城市部件数据采集方法理论延伸与应用

游应辅 章思亮

摘要：为了提高城市管理水平，实现科学和规范化管理，进行城市基础地理信息数据采集，将城市部件、地下管网等数据纳入数字城市管理系统。本文根据城市部件数字化采集工作的实际经验和做法，从城市部件的分类、精度要求、部件标识码进行阐述，对目前的部件数据采集方法进行研究讨论，提出改进方式，并将其延伸应用。将数据的外业采集与内业入库一起考虑，纳入实际工作中，实现外业采集入库的有效转换。

一、绪论

中国进入改革开放，尤其进入21世纪以后，中国城市的建设日新月异，城市规模越来越大，其承载的内容也越来越多，这就对城市管理提出了更高的要求，数字化城市管理应运而生。数字化城市管理（简称“数字城管”）系统是信息技术与城市管理的有机结合，它将先进的GPS技术、GIS技术、RS技术、大型空间数据库技术、网络通讯技术等集成为一体，构建城管信息综合平台，提供新型城管模式，使城市管理向信息化、数字化、网络化方向转变，实现了城市管理从粗放、随意向规范、精确和科学管理的转变[1]。通过“数字城管”的建设，使城市管理组织机构更精简、反应更快、运转更高效、更灵活，也使部门职责更明确，管理模式更开放。

城市部件数据是数字化城市管理系统必备的基础数据，现有的城市部件数据采集方法都是借鉴北京市东城区自主创新研发的“东城区网格化城市管理信息系统”模式，采用外业采集，内业入库的方式进行。目前部件调查的方法有两种：一种是调绘模式，即外业调绘+内业数字化，另一种是测量模式，即数字化测量调查[2]。

本文根据实际工作需要，对两种方法进行了改进优化，然后综合运用两种模式，对具体测量方法进行延伸。在满足精度要求的前提下，对采集方法进行创新，达到提高工作效率，节约工程成本的目的。

二、城市部件的分类、精度要求及部件标识码

城市部件即物化的城市管理对象，主要包括道路、桥梁、水、电、气、热等市政公用设施及公园、绿地、休闲健身娱乐设施等公共设施，也包括门牌、广告牌匾等部分非公共设施。城市部件的分类可以根据每个地区的状况和特点，进行延伸和删减，以满足需要又避免数字城管数据库冗余。依据《城市市政监管信息系统管理部件和事件分类、编码及数据要求》（CJ/T214-2007），将城市部件分为7个大类，88个小类[3]，具体分类如表1。

表1 城市部件分类表

大类名称小类名称

公共设施 上水、污水、雨水、电力、路灯、通讯、电视、网络、热力、燃气、公安、无主、中水、公交、输油气、特殊等井盖，雨水篦子、消防设施、通信交接箱、电力设施、立杆、路灯、地灯、景观灯、报刊亭、电话亭、邮筒、信息亭、自动售货机、健身设施、民用水井、供水器、高压线铁塔、变压器箱、燃气调压站箱、监控电子眼、售货亭、治安岗亭

道路交通 停车场、停车咪表、公交站亭、出租车站牌、过街天桥、地下通道、高架立交桥、跨河跨线桥、交通标志牌、交通信号灯、交通护栏、存车支架、路名牌、交通信号设施、道路信息显示屏、道路隔音屏、交通岗亭

市容环境 公共厕所、化粪池、公厕指示牌、垃圾间楼、垃圾箱、灯箱霓虹灯、广告牌匾、环保监测站、气象监测站、污水监测站、噪声显示屏

园林绿化 古树名木、行道树、护树设施、花架花钵、绿地、雕塑、街头坐椅、绿地护栏、绿地维护设施、喷泉

房屋土地 宣传栏、人防工事、公房地下室

其他设施 重大危险源、工地、水域附属设施、水域护栏、港监设施、防洪墙

扩展部件 绿化林带、积雪清扫责任区、警示标志牌

城市部件的采集精度直接影响着整个数字城管系统的质量，部件的平面位置定位精度以点位中误差为评价依据，其公式为：

其中：为点位中误差，、为纵、横坐标差，为检查点数[4]。

依据国家及行业相关标准和规定，部件的平面位置定位精度可以分为A、B、C三类，具体如表2所示。

表2 城市部件平面位置定位精度要求表

精度等级 中误差 说明

A类 ≤±0.5m 指空间位置或边界明确的部件，包括上水、污水、雨水、电力、路灯、通讯、电视、网络、热力、燃气、公安、无主、立杆、路灯、地灯、景观灯、中水、公交、输油（气）、特殊等井盖，通讯交接箱、消防设施、雨水箅子、供水器、监控电子眼、停车咪表、出租车站牌、交通信号灯、路名牌、公厕指示牌、古树名木、花架花钵、警示牌。

B类 ≤±1.0m 指空间位置或边界较明确的部件，包括电力设施、报刊亭、电话亭、邮筒、信息亭、自动售货机、健身设施、高压线铁塔、变压器（箱）、燃气调压（箱）、售货亭、治安岗亭、公交站亭、交通标志牌、交通信号设施、存车支架、交通信号设施、道路信息显示屏、道路隔音屏、交通岗亭、公共厕所、化粪池、垃圾间(楼)、垃圾箱、灯箱霓虹灯、广告牌匾、环境监测站、气象监测站、污水口监测站、噪声显示屏、行道树、护树设施、绿地、雕塑、街头座椅、绿地护栏、绿地维护设施、喷泉、宣传栏、工地、水域附属设施、水域护栏、港监设施、防汛墙、绿地林带、积雪清扫责任区。

C类 ≤±10.0m 指空间位置概略表达的部件，包括停车场、过街天桥、地下通道、高架立交桥、跨河桥、交通护栏、人防工事、公房地下室、重大危险源。

城市管理部件代码共有10位数字，分为三部分：市辖区代码、大类编码、小类编码。具体格式如图1所示：

图1 部件代码结构示意图

其中：市辖区代码6位，为行政区划代码。大类编码2位，表示城市管理部件大类。具体划分为：公用设施类01，道路交通类02，市容环境类03，园林绿化类04，房屋土地类05，其它设施类06，扩展部件类07。小类编码为2位，表示城市管理部件小类。具体编码方法依据城市管理部件小类从01-99从小到大顺序编写[3]。实际采集工作过程中，如果不是跨区作业，考虑到节约时间和防止数据冗繁，我们只录入大类和小类四位代码，市辖区代码以计算机编译方式自动录入。

三、城市部件数据采集方法延伸和比较分析

目前数据采集方法可以总结为调绘法和数字化测量法。调绘法指外业将部件的空间位置标绘到纸质底图上，将其属性信息填写到调查表中，两者通过标识码相互对应；在内业进行图形、属性数据录入和属性数据挂接处理。调绘法要求将所有的部件都反映到调查底图上，当部件较密集时,就很难甚至无法将全部的部件反映到底图上，或当参照物不明显时，就会出现部件定位不准确的情况。数字化测量法是指将部件的空间位置和属性信息通过地理编码和属性编码存入全站仪中，避免了外业绘图和填表工作。外业数字化测量有两种方法：一种是先控制后碎部的测量方法；另一种是直接进行碎部的测量方法,即用图上已有的地物作控制点,确定部件的图上位置。此种方法在实际操作中比较繁琐，严重影响工作进度，由于主观参与较多，也容易出错。比较两种数据采集方法优缺点，考虑实际工作的经济效益、强度和效率，将电子地图和航空摄影等手段充分应用，对两种方法进行优化后综合运用。

对调绘法，我们收集1:500的地形图，对其进行数字化处理，保留地形图中的道路、电杆、路灯、井盖、独立地物等地理要素，同时收集1:500的城市地籍图，数字化处理保留房屋要素。收集两种地形图时坐标系要尽量统一，如不统一用相关软件进行转化。将两种底图地理要素进行图形合并，形成工作所需要的电子底图（利用AUTOCAD与MAPGIS的格式转换制作成ARCGIS格式的电子地图），导入掌上电脑进行外业调绘采集工作。如部件调查的城市图形现势性较差，用航空摄影测量的方式对城市地理要素进行补测或重测，然后数字化处理成所需要的电子地图。制作电子工作底图的过程是整个项目的重要过程，需要测绘和地籍部门的配合。

当调绘法不能进行工作的区域，我们采用数字化测量法加以补充。实际工作中，我们主要采用先控制后碎部的方法，采用网络RTK 技术在已有的城市控制点基础上进行图根点加密。然后利用全站仪进行局部的部件位置采集。采集时，绘图人员记录部件采集点号、代码以及属性信息，与全站仪的数据一一对应。内业人员输入电子底图中，经检查后，进行输入数据库。数字化测量法的优点是比调绘法定点精度高，没有调绘法所要求的限制条件，作业区域自由；缺点是不能外业成图，只有将采集来的部件位置和外业才采集的部件属性进行一一对应，整理出最初成果，再进行外业实地检查才能入库。操作较复杂，效率低，需要人员多，经济效益相对也低。比较改进的调绘法与数字化测量法，在精度允许的前提下，我们以改进的调绘法为主，以数字化测量法为辅。

四、城市部件数据采集

城市部件的数据外业采集主要采集部件的位置和属性信息。对部件的位置信息采集是数字化测量法与优化调绘法的综合运用。对调绘法，我们将数学中的交会、截距、内插和延伸等手段进行延伸应用，进行城市部件位置采集。

交会法

当部件有足够的参照点采用的方法，以前方交会为主，如图2所示。量取部件p1到两参照点a、b的距离s1、s2，按照前方交会原理，得到部件的位置，并输入电子地图中。为了验证其精度是否符合要求，在电子地图中量取部件p1到参照点c的距离，与实地用测距仪量取距离s3相比较，可以检查误差大小。此方法适用于周围有足够的参照点的部件，在检查时如果没有精确地参照点利用，也可以用已采集的部件点当参照点。

图2

截距法

当部件不能同时看到两个参照点，但能看到两个参照点的连线和其中一个参照点，如图3中p2点位置所示，b点被遮挡，a点和线ab能看见。这时可以采用截距法，先量取p2点至两参照点连线ab的垂直距离x1，再量取从垂直点c至参照点a的距离x2，根据截距原理，由参照点a可以计算出p2点的位置。在电子图中量取部件p2到p1的距离与实地量取的x3距离相比较，检查误差大小。此方法适用于部件周围没有足够的参照点，但有参照点间的连线可以用。在检查时如果没有精确地参照点利用，也可以用已采集的部件点当参照点。

图3

3）内插法

当部件成排，又不能全部准确采集或不需要精度较高的采集时，可以采用内插法。内插法可以分为等长度内插和设定距离内插。我们以等长度内插法加以说明，如图4所示。部件a、b已采集，中间均匀分布着4个部件，先量取a、b两点间的距离，将距离进行等分，等分点p1、p2、p3、p4就是部件的位置点。此方法适用于精度要求≤1.0米的部件采集，例如行道树等。本方法的优点能减少工作强度， 提高工作效率，缺点是

图4 精度较低。

4)延伸法

有的部件周围没有固定的参照点，但和已采集的部件能够连线，当能和至少两个已有部件在一条直线上时，可以通过距离延伸获取部件点位。如图5所示，a、b是两个已采集的污水井盖，部件p1和a、b在一条直线上，从b沿直线ab的方向延伸距离y1得到p1的位置。此法测得部件精度较低，适用于位置较偏僻，精度要求

图5不是太高的部件，如被柴堆围着的立杆等。

以上四种方法都是调绘法的延伸，有其数学模型，我们用C语言编程的方式将模型做成程序，在电子地图上进行实际的野外调绘工作。主要使用在城市小区、市内街道等参照点较多的地方。排除主观因素误差外，在精度上，交会法≥截距法≥延伸法≥内插法；在适用范围上，交会法≥截距法≥内插法≥延伸法。调绘法在实际工作中应用广泛，操作简单，并且用专门的程序工具可以将内外业以及自我检查工作在施工现场一起完成，便于错误检查修改，外业采集的数据可直接入库，减少了中间环节，提高了工作效率。

由于调绘法对工作地图要求较高，对改建、重建较大的区域，对参照点较少或无参照点的城市街道部分，采集难度较大，精度也大大受影响。另外调绘法只对点状部件比较有效，无法实施对线状和面状地物的采集。此时我们采用数字化测量法进行查漏调查。

为加快工期进度，对于工作底图上已有A类、B类精度等级部件，现场检核与周围部件和地址误差精度满足条件的，采用其平面位置。C类精度等级部件平面位置经现场检核与周围部件和地址无明显差异后，采用原有地形图的平面位置。

城市部件的属性采集包括基本属性、扩展属性和反应其基本特征的照片采集。基本属性如表3所示。

表3 城市部件基本属性结构定义表

序号 属性项名称 定义与值域范围 字段代码 字段类型 字段长度

1 标识码 部件的标识码 OBJCODE Text 19

2 名称 部件的标准名称 OBJNAME Text 33

3 主管部门代码 部件的主管单位代码 DEPTCODE1 Text 13

4 主管部门名称 部件的主管单位名称（单位全称） DEPTNAME1 Text 63

5 权属单位代码 部件权属单位代码 DEPTCODE2 Text 13

6 权属单位名称 部件权属单位名称（单位全称） DEPTNAME2 Text 63

7 养护单位代码 部件养护单位代码 DEPTCODE3 Text 13

8 养护单位名称 部件养护单位名称（单位全称） DEPTNAME3 Text 63

9 所在单元网格 部件所在单元网格代码 BGCODE Text 17

10 状态 普查时部件状态：完好/破损/丢失/占用 OBJSTATE Text 13

11 初始时间 部件信息普查的初始时间 ORDATE Date -

12 变更时间 部件信息变更的时间 CHDATE Date -

13 数据来源 普查部件数据的来源，包括：实测/地形图/其它 DATASOURCE Text 33

14 备注 需要特别说明的内容 NOTE Text 131

15 位置描述 部件的位置描述 ADDRESS Text 63

部件的扩展属性可以根据客户的要求、每类部件的特点进行扩展延伸，比如井盖类部件要求规格和材质；路灯要求单双臂、高度、材质、功率和光源类型等。

外业普查时对部件拍摄数码照片，并认真做好照片编号，使之与被普查部件形成一一对应关系，对于较大的特殊部件，拍摄其具有代表性的部位。拍照时应尽量将部件放在照片中心位置，照片内容应包含该部件的主要特征。考虑到照片所占空间和其清晰度的大小，数码相机像素不宜过大或过小，以300万为宜。

部件属性采集的步骤在外业采集时和部件的平面位置一起录入在电子地图上，形成初始的部件成果图。

五、城市部件成果数据库的建立

将电子地图的数据转为shp文件，导入Arcgis中。在制作电子地图时所用的程序在Arcgis平台上进行编写，所以在符号、符号颜色、填充色以及语言文字表达格式上都严格一致，如图6所示。这样不但减少了内业的工作量，而且在入库检查时，有效排除了内业转化时的错误，减少了错误出现的机会，提高了工作效率。

a、工作用电子地图 b、Arcgis入库图

图6工作地图与入库图的比较图

六、创新与展望

本文在前人经验的基础上进行了一些创新，让部件的数据采集在精度允许的范围内实现既经济又更为高效。但本文也有很多不足之处需要改进，随着技术的逐渐成熟，经验的逐步积累，能达到更好的效果。

创新：

1、对传统的部件数据采集方法调绘法和数字化测量法进行了优化延伸，对野外的作业模式进行了改进。将以纸质地图为工作底图的作业模式转化为可以在掌上电脑进行操作的电子地图，采用交会、截距、内插、延伸的方式，进行快速的部件数据采集。

2、将部件的数据采集与自我检查一起进行，在现场将错误减少到最低，既保证了京都，又减少了自检的过程，提高了工作效率。

3、采用了在Arcgis建库平台上的数据采集系统。采集与入库系统的一致，省去了由于系统不一致导致的符号不同、颜色不统一、表述不一致等问题，提高了系统的质量。

思考：

1、采用三维模型进行建库。目前，航空摄影测量的精度已经可以满足构建城市地理框架，以航片为主的三维建模也成熟起来。采用三维模型进行建库，不但条件具备，而且三维显示能直观的表现部件的位置、形状、状态能情况，方便查找，及时管理。

2、数字部件是数字城管的一部分，且和城市地下管网密切相关。城市地下管网与城市部件有交叉性，但地下管网的精度要求更高，所以在建立数字城管时应首先考虑地下管网或者两者同时进行。这样城市部件采集时可以借用地下管网的成果。

参考文献

[1]陈盼盼.城市部件数据采集及建库方法研究—以郑州市为例.河南省科学院地理研究所,2008.

[2]崔延.浅析城市部件的数字化采集方法[J].北京测绘.2010,第1期:59-62.

[3]城市市政监管信息系统管理部件和事件分类、编码及数据要求(CJ/T214-2007).

[4]数字测绘产品检查验收规定和质量评定(GB/T18316-2001).

[5]陈平.网格化城市管理新模式.[D].北京:北京大学出版社,2006.

[6]张大维.城市网格化管理模式的创新研究——以武汉市江汉区为例[J].理论与改革.2006,(5):56-57.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。