基础测绘地理信息数据库更新方法研究

叶 程

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510000）

0.引言

随着基础测绘框架体系的不断完善和实景三维中国的深入推进，如何利用国家、省市县现有的地理国情普查和全国第三次国土调查等重大项目的成果数据进行地理信息数据库快速更新工作是基础测绘工作中面临的主要问题之一。按照测绘法，国家对基础测绘成果实行定期更新制度，更新的周期可根据当地国民经济、社会发展、生态保护等实际需要以及城市地物更新变化情况来综合确定。其中，1∶100万至1∶5 000国家基本比例尺地图、影像图和数字化产品至少5年更新一次。各省、市（州）、县（市、区）也会通过地方性法规和规章来明确基础地理信息数据库更新周期，并在实践中通过城市基础地理空间数据库年度更新等项目，持续投入经费以开展基础测绘数据的更新工作。甘翠[1]通过多源卫星遥感影像相关的技术，实现1∶10 000基础地理信息数据库的更新；邵轩[2]通过无人机技术来实现小范围大比例尺地理信息数据库的更新。本文在前人研究基础上，通过倾斜摄影和激光雷达等三维全息测绘，实现基础地理信息数据的快速更新。

1.基础地理信息数据更新技术路线

基础地理信息数据更新的主要技术路线如下：

（1）对变化区域进行航空摄影和全息测绘，获取该范围的遥感影像、倾斜模型、激光点云等数据。

（2）以采集的全息测绘数据为基础，对范围内房屋建筑、道路、水系、植被要素进行数字化，并由质量检查组对数字化成果进行检查，确保数据的准确性。

（3）数字化完成后，对影像和地形图进行接边。

（4）利用一体化平台对数字化及接边成果进行规范化整理，最终实现数据入库。

1.1 已有资料收集

收集变化区内原有卫星遥感影像、数字高程模型、地形图、互联网地图数据或导航路网数据等相关资料，用于参与变化区域智能变化检测分析等工作。

1.2 变化检测

变化检测即基于AI智能图像识别技术对多期遥感影像进行分析，高效快速判断发生变化的地表物理特征和地物变化情况。尽量选择前后分辨率一致的遥感影像，如，高分系列、资源三号、吉林一号、北京三号等国产遥感卫星拍摄的影像；同时，影像分辨率越高，AI识别的精度越高。利用常用遥感图像处理软件可完成变化检测工作，此处以ERDAS为例说明整个变化检测流程：

（1）将两幅影像数据导入ERDAS中，启动Image Geometric Correction工具进行几何配准。

（2）打开DeltaCue智能变化检测模块，创建工程文件。

（3）输入前后两幅影像，进行影像裁切。

（4）进行影像归一化处理。

（5）选择变化检测算法和参数，此过程需要启用“光谱分割”选项。

（6）开始执行变化检测，并输出变化检测结果。

1.3 数据采集与更新

1.3.1 全息数据生产

（1）数据获取

采用倾斜摄影测量、无人机航摄等智能化技术高效采集更新范围内的倾斜数据、激光点云等全息数据。

（2）数据处理

利 用Context Capture、Agisoft PhotoScan、Smart3D、PhotoMesh、Mirauge3D等平台对倾斜摄影数据进行空三处理、三角网构建和纹理映射，生成标准OSGB格式的实景三维模型[3]。同时利用Orima等专业的摄影测量平台对倾斜影像数据进行光束法空中三角测量、正射纠正等一系列处理[4]，生成标准格式的正射影像，如，tif、img。利用Terrasolid等点云处理工具对点云进行纠正并输出为标准的LAS格式。

1.3.2 数字化测图

基于测区内的倾斜影像或激光点云，采用裸眼3D方式进行测图。目前市面上主流的裸眼3D测图软件包括清华山维EPS、天际航DP-Modeler及南方数码的iDATA 3D[5]。将实景三维模型或激光点云数据导入测图软件，采编DLG地形图数据。

（1）道路中心线数字化更新

道路基于中心线进行数字化表达，要求同一条道路应确保联通性，且同一条道路线本身必须完整，不能断开；道路线不能有穿越建筑物的情况出现；道路应有等级之分，在其属性字段中需明确标识。

道路数字化过程中应尽量减少线的节点，在道路拐弯处一定要保持圆滑，尽量不存在尖角现象。

数字化道路中心线应注意道路的类别选择，各道路等级尽量与实际情况保持一致。

（2）房屋建筑物数字化更新

先将房顶数字化，再将其移动至影像图房屋底部，确保地基位置的准确性。

根据影像判断房屋形状，如果房屋轮廓明显，则根据轮廓勾画房屋结构；如果不明显，则以矩形代替，尽量保证房屋角度相对垂直、形状规则。

（3）水系与植被数字化更新

水系数字化过程中，尽量沿水系岸边进行数字化，不要仅沿水涯线，需注意线型的圆滑性。

当水系穿过道路时应保持其连续性。

根据遥感影像对植被进行数字化过程中，尽量明确植被的范围，同时注意线型的圆滑。

（4）拓扑错误检查更新

房屋建筑物不能与道路交叉，特殊情况例外。特殊情况为类似收费站性质的居民地等，道路是可以穿过房屋的。

房屋建筑物（如，围墙、台阶）附属设施不能与道路冲突。

水系不能与房屋冲突，除个别特殊情况。

植被不能与房屋冲突，但植被可包括房屋。

水系与植被要合理地表示：二者间不能互相冲突,但可互相包含。

水系与道路的表示：除遇桥，一般情况水系不允许与道路冲突。

房屋等要素要用面状完整体现，不要存在线形的面要素，否则会影响数据的后期转换。

1.4 数据预处理

数据预处理主要包括两方面工作：

（1）范围内地形图数据接边

将原始地形图与更新的地形图数据进行接边处理。涉及范围内外地形图数据的接边工作以CAD软件处理为主。将两份数据同时导入CAD软件中，在数据交接处，对其进行接边处理，处理完成后，相同图层数据合并成一份成果，最终得到更新后的地形图数据。

（2）数据格式转换

将DWG格式数据在CAD中转换成shp格式矢量数据。

1.5 数据质检

完成数据处理后，需要对数据进行质量检查。检查内容包括几何精度、属性精度、拓扑精度、完整性、逻辑一致性等指标。

（1）几何精度，检查更新后的影像数据和地形图数据精度是否有损失。

（2）属性精度，检查更新后的地形图数据的属性字段名称、字段类型、字段内容等内容是否有丢失。

（3）拓扑精度，将房屋建筑物、道路、植被、水系分图层进行整理，在ARCGIS软件中进行拓扑检查，确保数据拓扑无错误。

（4）完整性，检查数据转换后的完整性，确保格式转换后数据无缺漏。

（5）逻辑一致性，检查接边后的数据衔接是否一致。

1.6 数据入库与管理

通过数据入库与管理，实现对更新后影像数据和地形图数据的建库，此过程主要通过GIS数据库管理系统完成。在数据建库过程中，不仅可以将更新的数据导入数据库进行管理，而且会基于数据库实现数据版本及数据元数据的管理；同时，数据库管理系统也内置数据质检流程与功能。

2.数据库管理系统设计

GIS数据库管理系统是基于ArcGIS进行二次开发实现，该系统使用ArcGIS SDE引擎连接商业数据库（如，Oracle和Microsoft SQL Server）来实现。系统的功能模块逻辑关系如图1所示。

图1 数据库管理系统功能模块逻辑关系图

2.1 数据入库管理流程

数据库管理系统的数据入库管理流程包括以下步骤：

（1）通过数据入库模块实现对所有基础地理信息数据的入库，包括矢量数据入库、影像数据入库、文档数据入库，以及其他资料的入库。

（2）通过数据质检模块，对入库后的数据实现质量检查，包括数据组织方式检查、数据格式检查、数据类型检查、空间参考系和空间投影检查、数据命名规范性检查、属性一致性检查，以及属性项阈值检查。

（3）通过质检的数据即可开展数据更新、元数据入库和版本管理等操作，实体数据将联动更新并存储在数据库中，更新过程中会记录日志信息。

（4）对未通过质检的数据需进行编辑，并使用数据入库模块重新入库，直至质检通过。

2.2 数据更新模式

数据库管理系统支持两种数据更新模式，包括要素级更新和范围级更新。

（1）要素级更新

与现有数据库中的数据图层（包括房屋、建筑物、水系、道路、植被等不同大类的矢量数据，以及栅格数据）进行对比，检查新数据与旧数据的差别，根据差异性自动进行数据的添加、修改、删除等更新操作，最终实现要素级数据的自动化更新。

（2）按范围更新

根据人工或已有矢量范围线确定待更新的数据范围，从而实现地形图矢量数据或影像数据的更新。该范围内的原有数据被转移至历史库中，同时利用元数据字段记录数据版本和更新时间等元数据日志。

支持在二维地图中绘制矢量面作为更新的范围，实现基础地理信息数据按照范围更新。

支持增量更新模式，即通过一键式导入数据包的方式，将多个更新的数据批量导入数据库中。此过程提供信息面板，实时监控错误日志信息。

支持元数据信息管理，包括元数据信息的添加、删除、修改、查看、导出为第三方数据格式（包括csv和gdb等标准数据格式），实现对入库数据的元数据进行全面而直观的信息管理和浏览。

3.结束语

本文在传统基础测绘地理信息数据库更新方法的基础上，提出基于三维全息数据的地理信息数据库更新方法，并对该技术的总体技术路线进行详细分析；设计数据库管理系统，实现按不同模式进行数据更新，并满足更新过程中元数据和版本管理的需求。该方法不仅适用于城市大比例尺的数据更新，同时也适用于中小比例尺的数据更新，应用前景广阔。