多源數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)快速更新

王 靜 朱豐琪 范維鋒

(山東省國(guó)土測(cè)繪院, 山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

基礎(chǔ)測(cè)繪是黨和政府準(zhǔn)確掌握國(guó)情國(guó)力的重要手段,是進(jìn)行科學(xué)決策、實(shí)施國(guó)家重大戰(zhàn)略和重大工程的重要保障,是各部門開展專業(yè)普查的重要基礎(chǔ),是資源、生態(tài)環(huán)境建設(shè)監(jiān)督的重要支撐[1]。

省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)作為不可或缺的重要基礎(chǔ)地理空間信息資料,在本省國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)土整治、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)減災(zāi)等方面發(fā)揮著重要的作用,其更新的主要任務(wù)是獲取科學(xué)、準(zhǔn)確、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù),更新主要集中在水系、交通、居民地、植被等幾個(gè)方面[2-3]。

地理國(guó)情普查工作獲取大量我國(guó)地表自然資 源要素?cái)?shù)據(jù)和人文地理要素?cái)?shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)權(quán)威、客 觀、準(zhǔn)確[4]。地理國(guó)情要素?cái)?shù)據(jù)包括道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、水域、地理單元數(shù)據(jù);地表覆蓋數(shù)據(jù)地表覆蓋數(shù)據(jù)主要包括種植土地、林草覆蓋、房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表、水域[5]。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型、總體國(guó)家安全觀、“深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,建設(shè)數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì), 建設(shè)美麗中國(guó)”的提出和戰(zhàn)略部署“一張網(wǎng)”“一個(gè)庫(kù)”“一個(gè)平臺(tái)”的提出,都對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪的轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展提出了新的要求[6-8]。

現(xiàn)有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性難以滿足社會(huì)各行業(yè)快速增長(zhǎng)的需求,迫切需要進(jìn)行快速及時(shí)的更新,并不斷整合和豐富基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)內(nèi)容[9-10]。

基礎(chǔ)地理信息的快速更新一直是測(cè)繪行業(yè)研究的熱點(diǎn)[11]。山東省在“十三五”期間就已經(jīng)開始探索基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)與地理省情數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行快速更新,并取得了一定成效。在“十四五”又進(jìn)一步提出充分利用省市縣多比例尺、多類型數(shù)據(jù)進(jìn)行融合建立一體化融合時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)。

1 技術(shù)路線

基于“十三五”省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),分析地理省情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、市縣大比例尺數(shù)據(jù)和省級(jí)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù),對(duì)多源數(shù)據(jù)融合建立一體化融合時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù),參考數(shù)字正射影像(digital orthophoto map,DOM)、專題資料和框架數(shù)據(jù)部分提取數(shù)據(jù)進(jìn)行快速更新(圖1)。

圖1 技術(shù)路線

2 多源數(shù)據(jù)類型

2.1 “十三五”省級(jí)基礎(chǔ)地理信息地形要素?cái)?shù)據(jù)成果

山東省“十三五”期間完成的全省范圍省級(jí)基礎(chǔ)地理信息地形要素第二輪更新數(shù)據(jù)(2019—2020),作為基礎(chǔ)庫(kù)數(shù)據(jù)。

2.2 省級(jí)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)框架數(shù)據(jù)成果

山東省省級(jí)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)是山東省“權(quán)威、統(tǒng)一、高效”的空間定位基礎(chǔ)平臺(tái),數(shù)據(jù)全面、權(quán)威、精度高、更新快。省級(jí)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)框架數(shù)據(jù)成果包含水系、居民地、道路、植被、境界、地名等基礎(chǔ)地理要素,數(shù)據(jù)結(jié)合權(quán)威部門專題資料、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、眾源眾包數(shù)據(jù)進(jìn)行更新,數(shù)據(jù)整體現(xiàn)勢(shì)性較高。

2.3 市縣大比例尺數(shù)據(jù)成果

山東省市縣大比例尺數(shù)據(jù)成果為“十三五”期間市縣完成的基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)精度較高,要素采集全面,數(shù)據(jù)比例尺為1∶500、1∶1 000、1∶2 000,數(shù)據(jù)格式為mdb、gdb、edb、dwg,數(shù)據(jù)坐標(biāo)系為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系,現(xiàn)勢(shì)性為2016—2020年。

2.4 地理省情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果

2020年度山東省基礎(chǔ)性地理省情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果內(nèi)容豐富,精確度高,現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)。坐標(biāo)系統(tǒng)為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系,以縣級(jí)任務(wù)區(qū)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)組織。

2.5 專題資料

山東省交通廳提供的最新山東省道路網(wǎng)數(shù)據(jù),包括全省的國(guó)道、省道、縣道、鄉(xiāng)道、專用道、橋梁數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性為2020年。

國(guó)家海洋局(現(xiàn)并入自然資源部)編寫出版的中國(guó)海島(礁)名錄,數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性為2012年。

2.6 數(shù)字正射影像

覆蓋全省陸域(不含青島)的0.2 m/0.5 m分辨率數(shù)字正射影像,現(xiàn)勢(shì)性為2021年。

3 多源數(shù)據(jù)融合與更新

3.1 居民地及設(shè)施數(shù)據(jù)融合

利用“十三五”省級(jí)地理信息地形要素?cái)?shù)據(jù)、平臺(tái)框架數(shù)據(jù)、市縣基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。融合前對(duì)比分析各類數(shù)據(jù)源的現(xiàn)勢(shì)性、幾何位置精度、精細(xì)程度,不同區(qū)域采用不同融合方式;在現(xiàn)勢(shì)性相當(dāng)?shù)那闆r下,優(yōu)先選擇高精細(xì)度數(shù)據(jù)為主進(jìn)行融合;若現(xiàn)勢(shì)性存在明顯差異,則以現(xiàn)勢(shì)性優(yōu)的數(shù)據(jù)為主進(jìn)行融合。

3.2 水系、道路更新

水系、道路屬性以基礎(chǔ)庫(kù)數(shù)據(jù)為本底,專題資料與框架數(shù)據(jù)提取的水系道路為參考,對(duì)本底數(shù)據(jù)的屬性進(jìn)行合理修改,名稱不一致的,需外業(yè)核實(shí)(圖2)。

圖2 路名不一致

3.3 地理單元融合更新

地理單元指按照規(guī)劃、管理、識(shí)別或利用的需求,按一定尺度和性質(zhì)將多種地理要素組合在一起而形成的空間單位。

地理單元分為行政區(qū)劃與管理單元、城鎮(zhèn)綜合功能單元和自然地理單元。

3.3.1行政區(qū)劃與管理單元

從國(guó)家頒布的第三次國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)中提取行政區(qū)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。

從平臺(tái)框架數(shù)據(jù)成果中提取行政村、自然村、18級(jí)以上特定園區(qū)要素(如工業(yè)園區(qū)、保稅區(qū)等歸入特殊管理區(qū)域)進(jìn)行融合。

3.3.2城鎮(zhèn)綜合功能單元

利用基礎(chǔ)庫(kù)數(shù)據(jù)、平臺(tái)框架數(shù)據(jù)、地理省情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。

①基礎(chǔ)庫(kù)數(shù)據(jù)中提取水廠、電廠、污水處理廠、變電站(有變電設(shè)備的廠區(qū))、飼養(yǎng)場(chǎng)數(shù)據(jù);②地理省情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中提取學(xué)校、醫(yī)院數(shù)據(jù);③其他城鎮(zhèn)綜合功能單元從平臺(tái)框架數(shù)據(jù)中提取。

3.3.3自然地理單元

自然地理單元數(shù)據(jù)以基礎(chǔ)庫(kù)數(shù)據(jù)為主。

在地理單元更新的過(guò)程中,對(duì)于同一院落不同性質(zhì)不同名稱的,要進(jìn)行外業(yè)核查。

3.3.4植被與土質(zhì)

植被與土質(zhì)從地理省情監(jiān)測(cè)地表覆蓋數(shù)據(jù)中進(jìn)行提取轉(zhuǎn)換融合。

除上述幾類要素外的測(cè)量控制點(diǎn)、管線、地貌等要素,以基礎(chǔ)庫(kù)數(shù)據(jù)為主進(jìn)行融合。

4 主要技術(shù)問(wèn)題研究

在一體化時(shí)空融合數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和更新過(guò)程中,遇到了不同的技術(shù)問(wèn)題,并進(jìn)行相應(yīng)的研究,其主要問(wèn)題有2個(gè)。

4.1 居民地及設(shè)施數(shù)據(jù)提取

在居民地及設(shè)施數(shù)據(jù)提取時(shí),由于框架庫(kù)數(shù)據(jù)和市縣大比例尺數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的居民地及設(shè)施要素代碼不一致,需要進(jìn)行對(duì)照轉(zhuǎn)化,把框架庫(kù)數(shù)據(jù)和市縣大比例尺數(shù)據(jù)中的居民地及設(shè)施數(shù)據(jù)對(duì)照轉(zhuǎn)化到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)層中。

4.1.1框架庫(kù)數(shù)據(jù)提取

針對(duì)所提供的框架庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對(duì)比,框架庫(kù)數(shù)據(jù)中RESPL層與基礎(chǔ)庫(kù)RESA層制作相應(yīng)的對(duì)照表(表1)。

表1 框架庫(kù)對(duì)照表

4.1.2市縣大比例尺數(shù)據(jù)提取

針對(duì)所提供的市縣大比例尺數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對(duì)比,市縣大比例尺數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)庫(kù)數(shù)據(jù)(RESA、RFCA、RFCL)制作相應(yīng)的對(duì)照表(表2)。通過(guò)對(duì)照表將采用的框架庫(kù)數(shù)據(jù)或市縣大比例尺數(shù)據(jù)的居民地及設(shè)施要素代碼快速地轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)庫(kù)居民地及設(shè)施數(shù)據(jù)要素代碼。[12]

表2 市縣大比例尺數(shù)據(jù)對(duì)照表

4.2 框架數(shù)據(jù)庫(kù)地理單元數(shù)據(jù)提取

框架數(shù)據(jù)的地理單元內(nèi)容豐富,涵蓋全面,若全部進(jìn)行利用,工作量大,圖載量大,且部分地理單元不滿足基礎(chǔ)測(cè)繪的采集要求,因此針對(duì)框架數(shù)據(jù)中的地理單元進(jìn)行分析,根據(jù)可利用情況對(duì)框架數(shù)據(jù)地理單元進(jìn)行相應(yīng)的等級(jí)設(shè)定提取[13-15]。如框架數(shù)據(jù)地理單元教育科研大類提取規(guī)則(表3)。

表3 框架數(shù)據(jù)地理單元教育科研大類提取規(guī)則

5 結(jié)束語(yǔ)

多源數(shù)據(jù)融合的優(yōu)勢(shì):①減少數(shù)據(jù)冗余、重復(fù)存儲(chǔ),避免數(shù)據(jù)庫(kù)硬件資源的浪費(fèi);②便于數(shù)據(jù)內(nèi)容的快速更新,提高數(shù)據(jù)更新頻率,使面向物理實(shí)體對(duì)象或要素的增量更新與實(shí)時(shí)更新成為可能;③體現(xiàn)地理信息“一張圖”,“一張藍(lán)圖繪到底”理念,能為“多規(guī)合一”等工作提供更好的基礎(chǔ)支撐保障;④節(jié)省測(cè)繪資源,避免重復(fù)測(cè)繪;⑤數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng),更新頻率快,極大滿足省級(jí)部門和社會(huì)的需求。

多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)雖然取得了一定的成就,但是隨著城市的快速擴(kuò)容和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,大面積的村莊拆遷、學(xué)校醫(yī)院等重要單位的合并、社區(qū)的建設(shè)和企業(yè)單位的變更,地理單元的現(xiàn)勢(shì)性有時(shí)不能滿足社會(huì)的需求,建議加快與地方建立相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)更新,提高地理單元的現(xiàn)勢(shì)性。

全省地貌更新由于獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng),更新頻率低,發(fā)達(dá)地區(qū)的變化大,其地貌數(shù)據(jù)已不能適應(yīng)部分客戶的需求,造成其余數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi),建議有針對(duì)性地進(jìn)行地貌快速更新,增加更新頻率。

實(shí)踐證明,多源數(shù)據(jù)融合的應(yīng)用不僅極大提高了基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)更新的頻率,也提高了數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性,極大滿足省級(jí)政府和各部門的及時(shí)需求,并為多數(shù)據(jù)融合提供了參考,充分論證了此方法的可行性與先進(jìn)性。