新型基礎(chǔ)測繪體系在基礎(chǔ)地形圖更新中的應(yīng)用★

宋康明，袁 拓

(1.廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510060;2.廣州市資源規(guī)劃和海洋科技協(xié)同創(chuàng)新中心,廣東 廣州 510060;3.廣東省城市感知與監(jiān)測預(yù)警企業(yè)重點實驗室,廣東 廣州 510060)

0 引言

“十三五”是我國實現(xiàn)全面建成小康社會宏偉目標(biāo)的決勝時期,也是測繪地理信息部門貫徹落實黨的十八大和十八屆三中、四中、五中、六中全會精神,不斷推進(jìn)測繪地理信息強(qiáng)國建設(shè),實現(xiàn)測繪地理信息轉(zhuǎn)型升級、跨越發(fā)展的關(guān)鍵五年[1-2]。2015年6月國務(wù)院批復(fù)的《全國基礎(chǔ)測繪中長期規(guī)劃綱要(2015—2030年)》,明確了建設(shè)新型基礎(chǔ)測繪體系的發(fā)展目標(biāo)[3-6];2019年陸昊部長在第一次全國自然資源工作會議講話中明確提出:“加快基礎(chǔ)測繪轉(zhuǎn)型升級,增強(qiáng)測繪地理信息公共服務(wù)能力,促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”[7],基礎(chǔ)測繪作為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、國土資源可持續(xù)利用、自然資源管理、生態(tài)文明建設(shè)和國防建設(shè)的基礎(chǔ)性工作,面臨嚴(yán)峻的轉(zhuǎn)型升級要求。為落實廣州市基礎(chǔ)測繪“十三五”規(guī)劃整體部署,滿足片區(qū)規(guī)劃建設(shè)要求,我院受業(yè)主委托完成了片區(qū)“十三五”時期基礎(chǔ)地形圖,形成了基礎(chǔ)地形圖的良好更新機(jī)制,提供了更好的基礎(chǔ)測繪服務(wù)保障。本文將從廣州市某區(qū)為例,探討將新型基礎(chǔ)測繪體系配合傳統(tǒng)測量手段,打破傳統(tǒng)測繪技術(shù)瓶頸,完成片區(qū)“十三五”時期基礎(chǔ)地形圖更新。

1 新型基礎(chǔ)測繪體系在工程中的應(yīng)用

根據(jù)業(yè)主要求,需完成測區(qū)范圍2016年—2020年共5年的基礎(chǔ)地形圖更新,總面積約220 km2,測區(qū)范圍涉及十幾余個街鎮(zhèn)、上百個村社,測區(qū)范圍內(nèi)大量的工業(yè)項目、城市更新項目正在如火如荼的建設(shè),這些項目的建設(shè)快慢、優(yōu)良在該地區(qū)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇、城市建設(shè)中承擔(dān)著重要的發(fā)展作用,而整個測區(qū)都具有房屋排列雜亂、地物復(fù)雜、道路和水系雜亂交錯、坡度變化大等特點,基礎(chǔ)地形圖更新工作亟待解決?；谏鲜銮闆r,我院將新型基礎(chǔ)測繪體系融入到本次工程中。

1.1 新型基礎(chǔ)測繪體系基本技術(shù)路線

本項目涉及范圍廣、地形復(fù)雜、子項目多,對項目實施、工作效率、數(shù)據(jù)獲取、成果質(zhì)檢等多個方面有著較高的要求。我院結(jié)合項目實際情況、業(yè)主要求,項目積極探索新技術(shù)、新方法[8-9],設(shè)計出“十三五”時期基礎(chǔ)地形圖更新測繪技術(shù)路線,主要包含了項目需求分析、技術(shù)設(shè)計、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理、成果質(zhì)量檢查、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建立及更新等基本流程,具體技術(shù)路線如圖1所示。

1.2 新型基礎(chǔ)測繪體系關(guān)鍵技術(shù)手段

1.2.1 基于ENVI半自動影像動態(tài)監(jiān)測技術(shù),實現(xiàn)歷年影像快速對比分析

由于測區(qū)范圍較廣,采用傳統(tǒng)人工外業(yè)巡圖的方式標(biāo)注變化區(qū)域后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,需要耗費大量人力、物力。本項目采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)獲取正射影像圖,利用ENVI變化檢測模塊下的直接比較法動態(tài)監(jiān)測工具(Image Change Workflow)協(xié)同人機(jī)交互,快速識別并標(biāo)記地形地物等地理信息數(shù)據(jù)變化區(qū)域,分析變化區(qū)域特征后有針對性的選取適合的技術(shù)手段開展數(shù)據(jù)采集(見圖2)。這種半自動的變化檢測方法極大的減少了傳統(tǒng)作業(yè)模式的外業(yè)巡圖工作量、降低了外業(yè)工作強(qiáng)度,從流程上提速,為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)快速更新提供了極大助力。

1.2.2 基于EPS三維測圖平臺實現(xiàn)傾斜實景三維模型裸眼測圖

測區(qū)范圍內(nèi)存在大量村莊,采用傳統(tǒng)測量方法需要進(jìn)行圖根導(dǎo)線控制測量,而后采集碎部點,由于房屋密集、通視極差,且多為四層以上,村莊測量耗時耗力。本項目因地制宜采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)快速獲取實景三維立體模型,并將生成的三維模型導(dǎo)入到EPS三維測圖軟件中,借助該軟件矢量數(shù)據(jù)的自動提取和切片功能,實現(xiàn)地物地貌二三維數(shù)據(jù)一體化采編并實時調(diào)整矢量數(shù)據(jù)的高程。EPS三維測圖平臺(如圖3所示)傾斜實景三維模型裸眼測圖具備的三維繪圖和一體化數(shù)據(jù)建庫功能提高了基礎(chǔ)地形圖測繪的工作效率,與傳統(tǒng)測量手段可以相互檢核和補充。

1.2.3 激光點云掃描技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速采集與質(zhì)檢

基于測區(qū)市政道路建設(shè)量大、周邊地形地物變化率高的特殊情況,本項目充分發(fā)揮地面激光掃描技術(shù)快速測量帶狀區(qū)域地形地物的優(yōu)越性,采用基于CORS和ICP算法的地面激光掃描儀快速測量地形,在新建改建道路沿線數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)極大提高了工作效率,并依托基于深度圖識別的建筑物角點提取算法和基于近鄰域分析的高程點擬合算法,實現(xiàn)了地物點點位精度評價、高程點精度評價、地物點間距精度評價及地理精度評價,成功搭建基于激光點云的新型地形圖質(zhì)檢模式。該技術(shù)的有效應(yīng)用,達(dá)到了節(jié)約成本和縮短工期的良好效果。車載LiDAR作業(yè)示意圖如圖4所示,點云數(shù)據(jù)如圖5所示。

1.2.4 全自動縮編模式和人機(jī)協(xié)同縮編模式相結(jié)合,打造新型地形圖縮編模式

不同的領(lǐng)域?qū)τ诨A(chǔ)測繪地形圖的使用方法、使用目的不同,對地形圖所承載的內(nèi)容及其表示精細(xì)程度要求也不盡相同。本項目創(chuàng)新性地按照不同需求,分級生產(chǎn)不同精細(xì)度的“數(shù)據(jù)產(chǎn)品”,全自動地將海量1∶500地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略縮編,形成“原始數(shù)據(jù)”;當(dāng)需要更加精準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)據(jù)時,再采用人機(jī)協(xié)同的方式對粗略數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)縮編,形成滿足相應(yīng)需求的“精細(xì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品”,通過新型地形圖縮編模式,極大地減少了“無效勞動”,提高了生產(chǎn)效率,真正達(dá)到“按需”生產(chǎn)[10-12]。1∶2 000地形圖縮編流程圖如圖6所示。

2 基于新型基礎(chǔ)測繪體系應(yīng)用的項目成果展示

項目以新型基礎(chǔ)測繪體系探索為抓手,配合傳統(tǒng)測量手段,完成了項目“十三五”時期基礎(chǔ)地形圖更新測繪的要求,項目成果保證了地區(qū)1∶500,1∶2 000數(shù)字地形圖的現(xiàn)勢性和完整性,也進(jìn)一步以全球化視野優(yōu)化提升了地區(qū)空間布局,為地區(qū)的建設(shè)提質(zhì)增效,為政府的正確決策提供有效、可靠的保障,同時為政府各部門、社會各團(tuán)體等提供了良好的基礎(chǔ)用圖便利服務(wù)。

主要的項目成果有:2016年—2020年共5年的1∶500,1∶2 000現(xiàn)狀地形圖(矢量數(shù)據(jù)),范圍面積約220 km2,涉及十幾余個街鎮(zhèn)、上百個村社(如圖7所示)。

3 結(jié)語

基礎(chǔ)測繪“十三五”規(guī)劃任務(wù)的實施,對經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會和生態(tài)文明建設(shè)以及“十四五”規(guī)劃至關(guān)重要。本文從片區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展應(yīng)用需求和科技進(jìn)步為導(dǎo)向,以傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪技術(shù)和新型基礎(chǔ)測繪體系探索為抓手,以落實廣州市基礎(chǔ)測繪“十三五”規(guī)劃、切實提高基礎(chǔ)測繪服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo),充分利用國土空間規(guī)劃大數(shù)據(jù)按需制定合理的更新區(qū)域,采用ENVI半自動影像動態(tài)監(jiān)測技術(shù)、EPS三維測圖平臺、激光點云掃描技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)手段靈活開展數(shù)據(jù)的快速生產(chǎn)與質(zhì)量檢查,同時將全自動縮編模式和人機(jī)協(xié)同縮編模式相結(jié)合,打造了新型地形圖縮編模式,相比傳統(tǒng)測量手段節(jié)省了大量的工期、人力及物力,不僅減少了與街道、村社及村民溝通協(xié)調(diào)成本,也大大減少了政府財政資金的投入,同時形成的正射影像、三維模型也是傳統(tǒng)測量手段無可比擬的。

項目成果為業(yè)主提供了優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)地形圖測繪服務(wù),完善了片區(qū)現(xiàn)代化測繪基礎(chǔ)體系,進(jìn)一步探索了片區(qū)新型基礎(chǔ)測繪體系,項目成果為片區(qū)重大工程選址、城市應(yīng)急、第三次全國土地調(diào)查、城市更新、房地一體、國土空間規(guī)劃等提供數(shù)據(jù)及分析服務(wù),實現(xiàn)測繪成果多元共享、多元應(yīng)用的愿景。優(yōu)質(zhì)的項目作業(yè)模式可為其他地區(qū)大范圍多時期地形圖更新項目提供了一定的參考。