數字城市大比例尺基礎地理信息數據治理與建庫應用研究

王永峰

（德州市城鄉規劃編制研究中心，山東 德州 253078）

0.引言

根據自然資源部關于全面推進實景三維中國建設的相關要求和部署，城市大比例尺基礎地理信息數據作為地形級實景三維的重要組成部分，是國家重要的數字化新型基礎設施，可以為國土空間基礎信息平臺、時空大數據平臺、天地圖等基礎平臺提供統一的地形級實景三維數據底板[1]，為國土空間規劃、自然資源管理和國民經濟發展提供空間數據服務支撐。鑒于城市大比例尺基礎地理信息數據規范性、標準化欠缺等問題，以及為了CGCS2000坐標系的推廣應用[2]，亟需對數據進行治理和建庫，這也是測繪地理信息領域十分重要的基礎性工作。只有按照統一技術體系和管理機制完成數據治理和建庫，才能促進信息共享，從而支撐國土空間規劃、自然資源管理、城市更新、智慧園區、智慧社區、智慧交通、智慧城管、安全應急等各項智慧應用的建設。現以德州市數字城市項目中的空間數據治理建庫為例，探討數字城市大比例尺基礎地理信息數據治理和建庫的技術方案和流程。

1.基礎地理信息數據治理與建庫概述

城市大比例尺基礎地理信息數據指的是1∶500、1∶1000和1∶2000比例尺數字線畫圖（DLG）、數字高程模型（DEM）、數字正射影像圖（DOM）、地名/地址數據等（如圖1所示）：

圖1 城市大比例尺地理信息數據組成

根據國家基礎測繪數據施測、管理和更新的責任劃分原則，1∶500-1∶2000大比例尺基礎地理信息數據治理和建庫工作由地市測繪地理信息主管部門負責組織并開展[3]。

1.1 DLG數據治理建庫

通過GIS數據庫管理系統或者桌面端地理信息軟件對1∶500-1∶2000大比例尺DLG數據進行拓撲關系檢查、數據清洗、統一的空間參考設置、坐標系轉換、數據格式轉換，并采用“物理上分散、邏輯上集中”的方式進行數據入庫、數據管理和數據更新。

根據《基礎地理信息要素數據字典》GB/T 20258.1-2006和《基礎地理信息要素分類與代碼》GB/T 13923-2006規定，入庫后的DLG數據必須包含要素名、分類碼、屬性字段、圖層、字段定義，以及要素所屬的圖層；同時必須符合地理信息數據的要素表達和幾何類型（Point、Polyline、Polygon）。

1.2 DEM和DOM數據治理建庫

通過GIS數據庫管理系統或者桌面端地理信息軟件對DEM和DOM數據進行坐標系轉換、數據格式轉換等治理和優化，并采用“物理上分散、邏輯上集中”的方式進行數據入庫、數據管理和數據更新。

1.3 DOM數據治理建庫

通過GIS數據庫管理系統或者桌面端地理信息軟件對DOM數據進行坐標系轉換、數據格式轉換等治理和優化，并采用“物理上分散、邏輯上集中”的方式進行數據入庫、數據管理和數據更新。

1.4 地名/地址治理建庫

按照國家基礎地理信息標準規范中對地名/地址數據的治理和建庫要求，使用外業GIS軟件進行地名/地址數據的采集和錄入；在內業通過GIS數據庫管理系統對地名/地址數據進行查重、清理、修改、優化、入庫等操作，從而完成地名/地址數據的預處理、清洗、優化、入庫、管理和更新。

2.GIS 數據庫管理系統設計

GIS數據庫管理系統是進行城市大比例尺基礎地理信息數據治理和建庫的基礎支撐平臺。

2.1 數據庫層

GIS數據在物理上統一存儲到空間數據庫中。大比例尺基礎地理信息數據建庫宜選用Geospatial數據模型對數據進行組織和管理，數據庫應當支持空間對象存儲模式，常用的空間數據庫有PostgreSQL、MySQL、Oracle、SQLServer等。

2.2 GIS平臺層

常用的GIS平臺有PostGIS、SuperMap、MapGIS、GeoScene（或AcrGIS），通過GIS引擎連接到Oracle等空間數據庫。當數據量不大并且數據類型較為簡單時，可以選用開源的數據庫和GIS平臺進行數據治理和入庫，如mySQL和QGIS；當數據量較大并且數據類型較為復雜時，應當選用大型商業數據庫和成熟的GIS平臺進行數據治理和入庫，如，Oracle和GeoScene。

2.3 應用層

作為數據庫管理系統的上層應用，提供常用的數據治理和建庫功能及交互界面，包括數據瀏覽、數據查詢統計、數據處理、數據入庫、數據提取、數據更新、歷史數據管理、元數據管理等。

數據瀏覽：主要用于切換視圖窗口模塊，根據行政區、圖幅號或者坐標信息進行地圖定位，提供用戶瀏覽已入庫的變化要素數據，支持多期數據進行對比查看。

數據查詢：以不同的查詢條件（如屬性要素信息、空間關系）對各種已加載的DLG數據和元數據進行單獨查詢，以及基于空間關系和屬性的組合查詢。

數據統計：可通過庫存統計功能進行詳細信息的查詢，明細里面將記錄數據庫內的數據存儲情況，包括數據資源、文件資源的名稱、數量、入庫時間、操作員、入庫標識等信息；還可以用更加直觀地統計圖表的形式進行結果展現。

數據處理：包含格式轉換、高程換算、坐標和投影變換、數據裁切、數據拼接、編輯字段等。

數據入庫：實現不同比例尺、不同類型的空間數據及其元數據的入庫前質檢以及入庫，將DLG、DOM、DEM、地名/地址等數據導入或更新到數據庫。

數據提取：制定數據提取方案，并進行基礎地理信息DLG數據、柵格數據等數據的提取。

數據更新：對已完成入庫的基礎地理信息數據進行版本比對、維護、更新、遷入、回溯等操作，包含按要素更新和按范圍更新等方式。

歷史數據管理：實現歷史數據庫的增刪改，以及歷史數據版本查詢、歷史數據版本信息維護、歷史數據刪除和歷史數據輸出等。

3.基礎地理信息數據治理

由于數字城市大比例尺基礎地理信息數據來源多種多樣、數據遵循的標準和格式不統一，需要建庫前進行一系列的治理工作，包括數據格式轉換、數據集坐標轉換、數據一致性處理、數據空間化、數據質檢等。

3.1 基礎地理信息數據數據格式

包括矢量格式轉換、DEM格式轉換、DOM格式轉換、柵格數據金字塔創建。

3.2 基礎地理信息數據坐標轉換

為了保障數據標準一致性，需要對所有歷史數據以及現有數據，根據采用統一的坐標轉換參數、工具、資料和服務，對數據進行坐標轉換、規范化處理，統一空間基準，具體的數據參考標準如下：

空間基準：統一為2000國家大地坐標系，同步提供WGS84坐標系；

時間基準：對資源的空間屬性、元數據進行時空化處理，添加數據使用時間、數據采集時間、數據更新時間與修改時間及停止使用時間等相關時間，日期采用公歷紀元，時間采用北京時間。

3.3 基礎地理信息數據一致性處理

對于存放的DLG、DEM、DOM和地名/地址數據，將更新后的地理數據進行快速而完整的地圖綜合，利用綜合的結果聯動更新相應范圍內的原始數據，自動變成歷史數據。

3.4 基礎地理信息數據空間化

DLG、DEM、DOM數據的空間化通常在之前的測繪內業完成，主要采用空中三角測量手段來完成。對于DEM和DOM，也可以采用遙感影像幾何糾正的方式來完成，通過在ERDAS等軟件中設置多項式幾何校正模型、選擇地理參考圖像、采集地面控制點、采集檢查點、數據重采樣等步驟來開展。

對于地名/地址數據，如果業務人員對專題業務數據的空間位置比較熟悉、可以設置輔助參照底圖（如地形參照物、二維電子底圖和影像底圖），在參照底圖上標繪地名/地址點。

3.5 數據質檢

（1）通用性質檢

按照《數字測繪成果質量檢查與驗收》GB/T 18316-2008，結合本次項目建設要求，對數據治理和建庫成果進行質檢，質檢指標涵蓋地理信息數據時間和位置精度、數據完整性、屬性數據精度、空間坐標系、邏輯一致性、表征質量等[5]。

（2）針對性質檢

除了通用性質檢外，需全面檢查DLG、DEM、DOM和地名/地址數據本身的數據精度和質量等關鍵指標。

4.基礎地理信息數據建庫

在完成大比例尺基礎地理信息數據治理工作后，需要按照統一的分類編碼和坐標系參數對相關數據進行治理，并使用統一的數據庫管理系統將DLG、DEM、DOM和地名/地址數據導入相應的數據庫。各種數據的入庫是數據建庫的重要步驟，需要進行入庫前檢查、入庫后檢查、入庫后處理等一系列操作（如圖2所示）：

圖2 城市大比例尺地理信息數據建庫

4.1 入庫前檢查

本項目中，數據入庫前主要對以下內容進行檢查：數學基礎（數據分幅情況、平面和高程基準、空間投影、投影分帶）、數據一致性、數據完整性、數據精度、數據位置、數據屬性（屬性字段的類型、名稱、長度定義等）。

4.2 入庫后檢查

數據唯一性分析（是否存在重復入庫等情況）、數據完整性（數據集遺漏、要素遺漏、圖層遺漏）、圖幅和分帶質檢拼接遺漏情況等檢查、數據位置準確性（數據集中是否存在改圖層或數據）。

4.3 入庫后處理

（1）DLG圖幅接邊核對

DLG數據制作通常按圖幅輸出，圖幅接邊線和接邊位置的準確性可能存在問題，需要進行核對。

（2）建立DEM和DOM數據金字塔

為了滿足柵格數據的應用效率，需要使用數據治理工具對DEM和DOM數據創建金字塔，不同范圍、不同比例尺、不同分辨率柵格數據構建金字塔需要的時間不同。

（3）空間數據管理

通過GIS數據管理系統對基礎地理信息數據進行統一入庫；入庫后也需要基于該系統對數據進行集中管理，包括數據更新、版本管理、版本回溯等。GIS數據所有者可以完成的數據管理操作包括數據輸入、數據輸出、數據瀏覽、數據查詢和統計、數據編輯（增、刪、改等）、數據預處理等。

（4）空間數據更新

數據更新主要包含兩種方式：按版本更新和增量式更新。應當根據技術能力和數據源等情況綜合選取更新方法，為了更科學高效開展數據更新，本項目基于數據庫管理系統采用增量式更新方式。

5.結束語

基于數字城市以及實景三維中國數據庫的建設需求，本文對市縣級大比例尺基礎地理信息數據（DLG、DEM、DOM、地名/地址）治理和建庫體系進行設計，對治理和建庫策略和流程進行分析，實現了空間數據標準、數據格式、坐標系等方面的統一，為智慧城市建設中大比例尺地理信息數據的共享和分發奠定了良好的基礎，有力地支撐了數字城市和智慧城市建設。本文采用的方法理論上也適用于中小比例尺的基礎地理信息數據治理和建庫，但是需要進一步驗證；同時，本文僅對地形級實景三維數據治理和建庫進行了研究，對于城市級以及部件級實景三維數據沒有深入研究，需要進一步加強。