地理信息公共服務平臺數據融合方法初探

王春光 尹志永 呂從 曹萬明

摘 要：地理信息公共服務平臺的建設是測繪部門適應社會經濟發展轉變服務方式的一項重要舉措，平臺通過互聯網提供一種全新的在線地圖服務模式。該文圍繞省級地理信息公共服務平臺數據更新，探討了地理地理信息公眾服務平臺的建設中，國家、省、市三級節點數據的融合的思路和方法。并且以道路要素為例，詳細闡述了整個數據融合的技術流程和處理方法。

關鍵詞：地理信息公共服務平臺 數據融合 地圖瓦片

中圖分類號：P283.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0100-03

地理信息公共服務平臺是一個開放式的信息服務平臺，通過對平臺數據的更新融合工作，對于促進政務資源共享、推進國民和社會信息化、促進經濟社會又好又快發展具有十分重要的意義。該文以河北省范圍內，省、市級節點與國家地理信息公共服務平臺公眾版（天地圖）數據的融合為例探討了地理信息公共服務平臺數據融合的思路和方法。

國家地理信息公共服務平臺公眾版（天地圖）總體架構上由國家主節點、省級節點和市縣級節點（信息基地）組成。平臺各級節點之間通過Inter網實現互聯。從國家到省級再到市級的各級比例尺的全國地理信息資源，實現在線協同服務。

地理信息公共服務平臺公眾版的數據是依據國家統一頒布的關于地理信息公共服務平臺建設術規范，由國家、省、市分別對各自負責的基礎地理信息數據進行內容提取與分層細化、模型對象化重構、符號化表現、安全保密處理等一系列加工處理，最終形成地理信息公共服務平臺數據。地理信息公共服務平臺的數據主要由地理實體、地名地址和電子地圖數據構成。

國家節點主要以1∶5萬及以下小比例尺基礎地理數據為數據源生產制作1-14級數據；省級節點以1∶1萬或1∶5000比例尺基礎地理數據為數據源生產15-17級數據；市縣級節點以1∶500或1∶1000比例尺基礎地理數據為數據源生產18-20數據。三級節點的數據通過互聯網實現數據在線協同服務，通過服務聚合的方式，為公眾提供全國在線數據服務，矢量數據精細度達到1∶500比例尺，影像數據分辨率達到0.5m。

“天地圖·河北”共加載總容量約為16G的矢量（地理實體數據、地名數據、）和影像（影像電子地圖數據）兩大類數據，分別由河北省基礎地理信息中心于利用全區1∶1萬地形圖、0.5 m分辨率全省衛星影像和石家主莊、邯鄲、秦皇島主城區1∶500地形圖及0.2 m分辨率衛星影像、相關專題數據加工制作而成。

數據融合是指收集國家、省、市各級節點最新的數據資源，通過數據的分析、比較、提取等整合處理，使得各級節點數據保持較高的一致性，形成一套最鮮活的數據。通過數據的融合將有力地提高“天地圖”各節點數據的現勢性。

1 數據來源

數據源包括國家、省、市節點框架要素數據（地理實體數據、地名地址數據、電子地圖數據等）與各種基礎理信息數據（1∶1萬及以上的大比例尺DLG數據），以及其他地理信息數據或行業專題數據，河北省數據融合過程中充分利用了最新的數字城市建設成果資料（現勢性強的高分辯率影像數據和地名地址以及PGIS數據等），確保了融合后數據成果的現勢性。

1.1 基礎地理信息數據

基礎地理信息數據是“天地圖·河北”電子地圖生產的基本數據源，經過對現有基礎地理信息數據的詳細調研、整理分析，選擇如下。

1.1.1 數字線劃圖（DLG）

2000—2014年期間生產的1∶10000數字線劃圖，均通過河北省測繪產品質量監督檢驗站檢驗合格。該數據主要用于地理實體數據處理、矢量電子地圖加工以及遙感影像的糾正。

1.1.2 影像數據

影像數據包括0.5 m、0.2 m分辨率，年代從2010—2014年的航攝影像，可作為地理實體更新、電子地圖制作的基礎資料，詳情如表1所示。

1.2 歷史成果數據

河北地理信息共享服務平臺框架數據于2012年由河北國省基礎地理信息中心生產，數據主要由地理實體數據、地名數據、電子地圖數據、專題數據和影像數據構成，時隔兩年，數據需更新換代。

1.3 專題數據

大部分的專題數據都與空間位置有關，收集到的有交通路網數據、行政區專題數據、國土資源專題數據等，將用于要素更新、數據處理及數據融合。

1.4 國家主節點數據

國家主節點將提供一套數據，包括四維導航路網、POI數據、鄰省接邊數據、河北區劃數據。國家主節點數據主要用于與“天地圖·河北”節點數據的融合。

1.5 數字城市數據

河北已完成“數字石家莊、邯鄲、廊坊、秦皇島”地理空間框架建設。其中，“數字石家莊”“數字邯鄲”“數字廊坊”“數字秦皇島”地理空間框架數據成果主要有1∶500數字線劃圖（DLG）、數字高程模型（DEM）和數字正射影像圖（DOM）及主城區三維模型數據。項目根據數字城市的建設完成情況，將首先融合“數字石家莊、數字邯鄲、數字廊坊、數字秦皇島”數據成果至“天地圖·河北”節點，構建區、市節點一體化，進一步豐富、細化數據資源。其余數字城市數據成果待日后建成后再做融合補充。“數字石家莊、數字邯鄲、數字廊坊、數字秦皇島”擁有一套基礎地理信息數據庫，可作為大比例尺城市節點數據，與省級節點進行數據融合。數據融合時，以現有的天地圖數據的坐標系統為基礎，通過對數據源中相同要素的分析比對，選擇現勢性強、精度高的要素進行合并處理，數據合并后檢查成果數據的拓撲、位置關系以及數據的邏輯一致性，使融合后的數據在現勢性、準確性等方面達到最優。

2 技術思路與融合流程

2.1 總體技術路線

2.1.1 總體原則

數據融合時，通過對數據源中相同要素的分析比對，從中選取表達準確、現勢性好、精度高的要素進行合并，并對合并后的結果進行幾何拓撲、空間關系與邏輯一致性處理，使融合后的數據在現勢性、準確性等方面達到最優。

（1）平面位置精度原則：需要融合的不同來源的數據平面位置精度不一致時，原則上以精度高的數據為準。（2）數據幾何表達精細度原則：需要融合的不同來源的數據幾何表達精細度不一致時，以精細度高的數據為準。（3）數據現勢性原則：需要融合的不同來源的數據現勢性不一致時，以現勢性高的數據為準；（4）空間關系與邏輯一致性原則：融合后的成果數據要素空間關系正確，各類信息邏輯一致。（5）數據內容原則：融合處理時應利用不同數據源的信息進行要素增補，融合后的成果數據應盡可能完整保留數據源中的相關信息。并以《天地圖數據融合技術要求》為依據，可根據實際情況，擴充分層、分類及字段。

2.2 設計思路

采用“一套數據，兩個版本”的技術路線，在數據收集、整理、融合、編繪、配圖等主要工序采用一套數據，只在數據進行脫密處理時分為天地圖和政務版兩個版本，實現高效、快速地搭建兩個平臺的框架數據，保障數據的統一、權威。

2.3 技術路線

數據融合采用國家主節點、河北節點歷史成果數據，結合數字城市數據成果、基礎地理數據、其他專題數據等，從中選取表達準確、現勢性好、精度高、內容全的要素進行合并、幾何拓撲、空間關系與邏輯一致性處理，使融合后的地理信息數據在現勢性、準確性、豐富性等方面達到最優。

主要包括五大方面：（1）數據選擇：確定本底數據、被融合數據和參考數據。（2）數學基礎：進行統一的坐標轉換。（3）數據組織：建立新庫、進行要素重置、屬性重置（分類及代碼轉換）以及擴充分類和字段。（4）圖形融合：優化空間精度和精細度、剔除重復要素、增補缺漏要素、重建空間關系。（5）屬性融合：進行屬性融合及屬性融合后的正確性和完整性核查處理。

2.4 數據融合流程

數據融合包括矢量數據融合和影像數據融合。

2.4.1 矢量數據融合

主要處理國家節點與河北節點的道路要素、鐵路要素、水系要素、居民地要素、境界與政區要素、綠地要素、地名地址與興趣點以及。

2.4.2 影像數據融合

遙感影像數據依據空間覆蓋范圍、影像時相、空間分辨率和影像質量等因素，從數據中擇優選用。

（1）坐標系轉換：對參與融合的省市數據源的坐標系統進行糾正。如果數據為基礎測繪成果則需要提取融合的數據圖層，并經過數據的脫密處理后再進行坐標系統轉換，使得數據源可以在統一的空間基準下準確套合。整體套合可以通過選取控制點的方式，將融合的數據糾正到國家接點數據的基準下。經過坐標系統轉換的數據在平面位置上仍存在較大誤差時，依據精度較高的數據源對精度較低數據源進行修正或替換。（2）要素分層合并：首先，將各個數據源中的相同要素進行分層提取和比較；其次，按照現勢性、精確度等優先原則，對地理要素進行合并處理。（3）屬性結構規整：按照統一的字段結構進行屬性的同構，以及屬性字段內容完善。（5）圖形幾何處理：數據融合中按照數據的現勢性以及要素的空間位置等信息，對數據的圖形進行幾何處理。（6）空間關系處理：合理處理要素間的空間關系，保證同類要素或不同要素間空間關系的合理性與邏輯一致性，比如道路與綠地的關系、居民地與道路關系等。（7）數據接邊處理：包括數據融合過程中，作業區塊之間的接邊處理、融合區域與未融合區域間接邊處理。主要的內容包括，圖幅間的屬性與幾何接邊處理。（8）質量檢查：對融合后成果數據的質量進行檢查。

3 路網數據融合示例

3.1 數據源分析與選擇

道路數據來源主要來自三方面，一個是國家主節點路網數據，由四維導航提供；一個是河北省節點道路數據，數據現勢性為2000—2014年，同時另擁有專題數據及“數字石家莊、數字邯鄲、數字廊坊、數字秦皇島”1∶500DLG數據。

對比分析各數據源的優勢和不足，見表2所示。

經過對比，采用主節點路網數據為本底數據，以河北節點道路數據、“數字石家莊”等大比例尺線劃圖、1∶1萬地理實體數據、專題數據等為參考數據來增補本底數據。

3.2 道路處理要求

按道路要素處理要求，重新梳理數據組織。在兼顧路網導航功能的前提下，優化本底數據精度，同時，重點補充主節點路網中缺失的城市外圍道路（縣道、鄉道、小路），增補缺失的等級較高、連通性好的道路，并按要求填寫新增要素屬性。進行空間關系重構、合并，重建路網關系并處理好道路與其他要素（房屋、植被、水系、鐵路、境界政區）之前的關系。形成道路融合成果。

編輯與處理過程需實時疊加最新影像作為參考，同時不能破壞天地圖母庫數據中路網數據的拓撲結構。

（1）道路數據以道路中心線或車道中心線表達，并構成符合實際連通情況的道路網絡。（2）保持導航路網模型，依據現勢性、數據精確度、空間關系合理性等進行融合處理，保持拓撲關系正確。若導航路網數據有誤、現勢性較差或與基礎地理信息數據中的房屋、河流等要素產生嚴重沖突時，按照基礎地理信息數據對其幾何形狀與位置進行編輯。（3）充分利用“數字石家莊”等大比例尺數據中較為豐富的道路要素對石家莊市等道路數據進行增補。增補的道路與導航路網融合時，要嚴格按GB/T 19711-2005正確處理路網幾何拓撲。（4）內業無法準確判斷道路網絡連通關系的，進行外業調繪。確無條件的，保持導航路網原有連通拓撲，新增道路不與其在幾何上進行關聯以避免破壞導航路網模型。（5）按照《天地圖數據融合技術要求》（以下簡稱《要求》）對道路數據屬性結構進行規整，若數據源中包含《要求》未涵蓋的屬性項，予以保留。如果對道路網絡連通拓撲進行了處理，還應補充上下行等交通流信息。

3.3 道路處理流程

（1）屬性規整：對融合數據進行數據組織標準化。按道路要素處理要求，重新梳理數據組織。按照天地圖數據融合技術要求進行屬性規整。，

（2）緩沖分析：以本底數據為基礎，作緩沖區分析，緩沖距離根據不同的路網復雜情況設置為10m、15m、20m等。

然后通過空間選擇（Selection by location），分別選擇出兩套路網數據完全包含部分、完全不包含部分、相交部分，導出形成3份數據。針對完全包含部分，可初步認為兩套數據是重復的，以底庫數據為基準，刪除融合數據中的路網部分。

完全不包含部分：可初步認為是融合數據比底庫路網數據豐富的地方，直接以增量的形式，增加到天地圖本底路網數據中，起到豐富更新的作用。

相交部分：擦除（erase：去掉兩份數據在緩沖區內的部分）和裁切（clip，保留在緩沖區內的部分）。擦除保留的數據根據影像做延伸處理，裁切部分根據實際情況，保留多刪除的部分（可通過長度、GB和等級等屬性字段進行篩選，減少人工判斷的工作量。）

Erase：inptu features選擇下圖輸出的相交部分數據，erase features選擇緩沖圖層。

擦除后保留數據：通過懸掛和偽節點檢查，找出錯誤地方，根據影像延伸到主節點數據上。注意不能破壞路網拓撲結構。裁剪后保留數據：通過長度、等級、GB等字段科排除大部分錯誤數據，少數進行人工確認的確是多刪除的數據。之后進行路網連通性處理，通過懸掛、偽節點等檢查，并參照影像完成道路連通性處理。最后進行節點路網細化分層及空間關系重構、合并。根據高清影像，結合1∶1萬地理實體數據，優化本底數據精度，重點補充融合后路網中缺失的城市外圍道路（縣道、鄉道、小路），增補缺失的等級較高、連通性好的道路，并按要求填寫新增要素屬性。并處理好道路與其他要素（房屋、植被、水系、鐵路、境界政區）之前的關系，形成道路融合成果。數據接邊完成后進行質量檢查。融合完成的數據可以用來制作瓦片電子地圖。通過截圖可以看出，通過數據融合天地圖主節點的路網、居民地等信息都有了明顯增強。

4 結語

通過國家、省、市數據融合可以有效地提高天地圖在線數據的現勢性，極大的豐富數據內容和信息量，進而有力的提升地圖服務的水平和質量。本文結合實際生產任務總結了天地圖省市節點同國家主節點數據融合的主要流程。因為融合數據源來自不同的部門所以數據融合是一項復雜的工作。如何確保數據的現勢性以及海量數據的準確性，特別是地名地址數據的準確性也是數據融合中有待進一步探討。

參考文獻

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