盧建洪， 劉 建， 譚 攀， 潘小旋， 文 力， 袁 月

(1.重慶市地理信息和遙感應(yīng)用中心,重慶 401121；2.自然資源部國(guó)土空間規(guī)劃監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401121)

建筑物信息是全面掌握城市建設(shè)總體情況和宏觀態(tài)勢(shì)的重要途徑，是支撐自然資源管理、規(guī)劃研究、規(guī)劃編制、實(shí)施評(píng)估和規(guī)劃管理工作的重要基礎(chǔ)，是分析和研究城市問(wèn)題的重要信息來(lái)源[1-2]。近年來(lái)，重慶市經(jīng)濟(jì)社會(huì)飛速發(fā)展，面對(duì)每年開(kāi)展建筑物更新信息點(diǎn)多、量大、分布零散的現(xiàn)狀，有必要研究探索運(yùn)用新的技術(shù)手段開(kāi)展調(diào)查與更新工作。本研究以重慶市中心城區(qū)建筑物信息年度調(diào)查與更新工作為例，研究基于智慧地理調(diào)查技術(shù)，如何開(kāi)展重慶中心城區(qū)建筑物信息數(shù)據(jù)庫(kù)的年度調(diào)查與更新維護(hù)工作。

1 研究現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，地理外業(yè)調(diào)查系統(tǒng)得到了較快的發(fā)展，張潔[3]基于UCMap for Android，結(jié)合移動(dòng)GIS技術(shù)和GPS技術(shù)開(kāi)發(fā)退耕還林作業(yè)設(shè)計(jì)與輔助系統(tǒng)。查東平[4]基于GDAL，結(jié)合GPS信息接收與解析技術(shù)、遙感影像壓縮算法、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)技術(shù)，完成以湖南省森林資源二類(lèi)調(diào)查為例的森林資源二類(lèi)調(diào)查系統(tǒng)。朱煌[5]基于PhoneGap，采用Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)的HybridApp開(kāi)發(fā)模式，研發(fā)建設(shè)森林資源數(shù)據(jù)外業(yè)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)樣地、標(biāo)準(zhǔn)地、角規(guī)的調(diào)查。目前研發(fā)的外調(diào)系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注外調(diào)系統(tǒng)的信息采集記錄形式、數(shù)據(jù)內(nèi)嵌、數(shù)據(jù)加載提速擴(kuò)容等方面，卻忽視了外業(yè)調(diào)查中的協(xié)同作業(yè)需要，尤其在大規(guī)模、大體量的外業(yè)調(diào)查中，解決作業(yè)協(xié)同問(wèn)題，對(duì)于工作效率的提高、科學(xué)的管理具有十分重要的意義。

2 技術(shù)路線

2.1 需求分析

為保證建筑物數(shù)據(jù)足夠鮮活，切實(shí)可用，滿足精細(xì)化國(guó)土空間規(guī)劃和城市智能化管理等方面的迫切需求，重慶市已對(duì)中心城區(qū)連續(xù)多年開(kāi)展建筑物調(diào)查及更新工作，成果在各項(xiàng)國(guó)土調(diào)查、地理國(guó)情調(diào)查、自然資源調(diào)查的數(shù)據(jù)采集與處理中得到了廣闊的應(yīng)用。利用智慧地理調(diào)查技術(shù)對(duì)中心城區(qū)建筑物信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行年度調(diào)查，可實(shí)現(xiàn)建筑物幾何、位置等信息的快速調(diào)查更新，并進(jìn)一步與天地圖·重慶、重慶時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)等融合治理；促進(jìn)以智慧地理調(diào)查技術(shù)為基礎(chǔ)的，集建筑物數(shù)據(jù)采集、入庫(kù)、動(dòng)態(tài)更新及應(yīng)用于一體的技術(shù)體系建設(shè)，使建筑物信息調(diào)查更新更加快捷，更加實(shí)用。此外，進(jìn)一步為重要建筑物建立精細(xì)三維立體數(shù)據(jù)，整體分析建筑物分布情況，能夠查看每一棟建筑物的財(cái)稅、經(jīng)濟(jì)收入等信息并進(jìn)行空間落地，為經(jīng)濟(jì)分析提供決策參考[6]。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧地理調(diào)查技術(shù)基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范休系和云支撐環(huán)境構(gòu)建總體架構(gòu)(圖1)，包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、實(shí)時(shí)協(xié)同功能層、外業(yè)調(diào)查技術(shù)層、數(shù)據(jù)庫(kù)成果層及成果應(yīng)用支撐服務(wù)層五個(gè)核心層級(jí)[7]：

圖1 總體技術(shù)架構(gòu)圖Fig.1 General technnical framework chart

2.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層 該層包括高分辨遙感影像、1∶2 000地形圖、建筑總平圖等基礎(chǔ)資料，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)資料進(jìn)行整合、提取、轉(zhuǎn)換、清洗、融合等預(yù)處理工序，對(duì)新建及拆除建筑物輪廓提取、部分屬性賦值等工作，構(gòu)建出多源異構(gòu)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.2 實(shí)時(shí)協(xié)同功能層 該層是后臺(tái)管理云系統(tǒng)、云計(jì)算智能任務(wù)分配系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)眾包采集云系統(tǒng)等多人在線協(xié)同作業(yè)功能層，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)查錄入、審核、管理等一體化進(jìn)行。

2.2.3 外業(yè)調(diào)查技術(shù)層 該層用于構(gòu)建建筑物信息外業(yè)實(shí)地調(diào)查采集的技術(shù)方案，基于多源異構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算實(shí)時(shí)協(xié)同調(diào)查系統(tǒng)移動(dòng)終端，開(kāi)展建筑信息采集工作、任務(wù)分配和審核工作。

2.2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)成果層 該層構(gòu)建了千萬(wàn)級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，在中心城區(qū)建筑物成果數(shù)據(jù)通過(guò)完整性、準(zhǔn)確性和邏輯一致性等檢查后進(jìn)行儲(chǔ)存，同時(shí)在該層中充分考慮了數(shù)據(jù)成果讀取寫(xiě)入效率、應(yīng)用場(chǎng)景適配等問(wèn)題。

2.2.5 數(shù)據(jù)應(yīng)用支撐服務(wù)層 建筑物數(shù)據(jù)有著十分豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，該層通過(guò)對(duì)建筑物數(shù)據(jù)成果進(jìn)行處理分析，能夠有效地支撐國(guó)土空間規(guī)劃全生命周期管理，支持城市管理決策。

2.3 智慧地理調(diào)查系統(tǒng)研發(fā)

重慶市基于智慧地理調(diào)查技術(shù)，建設(shè)智慧地理調(diào)查系統(tǒng)，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)手機(jī)應(yīng)用程序“調(diào)查通”APP。為進(jìn)一步提高中心城區(qū)建筑物信息調(diào)查更新工作效率，圍繞中心城區(qū)建筑物信息年度調(diào)查更新需求，結(jié)合建筑物數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)，充分考慮外調(diào)人員使用習(xí)慣，對(duì)智慧地理調(diào)查系統(tǒng)和“調(diào)查通”APP不斷進(jìn)行優(yōu)化，完善云協(xié)同、數(shù)據(jù)審查機(jī)制和不同比例尺顯示等功能(圖2)，為外調(diào)工作提供更加全面的技術(shù)支撐，具有更高的安全性和穩(wěn)定性，以及更好的交互體驗(yàn)。

圖2 不同比例縮放尺度下的顯示優(yōu)化Fig.2 Optimization in different ratio zooming scale

2.3.1 增強(qiáng)導(dǎo)航功能 針對(duì)建筑物調(diào)查與更新需求，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員將百度地圖、高德地圖、騰訊地圖接入到調(diào)查系統(tǒng)中，將外調(diào)位置傳入，實(shí)現(xiàn)調(diào)用路線規(guī)劃、導(dǎo)航等功能。多種地圖導(dǎo)航軟件的適配，能夠更好地匹配外調(diào)人員的使用習(xí)慣，消除單一軟件可能存在的問(wèn)題，有效提高工作效率。

2.3.2 設(shè)置必填字段 通過(guò)對(duì)建筑物屬性梳理和外業(yè)調(diào)查工作的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，結(jié)合調(diào)查人員的使用習(xí)慣，對(duì)外調(diào)軟件中顯示的需調(diào)查字段進(jìn)行精簡(jiǎn)和排序，在界面中的顯示字段為“基本區(qū)域限定物”“位置描述”“建筑物名稱(chēng)”“建筑物別稱(chēng)”“樓棟號(hào)”等，并為部分字段提供列表選擇功能，方便信息錄入，為外調(diào)數(shù)據(jù)的完成提供完整性保障(圖3)。

圖3 設(shè)置必填字段Fig.3 Setting the required field

2.3.3 適配語(yǔ)音識(shí)別功能 外業(yè)調(diào)查工作具有工作量大、工期緊的特性，重慶多發(fā)高溫天氣和陰雨天氣，給外業(yè)作業(yè)帶來(lái)了實(shí)際困難。研發(fā)人員在屬性信息錄入功能中適配了第三方輸入法，外業(yè)人員可以調(diào)用語(yǔ)音識(shí)別功能(圖4)，實(shí)現(xiàn)屬性信息的快速錄入，提高外業(yè)工作效率，減少外業(yè)工作時(shí)長(zhǎng)。

圖4 適配語(yǔ)音識(shí)別功能Fig.4 Adaption of the automatic speech recognition function

2.3.4 云存儲(chǔ)與云協(xié)同 智慧地理調(diào)查平臺(tái)擁有強(qiáng)大的后臺(tái)管理云作為支撐，上傳的照片、錄音等信息可實(shí)時(shí)在線查看，并支持?jǐn)?shù)據(jù)的填寫(xiě)、修改等功能。用戶可根據(jù)平臺(tái)上的照片、錄音等記錄的信息，完成數(shù)據(jù)錄入工作。同時(shí)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，外業(yè)調(diào)查相關(guān)人員可實(shí)時(shí)協(xié)同開(kāi)展工作，增強(qiáng)了外業(yè)工作的高效性和靈活度。

2.3.5 增強(qiáng)安全管理 在安全管理方面，平臺(tái)對(duì)賬戶注冊(cè)設(shè)立了嚴(yán)格的審查機(jī)制，對(duì)外調(diào)人員進(jìn)行賬戶綁定，從賬戶安全上加強(qiáng)安全管理，并規(guī)定了不同人員的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的可控可追溯。

3 應(yīng)用實(shí)踐

3.1 資料收集

在信息調(diào)查前，需要對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集、整理、評(píng)估。建筑物信息調(diào)查采用的基礎(chǔ)資料包括現(xiàn)勢(shì)測(cè)繪資料、高分辨率遙感影像資料、建設(shè)工程相關(guān)資料等?，F(xiàn)勢(shì)測(cè)繪資料包括1∶500地形圖、1∶2 000地形圖等；高分辨率遙感影像資料采用更新調(diào)查當(dāng)年分辨率優(yōu)于0.5 m的航天或航空遙感影像；建設(shè)工程相關(guān)資料包括建設(shè)工程規(guī)劃許可證及其附件、建設(shè)工程竣工規(guī)劃核實(shí)確認(rèn)書(shū)及其附件等。

3.2 內(nèi)業(yè)處理

內(nèi)業(yè)處理內(nèi)容包括空間信息提取、屬性賦值、外調(diào)前成果檢查。由于建筑物信息更新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(1∶2 000地形圖、建設(shè)工程規(guī)劃許可資料等)受收集渠道的限制，所以在提取新建建筑物輪廓線時(shí)，分三步走：第一步，優(yōu)先使用1∶2 000地形圖等資料，對(duì)建筑物信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的遙感影像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)成果，進(jìn)行建筑物輪廓替換與更新；第二步，對(duì)照當(dāng)年遙感影像，開(kāi)展新建建筑物提取工作，提取1∶2 000地形圖等高精度的建筑物輪廓[8-9]；第三步，若1∶2 000地形圖等高精度的建筑物輪廓與當(dāng)年遙感影像建筑物出現(xiàn)基底不符或缺失的情況，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)照遙感影像建筑物屋頂，解譯建筑物輪廓線，建筑物輪廓線放置于對(duì)應(yīng)遙感影像建筑物基底處。為保證建筑物成果后續(xù)應(yīng)用于天地圖·重慶、重慶時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)和歷史建筑、違法建筑、國(guó)土空間規(guī)劃等方面，遙感解譯的建筑物輪廓線一般以規(guī)則的長(zhǎng)方形或直角多邊形為主，建筑物輪廓的遙感解譯精度原則上要求為5個(gè)像素[10-11]。

3.4 外業(yè)實(shí)地調(diào)查

運(yùn)用基于智慧地理調(diào)查技術(shù)的“調(diào)查通”APP，開(kāi)展外業(yè)調(diào)查工作。外調(diào)采用全野外調(diào)查，包括已有信息的外業(yè)核實(shí)，新建建筑物的外業(yè)采集。首先，管理員可分配任務(wù)區(qū)，并可動(dòng)態(tài)查看外業(yè)調(diào)查人員的任務(wù)完成情況，動(dòng)態(tài)進(jìn)行任務(wù)調(diào)配，對(duì)發(fā)現(xiàn)的調(diào)查過(guò)程中存在的問(wèn)題及時(shí)糾正，及時(shí)做出調(diào)整。其次，外業(yè)調(diào)查人員收到任務(wù)后，使用“調(diào)查通APP”主要采集現(xiàn)場(chǎng)建筑物信息的照片、視頻、錄音等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)的上傳到云服務(wù)器。第三，外業(yè)調(diào)查人員完成調(diào)查后，當(dāng)天對(duì)外業(yè)調(diào)查的照片、視頻、錄音等信息在調(diào)查系統(tǒng)中進(jìn)行錄入，內(nèi)業(yè)錄入主要在PC端進(jìn)行，錄入完成后提交管理人員審核；最后，管理人員對(duì)提交的信息的完整性，錄入數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)照片的準(zhǔn)確性進(jìn)行審核，審核合格后提交項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，對(duì)于不合格的信息，反饋外業(yè)調(diào)查人員。

3.5 信息錄入與檢驗(yàn)

完成現(xiàn)場(chǎng)建筑物信息采集后，根據(jù)當(dāng)天調(diào)查的內(nèi)容，進(jìn)行信息補(bǔ)充錄入及修改完善工作并提交數(shù)據(jù)。隨后，管理員通過(guò)云端同步得到要建筑物信息，對(duì)完成質(zhì)量進(jìn)行檢查，審查合格后，提交至質(zhì)檢人員。

3.6 數(shù)據(jù)編輯與整理

結(jié)合外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)內(nèi)業(yè)中處理的成果進(jìn)行補(bǔ)充完善。按建筑物外業(yè)調(diào)查成果的規(guī)范要求，整理外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，查找漏調(diào)或未調(diào)的數(shù)據(jù)。在查找過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)存在疑問(wèn)的建筑物信息，需將這部分建筑物提取出來(lái)，以便進(jìn)一步開(kāi)展補(bǔ)調(diào)和核實(shí)工作。外業(yè)調(diào)查完成后，以區(qū)為單位進(jìn)行成果梳理，并將各區(qū)數(shù)據(jù)成果整合成為中心城區(qū)的整版數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

重慶中心城區(qū)建筑物信息數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)體量龐大，運(yùn)用智慧地理調(diào)查系統(tǒng)和“調(diào)查通”APP強(qiáng)大的空間分析、處理、管理能力，可有效優(yōu)化外業(yè)調(diào)查環(huán)節(jié)，提高作業(yè)效率，避免建筑物調(diào)查數(shù)據(jù)內(nèi)容不完整、不規(guī)范、不統(tǒng)一、不標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，有效保證建筑物屬性數(shù)據(jù)與空間信息的融合對(duì)接，實(shí)現(xiàn)建筑物信息的空間化，直觀地反映人口、產(chǎn)業(yè)、公共服務(wù)等諸多方面的空間和屬性信息，提高工作效率和成果質(zhì)量。

未來(lái)，智慧地理調(diào)查技術(shù)將融合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，從高分辨率遙感影像中自動(dòng)提取建筑物矢量圖形技術(shù)，可極大提高建筑物基底面提取的工作效率。智慧地理調(diào)查系統(tǒng)將進(jìn)一步探究建筑物信息的組織關(guān)系與邏輯性，實(shí)現(xiàn)全屬性字段自動(dòng)檢測(cè)，降低檢測(cè)人工及時(shí)間成本，提升檢測(cè)效率。建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)也將在建筑物信息調(diào)查成果表達(dá)形式的多維化、立體化等方面大有可為。