基于EPS和ArcGIS的城市更新作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林騰輝，易 鵬

（1.廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060；2.廣東省城市感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510060）

隨著我國(guó)大城市開(kāi)發(fā)的日趨飽和，存量土地的改造和提升迫在眉睫，房地產(chǎn)行業(yè)逐漸由增量時(shí)代走向存量時(shí)代，轟轟烈烈的城市更新浪潮席卷全國(guó)。隨著城市更新政策的逐步完善，粵港澳大灣區(qū)各城市的城市更新進(jìn)程明顯加快[1]，為了盤(pán)活利用閑置土地和低效用地、助力粵港澳大灣區(qū)建設(shè)世界級(jí)城市群，近年來(lái)廣州的城市更新工作進(jìn)程加速推進(jìn)，計(jì)劃3年內(nèi)推進(jìn)83個(gè)舊村改造，5年內(nèi)推進(jìn)183個(gè)舊村改造，10年內(nèi)共計(jì)推進(jìn)400個(gè)村全面改造。

傳統(tǒng)的城市更新房屋調(diào)查作業(yè)模式是外業(yè)逐棟調(diào)查，對(duì)于一個(gè)村幾千棟房屋的體量，都需要幾個(gè)月才能完成，且數(shù)據(jù)零散，大部分工作由人工處理，后期數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計(jì)根本無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)。房屋數(shù)據(jù)不僅在城市更新項(xiàng)目中工作量占比最大，而且也是重中之重[2]，傳統(tǒng)作業(yè)方式效率低、成本高，嚴(yán)重制約了城市發(fā)展進(jìn)程，因此急需一種新的作業(yè)方法來(lái)獲取房屋信息數(shù)據(jù)，提高效率、降低成本，為粵港澳大灣區(qū)城市建設(shè)助力。

1 城市更新作業(yè)系統(tǒng)總體思路

城市更新數(shù)據(jù)調(diào)查中最重要的是房屋數(shù)據(jù)采集和分析處理。本文綜合利用無(wú)人機(jī)和機(jī)載LiDAR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了房屋現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的快速采集，再通過(guò)處理獲取的高分辨率正射影像圖、點(diǎn)云數(shù)據(jù)、三維模型，以三維測(cè)圖的方式形成了最新的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)類型多樣且零散，空間關(guān)系復(fù)雜，處理工作量大，且在城市更新房屋數(shù)據(jù)調(diào)查中需獲取權(quán)屬數(shù)據(jù)、地籍?dāng)?shù)據(jù)、二調(diào)數(shù)據(jù)等多種信息數(shù)據(jù)，本文通過(guò)二次開(kāi)發(fā)建立了數(shù)據(jù)處理、分析與管理的作業(yè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)多源數(shù)據(jù)的融合與分析，實(shí)現(xiàn)了房屋信息提取、建筑面積自動(dòng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)、成果報(bào)表自動(dòng)生成等功能。具體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

2 基于無(wú)人機(jī)技術(shù)和機(jī)載LiDAR技術(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

本文以花都區(qū)“楊屋村”城市更新項(xiàng)目為例，占地面積約為5.5 km2，地面要素主要為廠房、商業(yè)區(qū)、城市居民區(qū)等。項(xiàng)目采用哈瓦電動(dòng)四軸八旋翼無(wú)人機(jī)（RTK雙電版）進(jìn)行傾斜航空攝影；利用GNSS控制點(diǎn)測(cè)量的方式多次測(cè)量像控點(diǎn)，并取平均值；利用ContextCapture Center軟件完成空三加密計(jì)算與優(yōu)化，優(yōu)化精度至1/3像素；通過(guò)劃分模型網(wǎng)格，最終獲得分辨率為0.03 m的高精度正射影像圖、點(diǎn)云數(shù)據(jù)、DSM、實(shí)景三維模型等成果（圖2）。

圖2 正射影像圖與實(shí)景三維模型

利用高精度DOM和DSM數(shù)據(jù)進(jìn)行地形變化檢測(cè)，可作為入戶測(cè)量底圖，協(xié)助城市更新過(guò)程中舊村違章建筑的有效監(jiān)管；實(shí)景三維立體模型可輔助入戶測(cè)量，同時(shí)基于EPS三維裸眼測(cè)圖系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)地形地貌、建筑物的內(nèi)業(yè)采集，協(xié)助制圖和房屋測(cè)繪。利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)構(gòu)建一體化處理流程，可快速獲取實(shí)景三維模型等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。

3 基于EPS平臺(tái)的多源數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)

EPS平臺(tái)從GIS應(yīng)用的角度構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，綜合CAD技術(shù)與GIS技術(shù)，以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，將圖形和屬性關(guān)聯(lián)為一體，支持多種基礎(chǔ)編程語(yǔ)言的二次開(kāi)發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)EPS平臺(tái)數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等任務(wù)。使用者可根據(jù)集成命令、語(yǔ)言規(guī)則、函數(shù)等方便快捷地實(shí)現(xiàn)圖形坐標(biāo)變換、數(shù)據(jù)入庫(kù)、實(shí)際圖形處理等應(yīng)用[3]。本文根據(jù)EPS平臺(tái)在二次開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、分析等方面的功能特點(diǎn)，最終選擇依托EPS二次開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了城市更新房屋數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理模塊。多源數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)房屋的自動(dòng)構(gòu)面處理，結(jié)構(gòu)層數(shù)、權(quán)屬信息等的自動(dòng)提取，可根據(jù)宗地范圍實(shí)現(xiàn)房屋的自動(dòng)編號(hào)和屬性字段的完整性檢查。EPS平臺(tái)多源數(shù)據(jù)綜合處理成果如圖3所示。

圖3 EPS平臺(tái)多源數(shù)據(jù)綜合處理成果示例

為解決項(xiàng)目數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問(wèn)題以及后期能與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建立聯(lián)系，本文通過(guò)在EPS地理信息工作平臺(tái)創(chuàng)建項(xiàng)目數(shù)據(jù)屬性模板建立信息映射關(guān)系，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中創(chuàng)建屬性表儲(chǔ)存外部信息，最終實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)全要素轉(zhuǎn)換[4]。

4 基于ArcGIS平臺(tái)的房屋數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

考慮到數(shù)據(jù)分析和建庫(kù)的需要，需設(shè)計(jì)一個(gè)Arc-GIS二次開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)。針對(duì)海量的基礎(chǔ)房屋數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，是最高效的處理方式。本文首先利用綜合處理系統(tǒng)獲取MDB房屋庫(kù)[5]；然后在開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)中創(chuàng)建城市更新數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)入MDB房屋庫(kù)；再通過(guò)轉(zhuǎn)換和處理生成標(biāo)準(zhǔn)城市更新數(shù)據(jù)庫(kù)[6]；最后對(duì)房屋數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算、統(tǒng)計(jì)管理。ArcGIS平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 ArcGIS平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)界面

本文建立了功能齊全的分析統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，同時(shí)具有嚴(yán)密規(guī)范的房屋面積計(jì)算規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了成果的自動(dòng)分析與輸出；可根據(jù)需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定制查詢、常規(guī)查詢和空間查詢，并可對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行批量修改；“分級(jí)分類”功能可自定義分類方式，分別導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)表格；“可計(jì)計(jì)算”功能可按相關(guān)計(jì)算規(guī)則計(jì)算房屋復(fù)建量，作為方案設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一；“重新分類”功能可在修改數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)后自動(dòng)對(duì)房屋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分類；“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)”功能可根據(jù)設(shè)置的模板表格一鍵生成統(tǒng)計(jì)表；“導(dǎo)出表格”功能可導(dǎo)出房屋所有相關(guān)數(shù)據(jù)的明細(xì)表（圖5）。

圖5 數(shù)據(jù)庫(kù)處理平臺(tái)分析統(tǒng)計(jì)窗口

5 應(yīng)用分析

5.1 系統(tǒng)作業(yè)效率分析

傳統(tǒng)作業(yè)方式需要外業(yè)逐棟調(diào)查并人工繪制房屋輪廓和錄入屬性信息，而本文采用的作業(yè)方式效率高，案例項(xiàng)目的實(shí)際外業(yè)時(shí)長(zhǎng)由原來(lái)預(yù)計(jì)的3個(gè)月縮短到1個(gè)月左右，除個(gè)別特殊情況需單獨(dú)調(diào)查外，其他均能在室內(nèi)完成。為了盡量體現(xiàn)系統(tǒng)程序運(yùn)行時(shí)間的可比性，安排在性能中等、相同運(yùn)行環(huán)境同一臺(tái)電腦上運(yùn)行，結(jié)果如表1所示，可以看出，隨著房屋數(shù)量的增加，程序運(yùn)行時(shí)間也成倍增加，但總運(yùn)行效率仍不低；在實(shí)際操作過(guò)程中，可通過(guò)將房屋數(shù)量偏大的數(shù)據(jù)分開(kāi)處理的方式來(lái)提高效率。在內(nèi)業(yè)處理方面，以小樣本的作業(yè)和數(shù)據(jù)分析為例，兩種方式的效率對(duì)比結(jié)果如表2所示，可以看出，該系統(tǒng)效率可比傳統(tǒng)作業(yè)方式提高1倍以上。

表1 快速獲取方法的程序運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

表2 與傳統(tǒng)作業(yè)方式的效率對(duì)比（小樣本）

5.2 數(shù)據(jù)精度分析

本文以采用人工方式的計(jì)算結(jié)果為真值，將城市更新作業(yè)系統(tǒng)得出的數(shù)據(jù)與真值進(jìn)行對(duì)比，得到系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)精度。本次樣本選取46棟具有代表性的較復(fù)雜的房屋（表3），人工計(jì)算得到的建基面積為24 429.02 m2，建筑面積為65 531.08 m2，對(duì)比發(fā)現(xiàn)面積誤差比例分別為-0.001 2%和-0.003 1%，說(shuō)明系統(tǒng)具有很高的計(jì)算精度。

表3 兩種作業(yè)方式的面積對(duì)比（小樣本）

6 結(jié)語(yǔ)

本文從國(guó)家發(fā)展建設(shè)需求出發(fā)，利用無(wú)人機(jī)和機(jī)載LiDAR技術(shù)獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)在EPS平臺(tái)和ArcGIS平臺(tái)上進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，建立了城市更新作業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、成果精度高，在提高作業(yè)效率、降低成本方面發(fā)揮著極大作用，具有不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。