面向數字城市的CGIS更新研究

摘 要：城市基礎空間數據的采集部門，應該采取切實有效的措施，盡量利用各種規劃竣工測量、地籍測量、地形圖修補測資料來對基礎地理數據進行更新，這樣可以加快基礎空間數據更新的速度，保證其準確性。本文基于筆者多年對數字城市的相關研究，以城市地理信息系統中基礎空間數據更新為研究對象，研究探討了城市地理信息系統（CGIS）中基礎空間數據更新的原則，內容與方法，全文是筆者長期進行理論研究的理論升華，相信對從事相關工作的研究者有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：CGIS 原則 內容 方法

中圖分類號：P2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0026-02

城市基礎地理信息系統中，存在大量的基礎數據，這些數據隨著城市的發展和城市的變化而變化，城市基礎建設的增加，也加快了基礎數據的變化。在城市中如果地形圖進行了更新，而地籍邊界等信息沒有更新，則會出現兩者之間的矛盾或者精度不匹配的情況，有可能產生邊界分割了住宅，或者管線到馬路上來的情況，這種錯位會對城市中各個用圖部門帶來麻煩和負面影響。另外如城市中的電子地圖沒有更新，在進行車輛導航和定位時，就可能出現導航錯誤，甚至發生不必要的交通事故，因此對于基礎數據的更新顯得非常重要。另外基礎數據可以供很多部門使用，如果不及時更新城市基礎地理數據，可能會嚴重地阻礙城市的建設與發展。因此需采取切實有效的措施來加快城市基礎地理數據的更新。

在目前的狀態下很多城市基礎空間數據的采集部門往往存在基礎數據更新周期長，數據更新質量差等問題，主要原因還是由于在基礎數據的更新模式上存在一定的問題。在基礎地理數據的更新模式上，現在很多的部門是采取了重新測量、入庫的方式來進行的，在發生變化的地方，重新進行基礎數據的采集工作，然后再重新錄入到數據庫中，這樣可能在數據庫中存在有多套數據，容易導致某一地區數據的不一致，因此城市基礎空間數據的采集部門，應該采取切實有效的措施，盡量利用各種規劃竣工測量、地籍測量、地形圖修補測資料來對基礎地理數據進行更新，這樣可以加快基礎空間數據更新的速度，保證其準確性。

本文結合目前的各種更新方式進行了分析和比較，在總結其利弊的基礎上，提出了一套有效的城市基礎地理數據更新的解決方案。

1 城市基礎空間數據更新的原則

由于城市基礎地理數據對城市的規劃和發展而言起著舉足輕重的作用，因此城市基礎空間數據的更新，應該有一定的原則和規范。總結起來主要有以下原則和規范。

1.1 現勢性原則

對于城市基礎空間數據的更新，一定要準確及時地對基礎數據進行更新，以保證基礎數據的現勢性。基礎數據是對城市目前發展狀況的一個很重要的反映，只有保證其現勢性，才能充分發揮出城市基礎地理信息系統的作用。

1.2 精度匹配原則

對于更新的城市基礎空間數據應該保證其精度要求，否則在和原有的地理信息進行疊加的時候會出現問題，因此在更新的時候要注意更新部分和未更新部分的精度匹配問題。

在精度匹配問題上可以采用多項式變換的方法來保證新、舊地圖之問的精度匹配，或者用精度較高的空間數據來糾正精度較低的空間數據，一般情況下，可通過一定數量的公共點來實現整個圖面的精度匹配。

1.3 空間信息與屬性信息同步更新原則

由于城市基礎地理信息數據庫的內容較多，其中的屬性數據也十分復雜，因此在更新的時候，不僅僅是對圖形數據進行更新，而且要同步地對屬性數據進行更新，保證二種數據同時更新，如對原來的一個宗地而言，現在有可能變成了兩個宗地，因此屬性信息中的宗地所有者、宗地面積等信息都應該一起進行更新。

1.4 一致性原則

在城市地理信息系統中，由于存在大量的圖種，在更新的時候，如何保證各個圖種之間數據的一致性是很重要的，同時還涉及到同一個圖種內的坐標系統的一致性等問題，只有很好地保證基礎空間數據的一致性，才能利用這些基礎數據做出正確的分析和決策。為了保證數據的一致性，必須采取嚴格的措施來進行控制，也包括數據質量的控制等內容。

2 城市基礎空間數據更新的內容

在城市基礎空間數據更新的原則基礎上，對于城市基礎空間數據來說，其數據更新內容就是空間實體的變化、相關屬性信息的變化和拓撲關系的重建等。

2.1 空間實體的更新

對于城市基礎地理信息系統來說，空間實體的變化是最基本的更新內容，各種點、線、面特征是GIS的基本研究對象，在考慮實體變化的過程中，是主要需要更新的。空間實體中由于點、線相對來說要簡單一些，因此重點應該是面信息的更新。

2.2 屬性信息的變化

屬性信息的變化主要有兩種情況，一種是空間實體沒有發生變化，只是和該空間實體相關的屬性發生了變化，如對一棟房子而言，當房子轉讓后，房子的產權就發生了變化，而房子的空間信息沒有發生變化；另外一種情況就是空間信息和屬性信息都發生了變化，如一個地方進行了重建，該地方原有的空間實體全都發生了變化，同時其屬性信息一般也會變化。因此在屬性信息的變化中，最重要的是要保證空間信息和屬性信息的一致性，否則很容易產生錯誤。

2.3 拓撲關系的重建

在城市基礎地理信息系統中，在一定的范圍和程度上需要建立拓撲關系，因此在空間實體發生了變化的時候，拓撲關系也要發生變化，但該過程不應該完全由人工來實現，大部分應該由程序根據實際的情況來自動變化。一些大的街區，道路和部分房子更新等都需要重新建立拓撲關系，拓撲關系建立起來后可以供其它的分析使用。拓撲關系的重建應該結合空間實體信息的更新同步進行。

3 城市地理信息系統更新的方法

由于城市基礎空間數據的采集方式多種多樣，因此其更新的模式也不一樣，城市基礎空間數據的更新應該在遵循前面提到的原則基礎上進行，同時更新工作應該和竣工驗收等結合起來進行，這樣可以更好地保證城市基礎空間數據更新的效率。可以采用丈量法、數字化與掃描矢量法、全野外數字測圖法、基于無線通訊方式的PDA掌上電腦更新法、規劃竣工測量等方式進行更新。（圖1）

3.1 丈量法更新城市基礎空間數據

在城市基礎空間數據變化不大的地方，或者地形等情況比較簡單的地方可以采用丈量法對其基礎空間數據進行更新，該方法主要是量取待定點相對已知點或基線的距離來確定待定點的坐標，主要有邊長交會、內外點法等。具體操作過程如下。

（1）野外丈量距離，并填入相應的表格或者自動記錄到存儲介質上。

利用丈量法更新基礎空間數據時，在野外首先丈量距離，應該采用鋼卷尺或者手持式的激光測距儀，并且嚴格按照規定填好相關數據并繪制草圖，以免產生錯誤。在丈量之前，首先要弄清各個起算的坐標，可以在室內通過圖解法得到控制點序列，注意編號的準確性。

（2）內業計算點的坐標，并進行空間和屬性信息的整理。

在所有丈量數據完整后即可回到室內進行數據的處理，可利用各種方法來計算待測點的坐標，有邊長交會法、內外點法。

（3）將更新后的信息放到數據庫中，實現數據庫的更新。

通過前兩步的工作后，基礎空間數據的更新已經完成了很大的工作，接著就是要對城市基礎地理信息系統中的數據進行更新，在更新的過程中考慮周圍地理信息和更新地理信息之間的關系，然后進行更新，數據更新后應該重新進行檢核和比對，以保證更新的正確性。

3.2 數字化或掃描矢量化的方式來更新城市地理信息系統

由于在城市的某些地方可能有了白紙測圖的成果，因此可以采用將原有紙質圖進行數字化或掃描矢量化，然后按照城市基礎地理信息系統的要求對等符號、線型等信息進行賦值，保證兩者的一致性，然后再對基礎空間數據更新。其基本作業過程是：數字化（圖紙掃描、屏幕矢量化）、屬性賦值、格式轉換、數據更新。

利用該方式來進行城市基礎空間數據的更新時，應充分考慮到已有圖紙的精度等信息，如果精度太差，則不合適用來作為城市基礎空間數據更新的基礎圖，需要重新進行數據采集。

3.3 利用全野外數字測圖法更新城市基礎空間數據

在丈量法、數字化或掃描矢量化無法滿足基礎空間數據更新的基礎上，可以采用全野外數字化測圖的方法來進行基礎數據的采集和更新，該方法適合變化區域大的地方。

3.4 基于無線通訊方式的PDA掌上電腦更新

隨著嵌入式操作系統的發展，PDA掌上電腦也逐漸在城市基礎空間數據的采集中開始應用，掌上電腦有各種操作系統和各種硬件平臺，但它們都有一些共同的特點：體積小、圖形化界面、觸摸屏等，這些特點決定了PDA比較適合野外數據采集，特別是在面積不大數據量不大的情況下，PDA是非常合適的，由于是圖形的界面，因此可以做到所測即所見，對于基礎空間數據的更新來說，應該是一個比較好的解決方案。根據PDA更新數據時采用的方式，可以分為兩種，一種是野外更新圖形、室內更新數據庫的方式；另一種是采用無線通訊方式，將野外測量的數據直接發回到控制中心，進行數據庫的更新。

3.5 規劃竣工測量方式更新

規劃竣工測量的質量不僅涉及到測量成果的準確性和可靠性，而且還將影響到規劃管理部門審批的落實和監督管理，因此施測時，作業人員都比較謹慎、細致，加之其起算數據一般為高等級的平面和高程控制點，這使得竣工測量成果比相應的一般地形圖測量精度高，體現了成果的準確性；另外規劃竣工測量一般都在工程竣工完成后6個月時間內必須完成，具有高的現實性：同時竣工測量是由施工單位實地測量和建設單位共同配合進行的，地形、地貌各要素表示齊全，權屬關系清楚，因而具有權威性。所有這些有利條件都使得利用規劃竣工測量成果動態更新城市基礎地形圖是最經濟、最適用的一種方法。

4 結語

建議在城市地理信息系統空間基礎數據現有建設成果的基礎上，建立以規劃竣工驗收測量、地籍測繪為日常更新源的更新業務體系及其相關的管理系統，在此基礎上配套系列入庫更新技術規程，實現數據更新的常態化、流程化，從而城市地理信息系統基礎空間數據庫所衍生的建筑物、道路、綠地等基礎專題數字線劃圖數據也有了經常性的數據更新源；另一方面，這種更新模式需要和城市測繪與基礎地理信息中心的日常業務結合，使得城市基礎空間數據更新有更好的機制保障。

參考文獻

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