數(shù)字城市建設(shè)中基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的運(yùn)用

摘 要：將數(shù)字城市建設(shè)作為研究對(duì)象，圍繞其建設(shè)中的數(shù)據(jù)需求展開(kāi)論述，以理論分析及整合的方式探究數(shù)字城市建設(shè)中基礎(chǔ)測(cè)繪信息數(shù)據(jù)的運(yùn)用要點(diǎn)。從數(shù)字城市的概念著手，探究基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)在數(shù)字城市建設(shè)中的作用，提出基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的處理方式，指出數(shù)字城市建設(shè)中基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的運(yùn)用表現(xiàn)，說(shuō)明地理信息數(shù)據(jù)在數(shù)字城市建設(shè)及發(fā)展中的重要價(jià)值。在各個(gè)城市的數(shù)字化建設(shè)與探索中，有關(guān)部門需重視基礎(chǔ)測(cè)繪工作，并整合地理信息數(shù)據(jù)，構(gòu)建專門的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用各種關(guān)鍵技術(shù)處理地理信息數(shù)據(jù)。未來(lái)各城市必須繼續(xù)增大在數(shù)字化建設(shè)中的投入，創(chuàng)新基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的整合、處理方式，將這些數(shù)據(jù)作為數(shù)字城市建設(shè)的參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字城市；基礎(chǔ)測(cè)繪；地理信息數(shù)據(jù)；運(yùn)用

中圖分類號(hào)：P208" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)：2096-6903（2023）09-0083-03

1 數(shù)字城市的概念

數(shù)字城市以建設(shè)數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)為主要目標(biāo)，以新型ICT技術(shù)作為支撐，面向數(shù)字政府、智慧、一網(wǎng)通管等建設(shè)需求，面向未來(lái)城市發(fā)展進(jìn)行趨勢(shì)性研判，以“雙一流”作為目標(biāo)，打造孿生城市數(shù)據(jù)空間底座。在國(guó)家政策支持下，數(shù)字城市建成后將作為唯一的時(shí)空信息基準(zhǔn)平臺(tái)、完整統(tǒng)一的時(shí)空信息基礎(chǔ)平臺(tái)、互聯(lián)互通的時(shí)空信息共享平臺(tái)、泛在實(shí)時(shí)的時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)，初步構(gòu)成智慧城市操作系統(tǒng)，面向各行政管理部門、企事業(yè)單位、社會(huì)大眾提供多元化服務(wù)[1]。

數(shù)字城市將統(tǒng)一市域內(nèi)的時(shí)間與空間、陸地與海洋信息，整合各種二維與三維空間信息，構(gòu)造完整統(tǒng)一的時(shí)空信息基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)建立數(shù)字化三維空間框架，能保持地上地下、室內(nèi)室外不同層次、不同粒度的三維模型。數(shù)字城市從邏輯上匯集了全市范圍內(nèi)全部的時(shí)空信息數(shù)據(jù)，能保持這些時(shí)空數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通與共建共享，通過(guò)建立與城市大數(shù)據(jù)中心邏輯統(tǒng)一的平臺(tái)架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)與政府?dāng)?shù)據(jù)開(kāi)放平臺(tái)、城市大數(shù)據(jù)中心等的有效對(duì)接，促進(jìn)城市數(shù)據(jù)集成與融合。

2 數(shù)字城市建設(shè)中基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的處理方式

2.1 地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)

城市基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的種類繁多，地理實(shí)體為其中的一大數(shù)據(jù)類型，其囊括了城市內(nèi)客觀存在的實(shí)體，如建筑物、構(gòu)筑物、道路、水域、綠地等信息。為在數(shù)字城市建設(shè)中合理應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，相關(guān)人員需建立地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)，在該數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)集成各種數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)作為城市三維空間信息的底板[2]。

地理實(shí)體具有空間、時(shí)間與專題特征，地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)描述這些特征的語(yǔ)義化、結(jié)構(gòu)化、對(duì)象化時(shí)間與空間數(shù)據(jù)而構(gòu)成專有數(shù)據(jù)庫(kù)。以空間角度分析，地理實(shí)體為三維目標(biāo)類型，一般能用幾何數(shù)據(jù)描述位置、大小、形狀等。在專題方面，地理實(shí)體內(nèi)集成了各種類型的個(gè)體，也融合了這些個(gè)體各自的特征，這些特征以屬性數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)。從時(shí)間角度看，地理實(shí)體的空間特征、專題特征受時(shí)間影響較大，在不同的時(shí)間段內(nèi)，其空間、專題特征有一定變化[3]。地理實(shí)體的特征及描述如圖1所示。

2.2 地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)的衍生成果

地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)一般需建立數(shù)據(jù)語(yǔ)義邏輯關(guān)系，這些條件促進(jìn)地上地下、室內(nèi)室外、陸地水域信息的一體化，構(gòu)成地理實(shí)體三維語(yǔ)義模型，將此模型進(jìn)行實(shí)例化處理，得到實(shí)體三維模型。實(shí)體三維模型具備計(jì)算、分析能力，能還原實(shí)體形狀、大小、位置等，數(shù)字城市建設(shè)中必須以現(xiàn)代化技術(shù)建立實(shí)體三維模型，利用該模型的可視與模擬功能，引導(dǎo)相關(guān)人員不斷修改城市規(guī)劃與建設(shè)方案，可得到與城市情況更為符合的模型及方案。城市基礎(chǔ)測(cè)繪中建立地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)體三維模型時(shí)，相關(guān)人員需合理應(yīng)用BIM技術(shù)，將此技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合，集成數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)測(cè)繪中的地理信息數(shù)據(jù)，數(shù)字地形圖也是其衍生結(jié)果。目前的DLG為數(shù)字地圖的線劃地形圖成果，其內(nèi)容、規(guī)格、表達(dá)等基本與紙質(zhì)線劃地形圖的相應(yīng)規(guī)定完全符合。DLG的地理信息要素中，傳統(tǒng)的地形要素為主要構(gòu)成部分，比例尺、圖幅大小是影響地物取舍、綜合的重要因素。

結(jié)合當(dāng)前城市發(fā)展的具體情況，城市規(guī)劃建設(shè)中一般選擇1：500～1：2000比例尺。在此條件下基礎(chǔ)測(cè)繪中的DLG數(shù)據(jù)大部分為二維數(shù)據(jù)，少量含有高程或Z坐標(biāo)，但三維空間信息的完整性不足。因此，數(shù)字城市建設(shè)中有關(guān)人員需關(guān)注此問(wèn)題，適當(dāng)調(diào)整數(shù)字地形圖的內(nèi)容、規(guī)格與表達(dá)方式。

首先，在數(shù)字地形圖的內(nèi)容與規(guī)格方面，不僅應(yīng)包含基礎(chǔ)地理信息要素，還需在此基礎(chǔ)上增加公共應(yīng)用需求的應(yīng)用信息，比如，各級(jí)行政區(qū)劃、社區(qū)等管理服務(wù)單元的界線信息、單體建筑物地址等[4]。相關(guān)人員需分析地理實(shí)體本體特點(diǎn)，精準(zhǔn)分類地理信息要素，增加要素種類，需要注記的信息作為實(shí)體或?qū)ο蟮膶傩孕畔ⅲ刂纷鳛閱误w建筑物的基本屬性信息。

其次，針對(duì)表達(dá)與制作方式，數(shù)字地形圖應(yīng)合理利用其數(shù)字成果，在數(shù)字城市建設(shè)過(guò)程中，相關(guān)人員需參考地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)，按照需求來(lái)處理數(shù)據(jù)并制圖，用這些數(shù)據(jù)和制圖來(lái)表達(dá)、展示各類地理信息要素、基本屬性。

最后，在利用地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)制圖表達(dá)時(shí)，專業(yè)人員應(yīng)結(jié)合制圖比例尺，確定目標(biāo)類型及精細(xì)度，達(dá)到精確匹配、綜合取舍的目標(biāo)。

2.3 影像與格網(wǎng)數(shù)據(jù)成果

2.3.1 DOM和TDOM

基礎(chǔ)地理信息中，DOM是重要構(gòu)成部分，為合理利用這一部分成果，相關(guān)人員在數(shù)字城市建設(shè)中需采用全新的理念與技術(shù)，保障DOM的質(zhì)量。

首先，應(yīng)強(qiáng)調(diào)DOM的地位，使其作為基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部分。無(wú)論城市如何發(fā)展與建設(shè)，有關(guān)人員都需要按照實(shí)際需求采集和處理DOM數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)城市信息的全面覆蓋，并保持動(dòng)態(tài)更新。其次，綜合應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)，如高分遙感、航攝與無(wú)人機(jī)測(cè)繪等，以高效獲取高精度的測(cè)繪數(shù)據(jù)。最后，針對(duì)建筑物密集等區(qū)域，其數(shù)據(jù)采集難度較大，存在諸多的限制因素，一般可利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，制作高分辨率的TDOM[5]。

2.3.2 DEM和DSM

DEM為地面高程信息的數(shù)字化表達(dá)，DSM為地物表面的數(shù)字化表達(dá)。數(shù)字城市建設(shè)中為凸顯基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的作用，有關(guān)人員也需合理利用DEM、DSM。針對(duì)DSM的處理，一般需在進(jìn)行基本的加工后再去除房屋、設(shè)施、植被等地物表面信息，得到DEM。不論是DEM還是DSM，在實(shí)際的工作中都能通過(guò)規(guī)則格網(wǎng)或不規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)完成組織與表達(dá)。在此過(guò)程中的重點(diǎn)特征參數(shù)為格網(wǎng)尺寸或者不規(guī)則點(diǎn)密度。為最大化保障格網(wǎng)點(diǎn)或不規(guī)則點(diǎn)的高程精度，必須精準(zhǔn)分析地面起伏、地表覆蓋特征等，建立其間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

隨著LiDAR、航攝及無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，這些技術(shù)的應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大，特別是在DEM、DSM中這些技術(shù)必不可少。隨著對(duì)測(cè)繪技術(shù)的要求越來(lái)越高，DEM和DSM應(yīng)引起足夠的重視，研究基于規(guī)則格網(wǎng)尺寸而不是比例尺，確定產(chǎn)品規(guī)格和精度等質(zhì)量指標(biāo)，從根本上提高高程精度，不再采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中同一比例尺DEM、DSM的分級(jí)。

2.4 三維傾斜模型

在數(shù)字城市中應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)，可得到三維傾斜模型。具體的測(cè)繪過(guò)程中，在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，分別從垂直、前視、左視、右視和后視5個(gè)方向采集影像。垂直攝影影像可經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量技術(shù)處理，形成4D產(chǎn)品。垂直、前視、左視、右視、后視5個(gè)傾斜攝影影像，傾斜角度在15～45°，能獲取地物側(cè)面豐富的紋理信息。

利用三維建模技術(shù)，可快速形成具有準(zhǔn)確地物地理位置信息的三維空間場(chǎng)景，可直觀還原目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地形地貌及建筑物等。依據(jù)傾斜攝影技術(shù)建立三維模型，支持自動(dòng)識(shí)別傾斜攝影數(shù)據(jù)經(jīng)緯度坐標(biāo)，創(chuàng)建圖層加載傾斜攝影數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維模型。在此模型中整合接入樓宇信息、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備信息，經(jīng)由信息整合來(lái)重構(gòu)、融合各場(chǎng)景，達(dá)到三維地圖的可視化。

因?yàn)閮A斜攝影受航攝盲區(qū)、特征點(diǎn)匹配錯(cuò)誤等的影響較大，后續(xù)利用Smart3D軟件生成的三維模型常常存在精度不足的情況。為此，在初步形成成果時(shí)還需進(jìn)行再加工，利用3Dmax軟件手工建模、精修、后處理再導(dǎo)入Smart3D軟件完成紋理重新映射。

2.5 點(diǎn)云數(shù)據(jù)

為在數(shù)字城市建設(shè)中合理利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)，有關(guān)人員需用點(diǎn)云數(shù)據(jù)與正射影像相結(jié)合的方式建立三維建筑物白模，通過(guò)分類處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再通過(guò)構(gòu)筑物點(diǎn)云高程渲染，將其與正射影像融合制作建筑物白模，保障建筑主體結(jié)構(gòu)的合理性，確保模型細(xì)節(jié)有層次、精度較高，減少模型面數(shù)和局部結(jié)構(gòu)。通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與傾斜影像聯(lián)合平差的空三加密，保障傾斜影像空三加密精度。由點(diǎn)云提供密集控制信息，能減少粗差連接點(diǎn)的數(shù)量，減少外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)，抑制自由網(wǎng)的內(nèi)部扭曲與變形，確保自由網(wǎng)平差高度，使實(shí)景三維格網(wǎng)模型、傾斜攝影單體化模型符合要求。

3 數(shù)字城市建設(shè)中基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的具體應(yīng)用

3.1 在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

數(shù)字城市建設(shè)的周期長(zhǎng)、難度大，各個(gè)環(huán)節(jié)的工作中都需要有先進(jìn)技術(shù)的支持。為保障數(shù)字城市建設(shè)的高效實(shí)施，相關(guān)部門必須按照數(shù)字城市建設(shè)的總體思路與目標(biāo)，完成基礎(chǔ)測(cè)繪工作，獲取完整且準(zhǔn)確的地理信息數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和處理，制定數(shù)字城市規(guī)劃的總方向。有關(guān)部門需轉(zhuǎn)變工作觀念，意識(shí)到城市規(guī)劃的重要性，從多個(gè)方面著手為數(shù)字城市規(guī)劃工作創(chuàng)造理想條件。在此過(guò)程中尤其要完成基礎(chǔ)測(cè)繪工作，構(gòu)建科學(xué)的基礎(chǔ)測(cè)繪工作路徑與技術(shù)體系。

當(dāng)前我國(guó)城市進(jìn)入了全新的發(fā)展階段，在此階段下城市規(guī)劃與建設(shè)之間的聯(lián)系越發(fā)緊密，各部門和各崗位人員都需意識(shí)到二者之間的關(guān)聯(lián)，做好城市規(guī)劃，為城市建設(shè)提供保障。城市規(guī)劃中基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)非常重要，充分利用這些數(shù)據(jù)可以使各項(xiàng)規(guī)劃工作能有序開(kāi)展，隨著我國(guó)的城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程顯著加快，為在城市規(guī)劃中合理利用基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)，相關(guān)部門需選擇測(cè)繪技術(shù)類型、路徑，細(xì)化基礎(chǔ)測(cè)繪方案，在此方案中引入現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)，保持技術(shù)的先進(jìn)性和有效性。

3.2 在城市建設(shè)中的應(yīng)用

基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的類型繁多、數(shù)量龐大，這些數(shù)據(jù)對(duì)城市建設(shè)也具有指導(dǎo)價(jià)值。在城市建設(shè)之前，相關(guān)人員除了要獲取完整且準(zhǔn)確的基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)，還需根據(jù)建設(shè)時(shí)的數(shù)據(jù)需求處理數(shù)據(jù)，得到高精度數(shù)據(jù)，提高城市建設(shè)水平。

數(shù)字城市建設(shè)中測(cè)繪數(shù)據(jù)具有不可替代的作用，有關(guān)人員必須在實(shí)際的工作中遵循數(shù)據(jù)采集、處理規(guī)范，綜合利用GPS、GIS、RS等數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，采集、整理地理信息數(shù)據(jù)，從大量的數(shù)據(jù)中提取出更有價(jià)值的內(nèi)容，保障數(shù)據(jù)精度。利用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)，所獲取測(cè)繪地理信息的質(zhì)量更高，借助專業(yè)軟件與工具可建立三維模型，在該模型內(nèi)可模擬城市中的各個(gè)建筑物和其他實(shí)體，進(jìn)而不斷優(yōu)化城市建設(shè)方案，提高數(shù)字化建設(shè)水平。

3.3 在公共安全中的應(yīng)用

數(shù)字城市不同于傳統(tǒng)城市，對(duì)公共安全有更高的建設(shè)要求，特別是在信息技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展的今天，為達(dá)到公共安全目標(biāo)，相關(guān)人員也需要合理應(yīng)用基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)。城市內(nèi)的公共安全由消防、衛(wèi)生、公安、醫(yī)療等專門部門負(fù)責(zé)，在面臨公共安全事件時(shí)，這些部門之間必須緊密合作，通過(guò)快速聯(lián)動(dòng)與響應(yīng)來(lái)處理實(shí)際問(wèn)題。

依據(jù)當(dāng)下的實(shí)際情況，許多城市在數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中雖在公共安全方面展開(kāi)了一系列創(chuàng)新，但實(shí)際工作中部門之間的聯(lián)動(dòng)性不足，偶發(fā)公共安全事件，不利于維持社會(huì)的穩(wěn)定與和諧。面對(duì)此問(wèn)題，相關(guān)部門必須合理利用基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)，建立完善的防災(zāi)應(yīng)急系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)內(nèi)建立不同部門和崗位人員之間的聯(lián)系。若城市面臨公共安全問(wèn)題，防災(zāi)應(yīng)急系統(tǒng)即能立即采集和整合信息，從中尋找與公共安全相關(guān)的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)快速聯(lián)動(dòng)各部門，參與到公共安全的行動(dòng)中。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著數(shù)字城市建設(shè)進(jìn)程加快，為提高建設(shè)水平，各城市必須做好基礎(chǔ)測(cè)繪工作，引入現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)采集、整合與利用地理信息數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)保障數(shù)字城市建設(shè)的高效性、有序性。未來(lái)的城市發(fā)展中相關(guān)部門需持續(xù)研究和應(yīng)用新技術(shù)，集成地理信息數(shù)據(jù)。

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