城市電子地圖數(shù)據(jù)采集及建庫研究

楊曉玉,王彥君,王冬梅,林 麗

(合肥財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院,安徽 合肥 231201)

電子地圖標(biāo)志著人類從紙質(zhì)地圖思想領(lǐng)域轉(zhuǎn)入網(wǎng)絡(luò)地圖領(lǐng)域,與傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖相比,發(fā)生了質(zhì)的飛躍。電子地圖能夠無級(jí)別放大或縮小進(jìn)行地圖的瀏覽,還可以高效地進(jìn)行地圖數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)和分析等,從而更加全面、準(zhǔn)確地描述現(xiàn)狀[1]。近年來,隨著數(shù)字城市、智慧城市的發(fā)展,電子地圖作為其重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施,需要定期對(duì)電子地圖中的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和入庫,從而保證電子地圖的現(xiàn)勢(shì)性[2]。本文以1∶5 000比例尺電子地圖數(shù)據(jù)采集和建庫為例,基于收集的各類數(shù)據(jù),按照《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》(GB/T 13923—2022)、《地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)規(guī)定與采集要求》(GDPJ 03—2013)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和入庫,從而生成符合要求的電子地圖數(shù)據(jù)。本研究詳細(xì)闡述了電子地圖數(shù)據(jù)采集和建庫的技術(shù)路線以及關(guān)鍵點(diǎn),能夠?yàn)槠渌鞘虚_展電子地圖數(shù)據(jù)采集及建庫工作提供借鑒。

1 主要技術(shù)指標(biāo)和成果規(guī)格

1.1 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

坐標(biāo)系采用高斯-克呂格投影,2000國(guó)家大地坐標(biāo)系(CGCS2000);高程基準(zhǔn)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

1.2 精度指標(biāo)

(1)矢量與影像套合精度。矢量圖形相對(duì)于遙感影像DOM地類界的平面位置誤差不超過3個(gè)像元。(2)分類精度。圖斑分類準(zhǔn)確率:產(chǎn)品(成果)專題精度(Y)不低于90%,通過對(duì)目標(biāo)分類結(jié)果的野外驗(yàn)證來評(píng)價(jià);某類目標(biāo)的專題精度按公式Y(jié)=Pa/P來計(jì)算(Pa是正確解譯的圖斑數(shù);P為所有圖斑數(shù))。圖斑屬性項(xiàng)精度:屬性字段必填項(xiàng)準(zhǔn)確率為100%。(3)數(shù)據(jù)庫精度。數(shù)據(jù)庫的拓?fù)淙莶罹葹?.001 m。

1.3 成果規(guī)格

(1)數(shù)據(jù)采集成果。成果內(nèi)容主要包含7大類地表覆蓋分類成果。成果格式以GDB格式存儲(chǔ),每個(gè)市(縣、區(qū))建一個(gè)GDB文件,然后再合并為一個(gè)整體GDB文件。(2)外業(yè)調(diào)繪與核查數(shù)據(jù)成果。成果內(nèi)容包含外業(yè)調(diào)繪與核查底圖、外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)、外業(yè)調(diào)繪與核查統(tǒng)計(jì)表以及外業(yè)調(diào)查元數(shù)據(jù)四部分組成。其中,外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)成果形式為電子數(shù)據(jù)圖層;外業(yè)調(diào)繪與核查統(tǒng)計(jì)表為圖斑正確率統(tǒng)計(jì)表;外業(yè)調(diào)查元數(shù)據(jù)為記錄外業(yè)調(diào)繪與核查工作過程的線要素SHP文件。成果格式為線要素SHP文件。(3)元數(shù)據(jù)成果。元數(shù)據(jù)成果主要包括成果數(shù)據(jù)基本信息、數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)采集、外業(yè)調(diào)繪核查、質(zhì)量檢查、成果驗(yàn)收情況及成果總體精度情況等7個(gè)方面,9個(gè)要素圖層數(shù)據(jù)。成果格式以GDB格式存儲(chǔ),每個(gè)市(縣、區(qū))建一個(gè)GDB文件,然后再合并全部標(biāo)段為一個(gè)整體GDB文件。

2 技術(shù)路線

電子地圖數(shù)據(jù)采集及建庫的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 電子地圖數(shù)據(jù)采集及建庫的技術(shù)路線

收集整合已有的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),以0.5 m的高分辨率航天航空正射影像為主要數(shù)據(jù)源,采用內(nèi)業(yè)人機(jī)交互的方式判讀解析影像和采集相關(guān)地理要素,并參考原有的區(qū)域道路交通、水系等已知資料對(duì)道路、水系進(jìn)行屬性賦值,利用最新天地圖,高德或百度導(dǎo)航電子地圖,公開版旅游交通地圖或國(guó)情監(jiān)測(cè)等資料對(duì)房屋使用性質(zhì)進(jìn)行判定賦值,經(jīng)過內(nèi)業(yè)檢查形成外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù),然后進(jìn)行外業(yè)核查和遙感樣本采集,返回后內(nèi)業(yè)對(duì)成果進(jìn)行修改與整理,經(jīng)過最終檢查并入庫,形成電子地圖數(shù)據(jù)庫[3]。

3 采集及建庫關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 數(shù)據(jù)資料收集整理

通過對(duì)全市已有的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理,主要包括2018—2020年衛(wèi)星遙感影像資料、2021年0.2 m分辨率的DOM資料、區(qū)域交通、水系等專題地圖資料、行政界線數(shù)據(jù)、圖幅分幅數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)地圖、交通旅游地圖以及國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取區(qū)域地名、地址數(shù)據(jù)等。

3.2 數(shù)據(jù)要素采集

數(shù)據(jù)采集遵循“就近就大合并”“自然優(yōu)先”“立體覆蓋”等原則,對(duì)道路、水系、植被、居民地、構(gòu)筑物、人工堆掘以及裸露地七大類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。以道路和居民地?cái)?shù)據(jù)要素采集為例,闡述數(shù)據(jù)要素采集具體要求。

(1)道路數(shù)據(jù)要素采集應(yīng)注意以下內(nèi)容:一是采集寬度大于2 m(城市內(nèi)部路4 m)、長(zhǎng)度大于500 m的道路構(gòu)面(植被覆蓋的道路仍然要采集道路面),并表示對(duì)應(yīng)的道路(鄉(xiāng)村路、內(nèi)部路、匝道除外)中心線及其類型屬性。道路的路面包含無植被覆蓋、經(jīng)硬化的路堤與路塹,有軌道路面采集至路基。二是道路的分級(jí)與道路名稱應(yīng)參考已有路網(wǎng)資料;道路大類主要根據(jù)建成區(qū)與非建成區(qū),區(qū)分城市道路和城際道路。三是所有面狀道路(鄉(xiāng)村路除外),應(yīng)分道路等級(jí)單獨(dú)構(gòu)面并進(jìn)行屬性賦值,同等級(jí)不同名稱應(yīng)單獨(dú)構(gòu)面。四是立體交叉的道路(或與水系交叉),應(yīng)優(yōu)先表示最上層的道路,被上層壓蓋的道路咬合到上層道路邊線上;平交道口應(yīng)按照道路級(jí)別添加輔助線,以便后續(xù)的道路分等級(jí)構(gòu)面。五是道路要素只采集已建成的。采集道路實(shí)體信息時(shí),應(yīng)保證路網(wǎng)的連通性,遇橋梁、隧道、車渡等要素時(shí),需將這些要素并入相應(yīng)的道路,作為路的一部分進(jìn)行表達(dá),路在橋梁、隧道、車渡等處不能斷開[4]。

(2)居民地?cái)?shù)據(jù)要素采集應(yīng)注意以下內(nèi)容:一是采集面積大于等于20 m2的房屋構(gòu)面,房屋需逐一單獨(dú)表示。二是錯(cuò)層的整棟房屋按一個(gè)單體表示(樓層按最高層計(jì)算)。三是房屋需要以規(guī)則的方形或圓形表示,使用類型屬性相同的房屋,間距3個(gè)像元以內(nèi)可合并。居民地要素分為居住、工業(yè)、公建、倉儲(chǔ)、簡(jiǎn)易等類別。居住主要指居住功能的建筑體塊,如居民樓、小區(qū)、村莊。地名庫中居民地周邊小型公司、單位等亦歸屬于居住類。工業(yè)主要指工礦企業(yè)廠房。工礦企業(yè)廠房等工業(yè)類的院落內(nèi)所有房屋屬性為“工業(yè)”。公建主要指商業(yè)金融、教育科研院所校、醫(yī)療衛(wèi)生、政府行政辦公等。商住混合樓一般歸為公建。公建類的院落,同一院落內(nèi)的房屋屬性應(yīng)一致,均為“公建”。倉儲(chǔ)是指大型倉儲(chǔ)片區(qū)等,主要根據(jù)地名庫標(biāo)注的倉儲(chǔ)機(jī)構(gòu)的建筑體塊,農(nóng)村倉儲(chǔ)用房歸屬此類。簡(jiǎn)易是針對(duì)城市近郊村莊,為了增加拆遷面積而自行搭建的各類房屋,且無煙囪的歸屬此類。此外,臨時(shí)搭建的簡(jiǎn)易房屋、棚房、飼養(yǎng)場(chǎng)(圈舍)歸入此類。

3.3 遙感解譯樣本采集

為了后期內(nèi)業(yè)核查需要,對(duì)涉及的各種覆蓋類型,實(shí)地采集影像分類樣本。遙感解譯樣本采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容包含兩類:一是地面照片,二是遙感影像實(shí)例數(shù)據(jù),以及它們的屬性。兩者之間根據(jù)位置和反映的內(nèi)容具有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在采集過程應(yīng)遵循如下四點(diǎn)要求,一是在正射影像上選取樣點(diǎn),采集的樣本應(yīng)一定包含地表覆蓋中的7種類型。二是拍攝時(shí)使用等效焦距盡可能拍攝離相機(jī)200 m范圍以內(nèi)的景物,地面照片盡可能使用精細(xì)模式保存,總像素?cái)?shù)量應(yīng)在200萬像素以上。地面照片的長(zhǎng)寬尺寸不做限定,可根據(jù)相機(jī)情況合理設(shè)置。三是解譯樣本反映的地表季相和覆蓋狀態(tài)時(shí)盡可能與遙感影像的相接近。四是外業(yè)樣本采集不需要深入圖斑內(nèi)部,在邊緣采集即可。對(duì)于采樣困難地區(qū),樣本數(shù)量可適當(dāng)放寬,但要保證每種覆蓋類型都有一定數(shù)量的典型樣本。對(duì)于圖斑稀少覆蓋類型,可酌情采集[5]。

3.4 元數(shù)據(jù)采集

元數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括成果數(shù)據(jù)基本信息、數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)采集、外業(yè)調(diào)繪核查、質(zhì)量檢查、成果驗(yàn)收情況及成果總體精度情況等7個(gè)方面,應(yīng)遵循如下要求:一是成果數(shù)據(jù)基本信息元數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位提交成果的覆蓋范圍作為基本記錄單元。二是數(shù)據(jù)源元數(shù)據(jù)根據(jù)影像類型以圖幅進(jìn)行分割區(qū)塊記錄。三數(shù)據(jù)采集元數(shù)據(jù)以作業(yè)員作業(yè)范圍區(qū)為單元進(jìn)行記錄,在采集任務(wù)計(jì)劃階段生成框架,并在信息采集階段由作業(yè)員補(bǔ)充完整。四是外業(yè)調(diào)繪核查元數(shù)據(jù)以調(diào)繪核查路線為單元進(jìn)行記錄。元數(shù)據(jù)內(nèi)容說明如表1所示。

表1 元數(shù)據(jù)內(nèi)容說明表

3.5 外業(yè)調(diào)查與核實(shí)

外業(yè)調(diào)查是對(duì)采集電子地圖數(shù)據(jù)要素成果以及內(nèi)業(yè)無法定性的類型、邊界和屬性進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,同時(shí)進(jìn)行遙感影像樣本數(shù)據(jù)的采集,對(duì)最終的電子地圖數(shù)據(jù)采集成果進(jìn)行質(zhì)量判定。主要的內(nèi)容包括如下四方面:一是外業(yè)調(diào)查,包含城市內(nèi)的地表覆蓋與地理要素的所有內(nèi)容;二是實(shí)地調(diào)查內(nèi)業(yè)分類與判讀采集工作中無法定性的電子地圖數(shù)據(jù)類型和屬性;三是對(duì)內(nèi)業(yè)判讀采集的信息分類類型、邊界及屬性進(jìn)行抽樣核查,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì);四是編寫外業(yè)調(diào)繪與核查技術(shù)總結(jié)。

3.6 數(shù)據(jù)庫建庫

為了高效組織、管理和存儲(chǔ)采集的電子地圖數(shù)據(jù)要素,需建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫,設(shè)計(jì)電子地圖數(shù)據(jù)的表結(jié)構(gòu),主要包括道路面、道路線、水系覆蓋面、水系中心線、植被面、居民地面、構(gòu)筑物面等屬性結(jié)構(gòu)表。

3.7 質(zhì)檢入庫

將采集的電子地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查,檢查合格的數(shù)據(jù)成果與數(shù)據(jù)庫連接,完成數(shù)據(jù)入庫工作。質(zhì)量檢查主要包括生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)檢查和最終檢查,其中,生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)檢查是在生產(chǎn)過程中抓好“第一批成果”檢查與總結(jié)工作,統(tǒng)一技術(shù)認(rèn)識(shí),對(duì)過程成果抽樣檢查,進(jìn)行成果質(zhì)量分析,實(shí)行技術(shù)問題逐級(jí)匯報(bào)制度,及時(shí)處理技術(shù)問題,控制成果過程質(zhì)量,以保證執(zhí)行的技術(shù)要求與項(xiàng)目設(shè)計(jì)一致。最終檢查是檢查員對(duì)最終成果進(jìn)行圖斑抽樣終查(抽樣圖斑數(shù)量不低于20%,抽樣覆蓋所有地類,且抽樣區(qū)不與過程核查樣區(qū)重疊)。檢查的內(nèi)容包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、時(shí)間精度、邏輯一致性、采集精度和完整性等。數(shù)據(jù)入庫流程如下:一是根據(jù)數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu),采用FME工具進(jìn)行數(shù)據(jù)庫建模;二是配置和執(zhí)行數(shù)據(jù)模板,錄入電子地圖數(shù)據(jù)成果;三是將元數(shù)據(jù)成果導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中,建立相應(yīng)的元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)表;四是建立相應(yīng)的索引表;五是建立數(shù)據(jù)字典,完成數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)。

4 結(jié)語

在數(shù)字城市、智慧城市建設(shè)的大背景下,立足于電子地圖數(shù)據(jù)采集及建庫工作,通過收集和整理數(shù)據(jù)資料、數(shù)據(jù)要素采集、遙感解譯樣本采集、元數(shù)據(jù)采集、外業(yè)調(diào)查與核實(shí)、數(shù)據(jù)庫建庫以及質(zhì)檢入庫等步驟,完成電子地圖數(shù)據(jù)的采集和建庫工作。在作業(yè)過程中,面臨著一些問題和挑戰(zhàn):一是數(shù)據(jù)采集過程中需要注意數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性,確保采集到的數(shù)據(jù)與實(shí)地情況一致;二是遙感解譯樣本采集需要遵循一定的原則和要求,確保樣本的代表性和適用性;三是質(zhì)量控制和最終檢查是確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié),需要嚴(yán)格執(zhí)行和監(jiān)督。下一步,將針對(duì)上述問題進(jìn)行完善,并采用更為先進(jìn)的遙感技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法,提高數(shù)據(jù)采集和建庫的效率和精度。同時(shí),可以將電子地圖數(shù)據(jù)應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域,如城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、交通管理等,為社會(huì)發(fā)展和決策提供更多有價(jià)值的信息和支持。