吴国华

(福州市勘测院有限公司，福建 福州 350108)

1 引 言

随着经济的快速发展和城镇化的不断推进，城市的数量和规模亦迅速发展壮大，而作为城镇中主要元素的建筑物信息化水平往往显得滞后，难以满足智慧城市建设和城镇精细化管理的需求[1]。为全面掌握全市各类建筑物的现状分布情况，核准各类建筑物的属性信息，从而建立统一、完整、准确的建筑物时空信息库[2]。

2 普查建库内容

(1)AOI(Area of Interest指电子地图表达区域的地理实体，如居民小区、单位院落、产业园区、一个景区或一个体育馆等，相对POI兴趣点也称为兴趣面，通常比POI具有更好的表达力，更好的计算力，更好的稳定性)数据普查。

(2)建筑物(Building)数据普查，指具有顶盖、梁柱、墙壁、基础，能够形成一定的内部空间，满足人们生产、生活及其他活动需要的工程实体[3]。

(3)建筑物照片数据采集建库，采集对应建筑物的名址图片、远近景正面照、立面材质图片等。

3 建筑物普查建库流程

建筑物普查建库是以多源数据整合为基础，然后对融合后建筑物图形和属性数据叠加正射影像等数据更新修测制作调查电子底图，再利用定制开发的普查App进行外业调查补充，最后对普查后的数据进行整合入库工作。普查建库总体流程如图1所示：

图1 建筑数据库建设实施路线

3.1 数据库设计

(1)数据库组织结构设计

由于房产数据库在应用管理上多以房产丘为单元，因此建筑物数据库定义了类似房产丘的院落单元AOI。而建筑物数据则从空间图形和非空间的属性两个方面进行建库表示，另外以建筑物照片作为辅助信息。建筑物数据库的组织结构如图2所示：

图2 数据库组织结构

(2)建筑物数据表字段设计

根据建筑物时空属性信息表现设计建筑物数据表字段如表1所示：

表1 建筑物属性信息数据源分析表

3.2 源数据收集分析

(1)源数据收集分析

按照建筑物数据库数据特征对应源数据的类型、标准、来源、特性、可靠性、用途等进行综合考量，形成源数据收集分析表。根据建筑物地物特征及表示方式，把源数据分为空间图形数据和非空间的属性信息数据两种类型[4]。具体如下：

①空间图形基础数据：大比例尺DLG数据、竣工测量数据、放样数据、高分辨率数字正射影像、激光点云成果、倾斜摄影成果；

②非空间属性数据：房产整合的楼房数据、建筑物城建档案、标准地址二维码数据等。

(2)源数据预处理

主要是对源数据完整性检查、数学基础统一、源数据质量检查等预处理工作。

①源数据完整性检查，对收集源数据的元数据、范围、图层、属性内容以及由于分幅或作业区域划分等因素被分割为若干部分的地图地物要素等进行检查。

②数学基础统一，主要是对源数据进行格式统一和坐标系统一。

③源数据质量检查，主要是对源数据进行几何形状检查、空间位置检查、拓扑关系检查、逻辑性检查、属性检查等。

3.3 源数据融合更新

对完成预处理的各类源数据分别进行空间图形和非空间的属性的融合处理。

(1)图形数据融合

图形数据融合主要包括AOI和建筑物图形数据的融合。AOI数据主要是对宗地、地籍、房产丘地块等源数据的院落范围进行比对分析、边界调整等融合处理；建筑物图形数据预整理主要包括建筑物图元的分类、合并及拆分等逻辑栋关系融合。

(2)属性数据融合

AOI、建筑物属性数据生产加工包括分析提取、对照判断、信息融合等属性信息融合处理工作。

(3)数据更新

对融合处理后的AOI数据、建筑物数据叠加最新现势性的正射影像数据进行数据更新修测，以保持待调查数据的现势性。

3.4 外业普查

外业普查是利用采集App由普查员按顺序对建筑物所在AOI及AOI内建筑物图形和属性信息进行核查、补充更新采集工作。采集过程中首先需要确认AOI的四至范围及名址信息，然后采集AOI范围内的建筑物位置图形、属性信息、并拍摄建筑物照片信息。

3.5 数据整合入库

(1)数据内业整合

对调查完成的数据进行内业整合，主要是对采集的图形及属性信息进行关联整合及标准化处理，同时检查数据的完整性，对有遗漏的数据需及时退回进行补充调查。

(2)数据质量检查及入库

对完成整合的建筑物数据进行入库前质量检查，包括完整性检查、空间检查、属性信息检查、关联关系检查、逻辑一致性检查等，检查合格后才可以进行数据入库操作[5]。

4 普查建库实例

本文以福州市城区建筑物普查为例，按照普查实施的具体作业步骤来详细介绍建筑物普查建库的具体技术实现。

4.1 源数据收集分析

根据建筑物数据库设计把收集的源数据分为空间图形数据和非空间的属性数据两大类[6]。空间图形数据包含AOI数据和建筑物数据。非空间的属性信息主要从各类建筑物相关专题数据及辅助参考数据中获取。从数据来源、特性、用途和数据优先级等方面对各类数据源进行分析，形成AOI和建筑物数据源分析表如表2和表3所示：

表2 AOI数据源分析表

表3 建筑物数据源分析表

4.2 源数据整合

(1)AOI图形数据整合

AOI整合是以宗地数据、房产丘地块数据、单位院落数据、DLG数据、进行AOI的预整合，然后叠加高分辨率DOM数据、区划网格数据及POI兴趣点数据进行检查验核。

①AOI数据提取：从宗地数据、房产丘地块数据、单位院落数据、DLG数据中提取院落范围面作为AOI基础数据。根据不同数据源中院落范围面的地物要素的类型特征提取所需的AOI相关要素，具体包括宗地范围线、房产丘范围面、院落范围面、DLG数据的围墙、栅栏等作为AOI基础范围边界线。

②AOI数据融合：AOI数据的融合是以房产丘地块数据作为融合的基础数据，通过与其他多源空间数据融合处理及验核判断后生成AOI成果数据。具体AOI数据融合的流程图如图3所示：

图3 AOI数据融合流程图

步骤一：AOI融合预处理以房产丘地块数据作为基础数据，参照宗地数据、院落数据进行预处理，即提取多源的AOI数据进行比对，对有冲突的AOI数据进行判断调整；

步骤二：参照大比例地形图数据、竣工测量数据，对经过预处理的AOI数据进行AOI数据叠加分析、数据融合、节点优化等；

步骤三：叠加区划网格及高分辨率DOM数据、POI数据进行检查验核，通过验核的院落数据即为AOI数据成果。

(2)建筑物图形数据整合

①建筑物图形数据提取：从DLG数据、竣工测量数据等源数据中提取建筑物轮廓面作为建筑物基础数据。具体提取的建筑物相关要素如一般房屋、简单房屋、建中房屋、放样房屋、架空房屋、飘楼、阳台等。

②建筑物图形数据整合：由于大比例尺DLG等源数据的建筑物图形是对建筑物顶面细部的精细化表达，这样一栋物理独立的建筑物往往分割成多个逻辑建筑，需对分割的逻辑建筑进行整合处理，具体整合处理示意图如图4所示：

图4 建筑物整合

建筑拆分是指建筑有裙楼或错层时，当主体楼与裙楼或层次间的高差大于等于 2.2 m，且单一投影面积达到 64 m2的建筑主体外的楼体[7]。建筑体积(面积×高度)占建筑总体积比例最大的结构优先认定为建筑主体结构。当建筑物由两个及两个以上体量建筑组合成一体时，需要将首层或多层相互连通公用的底商和上面的塔楼按不同的楼号、楼名进行分割表示，具体处理示意图如图5所示：

图5 建筑物整合

(3)图形数据更新

对经过提取整合的AOI及建筑物图形数据叠加最新现势性的高分辨率正射影像数据，进行AOI、建筑物面更新修测，以保持AOI及建筑物数据的现势性。

(4)属性数据整合

建筑物属性字段整合是尽可能整合各类源数据中已有可利用信息，使建筑物属性信息尽量齐全完整，不同属性字段整合过程如下。

①建筑物编码：是以福州市统一划分的城市基础网格为基础，对网格内建筑先进行单元划分再赋予编码。编码采用7层27位层次码结构，由城市基础网格代码、建筑代码以及业务管理拓展码构成。具体编码结构图如图6所示：

图6 建筑编码结构图

②详细地址：指民政部门编制的建筑物门牌地址，基本格式为“××区××街道××路(街、巷、坊)××号”，通过外业扫描对应二维码获取。

③所在街道、社区：建筑物所在街道、社区字段通过其与街道、社区网格进行空间叠加获取所在街道、社区的属性信息。

④建筑名称：指建筑物当前使用的名称，原则上是院落名称加楼名的组合。

⑤标准名称：指在民政局官方批准名称，主要从地名办的档案库中统一获取。

⑥项目名称：建筑物在立项、审批过程中形成的名称。其获取的优先级顺序是，首先从竣工测量报告中提取，其次从地名办档案中提取，两份资料都没有的，从房产数据库中补充。

⑦建设单位名称：指投资建设该建筑物的业主单位名称。其获取的优先级顺序是，首先从竣工测量报告中提取，其次从房产数据属性库中关联提取。

⑧结构类型：建筑结构一般是指其建筑的承重结构和围护结构，其属性从DLG数据的属性字段中获取。对于结构复杂的建筑物，根据建筑物构件图元的建筑物面积值的大小排序，以建筑物面积值大的构件图元建筑物结构属性值为整栋建筑物的结构类型值。

⑨建造年代：指建筑物的竣工时间。福州自2000年以后建成建筑物有竣工资料，统一从竣工测量报告中提取建造年代；以前无竣工资料的，从房产数据属性中获取；对于房产数据中没有建设年代的建筑物，再利用多时相影像的时空性人工判定建筑物建筑年代；对于年份久远的古建筑采用实地调查建筑物年代。

⑩建筑层数：指层高大于2.2 m的楼板结构分层层数。当一幢建筑有两个以上的建筑组合，按最高体量的构件图元自然层数计算建筑层数。具体建筑层数属性从DLG数据中提取“实际层数”属性。

4.3 调查底图制作

调查电子底图应以卫星遥感影像为背景，以福州市综治网格为普查任务单元，将调查任务单元内AOI以范围线表示并标注其名称，将调查任务单元内建筑物以外轮廓表示并标注楼栋号等基本信息，以方便外业核查编辑使用。

4.4 普查App研发

根据建筑物普查业务需求，研发普查应用系统，应用系统采用数据-服务-应用三层体系架构如图7所示：

图7 建筑物普查应用系统架构图

其中数据层包括基础底图、分区数据、专题数据、标绘数据、用户数据等；服务层是基于Restful Service技术来实现数据层与应用层的分离，具体服务包括，用户管理、底图控制、区域划分、沙盘标绘、统计分析、数据导入导出等；应用层则负责与普查用户的交互应用，分为PC端和移动端，主要功能包括PC端的普查底图管理、普查小区划分、用户管理、导入导出、数据分析和移动端AOI图形和属性编辑、建筑物图形和属性编辑、外业沙盘标绘等。

4.5 外业普查

建筑物外业普查基本是以核对确认为主，仅对实地普查中与系统AOI及建筑物数据不一致的进行更新修测，同时采集建筑物照片数据。其主要调查工作内容如下：

(1)空间图形核对及更新修测：

核对确认AOI的四至范围及其范围内建筑物图形是否准确；对与实地不一致的情况，则根据实地情况对待查专题数据进行修改、增加、合并、分割、删除等修测处理。

(2)非空间属性的核对及更新：

核对系统中专题AOI、建筑物数据属性信息完整、准确；对与实地不一致的情况，则根据实地情况进行修改、补充完善；

(3)建筑物外观图片采集：

建筑物外观照片要求至少四张，包括名址照、远近景正面照、立面材质照等。对于周围遮挡或绿植环抱等原因实地无法采集照片的则统一从倾斜摄影数据中获取。

采集App空间图形及属性采集界面截图如图8所示：

图8 采集App空间图形及属性采集界面截图

4.6 内业处理及建库

对调查的AOI数据、建筑物图形及属性数据、建筑物图片进行关联整合，并根据数据库结构进行数据处理整合，在入库检测合格后完成数据入库工作。具体实施情况如下：

(1)院落AOI数据处理

对AOI数据与正射影像数据及其他参考数据叠加修测处理，主要处理调查中新增、删除、合并、拆分的AOI图形四至范围与参考数据的一致性及拓扑问题。

(2)建筑物图形数据处理

对建筑物图形与正射影像数据及其他参考数据叠加修测处理，处理调查中新增、删除、合并、拆分的建筑物图形数据与叠加修正数据的一致性及数据拓扑问题。

(3)建筑物属性数据处理

对建筑物属性数据与行政区域数据、AOI数据、名址数据、宗地数据、DLG数据、房产专题数据等其他参考数据进行关联检查，检查调查过程中新增信息、修改完善信息、备注信息等属性信息的合法性、一致性、准确性等[9]。

(4)建筑物图片数据处理

对采集的建筑物图片数据的规格、清晰度、拍摄角度、图属一致性等进行检查，对有问题的数据退回补充，符合要求的数据整理入库。

4.7 质量控制

对处理完成的AOI数据、建筑物图形及属性数据、照片等进行入库质量检查，并对检查中发现的问题退回修改。具体检查如下：

(1)完整性检查：检查数据图层、数据属性信息等是否完整齐全，避免图层或属性信息遗漏或缺失等现象；

(2)位置精度检查：检查AOI数据及建筑物数据的空间位置精度是否符合对应比例尺电子地图数据规范要求；

(3)空间拓扑检查：检查AOI数据及建筑物数据各要素间的空间拓扑关系是否合理、准确等；

(4)现势性检查：检查AOI数据及建筑物数据的现势性是否满足既定时点要求，对现状的增、删更新是否合理、准确等；

(5)属性检查：检查相关属性字段长度、字段类型、属性内容是否正确、属性取值范围是否规范、属性值是否重复矛盾等；

(6)逻辑一致性检查：检查各层级间逻辑关系是否矛盾、属性间的逻辑关系是否合理，如建筑层数与高度的逻辑关系、基底面积与建筑面积的逻辑关系等。

4.8 数据入库

对通过入库检查的AOI、建筑物成果进行数据入库测试，测试通过后进行数据入库。考虑到AOI数据及建筑物数据的变化性，同步建立AOI及建筑物数据库的长效更新机制，采用定期更新的方式进行数据的更新维护。

5 结 语

本文介绍了建筑物普查建库的技术设计和普查流程以福州市建筑物普查为例，详细阐述了在已有大比例尺DLG数据及房屋相关专题信息数据的基础上，通过内业提取、关联整合等方式制作建筑物调查电子底图，利用自主研发调查App进行外业核查、调查补充的方式进行建筑物普查建库的具体实施过程。