卢建洪， 刘 建， 谭 攀， 潘小旋， 文 力， 袁 月
(1.重庆市地理信息和遥感应用中心,重庆 401121；
2.自然资源部国土空间规划监测评估预警重点实验室，重庆 401121)
建筑物信息是全面掌握城市建设总体情况和宏观态势的重要途径，是支撑自然资源管理、规划研究、规划编制、实施评估和规划管理工作的重要基础，是分析和研究城市问题的重要信息来源[1-2]。近年来，重庆市经济社会飞速发展，面对每年开展建筑物更新信息点多、量大、分布零散的现状，有必要研究探索运用新的技术手段开展调查与更新工作。本研究以重庆市中心城区建筑物信息年度调查与更新工作为例，研究基于智慧地理调查技术，如何开展重庆中心城区建筑物信息数据库的年度调查与更新维护工作。
进入21世纪以来，地理外业调查系统得到了较快的发展，张洁[3]基于UCMap for Android，结合移动GIS技术和GPS技术开发退耕还林作业设计与辅助系统。查东平[4]基于GDAL，结合GPS信息接收与解析技术、遥感影像压缩算法、数据采集与存储技术，完成以湖南省森林资源二类调查为例的森林资源二类调查系统。朱煌[5]基于PhoneGap，采用Android应用开发的HybridApp开发模式，研发建设森林资源数据外业采集系统，实现样地、标准地、角规的调查。目前研发的外调系统重点关注外调系统的信息采集记录形式、数据内嵌、数据加载提速扩容等方面，却忽视了外业调查中的协同作业需要，尤其在大规模、大体量的外业调查中，解决作业协同问题，对于工作效率的提高、科学的管理具有十分重要的意义。
2.1 需求分析
为保证建筑物数据足够鲜活，切实可用，满足精细化国土空间规划和城市智能化管理等方面的迫切需求，重庆市已对中心城区连续多年开展建筑物调查及更新工作，成果在各项国土调查、地理国情调查、自然资源调查的数据采集与处理中得到了广阔的应用。利用智慧地理调查技术对中心城区建筑物信息数据库进行年度调查，可实现建筑物几何、位置等信息的快速调查更新，并进一步与天地图·重庆、重庆时空大数据平台等融合治理；
促进以智慧地理调查技术为基础的，集建筑物数据采集、入库、动态更新及应用于一体的技术体系建设，使建筑物信息调查更新更加快捷，更加实用。此外，进一步为重要建筑物建立精细三维立体数据，整体分析建筑物分布情况，能够查看每一栋建筑物的财税、经济收入等信息并进行空间落地，为经济分析提供决策参考[6]。
2.2 总体架构设计
智慧地理调查技术基于标准规范休系和云支撑环境构建总体架构(图1)，包含基础数据层、实时协同功能层、外业调查技术层、数据库成果层及成果应用支撑服务层五个核心层级[7]：
图1 总体技术架构图Fig.1 General technnical framework chart
2.2.1 基础数据层 该层包括高分辨遥感影像、1∶2 000地形图、建筑总平图等基础资料，通过对基础资料进行整合、提取、转换、清洗、融合等预处理工序，对新建及拆除建筑物轮廓提取、部分属性赋值等工作，构建出多源异构的基础数据库。
2.2.2 实时协同功能层 该层是后台管理云系统、云计算智能任务分配系统、网络众包采集云系统等多人在线协同作业功能层，可实现数据调查录入、审核、管理等一体化进行。
2.2.3 外业调查技术层 该层用于构建建筑物信息外业实地调查采集的技术方案，基于多源异构基础数据，利用云计算实时协同调查系统移动终端，开展建筑信息采集工作、任务分配和审核工作。
2.2.4 数据库成果层 该层构建了千万级数据存储数据库，在中心城区建筑物成果数据通过完整性、准确性和逻辑一致性等检查后进行储存，同时在该层中充分考虑了数据成果读取写入效率、应用场景适配等问题。
2.2.5 数据应用支撑服务层 建筑物数据有着十分丰富的应用场景，该层通过对建筑物数据成果进行处理分析，能够有效地支撑国土空间规划全生命周期管理，支持城市管理决策。
2.3 智慧地理调查系统研发
重庆市基于智慧地理调查技术，建设智慧地理调查系统，并进一步开发手机应用程序“调查通”APP。为进一步提高中心城区建筑物信息调查更新工作效率，围绕中心城区建筑物信息年度调查更新需求，结合建筑物数据自身特点，充分考虑外调人员使用习惯，对智慧地理调查系统和“调查通”APP不断进行优化，完善云协同、数据审查机制和不同比例尺显示等功能(图2)，为外调工作提供更加全面的技术支撑，具有更高的安全性和稳定性，以及更好的交互体验。
图2 不同比例缩放尺度下的显示优化Fig.2 Optimization in different ratio zooming scale
2.3.1 增强导航功能 针对建筑物调查与更新需求，系统开发人员将百度地图、高德地图、腾讯地图接入到调查系统中，将外调位置传入，实现调用路线规划、导航等功能。多种地图导航软件的适配，能够更好地匹配外调人员的使用习惯，消除单一软件可能存在的问题，有效提高工作效率。
2.3.2 设置必填字段 通过对建筑物属性梳理和外业调查工作的经验总结，结合调查人员的使用习惯，对外调软件中显示的需调查字段进行精简和排序，在界面中的显示字段为“基本区域限定物”“位置描述”“建筑物名称”“建筑物别称”“楼栋号”等，并为部分字段提供列表选择功能，方便信息录入，为外调数据的完成提供完整性保障(图3)。
图3 设置必填字段Fig.3 Setting the required field
2.3.3 适配语音识别功能 外业调查工作具有工作量大、工期紧的特性，重庆多发高温天气和阴雨天气，给外业作业带来了实际困难。研发人员在属性信息录入功能中适配了第三方输入法，外业人员可以调用语音识别功能(图4)，实现属性信息的快速录入，提高外业工作效率，减少外业工作时长。
图4 适配语音识别功能Fig.4 Adaption of the automatic speech recognition function
2.3.4 云存储与云协同 智慧地理调查平台拥有强大的后台管理云作为支撑，上传的照片、录音等信息可实时在线查看，并支持数据的填写、修改等功能。用户可根据平台上的照片、录音等记录的信息，完成数据录入工作。同时平台对数据的状态进行实时更新，外业调查相关人员可实时协同开展工作，增强了外业工作的高效性和灵活度。
2.3.5 增强安全管理 在安全管理方面，平台对账户注册设立了严格的审查机制，对外调人员进行账户绑定，从账户安全上加强安全管理，并规定了不同人员的权限，实现了任务的可控可追溯。
3.1 资料收集
在信息调查前，需要对相关的数据资料进行收集、整理、评估。建筑物信息调查采用的基础资料包括现势测绘资料、高分辨率遥感影像资料、建设工程相关资料等。现势测绘资料包括1∶500地形图、1∶2 000地形图等；
高分辨率遥感影像资料采用更新调查当年分辨率优于0.5 m的航天或航空遥感影像；
建设工程相关资料包括建设工程规划许可证及其附件、建设工程竣工规划核实确认书及其附件等。
3.2 内业处理
内业处理内容包括空间信息提取、属性赋值、外调前成果检查。由于建筑物信息更新的基础数据(1∶2 000地形图、建设工程规划许可资料等)受收集渠道的限制，所以在提取新建建筑物轮廓线时，分三步走：第一步，优先使用1∶2 000地形图等资料，对建筑物信息数据库中的遥感影像数据基础成果，进行建筑物轮廓替换与更新；
第二步，对照当年遥感影像，开展新建建筑物提取工作，提取1∶2 000地形图等高精度的建筑物轮廓[8-9]；
第三步，若1∶2 000地形图等高精度的建筑物轮廓与当年遥感影像建筑物出现基底不符或缺失的情况，应进一步对照遥感影像建筑物屋顶，解译建筑物轮廓线，建筑物轮廓线放置于对应遥感影像建筑物基底处。为保证建筑物成果后续应用于天地图·重庆、重庆时空大数据平台和历史建筑、违法建筑、国土空间规划等方面，遥感解译的建筑物轮廓线一般以规则的长方形或直角多边形为主，建筑物轮廓的遥感解译精度原则上要求为5个像素[10-11]。
3.4 外业实地调查
运用基于智慧地理调查技术的“调查通”APP，开展外业调查工作。外调采用全野外调查，包括已有信息的外业核实，新建建筑物的外业采集。首先，管理员可分配任务区，并可动态查看外业调查人员的任务完成情况，动态进行任务调配，对发现的调查过程中存在的问题及时纠正，及时做出调整。其次，外业调查人员收到任务后，使用“调查通APP”主要采集现场建筑物信息的照片、视频、录音等数据，实时的上传到云服务器。第三，外业调查人员完成调查后，当天对外业调查的照片、视频、录音等信息在调查系统中进行录入，内业录入主要在PC端进行，录入完成后提交管理人员审核；
最后，管理人员对提交的信息的完整性，录入数据与现场照片的准确性进行审核，审核合格后提交项目负责人，对于不合格的信息，反馈外业调查人员。
3.5 信息录入与检验
完成现场建筑物信息采集后，根据当天调查的内容，进行信息补充录入及修改完善工作并提交数据。随后，管理员通过云端同步得到要建筑物信息，对完成质量进行检查，审查合格后，提交至质检人员。
3.6 数据编辑与整理
结合外业调查数据，对内业中处理的成果进行补充完善。按建筑物外业调查成果的规范要求，整理外业调查数据，查找漏调或未调的数据。在查找过程中，如发现存在疑问的建筑物信息，需将这部分建筑物提取出来，以便进一步开展补调和核实工作。外业调查完成后，以区为单位进行成果梳理，并将各区数据成果整合成为中心城区的整版数据。
重庆中心城区建筑物信息数据库数据体量庞大，运用智慧地理调查系统和“调查通”APP强大的空间分析、处理、管理能力，可有效优化外业调查环节，提高作业效率，避免建筑物调查数据内容不完整、不规范、不统一、不标准等问题，有效保证建筑物属性数据与空间信息的融合对接，实现建筑物信息的空间化，直观地反映人口、产业、公共服务等诸多方面的空间和属性信息，提高工作效率和成果质量。
未来，智慧地理调查技术将融合人工智能和机器学习技术，从高分辨率遥感影像中自动提取建筑物矢量图形技术，可极大提高建筑物基底面提取的工作效率。智慧地理调查系统将进一步探究建筑物信息的组织关系与逻辑性，实现全属性字段自动检测，降低检测人工及时间成本，提升检测效率。建筑物数据库也将在建筑物信息调查成果表达形式的多维化、立体化等方面大有可为。
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