多源數(shù)據(jù)融合在房屋建筑普查中的應(yīng)用

王忠芳 張浩 陳功勛

引言

2020年6月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布關(guān)于開展第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查的通知，明確普查內(nèi)容包括：主要自然災(zāi)害致災(zāi)調(diào)查與評估，房屋建筑等承災(zāi)體調(diào)查與評估，歷史災(zāi)害調(diào)查與評估，綜合減災(zāi)能力調(diào)查與評估，重點(diǎn)隱患調(diào)查與評估，主要災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃以及災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃等。房屋建筑普查是承災(zāi)體調(diào)查的重要內(nèi)容之一，調(diào)查信息包含：基本信息、建筑信息、使用情況和房屋照片等，可謂普查內(nèi)容多、工作任務(wù)重、專業(yè)要求高。此次普查不僅對我國自然災(zāi)害防治和應(yīng)急管理工作具有重要價(jià)值，而且對我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

在普查工作中，若無相關(guān)成果基礎(chǔ)，傳統(tǒng)普查方法是通過內(nèi)業(yè)收集資料和外業(yè)現(xiàn)場調(diào)查，逐個(gè)填報(bào)調(diào)查信息表，這種方式效率低、難度大、成本高。若開展過相關(guān)工作，則可將現(xiàn)有成果融合成所需信息。

考慮到全國各地已開展過“第三次全國國土調(diào)查”（“三調(diào)”）和不動(dòng)產(chǎn)登記工作，“三調(diào)”數(shù)據(jù)中包含的地類信息以及不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)中包含的權(quán)利人和地址信息，可作為房屋基本信息填報(bào)數(shù)據(jù)源；自然資源部門擁有的大比例尺地形圖數(shù)據(jù)，包含精確的房屋輪廓圖形以及高分辨率遙感影像解譯的房屋圖形，均可作為調(diào)查底圖；住建部門擁有豐富的檔案資料和相關(guān)名錄資料，包含房屋的結(jié)構(gòu)類型、用途、減隔震等信息，可作為建筑信息填報(bào)數(shù)據(jù)源。

本文通過多源數(shù)據(jù)融合對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將融合結(jié)果應(yīng)用到房屋建筑普查中，能夠提高工作效率，減輕外業(yè)工作量，降低人力成本，取得事半功倍的效果。

普查內(nèi)容及流程

房屋建筑普查工作基于住建部開發(fā)的“全國房屋建筑和市政設(shè)施調(diào)查系統(tǒng)”開展，總體流程為：底圖制備、資料收集、數(shù)據(jù)融合和外業(yè)調(diào)查。

（一）普查內(nèi)容

調(diào)查系統(tǒng)原始底圖僅包含房屋圖斑和編號。房屋建筑普查信息包括：基本信息、建筑信息、使用情況和房屋照片。

基本信息包括：所屬行政區(qū)劃、房屋類別、建筑名稱、小區(qū)名稱（城鎮(zhèn)住宅）、建筑地址、戶數(shù)（城鎮(zhèn)住宅建筑）、單位名稱（非住宅建筑）、產(chǎn)權(quán)單位、是否進(jìn)行產(chǎn)權(quán)登記和戶主姓名（農(nóng)村住宅）等。其中，所屬行政區(qū)劃包含所屬省、市、區(qū)縣、街鎮(zhèn)和村居；建筑地址根據(jù)房屋類別分為城鎮(zhèn)房屋所在路（街/巷）、號和棟，農(nóng)村房屋所在組、路（街/巷）和號；房屋類別根據(jù)用地類型分為城鎮(zhèn)房屋和農(nóng)村房屋，根據(jù)用途又分為住宅和非住宅。

建筑信息包括：建筑層數(shù)、建筑面積、建筑高度、建造時(shí)間/年代、結(jié)構(gòu)類型、房屋用途（非住宅建筑）、是否采用減隔震、是否為保護(hù)性建筑、是否專業(yè)設(shè)計(jì)建造和安全鑒定情況（農(nóng)村房屋）等。

使用情況包括：變形損傷、改造情況、抗震加固情況和物業(yè)管理情況。

房屋照片包括：現(xiàn)場照片、抗震措施照片和變形損傷照片。

（二）普查技術(shù)流程

調(diào)查系統(tǒng)原始底圖是通過解譯2019—2020年不同時(shí)相的遙感影像制備，僅包含房屋圖斑，且存在部分圖斑現(xiàn)勢性不滿足調(diào)查時(shí)點(diǎn)（2020年12月31日）要求，部分圖斑與房屋實(shí)際不符，應(yīng)合并未合并、應(yīng)拆分未拆分等問題。如果對所有信息都逐棟房屋調(diào)查，會增加工作難度，降低工作效率，提高人力成本。

在此情況下，依據(jù)內(nèi)外業(yè)一張圖的原則，我們制定了一套調(diào)查技術(shù)流程，主要工作是：數(shù)據(jù)收集與分析、多源數(shù)據(jù)融合、外業(yè)調(diào)查（圖1）。其中，多源數(shù)據(jù)融合具體包括底圖優(yōu)化和內(nèi)業(yè)信息填報(bào)：底圖優(yōu)化是對原始底圖的房屋圖形進(jìn)行優(yōu)化，內(nèi)業(yè)信息填報(bào)是增加房屋基本信息、建筑信息等調(diào)查內(nèi)容。具體技術(shù)流程圖如圖2所示。

圖1 外業(yè)調(diào)查

圖2 技術(shù)流程圖

多源數(shù)據(jù)及用途介紹

（一）圖形數(shù)據(jù)源

（1）大比例尺地形圖：大比例尺地形圖位置精度高，能夠用精確的圖形表示單棟房屋輪廓。本次房屋建筑普查的對象是房屋建筑單體，即單棟房屋，而國家下發(fā)的工作底圖為房屋圖斑，存在一個(gè)圖斑包含多棟房屋、多個(gè)圖斑表示一棟房屋的情況。因此對于大比例尺地形圖覆蓋良好的區(qū)域，可用其替換國家工作底圖的房屋圖斑。

（2）高分辨率遙感影像：國家工作底圖大多采用2019年遙感影像制備，現(xiàn)勢性不強(qiáng)。2020年遙感影像與2019年遙感影像相比，包含2019—2020年間新建的房屋，對于2020年拆除的房屋不再顯示，同時(shí)高分辨率遙感影像能夠清晰顯示每棟房屋的輪廓。因此，通過解譯2020年高分辨率遙感影像，可對原始工作底圖進(jìn)行優(yōu)化，從而得到符合現(xiàn)實(shí)情況的底圖。

（二）屬性數(shù)據(jù)源

（1）第三次全國國土調(diào)查數(shù)據(jù)（簡稱“三調(diào)”）：“三調(diào)”數(shù)據(jù)包含豐富的地類信息，反映了全國地類分布及利用狀況，還包含國、省、市、縣及村級的行政范圍界線。

本次房屋建筑普查需要按土地所有權(quán)將房屋分為城鎮(zhèn)房屋和農(nóng)村房屋，按用途將房屋分為住宅和非住宅，填報(bào)不同的調(diào)查表，待填信息包含房屋所屬行政區(qū)劃。因此，考慮根據(jù)“三調(diào)”數(shù)據(jù)地類圖斑層中的城鎮(zhèn)村屬性碼、地類編碼區(qū)分城鎮(zhèn)房屋、農(nóng)村房屋及住宅和非住宅，根據(jù)行政區(qū)層中的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)代碼、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)名稱和村級調(diào)查區(qū)層中的坐落單位代碼、坐落單位名稱確定房屋所屬的鎮(zhèn)街、村居。

（2）不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)：不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)中權(quán)利人圖層的權(quán)利人名稱信息，宗地基本信息圖層的坐落信息，自然幢圖層的房屋結(jié)構(gòu)、建筑物高度、竣工日期、實(shí)測建筑面積、地上層數(shù)、地下層數(shù)信息，可作為房屋建筑普查中戶主姓名、單位名稱、建筑地址、結(jié)構(gòu)類型、建成時(shí)間、調(diào)查面積、層數(shù)等的權(quán)威信息源。

（3）城建檔案館資料：包括總平面圖、竣工驗(yàn)收報(bào)告、測繪面積表、建筑竣工圖等?？衫玫男畔⒂校航ㄖ娣e、建筑結(jié)構(gòu)、建筑層數(shù)、建筑年代、建筑用途、是否減隔震、建筑高度、套數(shù)、是否抗震加固及加固時(shí)間。

（4）文物保護(hù)單位名錄：文物保護(hù)單位名錄中可用信息包含房屋的單位名稱、時(shí)代、詳細(xì)地址、面積等，與房屋建筑普查中的單位名稱、戶主姓名、建成時(shí)間/建造年代、建筑地址、調(diào)查面積、是否保護(hù)性建筑等信息對應(yīng)。

（5）校安工程名錄：校安工程名錄中可用信息包含房屋的學(xué)校名稱、建筑物用途、校安工程、校安年度、建筑物名稱、竣工日期、建筑層數(shù)、建筑面積、危房鑒定等級、危房鑒定日期等，與房屋建筑普查中的單位名稱、房屋用途、是否進(jìn)行過抗震加固、加固時(shí)間、建成時(shí)間/建造年代、建筑名稱/房屋名稱、層數(shù)、調(diào)查面積、是否經(jīng)過安全鑒定、鑒定或評定結(jié)論、鑒定時(shí)間等信息對應(yīng)。

（6）農(nóng)村危房改造資料：包括農(nóng)戶檔案信息、危房改造資料、農(nóng)房抗震資料?？捎眯畔簯糁餍彰?、地址、房屋安全性等級、結(jié)構(gòu)類型、施工方式、設(shè)計(jì)方式、改造后房屋面積、建成時(shí)間和是否抗震加固及加固時(shí)間。

數(shù)據(jù)融合方法及效果

在對不同數(shù)據(jù)源進(jìn)行融合時(shí)，要處理好坐標(biāo)不一致、格式不一致、空間圖形不匹配、屬性不匹配等問題。正如將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)與地理國情普查數(shù)據(jù)進(jìn)行融合時(shí)，對于屬性不一致與圖形不一致的情況要采取模式融合和實(shí)例要素融合處理。將多源數(shù)據(jù)融合為房屋建筑普查信息時(shí)也需要進(jìn)行圖形、屬性處理。

（一）圖形處理方法

1. 底圖優(yōu)化

房屋建筑普查要求工作底圖用矢量圖形表示單棟房屋輪廓。原始工作底圖存在部分圖斑現(xiàn)勢性不滿足調(diào)查時(shí)點(diǎn)要求，未標(biāo)繪20平方米以下的房屋，對連片建筑未拆分等問題。

對2020年高分辨率遙感影像進(jìn)行機(jī)器解譯和人工解譯，將解譯結(jié)果與原始底圖對比，通過圖斑變化檢測、識別原始底圖中缺失、多出、應(yīng)合并未合并和應(yīng)拆分未拆分的房屋圖斑。然后，通過GIS軟件的矢量新增、刪除、合并和拆分等編輯操作，對原始底圖的房屋圖形進(jìn)行優(yōu)化，底圖優(yōu)化流程如圖3所示。

圖3 原始底圖優(yōu)化流程圖

2. 格式轉(zhuǎn)換

由于不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)為dwg格式，與房屋建筑普查數(shù)據(jù)要求的shapefile格式不一致，需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。具體操作流程如下。

首先使用ArcGIS的CAD to Geodatabase工具將不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為File GeoDatabase格式，得到面、線和注記數(shù)據(jù)；然后對面數(shù)據(jù)使用Feature to Polygon工具轉(zhuǎn)為shapefile格式的面數(shù)據(jù)，對注記數(shù)據(jù)使用Feature to Point工具轉(zhuǎn)為shapefile格式的點(diǎn)數(shù)據(jù)；再根據(jù)屬性對點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和分類；最后將點(diǎn)數(shù)據(jù)的屬性賦值到面數(shù)據(jù)，得到包含豐富屬性信息的shapefile格式不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)。

3. 空間分析

調(diào)查時(shí)需要填報(bào)房屋所屬的行政區(qū)劃信息，由于調(diào)查以區(qū)縣為單位，房屋所屬省、市、區(qū)縣已確定，還需確定所屬街鎮(zhèn)、村居。

考慮到“三調(diào)”結(jié)束后，各地存在行政區(qū)劃調(diào)整情況，因此，首先需要結(jié)合民政部門最新的行政區(qū)劃范圍和代碼，對“三調(diào)”數(shù)據(jù)的行政區(qū)范圍及代碼進(jìn)行調(diào)整；然后將房屋圖形數(shù)據(jù)與調(diào)整后的行政區(qū)范圍進(jìn)行空間疊加分析，根據(jù)行政區(qū)層中鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)名稱和代碼確定房屋所屬鎮(zhèn)街名稱及編碼；最后根據(jù)村級調(diào)查區(qū)層中的坐落單位名稱和代碼確定房屋所屬村居名稱和編碼。

4. 地名地址匹配

由于收集的文本資料沒有空間信息，無法與房屋圖形進(jìn)行關(guān)聯(lián)。因此，需要通過GIS的地名地址匹配方法，確定文本資料中地址的空間坐標(biāo)，進(jìn)而關(guān)聯(lián)到對應(yīng)房屋圖形。

（二）屬性處理方法

1. 數(shù)據(jù)清洗和分類

不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)與房屋建筑普查的信息項(xiàng)非一一對應(yīng)，且存在不合格信息，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和分類。以“權(quán)利人”字段為例，其中包含“未申報(bào)”等非法字符，還分為戶主姓名、單位名稱、小區(qū)名稱、建筑名稱等多類信息，首先要剔除非法字符，然后按字符長度和關(guān)鍵字將權(quán)利人屬性內(nèi)容進(jìn)行歸類。

2. 語義匹配

多源數(shù)據(jù)與房屋建筑普查數(shù)據(jù)同類屬性的含義范圍不同，需要進(jìn)行語義匹配。

（1）通過“三調(diào)”數(shù)據(jù)區(qū)分房屋類別。

通過將“三調(diào)”數(shù)據(jù)的用地類型與土地所有權(quán)（“國有土地”或“集體土地”）進(jìn)行語義匹配，區(qū)分房屋類別。

首先根據(jù)地類圖斑層中的城鎮(zhèn)村屬性碼區(qū)分城鎮(zhèn)、農(nóng)村房屋。城鎮(zhèn)村屬性碼字段值“201或201A”表示“城鎮(zhèn)用地”，字段值“202或202A”表示“建制鎮(zhèn)用地”，字段值“203或203A”表示“村莊用地”，字段值“204”和“205”分別表示城鎮(zhèn)村外部的鹽田及采礦用地和特殊用地。為了確保區(qū)分城鎮(zhèn)和農(nóng)村房屋時(shí)不遺漏房屋，按城鎮(zhèn)村屬性碼字段條件選取字段值為“201、201A、202、202A”的圖斑，融合得到城鎮(zhèn)范圍界線。界內(nèi)的房屋類別為城鎮(zhèn)房屋，界外的房屋類別為農(nóng)村房屋。

然后根據(jù)地類圖斑層中的地類編碼區(qū)分住宅、非住宅房屋。地類編碼字段值“05H1”表示“商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地”，“0508”表示“物流倉儲用地”，“0601”表示“工業(yè)用地”，“0602”表示“采礦用地”，“08H1”表示“機(jī)關(guān)團(tuán)體新聞出版用地”，“08H2”表示“科教文衛(wèi)用地”，“0809”表示“公用設(shè)施用地”，“1005”表示“交通服務(wù)場站用地”，“1202”表示“設(shè)施農(nóng)用地”。為了確保區(qū)分住宅和非住宅房屋時(shí)不遺漏房屋，按地類編碼字段條件選取字段值為“05H1、0508、0601、0602、08H1、08H2、0809、1005、1202”的 圖斑，融合得到非住宅范圍界。界內(nèi)的房屋類別初定為非住宅，界外的房屋類別初定為住宅。“三調(diào)”數(shù)據(jù)與房屋建筑普查數(shù)據(jù)的字段對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 “三調(diào)”數(shù)據(jù)與房屋建筑普查數(shù)據(jù)字段對應(yīng)表

（2）通過不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)提取房屋基本信息和建筑信息。

將不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)中權(quán)利人、宗地基本信息、自然幢圖層與房屋建筑普查數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行字段關(guān)聯(lián)和語義匹配，可提取房屋的基本信息和建筑信息，其與房屋建筑普查數(shù)據(jù)的字段關(guān)聯(lián)如表2所示。

表2 不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)與房屋建筑普查數(shù)據(jù)字段關(guān)聯(lián)表

（三）融合效果

通過多源數(shù)據(jù)融合，城鎮(zhèn)房屋39個(gè)調(diào)查項(xiàng)，有7項(xiàng)信息全部房屋已填報(bào)，23項(xiàng)信息部分房屋已填報(bào)，剩余9項(xiàng)需現(xiàn)場調(diào)查；農(nóng)村住宅44個(gè)調(diào)查項(xiàng)，有7項(xiàng)信息全部房屋已填報(bào)，21項(xiàng)信息部分房屋已填報(bào)，剩余16項(xiàng)需現(xiàn)場調(diào)查；農(nóng)村非住宅44個(gè)調(diào)查項(xiàng)，有7項(xiàng)信息全部房屋已填報(bào)，21項(xiàng)信息部分房屋已填報(bào)，剩余16項(xiàng)需現(xiàn)場調(diào)查。

以南通市海門區(qū)為例，通過對不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)融合信息進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，將信息分為房屋單位名稱、小區(qū)名稱、戶主姓名等名稱類信息和所處路、號、組、棟等地址類信息，將房屋按“含名稱類、地址類信息”、“僅含名稱類信息”、“僅含地址類信息”和“其他”分為四類，各類房屋分布如圖4所示。按“城鎮(zhèn)房屋”“農(nóng)村住宅”“農(nóng)村非住宅”類型統(tǒng)計(jì)，各類房屋數(shù)量和所占比例如表3所示。

圖4 房屋數(shù)據(jù)融合程度分布圖

表3 房屋數(shù)據(jù)融合程度表

由圖表得出，通過融合不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)，占總量23%的房屋含有名稱類和地址類信息，占總量36%的房屋僅含有名稱類信息，占總量5%的房屋僅含有地址類信息。總的來說，約65%的房屋含有名稱類或地址類信息，且主要分布在農(nóng)村區(qū)域。原因是不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)主要為農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)，農(nóng)村房屋信息豐富，城鎮(zhèn)房屋信息較少。

通過多源數(shù)據(jù)融合，形成外業(yè)調(diào)查工作一張圖。外業(yè)調(diào)查人員只需核實(shí)補(bǔ)充部分屬性和現(xiàn)場拍照，極大減輕了外業(yè)工作量，提高了普查效率，保障了成果質(zhì)量。

此方法在普查國家試點(diǎn)中摸索，并形成了推廣經(jīng)驗(yàn)，在普查全面鋪開中得到了良好應(yīng)用。

結(jié)束語

房屋建筑普查是自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查中的一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，需要多方協(xié)同，收集資料，開展多源數(shù)據(jù)融合、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)建庫等工作。

在自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查等相關(guān)工作中，測繪地理信息行業(yè)大有可為。在信息獲取方面，傳統(tǒng)測繪、無人機(jī)測繪和遙感影像解譯可以助力底圖制備和普查信息采集；在多源數(shù)據(jù)融合方面，GIS能發(fā)揮空間信息融合能力，對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換和重組。通過空間和屬性一體化的多源數(shù)據(jù)融合方法，能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)信息的內(nèi)業(yè)填報(bào)，減輕外業(yè)調(diào)查負(fù)擔(dān)，提高普查工作效率，保證普查成果質(zhì)量，可作為同類普查的高效技術(shù)路線。