GIS與遙感技術在農村公路基礎數據更新管理中的應用

楊 歡，崔應壽，劉振華

（交通運輸部科學研究院，北京 100029）

1 概述

農村公路對農村經濟發(fā)展、農業(yè)產業(yè)結構調整、人民群眾安全便捷出行具有重要影響。其變化頻率相對較高，如廢棄、新增、局部變化等，因此及時更新農村公路數據，有利于農村公路安全、暢通，保障農村公路可持續(xù)發(fā)展。近年來，部省兩級交通運輸主管部門建設了農村公路基礎設施更新信息系統(tǒng)以支持農村公路數據更新工作，并發(fā)布《全國農村公路基礎數據和電子地圖更新方案》[1]，對全國農村公路基礎數據和電子地圖進行及時、準確的更新是一項重要的基礎工作。

傳統(tǒng)的農村公路數據更新采取“自上而下分發(fā)、自下而上匯總”的方式進行，包括數據采集、數據逐級上報匯總、數據更新入庫等步驟，存在數據更新周期長、成本高、效率低、更新不連貫、無法追溯等問題。此更新方式已無法滿足當前地理信息數據庫特別是大型數據庫更新的需求[2]。增量更新可實現(xiàn)要素級別的更新，具有更新粒度更細、成本更低、更新速度更快等優(yōu)勢，目前逐漸成為主流的地理信息數據庫更新方式并被廣泛應用到各級別地理信息數據庫更新中[3]。增量式更新是指在原有地理數據庫的基礎上，只對發(fā)生變化的部分包括增加、刪除、改變進行相應的修改，采取“發(fā)現(xiàn)即更新”的模式，更新不由時間決定，體現(xiàn)了地理信息數據的現(xiàn)勢性特點[4]。

2 農村公路數據增量更新技術

2.1 技術概述與流程

該技術采用SQLServer數據庫，基于路線提取算法計算農村公路識別率，判斷年報路網數據的真實性；基于地圖審核公式算法，審核基層單位上報的數據質量；并采用年報路網數據對比算法，最終獲取增量更新數據。流程如圖1所示。

圖1 農村公路增量更新流程

2.2 數據真實性檢查

數據真實性檢查主要是應用GIS空間分析技術，將上報的地圖數據與遙感影像數據進行對比，具體包括空間查詢、空間拓撲運算、空間疊加分析等方法?？臻g查詢主要基于SQLServer數據庫和GeoDatabase地圖數據做空間模式查詢、空間關系及其對應屬性的查詢。空間拓撲運算主要是對上報的農村公路數據與提取的農村公路路面緩沖區(qū)數據做空間包含關系的判定，將農村公路識別的路面數據做緩沖區(qū)分析，計算識別和未識別的路段。疊加分析是指在同一空間參考系統(tǒng)下，通過對兩個數據進行的一系列集合運算，產生新數據的過程，是GIS軟件系統(tǒng)中的一項非常重要的空間分析功能，常用于提取隱含信息。疊加分析可以分為點與多邊形疊加分析、線與多邊形疊加分析和多邊形與多邊形疊加分析。該研究主要是應用線與多邊形的疊加分析功能。

2.3 數據質量核查

應用ArcGIS Engine技術對上報的地圖數據與上報的屬性庫數據進行檢查，檢查內容主要包括空圖形檢查、路線線形檢查、路線連續(xù)性檢查、路線銜接檢查、圖屬一致性檢查等地圖審核項?？臻g圖形檢查主要是檢查農村公路數據空間圖形的正確性，具體包括空間圖形坐標系的檢查、空幾何的檢查、不正確的環(huán)走向檢查、不正確的線段方向檢查、自相交檢查、不連續(xù)地檢查等項目。路線線形檢查主要是檢查路段是否存在飛點和長直線的情況。路線連續(xù)性檢查主要是檢查同一條路線下相鄰路段之間是否銜接。路線銜接檢查主要是檢查不同路線之間相鄰路段是否銜接。圖屬一致性檢查主要是檢查地圖數據與屬性庫數據是否一致，主要包括起訖點樁號是否一致、路段里程是否一致、路面相關屬性指標是否一致。

2.4 數據對比分析

通過新上報的年報路網數據與歷史數據做對比分析，獲取增量數據。對本年地圖數據與上年歷史庫數據分別進行路段融合，通過對比分析空間圖形、路線一致分類、碎片化處理、生成路線對比明細等操作步驟，最終確認增量更新數據。主要包括步驟：（1）對本年農村公路地圖數據與上年的農村公路地圖數據分別進行路段融合；（2）對融合后的數據做空間疊加分析和屬性對比分析，主要對比空間圖形是否一致、屬性指標是否一致，用來過濾農村公路未變更的數據；（3）對路線線形不一致的數據做碎片化處理，碎片化處理主要是對比兩年地圖數據，將路線進行拆分并一一對應，找出路線中新增、廢棄、局部變化的路段；（4）生成路線對比明細，主要是對路線一致分類后的數據和碎片化分析后的數據做歸納分類；（5）輸出成果，主要是輸出變化的地圖數據和屬性數據，供增量更新使用。

2.5 數據更新

基于以上農村公路增量更新流程，包括數據獲取、上報數據質量檢查、數據真實性檢查、數據核查，初步獲得增量數據包。將上一年度數據與審核通過的增量數據進行合并，形成現(xiàn)勢數據庫，便于進行農村公路數據進行實時更新，進而維護其現(xiàn)勢性。

3 技術應用

基于北京市2019年和2018年農村公路數據，利用衛(wèi)星影像數據，進行了路線識別與對比，檢查數據的真實性。根據研究，可以得到每條路線的識別率，識別率低的路線需要進行人工核查。識別率的高低主要取決于遙感影像的質量以及深度學習樣本的數量。通過對比2018年和2019年的北京市農村公路年度間數據發(fā)現(xiàn)，2019年北京市新增路線124條，新增路線里程161.069km，廢棄路線90條，廢棄路線里程90.775km，總里程增加57.758km，96.6%的數據未發(fā)生變更，新增、廢棄、局部變化的數據比例很低。

圖2 路線識別系統(tǒng)界面截圖

4 結語

研究了基于GIS和遙感影像的農村公路增量更新技術，縮短了數據更新鏈條，使數據有源可溯，實現(xiàn)了數據更新速度快、質量高、成本低，為農村公路的智能精細化管理鋪墊堅實的基礎。同時，通過年度間數據對比分析，可以評價現(xiàn)狀以及預測未來，實現(xiàn)了數據的二次應用價值，為管理決策提供有力的技術保障和數據支撐。