城市用地及建筑信息数据质检方法研究

葛银华+吴国青+康昆+刘明仁+王梦妮

摘要：针对城市用地及建筑信息数据质检的繁琐性，分析了用地及建筑信息数据的质量评定标准，研究了数据的组织结构、质检项功能设计及数据质检实现方法，研发了基于ArcEngine的城市用地及建筑信息数据质检软件，提高了数据质检的准确性和效率。

关键词：质量检查；用地及建筑信息数据；ArcEngine

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）35-0255-03

Study on Quality Checking Method for Urban Land and Building Information Data

GE Yin-hua1， WU Guo-qing2 ， KANG Kun1 ， LIU Ming-ren1， WANG Meng-ni1

（1.School of Geomatics Science and Technology，Nanjing Tech University， Nanjing 211816， China； 2. Suzhou Surveying & Mapping Institute Co.，Ltd.， Suzhou 215006， China）

Abstract： In the view of the complexity of quality checking method for urban land and building information data， the quality evaluation standard of urban land and building information data is analyzed， the organizational structure of the data、quality checking function design and the implementation method of quality checking for data is studied， the quality checking software of urban land and building information data Based on ArcEngine is developed，improve the accuracy and efficiency of quality checking method for urban land and building information data.

Key words： quality checking； urban land and building information data； ArcEngine

1 背景

當前，城市用地及建筑信息数据广泛应用于城市用地信息分析规划平台建设与电子地图制作等多种GIS服务。同时，随着社会经济的高速发展，城市用地及建筑地块亦随之快速变化，为保证数据的时效性，需对数据进行定期更新。在数据采集、处理与入库等操作中，由于仪器系统误差、外界条件干扰和操作者误操作等因素，经常会导致数据出错。因此，数据质量检查是数据入库前的必要环节。传统人工质量检查的方式效率低且难以保证质检精度，研究城市用地及建筑信息数据智能质检方法显得尤为重要。本文结合城市用地及建筑信息数据的组织结构，分析用地及建筑信息数据的质量评定标准，依据质量评定标准和实例数据设计并开发基于ArcEngine的城市用地及建筑信息数据质检软件，提高了数据生产及应用部门数据质量检查的正确性和效率。

2 城市用地及建筑信息数据的组织结构

城市用地及建筑信息数据以ArcGIS的File Geodatabase格式存储在空间数据库中，分为分幅数据库和总数据库。根据地方用地及建筑信息数据标准，分幅数据库名采用图幅号+用地或建筑标识的命名规范。无论在分幅数据库或总数据库中，数据库中只存在1个要素类，且均为面状要素。若干质检项需建立拓扑，拓扑的建立必须在要素集中，而数据库中不存在要素集，数据库结构对拓扑的建立产生了不便。

图1为城市用地分幅数据库525.00-507.50（GH）.gdb与建筑分幅数据库525.00-507.50（JZ）.gdb的叠加效果，图中深灰色要素为用地信息数据，浅灰色要素为建筑信息数据。在特定用地要素区域范围内只能存在与用地要素相匹配的建筑要素，这是用地信息数据与建筑信息数据之间的重要关联关系。

3 城市用地及建筑信息数据质检软件设计

3.1 软件体系架构

ArcEngine是ArcGIS系列产品的开发平台，具有简洁、灵活、易用、可移植性强等优点[1]，是一套完备的GIS组件库和工具库，可以开发自定义的GIS桌面程序[2]。本文基于ArcEngine二次开发平台，完成城市用地及建筑信息数据的质量检查功能。

如图2所示，软件依据平台层、数据层、组件层和功能层进行设计。平台层为软件的运行平台，属于基础层；数据层包括待质检的产品数据库，质量标准字典配置库及质检结果输出数据库等软件使用的数据对象；组件层采用面向对象的思想，基于ArcEngine组件进行开发；功能层为人机交互主界面，承载质检方案、质量检查和入库更新等功能，是整个软件的核心，其设计质量直接影响着软件的正确性与效率。

此外，软件内部作了模块化设计，降低了各功能的耦合性，提高了软件的可维护性。在设计架构时，软件在保证质检准确性和效率的前提下，着重考虑灵活性和扩展性，采用模块式开发和基于质量评定标准配置库的方案设计，以满足不同项目的需要[3]。

3.2 软件主要功能设计

软件功能主要分为质量检查模块和入库更新模块，其中质量检查模块针对用地及建筑信息数据库进行批量化检查，入库更新模块是对质检通过的数据进行自动入库更新工作。根据地方用地及建筑质量检查标准规范，质量检查模块主要包含以下检查项：1）文件规范性检查；2）结构符合性检查；3）要素类名称正确性检查；4）面重叠检查；5）有效区域检查；6）用地范围与建筑范围拓扑关系检查；7）用地类型与建筑类别一致性检查；8）微小面检查；9）接边检查；10）面裂隙检查；11）用地编码有效性检查；12）邻近用地要素编码唯一性检查；13）建筑类别/结构/层数有效性检查。endprint

4 城市用地及建筑信息数据质检软件的实现及应用

4.1 软件实现

根据用地及建筑信息数据质检的实际应用需求，以“简单实用，易于扩展”为原则，在Windows环境下，基于Visual Studio 2010开发环境和ArcEngine组件，采用C#编程语言，设计开发了用地及建筑信息数据质检软件。在城市用地及建筑信息数据的质量检查方面，软件可取代ArcGIS桌面产品，达到节约成本、提高质检正确性和效率的目的[4]，软件界面如图3所示。

在软件中进行用地GDB、建筑GDB和质检输出路径输入（路径可为单一数据库路径或多个数据库的文件夹路径）、检查项勾选、阈值输入等操作便可对数据进行质量检查，将质检结果数据库与原数据库进行叠加，可快速定位错误数据供工作人员进行复核修改。在人机交互过程中，软件对阈值格式不正确与路径不存在等各种可能出现错误的情况设定了应对处理程序，提高了软件的健壮性。软件还设定了检查项勾选状态的记忆、阈值的记忆与全选反选等多种便捷的功能，使软件操作更为简便。

4.1.1 基础功能的实现

1） 路径的自动解析

路径输入存在数据库全路径与文件夹路径两种模式。全路径可实现对任意单个数据库的质检；文件夹路径可实现对文件夹下所有数据库的批量质检。程序在执行时获取路径框中字符串，首先判断该路径是否存在，若不存在则报错，若存在则解析字符串，若字符串以.gdb结尾，则判断此路径为数据库全路径并读取该路径数据库，若解析字符串得出路径不是以.gdb结尾，则判为文件夹路径并寻找该文件夹下所有后缀名为.gdb的文件，批量读取这些数据库进行质检。质检结果输出路径为文件夹路径，软件将在文件夹下自动生成质检结果。

2） 模版数据库的建立

顾及软件的运行速度，在软件安装目录下建立ErrGDB.gdb、subsheet.gdb和TempGDB.gdb三个模版数据库。其中，ErrGDB.gdb为质检结果模版数据库，数据库中已建有各质检项模板要素类，程序进行质检结果输出时，将ErrGDB.gdb拷贝到设定的质检结果路径下，将各质检项检查结果写入各模版要素类，没有写入质检结果的要素类被删除；SubSheet.gdb為接幅表数据库，存储有图幅信息数据，主要用于有效区域检查和接边检查等涉及图幅的检查项；TempGDB.gdb用于拓扑的建立，TempGDB.gdb下设有要素集，因为待质检数据库中不存在要素集，面重叠检查和面裂隙检查等检查项需建立拓扑，而拓扑的建立必须在要素集中，所以检查时将要素类拷贝到TempGDB.gdb下的要素集中进行拓扑分析，可较好地解决待检查数据库不能进行拓扑分析的弊端。以上模板数据库的建立解决了用地及建筑信息数据库组织结构的弊端，同时提高了软件的运行效率。

4.1.2 质检功能的实现

质检模块功能中的用地范围与建筑范围拓扑关系检查、用地类型与建筑类别一致性检查和接边检查实现方法如下：

1） 用地范围与建筑范围拓扑关系检查

城市用地和建筑存在任一建筑必然属于某一类型用地的关系，因此，数据库中用地要素与建筑要素之间正确的空间拓扑关系为：建筑要素必然被某一用地要素完全包含。此检查的目的是查出不符合用地要素与建筑要素之间正确空间拓扑关系的区域，即用地要素与建筑要素存在覆盖的区域。实现流程如图4所示。

顾及检查项需建立拓扑，将用地数据库和建筑数据库分别拷贝到TempGDB.gdb下的要素集中，建筑数据库拷贝一份，用地数据库拷贝两份；通过面覆盖拓扑检查出建筑与用地要素类间存在面覆盖的建筑要素，将存在面覆盖的建筑要素拷贝到用地分类要素类中进行要素类内的面重叠拓扑检查出面重叠的部分；通过另一份用地分类要素类同一要素类中的面重叠拓扑检查出用地分类要素类中本身存在的面重叠部分；将要素类间的面重叠部分剔除掉用地要素类内的面重叠部分即为最终质检结果。

2） 用地类型与建筑类别一致性检查

城市用地和建筑的属性关联关系为特定属性用地中必然只能包含特定一种或几种属性的建筑。进而在数据库中表示为被用地要素完全包含的建筑要素的属性关联关系满足特定用地要素内部可包含建筑要素类别的标准，部分标准规范如表1所示。此检查的目的是查出不符合用地要素与建筑要素正确的属性关联关系的要素。

该检查项功能实现的过程中首先通过空间关系查询，获取用地分类要素完全包含的建筑分类要素后进行关联，对匹配的用地分类要素及建筑分类要素按照配置表中“用地要素内部可包含的建筑要素”这一标准进行对比判断，获取建筑要素“建筑类别”属性值和与其关联的用地要素“代码”属性值不满足配置库的要素，这些要素就是用地类型与建筑类别一致性检查的检查结果。

3） 接边检查

城市用地及建筑信息数据是按图幅进行生产的，因此跨图幅要素被分割，相邻图幅边界附近的要素因为生产中的差错会产生位置错位及属性不一致等情况。为保证图幅数据合并时相邻图幅接边数据的一致性，必须进行接边检查。此检查的目的是查出当前图幅与邻近图幅存在的接边错误的要素。检查流程如图5所示。

接边检查过程中，首先根据当前分幅数据库名解析得到图幅号，根据图幅号获取本图幅及相邻图幅数据。解析图幅号获取四个角点坐标，依据角点坐标生成四条接边线段，循环接边线段，每次循环中根据接边线段生成缓冲区，剔除缓冲区外要素得到接边要素，为本图幅及相邻图幅的两个接边要素集。循环当前图幅接边要素，并嵌套循环相邻图幅接边要素进行位置与属性检查，将检查结果输出[5]。

4.2 工程应用

目前该软件应用于2015-2016年张家港市全市域用地及建筑信息数据质量检查入库项目，在数据生产的质量检查入库环节中，通过该软件对数据进行质量检查，与以往的质量检查入库方式相比，减少了人工检查的繁琐过程，提高了数据质量检查的效率与准确度，取得了良好的效果，有效地保证了数据生产过程中的质量控制要求。同时，对于用地及建筑分幅数据库的批量检查与入库，图幅数目越大，该软件的优势更为明显。

5 结束语

城市用地及建筑信息数据的质量对数据的应用产生重要的影响。本文针对数据在生产过程中质检环节的繁琐性，分析用地及建筑信息数据的质量评定标准，研究数据的组织结构、质检项功能设计及数据质检实现方法，借助ArcEngine二次开发平台编写程序，研发了基于ArcEngine的城市用地及建筑信息数据质检软件。该软件能满足城市用地及建筑信息数据的质量检查及入库更新需求，具有良好的通用性和可靠性，一定程度上提高了数据质检的准确性和效率，其中质检项功能的实现思路对数据生产及应用部门具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 杨海关， 李天烁， 邱云峰， 等. 地理国情普查数据质检软件的实现[J]. 测绘科学， 2016， 41（8）：87-90，105.

[2] 牟乃夏， 刘文宝， 王海银， 等. ArcGIS10地理信息系统教程从初学到精通[M]. 北京： 测绘出版社， 2012.

[3] 陈飞， 龚建辉， 陈中林， 等. 基于规则的地理国情普查质量检查系统的设计与实现[J]. 测绘通报， 2016（3）：122-125.

[4] 赵力彬， 谢露蓉， 吕志勇， 等. 空间数据质量检查与评价系统的设计与实现[J]. 测绘通报， 2010（9）：45-47，76.

[5] 彭春晖， 周康， 杨秋菊. 基于要素属性匹配的多图幅数据自动接边方法研究[J]. 现代测绘， 2017， 40（4）：38-41.endprint