“现状一张图”房屋专题数据更新的建设与实施

张竹欣 左效刚

（1.北京市测绘设计研究院，北京 100038；2.城市空间信息工程北京市重点实验室，北京 100038）

0 引言

近年来，为满足北京市规划和自然资源委员会对综合地理信息分析决策服务的需求，以便为全委空间大数据平台建设提供支持，北京市测绘设计研究院开展了“现状一张图”项目，该项目通过整合国土资源相关的各类数据，包括遥感与土地利用情况、基本农田、遥感监测、土地变更调查、矿产资源、地质环境以及基础地理等多源信息，促进了国土资源核心数据库的形成，实现了土地、矿产等各类资源的准确记录以及资源开发生命周期各阶段信息的全面掌握，不仅有利于监测地质灾害发生情况，而且让资源状况“一览无余”［1］。当前，测绘地理信息事业已进入创新发展的关键阶段，对各类地理信息和数据的挖掘和利用提出了新的要求，尤其是“二十大”的召开，更是明确要求提升测绘地理信息保障服务水平。房屋专题数据种类繁多，具备多源性、多维性、类型多样性、空间拓扑性、多层次和关联性、动态性、海量性等特点，要想实现对这些数据的有效管理，需要充分利用“现状一张图”系统，实现国土资源房屋专题数据在各项审批业务、资源监管和宏观决策和数据交换中的共享与应用，最终促进房屋专题数据管理工作规范化、秩序化、信息化［2］。鉴于此，2019 年，北京市测绘设计研究院完成了城六区和通州区的“现状一张图”房屋数据2018 版加工工作，并在2020 年实现了城六区数据的更新工作，将2018版房屋专题数据更新到了2019版，旨在为后期房屋专题数据的利用提供坚实基础。但为了保障房屋专题数据的持续有效性，房屋专题数据需要不断更新建设。

1 更新任务与总体思路

1.1 更新任务

“现状一张图”房屋专题数据的更新建设与实施，主要是为了落实中央领导、部领导和全国国土资源信息化工作会议精神的重要行动和步骤，对房屋专题数据资源进行整合、分析和挖掘，建立一个集中管理、安全规范、充分共享、全面服务的房屋专题数据库，为相关人员提供全覆盖、高精度、动态更新、属性融合的房屋专题数据，并对这些数据进行实时更新，发挥其在国土资源形势分析、资源监测监管、参与宏观调控、辅助决策支持及社会化服务的重要作用［3］。该项目具有如下特点［4］：①每栋楼都有自身的编码，在保持数据延续性的基础上方便外部单位将房屋专题数据与其他属性挂接；②覆盖全市域、单体的测量，可以解决地形图中楼层数不明的问题；③根据数据来源差异，将同类要素分为不同精度；④按北京市规划和自然资源委员会需求对数据信息进行动态更新和版本更新，保障北京市四环区域内一年两次、其他地区一年一次的版本更新频率；⑤可与不同类型和属性的数据信息进行融合。总之，该项目主要增强房屋数据的现势性和属性多样性，保留原高精度的前提下，将其与其他不同数据进行归纳融合，更好地保障数据的上线应用。

1.2 总体思路

该项目数据将与原地形图数据完全不同的房屋数据融合到拥有全要素数据的新版地图中，实现房屋数据的更新和建设。在具体开展这一工作的过程中，结合北京市各区的实际，对多个部门加强调研，与之交流并征求其意见，经多次讨论和验证，最终制定了符合此次专项更新的框架技术路线（图1），在中心城区部分区域进行试点。由于数据更新范围覆盖了东城区、西城区、朝阳区、丰台区、石景山区、海淀区等多个区，涉及范围较为广泛，且更新数据量较大，数据资源的来源较为多元，大大增加了数据融合更新的难度。

图1 总体研究思路

2 更新技术流程与实施

2.1 数据源准备与时间节点

2.1.1 数据源准备

在对数据进行融合之前，需要做好数据源准备工作，明确各类数据的更新时间节点［5］。本项目准备的数据有2017 年立体（Mesh）本底房屋数据、2018—2019 年变化房屋数据、违建销账类房屋数据、房屋影像数据、房屋竣工数据等，具体数据情况如下：

（1）立体（Mesh）本底房屋数据。经过立体（Mesh）模型更新的本底入库数据，包括专题施工拒测数据、专题单体房屋数据、专题分体房屋数据以及专题附属建筑数据四类。

（2）变化房屋数据。比如地形图房屋变化图斑等。

（3）房屋违建销账数据。比如楼顶违建和占地违建的房屋数据。

（4）房屋影像数据。利用美国世界观-3（WorldView-3）立体卫片或北京二号卫片记录的五环以内房屋数据。

（5）房屋竣工数据。主要是2019年的房屋竣工数据。

（6）其他数据。各区范围内的其他数据。

2.1.2 数据源时间节点

数据源时间节点如表1所示。针对时间节点不统一的问题需对数据进行筛选性更新，增加判别要求来满足更新要求［6］。

表1 不同数据源时间节点

2.2 技术流程

更新技术流程如图2所示。

图2 更新技术流程

更新主要分为三个阶段。

首先，以2018年“现状一张图”房屋专题数据为底图，利用2018 年、2019 年两年基础地理地形图数据输出进行软件比对，提取增删改数据；利用房屋比对法对2019 年销账数据、2019 年竣工数据进行处理，合理更新数据至最新时间节点；对比TDOM、2019 年底立体卫片使用传统采集调绘更新法将数据更新至2019 年底。利用卫片影像和航测立体测图的方式对数据进行补充，以便满足现势性要求，在补充销账数据的情况下删除预处理成果未删除的地物。

其次，新增房屋和变化的专题数据，更新并纠正需要核实的地物。利用2019 年立体卫片将新增房屋数据进行分体处理，重点更新不具备现势性的房屋专题数据。

最后，检查全图，包括数据精度、现势性、属性必填项、空间拓扑、接边等。

2.3 更新实施

2.3.1 更新图层

通过数据的补充和更新，最终获得了四大类成果数据，即专题单体房屋类（BUIA_Foot）、专题分层房屋类（BUIA_Over）、专题附属建筑类（BUIA_Ancillary）及专题施工拒测类（RArea）。其中，专题单体房屋类数据可进一步划分为建成房屋、高层房屋等12 小类数据，专题分层房屋类数据可进一步细分为简易房上房和永久房上房两小类数据，专题附属建筑类数据则可进一步划分为廊、亭、室外楼梯等23小类数据，专题施工拒测类可划分为拒测区域和施工区域两小类［7］。采用统一的七位编码（市级标准）方式对各小类进行统一的建档、统筹和管理，其具体形式为3位大类码＋3位小类码＋1位属性码。此分类遵循基础地形图的分类标准，将重点更新要素提出汇入专题类，避免了要素大量堆叠导致更新效率受影响的情况发生，极大地方便了后期专题要素数据的提取与统计分析。

2.3.2 实施方案

为了满足相关需求，项目设计不拘泥于现有地形图标准和国普标准，本项目从全院生产流程改造的高度进行创新设计，充分考虑基础测绘、地理国情监测等实际。在融合多种房屋数据的过程中，保留原先数据优势的基础上实现位置融合最准及属性融合最全的目的。项目在具体实施的过程中，遵循先易后难的原则，逐步丰富已有数据，提升数据成果的精度。为了更大化地满足数据的质量要求，项目实施人员会不定期对项目的数据质量进行检查，使其可以充分反映地物现状［8］。为了提升数据融合效率、数据获取现势性、数据采集效率等以及丰富数据属性内容，项目在实施的过程中加强了对各种先进技术的利用。

在采集房屋数据方面，项目重点采集长宽在1 m以上，高度在1.2 m以上，两面墙以上，且有顶的地物。采集地物数据后利用卫片对地物进行绘制，在绘制时需要考虑地物高度，保障地物顶部及其相对关系等。

立体模型中数据为“正建”，如果当前影像已封顶，数据更新中要填好房屋层数。通过卫片判断数据是否为“正建”，如果已完成施工，要将“正建”改为“建成房屋”或“高层房屋”。如果模型无法判断数据是否为“正建”，可通过国普数据核实层数，并备注属性，为后续数据利用提供依据。

本项目中内业对房屋处理要求较高，要求专题数据各类建筑物、构筑物应准确测绘外围轮廓和如实反映建筑结构特征。当楼层数跨层超过2层时，应通过立体模型进行分体，例如原房屋为永2～10，应将房屋按照实际分为永2 和永10，这就需要融合使用立体（Mesh）模型进行采集；若楼层无法判断，按层高3.5 m 计算层数并备注需核实层数，为后期外业调查预留依据；若为飘楼，需要填写终止楼层和地上层数，建筑结构与主体保持数据一致。项目保留了房上房数据，在采集这类数据时，房屋层数自动标注为房屋本身层数，如永9房屋上的2层房上房，层数标注2层。对于变电箱、棚房等属性不明的数据，按一般房屋表示并备注。若为分体建筑，则将其合并为单体，合并内容包括飘楼、室外楼梯、地下室通风口、地下建筑出入口、门廊与主体，如果单体建筑材质不同，则不进行合并处理。在项目更新过程中，需要保持规范性，充分预防物理交叉、面包含、最小锐角、悬挂、图形异常等情况的发生。通过已有资料无法准确判断地物位置、层数、建筑结构、有无地下室等信息时，应在备注中填写“外业核实”。更新时，需要保障图面整洁美观，符合地形图成图标准，晕线方向、棚房角齿、自动生成配置符号的数量合理。

3 关键技术及应用效果

3.1 实施关键难点及解决技术

在项目更新过程中，由于受图斑增删改的影响较大，数据内容的准确性与属性内容信息的连贯性等均受到了一定的影响，为了满足数据成果的需求，需要重新设定采集规则，可对图斑变化进行观察、对比、理解后再做准确判断和数据更新。

3.1.1 房屋必填项填写

原地形图中未设置必填项，但此项目按照内业加工流程操作规范作业，特增设了必填项，每一数据源自动挂接数据来源。通过不同方式获取的图斑均应备注数据来源，不同数据来源对应不同的精度。绘制过程要区分房屋建筑结构类型，一般房屋多为砖石木，临建和施工工棚为其他结构，永久房屋多为混合结构，也有些是钢筋混凝土结构，高层房屋为钢筋混凝土结构［9］。

3.1.2 房屋分体要求强化

新增房屋处理内容要做分体处理，无法分体处理的可通过立体测图方式进行。要将数据中的分体地物进行单体化处理，将数据中已经分体的地物通过软件算法添加标识并合并成单体。未分体的地物要分体处理后再合并生成单体［10］。分体处理后的建筑如图3所示。分体与单体对照如图4所示。

图3 经单体化处理后的房屋

图4 分体与单体对照表

3.1.3 创新变化原因填写

以往房屋数据更新仅限于图形更新，从未将两年房屋数据进行关联［11］，为了方便查询和编辑房屋数据，了解其延续性变化情况，需要新增记录项目房屋属性变化情况，保留房屋统一为七位编码，在此基础上，添加房屋变化原因属性项，如实填写变动房屋数据。在项目中，新增检查项会检验该规则填写的正确与否，填写规则如表2所示。

表2 变化原因填写规则

填写后，可直接通过该属性项对房屋变化进行增量提取，相比后期项目人工进行数据统计和比对，更具可用性和便捷性。

3.2 应用情况

传统的更新方式操作复杂，周期长，工作量大，难以快速且及时地发现数据变化情况，无法与一张图房屋专题数据进行匹配更新。此项目综合运用了多种大规模数据，采用不同方式对不同数据进行学习、智能提取与利用，更新中强调通过对属性信息的填写，可以实现对变化图斑的动态追踪以及对数据的逐个针对击破，最终将其汇总更新至成果中，充分实现了数据的更新留痕及可追踪［12-15］。此外，正逐步尝试探索以变化图斑为更新单元、以变化内容确定更新要素和周期，按照更新内容组织数据生产和平行质检，优化数据产品和服务。此项目可以发现房屋建筑要素的季度和月度变化，方便监督管理建筑的全过程和施工进度，及时发现违法建筑等。

4 结束语

“现状一张图”项目是当前北京院重点开展和推进的项目，旨在摸清全市重点区域的建筑规模、地理要素、空间地理状态和时空信息，实现“一张地图窥全貌”，充分满足超大城市规划和建设的要求，切实治理“大城市病”，进一步实现防灾减灾与城乡一体化统筹目的。项目在不断推进过程中，已为通州区城市副中心的规划和建设、东西城核心区规划编制和石景山区房屋普查等项目提供了重要的数据支撑。目前为止，该项目主要集中于房屋专题的构建和实施过程中，未来会结合全区的交通资源、地质资源、人文资源、水资源陆续开展交通专题、公共服务专题、水系专题等专题数据生产，真正做到全区“现状一张图”，为北京市新型基础测绘工作的开建奠定基础。