面向數(shù)字城市的CGIS更新研究

摘 要：城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的采集部門，應(yīng)該采取切實有效的措施，盡量利用各種規(guī)劃竣工測量、地籍測量、地形圖修補測資料來對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進行更新，這樣可以加快基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新的速度，保證其準確性。本文基于筆者多年對數(shù)字城市的相關(guān)研究，以城市地理信息系統(tǒng)中基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新為研究對象，研究探討了城市地理信息系統(tǒng)（CGIS）中基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新的原則，內(nèi)容與方法，全文是筆者長期進行理論研究的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的研究者有著重要的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：CGIS 原則 內(nèi)容 方法

中圖分類號：P2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0026-02

城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)中，存在大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)隨著城市的發(fā)展和城市的變化而變化，城市基礎(chǔ)建設(shè)的增加，也加快了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的變化。在城市中如果地形圖進行了更新，而地籍邊界等信息沒有更新，則會出現(xiàn)兩者之間的矛盾或者精度不匹配的情況，有可能產(chǎn)生邊界分割了住宅，或者管線到馬路上來的情況，這種錯位會對城市中各個用圖部門帶來麻煩和負面影響。另外如城市中的電子地圖沒有更新，在進行車輛導航和定位時，就可能出現(xiàn)導航錯誤，甚至發(fā)生不必要的交通事故，因此對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的更新顯得非常重要。另外基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以供很多部門使用，如果不及時更新城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，可能會嚴重地阻礙城市的建設(shè)與發(fā)展。因此需采取切實有效的措施來加快城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的更新。

在目前的狀態(tài)下很多城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的采集部門往往存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新周期長，數(shù)據(jù)更新質(zhì)量差等問題，主要原因還是由于在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的更新模式上存在一定的問題。在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的更新模式上，現(xiàn)在很多的部門是采取了重新測量、入庫的方式來進行的，在發(fā)生變化的地方，重新進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集工作，然后再重新錄入到數(shù)據(jù)庫中，這樣可能在數(shù)據(jù)庫中存在有多套數(shù)據(jù)，容易導致某一地區(qū)數(shù)據(jù)的不一致，因此城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的采集部門，應(yīng)該采取切實有效的措施，盡量利用各種規(guī)劃竣工測量、地籍測量、地形圖修補測資料來對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進行更新，這樣可以加快基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新的速度，保證其準確性。

本文結(jié)合目前的各種更新方式進行了分析和比較，在總結(jié)其利弊的基礎(chǔ)上，提出了一套有效的城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)更新的解決方案。

1 城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新的原則

由于城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)對城市的規(guī)劃和發(fā)展而言起著舉足輕重的作用，因此城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的更新，應(yīng)該有一定的原則和規(guī)范?？偨Y(jié)起來主要有以下原則和規(guī)范。

1.1 現(xiàn)勢性原則

對于城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的更新，一定要準確及時地對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行更新，以保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性?；A(chǔ)數(shù)據(jù)是對城市目前發(fā)展狀況的一個很重要的反映，只有保證其現(xiàn)勢性，才能充分發(fā)揮出城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的作用。

1.2 精度匹配原則

對于更新的城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)應(yīng)該保證其精度要求，否則在和原有的地理信息進行疊加的時候會出現(xiàn)問題，因此在更新的時候要注意更新部分和未更新部分的精度匹配問題。

在精度匹配問題上可以采用多項式變換的方法來保證新、舊地圖之問的精度匹配，或者用精度較高的空間數(shù)據(jù)來糾正精度較低的空間數(shù)據(jù)，一般情況下，可通過一定數(shù)量的公共點來實現(xiàn)整個圖面的精度匹配。

1.3 空間信息與屬性信息同步更新原則

由于城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容較多，其中的屬性數(shù)據(jù)也十分復雜，因此在更新的時候，不僅僅是對圖形數(shù)據(jù)進行更新，而且要同步地對屬性數(shù)據(jù)進行更新，保證二種數(shù)據(jù)同時更新，如對原來的一個宗地而言，現(xiàn)在有可能變成了兩個宗地，因此屬性信息中的宗地所有者、宗地面積等信息都應(yīng)該一起進行更新。

1.4 一致性原則

在城市地理信息系統(tǒng)中，由于存在大量的圖種，在更新的時候，如何保證各個圖種之間數(shù)據(jù)的一致性是很重要的，同時還涉及到同一個圖種內(nèi)的坐標系統(tǒng)的一致性等問題，只有很好地保證基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的一致性，才能利用這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做出正確的分析和決策。為了保證數(shù)據(jù)的一致性，必須采取嚴格的措施來進行控制，也包括數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制等內(nèi)容。

2 城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新的內(nèi)容

在城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新的原則基礎(chǔ)上，對于城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)來說，其數(shù)據(jù)更新內(nèi)容就是空間實體的變化、相關(guān)屬性信息的變化和拓撲關(guān)系的重建等。

2.1 空間實體的更新

對于城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)來說，空間實體的變化是最基本的更新內(nèi)容，各種點、線、面特征是GIS的基本研究對象，在考慮實體變化的過程中，是主要需要更新的。空間實體中由于點、線相對來說要簡單一些，因此重點應(yīng)該是面信息的更新。

2.2 屬性信息的變化

屬性信息的變化主要有兩種情況，一種是空間實體沒有發(fā)生變化，只是和該空間實體相關(guān)的屬性發(fā)生了變化，如對一棟房子而言，當房子轉(zhuǎn)讓后，房子的產(chǎn)權(quán)就發(fā)生了變化，而房子的空間信息沒有發(fā)生變化；另外一種情況就是空間信息和屬性信息都發(fā)生了變化，如一個地方進行了重建，該地方原有的空間實體全都發(fā)生了變化，同時其屬性信息一般也會變化。因此在屬性信息的變化中，最重要的是要保證空間信息和屬性信息的一致性，否則很容易產(chǎn)生錯誤。

2.3 拓撲關(guān)系的重建

在城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)中，在一定的范圍和程度上需要建立拓撲關(guān)系，因此在空間實體發(fā)生了變化的時候，拓撲關(guān)系也要發(fā)生變化，但該過程不應(yīng)該完全由人工來實現(xiàn)，大部分應(yīng)該由程序根據(jù)實際的情況來自動變化。一些大的街區(qū)，道路和部分房子更新等都需要重新建立拓撲關(guān)系，拓撲關(guān)系建立起來后可以供其它的分析使用。拓撲關(guān)系的重建應(yīng)該結(jié)合空間實體信息的更新同步進行。

3 城市地理信息系統(tǒng)更新的方法

由于城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的采集方式多種多樣，因此其更新的模式也不一樣，城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的更新應(yīng)該在遵循前面提到的原則基礎(chǔ)上進行，同時更新工作應(yīng)該和竣工驗收等結(jié)合起來進行，這樣可以更好地保證城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新的效率?？梢圆捎谜闪糠ā?shù)字化與掃描矢量法、全野外數(shù)字測圖法、基于無線通訊方式的PDA掌上電腦更新法、規(guī)劃竣工測量等方式進行更新。（圖1）

3.1 丈量法更新城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)

在城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)變化不大的地方，或者地形等情況比較簡單的地方可以采用丈量法對其基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)進行更新，該方法主要是量取待定點相對已知點或基線的距離來確定待定點的坐標，主要有邊長交會、內(nèi)外點法等。具體操作過程如下。

（1）野外丈量距離，并填入相應(yīng)的表格或者自動記錄到存儲介質(zhì)上。

利用丈量法更新基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)時，在野外首先丈量距離，應(yīng)該采用鋼卷尺或者手持式的激光測距儀，并且嚴格按照規(guī)定填好相關(guān)數(shù)據(jù)并繪制草圖，以免產(chǎn)生錯誤。在丈量之前，首先要弄清各個起算的坐標，可以在室內(nèi)通過圖解法得到控制點序列，注意編號的準確性。

（2）內(nèi)業(yè)計算點的坐標，并進行空間和屬性信息的整理。

在所有丈量數(shù)據(jù)完整后即可回到室內(nèi)進行數(shù)據(jù)的處理，可利用各種方法來計算待測點的坐標，有邊長交會法、內(nèi)外點法。

（3）將更新后的信息放到數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的更新。

通過前兩步的工作后，基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的更新已經(jīng)完成了很大的工作，接著就是要對城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行更新，在更新的過程中考慮周圍地理信息和更新地理信息之間的關(guān)系，然后進行更新，數(shù)據(jù)更新后應(yīng)該重新進行檢核和比對，以保證更新的正確性。

3.2 數(shù)字化或掃描矢量化的方式來更新城市地理信息系統(tǒng)

由于在城市的某些地方可能有了白紙測圖的成果，因此可以采用將原有紙質(zhì)圖進行數(shù)字化或掃描矢量化，然后按照城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的要求對等符號、線型等信息進行賦值，保證兩者的一致性，然后再對基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新。其基本作業(yè)過程是：數(shù)字化（圖紙掃描、屏幕矢量化）、屬性賦值、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)更新。

利用該方式來進行城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的更新時，應(yīng)充分考慮到已有圖紙的精度等信息，如果精度太差，則不合適用來作為城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新的基礎(chǔ)圖，需要重新進行數(shù)據(jù)采集。

3.3 利用全野外數(shù)字測圖法更新城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)

在丈量法、數(shù)字化或掃描矢量化無法滿足基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新的基礎(chǔ)上，可以采用全野外數(shù)字化測圖的方法來進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集和更新，該方法適合變化區(qū)域大的地方。

3.4 基于無線通訊方式的PDA掌上電腦更新

隨著嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展，PDA掌上電腦也逐漸在城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的采集中開始應(yīng)用，掌上電腦有各種操作系統(tǒng)和各種硬件平臺，但它們都有一些共同的特點：體積小、圖形化界面、觸摸屏等，這些特點決定了PDA比較適合野外數(shù)據(jù)采集，特別是在面積不大數(shù)據(jù)量不大的情況下，PDA是非常合適的，由于是圖形的界面，因此可以做到所測即所見，對于基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的更新來說，應(yīng)該是一個比較好的解決方案。根據(jù)PDA更新數(shù)據(jù)時采用的方式，可以分為兩種，一種是野外更新圖形、室內(nèi)更新數(shù)據(jù)庫的方式；另一種是采用無線通訊方式，將野外測量的數(shù)據(jù)直接發(fā)回到控制中心，進行數(shù)據(jù)庫的更新。

3.5 規(guī)劃竣工測量方式更新

規(guī)劃竣工測量的質(zhì)量不僅涉及到測量成果的準確性和可靠性，而且還將影響到規(guī)劃管理部門審批的落實和監(jiān)督管理，因此施測時，作業(yè)人員都比較謹慎、細致，加之其起算數(shù)據(jù)一般為高等級的平面和高程控制點，這使得竣工測量成果比相應(yīng)的一般地形圖測量精度高，體現(xiàn)了成果的準確性；另外規(guī)劃竣工測量一般都在工程竣工完成后6個月時間內(nèi)必須完成，具有高的現(xiàn)實性：同時竣工測量是由施工單位實地測量和建設(shè)單位共同配合進行的，地形、地貌各要素表示齊全，權(quán)屬關(guān)系清楚，因而具有權(quán)威性。所有這些有利條件都使得利用規(guī)劃竣工測量成果動態(tài)更新城市基礎(chǔ)地形圖是最經(jīng)濟、最適用的一種方法。

4 結(jié)語

建議在城市地理信息系統(tǒng)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)現(xiàn)有建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，建立以規(guī)劃竣工驗收測量、地籍測繪為日常更新源的更新業(yè)務(wù)體系及其相關(guān)的管理系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上配套系列入庫更新技術(shù)規(guī)程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新的常態(tài)化、流程化，從而城市地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫所衍生的建筑物、道路、綠地等基礎(chǔ)專題數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)也有了經(jīng)常性的數(shù)據(jù)更新源；另一方面，這種更新模式需要和城市測繪與基礎(chǔ)地理信息中心的日常業(yè)務(wù)結(jié)合，使得城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)更新有更好的機制保障。

參考文獻

[1]孫紅春，王衛(wèi)安.基礎(chǔ)地理信息圖文一體化數(shù)據(jù)模型[J].測繪通報，2001（1）：4-6.

[2]昊利民.面向GIS的城市基礎(chǔ)數(shù)字地圖庫的建立[J].地礦測繪，2000（2）：11-12.

[3]劉眾志.株洲市城市基礎(chǔ)地理信息庫建立的探討[J].四川測繪，2002（2）：70-72.