新型測繪一體化技術在基礎數據調查中的應用
——以廣州市大源整村改造為例

陳展鵬，劉彥廷

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

當前廣州城市發展面臨新的機遇和方向，通過城市更新盤活存量用地，優化城市綜合容量，成為實現廣州“老城市、新活力”必然選擇[1]。基礎數據調查是開展更新改造的重要工作之一，也是科學制定改造方案，進行項目經濟測算的重要基礎依據，其主要內容包括基礎地籍地形數據、行政區劃、人口經濟數據、土地數據、房屋數據、歷史文保數據和市政基礎設施及公建配套數據成果[2]。

結合當前基礎數據調查的技術方案和項目經驗，基礎數據調查的工作難點主要集中在以下幾個方面：①如何在短時間內采集到調查范圍內 1∶500地籍地形圖數據并保證其精準性；②能否充分利用已有數據輔助基礎數據調查，避免重復作業，減少外業調查工作量；③作業過程中采集到的多元異構數據，如何方便快速地信息化入庫、存儲及處理。傳統調查方法一方面外業采集要素多，需要投入大量人員實地測量[3]，另一方面采集信息復雜，需要內業人員根據不同種類數據選擇專業軟件進行調繪和處理，從而需要較高的時間和人力成本。

近年來為了解決和改善以上問題，新型測繪技術配合信息化平臺的模式開始應用在城市基礎數據調查。本文以廣州市大源村整村基礎數據調查項目為例，采用無人機傾斜攝影測量技術[4]和智慧廣州時空信息云平臺[5，6]建立從外業數據采集到內業數據處理、管理、分析的一體化方案，取得以下成果：①制作 3 cm地面分辨率的大源村正射影像底圖；②建立 3 cm地面分辨率的實景三維模型并編繪滿足主要地物點位中誤差優于 ±5 cm的 1∶500地形圖；③獲取房屋、土地、人口、經濟、產業等現狀數據，按統一標準入庫智慧廣州時空信息云平臺；④實現大源村非空間數據在實景三維模型上的展示，探索新型測繪技術全流程作業模式在城市更新中的可能性及適用性，為引導測繪服務升級和落地提供經驗。

2 大源村基礎數據調查實例

2.1 研究區概況

大源村位于廣州市白云區太和鎮，現常住人口15萬，總占地面積為 25 km2，是廣州市最大的城中村。大源村基礎數據調查范圍為大源村內所有廠房、物業和村民住宅等建筑覆蓋的建成區域共計 8 km2，區域內房屋 8 777棟，單體房屋建筑面積均超過 1 000 m2。無人機航飛面積 11.06 km2，占大源村總體面積的44.24%，實現基礎數據調查范圍全覆蓋。

2.2 無人機傾斜攝影測量

(1)無人機平臺設計

項目采用的平臺是哈瓦四軸八旋翼折疊雙電版無人機MEGA-V8Ⅲ，無人機搭載五鏡頭，機身采用碳纖維設計以增強整體抗風能力。正攝相機使用 20 mm焦距鏡頭，側視相機使用 35 mm焦距鏡頭，傾斜相機角度為45°。考慮到大源村城區建筑密集，衛星信號接收不穩定等因素，平臺采用雙RTK設計，能夠接收三星(北斗、GPS、GLONASS)七個頻段數據，用以保障POS數據的精度。

(2)無人機航飛設計

按照像控點布設距離在設計地面分辨率 20 000倍的范圍要求，當航飛地面分辨率為 3 cm時像控點應以 600 m間距設計，共布控254個像控點(圖1左)，均勻分布于整個測區。航線設計采用沿測區邊界外擴3條基線長度進行航飛(圖1右)。外業飛行時間共計20天80個架次，有效飛行面積約 19 km2，共拍攝影像12萬張。無人機航飛參數如表1所示。

圖1 大源村控制點分布及航線示意圖

無人機航飛參數表 表1

(3)空中三角解析及三維建模

下視、前視、后視、左視和右視5個鏡頭采集的數據容量共 1 048 GB，在通過照片、POS數據檢查后，項目基于Context Capture進行空三解析，采用多視角影像聯合平差方案配合8組CPU進行分布式并行計算。獲得空三成果后提交建模任務，通過劃分模型格網，采用DP-Molder軟件進行建模，由于傾斜攝影影像相對于傳統的垂直攝影影像具有重疊度高、相鄰影像間基高比小、傾斜影像尺度變化大的特點[7]，因此便于多角度獲取房屋天頂、立面炒高密度點云信息，通過模型貼圖和修飾最終得到大源村實景三維模型，克服傳統建模軟件人工建模和貼圖失真的缺點。

對于三維模型精度檢測包括平面點和高程點，采用全站儀高精度地獲取所有檢查點的實測三維坐標，然后從三維模型中識別相應檢查點的影像三維坐標，進行誤差統計分析。共檢測了562個平面點和468個高程點，結果顯示(表2)，大源村實景三維模型精度滿足 1∶500大比例尺測圖點位中誤差 ±15 cm；間距中誤差 ±10 cm；高程中誤差 ±15 cm的精度要求，可以作為 1∶500地形圖測圖數據基礎。

大源村實景三維模型精度檢查成果統計表 表2

(4)1∶500高精度三維測圖

項目采用DP-Molder Mapper軟件構建多視角三維測圖環境，首先針對實景三維模型匹配傾斜攝影同名點，建立模型與影像關系，其次通過垂直輔助線解決測圖時房屋的遮擋問題，保證要素的多角度閉合，最后測繪內容與圖形表示參照《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖圖式》(DBJ 440100/T 230-2015)進行 1∶500地形圖測圖，如圖2所示。

圖2 1∶500高精度三維測圖

針對地形圖成果隨機抽取32%共計140個圖幅，布設RTK圖根控制起算點6點，引測圖根導線5條進行點位、高程注記、間距檢測，根據表3結果顯示，基于自動化三維測圖生產的 1∶500地形圖均滿足要求。相比傳統地形圖測量方法，在同樣的人員配置下，每平方公里的外業測量時間從20天減少至4天，內業成圖時間從12天縮短到6天，整體作業效率提升近1倍。

大源村1∶500地形圖精度檢查成果統計表 表3

2.3 專題數據外業調查

廣州市作為國家首批3個試點城市之一，基于Oracle和Redis設計和搭建了智慧廣州時空云平臺，可提供包括基礎數據服務、接口服務、地名址引擎在內的數據共享、處理、管理服務[8]。項目為減少外業調查工作量，利用云平臺的數據服務調取測區內的歷史與現狀公共專題數據，并與基礎地形數據中的房屋進行實體連接，分別形成房屋API、人口 API、經濟 API 等一系列專題分布圖(圖3)，作為支撐外業基礎數據調查的工作底圖。

圖3 大源村“四標四實”數據空間化

2.4 大源村空間信息數據庫

在對專題數據進行補充調查后，利用云平臺的外部數據接口將獲取的無人機內外業數據、更新后的土地、人口、經濟、產業等專題數據統一入庫，通過地名址引擎建立空間關系，結合數據引擎和服務引擎提供的配套功能，配合少量人工干預和校正，形成以云平臺為核心的交互式大源村空間信息數據庫，實現大源村二維屬性信息在三維空間載體上系統性的結合(如圖4所示)，為快速獲取建筑量等測算數據提供了一條新的路線[9]。

圖4 基于實景三維模型的房屋信息查詢

2.5 大源村基礎數據調查成果

大源村基礎數據調查項目通過無人機傾斜攝影測量技術制作了村內共計 11.06 km2的 3 cm地面分辨率的TDOM影像，生產了滿足點位中誤差精度的實景三維建模并繪制了 1∶500大比例尺地形圖；利用智慧廣州時空信息云平臺數據共享機制，進行外業補充調查完成了大源村建成區域共計 8 km2土地、人口、經濟、產業等專題數據；最后，利用云平臺的數據服務將外業采集和內業核實后的數據按照統一標準入庫，搭建了大源村空間信息數據庫，實現大源村非空間數據在實景三維模型上的展示，并按照城市更新基礎數據調查項目要求生成各類圖表文件。

3 結 語

本文以大源村基礎數據調查為例，利用無人機傾斜攝影測量技術和智慧廣州時空信息云平臺等測繪新型技術，探索了基礎數據調查項目從外業數據采集到內業數據處理、管理、分析的一體化方案。這套方案相比傳統地形圖測量方法，在同樣的人員配置下整體作業效率提升1倍，同時達到了主要地物點位中誤差優于 ±5 cm的精度要求。此外，通過智慧廣州時空信息云平臺不僅充分發揮了已有數據的優勢，避免重復數據采集，將數據調查轉化為數據核查，降低了基礎數據調查采集要素多元化導致的數據管理難度。相比于傳統測圖單一化的控制點成果和數字線畫圖，還能獲取正射影像和實景三維模型等多種數據成果，提高了數據的利用率和成果的多樣性，拓展了調查成果的應用維度。

測繪新技術的有效應用為基礎數據調查提高了工作效率，豐富了數據成果，降低了人力成本，打造新型測繪平臺，更新數據采集手段，結合大數據、機器學習等數據處理技術將是今后測繪工作的發展方向。