謝文瑄 陶迎春 祝曉坤 張翼然 丁月

(1. 北京市測繪設計研究院, 北京 100038; 2. 城市空間信息工程北京市重點實驗室, 北京100038)

0 引言

測繪地理信息數(shù)據(jù)建設是城市信息化建設的基礎,成果可廣泛應用于國土空間規(guī)劃監(jiān)督管理、自然資源管理、保護和利用等方面[1-2]。2018年以來,隨著國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的實施,上海、天津、武漢和重慶等眾多城市,相繼開展了地理信息數(shù)據(jù)資源體系建設、數(shù)據(jù)融合共享和平臺研發(fā)等工作[3-5]。北京市委、市政府也啟動并組織實施了北京大數(shù)據(jù)行動計劃,以建設首善標準的城市大數(shù)據(jù)中心為目標,旨在全面升級北京市信息化建設水平,實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源開放共享全覆蓋,并通過大數(shù)據(jù)應用,促進城市精細化管理,提高科學決策能力,保障和服務民生,建設世界級智慧城市。

近年來,北京市各委辦局結(jié)合自身業(yè)務需求,均在同步推進相關工作,積極推動系統(tǒng)內(nèi)部、外部的空間數(shù)據(jù)資源梳理、空間大數(shù)據(jù)建設和打通共享工作,促進各類空間要素資源整合、技術應用水平提升,且已取得了顯著的工作成效。隨著工作的不斷深入與細化,全市空間大數(shù)據(jù)建設和城市精細化管理對空間數(shù)據(jù)的需求越來越大、個性化特征越來越明顯、要求越來越高[6],基礎地理信息數(shù)據(jù)的廣度、深度、精度和現(xiàn)勢度均存在較大的提升空間。與此同時,相關從業(yè)人員開展了部分數(shù)據(jù)生產(chǎn)探索、產(chǎn)品體系設計和展示平臺建設等多方面的研究,也取得了一定進展[7-10]。但目前仍然較為缺乏系統(tǒng)的行業(yè)專題數(shù)據(jù)建設技術研究和應用方向探索拓展等方面的工作。

基于此,本文立足于基礎地理信息數(shù)據(jù)融合建設工作,聚焦行業(yè)特色,以政府部門不同的業(yè)務需求為導向,提出了行業(yè)專題地理信息數(shù)據(jù)建設技術方法、案例試驗、成果分析和應用的全流程體系。力求提供全面、深入的數(shù)據(jù)服務,以期為全市時空大數(shù)據(jù)、智慧城市“一張圖”和信息化數(shù)據(jù)庫建設工作提供一定的參考。

1 行業(yè)專題數(shù)據(jù)建設

1.1 業(yè)務需求分析

在數(shù)據(jù)資源經(jīng)過清洗、加工和分析等步驟后,最終形成能夠支撐業(yè)務、輔助決策信息的全部流程,準確、清晰的業(yè)務需求分析是基礎,也數(shù)據(jù)庫建設的關鍵一步。為提升業(yè)務水平、提高決策的有效性,必須以涵蓋多領域的數(shù)據(jù)為基礎,依靠科學的方法,來輔助各委辦局的業(yè)務和決策[11]。

因此,要聚焦行業(yè)特色,梳理業(yè)務需求,了解、收集各領域、各部門的數(shù)據(jù)資源,分析當前數(shù)據(jù)資源的優(yōu)勢與不足,結(jié)合數(shù)據(jù)應用需求場景,建立數(shù)據(jù)標準體系框架,同時選擇適當?shù)膮⒖紨?shù)據(jù)源,為進一步的數(shù)據(jù)加工建設奠定良好基礎,以便于系統(tǒng)性地提供數(shù)據(jù)本底和信息挖掘支撐服務。如圖 1所示,與部分委辦局已形成了明確的業(yè)務需求。

圖1 流程圖

1.2 數(shù)據(jù)資料獲取

除已掌握的測繪地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像等資源外,根據(jù)業(yè)務需求,在政府部門的協(xié)調(diào)下,可通過多種途徑獲取多專業(yè)、多層次、多角度的數(shù)據(jù)信息資料,如城市建設、市政交通、社會服務和政策法規(guī)等諸多方面(圖 1)。進一步結(jié)合地理信息基礎數(shù)據(jù)和各類技術處理方法,即可逐步建立滿足政府部門需求的行業(yè)專題基礎地理信息數(shù)據(jù)庫。

1.3 技術方法實施

通常,數(shù)據(jù)資源庫的建設過程共包括數(shù)據(jù)調(diào)研與資料收集、數(shù)據(jù)庫目錄設計、技術標準制定、樣例試驗、數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工、數(shù)據(jù)標準沉淀和數(shù)據(jù)成果匯總?cè)霂?個步驟。在數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工階段,要針對不同的需求背景和數(shù)據(jù)資源特征,采用不同的技術方法(圖1)。

1.3.1基于各類圖紙資料

圖紙資料主要有工程設計圖、施工圖、示意圖、地形圖和航攝像片等內(nèi)容。非地理信息格式的圖紙資料通常有紙質(zhì)版與電子版、有圖廓與無圖廓、含坐標系與不含坐標系等多種類型。針對不同類型的圖紙資料,需采用不同的技術處理方法(圖 2)。常用軟件包括Photoshop、ArcGIS、AutoCAD和加拿大Safe Software公司開發(fā)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)(feature manipulate engine，F(xiàn)ME)。一方面,對圖紙檔案或無坐標系電子圖紙,應先經(jīng)過圖像基礎處理,然后依據(jù)空間位置準確的地理參考資料和若干同名點坐標,通過地理空間配準,給數(shù)據(jù)賦予地理空間參考坐標系。最后,根據(jù)具體的數(shù)據(jù)庫目錄結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集要求,嚴格按照精度要求,對所需的地理要素進行矢量化采集,形成地理信息初步成果。

圖2 基于圖紙資料的技術流程

另一方面,從專業(yè)設計單位獲取的含坐標系電子版設計圖紙要素齊全、內(nèi)容全面,需要根據(jù)政府部門數(shù)據(jù)建設要求,提取關鍵要素,將dwg文件轉(zhuǎn)換成為gdb或shapefile文件。然后補充相應的屬性信息,導入地理信息數(shù)據(jù)庫即可。

1.3.2基于臺賬數(shù)據(jù)

政府部門經(jīng)常使用表格、文本等形式的臺賬來記錄信息。當臺賬具有空間地理位置坐標值時,可直接通過空間展點方式進行落圖,然后完成屬性掛接即可。當臺賬不具備任何空間地理位置信息時,在這類數(shù)據(jù)的處理過程中,結(jié)合文本匹配技術,將地名、地址等關鍵信息與已有的地理空間數(shù)據(jù)的屬性進行查詢匹配,查找同名點,完成一部分臺賬的空間落圖。對于無法完成匹配的臺賬信息,可結(jié)合其他基礎地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像和互聯(lián)網(wǎng)底圖資源,通過人工核對的方式,逐一進行空間落圖(圖3)。

圖3 基于臺賬數(shù)據(jù)的技術流程

1.3.3基于多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)

對于同種類型的專題數(shù)據(jù),不同來源地理空間數(shù)據(jù)在坐標系統(tǒng)、要素表達形式、圖斑數(shù)量、數(shù)據(jù)精度、屬性結(jié)構(gòu)和內(nèi)容等方面各不相同。要根據(jù)數(shù)據(jù)空間位置和屬性信息的適用性、權威性、時效性、準確性等判斷依據(jù),確定不同數(shù)據(jù)的優(yōu)先級,對要素幾何表達、屬性結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,制定個性化的數(shù)據(jù)融合規(guī)則,消除差異,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化處理和空間整合,最終形成最優(yōu)成果。

1.3.4基于外業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)

根據(jù)業(yè)務需求,若內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)無法完全滿足要求時,則要通過深入現(xiàn)場進行外業(yè)摸排和調(diào)研的方式獲取第一手臺賬資料。首先是做好準備工作,包括明確外業(yè)摸排空間點位、設計外業(yè)路線、臺賬模板和調(diào)查問卷(圖 1)。其次,開展外業(yè)調(diào)研工作,獲取原始數(shù)據(jù)信息資源。最后對其進行梳理歸納,形成專題調(diào)研成果,為后續(xù)應用分析和報告撰寫奠定基礎。

2 應用場景案例

針對北京市不同委辦局、結(jié)合部門業(yè)務需求,明確數(shù)據(jù)內(nèi)容與規(guī)格,充分發(fā)揮地理信息的優(yōu)勢,逐步構(gòu)建具有行業(yè)特色的基礎地理信息數(shù)據(jù)?？蔀楹罄m(xù)結(jié)合多源空間數(shù)據(jù)進行深度分析、數(shù)據(jù)挖掘、提出政策建議奠定數(shù)據(jù)基礎。

2.1 市政交通基礎設施數(shù)據(jù)庫建設

為全面推進全市市政交通基礎設施數(shù)據(jù)庫信息化建設工作,根據(jù)北京市規(guī)劃和自然資源委員會的要求,信息化數(shù)據(jù)庫設計包括軌道、交通、市政和案例拓展四類要素集,每類要素集包含不同的數(shù)據(jù)實體。首先,梳理了數(shù)據(jù)庫目錄結(jié)構(gòu)(表1)。其次,形成了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標準,形成統(tǒng)一、規(guī)范的屬性字段要求。最后,結(jié)合我院基礎地理信息數(shù)據(jù)、專業(yè)設計數(shù)據(jù)和行業(yè)拓展屬性信息,根據(jù)實際情況,采用上述不同的數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工方法進行數(shù)據(jù)入庫處理,對交通基礎設施信息化現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫進行了豐富、擴展。案例拓展(支持剖面分析)的地下市政基礎設施要素圖層有：地下橋樁、人防工程、蓋板溝、地下停車場、過街通道、地鐵。

表1 市政交通基礎設施數(shù)據(jù)庫目錄初步設計

以城市軌道交通數(shù)據(jù)集為例,目前已形成了全市較為完善的軌道專題地理信息數(shù)據(jù)集,包括車輛段、出入口和隧道中心線等10個圖層的地理信息矢量數(shù)據(jù)集。同時,通過與軌道設計單位對接,極大程度地完善了各類實體的屬性信息,如各類設施的名稱、類型、功能、尺寸和高程、狀態(tài)等。后期應逐步建立市政交通基礎設施數(shù)據(jù)庫動態(tài)維護更新機制,依托圖紙定期開展數(shù)據(jù)補充入庫和更新維護,對于新建或改造的工程,也應及時將竣工數(shù)據(jù)入庫,確保數(shù)據(jù)及時更新。

2.2 “疏解整治促提升”專項

“疏解整治促提升”專項行動是提高城市治理能力和水平、持續(xù)改善人居環(huán)境的重要舉措[12]。經(jīng)與北京市發(fā)展和改革委員會對接,需對橋下空間、老年餐桌和核心區(qū)住宿業(yè)進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)和外業(yè)摸排調(diào)研。首先,基于三維MESH模型數(shù)據(jù)和點位臺賬,對全市橋下空間面進行內(nèi)業(yè)采集、對老年餐桌和住宿業(yè)點位進行落圖。然后,通過外業(yè)調(diào)研摸清橋下空間、老年餐桌的現(xiàn)狀情況和存在問題以及住宿業(yè)的疏解情況,充分拓展數(shù)據(jù)專題屬性信息。最終形成了立足需求、制定問卷、深入現(xiàn)場調(diào)研,掌握現(xiàn)狀、形成統(tǒng)計和分析報告的工作模式,成果可支撐政府部門的專項工作、對現(xiàn)存問題進行實時整改。

2.3 停車設施信息報送底圖生產(chǎn)

為參與落實《北京市機動車停車條例》規(guī)定、實現(xiàn)精細化停車管理的要求、提高停車資源空間化管理的水平,做好存量機動車停車設施信息報送調(diào)查用底圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)是摸清停車資源底數(shù)的前提條件和有效途徑。通過與北京市交通委對接需求,明確了數(shù)據(jù)組織形式和屬性字段規(guī)格、建立了地塊分類體系標準。然后,參考基礎測繪、地理國情普查和互聯(lián)網(wǎng)信息等多源數(shù)據(jù)資料,開展了底圖數(shù)據(jù)加工,詳細記錄了地名、地址、類型、年代等信息。

3 數(shù)據(jù)分析與信息挖掘

在現(xiàn)有行業(yè)專題數(shù)據(jù)的基礎上,密切結(jié)合數(shù)據(jù)應用場景,立足委辦局業(yè)務特色,對專題數(shù)據(jù)進行分析和信息挖掘,目的在于發(fā)現(xiàn)問題、為解決問題提出合理建議,以提高大城市精細化管理和服務水平。

在市政交通基礎設施數(shù)據(jù)庫中,以城市軌道交通數(shù)據(jù)集為例,可以依托軌道中心線要素圖層,計算區(qū)域軌道覆蓋密度(單位為km/km2),另外,也可對比出入口圖層的設計圖紙與實施結(jié)果之間的差異,分析規(guī)劃實施率,評估城市軌道出入口的實際建設情況。與之相似,在市政交通專題中,以現(xiàn)狀道路中心線數(shù)據(jù)為基礎,計算道路實施率和道路實現(xiàn)率指標,評價城市道路交通狀態(tài)。

在“疏解整治促提升”專項工作中,橋下空間面圖層詳細記錄了橋下空間的位置、形態(tài)、面積、所屬道路名稱、所屬道路等級、空間可利用狀況、運行保障類型、當前存在的問題等信息,可全面分析區(qū)域橋下空間資源現(xiàn)狀利用情況,對于城市環(huán)境美化提升、空間資源賦能挖潛具有重要的實際意義。同時,老年餐桌和住宿業(yè)的調(diào)研摸排與問題歸納成果,能夠切實評估專項工作的推動進展和落實情況。

在停車設施報送工作中,以地塊底圖數(shù)據(jù)為基礎,補充掛接地塊單元內(nèi)的樓棟數(shù)、住戶數(shù)、停車位數(shù)和車輛數(shù)等多種屬性信息,分析不同區(qū)域停車資源分布情況,再結(jié)合存量房屋建筑密度、老舊小區(qū)分布、手機信令等數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)停車位供需不匹配等問題,可為進一步實施道路居住停車認證、停車誘導、停車預約、有償共享停車等工作提供支撐。

目前,常用的地理信息空間數(shù)據(jù)分析方法主要有：

(1)空間分析法。使用各類空間分析模型和空間操作,對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行處理,挖掘不同數(shù)據(jù)在空間上的關聯(lián)規(guī)則和特征。主要有空間檢索、疊置分析、緩沖區(qū)分析、核密度分析和聚類分析等。

(2)統(tǒng)計分析法。著重于數(shù)據(jù)的非空間特性分析,如統(tǒng)計對象的規(guī)模、速度、范圍、程度、頻次等數(shù)量關系的分析研究,旨在揭示事物間的相互關系、變化規(guī)律和趨勢特征。

(3)時序?qū)Ρ确?。獲取同種要素在不同時期的數(shù)據(jù),依據(jù)時間序列對其進行對比分析,目的是揭示要素動態(tài)變化特性,探索發(fā)展規(guī)律和趨勢。

(4)可視化方法?；诳梢暬浖膶ｎ}圖件設計與制作,能拓寬傳統(tǒng)圖表功能,對數(shù)據(jù)的剖析更為清晰和深刻,對于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)部或數(shù)據(jù)之間的規(guī)律能起到啟發(fā)作用。

4 結(jié)束語

由于傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容不能完全滿足當前城市信息化發(fā)展、精細化管理、個性化評估的要求,因此,有必要以行業(yè)應用為導向,對各類數(shù)據(jù)資源進行整合,通過內(nèi)業(yè)深度加工、外業(yè)摸排調(diào)研的方法,將多源數(shù)據(jù)的優(yōu)勢結(jié)合起來,以期滿足多途徑應用場景。

本文較為全面的歸納了常用二維專題地理信息數(shù)據(jù)建設技術方法。以三個應用場景為例,初步建立了聚焦應用的行業(yè)專題地理信息數(shù)據(jù)集,形成了數(shù)據(jù)生產(chǎn)、外業(yè)摸排、內(nèi)業(yè)分析相結(jié)合的專項工作推進機制。并且針對不同應用場景,提出了詳細的信息挖掘與數(shù)據(jù)推廣應用思路,為后續(xù)數(shù)據(jù)分析服務廣度的擴展奠定了良好的基礎。

但是,以行業(yè)應用為導向的基礎地理數(shù)據(jù)建設是一項需要長期推進和維護的工作,目前數(shù)據(jù)尚未形成長效更新機制,現(xiàn)勢性保障不足,今后應開展深入探討、廣泛試驗。同時,在實際應用過程中,數(shù)據(jù)完全無法滿足各類需求,今后應不斷優(yōu)化二維地理信息數(shù)據(jù)在不同尺度下的通用屬性和專題拓展屬性,以期最大限度的滿足各類分析使用需求。