GIS与遥感技术在农村公路基础数据更新管理中的应用

2022-08-19崔应寿刘振华

交通建设与管理 2022年4期

杨欢，崔应寿，刘振华

（交通运输部科学研究院，北京 100029）

1 概述

农村公路对农村经济发展、农业产业结构调整、人民群众安全便捷出行具有重要影响。其变化频率相对较高，如废弃、新增、局部变化等，因此及时更新农村公路数据，有利于农村公路安全、畅通，保障农村公路可持续发展。近年来，部省两级交通运输主管部门建设了农村公路基础设施更新信息系统以支持农村公路数据更新工作，并发布《全国农村公路基础数据和电子地图更新方案》[1]，对全国农村公路基础数据和电子地图进行及时、准确的更新是一项重要的基础工作。

传统的农村公路数据更新采取“自上而下分发、自下而上汇总”的方式进行，包括数据采集、数据逐级上报汇总、数据更新入库等步骤，存在数据更新周期长、成本高、效率低、更新不连贯、无法追溯等问题。此更新方式已无法满足当前地理信息数据库特别是大型数据库更新的需求[2]。增量更新可实现要素级别的更新，具有更新粒度更细、成本更低、更新速度更快等优势，目前逐渐成为主流的地理信息数据库更新方式并被广泛应用到各级别地理信息数据库更新中[3]。增量式更新是指在原有地理数据库的基础上，只对发生变化的部分包括增加、删除、改变进行相应的修改，采取“发现即更新”的模式，更新不由时间决定，体现了地理信息数据的现势性特点[4]。

2 农村公路数据增量更新技术

2.1 技术概述与流程

该技术采用SQLServer数据库，基于路线提取算法计算农村公路识别率，判断年报路网数据的真实性；基于地图审核公式算法，审核基层单位上报的数据质量；并采用年报路网数据对比算法，最终获取增量更新数据。流程如图1所示。

图1 农村公路增量更新流程

2.2 数据真实性检查

数据真实性检查主要是应用GIS空间分析技术，将上报的地图数据与遥感影像数据进行对比，具体包括空间查询、空间拓扑运算、空间叠加分析等方法。空间查询主要基于SQLServer数据库和GeoDatabase地图数据做空间模式查询、空间关系及其对应属性的查询。空间拓扑运算主要是对上报的农村公路数据与提取的农村公路路面缓冲区数据做空间包含关系的判定，将农村公路识别的路面数据做缓冲区分析，计算识别和未识别的路段。叠加分析是指在同一空间参考系统下，通过对两个数据进行的一系列集合运算，产生新数据的过程，是GIS软件系统中的一项非常重要的空间分析功能，常用于提取隐含信息。叠加分析可以分为点与多边形叠加分析、线与多边形叠加分析和多边形与多边形叠加分析。该研究主要是应用线与多边形的叠加分析功能。

2.3 数据质量核查

应用ArcGIS Engine技术对上报的地图数据与上报的属性库数据进行检查，检查内容主要包括空图形检查、路线线形检查、路线连续性检查、路线衔接检查、图属一致性检查等地图审核项。空间图形检查主要是检查农村公路数据空间图形的正确性，具体包括空间图形坐标系的检查、空几何的检查、不正确的环走向检查、不正确的线段方向检查、自相交检查、不连续地检查等项目。路线线形检查主要是检查路段是否存在飞点和长直线的情况。路线连续性检查主要是检查同一条路线下相邻路段之间是否衔接。路线衔接检查主要是检查不同路线之间相邻路段是否衔接。图属一致性检查主要是检查地图数据与属性库数据是否一致，主要包括起讫点桩号是否一致、路段里程是否一致、路面相关属性指标是否一致。

2.4 数据对比分析

通过新上报的年报路网数据与历史数据做对比分析，获取增量数据。对本年地图数据与上年历史库数据分别进行路段融合，通过对比分析空间图形、路线一致分类、碎片化处理、生成路线对比明细等操作步骤，最终确认增量更新数据。主要包括步骤：（1）对本年农村公路地图数据与上年的农村公路地图数据分别进行路段融合；（2）对融合后的数据做空间叠加分析和属性对比分析，主要对比空间图形是否一致、属性指标是否一致，用来过滤农村公路未变更的数据；（3）对路线线形不一致的数据做碎片化处理，碎片化处理主要是对比两年地图数据，将路线进行拆分并一一对应，找出路线中新增、废弃、局部变化的路段；（4）生成路线对比明细，主要是对路线一致分类后的数据和碎片化分析后的数据做归纳分类；（5）输出成果，主要是输出变化的地图数据和属性数据，供增量更新使用。

2.5 数据更新

基于以上农村公路增量更新流程，包括数据获取、上报数据质量检查、数据真实性检查、数据核查，初步获得增量数据包。将上一年度数据与审核通过的增量数据进行合并，形成现势数据库，便于进行农村公路数据进行实时更新，进而维护其现势性。

3 技术应用

基于北京市2019年和2018年农村公路数据，利用卫星影像数据，进行了路线识别与对比，检查数据的真实性。根据研究，可以得到每条路线的识别率，识别率低的路线需要进行人工核查。识别率的高低主要取决于遥感影像的质量以及深度学习样本的数量。通过对比2018年和2019年的北京市农村公路年度间数据发现，2019年北京市新增路线124条，新增路线里程161.069km，废弃路线90条，废弃路线里程90.775km，总里程增加57.758km，96.6%的数据未发生变更，新增、废弃、局部变化的数据比例很低。