数字城市大比例尺基础地理信息数据治理与建库应用研究

王永峰

（德州市城乡规划编制研究中心，山东 德州 253078）

0.引言

根据自然资源部关于全面推进实景三维中国建设的相关要求和部署，城市大比例尺基础地理信息数据作为地形级实景三维的重要组成部分，是国家重要的数字化新型基础设施，可以为国土空间基础信息平台、时空大数据平台、天地图等基础平台提供统一的地形级实景三维数据底板[1]，为国土空间规划、自然资源管理和国民经济发展提供空间数据服务支撑。鉴于城市大比例尺基础地理信息数据规范性、标准化欠缺等问题，以及为了CGCS2000坐标系的推广应用[2]，亟需对数据进行治理和建库，这也是测绘地理信息领域十分重要的基础性工作。只有按照统一技术体系和管理机制完成数据治理和建库，才能促进信息共享，从而支撑国土空间规划、自然资源管理、城市更新、智慧园区、智慧社区、智慧交通、智慧城管、安全应急等各项智慧应用的建设。现以德州市数字城市项目中的空间数据治理建库为例，探讨数字城市大比例尺基础地理信息数据治理和建库的技术方案和流程。

1.基础地理信息数据治理与建库概述

城市大比例尺基础地理信息数据指的是1∶500、1∶1000和1∶2000比例尺数字线画图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）、地名/地址数据等（如图1所示）：

图1 城市大比例尺地理信息数据组成

根据国家基础测绘数据施测、管理和更新的责任划分原则，1∶500-1∶2000大比例尺基础地理信息数据治理和建库工作由地市测绘地理信息主管部门负责组织并开展[3]。

1.1 DLG数据治理建库

通过GIS数据库管理系统或者桌面端地理信息软件对1∶500-1∶2000大比例尺DLG数据进行拓扑关系检查、数据清洗、统一的空间参考设置、坐标系转换、数据格式转换，并采用“物理上分散、逻辑上集中”的方式进行数据入库、数据管理和数据更新。

根据《基础地理信息要素数据字典》GB/T 20258.1-2006和《基础地理信息要素分类与代码》GB/T 13923-2006规定，入库后的DLG数据必须包含要素名、分类码、属性字段、图层、字段定义，以及要素所属的图层；同时必须符合地理信息数据的要素表达和几何类型（Point、Polyline、Polygon）。

1.2 DEM和DOM数据治理建库

通过GIS数据库管理系统或者桌面端地理信息软件对DEM和DOM数据进行坐标系转换、数据格式转换等治理和优化，并采用“物理上分散、逻辑上集中”的方式进行数据入库、数据管理和数据更新。

1.3 DOM数据治理建库

通过GIS数据库管理系统或者桌面端地理信息软件对DOM数据进行坐标系转换、数据格式转换等治理和优化，并采用“物理上分散、逻辑上集中”的方式进行数据入库、数据管理和数据更新。

1.4 地名/地址治理建库

按照国家基础地理信息标准规范中对地名/地址数据的治理和建库要求，使用外业GIS软件进行地名/地址数据的采集和录入；在内业通过GIS数据库管理系统对地名/地址数据进行查重、清理、修改、优化、入库等操作，从而完成地名/地址数据的预处理、清洗、优化、入库、管理和更新。

2.GIS 数据库管理系统设计

GIS数据库管理系统是进行城市大比例尺基础地理信息数据治理和建库的基础支撑平台。

2.1 数据库层

GIS数据在物理上统一存储到空间数据库中。大比例尺基础地理信息数据建库宜选用Geospatial数据模型对数据进行组织和管理，数据库应当支持空间对象存储模式，常用的空间数据库有PostgreSQL、MySQL、Oracle、SQLServer等。

2.2 GIS平台层

常用的GIS平台有PostGIS、SuperMap、MapGIS、GeoScene（或AcrGIS），通过GIS引擎连接到Oracle等空间数据库。当数据量不大并且数据类型较为简单时，可以选用开源的数据库和GIS平台进行数据治理和入库，如mySQL和QGIS；当数据量较大并且数据类型较为复杂时，应当选用大型商业数据库和成熟的GIS平台进行数据治理和入库，如，Oracle和GeoScene。

2.3 应用层

作为数据库管理系统的上层应用，提供常用的数据治理和建库功能及交互界面，包括数据浏览、数据查询统计、数据处理、数据入库、数据提取、数据更新、历史数据管理、元数据管理等。

数据浏览：主要用于切换视图窗口模块，根据行政区、图幅号或者坐标信息进行地图定位，提供用户浏览已入库的变化要素数据，支持多期数据进行对比查看。

数据查询：以不同的查询条件（如属性要素信息、空间关系）对各种已加载的DLG数据和元数据进行单独查询，以及基于空间关系和属性的组合查询。

数据统计：可通过库存统计功能进行详细信息的查询，明细里面将记录数据库内的数据存储情况，包括数据资源、文件资源的名称、数量、入库时间、操作员、入库标识等信息；还可以用更加直观地统计图表的形式进行结果展现。

数据处理：包含格式转换、高程换算、坐标和投影变换、数据裁切、数据拼接、编辑字段等。

数据入库：实现不同比例尺、不同类型的空间数据及其元数据的入库前质检以及入库，将DLG、DOM、DEM、地名/地址等数据导入或更新到数据库。

数据提取：制定数据提取方案，并进行基础地理信息DLG数据、栅格数据等数据的提取。

数据更新：对已完成入库的基础地理信息数据进行版本比对、维护、更新、迁入、回溯等操作，包含按要素更新和按范围更新等方式。

历史数据管理：实现历史数据库的增删改，以及历史数据版本查询、历史数据版本信息维护、历史数据删除和历史数据输出等。

3.基础地理信息数据治理

由于数字城市大比例尺基础地理信息数据来源多种多样、数据遵循的标准和格式不统一，需要建库前进行一系列的治理工作，包括数据格式转换、数据集坐标转换、数据一致性处理、数据空间化、数据质检等。

3.1 基础地理信息数据数据格式

包括矢量格式转换、DEM格式转换、DOM格式转换、栅格数据金字塔创建。

3.2 基础地理信息数据坐标转换

为了保障数据标准一致性，需要对所有历史数据以及现有数据，根据采用统一的坐标转换参数、工具、资料和服务，对数据进行坐标转换、规范化处理，统一空间基准，具体的数据参考标准如下：

空间基准：统一为2000国家大地坐标系，同步提供WGS84坐标系；

时间基准：对资源的空间属性、元数据进行时空化处理，添加数据使用时间、数据采集时间、数据更新时间与修改时间及停止使用时间等相关时间，日期采用公历纪元，时间采用北京时间。

3.3 基础地理信息数据一致性处理

对于存放的DLG、DEM、DOM和地名/地址数据，将更新后的地理数据进行快速而完整的地图综合，利用综合的结果联动更新相应范围内的原始数据，自动变成历史数据。

3.4 基础地理信息数据空间化

DLG、DEM、DOM数据的空间化通常在之前的测绘内业完成，主要采用空中三角测量手段来完成。对于DEM和DOM，也可以采用遥感影像几何纠正的方式来完成，通过在ERDAS等软件中设置多项式几何校正模型、选择地理参考图像、采集地面控制点、采集检查点、数据重采样等步骤来开展。

对于地名/地址数据，如果业务人员对专题业务数据的空间位置比较熟悉、可以设置辅助参照底图（如地形参照物、二维电子底图和影像底图），在参照底图上标绘地名/地址点。

3.5 数据质检

（1）通用性质检

按照《数字测绘成果质量检查与验收》GB/T 18316-2008，结合本次项目建设要求，对数据治理和建库成果进行质检，质检指标涵盖地理信息数据时间和位置精度、数据完整性、属性数据精度、空间坐标系、逻辑一致性、表征质量等[5]。

（2）针对性质检

除了通用性质检外，需全面检查DLG、DEM、DOM和地名/地址数据本身的数据精度和质量等关键指标。

4.基础地理信息数据建库

在完成大比例尺基础地理信息数据治理工作后，需要按照统一的分类编码和坐标系参数对相关数据进行治理，并使用统一的数据库管理系统将DLG、DEM、DOM和地名/地址数据导入相应的数据库。各种数据的入库是数据建库的重要步骤，需要进行入库前检查、入库后检查、入库后处理等一系列操作（如图2所示）：

图2 城市大比例尺地理信息数据建库

4.1 入库前检查

本项目中，数据入库前主要对以下内容进行检查：数学基础（数据分幅情况、平面和高程基准、空间投影、投影分带）、数据一致性、数据完整性、数据精度、数据位置、数据属性（属性字段的类型、名称、长度定义等）。

4.2 入库后检查

数据唯一性分析（是否存在重复入库等情况）、数据完整性（数据集遗漏、要素遗漏、图层遗漏）、图幅和分带质检拼接遗漏情况等检查、数据位置准确性（数据集中是否存在改图层或数据）。

4.3 入库后处理

（1）DLG图幅接边核对

DLG数据制作通常按图幅输出，图幅接边线和接边位置的准确性可能存在问题，需要进行核对。

（2）建立DEM和DOM数据金字塔

为了满足栅格数据的应用效率，需要使用数据治理工具对DEM和DOM数据创建金字塔，不同范围、不同比例尺、不同分辨率栅格数据构建金字塔需要的时间不同。

（3）空间数据管理

通过GIS数据管理系统对基础地理信息数据进行统一入库；入库后也需要基于该系统对数据进行集中管理，包括数据更新、版本管理、版本回溯等。GIS数据所有者可以完成的数据管理操作包括数据输入、数据输出、数据浏览、数据查询和统计、数据编辑（增、删、改等）、数据预处理等。

（4）空间数据更新

数据更新主要包含两种方式：按版本更新和增量式更新。应当根据技术能力和数据源等情况综合选取更新方法，为了更科学高效开展数据更新，本项目基于数据库管理系统采用增量式更新方式。

5.结束语

基于数字城市以及实景三维中国数据库的建设需求，本文对市县级大比例尺基础地理信息数据（DLG、DEM、DOM、地名/地址）治理和建库体系进行设计，对治理和建库策略和流程进行分析，实现了空间数据标准、数据格式、坐标系等方面的统一，为智慧城市建设中大比例尺地理信息数据的共享和分发奠定了良好的基础，有力地支撑了数字城市和智慧城市建设。本文采用的方法理论上也适用于中小比例尺的基础地理信息数据治理和建库，但是需要进一步验证；同时，本文仅对地形级实景三维数据治理和建库进行了研究，对于城市级以及部件级实景三维数据没有深入研究，需要进一步加强。