數(shù)字城市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)治理與建庫應(yīng)用研究

王永峰

（德州市城鄉(xiāng)規(guī)劃編制研究中心，山東 德州 253078）

0.引言

根據(jù)自然資源部關(guān)于全面推進(jìn)實景三維中國建設(shè)的相關(guān)要求和部署，城市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)作為地形級實景三維的重要組成部分，是國家重要的數(shù)字化新型基礎(chǔ)設(shè)施，可以為國土空間基礎(chǔ)信息平臺、時空大數(shù)據(jù)平臺、天地圖等基礎(chǔ)平臺提供統(tǒng)一的地形級實景三維數(shù)據(jù)底板[1]，為國土空間規(guī)劃、自然資源管理和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供空間數(shù)據(jù)服務(wù)支撐。鑒于城市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)化欠缺等問題，以及為了CGCS2000坐標(biāo)系的推廣應(yīng)用[2]，亟需對數(shù)據(jù)進(jìn)行治理和建庫，這也是測繪地理信息領(lǐng)域十分重要的基礎(chǔ)性工作。只有按照統(tǒng)一技術(shù)體系和管理機制完成數(shù)據(jù)治理和建庫，才能促進(jìn)信息共享，從而支撐國土空間規(guī)劃、自然資源管理、城市更新、智慧園區(qū)、智慧社區(qū)、智慧交通、智慧城管、安全應(yīng)急等各項智慧應(yīng)用的建設(shè)。現(xiàn)以德州市數(shù)字城市項目中的空間數(shù)據(jù)治理建庫為例，探討數(shù)字城市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)治理和建庫的技術(shù)方案和流程。

1.基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)治理與建庫概述

城市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)指的是1∶500、1∶1000和1∶2000比例尺數(shù)字線畫圖（DLG）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像圖（DOM）、地名/地址數(shù)據(jù)等（如圖1所示）：

圖1 城市大比例尺地理信息數(shù)據(jù)組成

根據(jù)國家基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)施測、管理和更新的責(zé)任劃分原則，1∶500-1∶2000大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)治理和建庫工作由地市測繪地理信息主管部門負(fù)責(zé)組織并開展[3]。

1.1 DLG數(shù)據(jù)治理建庫

通過GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或者桌面端地理信息軟件對1∶500-1∶2000大比例尺DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系檢查、數(shù)據(jù)清洗、統(tǒng)一的空間參考設(shè)置、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，并采用“物理上分散、邏輯上集中”的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)更新。

根據(jù)《基礎(chǔ)地理信息要素數(shù)據(jù)字典》GB/T 20258.1-2006和《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》GB/T 13923-2006規(guī)定，入庫后的DLG數(shù)據(jù)必須包含要素名、分類碼、屬性字段、圖層、字段定義，以及要素所屬的圖層；同時必須符合地理信息數(shù)據(jù)的要素表達(dá)和幾何類型（Point、Polyline、Polygon）。

1.2 DEM和DOM數(shù)據(jù)治理建庫

通過GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或者桌面端地理信息軟件對DEM和DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等治理和優(yōu)化，并采用“物理上分散、邏輯上集中”的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)更新。

1.3 DOM數(shù)據(jù)治理建庫

通過GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或者桌面端地理信息軟件對DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等治理和優(yōu)化，并采用“物理上分散、邏輯上集中”的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)更新。

1.4 地名/地址治理建庫

按照國家基礎(chǔ)地理信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對地名/地址數(shù)據(jù)的治理和建庫要求，使用外業(yè)GIS軟件進(jìn)行地名/地址數(shù)據(jù)的采集和錄入；在內(nèi)業(yè)通過GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對地名/地址數(shù)據(jù)進(jìn)行查重、清理、修改、優(yōu)化、入庫等操作，從而完成地名/地址數(shù)據(jù)的預(yù)處理、清洗、優(yōu)化、入庫、管理和更新。

2.GIS 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計

GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是進(jìn)行城市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)治理和建庫的基礎(chǔ)支撐平臺。

2.1 數(shù)據(jù)庫層

GIS數(shù)據(jù)在物理上統(tǒng)一存儲到空間數(shù)據(jù)庫中。大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫宜選用Geospatial數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理，數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)支持空間對象存儲模式，常用的空間數(shù)據(jù)庫有PostgreSQL、MySQL、Oracle、SQLServer等。

2.2 GIS平臺層

常用的GIS平臺有PostGIS、SuperMap、MapGIS、GeoScene（或AcrGIS），通過GIS引擎連接到Oracle等空間數(shù)據(jù)庫。當(dāng)數(shù)據(jù)量不大并且數(shù)據(jù)類型較為簡單時，可以選用開源的數(shù)據(jù)庫和GIS平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)治理和入庫，如mySQL和QGIS；當(dāng)數(shù)據(jù)量較大并且數(shù)據(jù)類型較為復(fù)雜時，應(yīng)當(dāng)選用大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫和成熟的GIS平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)治理和入庫，如，Oracle和GeoScene。

2.3 應(yīng)用層

作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的上層應(yīng)用，提供常用的數(shù)據(jù)治理和建庫功能及交互界面，包括數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)更新、歷史數(shù)據(jù)管理、元數(shù)據(jù)管理等。

數(shù)據(jù)瀏覽：主要用于切換視圖窗口模塊，根據(jù)行政區(qū)、圖幅號或者坐標(biāo)信息進(jìn)行地圖定位，提供用戶瀏覽已入庫的變化要素數(shù)據(jù)，支持多期數(shù)據(jù)進(jìn)行對比查看。

數(shù)據(jù)查詢：以不同的查詢條件（如屬性要素信息、空間關(guān)系）對各種已加載的DLG數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨查詢，以及基于空間關(guān)系和屬性的組合查詢。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計：可通過庫存統(tǒng)計功能進(jìn)行詳細(xì)信息的查詢，明細(xì)里面將記錄數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲情況，包括數(shù)據(jù)資源、文件資源的名稱、數(shù)量、入庫時間、操作員、入庫標(biāo)識等信息；還可以用更加直觀地統(tǒng)計圖表的形式進(jìn)行結(jié)果展現(xiàn)。

數(shù)據(jù)處理：包含格式轉(zhuǎn)換、高程換算、坐標(biāo)和投影變換、數(shù)據(jù)裁切、數(shù)據(jù)拼接、編輯字段等。

數(shù)據(jù)入庫：實現(xiàn)不同比例尺、不同類型的空間數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)的入庫前質(zhì)檢以及入庫，將DLG、DOM、DEM、地名/地址等數(shù)據(jù)導(dǎo)入或更新到數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)提取：制定數(shù)據(jù)提取方案，并進(jìn)行基礎(chǔ)地理信息DLG數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的提取。

數(shù)據(jù)更新：對已完成入庫的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行版本比對、維護(hù)、更新、遷入、回溯等操作，包含按要素更新和按范圍更新等方式。

歷史數(shù)據(jù)管理：實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫的增刪改，以及歷史數(shù)據(jù)版本查詢、歷史數(shù)據(jù)版本信息維護(hù)、歷史數(shù)據(jù)刪除和歷史數(shù)據(jù)輸出等。

3.基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)治理

由于數(shù)字城市大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)來源多種多樣、數(shù)據(jù)遵循的標(biāo)準(zhǔn)和格式不統(tǒng)一，需要建庫前進(jìn)行一系列的治理工作，包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)集坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)一致性處理、數(shù)據(jù)空間化、數(shù)據(jù)質(zhì)檢等。

3.1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)格式

包括矢量格式轉(zhuǎn)換、DEM格式轉(zhuǎn)換、DOM格式轉(zhuǎn)換、柵格數(shù)據(jù)金字塔創(chuàng)建。

3.2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

為了保障數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)一致性，需要對所有歷史數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有數(shù)據(jù)，根據(jù)采用統(tǒng)一的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、工具、資料和服務(wù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、規(guī)范化處理，統(tǒng)一空間基準(zhǔn)，具體的數(shù)據(jù)參考標(biāo)準(zhǔn)如下：

空間基準(zhǔn)：統(tǒng)一為2000國家大地坐標(biāo)系，同步提供WGS84坐標(biāo)系；

時間基準(zhǔn)：對資源的空間屬性、元數(shù)據(jù)進(jìn)行時空化處理，添加數(shù)據(jù)使用時間、數(shù)據(jù)采集時間、數(shù)據(jù)更新時間與修改時間及停止使用時間等相關(guān)時間，日期采用公歷紀(jì)元，時間采用北京時間。

3.3 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)一致性處理

對于存放的DLG、DEM、DOM和地名/地址數(shù)據(jù)，將更新后的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行快速而完整的地圖綜合，利用綜合的結(jié)果聯(lián)動更新相應(yīng)范圍內(nèi)的原始數(shù)據(jù)，自動變成歷史數(shù)據(jù)。

3.4 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)空間化

DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)的空間化通常在之前的測繪內(nèi)業(yè)完成，主要采用空中三角測量手段來完成。對于DEM和DOM，也可以采用遙感影像幾何糾正的方式來完成，通過在ERDAS等軟件中設(shè)置多項式幾何校正模型、選擇地理參考圖像、采集地面控制點、采集檢查點、數(shù)據(jù)重采樣等步驟來開展。

對于地名/地址數(shù)據(jù)，如果業(yè)務(wù)人員對專題業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的空間位置比較熟悉、可以設(shè)置輔助參照底圖（如地形參照物、二維電子底圖和影像底圖），在參照底圖上標(biāo)繪地名/地址點。

3.5 數(shù)據(jù)質(zhì)檢

（1）通用性質(zhì)檢

按照《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》GB/T 18316-2008，結(jié)合本次項目建設(shè)要求，對數(shù)據(jù)治理和建庫成果進(jìn)行質(zhì)檢，質(zhì)檢指標(biāo)涵蓋地理信息數(shù)據(jù)時間和位置精度、數(shù)據(jù)完整性、屬性數(shù)據(jù)精度、空間坐標(biāo)系、邏輯一致性、表征質(zhì)量等[5]。

（2）針對性質(zhì)檢

除了通用性質(zhì)檢外，需全面檢查DLG、DEM、DOM和地名/地址數(shù)據(jù)本身的數(shù)據(jù)精度和質(zhì)量等關(guān)鍵指標(biāo)。

4.基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫

在完成大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)治理工作后，需要按照統(tǒng)一的分類編碼和坐標(biāo)系參數(shù)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行治理，并使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將DLG、DEM、DOM和地名/地址數(shù)據(jù)導(dǎo)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。各種數(shù)據(jù)的入庫是數(shù)據(jù)建庫的重要步驟，需要進(jìn)行入庫前檢查、入庫后檢查、入庫后處理等一系列操作（如圖2所示）：

圖2 城市大比例尺地理信息數(shù)據(jù)建庫

4.1 入庫前檢查

本項目中，數(shù)據(jù)入庫前主要對以下內(nèi)容進(jìn)行檢查：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（數(shù)據(jù)分幅情況、平面和高程基準(zhǔn)、空間投影、投影分帶）、數(shù)據(jù)一致性、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)位置、數(shù)據(jù)屬性（屬性字段的類型、名稱、長度定義等）。

4.2 入庫后檢查

數(shù)據(jù)唯一性分析（是否存在重復(fù)入庫等情況）、數(shù)據(jù)完整性（數(shù)據(jù)集遺漏、要素遺漏、圖層遺漏）、圖幅和分帶質(zhì)檢拼接遺漏情況等檢查、數(shù)據(jù)位置準(zhǔn)確性（數(shù)據(jù)集中是否存在改圖層或數(shù)據(jù)）。

4.3 入庫后處理

（1）DLG圖幅接邊核對

DLG數(shù)據(jù)制作通常按圖幅輸出，圖幅接邊線和接邊位置的準(zhǔn)確性可能存在問題，需要進(jìn)行核對。

（2）建立DEM和DOM數(shù)據(jù)金字塔

為了滿足柵格數(shù)據(jù)的應(yīng)用效率，需要使用數(shù)據(jù)治理工具對DEM和DOM數(shù)據(jù)創(chuàng)建金字塔，不同范圍、不同比例尺、不同分辨率柵格數(shù)據(jù)構(gòu)建金字塔需要的時間不同。

（3）空間數(shù)據(jù)管理

通過GIS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一入庫；入庫后也需要基于該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，包括數(shù)據(jù)更新、版本管理、版本回溯等。GIS數(shù)據(jù)所有者可以完成的數(shù)據(jù)管理操作包括數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計、數(shù)據(jù)編輯（增、刪、改等）、數(shù)據(jù)預(yù)處理等。

（4）空間數(shù)據(jù)更新

數(shù)據(jù)更新主要包含兩種方式：按版本更新和增量式更新。應(yīng)當(dāng)根據(jù)技術(shù)能力和數(shù)據(jù)源等情況綜合選取更新方法，為了更科學(xué)高效開展數(shù)據(jù)更新，本項目基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用增量式更新方式。

5.結(jié)束語

基于數(shù)字城市以及實景三維中國數(shù)據(jù)庫的建設(shè)需求，本文對市縣級大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)（DLG、DEM、DOM、地名/地址）治理和建庫體系進(jìn)行設(shè)計，對治理和建庫策略和流程進(jìn)行分析，實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式、坐標(biāo)系等方面的統(tǒng)一，為智慧城市建設(shè)中大比例尺地理信息數(shù)據(jù)的共享和分發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)，有力地支撐了數(shù)字城市和智慧城市建設(shè)。本文采用的方法理論上也適用于中小比例尺的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)治理和建庫，但是需要進(jìn)一步驗證；同時，本文僅對地形級實景三維數(shù)據(jù)治理和建庫進(jìn)行了研究，對于城市級以及部件級實景三維數(shù)據(jù)沒有深入研究，需要進(jìn)一步加強。