地下空間設(shè)施普查測(cè)繪數(shù)據(jù)外業(yè)一體化體系研究

胡 涂

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

1 概述

隨著城市建設(shè)和發(fā)展，城市設(shè)計(jì)把地下空間作為統(tǒng)籌交通設(shè)施、市政配套設(shè)施及商業(yè)等其他配套設(shè)施的重要土地資源的一部分，城市地下空間的可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)代化城市高效、高速運(yùn)轉(zhuǎn)的基本保證。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2016年5月25日發(fā)布《城市地下空間開(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃指出，到2020年，不低于50%的城市初步建立包括地下空間開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀、規(guī)劃建設(shè)管理、檔案管理等的綜合管理系統(tǒng)，有效提升城市地下空間信息化管理能力”。廣州市城市地下空間開(kāi)發(fā)利用和地下設(shè)施日益增多，人防、地鐵、各種工程管線和“地下空間產(chǎn)權(quán)式開(kāi)發(fā)”不斷發(fā)展，廣州市著眼于地下空間統(tǒng)一規(guī)劃、合理開(kāi)發(fā)和科學(xué)化管理，從2012年到2015年度開(kāi)始著眼于地下空間數(shù)據(jù)資料測(cè)繪和摸查工作，從試驗(yàn)區(qū)探索城市地下空間調(diào)查工作。多數(shù)學(xué)者致力于提高測(cè)繪方法精度或測(cè)繪數(shù)據(jù)信息化的研究[1-5]，本文依托廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施普查及測(cè)繪項(xiàng)目總結(jié)了城市地下測(cè)繪工作外業(yè)一體化體系及設(shè)計(jì)了地下空間設(shè)施的可視化標(biāo)識(shí)，同時(shí)探討了復(fù)雜環(huán)境下的地下控制測(cè)量技術(shù)，研究成果可為同行從業(yè)工作者及相關(guān)研究人員提供一定借鑒。

2 項(xiàng)目概況

廣州市城市規(guī)劃地下空間設(shè)施普查及測(cè)繪項(xiàng)目工作范圍由2016年選取的廣州市環(huán)城高速與珠江水道環(huán)繞以內(nèi)的中心城區(qū)，逐步涵蓋周邊荔灣、天河及老黃埔區(qū)域，并于2018年向海珠區(qū)推廣，不含已完成普查測(cè)繪的區(qū)域面積大約為626.5 km2，共涉及近1.3萬(wàn)幅1∶500地形圖。布設(shè)RTK控制點(diǎn)591點(diǎn)，布設(shè)圖根導(dǎo)線115條896點(diǎn)，圖根支導(dǎo)線1 262點(diǎn)，完成2 010幅1∶500地下空間設(shè)施普查成果圖，調(diào)查地下空間建筑2 952棟，地下空間建筑面積約1 988萬(wàn)m2；2017年度布設(shè)RTK控制點(diǎn)521點(diǎn)，布設(shè)圖根導(dǎo)線130條1 185點(diǎn)，圖根支導(dǎo)線147點(diǎn)；完成872幅1∶500地下空間設(shè)施普查成果圖，調(diào)查地下空間建筑793棟，地下空間建筑面積約615萬(wàn)m2；2018年度布設(shè)RTK控制點(diǎn)477點(diǎn)，布設(shè)圖根導(dǎo)線64條563點(diǎn)，圖根支導(dǎo)線21點(diǎn)；完成808幅1∶500地下空間設(shè)施普查成果圖，調(diào)查地下空間建筑481棟，地下空間建筑面積約635萬(wàn)m2。

3 地下空間測(cè)繪外業(yè)一體化體系

地下空間設(shè)施普查在全國(guó)興起較晚，2016年時(shí)尚無(wú)成熟的地下空間設(shè)施普查相關(guān)規(guī)程，且無(wú)可參照的作業(yè)模式和體系。廣州市經(jīng)過(guò)2016年—2018年度城市地下空間設(shè)施普查及測(cè)繪項(xiàng)目的試驗(yàn)與實(shí)踐，將工作梳理為四個(gè)方面的工作內(nèi)容，形成“地下空間資料收集分析—外業(yè)普查測(cè)繪采集”外業(yè)一體化的作業(yè)體系(見(jiàn)圖1)。

3.1 地下空間資料收集分析

單建、附建的各類(lèi)地下空間規(guī)劃、施工、建設(shè)及投入使用的過(guò)程中都經(jīng)過(guò)多部門(mén)審查審批管理，都會(huì)歸檔不同深度、角度的圖冊(cè)及文本檔案。

3.2 外業(yè)普查測(cè)繪采集

根據(jù)廣州市《地下空間測(cè)繪技術(shù)規(guī)程》中各類(lèi)地下空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要求、地下空間設(shè)施分類(lèi)體系、地下空間建筑地建標(biāo)識(shí)碼的編碼規(guī)則，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)繪采集到地下空間信息。由于作業(yè)地點(diǎn)分散，本項(xiàng)目采用GZCORS-RTK技術(shù)布設(shè)圖根控制點(diǎn)作為首級(jí)控制點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上引測(cè)圖根導(dǎo)線采集地下空間設(shè)施輪廓點(diǎn)，出入口及通道的高度和寬度數(shù)據(jù)則使用手持測(cè)距儀直接量取。

外業(yè)測(cè)量的目的有兩個(gè)：一是測(cè)量地下空間建筑各層及其附屬物的空間位置屬性；二是通過(guò)外業(yè)測(cè)量檢核由屬性提取工作得到的地下空間設(shè)施屬性。設(shè)計(jì)完善野外調(diào)查表(見(jiàn)圖2)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的方式核實(shí)、補(bǔ)充、更新地下空間設(shè)施的屬性，保證地下空間設(shè)施屬性的完整性、現(xiàn)勢(shì)性。

普查測(cè)繪人員持介紹信和工作證與地下空間建筑管理人員溝通取得同意后在外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每一個(gè)地下空間設(shè)施的各種屬性信息進(jìn)行采集、記錄(見(jiàn)圖3)，并拍照，屬性信息記錄在地下空間設(shè)施野外調(diào)查表上。

4 地下空間設(shè)施的可視化表達(dá)技術(shù)

地下空間設(shè)施成果圖以基礎(chǔ)地形圖為背景，我們針對(duì)顏色系統(tǒng)、地下空間關(guān)系表達(dá)、設(shè)施信息標(biāo)注進(jìn)行了獨(dú)特的設(shè)計(jì)，使得地下空間設(shè)施成果數(shù)據(jù)更形象、更直觀和更具可讀性(如圖4，圖5所示)。

1)按照地下空間建筑類(lèi)型確定地下空間設(shè)施的各分層面的填充顏色。

2)同一類(lèi)分層面不同空間層用該顏色的不同飽和度漸變表示，漸變顏色由淺到深表示地下空間從地下-1層到最深層(對(duì)于夾層，顏色與鄰近層一致)。邊線顏色與面填充采用同一色相，不同明度顏色表示。

3)用實(shí)線繪制地下空間建筑最大范圍面，用虛線表示地下空間分間關(guān)系。多層地下空間建筑重疊部分顏色填充最上層地下空間面顏色，并用邊線內(nèi)推虛線表示重疊層數(shù)，內(nèi)推虛線使用相應(yīng)空間邊線顏色。

4)設(shè)計(jì)了獨(dú)特的多層地下空間設(shè)施信息標(biāo)注，圖面上較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)施關(guān)鍵信息的綜合讀取，如圖4所示。

5)為突出表示地下空間設(shè)施要素，地形圖可采用灰色(C0M0Y0K50)疊加表示，并做適當(dāng)化簡(jiǎn)。作業(yè)平臺(tái)軟件三維可視化界面如圖5所示。

5 復(fù)雜環(huán)境下的地下控制測(cè)量技術(shù)

在地鐵、綜合管廊及電力隧道中開(kāi)展地下空間設(shè)施普查測(cè)繪時(shí)，地下空間建筑已投入使用不具備投點(diǎn)的條件，地面控制與地下控制之間的聯(lián)系測(cè)量須采用聯(lián)系導(dǎo)線的方式進(jìn)行。聯(lián)系導(dǎo)線沿各層之間的樓梯布設(shè)，導(dǎo)線往返轉(zhuǎn)折多，控制點(diǎn)間距短(在3 m左右)，對(duì)中誤差和照準(zhǔn)誤差對(duì)角度觀測(cè)影響較大。采用常規(guī)電磁波測(cè)距導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行控制測(cè)量難以保證控制點(diǎn)的平面精度。本項(xiàng)目開(kāi)展復(fù)雜環(huán)境下地下控制測(cè)量技術(shù)研究，綜合運(yùn)用GNSS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)、陀螺定向技術(shù)、測(cè)量機(jī)器人對(duì)向觀測(cè)技術(shù)等開(kāi)展控制測(cè)量，解決了這類(lèi)地下空間建筑中布設(shè)控制點(diǎn)的精度問(wèn)題。

5.1 地鐵等大型狹長(zhǎng)地下空間建筑的控制測(cè)量

這類(lèi)地下空間建筑規(guī)模大，車(chē)站出口多，區(qū)間長(zhǎng)，需要經(jīng)過(guò)多級(jí)附合才能將控制點(diǎn)傳遞到地下?？刂茰y(cè)量工作包括GNSS靜態(tài)測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量和電磁波測(cè)距導(dǎo)線測(cè)量等工作。

1)GNSS靜態(tài)測(cè)量。

以三等及以上等級(jí)平面控制點(diǎn)為起算，采用靜態(tài)GNSS測(cè)量的方式布設(shè)首級(jí)地面平面控制網(wǎng)。每個(gè)車(chē)站布設(shè)兩個(gè)相互通視的四等平面控制點(diǎn)，作為車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線測(cè)量的平面起算點(diǎn)。為使用方便，四等點(diǎn)應(yīng)盡量布設(shè)在地面，如果地面GNSS觀測(cè)條件不佳則布設(shè)在車(chē)站附近建筑物的樓頂。

2)水準(zhǔn)測(cè)量。

在地面及站臺(tái)層各選擇1對(duì)～2對(duì)車(chē)站一級(jí)控制點(diǎn)，以二等水準(zhǔn)點(diǎn)為起算布設(shè)三等水準(zhǔn)附合線路測(cè)量其水準(zhǔn)高程，作為車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線、區(qū)間導(dǎo)線測(cè)量的高程起算點(diǎn)。

3)電磁波測(cè)距導(dǎo)線測(cè)量。

地鐵規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量中的電磁波測(cè)距導(dǎo)線包括車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線、區(qū)間導(dǎo)線、站內(nèi)圖根導(dǎo)線和地面圖根導(dǎo)線。

a.車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線。

以四等平面控制點(diǎn)為平面起算，以三等水準(zhǔn)點(diǎn)為高程起算沿車(chē)站出入口-站廳層-站臺(tái)層-站廳層-車(chē)站出入口布設(shè)車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線。車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)選擇在便于布設(shè)區(qū)間導(dǎo)線及站內(nèi)圖根導(dǎo)線的位置上。由于地下工程的特殊性，車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線在層與層之間允許交叉。車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線的平面等級(jí)為一級(jí)，高程等級(jí)為圖根級(jí)。

b.區(qū)間導(dǎo)線。

以車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線點(diǎn)為平面起算，以三等水準(zhǔn)點(diǎn)為高程起算沿地鐵隧道布設(shè)區(qū)間導(dǎo)線作為地鐵區(qū)間碎部測(cè)量的控制點(diǎn)。區(qū)間導(dǎo)線的平面等級(jí)為二級(jí)，高程等級(jí)為圖根。當(dāng)區(qū)間導(dǎo)線邊數(shù)超過(guò)12條時(shí)應(yīng)加測(cè)陀螺定向邊以保證導(dǎo)線的精度。

c.站內(nèi)圖根導(dǎo)線。

以車(chē)站聯(lián)系導(dǎo)線點(diǎn)為起算點(diǎn)在車(chē)站各層內(nèi)布設(shè)附合圖根導(dǎo)線或圖根支導(dǎo)線作為測(cè)量車(chē)站主體及車(chē)站地下附屬設(shè)施的控制點(diǎn)。

5.2 電力隧道、綜合管廊等小型狹長(zhǎng)地下空間建筑的控制測(cè)量方案

這類(lèi)地下空間建筑的顯著特征是出入口狹小，從地面至地下需經(jīng)過(guò)層樓梯，樓梯長(zhǎng)度短轉(zhuǎn)折多。開(kāi)展地下空間設(shè)施普查工作是一般不具備投點(diǎn)的條件，只能采用聯(lián)系導(dǎo)線的方式向地下傳遞控制。這類(lèi)聯(lián)系導(dǎo)線的特點(diǎn)是邊數(shù)多、邊長(zhǎng)短(2.5 m左右)。采用傳統(tǒng)的導(dǎo)線測(cè)量角度閉合差較大(最大可達(dá)1°)，超出規(guī)范要求。通過(guò)綜合運(yùn)用GNSS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)、測(cè)量機(jī)器人對(duì)向觀測(cè)技術(shù)、陀螺定向技術(shù)，地下控制點(diǎn)的測(cè)量精度優(yōu)于圖根控制點(diǎn)的精度，滿足地下空間設(shè)施普查測(cè)繪的精度要求(如圖6所示)。

1)GNSS靜態(tài)測(cè)量。

以三等及以上等級(jí)平面控制點(diǎn)為起算，采用靜態(tài)GNSS測(cè)量的方式布設(shè)首級(jí)地面平面控制網(wǎng)。每個(gè)出入口布設(shè)兩個(gè)相互通視的四等平面控制點(diǎn)。

2)水準(zhǔn)測(cè)量。

以二等水準(zhǔn)點(diǎn)為起算布設(shè)三等水準(zhǔn)附合線路測(cè)量地面控制點(diǎn)的水準(zhǔn)高程，首級(jí)高程控制點(diǎn)。

3)導(dǎo)線測(cè)量。

以地面控制點(diǎn)為起算點(diǎn)沿出入口樓梯、隧道進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量(如圖7所示)。導(dǎo)線出入樓梯段應(yīng)采用測(cè)量機(jī)器人對(duì)向觀測(cè)法觀測(cè)。

4)陀螺定向測(cè)量。

導(dǎo)線地下段兩端采用陀螺全站儀進(jìn)行陀螺定向測(cè)量。當(dāng)導(dǎo)線邊數(shù)較多時(shí)在導(dǎo)線中間也適當(dāng)加測(cè)陀螺定邊，確保控制點(diǎn)點(diǎn)位中誤差滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)論

1)建立了地下空間設(shè)施普查測(cè)繪數(shù)據(jù)外業(yè)一體化體系，分析了地下空間設(shè)施普查現(xiàn)場(chǎng)屬性調(diào)查和測(cè)繪的要點(diǎn)，設(shè)計(jì)了城市地下空間測(cè)繪工作野外調(diào)查表。

2)研發(fā)的地下空間設(shè)施的可視化表達(dá)技術(shù)增強(qiáng)了地下空間設(shè)施成果數(shù)據(jù)的形象性、直觀性及可讀性。

3)綜合運(yùn)用GNSS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)、陀螺定向技術(shù)、測(cè)量機(jī)器人對(duì)向觀測(cè)技術(shù)等開(kāi)展控制測(cè)量，可有效解決復(fù)雜條件下地下空間建筑中布設(shè)控制點(diǎn)的精度問(wèn)題。