廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施的普查與測繪

張志媛，葛如冰

(廣州市規(guī)劃局，廣東廣州510000)

一、引 言

當(dāng)今社會，伴隨城市建設(shè)的快速發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)和科技高速發(fā)展的條件下，地下空間的開發(fā)利用已成為人類生活空間的新拓展。近年來，廣州市相繼開發(fā)了動漫星城廣場、天河城地下廣場等大型地下獨(dú)立建筑物，廣州市地下空間的開發(fā)建設(shè)邁入大規(guī)模發(fā)展的新階段，并將繼續(xù)朝規(guī)?；⑸顚踊?、綜合化、集約化方向迅速發(fā)展，這也對城市測繪者提出了新的要求。

開展城市地下空間設(shè)施普查及測繪工作，摸清城市地下空間情況，建立地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)庫，將為地下空間的規(guī)劃管理提供有效的依據(jù)，有利于合理開發(fā)和利用，防止重復(fù)開發(fā)和過度開發(fā)，更好地服務(wù)于城市建設(shè)與管理。此外，城市中常出現(xiàn)的水浸街、路塌地陷、交通擁堵等“城市病”，也促使我們需要積極開展地下空間設(shè)施的測繪普查，摸清現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。通過對現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，輔以規(guī)劃設(shè)計和布局，從而及時發(fā)現(xiàn)和減少甚至避免此類城市病害的發(fā)生。因此，開展地下空間設(shè)施測繪普查項(xiàng)目已經(jīng)越來越迫切。

從2012年起，廣州市規(guī)劃局主持開展“廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施的普查與測繪”項(xiàng)目，全面開始了廣州市的城市地下空間設(shè)施的普查與測繪工作。

二、項(xiàng)目概述

此次廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施普查與測繪項(xiàng)目在國內(nèi)屬首次開展，沒有多少成功的經(jīng)驗(yàn)可借鑒。項(xiàng)目組前往重慶、昆明、天津等地進(jìn)行調(diào)研，亦對廣州市人防辦、地鐵公司、城建委等單位進(jìn)行深入交流，對廣州市地下空間進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，還收集了各類相關(guān)資料，進(jìn)行了深入地研究，確定了項(xiàng)目的工作內(nèi)容與工作思路。

1.項(xiàng)目工作內(nèi)容

本項(xiàng)目的工作內(nèi)容主要分為以下幾方面:

1)測繪技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建立:由于國家目前尚無現(xiàn)成的地下空間設(shè)施的普查測繪標(biāo)準(zhǔn)可供參考，因此編制《廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施普查與測繪技術(shù)規(guī)程》是本項(xiàng)目的首要任務(wù)。

2)地下空間設(shè)施的表達(dá)方式研究:研究借助樣式、線型、顏色、符號、編碼等方式實(shí)現(xiàn)地下空間要素的合理表達(dá)。表達(dá)方式研究要著力于地下空間設(shè)施的特點(diǎn)，既要考慮二維亦要兼顧三維，既要實(shí)現(xiàn)圖面更要落實(shí)建庫存儲。

3)地下空間設(shè)施普查測繪的實(shí)施:由規(guī)劃局主持，市城維費(fèi)項(xiàng)目支持，全面實(shí)施現(xiàn)場調(diào)查測繪工作。

4)建設(shè)廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)庫:選取合理適用的數(shù)據(jù)存儲管理及維護(hù)平臺，設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，使用安全高效的數(shù)據(jù)存取機(jī)制，制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)入庫標(biāo)準(zhǔn)，選用Oracle數(shù)據(jù)庫軟件建立廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)庫。

2.項(xiàng)目工作思路

項(xiàng)目整體工作思路是:調(diào)查研究→試驗(yàn)區(qū)→標(biāo)準(zhǔn)建立→全面開展。具體到實(shí)際普查測繪工作時，分為以下幾個步驟進(jìn)行:

1)地下空間建筑識別:在現(xiàn)勢性較強(qiáng)的基礎(chǔ)地形圖上通過識別地下空間建筑的出入口等方式在地形圖上識別地下空間建筑。在內(nèi)業(yè)識別的基礎(chǔ)上進(jìn)行外業(yè)巡視，補(bǔ)充遺漏的地下空間建筑。

2)收集資料:根據(jù)識別的地下空間建筑，收集與之相關(guān)的資料(包括放線測量資料、竣工驗(yàn)收測量資料、城市規(guī)劃管理檔案資料)，提取地下空間設(shè)施的屬性信息，制作外業(yè)調(diào)查表及調(diào)查底圖。

3)外業(yè)調(diào)查、測繪:開展測繪與普查，測繪地下空間設(shè)施的空間屬性，調(diào)查核實(shí)并補(bǔ)充地下空間設(shè)施的其他屬性。

4)資料整理及數(shù)據(jù)入庫。

三、項(xiàng)目重點(diǎn)、難點(diǎn)與解決方案

1.測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定

通過開展普查與測繪的試驗(yàn)區(qū)工作、收集資料和總結(jié)以往工作經(jīng)驗(yàn)、對國內(nèi)外開展相關(guān)工作的單位進(jìn)行調(diào)研等，進(jìn)行《廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施普查與測繪技術(shù)規(guī)程》的編寫工作，作為后續(xù)開展該項(xiàng)工作的技術(shù)依據(jù)。

地下空間普查測量主要包括地面控制測量、地下起始數(shù)據(jù)的傳遞、地下控制測量陀螺定向及地下非可觸地下空間設(shè)施的探測等。其中地上部分與傳統(tǒng)測量方法類似。聯(lián)系測量和地下起算數(shù)據(jù)傳遞可采用聯(lián)系三角形法、陀螺經(jīng)緯儀和鉛垂儀組合法、導(dǎo)線直接傳遞法及激光投點(diǎn)法。非可觸地下空間設(shè)施的探測則可采用高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)等城市物探技術(shù)。研究這些方法在地下空間普查測量中的適用性、應(yīng)用條件和數(shù)據(jù)處理方案，確定相應(yīng)的精度指標(biāo)與作業(yè)要求。

編寫后的技術(shù)規(guī)程共分11部分:總則、術(shù)語、基本規(guī)定、地下空間資料收集、控制測量、地下空間數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與成圖、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與建庫、工程監(jiān)理、成果歸檔與驗(yàn)收、附錄等。這是國內(nèi)首次系統(tǒng)建立的地下空間普查測繪技術(shù)規(guī)程，從普查作業(yè)、監(jiān)理、建庫、成圖與驗(yàn)收歸檔全過程，均建立了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)定。

2.廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施的分類

城市地下空間設(shè)施是指建設(shè)在地下空間，為實(shí)現(xiàn)某種城市功能而規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)性設(shè)施。城市地下空間以其功能及功能主特征為分類依據(jù)，分類對象包括商業(yè)、工業(yè)、居住、交通、民防和其他用途的各種建(構(gòu))筑物設(shè)施和電力、通信、給水、排水、燃?xì)獾雀黝惖叵鹿芫€設(shè)施。按照城市地下空間設(shè)施的功能，采用線分類法將廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施分類，如圖1所示。

圖1 廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施分類體系

由于廣州市已全面開展了地下管線普查工作，基礎(chǔ)類的設(shè)施調(diào)查起來可操作性不強(qiáng)，因此本項(xiàng)目所關(guān)注的地下空間設(shè)施僅指地下建(構(gòu))筑物設(shè)施。

3.地下空間設(shè)施的表達(dá)

地下空間設(shè)施的表達(dá)分為3方面內(nèi)容:一是屬性定義，建立數(shù)據(jù)庫，為成果數(shù)據(jù)的長期保存與智能管理提供基礎(chǔ);二是圖面表達(dá)，建立特色的地下空間設(shè)施平面圖例，擴(kuò)大地下空間設(shè)施資料的應(yīng)用范圍;三是由于計算機(jī)系統(tǒng)與三維技術(shù)的進(jìn)展，地下空間設(shè)施的三維表達(dá)已成最新需求，可為管理者、規(guī)劃者提供直觀可靠的展示手段。

(1)地下空間設(shè)施的屬性定義及數(shù)據(jù)庫建立

地下空間設(shè)施的屬性可分為基本屬性和附加屬性。基本屬性是指所有地下空間設(shè)施均有的屬性，所有設(shè)施均需提供其基本屬性，包括設(shè)施標(biāo)識碼、設(shè)施代碼、流水號、所在圖幅號、名稱、權(quán)屬部門、主管部門、所在道路、位置描述、行政區(qū)、建成時間、測繪普查時間、入庫時間、更新時間、坐標(biāo)、凈空高等信息。附加屬性是根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)需要增加或減少的屬性項(xiàng)，如地下商場的面積、地下停車場的車位數(shù)、交通道路的寬度長度等。

地下空間設(shè)施的屬性信息可以通過以下方式獲得:

1)程序自動或統(tǒng)一賦值:如ID號、地建標(biāo)識碼、序列號、圖幅號、行政區(qū)、普查單位、普查時間、入庫時間和更新時間等。

2)通過城市規(guī)劃管理資料(放線資料、竣工驗(yàn)收資料、城建檔案資料)提取。在城市規(guī)劃管理資料中可提取的屬性有:地下空間建筑的外輪廓線、權(quán)屬部門、所在道路、地址描述、地面關(guān)聯(lián)物、中心點(diǎn)坐標(biāo)、出入口最大地面高程、建筑規(guī)模、出入口數(shù)、建成時間等屬性。

3)通過測量獲得:需要通過測量獲取的屬性主要是地下空間設(shè)施的空間位置屬性，如坐標(biāo)、高程、寬度、凈空等。

4)通過數(shù)據(jù)的加工整理獲得:如地下空間建筑的建筑面積、地下空間道路的長度等屬性項(xiàng)。

本項(xiàng)目采集獲取了充足的地下空間設(shè)施屬性信息，建立了廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)庫，可為規(guī)劃管理提供數(shù)據(jù)信息。

(2)地下空間設(shè)施的圖面表達(dá)

地下空間設(shè)施普查測繪的成果圖名稱為《廣州市地下空間設(shè)施平面圖》，按1∶500地形圖的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分幅，圖號在原圖號前加“U”，如 U28-38-1(1)。當(dāng)存在多層地下室、地下停車場或多層地鐵站等，在地下空間設(shè)施平面圖上，僅表示地下室、停車場或地鐵站的外輪廓線，多層外輪廓線范圍不一致的，按實(shí)測范圍分別表達(dá)，在每個外輪廓線上注記層數(shù)(如 U1、U2、U3分別表示地下負(fù)一、二、三層);多層外輪廓線范圍一致的，僅表示地下負(fù)一層的外輪廓線，但在層數(shù)字段中，以屬性的方式進(jìn)行表示(如U1、U2表示地下兩層)。

對于地下空間設(shè)施分布復(fù)雜或多層地下空間的(如上述的多層地下室或停車場等)，在地下空間設(shè)施平面圖(僅表示外輪廓線)表達(dá)的基礎(chǔ)上，可采用分層平面圖進(jìn)行表達(dá)，分層平面圖宜按地下公共服務(wù)設(shè)施、地下工業(yè)及倉儲設(shè)施、地下防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施、地下交通設(shè)施、地下居住設(shè)施、地下基礎(chǔ)及其它設(shè)施進(jìn)行功能分區(qū)，可詳細(xì)表示各地物要素，地物取舍可參考1∶500地形圖表示。

為突出表示地下空間設(shè)施要素，地下空間設(shè)施平面圖均為彩色圖，地下空間設(shè)施要素用彩色表示，相應(yīng)圖幅號的地面地形圖及地面地形地物要素可采用灰色，適當(dāng)化簡后以背景圖層顯示。地面要素進(jìn)行簡化表示。

(3)地下空間設(shè)施的三維顯示系統(tǒng)

三維顯示是城市地形資料管理的必備手段，由于地下空間設(shè)施的特殊性，二維表示有一定的局限性，三維顯示管理就顯得尤為重要。

本項(xiàng)目由廣州市城規(guī)院主持開發(fā)了地下空間二三維顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了二三維一體化。主要采用對功能進(jìn)行服務(wù)式封裝來實(shí)現(xiàn)，通過ArcSDE API進(jìn)行接口封裝，實(shí)現(xiàn)二、三維一體化分析。

①三維城市模型限時自適應(yīng)可視化方法

針對三維城市模型的在線實(shí)時可視化應(yīng)用，提出了一種限時自適應(yīng)可視化的技術(shù)框架，重點(diǎn)分析其中嚴(yán)重影響繪制幀率的數(shù)據(jù)裝載和繪制兩個階段的相關(guān)因素，并建立一種定量化的時間估計模型，根據(jù)硬件條件和數(shù)據(jù)處理內(nèi)容，對每一幀中繪制場景內(nèi)容所需要的時間進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，為自適應(yīng)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)裝載和繪制過程提供依據(jù);提出了模型可視性的概念，并將其與現(xiàn)有對象重要性計算因子結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)在時間受限的情況下盡可能保持最重要的對象細(xì)節(jié);提出了限時自適應(yīng)LOD選擇算法，根據(jù)對象的繪制時間估計和重要性計算結(jié)果，為每個模型選擇合適的LOD層次以使總繪制時間不超出預(yù)算。

通過三維城市模型限時自適應(yīng)可視化方法，提高了三維場景瀏覽的幀速率，并且在同一個視點(diǎn)，場景加載范圍大大增強(qiáng)。如圖2所示為當(dāng)前視點(diǎn)加載的地上三維模型、地下管線、地下建構(gòu)筑物模型，可達(dá)到了22 fps以上的幀速率。

②地上地下場景的平滑過渡瀏覽技術(shù)

針對地上、地下兩個空間區(qū)域，傳統(tǒng)的三維信息軟件一般通過切換空間的方法分別表達(dá)地上和地下兩個空間，無法對地上地下空間對象一體化的表達(dá)。并且在地下空間中由于存在構(gòu)筑物、地質(zhì)空間等多類空間實(shí)體，需要更靈活的視角自由度才能更順暢地操作地下三維空間。在本項(xiàng)目三維系統(tǒng)中設(shè)立了多個層級的參考面，通過射線法判斷三維空間位置關(guān)系，自動切換不同的參考面，同時自動切換視點(diǎn)并且平滑視點(diǎn)切換的過程(如圖3所示)。

圖2 三維城市模型限時自適應(yīng)可視化

圖3 地上地下場景的平滑過渡瀏覽

四、結(jié)論與建議

1)本項(xiàng)目在廣州市開啟了地下空間設(shè)施普查測繪項(xiàng)目之先河，編制的測繪技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、建庫標(biāo)準(zhǔn)、表達(dá)規(guī)范，以及建立的地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)庫、地上地下二三維顯示系統(tǒng)等，均為廣州市城市測繪行業(yè)的開山之作，意義重大。

2)由于時間、經(jīng)驗(yàn)的不足，本次建立的各類標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等必然存在著不足，將在實(shí)際的工程項(xiàng)目推進(jìn)中進(jìn)行完善提高。

3)由于投入的經(jīng)費(fèi)局限，本項(xiàng)目的全面開展將以分區(qū)滾動的方式進(jìn)行，以“先重點(diǎn)區(qū)、核心區(qū)再周邊區(qū)”的思路按年推進(jìn)，力爭早日覆蓋廣州市的全市域范圍。

4)建議在城市規(guī)劃竣工驗(yàn)收測量(包括建筑物、地鐵及道路項(xiàng)目)中增加地下空間設(shè)施信息的測繪調(diào)查工作，將其作為地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)庫的動態(tài)更新手段。

5)由于地下空間的特殊性，屬性數(shù)據(jù)的獲取必需采用測繪與調(diào)查相結(jié)合、資料收集與現(xiàn)場調(diào)查相結(jié)合的多手段、多方法進(jìn)行，確保成果資料的真實(shí)性、完整性。

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