基于多源數(shù)據(jù)融合的省級DLG居民地框架要素更新

丁慶福+張鵬+柏永青+王健霞+王健偉+閆曉靜

摘 要：目前，從國家到地方各行業(yè)中，不同尺度的地理信息數(shù)據(jù)庫更新層出不窮。整合各種地理數(shù)據(jù)用于天地圖框架要素的更新，對于提高數(shù)據(jù)更新的工作效率、節(jié)省成本有非常重要的作用。簡要研究利用多源數(shù)據(jù)融合的技術方法更新該框架中居民地數(shù)據(jù)的相關內容。在工作中，融合了山東省“十二五” 1∶10 000數(shù)字線劃圖全面更新成果和地市大比例尺基礎地理信息數(shù)據(jù)到框架數(shù)據(jù)，取得了良好的效果，圖面顯示更加詳盡。經過面積統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，融合技術更新的圖斑占原有圖斑面積的17%，大大節(jié)省了人力和物力，而且數(shù)據(jù)精度也得到了提高。這種方法在后期的相關更新工作中值得推廣應用。

關鍵詞：多源數(shù)據(jù)融合；天地圖；框架要素更新；地理信息數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP79 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.026

“天地圖·山東”是山東省測繪地理信息局組織建設的山東省地理信息服務平臺，是數(shù)字山東的重要組成部分，也是國家公共服務平臺的主節(jié)點的主要省級節(jié)點之一。天地圖中數(shù)據(jù)資源豐富，包含高分辨率的航空遙感影像信息、全省基礎地理信息矢量數(shù)據(jù)、地名地址信息等。目前，基于天地圖的應用管理服務已涉及到各個行業(yè)，比如防災減災、環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)、公安消防、土地規(guī)劃和醫(yī)療管理等。這些應用對地圖框架要素的現(xiàn)勢性有很高的要求，山東省基礎地理信息數(shù)據(jù)庫更新工程每年度一次的及時更新任務，主要針對天地圖框架要素的居民地、交通、水系、植被等要素。這就要求要在短時間內準確更新框架數(shù)據(jù)，才能達到定期更新的目的。多源數(shù)據(jù)融合能夠整合不同數(shù)據(jù)庫和不同時間的矢量要素，能充分利用各種數(shù)據(jù)資源，對提高數(shù)據(jù)獲取效率，節(jié)省人力、物力有非常重要的作用。

近年來，從國家到地方，從政府單位到地圖相關企業(yè)單位，開展了不同地區(qū)、不同尺度的數(shù)字地形圖采集更新工作，比如國家基礎測繪更新工程、國情普查數(shù)據(jù)庫建庫和更新工程、地方縣市數(shù)字城市工作、地籍權屬測繪工作。不同用途的矢量地圖應用目的不同，所需要的地理數(shù)據(jù)標準有所差別，數(shù)據(jù)共享會產生困難，而多源數(shù)據(jù)融合能夠有效地解決這個問題。本文以框架要素中的居民地數(shù)據(jù)更新為重點，主要研究通過多源數(shù)據(jù)融合方法有效整合不同來源的居民地矢量數(shù)據(jù)，用于更新天地圖框架數(shù)據(jù)中的居民地要素。

1 數(shù)據(jù)來源和技術路線、結果

1.1 主要數(shù)據(jù)來源

1.1.1 原始框架數(shù)據(jù)

原有DLG框架要素，依據(jù)DOM數(shù)據(jù)和專業(yè)資料對全省范圍的居民地要素進行了更新，覆蓋全省，大部分區(qū)域現(xiàn)勢性為2014下半年—2015年上半年，如圖1所示。該框架數(shù)據(jù)經過山東省地理信息公共服務平臺框架數(shù)據(jù)與國家天地圖數(shù)據(jù)的融合，既滿足了山東省天地圖數(shù)據(jù)的需求，通過對接融合，也達到了國家平臺的數(shù)據(jù)標準。

1.1.2 地市大比例尺基礎地理信息數(shù)據(jù)

“十二五”期間，山東省開展了數(shù)字城市地理空間框架建設，建成了1∶500，1∶1 000，1∶2 000比例尺的基礎地理信息數(shù)據(jù)庫。這些大比例尺數(shù)據(jù)的數(shù)學基礎統(tǒng)一，數(shù)據(jù)標準基本一致，影像成果的分辨率更高，地形要素成果的數(shù)據(jù)表達更為細致、準確、全面。在工作過程中，工作人員主要利用的數(shù)據(jù)范圍是市區(qū)和縣城，這些數(shù)據(jù)能夠更加詳盡地展現(xiàn)房屋位置和層高等信息。

各地成果范圍一般為地市、縣區(qū)的城市建成區(qū)，部分縣區(qū)提交成果數(shù)據(jù)范圍為城市建成區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地建成區(qū)，個別縣區(qū)提交成果數(shù)據(jù)范圍為行政區(qū)劃范圍全境，包括城市建成區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地建成區(qū)和農村居民駐地。該數(shù)據(jù)位置精度比較高，但是，部分地區(qū)現(xiàn)勢性比較低。數(shù)據(jù)如圖2所示。

1.1.3 山東省“十二五” 1∶10 000數(shù)字線劃圖更新成果

山東省“十二五”期間完成了全省范圍1∶10 000數(shù)字線劃圖的全面更新，更新任務2016年上半年完成，所應用部分要素時效性在2015年和2016期間，用以更新農村地區(qū)和部分城鎮(zhèn)地區(qū)居民地數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)時效性比較好，在大比例尺數(shù)據(jù)更新不到的地區(qū)，可借用該數(shù)據(jù)進行更新。數(shù)據(jù)如圖3所示。

1.1.4 DOM數(shù)據(jù)

2016年，山東省0.5 m分辨率的航空遙感DOM數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)采用2000國家大地坐標系，影像現(xiàn)時性在2016年初到2016-10.該影像數(shù)據(jù)在本研究中作為參考基準，根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行融合更新，現(xiàn)勢性都優(yōu)于1∶10 000數(shù)字線劃圖和各地市大比例尺基礎地理信息數(shù)據(jù)，可用于判斷2種居民地數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性差異，并為后期人工矢量化更新提供參考。

綜合幾種矢量數(shù)據(jù)，大比例尺數(shù)據(jù)空間精度比較高，但是，部分地區(qū)的現(xiàn)時性比較差。雖然“十二五”數(shù)字線劃圖空間精度比較低，但是，所選區(qū)域現(xiàn)時性比較新，有利于彌補大比例尺數(shù)據(jù)更新不到的部分區(qū)域或圖斑。DOM數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性最新，對于這幾種數(shù)據(jù)更新不到的地區(qū)，可人工更新。

1.2 數(shù)據(jù)更新技術路線

居民地層數(shù)據(jù)以面表達，主要表達房屋、構建筑物、區(qū)等信息。在處理居民地數(shù)據(jù)時，應充分結合各類數(shù)據(jù)源，盡可能詳細地表示出單幢房屋或獨立構建筑物等信息。為了減少數(shù)據(jù)接邊處理的工作量，在選擇數(shù)據(jù)時，應以“不切割不同數(shù)據(jù)源要素”為原則選取范圍面。根據(jù)精度和現(xiàn)勢性要求，本著“大比例尺數(shù)據(jù)優(yōu)先、兼顧現(xiàn)勢性”的原則，城鎮(zhèn)地區(qū)數(shù)據(jù)優(yōu)先利用高精度的大比例尺數(shù)據(jù)，農村地區(qū)主要考慮數(shù)據(jù)的現(xiàn)實性，融合時取現(xiàn)實性比較強的數(shù)據(jù)。另外，部分大比例尺數(shù)據(jù)中含有層高信息，保留此類數(shù)據(jù)，以便于天地圖制圖時能顯示出準確的三維地物信息。具體步驟如圖5所示。

數(shù)據(jù)更新步驟是：①整理地市大比例尺數(shù)據(jù)和1∶10 000線劃數(shù)據(jù)。在工作過程中，要先對不同來源的數(shù)據(jù)進行坐標系統(tǒng)轉換，轉換成與框架數(shù)據(jù)相同的CGCS2000地理坐標系統(tǒng)，再進行屬性字段標準化整理，導入框架要素數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模板中，主要保留房屋（街區(qū)）類型代碼、層高數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)來源等關鍵字段信息。②因收集到地市級大比例尺數(shù)據(jù)主要覆蓋范圍在城鎮(zhèn)地區(qū)，所以在更新前，要先對大比例尺數(shù)據(jù)和1∶10 000的DLG居民地數(shù)據(jù)進行疊加分析，利用大比例尺數(shù)據(jù)選取其所覆蓋的1∶10 000的DLG數(shù)據(jù)，然后進行刪除（擦除）處理。在此過程中，為了避免出現(xiàn)不完整圖斑的情況，此處利用相交選擇并刪除的方法擦除數(shù)據(jù)。得到2套相互不重疊的待更新數(shù)據(jù)（地市級大比例尺數(shù)據(jù)和刪除后的1∶10 000的DLG數(shù)據(jù)）后，對2套數(shù)據(jù)進行融合處理，得到待更新數(shù)據(jù)。③對待更新數(shù)據(jù)與原始框架數(shù)據(jù)進行疊加分析，利用待更新數(shù)據(jù)選取其所覆蓋的原始框架數(shù)據(jù)，然后再進行刪除（擦除）工作。對2套數(shù)據(jù)進行融合處理，可以得到最新的居民地數(shù)據(jù)融合成果。④依據(jù)最新的DOM影像數(shù)據(jù)進行人工干預更新，對3種數(shù)據(jù)都沒有覆蓋的區(qū)域進行人工矢量化更新，并進行數(shù)據(jù)質量檢查，合格后得到最新的居民地更新成果。

2 成果分析和總結

如圖4所示，分析最終融合居民區(qū)數(shù)據(jù)結果發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)繼承了3種數(shù)據(jù)的特點，大比例尺數(shù)據(jù)能夠覆蓋到的區(qū)域全部替換為大比例尺居民地數(shù)據(jù)。這樣做，顯示結果更加詳細，能夠清晰顯示各個房屋的拐角和輪廓，能夠詳盡區(qū)分房屋類型（比如棚房、一般房屋、高層、多層房屋）。在制圖發(fā)布中，可以根據(jù)房屋層數(shù)顯示不同房屋高度，使得街區(qū)房屋顯示更加形象、真實。在大比例尺數(shù)據(jù)覆蓋不到的區(qū)域，可依據(jù)1∶10 000的DLG數(shù)據(jù)進行更新。以矢量更新的縣區(qū)范圍為單位進行圖斑統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，利用大比例尺數(shù)據(jù)更新的原框架要素的圖斑面積，占原框架要素圖斑總面積的30%～40%，這其中新增加圖斑面積占原框架要素圖斑總面積的7%，利用1∶10 000的DLG數(shù)據(jù)更新（新增）居民區(qū)圖斑面積占原框架要素圖斑總面積的10%，利用人工矢量化更新的方法進行增補的居民區(qū)域圖斑總面積占原框架要素圖斑總面積的5%.

由此可見，將基于多源數(shù)據(jù)融合的技術方法用于省級DLG居民地框架要素更新，不僅有利于提高居民地數(shù)據(jù)的精度和數(shù)據(jù)質量，也大大節(jié)省了更新工作的人力和物力，對于提高數(shù)據(jù)更新工作效率有非常重要的作用。平臺數(shù)據(jù)的采集束需要不斷完善的，詳細的街區(qū)房屋信息有利于提高地圖精度，增加表現(xiàn)形式；完善的興趣點和道路信息在提高地圖位置查找和導航功能方面有重要意義。在未來的相關地理數(shù)據(jù)更新工作中，可進一步完善該技術，將其應用于天地圖·山東平臺的道路、水系和植被等更新工作中。

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