面向数字城市的CGIS更新研究

摘 要：城市基础空间数据的采集部门，应该采取切实有效的措施，尽量利用各种规划竣工测量、地籍测量、地形图修补测资料来对基础地理数据进行更新，这样可以加快基础空间数据更新的速度，保证其准确性。本文基于笔者多年对数字城市的相关研究，以城市地理信息系统中基础空间数据更新为研究对象，研究探讨了城市地理信息系统（CGIS）中基础空间数据更新的原则，内容与方法，全文是笔者长期进行理论研究的理论升华，相信对从事相关工作的研究者有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：CGIS 原则 内容 方法

中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0026-02

城市基础地理信息系统中，存在大量的基础数据，这些数据随着城市的发展和城市的变化而变化，城市基础建设的增加，也加快了基础数据的变化。在城市中如果地形图进行了更新，而地籍边界等信息没有更新，则会出现两者之间的矛盾或者精度不匹配的情况，有可能产生边界分割了住宅，或者管线到马路上来的情况，这种错位会对城市中各个用图部门带来麻烦和负面影响。另外如城市中的电子地图没有更新，在进行车辆导航和定位时，就可能出现导航错误，甚至发生不必要的交通事故，因此对于基础数据的更新显得非常重要。另外基础数据可以供很多部门使用，如果不及时更新城市基础地理数据，可能会严重地阻碍城市的建设与发展。因此需采取切实有效的措施来加快城市基础地理数据的更新。

在目前的状态下很多城市基础空间数据的采集部门往往存在基础数据更新周期长，数据更新质量差等问题，主要原因还是由于在基础数据的更新模式上存在一定的问题。在基础地理数据的更新模式上，现在很多的部门是采取了重新测量、入库的方式来进行的，在发生变化的地方，重新进行基础数据的采集工作，然后再重新录入到数据库中，这样可能在数据库中存在有多套数据，容易导致某一地区数据的不一致，因此城市基础空间数据的采集部门，应该采取切实有效的措施，尽量利用各种规划竣工测量、地籍测量、地形图修补测资料来对基础地理数据进行更新，这样可以加快基础空间数据更新的速度，保证其准确性。

本文结合目前的各种更新方式进行了分析和比较，在总结其利弊的基础上，提出了一套有效的城市基础地理数据更新的解决方案。

1 城市基础空间数据更新的原则

由于城市基础地理数据对城市的规划和发展而言起着举足轻重的作用，因此城市基础空间数据的更新，应该有一定的原则和规范。总结起来主要有以下原则和规范。

1.1 现势性原则

对于城市基础空间数据的更新，一定要准确及时地对基础数据进行更新，以保证基础数据的现势性。基础数据是对城市目前发展状况的一个很重要的反映，只有保证其现势性，才能充分发挥出城市基础地理信息系统的作用。

1.2 精度匹配原则

对于更新的城市基础空间数据应该保证其精度要求，否则在和原有的地理信息进行叠加的时候会出现问题，因此在更新的时候要注意更新部分和未更新部分的精度匹配问题。

在精度匹配问题上可以采用多项式变换的方法来保证新、旧地图之问的精度匹配，或者用精度较高的空间数据来纠正精度较低的空间数据，一般情况下，可通过一定数量的公共点来实现整个图面的精度匹配。

1.3 空间信息与属性信息同步更新原则

由于城市基础地理信息数据库的内容较多，其中的属性数据也十分复杂，因此在更新的时候，不仅仅是对图形数据进行更新，而且要同步地对属性数据进行更新，保证二种数据同时更新，如对原来的一个宗地而言，现在有可能变成了两个宗地，因此属性信息中的宗地所有者、宗地面积等信息都应该一起进行更新。

1.4 一致性原则

在城市地理信息系统中，由于存在大量的图种，在更新的时候，如何保证各个图种之间数据的一致性是很重要的，同时还涉及到同一个图种内的坐标系统的一致性等问题，只有很好地保证基础空间数据的一致性，才能利用这些基础数据做出正确的分析和决策。为了保证数据的一致性，必须采取严格的措施来进行控制，也包括数据质量的控制等内容。

2 城市基础空间数据更新的内容

在城市基础空间数据更新的原则基础上，对于城市基础空间数据来说，其数据更新内容就是空间实体的变化、相关属性信息的变化和拓扑关系的重建等。

2.1 空间实体的更新

对于城市基础地理信息系统来说，空间实体的变化是最基本的更新内容，各种点、线、面特征是GIS的基本研究对象，在考虑实体变化的过程中，是主要需要更新的。空间实体中由于点、线相对来说要简单一些，因此重点应该是面信息的更新。

2.2 属性信息的变化

属性信息的变化主要有两种情况，一种是空间实体没有发生变化，只是和该空间实体相关的属性发生了变化，如对一栋房子而言，当房子转让后，房子的产权就发生了变化，而房子的空间信息没有发生变化；另外一种情况就是空间信息和属性信息都发生了变化，如一个地方进行了重建，该地方原有的空间实体全都发生了变化，同时其属性信息一般也会变化。因此在属性信息的变化中，最重要的是要保证空间信息和属性信息的一致性，否则很容易产生错误。

2.3 拓扑关系的重建

在城市基础地理信息系统中，在一定的范围和程度上需要建立拓扑关系，因此在空间实体发生了变化的时候，拓扑关系也要发生变化，但该过程不应该完全由人工来实现，大部分应该由程序根据实际的情况来自动变化。一些大的街区，道路和部分房子更新等都需要重新建立拓扑关系，拓扑关系建立起来后可以供其它的分析使用。拓扑关系的重建应该结合空间实体信息的更新同步进行。

3 城市地理信息系统更新的方法

由于城市基础空间数据的采集方式多种多样，因此其更新的模式也不一样，城市基础空间数据的更新应该在遵循前面提到的原则基础上进行，同时更新工作应该和竣工验收等结合起来进行，这样可以更好地保证城市基础空间数据更新的效率。可以采用丈量法、数字化与扫描矢量法、全野外数字测图法、基于无线通讯方式的PDA掌上电脑更新法、规划竣工测量等方式进行更新。（图1）

3.1 丈量法更新城市基础空间数据

在城市基础空间数据变化不大的地方，或者地形等情况比较简单的地方可以采用丈量法对其基础空间数据进行更新，该方法主要是量取待定点相对已知点或基线的距离来确定待定点的坐标，主要有边长交会、内外点法等。具体操作过程如下。

（1）野外丈量距离，并填入相应的表格或者自动记录到存储介质上。

利用丈量法更新基础空间数据时，在野外首先丈量距离，应该采用钢卷尺或者手持式的激光测距仪，并且严格按照规定填好相关数据并绘制草图，以免产生错误。在丈量之前，首先要弄清各个起算的坐标，可以在室内通过图解法得到控制点序列，注意编号的准确性。

（2）内业计算点的坐标，并进行空间和属性信息的整理。

在所有丈量数据完整后即可回到室内进行数据的处理，可利用各种方法来计算待测点的坐标，有边长交会法、内外点法。

（3）将更新后的信息放到数据库中，实现数据库的更新。

通过前两步的工作后，基础空间数据的更新已经完成了很大的工作，接着就是要对城市基础地理信息系统中的数据进行更新，在更新的过程中考虑周围地理信息和更新地理信息之间的关系，然后进行更新，数据更新后应该重新进行检核和比对，以保证更新的正确性。

3.2 数字化或扫描矢量化的方式来更新城市地理信息系统

由于在城市的某些地方可能有了白纸测图的成果，因此可以采用将原有纸质图进行数字化或扫描矢量化，然后按照城市基础地理信息系统的要求对等符号、线型等信息进行赋值，保证两者的一致性，然后再对基础空间数据更新。其基本作业过程是：数字化（图纸扫描、屏幕矢量化）、属性赋值、格式转换、数据更新。

利用该方式来进行城市基础空间数据的更新时，应充分考虑到已有图纸的精度等信息，如果精度太差，则不合适用来作为城市基础空间数据更新的基础图，需要重新进行数据采集。

3.3 利用全野外数字测图法更新城市基础空间数据

在丈量法、数字化或扫描矢量化无法满足基础空间数据更新的基础上，可以采用全野外数字化测图的方法来进行基础数据的采集和更新，该方法适合变化区域大的地方。

3.4 基于无线通讯方式的PDA掌上电脑更新

随着嵌入式操作系统的发展，PDA掌上电脑也逐渐在城市基础空间数据的采集中开始应用，掌上电脑有各种操作系统和各种硬件平台，但它们都有一些共同的特点：体积小、图形化界面、触摸屏等，这些特点决定了PDA比较适合野外数据采集，特别是在面积不大数据量不大的情况下，PDA是非常合适的，由于是图形的界面，因此可以做到所测即所见，对于基础空间数据的更新来说，应该是一个比较好的解决方案。根据PDA更新数据时采用的方式，可以分为两种，一种是野外更新图形、室内更新数据库的方式；另一种是采用无线通讯方式，将野外测量的数据直接发回到控制中心，进行数据库的更新。

3.5 规划竣工测量方式更新

规划竣工测量的质量不仅涉及到测量成果的准确性和可靠性，而且还将影响到规划管理部门审批的落实和监督管理，因此施测时，作业人员都比较谨慎、细致，加之其起算数据一般为高等级的平面和高程控制点，这使得竣工测量成果比相应的一般地形图测量精度高，体现了成果的准确性；另外规划竣工测量一般都在工程竣工完成后6个月时间内必须完成，具有高的现实性：同时竣工测量是由施工单位实地测量和建设单位共同配合进行的，地形、地貌各要素表示齐全，权属关系清楚，因而具有权威性。所有这些有利条件都使得利用规划竣工测量成果动态更新城市基础地形图是最经济、最适用的一种方法。

4 结语

建议在城市地理信息系统空间基础数据现有建设成果的基础上，建立以规划竣工验收测量、地籍测绘为日常更新源的更新业务体系及其相关的管理系统，在此基础上配套系列入库更新技术规程，实现数据更新的常态化、流程化，从而城市地理信息系统基础空间数据库所衍生的建筑物、道路、绿地等基础专题数字线划图数据也有了经常性的数据更新源；另一方面，这种更新模式需要和城市测绘与基础地理信息中心的日常业务结合，使得城市基础空间数据更新有更好的机制保障。

参考文献

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