城市大比列尺地形圖修測更新方法及其應(yīng)用探討

周日圣

（福建省國土測繪院 福建廈門 361012）

1 引言

大比例尺地形圖數(shù)據(jù)作為國家數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，其現(xiàn)勢性的好壞是直接影響目前各地數(shù)字城市服務(wù)能力的重要因素[1-2]。廈門市的基礎(chǔ)測繪發(fā)展迅猛，從模擬測繪到數(shù)字化測繪，再到航空攝影測量，廈門市大比例尺地形圖已基本覆蓋全市所有建成區(qū)和重要片區(qū)，并建立了一套完整的數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)庫。無論是從用戶使用需求角度，還是從經(jīng)費(fèi)利用、避免重復(fù)測繪角度，無論從維護(hù)數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性角度，還是從精準(zhǔn)測繪、按需測繪的要求出發(fā)，目前都已經(jīng)具備開展地形圖修補(bǔ)測工作的條件[3-4]。長周期定期測繪的方式已經(jīng)無法滿足目前網(wǎng)絡(luò)地理信息時代用戶對數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)性的要求。因此，有必要探索一種地形圖修測更新機(jī)制，以保證地理信息系統(tǒng)的生命力。

本文通過介紹2015年廈門市數(shù)字地形圖修補(bǔ)測項(xiàng)目的技術(shù)路線及實(shí)施辦法，闡述對于地形圖修補(bǔ)測動態(tài)更新的理解，提出了構(gòu)建地形圖動態(tài)更新機(jī)制的具體措施和建議。

2 測區(qū)概況

測區(qū)位于廈門市思明區(qū)，涉及鷺江街道、梧村街道、開元街道、中華街道、廈港街道、濱海街道等6個街道，南起湖里山炮臺、珍珠灣花園，北至廈禾路，西起鷺江道、演武大橋，東至文屏路。測區(qū)呈不規(guī)則形狀，共涉及1:1000標(biāo)準(zhǔn)圖幅61幅，面積6.6平方公里。

3 地形圖修測技術(shù)路線及實(shí)施辦法

3.1 街坊劃分

數(shù)字化地形圖修補(bǔ)測以街坊為單位，街坊根據(jù)測區(qū)內(nèi)路網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行劃分，同一宗地應(yīng)歸入同一街坊，數(shù)據(jù)量控制在1.4萬點(diǎn)以內(nèi)，采取從西到東，從北到南編排，街坊號以“D”加流水號表示，具體劃分為D1-D18共18個街坊。圖1為街坊劃分示意圖。

圖1 街坊劃分示意圖

3.2 首級控制測量

平面控制：采用GPS靜態(tài)測量布設(shè)首級控制網(wǎng)（E級控制網(wǎng)），盡量利用原有控制點(diǎn)點(diǎn)位。

高程控制：利用自動安平水準(zhǔn)儀，在已知高等級水準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇一定數(shù)量位于主要交通路口的E級GPS點(diǎn)建立三等水準(zhǔn)網(wǎng)，在三等水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上加密布測四等水準(zhǔn)網(wǎng)，控制范圍與平面控制網(wǎng)相適應(yīng)。

3.3 內(nèi)業(yè)比對

將原有地形圖資料（業(yè)主方已提供的1998年版1:1000地形圖為主，含局部更新的竣工成果資料）以街坊為單位與最新影像圖進(jìn)行比對，確定明顯變化區(qū)域，對此類區(qū)域應(yīng)進(jìn)行全面重測。

3.4 外業(yè)調(diào)繪

原有1:1000地形圖資料放大至1:500并打印作為外業(yè)調(diào)繪底圖，以街坊為單位進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪，外業(yè)調(diào)繪要求全區(qū)域覆蓋。調(diào)繪內(nèi)容包括：

（1）全面核查新增、變化、滅失地物、地貌的情況；

（2）全面核查建筑物的層次及結(jié)構(gòu)、道路的鋪設(shè)材料等地物屬性的表達(dá)是否完整、正確；如有用到道路、建筑物專題數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)繪，需要區(qū)分專題數(shù)據(jù)要素對象的數(shù)據(jù)來源：A.數(shù)據(jù)來源為“實(shí)測”（含DLG2000、UDSMS、基礎(chǔ)測繪、成片測繪等表達(dá)外業(yè)實(shí)測的內(nèi)容），則視對象要素與現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行修測、重測或保持原樣。B.數(shù)據(jù)來源為"DOM"（含DOM+年份、年份＋DOM等表達(dá)來源為非實(shí)測內(nèi)容），則需要重測。

（3）全面核查、記錄測區(qū)范圍內(nèi)的門牌樓址，以及具有獨(dú)立院落的單位、企業(yè)和大廈的名稱。

（4）全面核查、記錄測區(qū)范圍內(nèi)等級控制點(diǎn)的保存情況。對測區(qū)內(nèi)圖根一級以上埋石點(diǎn)進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪，凡是確認(rèn)完好的點(diǎn)位予以保留，實(shí)地已破壞的點(diǎn)位予以刪除，做到實(shí)地控制點(diǎn)點(diǎn)位情況與圖上一致。

（5）外業(yè)調(diào)繪時，不同變化情況采用不同符號和不同顏色進(jìn)行記錄。

3.5 修補(bǔ)測方案的選擇

3.5.1 全面重測

原地形圖出現(xiàn)下列情況之一時，該街坊（地塊）進(jìn)行全部重測：

（1）原圖內(nèi)地物要素總變化率超過40%；

（2）原圖內(nèi)居民地要素變化率超過30%；

（3）原有成果資料存在重大質(zhì)量缺陷，無法有效利用。

全面重測的街坊，要求全區(qū)域加密布設(shè)圖根控制網(wǎng)，按規(guī)范要求重新施測數(shù)字化地形圖。

3.5.2 全面修測

原地形圖出現(xiàn)下列情況之一時，該街坊（地塊）進(jìn)行全面修測：

（1）原圖內(nèi)地物要素總變化率超過30%，小于40%；

（2）變化面積大或變化區(qū)域較分散，需大范圍與原有成果資料進(jìn)行接邊的。

全面修測的街坊（地塊），全區(qū)域加密布設(shè)圖根控制網(wǎng)，對變化的地理信息進(jìn)行采集。

3.5.3 局部修測

原地形圖出現(xiàn)下列情況之一時，該街坊（地塊）進(jìn)行局部修測：

（1）原圖內(nèi)地物要素總變化率小于30%；

（2）變化區(qū)域面積小且較為集中，未變化部分原有成果資料可利用。

局部修測的街坊，沿主要道路、街巷布設(shè)圖根點(diǎn)，變化量相對集中、變化面積較大的區(qū)域加密布設(shè)圖根導(dǎo)線，以滿足修補(bǔ)測的需要；變化區(qū)域相對分散、變化面積較小的區(qū)域一般不再加密布設(shè)圖根，實(shí)地?zé)o控制網(wǎng)的，按以下方式進(jìn)行補(bǔ)測：

1）對個別新增、變化的小面積地形、地物、地貌，可采用距離交會法。但在補(bǔ)測前，要進(jìn)行參照物的精度檢查，確定參照物精度確實(shí)可靠；

2）采用距離交會法時，應(yīng)至少有兩條及以上邊長可供檢查驗(yàn)證。量邊不允許采用截距法，而應(yīng)采取交會法進(jìn)行量取，并要有第三條邊進(jìn)行檢查。量取時要以長邊量取短邊的方法進(jìn)行，否則地物方向容易扭曲；

3）設(shè)站補(bǔ)測時，嚴(yán)禁后視定向距離小于測距距離，并應(yīng)有多余觀測，以加強(qiáng)檢核。施測地物點(diǎn)時，在圖根點(diǎn)基礎(chǔ)上只允許連續(xù)支3站。個別新增、變化的小面積地形、地物、地貌，在圖根點(diǎn)的基礎(chǔ)上需支3站以上的才能施測的，可將支站數(shù)放寬至5站，且支站點(diǎn)必須閉合到其它已知控制點(diǎn)進(jìn)行檢測，點(diǎn)位閉合差應(yīng)小于5cm。若超限，則施測數(shù)據(jù)不能使用，需布設(shè)附合導(dǎo)線或節(jié)點(diǎn)網(wǎng)后重新施測。

3.6 變化量統(tǒng)計(jì)，確定街坊修測方案

通過內(nèi)業(yè)比對及外業(yè)巡視對居民地、地形地貌等地物的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算地物要素總變化率，作為街坊修補(bǔ)測方案制定的依據(jù)。

（1）地物要素變化率采用地圖格網(wǎng)統(tǒng)計(jì)法，以統(tǒng)計(jì)時按1cm2格網(wǎng)作為基本統(tǒng)計(jì)單元，計(jì)算公式為：a格=(m/M)*100%。式中，a格表示地物要素變化率；m表示街坊內(nèi)地物要素變化總格網(wǎng)數(shù)；M表示街坊總格網(wǎng)數(shù)。

（2）地物要素變化率統(tǒng)計(jì)表見表1。

表1 地物要素變化率統(tǒng)計(jì)表

3.7 圖根控制

在測區(qū)首級控制基礎(chǔ)上，沿主要道路、街巷布設(shè)圖根導(dǎo)線，并根據(jù)街坊修測方案進(jìn)一步加密布設(shè)圖根點(diǎn)，以滿足地形圖修補(bǔ)測的需要。

3.8 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

對新增、變化或者滅失的地物、地貌要素進(jìn)行全野外數(shù)字化采集，地物點(diǎn)、地形點(diǎn)均需實(shí)測坐標(biāo)、高程。對零星變化的次要地物可采用距離交會法進(jìn)行施測。

3.9 數(shù)據(jù)處理及成果匯交

利用成圖軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)線劃圖編輯，并對調(diào)繪成果進(jìn)行更新、入庫、匯總及精度統(tǒng)計(jì)，制作各類數(shù)據(jù)成果和文檔報告。

圖2 項(xiàng)目實(shí)施流程圖

4 實(shí)施的技術(shù)創(chuàng)新與亮點(diǎn)

根據(jù)已經(jīng)開展的城市建成區(qū)地形圖修補(bǔ)測常規(guī)經(jīng)驗(yàn)來看，一般采用如下方法：首先通過最新的衛(wèi)片影像與原有地形圖比對劃定修測存在變化圖斑范圍，然后依據(jù)劃定的變化區(qū)域進(jìn)行修測工作。但此方法整體性不佳、精度不均勻，接邊難度大，整體現(xiàn)勢性較差[5]，另外，變化圖斑調(diào)查和修測工程量預(yù)算是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。需要業(yè)主或組織單位在各區(qū)分支部門的大力配合，才能將變化圖斑調(diào)查做到必要、不漏、不重、全面，資金預(yù)算才能合理不浪費(fèi)。

本項(xiàng)目實(shí)施方案是在成片測繪的要求與常規(guī)的修補(bǔ)測相結(jié)合的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了一種修補(bǔ)測的新方法，新方法在全區(qū)域進(jìn)行內(nèi)業(yè)比對、外業(yè)調(diào)查的前提下依據(jù)街坊的變化量選擇不同的修測方案進(jìn)行施測。與常規(guī)的基礎(chǔ)測繪、零星修測的指標(biāo)對比情況見表2。

項(xiàng)目完成后，不論從成果質(zhì)量、節(jié)約成本等方面考量，得到了業(yè)主方及質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的充分肯定，其優(yōu)點(diǎn)為：

（1）有效解決了常規(guī)修測過程中對于變化圖斑調(diào)查和修測工程量確定的難點(diǎn)問題，可以很好的實(shí)現(xiàn)修測的目標(biāo)任務(wù)；

表2 三種方法對比情況

（2）修測區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了實(shí)地全覆蓋調(diào)查，變化圖斑不存在漏測現(xiàn)象，整體性佳、精度均勻，現(xiàn)勢性強(qiáng)，同時兼顧完善了修測范圍內(nèi)等級控制點(diǎn)的更新；

（3）在現(xiàn)勢性基本上與基礎(chǔ)測繪數(shù)字化測圖處于同等質(zhì)量要求，實(shí)施工期縮短，成本約是基礎(chǔ)測繪的70%，節(jié)約了社會資源。

5 措施和建議

城市建設(shè)在快速發(fā)展，地表各類地物信息變化頻繁，保持地圖現(xiàn)勢性是測繪工作者的當(dāng)務(wù)之急。因此，結(jié)合日常地形圖更新經(jīng)驗(yàn)，對快速構(gòu)建地圖動態(tài)更新機(jī)制提出具體措施和建議。

5.1 因地制宜開展地形圖修補(bǔ)測

地形圖修補(bǔ)測是在原有基底數(shù)據(jù)版本的基礎(chǔ)上，對與現(xiàn)狀不符的地形、地物、地貌進(jìn)行局部和零星修正，經(jīng)過接邊處理，保持原有數(shù)據(jù)完整性和現(xiàn)勢性。由此，地形圖的修補(bǔ)測宜在完成成片測繪后進(jìn)行，或者采取邊成片測繪邊修補(bǔ)測周期輪動更新方式保持地形圖數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性。從發(fā)達(dá)地區(qū)（深圳）實(shí)踐情況來看，地形圖的修補(bǔ)測是保持?jǐn)?shù)據(jù)現(xiàn)勢性的合理選擇。

5.2 增加經(jīng)費(fèi)，積極推進(jìn)修補(bǔ)測順利開展

修補(bǔ)測的開展需要有足夠的經(jīng)費(fèi)保障。修補(bǔ)測工作其本質(zhì)上還是地形圖測繪，所以一方面需要市財政給予部分專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)支持，另一方面，隨著成片基礎(chǔ)測繪的日漸完成，在經(jīng)費(fèi)安排上，基礎(chǔ)測繪經(jīng)費(fèi)可適當(dāng)向地形圖修補(bǔ)測傾斜。

5.3 多途徑保障地圖現(xiàn)勢性

修補(bǔ)測實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，結(jié)合現(xiàn)有條件，可通過以下幾種方式加快地圖更新頻率，保障地圖現(xiàn)勢性。(1)重點(diǎn)項(xiàng)目和道路：在項(xiàng)目主體竣工后及時安排修測。(2)一般項(xiàng)目利用竣工核實(shí)測量或產(chǎn)權(quán)地籍調(diào)查測量成果，完成 1：500、1：1000、1：2000、1：5000系列比例尺地形圖更新，同步完成天地圖公眾版和政務(wù)版地圖更新。(3)對于條件允許區(qū)域，采用無人機(jī)航測，更新影像圖。

5.4 積極探索基于要素的地形圖更新方法

目前，地形圖數(shù)據(jù)庫的更新方法主要還是基于范圍的更新，這種方法是將舊數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的范圍挖空后將新數(shù)據(jù)填入，然后進(jìn)行要素接邊工作。這種方法費(fèi)時費(fèi)力，還容易出現(xiàn)錯誤?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一種"基于要素的地形圖更新"方法，這種方法只針對變化的要素，可以較快的實(shí)現(xiàn)地形圖數(shù)據(jù)更新，保持現(xiàn)勢性，值得研究。