⑥數(shù)據管理;⑦數(shù)據更新;⑧數(shù)據備份。

三維模型數(shù)據是代表目前采用新技術進行采集，同時尚未建立起完善的數(shù)據標準及數(shù)據更新維護機制的一類數(shù)據，對于這類數(shù)據應該做好技術方面的積累并完善其數(shù)據標準，隨著其應用的不斷推廣，可以逐步建立起動態(tài)維護機制。

3.城市基礎設施數(shù)據

城市基礎設施包括城市市政工程、公用事業(yè)、園林綠化、環(huán)境衛(wèi)生等方面，為滿足城建基礎設施統(tǒng)一管理的要求，需要對現(xiàn)有城市基礎設施信息有一個全面、準確的掌握。

(1)數(shù)據獲取

城市基礎設施的獲取方式有兩種:一種是將地形圖、遙感影像疊加，進行內業(yè)判讀，標識出可以識別的城市基礎設施;另一種方式是進行外業(yè)調查，作業(yè)人員在外業(yè)將現(xiàn)場的城市基礎設施標注在圖紙上，并記錄相關屬性信息，然后內業(yè)整理。

(2)數(shù)據維護

2007年對南京市城市基礎設施進行了普查并建立了城市基礎設施數(shù)據庫，2010年在前一次普查的基礎上，開展了南京市城市基礎設施動態(tài)維護項目，對近3年來城建基礎設施的變化進行修測。目前，城市基礎設施數(shù)據已經建立起竣工報建的機制，筆者公司數(shù)據已成為竣工報建數(shù)據的依據，由此可以確保城市基礎設施數(shù)據的現(xiàn)勢性。

城市基礎設施數(shù)據是代表專題這類數(shù)據，由于地理信息的推廣和應用的深入，相關行業(yè)或部門對地理信息提出了自身專業(yè)的要求，為此需要專門采集相關專題數(shù)據，這類數(shù)據用戶對象已經存在，原來通過普查解決了專題數(shù)據有無的問題，但是由于城市建設的發(fā)展，專題數(shù)據需要不斷更新，更新方法由原來的定期普查更新進化到動態(tài)維護更新。

通過這3類數(shù)據的維護方法可見，動態(tài)維護機制對當前地理信息維護水平來說是一個比較理想的狀態(tài)，對于有條件建立動態(tài)維護機制的數(shù)據來說，應當考慮建立動態(tài)維護機制，保證數(shù)據的現(xiàn)勢性，縮短數(shù)據供應周期，提高工作效率;對于像三維模型數(shù)據一樣采用新工藝、新方法獲取的地理信息，由于數(shù)據標準尚不完善，應用深度及廣度還不夠，客戶群還沒有培養(yǎng)起來，現(xiàn)階段應該深入研究相關技術，完善相關標準，進行知識儲備并積極推廣該數(shù)據及其應用，待到條件成熟時，也可以建立起動態(tài)維護機制。

五、多元地理信息應用

本文第3節(jié)分析了地理信息在目前城市規(guī)劃、建設和管理中的具體應用領域，多元地理信息的應用其實就是將各種類型的地理信息按照各種不同的應用需求進行相應的組合，并在此基礎上進行數(shù)據挖掘及空間分析。近年來，我公司基于多元地理信息在城市規(guī)劃、建設和管理方面所做的應用見表3。

表3 多元地理信息應用

六、結束語

對多元地理信息的需求是地理信息不斷應用和推廣的必然結果。本文以筆者所在的公司為例，簡單探討了多元地理信息的獲取、維護及應用。隨著科技的發(fā)展，新的數(shù)據采集手段會不斷出現(xiàn)，在引進新技術的同時，需要不斷完善相關的作業(yè)標準，使數(shù)據生產流程化、制度化、標準化。同時筆者認為，專題地理信息市場目前仍然處在初級階段，相關數(shù)據服務標準不夠完善，各個行業(yè)缺少相關的專題地理信息數(shù)據標準，數(shù)據共享交換困難，建議在實踐的基礎上進行總結，建立相關行業(yè)地理信息標準，方便數(shù)據的共享及交換，擴大市場運作，提高地理信息經濟的發(fā)展。

［1］ 龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎［M］.北京:科學出版社，2001:2-50.

［2］ 劉小蕊，李欣，周簡.多源地理數(shù)據管理技術研究［J］.計算機工程與設計，2007，28(22):5540-5543.

Discussion on Obtaining，Maintaining and Application of Multi-geographic Information—Take Nanjing for Example

LI Yongquan，DAI Xiangxi，WANG Mingxiao

0494-0911(2011)07-0064-03

P208

B

2011-04-06

李永泉(1962—)，男，江蘇灌云人，高級工程師，主要從事技術質量管理工作。