數(shù)字城市建設(shè)中地理信息數(shù)據(jù)處理方法研究

時(shí)英娜

（海天地信科技有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

隨著數(shù)字城市建設(shè)工作的持續(xù)推進(jìn)，人們對(duì)于地理信息數(shù)據(jù)的重視程度也越來越高，各地人民政府與城市內(nèi)轄區(qū)主管部門都在利用地理信息數(shù)據(jù)，輔助城市建設(shè)與管理。而要發(fā)揮地理信息數(shù)據(jù)更高的價(jià)值與效能，應(yīng)在采集信息時(shí)提高數(shù)據(jù)的可信度，將其作為數(shù)字城市建設(shè)的前提條件、提高城市信息化水平的重要手段，地理信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用能夠有效地解決新時(shí)期城市建設(shè)中存在的信息不暢通、專業(yè)數(shù)據(jù)支撐缺少等問題，并通過各種領(lǐng)域的資源共享，形成一種全新的城市信息系統(tǒng)和服務(wù)方式，為各區(qū)域的信息化和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作提供依據(jù)[1]。數(shù)字城市建設(shè)是我國城市測量技術(shù)的一大進(jìn)步，通過對(duì)當(dāng)前的城市規(guī)劃與建設(shè)工作的細(xì)致分析，使城市規(guī)劃水平得到顯著提高。

1 數(shù)字城市建設(shè)中地理信息數(shù)據(jù)處理方法

1.1 地理信息數(shù)據(jù)采集

針對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的類型，對(duì)數(shù)字城市建設(shè)中的各種數(shù)據(jù)類型資料進(jìn)行采集，為后續(xù)處理提供條件。數(shù)據(jù)類型主要包括數(shù)字線劃地圖（Digital Line Graphic，DLG）數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，DOM）數(shù)據(jù)、三維（3D）圖像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）數(shù)據(jù)等。依據(jù)數(shù)字城市的各種數(shù)據(jù)，按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新、生產(chǎn)和制作。采用調(diào)繪、數(shù)碼攝影測量等比較成熟的資料收集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集[2]。

針對(duì)DLG數(shù)據(jù)資料，在完成對(duì)數(shù)據(jù)的外業(yè)采集后，用專門的軟件對(duì)DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行了內(nèi)部的整理和處理。每一個(gè)測量控制點(diǎn)都不能代表圖根點(diǎn)，而四等以上的點(diǎn)則用《圖式》中相應(yīng)的符號(hào)來表示。要求所有的點(diǎn)坐標(biāo)和線坐標(biāo)都在地圖上，在完成數(shù)據(jù)獲取后，確保各個(gè)控制點(diǎn)的連接能夠形成封閉的建筑面[3]。針對(duì)城市主要街道，采用主干道劃分方式，繪制后的線條寬度為0.35 mm；針對(duì)城市次要街道，繪制后的線條寬度為0.25 mm。

DOM數(shù)據(jù)資料的采集主要集中在衛(wèi)星和航空影像上，通過拼接、勻色等處理，得到質(zhì)量更高的數(shù)據(jù)。高分辨率的圖像資料包含的信息更加豐富，且更直觀形象，是目前地圖背景資料的重要組成部分。

在DEM數(shù)據(jù)資料的獲取中，以航片掃描的方法，引入了空間加密，并依據(jù)立體效應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)[4]。通過對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，提取特征點(diǎn)、特征線，從而重建DEM數(shù)據(jù)。第72頁圖1為DEM數(shù)據(jù)的采集流程圖。

圖1 DEM數(shù)據(jù)的采集流程圖

對(duì)于3D圖像數(shù)據(jù)的獲取，首先要以現(xiàn)有DLG數(shù)據(jù)為基本架構(gòu)，以某一建筑的實(shí)測高度為基準(zhǔn)，通過攝影獲取圖像，然后將其繪制成3D圖像。將DLG數(shù)據(jù)資料輸入3D MAX軟件，對(duì)要建立模型的建筑進(jìn)行測量，并利用所拍攝的建筑物圖像對(duì)其進(jìn)行紋理處理[5]。所有的材質(zhì)都采用正射校正，統(tǒng)一像素的數(shù)值和大小和色調(diào)。同時(shí)，還需要在該軟件中完成紋理粘貼處理。

1.2 基于多種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)處理

根據(jù)上述內(nèi)容，分別完成對(duì)4種地理信息數(shù)據(jù)的采集。對(duì)各種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行處理。對(duì)于DLG數(shù)據(jù)的處理，按照數(shù)據(jù)導(dǎo)入的準(zhǔn)則，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、入庫等環(huán)節(jié)，將大量的數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫中。在對(duì)DLG數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先需要對(duì)其進(jìn)行質(zhì)檢，若質(zhì)檢不合格，則重新采集這一類型數(shù)據(jù)；若質(zhì)檢合格，則對(duì)采集到的DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯[6]。其次，針對(duì)完成編輯后的DLG數(shù)據(jù)再次進(jìn)行質(zhì)檢，若質(zhì)檢不合格，則返回重新編輯；若質(zhì)檢合格，則將DLG數(shù)據(jù)中的DWG格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MDB格式數(shù)據(jù)[7]。最后，將經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)入庫。在地物中，平面和直線之間要有一定的連貫性，不能由于注記等原因而造成中斷，例如，在等高線上，不能用注記將線按下，也不能用“WIPEOUT”來消除線條。另外，住宅等建筑整體應(yīng)以一條折線的形式表示，折線應(yīng)保持連續(xù)。如果是距離很近的物體，就需要通過不同的指令來精確地捕捉，比如建筑之間的邊界。

在完成對(duì)DLG數(shù)據(jù)的處理后，針對(duì)DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其圖像數(shù)據(jù)是用DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，再用航空?qǐng)D像和遙感圖像建立起來的。數(shù)字城市建設(shè)中的影像數(shù)據(jù)即DOM數(shù)據(jù)。在DOM數(shù)據(jù)中，圖像可以是彩色的，也可以是全色的。DOM數(shù)據(jù)可在收集、檢查、編輯等操作后完成入庫。在全面的影像品質(zhì)檢驗(yàn)之后，若影像整體亮度、色彩對(duì)比度比較大，整體色調(diào)不均衡，則需要進(jìn)行勻色處理；但若圖像屬于不同季節(jié)，則可僅作均勻光照處理，而因植物的改變而造成的顏色差別則不予考慮。對(duì)圖像邊緣進(jìn)行全面的檢驗(yàn)，將符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣處理，保證圖像邊緣不會(huì)出現(xiàn)明顯的色調(diào)變化，并且相鄰圖像的邊緣要保持無縫連接；當(dāng)接縫交疊時(shí)，不得有模糊和重影；在鑲嵌完成后，整個(gè)圖像不會(huì)有太大的對(duì)比，并且要適當(dāng)?shù)厥褂蒙省?/p>

在此基礎(chǔ)上，對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。針對(duì)已有的DEM數(shù)據(jù)，對(duì)其格式進(jìn)行檢查，確保數(shù)據(jù)的有效性。如果DEM數(shù)據(jù)不符合入庫標(biāo)準(zhǔn)，則需要將.dem格式、.asc格式轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)格式。針對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容的差異性，將所有需要的各類參數(shù)輸入到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中[8]。針對(duì)柵格數(shù)據(jù)的加載，需要考慮到分塊的大小和柵格金字塔的級(jí)別。

在經(jīng)過上述數(shù)據(jù)處理后，各個(gè)數(shù)據(jù)類型可以以圖2所示的方式展示在地圖當(dāng)中，并生成相應(yīng)的地圖模型。

圖2 多種數(shù)據(jù)類型的地圖展示形式示意圖

按照?qǐng)D2所示的內(nèi)容，不同數(shù)據(jù)類型可以生成不同的地理信息數(shù)據(jù)展示形式，以此為數(shù)字城市建設(shè)提供更可靠的數(shù)據(jù)資料。

2 數(shù)字城市建設(shè)中地理信息數(shù)據(jù)處理的實(shí)證分析

以某數(shù)字城市建設(shè)工作為例，采集建設(shè)中的地理信息數(shù)據(jù)。為提高采集工作的規(guī)范化，定義采集不同類型信息時(shí)的文字樣式，見表1。

表1 采集不同類型信息時(shí)的文字樣式

在處理過程中，參考相關(guān)文件要求，標(biāo)識(shí)公用數(shù)據(jù)，包括水系數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、區(qū)域邊界數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)等，將此部分?jǐn)?shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)處理中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。將所獲取的城市地形資料作為參照，匹配數(shù)字城市建設(shè)中的多種數(shù)據(jù)元素，將河流、湖泊、池塘連接性線路作為圖形中的邊界線。在匹配交通資料時(shí)，根據(jù)交通公路等級(jí)、鐵路等級(jí)，進(jìn)行路段的標(biāo)識(shí)。

在處理過程中，明確道路資料是貫穿整個(gè)地圖的，可以先對(duì)道路資料進(jìn)行分類。按雙線、單線、附屬道路的處理方式進(jìn)行整理。為避免處理中出現(xiàn)漏線或破碎的現(xiàn)象，從而確保邊線的完整性，可以根據(jù)道路周邊的地形來進(jìn)行處理，比如房屋邊線、花圃邊線等，原則上，在顯示道路時(shí)，要保持對(duì)端的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)連接狀態(tài)。而兩條線路的交叉口是處理的重點(diǎn)，一般兩條線路的特征并不完全一樣，交叉口的結(jié)構(gòu)與其所連接的高等級(jí)公路是一樣的；當(dāng)兩條道路的交叉點(diǎn)不在一個(gè)平面上時(shí)，需要在兩條直線上進(jìn)行十字路口相交標(biāo)識(shí)。在對(duì)兩條線路進(jìn)行邊界處理之后，按照該規(guī)范生成道路中心線，并對(duì)其進(jìn)行元素編碼，使其與邊界相符合。單線路段的關(guān)鍵在于進(jìn)行拓?fù)湔`差檢測，檢查與雙向車道的連接，排除懸點(diǎn)，檢驗(yàn)和批量清除假結(jié)點(diǎn)、有無超短線段等。對(duì)道路交叉口處理方式與路網(wǎng)連接處理方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，見圖3。

圖3 道路交叉口處理方式與路網(wǎng)連接方式的設(shè)計(jì)

在此基礎(chǔ)上，對(duì)于城市中的居住區(qū)住宅要以“面”來表示。在原有資料中，特殊住宅多有輔助線，如單純房屋斜線、棚房齒線等，抽取輔助線作為結(jié)構(gòu)元素，將全部房屋結(jié)構(gòu)元素線進(jìn)行梳理，對(duì)懸掛線、拓?fù)涿妗⑼負(fù)潼c(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)。檢查線的自交叉，按照修正、重線檢驗(yàn)、重線刪除、零長線刪除、對(duì)懸吊點(diǎn)、假結(jié)點(diǎn)檢驗(yàn)、批量檢驗(yàn)、拓?fù)錂z驗(yàn)、構(gòu)面檢驗(yàn)、圖面標(biāo)注、符號(hào)檢驗(yàn)的方式，檢驗(yàn)房屋結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理的正確性。

明確不同類型的數(shù)據(jù)的處理標(biāo)準(zhǔn)后，使用本文方法與傳統(tǒng)方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)處理后數(shù)據(jù)的精度進(jìn)行檢驗(yàn)。匹配處理后的數(shù)據(jù)與數(shù)字城市地圖，根據(jù)不同區(qū)域的適配度，檢驗(yàn)本文方法與傳統(tǒng)方法的處理精度。適配度越高，精度越高。整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文方法與傳統(tǒng)方法處理后數(shù)據(jù)與數(shù)字城市地圖的適配度實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較見圖4。

圖4 本文方法與傳統(tǒng)方法處理后數(shù)據(jù)與數(shù)字城市地圖的適配度實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

3 結(jié)論

通過上述研究，得到以下2個(gè)方面的結(jié)論：一是根據(jù)本文方法與傳統(tǒng)方法處理后數(shù)據(jù)與數(shù)字城市地圖的適配度實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文方法處理后數(shù)據(jù)與數(shù)字城市地圖的適配度較高，由此證明該方法對(duì)于地理信息數(shù)據(jù)的處理精度較高。二是為適應(yīng)數(shù)字城市建設(shè)工作的發(fā)展，應(yīng)在后期的工作中，明確數(shù)字城市建設(shè)是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜的工作，通過不斷落實(shí)此項(xiàng)工作，助力我國數(shù)字城市發(fā)展逐步向智慧城市發(fā)展的過渡與轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)業(yè)建設(shè)與發(fā)展工作的持續(xù)深化。