多源GIS數(shù)據(jù)集成方法研究
——以南京市民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)為例

黃志洲，戴相喜

(1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢 430079； 2.南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇南京 210005)

多源GIS數(shù)據(jù)集成方法研究
——以南京市民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)為例

黃志洲1，2?，戴相喜2

(1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢 430079； 2.南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇南京 210005)

分析了南京市民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)所需要的GIS數(shù)據(jù)來(lái)源，根據(jù)多源GIS數(shù)據(jù)特點(diǎn)和項(xiàng)目實(shí)際需求，制定數(shù)據(jù)集成方法和路線，最后完成多源GIS數(shù)據(jù)集成目標(biāo)，結(jié)果表明該方法所集成的GIS數(shù)據(jù)滿足民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)需求。

多源GIS數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)集成；建筑能耗統(tǒng)計(jì)

1 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高，建筑能耗水平越來(lái)越高，成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大因素。為了全面掌握我國(guó)建筑能耗的實(shí)際狀況，加強(qiáng)能源領(lǐng)域的宏觀管理和科學(xué)決策，促進(jìn)建筑節(jié)能的發(fā)展，建設(shè)部組織制定了《民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表制度》(試行) (以下簡(jiǎn)稱《報(bào)表制度》)，建設(shè)部決定首先在全國(guó)挑選23個(gè)城市作為試點(diǎn)，進(jìn)行民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，成功后將經(jīng)驗(yàn)推向其他城市。南京市是23個(gè)試點(diǎn)城市之一，需要進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)，并自2007年下半年開(kāi)始每半年上報(bào)一次建筑能耗數(shù)據(jù)。在綜合考慮傳統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，南京市提出了基于GIS的民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)方法，傳統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)流程如圖1所示，基于GIS的能耗統(tǒng)計(jì)流程如圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)流程

圖2 基于GIS的能耗統(tǒng)計(jì)流程

通過(guò)圖1和圖2對(duì)比可以看出，使用基于GIS的能耗統(tǒng)計(jì)方法可以減少作業(yè)人員在建筑基本信息搜集、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、能耗數(shù)據(jù)錄入等階段的工作量，大大提高工作效率，降低人力成本，是一種新型的能耗統(tǒng)計(jì)方法。本文重點(diǎn)研究了基于GIS的能耗統(tǒng)計(jì)流程中建筑基本信息采集過(guò)程中，使用多源GIS數(shù)據(jù)集成獲取建筑基本信息的方法，使用該方法替代傳統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)流程中的全外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采集建筑信息方法，提高了工作效率。

2 數(shù)據(jù)現(xiàn)狀及解決思路

《報(bào)表制度》要求南京市的建筑基本信息有:建筑詳細(xì)名稱、建筑詳細(xì)地址、竣工時(shí)間、建筑類(lèi)型、建筑功能、建筑層數(shù)、建筑面積等，房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)能提供的信息有:建筑名稱、建筑詳細(xì)地址、竣工時(shí)間、建筑功能、建筑類(lèi)型、房產(chǎn)建筑面積，規(guī)劃GIS能提供的信息有:建筑名稱、建筑詳細(xì)地址、建筑功能、建筑層數(shù)、規(guī)劃建筑面積，由此可見(jiàn)建筑基本信息可以從規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)的并集中獲取:

(1)首先這兩類(lèi)GIS數(shù)據(jù)具有能耗統(tǒng)計(jì)中建筑信息所需要的所有屬性，有些屬性兩GIS數(shù)據(jù)都有，如建筑地址，單位名稱等，有些屬性只在一方GIS數(shù)據(jù)中存在，如規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)中有建筑層數(shù)，而房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)中不存在；房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)中有建筑面積、建筑年代等而規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)中不存在。

(2)規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)對(duì)建筑的外形、結(jié)構(gòu)的表達(dá)比較詳細(xì)，而房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)對(duì)房產(chǎn)權(quán)屬、面積方面信息比較詳細(xì)。

由上述可見(jiàn)，能耗統(tǒng)計(jì)對(duì)這兩種GIS數(shù)據(jù)都有需求，因此需要將這兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行集成。在規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)集成過(guò)程中存在以下問(wèn)題:

①坐標(biāo)系統(tǒng)不一致

由于規(guī)劃和房產(chǎn)部門(mén)從各自生產(chǎn)和數(shù)據(jù)保密角度考慮，采用了不同的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，這就造成同時(shí)加載兩部門(mén)GIS數(shù)據(jù)的時(shí)候無(wú)法重合問(wèn)題，給數(shù)據(jù)集成造成不便。

②建筑表達(dá)原則不一致

由于規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)是按照不同數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出來(lái)的，其對(duì)建筑測(cè)量和繪制的要求也不一致。如一棟高層建筑如果存在分層面，那么在規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)中，這棟建筑會(huì)用兩個(gè)圖形來(lái)表示，而房產(chǎn)部門(mén)對(duì)分層面并不關(guān)心，只關(guān)心該建筑整體圖形和權(quán)屬等信息。由于劃分原則不同，給數(shù)據(jù)整合也造成不便，如圖3和圖4所示。

圖3 規(guī)劃GIS表達(dá)

圖4 房產(chǎn)GIS表達(dá)

3 規(guī)劃房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)集成方案研究

空間數(shù)據(jù)集成包括圖形數(shù)據(jù)集成和屬性數(shù)據(jù)集成兩部分。圖形數(shù)據(jù)集成是由于規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)圖形表達(dá)不一致，為了屬性信息集成的方便，需要將二者進(jìn)行統(tǒng)一，屬性數(shù)據(jù)集成目標(biāo)是使得到的GIS數(shù)據(jù)屬性信息滿足《報(bào)表制度》要求。

3.1 圖形數(shù)據(jù)集成

(1)統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)

由于房產(chǎn)和規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)采用不同的坐標(biāo)系統(tǒng)，所以數(shù)據(jù)集成的第一步就是要將二者坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一。考慮到規(guī)劃GIS坐標(biāo)系統(tǒng)采用92南京地方坐標(biāo)系，使用范圍較廣，并且規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)，對(duì)地物描述較詳細(xì)，故選用規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)，將房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一到規(guī)劃GIS坐標(biāo)系統(tǒng)中。

統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)過(guò)程中，我們采用在圖上選取特征控制點(diǎn)的方式進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，這種方式在精度上雖然不夠嚴(yán)密，但是仍然能滿足我們能耗統(tǒng)計(jì)中數(shù)據(jù)集成的要求，原因有兩點(diǎn):一是由于考慮到兩坐標(biāo)系統(tǒng)沒(méi)有嚴(yán)密的換算關(guān)系可以利用，而求取兩坐標(biāo)系統(tǒng)的嚴(yán)密轉(zhuǎn)換參數(shù)工作量比較大；二是由于即使兩種數(shù)據(jù)沒(méi)有進(jìn)行嚴(yán)密的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，將房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行大致的配準(zhǔn)后，能方便地將房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)的屬性通過(guò)人工干預(yù)的方式集成到規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)中，也同樣能達(dá)到數(shù)據(jù)集成的目的，圖5為配準(zhǔn)后結(jié)果。

圖5 規(guī)劃GIS和房產(chǎn)GIS配準(zhǔn)效果

(2)統(tǒng)一圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系

由于規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)對(duì)建筑表達(dá)原則不同，導(dǎo)致規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系復(fù)雜，具體可以歸納為以下幾類(lèi)對(duì)應(yīng)關(guān)系:

①一個(gè)房產(chǎn)GIS圖形對(duì)應(yīng)一個(gè)規(guī)劃GIS圖形；

②一個(gè)房產(chǎn)GIS圖形對(duì)應(yīng)多個(gè)規(guī)劃GIS圖形；

③多個(gè)房產(chǎn)GIS圖形對(duì)應(yīng)一個(gè)規(guī)劃GIS圖形；

④多個(gè)房產(chǎn)GIS圖形對(duì)應(yīng)多個(gè)規(guī)劃GIS圖形；

⑤房產(chǎn)GIS中有而規(guī)劃GIS中沒(méi)有；

⑥房產(chǎn)GIS中沒(méi)有而規(guī)劃GIS中有。

空間數(shù)據(jù)集成的過(guò)程應(yīng)該是先整合圖形數(shù)據(jù)，也就是統(tǒng)一圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系，將規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系統(tǒng)一為1∶1以后，再進(jìn)行下一步的屬性數(shù)據(jù)集成。在整合圖形數(shù)據(jù)的時(shí)候，根據(jù)規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)和我們對(duì)它們的需求，結(jié)合它們對(duì)應(yīng)關(guān)系，制定了數(shù)據(jù)集成的步驟，圖形和屬性集成密不可分，在下一節(jié)中一并講述。

3.2 屬性數(shù)據(jù)集成

屬性數(shù)據(jù)集成是將建立好對(duì)應(yīng)關(guān)系的房產(chǎn)和規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)的屬性整合在一起。此處根據(jù)規(guī)劃與房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分類(lèi)別制定了規(guī)劃和房產(chǎn)GIS集成的步驟。

(1)規(guī)劃原始數(shù)據(jù)與房產(chǎn)原始數(shù)據(jù)屬性匹配

適用情況:規(guī)劃GIS原始數(shù)據(jù)和房產(chǎn)GIS原始數(shù)據(jù)中的圖形形狀相近或形狀不相近但對(duì)應(yīng)唯一，如圖6、圖7所示。

這類(lèi)對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，已經(jīng)滿足規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)中圖形的一一對(duì)應(yīng)原則，可以直接將規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)屬性集成，圖形使用規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)，集成后的數(shù)據(jù)放入gfpp1圖層。

圖6 形狀相近的圖形

圖7 形狀不相近但唯一對(duì)應(yīng)

(2)規(guī)劃原始GIS圖形外包

適用情況:一棟建筑在房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)中是一個(gè)整體，而在規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)中被分為多個(gè)部分，如圖8所示，根據(jù)其屬性(建筑名稱、建筑地址、權(quán)屬)判斷其是一個(gè)整體，則依據(jù)房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)，將規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)圖形合并生成一個(gè)整體，即“外包”，并存放到ghwb2圖層中，如圖9所示。合并后的數(shù)據(jù)，其要素屬性的處理方法是按照規(guī)劃數(shù)據(jù)合并的諸圖形中面積最大的為準(zhǔn)，合并后的建筑面積為各分圖形的規(guī)劃建筑面積之和。

圖8 規(guī)劃GIS中圖形被分為多塊

圖9 規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)合并結(jié)果

(3)規(guī)劃原始GIS外包數(shù)據(jù)與房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)屬性匹配

通過(guò)上一步驟，規(guī)劃原始GIS圖形外包后的數(shù)據(jù)與房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系便是1∶1的，可以將規(guī)劃外包和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行集成，并將集成后的數(shù)據(jù)放入gfpp3圖層中。

(4)房產(chǎn)原始GIS數(shù)據(jù)外包

適用情況:如果建筑在規(guī)劃數(shù)據(jù)中是一個(gè)整體建筑，而在房產(chǎn)數(shù)據(jù)中被分割成多個(gè)，如圖10所示，依據(jù)屬性(建筑名稱、建筑地址、權(quán)屬)判斷其應(yīng)是一個(gè)整體，則首先將房產(chǎn)GIS圖形進(jìn)行外包，如圖11所示，其屬性的處理方法是按照房產(chǎn)數(shù)據(jù)合并圖形中面積最大的為準(zhǔn)，合并后的房產(chǎn)建筑面積為各分圖形的房產(chǎn)建筑面積之和，外包后的數(shù)據(jù)放入fcwb4圖層中。

圖10 房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)中建筑被分成多塊

圖11 房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)外包結(jié)果

(5)規(guī)劃原始GIS數(shù)據(jù)與房產(chǎn)外包GIS數(shù)據(jù)屬性匹配

經(jīng)過(guò)房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)外包處理后，fcwb4圖層中的GIS數(shù)據(jù)與規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系已經(jīng)是1∶1的了，將fcwb4圖層中的數(shù)據(jù)與規(guī)劃原始GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性匹配，將匹配的結(jié)果放入gfpp5中。

(6)規(guī)劃原始GIS數(shù)據(jù)外包與房產(chǎn)原始GIS數(shù)據(jù)外包

適用情況:如果建筑在房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)和規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)中劃分都不同，而依據(jù)屬性可以判斷其為一個(gè)整體，則規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)都進(jìn)行外包，合并過(guò)程中屬性數(shù)據(jù)處理方法與上同，規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)外包結(jié)果放入ghwb2圖層中，房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)外包結(jié)果放入fcwb4圖層中，如圖12、圖13所示。

圖12 規(guī)劃和房產(chǎn)GIS圖形都被分成多塊

圖13 合并后結(jié)果

(7)規(guī)劃外包數(shù)據(jù)與房產(chǎn)外包數(shù)據(jù)匹配

上一步規(guī)劃和房產(chǎn)原始GIS數(shù)據(jù)外包結(jié)束后，也建立了1∶1的對(duì)應(yīng)關(guān)系，接下來(lái)將上一步處理的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性匹配，將匹配后的結(jié)果放入gfpp6圖層中。

(8)剩余的數(shù)據(jù)單獨(dú)生成一個(gè)層

對(duì)于不滿足以上條件的規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)中的建筑，單獨(dú)放入gh7圖層中。

(9)生成最終成果

將1、3、5、7、8步驟的成果數(shù)據(jù)都合并入 end圖層，就得到了規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)集成成果。

由于數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)系，集成后的GIS數(shù)據(jù)不是所有的屬性都是完整的。前面提到部分屬性信息在規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)中都有，我們都做了保留，這樣可以最大可能地提取規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)中的信息，對(duì)于仍然沒(méi)有屬性信息的GIS數(shù)據(jù)，只能通過(guò)外業(yè)實(shí)地調(diào)查，這部分工作相對(duì)于全部通過(guò)實(shí)地調(diào)查已經(jīng)小多了。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以南京市民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目需求為出發(fā)點(diǎn)，在分析能耗統(tǒng)計(jì)所需要的建筑基本屬性的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)可通過(guò)規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)集成獲取，然后重點(diǎn)研究了規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)集成方案，制定了一整套數(shù)據(jù)集成流程，完成了規(guī)劃和房產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)集成，最后部分信息不完整的數(shù)據(jù)再通過(guò)外業(yè)調(diào)查獲取，完成了建筑能耗統(tǒng)計(jì)所需的建筑基本信息獲取工作，與傳統(tǒng)建筑基本信息獲取手段相比，具有明顯的效率優(yōu)勢(shì)，本方法在基于GIS的南京市民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)過(guò)程中得到應(yīng)用，取得了良好的效果。

[1]范嶸斌.廣州市民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)工作順利完成[N].工作在線，2008(5)

[2]李新甫，瞿俊生，賈海明.鄭州市民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)工作圓滿完成[J].河南建材，2008(2):9

[3]黃華南.基于GIS的國(guó)土房產(chǎn)數(shù)據(jù)整合方案設(shè)計(jì)[J].測(cè)繪通報(bào).2007(10):64～66

[4]許輝熙，盧正，薛萬(wàn)蓉.GIS中多源空間數(shù)據(jù)集成方法研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2009，32(5):1～5

Study of Multi－Source GIS Data Integration Method

Huang ZhiZhou1，2，Dai XiangXi2
(1.School Of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan 430079，China；2.Nanjing Institute of Surveying，Mapping＆Geotechnical Investigation，Co.，Ltd.，Nanjing 210005，China)

Analyses Multi－Source GIS data demand of the Nanjing Civil Buildings Energy Statistics，according to the features of Multi－Source GIS data and the actual require of project，we prepare the method and route of Integration，at last we accomplish the objective of Multi－Source Integration，result shows that GIS data integrated through the method we set out satisfies the demand of Civil Buildings Energy Statistics.

Multi－Source GIS Data；Data Integration；Building Energy Statistics

1672－8262(2010)02－22－04

P208

A

2009—12—24

黃志洲(1967—)，男，高級(jí)工程師，主要從事GIS、大地測(cè)量等方面研究工作。