基于EPS和ArcGIS的城市更新作業系統設計與實現

林騰輝，易 鵬

（1.廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060；2.廣東省城市感知與監測預警企業重點實驗室，廣東 廣州 510060）

隨著我國大城市開發的日趨飽和，存量土地的改造和提升迫在眉睫，房地產行業逐漸由增量時代走向存量時代，轟轟烈烈的城市更新浪潮席卷全國。隨著城市更新政策的逐步完善，粵港澳大灣區各城市的城市更新進程明顯加快[1]，為了盤活利用閑置土地和低效用地、助力粵港澳大灣區建設世界級城市群，近年來廣州的城市更新工作進程加速推進，計劃3年內推進83個舊村改造，5年內推進183個舊村改造，10年內共計推進400個村全面改造。

傳統的城市更新房屋調查作業模式是外業逐棟調查，對于一個村幾千棟房屋的體量，都需要幾個月才能完成，且數據零散，大部分工作由人工處理，后期數據管理和統計根本無法在短時間內響應。房屋數據不僅在城市更新項目中工作量占比最大，而且也是重中之重[2]，傳統作業方式效率低、成本高，嚴重制約了城市發展進程，因此急需一種新的作業方法來獲取房屋信息數據，提高效率、降低成本，為粵港澳大灣區城市建設助力。

1 城市更新作業系統總體思路

城市更新數據調查中最重要的是房屋數據采集和分析處理。本文綜合利用無人機和機載LiDAR技術實現了房屋現狀數據的快速采集，再通過處理獲取的高分辨率正射影像圖、點云數據、三維模型，以三維測圖的方式形成了最新的基礎地理信息數據。

基礎地理信息數據類型多樣且零散，空間關系復雜，處理工作量大，且在城市更新房屋數據調查中需獲取權屬數據、地籍數據、二調數據等多種信息數據，本文通過二次開發建立了數據處理、分析與管理的作業系統，通過對多源數據的融合與分析，實現了房屋信息提取、建筑面積自動計算統計、成果報表自動生成等功能。具體技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線圖

2 基于無人機技術和機載LiDAR技術的基礎數據采集

本文以花都區“楊屋村”城市更新項目為例，占地面積約為5.5 km2，地面要素主要為廠房、商業區、城市居民區等。項目采用哈瓦電動四軸八旋翼無人機（RTK雙電版）進行傾斜航空攝影；利用GNSS控制點測量的方式多次測量像控點，并取平均值；利用ContextCapture Center軟件完成空三加密計算與優化，優化精度至1/3像素；通過劃分模型網格，最終獲得分辨率為0.03 m的高精度正射影像圖、點云數據、DSM、實景三維模型等成果（圖2）。

圖2 正射影像圖與實景三維模型

利用高精度DOM和DSM數據進行地形變化檢測，可作為入戶測量底圖，協助城市更新過程中舊村違章建筑的有效監管；實景三維立體模型可輔助入戶測量，同時基于EPS三維裸眼測圖系統可實現地形地貌、建筑物的內業采集，協助制圖和房屋測繪。利用無人機傾斜攝影測量技術構建一體化處理流程，可快速獲取實景三維模型等基礎地理信息數據。

3 基于EPS平臺的多源數據綜合處理系統

EPS平臺從GIS應用的角度構建數據模型，綜合CAD技術與GIS技術，以數據庫為核心，將圖形和屬性關聯為一體，支持多種基礎編程語言的二次開發，主要實現EPS平臺數據整理、數據轉換等任務。使用者可根據集成命令、語言規則、函數等方便快捷地實現圖形坐標變換、數據入庫、實際圖形處理等應用[3]。本文根據EPS平臺在二次開發、數據轉換、分析等方面的功能特點，最終選擇依托EPS二次開發環境，實現了城市更新房屋數據自動化處理模塊。多源數據處理系統可實現房屋的自動構面處理，結構層數、權屬信息等的自動提取，可根據宗地范圍實現房屋的自動編號和屬性字段的完整性檢查。EPS平臺多源數據綜合處理成果如圖3所示。

圖3 EPS平臺多源數據綜合處理成果示例

為解決項目數據轉換問題以及后期能與數據庫系統建立聯系，本文通過在EPS地理信息工作平臺創建項目數據屬性模板建立信息映射關系，在轉換過程中創建屬性表儲存外部信息，最終實現了數據全要素轉換[4]。

4 基于ArcGIS平臺的房屋數據庫管理系統

考慮到數據分析和建庫的需要，需設計一個Arc-GIS二次開發的數據庫管理平臺。針對海量的基礎房屋數據，構建數據庫對基礎數據進行管理，是最高效的處理方式。本文首先利用綜合處理系統獲取MDB房屋庫[5]；然后在開發的數據庫平臺中創建城市更新數據庫，導入MDB房屋庫；再通過轉換和處理生成標準城市更新數據庫[6]；最后對房屋數據進行分析計算、統計管理。ArcGIS平臺數據庫管理系統如圖4所示。

圖4 ArcGIS平臺數據庫管理系統界面

本文建立了功能齊全的分析統計系統，同時具有嚴密規范的房屋面積計算規則，實現了成果的自動分析與輸出；可根據需求對數據進行定制查詢、常規查詢和空間查詢，并可對查詢結果進行批量修改；“分級分類”功能可自定義分類方式，分別導出統計表格；“可計計算”功能可按相關計算規則計算房屋復建量，作為方案設計的重要依據之一；“重新分類”功能可在修改數據庫數據后自動對房屋統計數據進行重新分類；“標準統計”功能可根據設置的模板表格一鍵生成統計表；“導出表格”功能可導出房屋所有相關數據的明細表（圖5）。

圖5 數據庫處理平臺分析統計窗口

5 應用分析

5.1 系統作業效率分析

傳統作業方式需要外業逐棟調查并人工繪制房屋輪廓和錄入屬性信息，而本文采用的作業方式效率高，案例項目的實際外業時長由原來預計的3個月縮短到1個月左右，除個別特殊情況需單獨調查外，其他均能在室內完成。為了盡量體現系統程序運行時間的可比性，安排在性能中等、相同運行環境同一臺電腦上運行，結果如表1所示，可以看出，隨著房屋數量的增加，程序運行時間也成倍增加，但總運行效率仍不低；在實際操作過程中，可通過將房屋數量偏大的數據分開處理的方式來提高效率。在內業處理方面，以小樣本的作業和數據分析為例，兩種方式的效率對比結果如表2所示，可以看出，該系統效率可比傳統作業方式提高1倍以上。

表1 快速獲取方法的程序運行時間統計表

表2 與傳統作業方式的效率對比（小樣本）

5.2 數據精度分析

本文以采用人工方式的計算結果為真值，將城市更新作業系統得出的數據與真值進行對比，得到系統處理的數據精度。本次樣本選取46棟具有代表性的較復雜的房屋（表3），人工計算得到的建基面積為24 429.02 m2，建筑面積為65 531.08 m2，對比發現面積誤差比例分別為-0.001 2%和-0.003 1%，說明系統具有很高的計算精度。

表3 兩種作業方式的面積對比（小樣本）

6 結語

本文從國家發展建設需求出發，利用無人機和機載LiDAR技術獲取數據，通過在EPS平臺和ArcGIS平臺上進行系統開發，建立了城市更新作業系統。該系統實用性強、成果精度高，在提高作業效率、降低成本方面發揮著極大作用，具有不錯的經濟效應。