數字張掖地理空間框架建設關鍵技術研究

魏志宏

武威市規劃測繪設計研究院有限公司，甘肅 武威 733000

數字城市建設是未來智慧城市、智慧社區建設的基礎，也是物聯網時代不可或缺的基礎設施，其融合了信息技術及3S技術，主要面向政務部門，旨在為其提供直觀、準確、及時更新的三維地理信息以供支持決策服務。數字張掖地理空間框架是數字張掖的重要組成部分，主要提供框架和基準服務，基礎地理信息數據體系是數字張掖地理空間框架的核心。建設數字張掖地理空間框架，應用服務是宗旨，共建共享是關鍵，基礎設施是支撐，政策法規標準是保障。張掖市政府十分重視數字城市的建設工作，將數字張掖地理空間框架建設列為“十二五”期間全市測繪工作的重點。數字張掖地理空間框架建設項目于2011年8月15日獲國家測繪地理信息局批準列為重點建設試點城市。文章以數字張掖地理空間框架建設建設為例，詳細闡述了數字城市地理空間框架建設關鍵技術和思路，對其他省份和市州數字城市建設具有參考意義。

1 平臺建設思路

1.1 主要建設內容

數字張掖地理空間框架項目圍繞“1+1+1+1+1+N”的模式進行建設，即建設采用“1”網，地理空間信息公共平臺政務網和公眾網；“1”庫，即統一的一個基礎地理信息庫，保證數據基準統一；“1”平臺，即基礎版、政務版、公眾版平臺相統一，統一數據框架、服務機制；“1”套標準，即由張掖市政府出臺地方性規范，包括涉及地理信息及各專題信息的生產、管理、建庫和更新的地方性標準規范；統“1”數字城市地理信息空間框架推廣機制：全市統一，重在應用推廣；N個示范項目：第一期開展五個示范應用系統，后期逐步擴展，體現亮點，重在展示以地理信息為基礎，以信息化為推手的嶄新的城市管理模式。主要建設內容包括基礎地理信息數據體系建設、基礎地理空間數據庫、數字張掖地理信息公共平臺建設、示范應用系統建設、運行支撐環境建設、機制建設。

1.2 平臺總體架構

（1）基礎地理信息數據組成體系。基礎地理信息數據由空間基準定位數據和基礎地理信息數據兩部分組成，空間基準定位數據主要由省級基準站網CGCS2000坐標、1980西安坐標系、1954年北京坐標系及城市獨立坐標系組成，目前省級基準管理服務部門已實現所有坐標系相互轉換，同時加強了基準站點、各等級控制點的維護和檢測工作，確保了空間定位基準穩定可靠，控制點滿足精度要求。基礎地理信息數據建設具有重要意義，包括省、市、國家三級，部分數據的生產對整個項目的建設具有舉足輕重的作用。通過對現有基礎地理信息數據進行分析，確定數字張掖地理空間框架體系，如圖1所示。

圖1 數字張掖基礎地理信息體系

（2）數據生產技術路線。該測區數據生產以（SWDC）數碼航空攝影影像、空三加密成果為基礎數據源，以Pixel Grid分辨率遙感影像一體化測圖系統為數據生產平臺，進行正射影像（DOM）制作。通過空三導入方式完成定向建模，采用基于影像一體化的生產地理信息生產更新平臺，通過空三導入方式完成定向建模，在立體環境下進行數字線劃圖（DLG）各要素的采集。完成數據采集后，輸出CASS軟件標準格式，提供外業進行實地調繪、檢核、補測、編輯，最終輸出*.DWG和*.shp空間數據格式，完成空間數據與制圖數據的生產。

2 空間數據入庫

2.1 空間數據入庫

空間數據入庫原則如下：

（1）數據編輯時，要求構面的要素閉合，保證面與面、線、點要素之間的拓撲關系合理化。

（2）線要素必須嚴格捕捉繪制，線要素與面要素、線要素、點要素之間的空間位置關系合理、正確。

（3）面要素的邊線及線要素等加工、編輯時不允許采用擬合線、圓弧線或圓，必須用折線加工。

（4）同一編碼的點狀符號不能重疊，處理好點要素與點要素、線要素、面要素之間的關系，不能出現不合理的拓撲關系。

（5）不同層的要素重疊，其幾何位置必須嚴格匹配。對于測區范圍內的地形、地物，應該保證同一地形、地物對象的單一性，即空間數據對象是一個目標、屬性數據只保留一條與之對應。

2.2 空間數據檢查

CASS專版中生產的數據仍為制圖數據，只是與標準的制圖數據表示有些區別，要成為空間數據必須經過數據轉換，即將CASS專版中檢查合格的數據轉換為符合數據標準的SHP數據，再將SHP數據轉換為SDB格式的數據，以便利用SuperMap Object開發的質檢軟件進行入庫前的數據檢查以及數據入庫。入庫前的數據檢查主要是檢查數據的拓撲關系與屬性一致性。

3 地名地址數據采集

地名地址數據以坐標點位的方式描述某一特定空間位置上自然或人文地理實體的專有名稱和屬性，具體包括各要素的規范化名稱、空間位置、屬性及地理編碼等信息內容，可分為行政區域地名、街巷名、小區名、門樓地址或標志物名。

地址采集是地理編碼庫建立的起點，建立城市地名地址數據庫需要利用多種途徑采集地理編碼信息。為精確定位某一條道路兩側的地址，在調查地址外業的同時，需要調查登記、采集道路兩旁的商業網點、事業單位等興趣點，確保地名地址點的密度不低于電子地圖20級顯示要求。將城市地名地址及興趣點數據按照管理地名地址數據庫的要求和格式錄入系統，數據錄入可采用空間位置數據和屬性數據同時或分開錄入的方法。地名和地址數據生產流程如圖2所示。

圖2 地名地址數據的生產技術流程圖

4 城市三維景觀建模

4.1 三維數據精度要求

對建筑物、城市道路和水系分別建模，具體要求如下：

（1）建筑建模要求。①精細建模區。根據精細程度要求，分為三個級別：一級模型區為城市地標性建筑、重要景觀建筑、步行街等，建筑物側面紋理（包括底商及立面廣告等）達到與現狀真實性一致，建模面積不超過精細建模區的5%，單體模型三角面數不超過9000個；二級模型區為城市重要公共建筑、重要商業建筑、主干道臨街建筑、高檔社區等建筑，建筑物側面紋理（包括底商及立面廣告等）達到與現狀真實性一致，建模面積不超過精細建模區的10%，三角面數不超過5000個；三級模型區則為一級、二級以外的所有建筑物，如城市普通公共建筑、普通商業建筑、支干道臨街建筑、中檔社區、普通民宅、城中村、工廠廠房等，建筑物側面紋理（包括底商及立面廣告等）達到與現狀真實性一致，占精細建模區面積的85%，三角面數不超過2500個。②普通建模區。普通建模區為城市外圍，包含普通公共建筑、商業建筑、居民社區、普通民宅、廠房等，以四級建模標準要求制作，三角面數不超過1500個。③簡單建模區。簡單建模區為城市轄區，主要是鄉鎮、農村地區，采用航空影像自動提取立面紋理，以五級建模標準要求制作，三角面數不超過500個。

（2）城市道路表現要求。精細模型區的城市主次道路的立交橋、高架路、行樹、路燈、道路隔離帶、交通護欄、交通標志牌、交通信號燈、過街天橋、公交站亭、路面交通標線（修飾影像）、路名牌、廣場景觀地帶中的樹和路燈，以及其他重要的設施要求精細建模表現。

（3）城市水系表現要求。精細建模區主要水系的碼頭、河堤、橋梁、防洪墻、護欄、沿河景觀建筑、沿河景觀雕塑、大型景觀燈、綠化樹、綠化帶、休閑座椅、臺階等要求精細建模表現。

4.2 模型要求及規范

（1）模型構造要求。①建筑物模型要求真實反映建模物體的外觀細節，包括裙房底部結構符合現實建筑特征，在沿建模物體漫游時，能清晰觀察到建模物體的結構特征，紋理保持建筑原有外觀的完整性、美觀性、統一性（不考慮因個人原因改裝，隨意搭建，封閉陽臺而對建筑物造成的不統一）模型觀感與原物體保持一致。②建筑立面重要的裝飾（墻線）凹凸結構尺度依據標準規范指標，按要求建模表現，突出門廳、進出口大門、門廊、建筑重要面室外扶梯、接地臺階依據標準規范指標，按要求表現出結構，下穿結構需要建模表現。③正確表現建筑物各類屋頂形狀結構，紋理用影像表現，女兒墻和屋檐等拓撲結構依據標準規范指標按要求建模表現；古建房頂適當提高分段數表現其弧度，屋檐、挑檐、房頂裝飾及附屬物等拓撲結構依據標準規范指標按要求建模或采用透明貼圖表現其造型。

（2）模型制作要求。①所有模型平面誤差要求小于0.5m，高程誤差要求小于0.8m。②模型單位要在制作前設置好，以避免建筑尺寸錯誤，縮放后影響建筑的尺度感。③城市三維模型的位置必須與基礎地形圖文件中的建筑位置保持一致，嚴格按照建筑基線進行制作。

5 結束語

數字張掖是數字城市的具體體現，相關部門從張掖市實際出發，按照數字城市的建設要求建設了一個滿足張掖市經濟社會發展的數字化系統工程。數字張掖地理空間框架建設是數字張掖建設的先導，具有基礎性和前瞻性的重要地位，將在提升張掖市地理信息服務能力、提高政府工作效率和管理水平、促進地理信息的深入廣泛應用、降低行業部門地理信息系統建設成本、拉動地理信息產業等方面產生巨大經濟效益。

整個項目在地理信息數據采集、整合與建庫的基礎上，通過提取地理框架數據、開展地名地址和POI調查、城市三維地理信息建模等建立了完善的數據體系、開發服務體系及其運行的支撐環境，實現了在線地理信息服務等，最終實現了數字張掖地理空間框架智能化、服務大眾化，具有典型應用示范作用，數字張掖地理空間框架項目建設思路和所采用的關鍵技術能為類似項目的開展提供一定的參考和指導。