“現狀一張圖”房屋專題數據更新的建設與實施

張竹欣 左效剛

（1.北京市測繪設計研究院，北京 100038；2.城市空間信息工程北京市重點實驗室，北京 100038）

0 引言

近年來，為滿足北京市規劃和自然資源委員會對綜合地理信息分析決策服務的需求，以便為全委空間大數據平臺建設提供支持，北京市測繪設計研究院開展了“現狀一張圖”項目，該項目通過整合國土資源相關的各類數據，包括遙感與土地利用情況、基本農田、遙感監測、土地變更調查、礦產資源、地質環境以及基礎地理等多源信息，促進了國土資源核心數據庫的形成，實現了土地、礦產等各類資源的準確記錄以及資源開發生命周期各階段信息的全面掌握，不僅有利于監測地質災害發生情況，而且讓資源狀況“一覽無余”［1］。當前，測繪地理信息事業已進入創新發展的關鍵階段，對各類地理信息和數據的挖掘和利用提出了新的要求，尤其是“二十大”的召開，更是明確要求提升測繪地理信息保障服務水平。房屋專題數據種類繁多，具備多源性、多維性、類型多樣性、空間拓撲性、多層次和關聯性、動態性、海量性等特點，要想實現對這些數據的有效管理，需要充分利用“現狀一張圖”系統，實現國土資源房屋專題數據在各項審批業務、資源監管和宏觀決策和數據交換中的共享與應用，最終促進房屋專題數據管理工作規范化、秩序化、信息化［2］。鑒于此，2019 年，北京市測繪設計研究院完成了城六區和通州區的“現狀一張圖”房屋數據2018 版加工工作，并在2020 年實現了城六區數據的更新工作，將2018版房屋專題數據更新到了2019版，旨在為后期房屋專題數據的利用提供堅實基礎。但為了保障房屋專題數據的持續有效性，房屋專題數據需要不斷更新建設。

1 更新任務與總體思路

1.1 更新任務

“現狀一張圖”房屋專題數據的更新建設與實施，主要是為了落實中央領導、部領導和全國國土資源信息化工作會議精神的重要行動和步驟，對房屋專題數據資源進行整合、分析和挖掘，建立一個集中管理、安全規范、充分共享、全面服務的房屋專題數據庫，為相關人員提供全覆蓋、高精度、動態更新、屬性融合的房屋專題數據，并對這些數據進行實時更新，發揮其在國土資源形勢分析、資源監測監管、參與宏觀調控、輔助決策支持及社會化服務的重要作用［3］。該項目具有如下特點［4］：①每棟樓都有自身的編碼，在保持數據延續性的基礎上方便外部單位將房屋專題數據與其他屬性掛接；②覆蓋全市域、單體的測量，可以解決地形圖中樓層數不明的問題；③根據數據來源差異，將同類要素分為不同精度；④按北京市規劃和自然資源委員會需求對數據信息進行動態更新和版本更新，保障北京市四環區域內一年兩次、其他地區一年一次的版本更新頻率；⑤可與不同類型和屬性的數據信息進行融合?？傊?，該項目主要增強房屋數據的現勢性和屬性多樣性，保留原高精度的前提下，將其與其他不同數據進行歸納融合，更好地保障數據的上線應用。

1.2 總體思路

該項目數據將與原地形圖數據完全不同的房屋數據融合到擁有全要素數據的新版地圖中，實現房屋數據的更新和建設。在具體開展這一工作的過程中，結合北京市各區的實際，對多個部門加強調研，與之交流并征求其意見，經多次討論和驗證，最終制定了符合此次專項更新的框架技術路線（圖1），在中心城區部分區域進行試點。由于數據更新范圍覆蓋了東城區、西城區、朝陽區、豐臺區、石景山區、海淀區等多個區，涉及范圍較為廣泛，且更新數據量較大，數據資源的來源較為多元，大大增加了數據融合更新的難度。

圖1 總體研究思路

2 更新技術流程與實施

2.1 數據源準備與時間節點

2.1.1 數據源準備

在對數據進行融合之前，需要做好數據源準備工作，明確各類數據的更新時間節點［5］。本項目準備的數據有2017 年立體（Mesh）本底房屋數據、2018—2019 年變化房屋數據、違建銷賬類房屋數據、房屋影像數據、房屋竣工數據等，具體數據情況如下：

（1）立體（Mesh）本底房屋數據。經過立體（Mesh）模型更新的本底入庫數據，包括專題施工拒測數據、專題單體房屋數據、專題分體房屋數據以及專題附屬建筑數據四類。

（2）變化房屋數據。比如地形圖房屋變化圖斑等。

（3）房屋違建銷賬數據。比如樓頂違建和占地違建的房屋數據。

（4）房屋影像數據。利用美國世界觀-3（WorldView-3）立體衛片或北京二號衛片記錄的五環以內房屋數據。

（5）房屋竣工數據。主要是2019年的房屋竣工數據。

（6）其他數據。各區范圍內的其他數據。

2.1.2 數據源時間節點

數據源時間節點如表1所示。針對時間節點不統一的問題需對數據進行篩選性更新，增加判別要求來滿足更新要求［6］。

表1 不同數據源時間節點

2.2 技術流程

更新技術流程如圖2所示。

圖2 更新技術流程

更新主要分為三個階段。

首先，以2018年“現狀一張圖”房屋專題數據為底圖，利用2018 年、2019 年兩年基礎地理地形圖數據輸出進行軟件比對，提取增刪改數據；利用房屋比對法對2019 年銷賬數據、2019 年竣工數據進行處理，合理更新數據至最新時間節點；對比TDOM、2019 年底立體衛片使用傳統采集調繪更新法將數據更新至2019 年底。利用衛片影像和航測立體測圖的方式對數據進行補充，以便滿足現勢性要求，在補充銷賬數據的情況下刪除預處理成果未刪除的地物。

其次，新增房屋和變化的專題數據，更新并糾正需要核實的地物。利用2019 年立體衛片將新增房屋數據進行分體處理，重點更新不具備現勢性的房屋專題數據。

最后，檢查全圖，包括數據精度、現勢性、屬性必填項、空間拓撲、接邊等。

2.3 更新實施

2.3.1 更新圖層

通過數據的補充和更新，最終獲得了四大類成果數據，即專題單體房屋類（BUIA_Foot）、專題分層房屋類（BUIA_Over）、專題附屬建筑類（BUIA_Ancillary）及專題施工拒測類（RArea）。其中，專題單體房屋類數據可進一步劃分為建成房屋、高層房屋等12 小類數據，專題分層房屋類數據可進一步細分為簡易房上房和永久房上房兩小類數據，專題附屬建筑類數據則可進一步劃分為廊、亭、室外樓梯等23小類數據，專題施工拒測類可劃分為拒測區域和施工區域兩小類［7］。采用統一的七位編碼（市級標準）方式對各小類進行統一的建檔、統籌和管理，其具體形式為3位大類碼＋3位小類碼＋1位屬性碼。此分類遵循基礎地形圖的分類標準，將重點更新要素提出匯入專題類，避免了要素大量堆疊導致更新效率受影響的情況發生，極大地方便了后期專題要素數據的提取與統計分析。

2.3.2 實施方案

為了滿足相關需求，項目設計不拘泥于現有地形圖標準和國普標準，本項目從全院生產流程改造的高度進行創新設計，充分考慮基礎測繪、地理國情監測等實際。在融合多種房屋數據的過程中，保留原先數據優勢的基礎上實現位置融合最準及屬性融合最全的目的。項目在具體實施的過程中，遵循先易后難的原則，逐步豐富已有數據，提升數據成果的精度。為了更大化地滿足數據的質量要求，項目實施人員會不定期對項目的數據質量進行檢查，使其可以充分反映地物現狀［8］。為了提升數據融合效率、數據獲取現勢性、數據采集效率等以及豐富數據屬性內容，項目在實施的過程中加強了對各種先進技術的利用。

在采集房屋數據方面，項目重點采集長寬在1 m以上，高度在1.2 m以上，兩面墻以上，且有頂的地物。采集地物數據后利用衛片對地物進行繪制，在繪制時需要考慮地物高度，保障地物頂部及其相對關系等。

立體模型中數據為“正建”，如果當前影像已封頂，數據更新中要填好房屋層數。通過衛片判斷數據是否為“正建”，如果已完成施工，要將“正建”改為“建成房屋”或“高層房屋”。如果模型無法判斷數據是否為“正建”，可通過國普數據核實層數，并備注屬性，為后續數據利用提供依據。

本項目中內業對房屋處理要求較高，要求專題數據各類建筑物、構筑物應準確測繪外圍輪廓和如實反映建筑結構特征。當樓層數跨層超過2層時，應通過立體模型進行分體，例如原房屋為永2～10，應將房屋按照實際分為永2 和永10，這就需要融合使用立體（Mesh）模型進行采集；若樓層無法判斷，按層高3.5 m 計算層數并備注需核實層數，為后期外業調查預留依據；若為飄樓，需要填寫終止樓層和地上層數，建筑結構與主體保持數據一致。項目保留了房上房數據，在采集這類數據時，房屋層數自動標注為房屋本身層數，如永9房屋上的2層房上房，層數標注2層。對于變電箱、棚房等屬性不明的數據，按一般房屋表示并備注。若為分體建筑，則將其合并為單體，合并內容包括飄樓、室外樓梯、地下室通風口、地下建筑出入口、門廊與主體，如果單體建筑材質不同，則不進行合并處理。在項目更新過程中，需要保持規范性，充分預防物理交叉、面包含、最小銳角、懸掛、圖形異常等情況的發生。通過已有資料無法準確判斷地物位置、層數、建筑結構、有無地下室等信息時，應在備注中填寫“外業核實”。更新時，需要保障圖面整潔美觀，符合地形圖成圖標準，暈線方向、棚房角齒、自動生成配置符號的數量合理。

3 關鍵技術及應用效果

3.1 實施關鍵難點及解決技術

在項目更新過程中，由于受圖斑增刪改的影響較大，數據內容的準確性與屬性內容信息的連貫性等均受到了一定的影響，為了滿足數據成果的需求，需要重新設定采集規則，可對圖斑變化進行觀察、對比、理解后再做準確判斷和數據更新。

3.1.1 房屋必填項填寫

原地形圖中未設置必填項，但此項目按照內業加工流程操作規范作業，特增設了必填項，每一數據源自動掛接數據來源。通過不同方式獲取的圖斑均應備注數據來源，不同數據來源對應不同的精度。繪制過程要區分房屋建筑結構類型，一般房屋多為磚石木，臨建和施工工棚為其他結構，永久房屋多為混合結構，也有些是鋼筋混凝土結構，高層房屋為鋼筋混凝土結構［9］。

3.1.2 房屋分體要求強化

新增房屋處理內容要做分體處理，無法分體處理的可通過立體測圖方式進行。要將數據中的分體地物進行單體化處理，將數據中已經分體的地物通過軟件算法添加標識并合并成單體。未分體的地物要分體處理后再合并生成單體［10］。分體處理后的建筑如圖3所示。分體與單體對照如圖4所示。

圖3 經單體化處理后的房屋

圖4 分體與單體對照表

3.1.3 創新變化原因填寫

以往房屋數據更新僅限于圖形更新，從未將兩年房屋數據進行關聯［11］，為了方便查詢和編輯房屋數據，了解其延續性變化情況，需要新增記錄項目房屋屬性變化情況，保留房屋統一為七位編碼，在此基礎上，添加房屋變化原因屬性項，如實填寫變動房屋數據。在項目中，新增檢查項會檢驗該規則填寫的正確與否，填寫規則如表2所示。

表2 變化原因填寫規則

填寫后，可直接通過該屬性項對房屋變化進行增量提取，相比后期項目人工進行數據統計和比對，更具可用性和便捷性。

3.2 應用情況

傳統的更新方式操作復雜，周期長，工作量大，難以快速且及時地發現數據變化情況，無法與一張圖房屋專題數據進行匹配更新。此項目綜合運用了多種大規模數據，采用不同方式對不同數據進行學習、智能提取與利用，更新中強調通過對屬性信息的填寫，可以實現對變化圖斑的動態追蹤以及對數據的逐個針對擊破，最終將其匯總更新至成果中，充分實現了數據的更新留痕及可追蹤［12-15］。此外，正逐步嘗試探索以變化圖斑為更新單元、以變化內容確定更新要素和周期，按照更新內容組織數據生產和平行質檢，優化數據產品和服務。此項目可以發現房屋建筑要素的季度和月度變化，方便監督管理建筑的全過程和施工進度，及時發現違法建筑等。

4 結束語

“現狀一張圖”項目是當前北京院重點開展和推進的項目，旨在摸清全市重點區域的建筑規模、地理要素、空間地理狀態和時空信息，實現“一張地圖窺全貌”，充分滿足超大城市規劃和建設的要求，切實治理“大城市病”，進一步實現防災減災與城鄉一體化統籌目的。項目在不斷推進過程中，已為通州區城市副中心的規劃和建設、東西城核心區規劃編制和石景山區房屋普查等項目提供了重要的數據支撐。目前為止，該項目主要集中于房屋專題的構建和實施過程中，未來會結合全區的交通資源、地質資源、人文資源、水資源陸續開展交通專題、公共服務專題、水系專題等專題數據生產，真正做到全區“現狀一張圖”，為北京市新型基礎測繪工作的開建奠定基礎。