福州市“三圖”整合基礎數據庫建設實踐

李莉

(福州市勘測院,福建福州 350003)

1 引 言

為滿足“數字福州”空間地理信息共享的要求,福州市“空間地理基礎數據庫”建設項目總體遵循“整體設計、分期實施、統一標準、共建共享”和“基礎集中、應用分布、安全可靠”兩大原則,推動空間地理基礎數據庫建設與應用。建設包括數據共享服務平臺(1個平臺)、GPS基準站及平面高程控制基準系統(1套基準)及數字正射影像＜DOM＞、數字線劃地圖＜DLG＞、數字高程模型＜DEM＞、地址編碼、地下管線數據庫(5個子數據庫),并制定、出臺相應的管理辦法與數據更新機制,確保數據庫的基礎數據得到不斷更新以及在政府部門間的共享與應用。

由于歷史原因,各部門條塊分割,各自為政、相互制約,業務聯系停滯不前,信息資源不能共享,造成重復建設的現狀,浪費了國家大量的財力、物力。目前,無統一的技術要求,造成地形圖、地籍圖、房產圖絕對位置的差別,給“三圖”的應用造成嚴重影響。通過福州市政府的統一組織和實施,按照統一的數據標準和規范,整合福州市現有的數字線劃圖數據已提到日程上來。

2 現狀分析

“三圖”整合的核心的問題就是如何整合現有的各種數據資源,打破各種信息壁壘,實現地理信息的合理流通,最大限度地實現地理信息的共享,從而最大限度地發揮地理信息資源的應用價值。目前福州市城市基本地圖有地形圖、地籍圖、房產圖;市建設局于1952年就開始為城市規劃、建設測繪 1∶500地形圖,從事城市測繪工作最早;上世紀 90年代中期市國土局、市房管局為了土地地籍管理、房地產產權產籍管理需要,相繼開展 1∶500地籍測量、1∶500房產數字化測繪,都已積累了一定量的基礎地圖。具體從如下幾方面進行數據分析:

(1)地圖的數據格式與編碼,三圖的數據格式互不相同,所采用的編碼標準不同。

(2)采用控制系統,三圖的坐標系均采用福州城市地方平面直角坐標系、高程系也統一采用羅零高程系。

(3)采用的測量方法,地籍圖、房產圖采用內外業一體化數字化測圖,以街坊為單元進行測繪。地形圖采用內外業一體化數字化測圖、局部平板測圖屏幕矢量化,以圖幅為單元進行測繪。

(4)地圖要素的分類分層,三圖的要素分類分層不同,地籍圖中地籍要素信息和房產圖的分層分間要素的圖層獨立,每種要素均有其各自的屬性。地形圖要素全面,重點體現地形要素。

(5)地圖數據的精度分析。三圖的坐標精度均滿足項目建設要求,各類基礎圖對不同要素精度有所側重。

(6)數據內容的完整性,地形圖的內容全面,涵蓋地籍圖、房產圖基礎地形要素,而地籍圖、房產圖專題要素齊全,其他要素表示很簡單,作了較大綜合取舍,有的要素甚至不表示。三份數據門牌號碼調查得均不完整,但是在內容上可以互補。

三種格式的數據都符合相應測量規范的精度要求,地形圖內容最完整,地籍圖、房產圖的測繪內容各有側重,根據不同種類城市地圖之間的聯系,對三圖公共地形要素進行合理的分層,這樣就能將城市基本數字地圖的數據單一化,各相關部門按需索取,這是實現基礎地理信息共享的重要前提和技術基礎。

3 技術要求

三圖融合面臨的基本問題是要素表達不一致、數據標準不一致、地圖精度不同、數據格式不同,通過收集和整合各部門的 1∶500基礎地圖,參照最新的數碼航攝影像,以現勢性高、精度可靠為原則,對數字地圖進行合理化編輯處理及標準化數據庫改造及建庫,作為福州市統一的空間定位基準,統一提供空間地理基礎數據服務,進行空間數據庫的管理和共享。為了提高數據整合的精度,針對不同的要素采取不同方法的整合,整合技術要求如下:

3.1 空間基準統一性要求

平面坐標系采用福州城市地方平面直角坐標系;高程系采用羅零高程系。

3.2 要素分類編碼標準化要求

要素分類、編碼、線形、符號、顏色、字體,擴展屬性等要統一規范,在充分照顧到已建立完成的城市信息系統的編碼體系基礎上,參照最新的信息化標準研究成果,制定《福州市 1∶500、1∶1 000、1∶2 000數字線劃圖數據分類、代碼、屬性與符號定位規定》,新的編碼標準充分考慮數據采集、更新、管理、應用的特殊要求,易于分析和使用,可擴展,可操作。

3.3 對象完整性要求

項目建設的最終成果是完全面向對象的要素化成果,無論原數據如何,每個要素處理后應獨立完整。主要處理好以下幾方面:

(1)共點共邊的地物應保證各個地物獨立完整;

(2)被圖幅分割的要素應連接完整;

(3)當注記與地物或多個地物本質上是一個地物時,需要合并為整體;

(4)因歷史原因出現的大量輔助制圖數據應進行要素化處理;

(5)少數超長要素(如河流,高架路,電線,鐵路)允許在二級網格之間分段。

3.4 現勢性優先要求

以 2008年航空數碼影像為基本依據判斷,個別地塊采用外業測量的放樣圖或竣工圖判斷:

(1)三圖重疊部分,以現勢性強的為準,其他部分以地形圖為準。

(2)能明顯判斷的已經消失的地物、影像上沒有的地物可刪除;

(3)次要地物在接邊及要素沖突時,可根據影像判斷修改原圖。

(4)無法從影像判別時,又無條件通過實地調查解決,以地形圖為準保持原樣。

3.5 精度取向要求

現勢性相同的重復要素以精度高為標準:

(1)房屋相關要素,如普通房屋(結構、層數、棟號、門牌號)及房屋附屬設施,原則上以房產圖為準。

(2)起權屬作用的要素,如院門、門墩、圍墻、垣柵、陡坎等,原則上以地籍圖為準。

(3)工礦(構)筑物及其他設施、交通及附屬設施、管線及附屬設施、水系及附屬設施、地貌和土質、名稱注記,以地形圖為主。

3.6 拓撲構面要求

新標準對地物的幾何特征已作了規定,面要素有兩種,一種是輪廓線構面,如房屋具有明確邊界的面要素,另一種是范圍線構面,如危險海區不具有明確邊界的面要素。按規定要求面狀要素應進行拓撲構面,地形圖中的面狀要素主要有房屋、植被、水系、各級道路、各級行政區等。

3.7 合法性要求

整合后數據成果必須符合建庫要求,主要應排除:

(1)無意義的要素:多于2點的點地物、少于2點的線地物、少于 3點的面地物。

(2)要素空間邏輯矛盾:地物重疊、自交叉、面不閉合、面間隙、相鄰節點重復、回頭線、線相交、面相交、面包含、面縫隙與漏洞等。

(3)要素間矛盾:高程點與等高線矛盾、等高線矛盾。

(4)屬性錯漏:屬性字段值檢查,主要在居民地層、水系層、道路層,如房屋的層數、結構、門牌號、棟號等。

(5)其他非法要素:非標準要素、層碼不一致、圖層與對象不一致等。

3.8 適合 1∶2 000自動縮編要求

1∶500地形圖建庫要考慮自動縮編成 1∶2 000比例尺地圖數據特殊要求,在建庫過程中就將特征要素作特殊標記,在程序縮編時達到更大的自動化處理,使 1∶2 000數據庫根據 1∶500數據縮編生成,并且能跟 1∶500地形圖形成聯動更新。

4 技術方案

4.1 總體工藝流程

工藝流程共分為數據準備、數據轉換、整合處理、數據標準化、外業核查 5個主要部分,每部分都有階段性的數據成果和檢查標準,便于控制產品質量和進度,依此工藝進行模塊化、程序化生產。

圖1 總體工藝流程圖

4.2 分塊網格設計

大區域規模化數據生產是一個逐步累積過程,當眾多作業組參與生產時,它又是一個相互協調過程。采用自然邊界(道路、水系、圍墻等)分塊法,將全市劃分為兩級地理網格組織生產。一級網格大小約0.2 km2～1 km2,原則上每個網格由一個作業組獨立完成,網格數據獨立完整且可單獨入庫,使各作業組之間的相合依賴最小化。二級網格約 25 km2～35 km2,通過一級網格的成果數據合并,作為一批次入庫,二級網格需編輯跨網格的超長要素(河流、高速路、鐵路、電力線、通信線等),如圖 2所示。

圖2 格網劃分略圖

4.3 數據轉換

以新標準為基礎,將格式不同、編碼不同、表達不同的數據,通過“信息映射機制”,配合腳本程序處理,數據轉換成編輯平臺的文件格式,并完成批量的要素編碼編轉換。

4.4 整合處理

為了提高數據整合的精度,可針對不同的要素,采取不同方法的整合:

(1)各類要素提取以現勢性高為標準;以最新的航空數碼影像為基本依據判斷地圖的新舊地物在接邊及要素沖突時,可根據影像判斷其正確性。

(2)各類要素提取以精度高為標準;

(3)地籍、房產圖空白區域,地籍、房產圖沒有的要素,直接引用地形圖;

(4)地籍、房產圖專題要素不整合;

(5)特殊問題,如數據新舊無法判斷、圖面矛盾等根據內業資料無法判斷解決的問題,需作好記錄和疑問標記,待外業實地核查。

4.5 圖幅接邊

數據由規則矩形分幅處理為無縫的要素級的數據,接邊處理要消除原矩形分幅處的坐標差,接邊處相鄰的地物要素編碼應一致,同一地物需處理成為一個幾何要素,注記、點類要素在接邊處理時應去除多余的重復的注記或點。新的數據以自然邊界進行網格劃分減少了由于分幅造成的各種問題。

4.6 數據標準化改造

要素編碼以新制定的《福州市 1∶500、1∶1 000、1∶2 000數字線劃圖數據分類、代碼、屬性與符號定位規定》編碼體系上進行編制,地形圖、地籍圖和房產圖需要編寫新舊編碼對照表,通過編碼轉換,將其編碼批量改造為新編碼。此要素分類編碼體系從實際情況出發,考慮數據共享和轉換、數據庫集成、地圖自動縮編等方面的問題,在優先遵守國標的基礎上,運用先進的技術手段解決一圖多用問題,適當調整要素分類的設置。

地形圖數據成果的差異是客觀存在的,如果不對這些原始數據進行必要的整理則數據是無法滿足建庫的數據要求。數據入庫前需進行標準化改造處理,工作主要包括數據組織結構的規范化、基礎框架數據的編輯處理、破碎線的處理、重復線的處理、制圖信息的屬性化、拓撲關系的構建、屬性輸入、數據監理、數據入庫等內容。

4.7 外業核查

處理過程中通過圖面及影像都無法判斷的疑問,如現勢性判斷不清、接邊坐標有粗差、地物矛盾、不明空白區等,標記后統一進行外業實地核查,必要時應使用測繪儀器進行實地測量,再返回內業修改。

5 技術實現及創新點

5.1 基于要素的“三圖整合”技術

“三圖整合”從技術角度講,首要保證數據源的數學精度無損失,即要把各數據源精度高的要素保留,使數據精度不受損地集成到成果中,另外從現勢性方面及要素完整全面性方面,通過數據源進行有效地整合,使成果能反映比較好的現勢性及要素全面性,如圖 3所示。項目按要素從各數據源中提取,制定數據的整合規則,并在項目過程中很好地貫徹實施。

圖3 三圖整合疊套圖

5.2 建立信息化的測繪數據標準體系

參照國標行標及福州市以往應用的分類與代碼,并結合其他城市相關規定制定了地形圖數據庫相關技術規范,建立福州市大比例尺數字線劃圖的標準體系,能適應地理信息系統(GIS)信息化建設需求,又要滿足大比例地形要素采集生產及制圖符號表達等。

5.3 基于數據庫的城市大比例尺DLG制圖技術

采用內部制圖表達模型與外部程序符號相結合的方式,面向大比例尺地形圖圖式要求,實現基于大比例尺DLG數據庫的地形圖制圖輸出,實現完全的要素級數據建庫。如斜坡等各類復雜要素,保持原信息完整性上的符號化,還能進行符號細節編輯處理,如圖 4、圖5所示。

圖4 “未加固斜坡”制圖表現與GIS信息對比

圖5 “室外樓梯”制圖表現與GIS信息對比

5.4 單元網格組織的要素級地形圖數據庫

打破傳統分幅方式存儲和管理,而是以科學的單元網格劃分方式,將地圖要素劃分為獨立的單元網格,避免了傳統以分幅的數據生產方式,需要大量的數據處理進行建庫,而且由于分幅引起各工序交接過程產生很多數據質量問題及接邊問題。

6 結 語

福州市 1∶500數字線劃圖數據庫是福州市“空間地理基礎數據庫”的重要部分,是“數字福州”建設最具基礎性的項目,建設這一基礎數據庫的目的是構建承載和集成社會、人口、經濟等各類信息資源的統一載體。通過“三圖”整合數據成果將綜合集成“三圖”中現勢性高、精度高的要素,建成全市范圍完整、要素詳細全面、標準統一的大比例尺地形圖數據庫。實現“三圖整合,數據共享,多方受益,大家共贏”的局面。為市委、市政府了解和掌握福州市城市發展現狀,制訂發展規劃、科學決策與防災減災等方面提供重要依據,同時,推動依托空間地理基礎數據庫各方面信息化建設應用的全面開展,該項目的建設對進一步提高全市信息化建設水平具有十分重要的意義。

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