地下空間設施普查測繪數據外業一體化體系研究

胡 涂

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 概述

隨著城市建設和發展，城市設計把地下空間作為統籌交通設施、市政配套設施及商業等其他配套設施的重要土地資源的一部分，城市地下空間的可持續發展是現代化城市高效、高速運轉的基本保證。住房城鄉建設部2016年5月25日發布《城市地下空間開發利用“十三五”規劃》，規劃指出，到2020年，不低于50%的城市初步建立包括地下空間開發利用現狀、規劃建設管理、檔案管理等的綜合管理系統，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發利用和地下設施日益增多，人防、地鐵、各種工程管線和“地下空間產權式開發”不斷發展，廣州市著眼于地下空間統一規劃、合理開發和科學化管理，從2012年到2015年度開始著眼于地下空間數據資料測繪和摸查工作，從試驗區探索城市地下空間調查工作。多數學者致力于提高測繪方法精度或測繪數據信息化的研究[1-5]，本文依托廣州市城市規劃地下空間設施普查及測繪項目總結了城市地下測繪工作外業一體化體系及設計了地下空間設施的可視化標識，同時探討了復雜環境下的地下控制測量技術，研究成果可為同行從業工作者及相關研究人員提供一定借鑒。

2 項目概況

廣州市城市規劃地下空間設施普查及測繪項目工作范圍由2016年選取的廣州市環城高速與珠江水道環繞以內的中心城區，逐步涵蓋周邊荔灣、天河及老黃埔區域，并于2018年向海珠區推廣，不含已完成普查測繪的區域面積大約為626.5 km2，共涉及近1.3萬幅1∶500地形圖。布設RTK控制點591點，布設圖根導線115條896點，圖根支導線1 262點，完成2 010幅1∶500地下空間設施普查成果圖，調查地下空間建筑2 952棟，地下空間建筑面積約1 988萬m2；2017年度布設RTK控制點521點，布設圖根導線130條1 185點，圖根支導線147點；完成872幅1∶500地下空間設施普查成果圖，調查地下空間建筑793棟，地下空間建筑面積約615萬m2；2018年度布設RTK控制點477點，布設圖根導線64條563點，圖根支導線21點；完成808幅1∶500地下空間設施普查成果圖，調查地下空間建筑481棟，地下空間建筑面積約635萬m2。

3 地下空間測繪外業一體化體系

地下空間設施普查在全國興起較晚，2016年時尚無成熟的地下空間設施普查相關規程，且無可參照的作業模式和體系。廣州市經過2016年—2018年度城市地下空間設施普查及測繪項目的試驗與實踐，將工作梳理為四個方面的工作內容，形成“地下空間資料收集分析—外業普查測繪采集”外業一體化的作業體系(見圖1)。

3.1 地下空間資料收集分析

單建、附建的各類地下空間規劃、施工、建設及投入使用的過程中都經過多部門審查審批管理，都會歸檔不同深度、角度的圖冊及文本檔案。

3.2 外業普查測繪采集

根據廣州市《地下空間測繪技術規程》中各類地下空間數據結構要求、地下空間設施分類體系、地下空間建筑地建標識碼的編碼規則，現場調查測繪采集到地下空間信息。由于作業地點分散，本項目采用GZCORS-RTK技術布設圖根控制點作為首級控制點，在此基礎上引測圖根導線采集地下空間設施輪廓點，出入口及通道的高度和寬度數據則使用手持測距儀直接量取。

外業測量的目的有兩個：一是測量地下空間建筑各層及其附屬物的空間位置屬性；二是通過外業測量檢核由屬性提取工作得到的地下空間設施屬性。設計完善野外調查表(見圖2)，通過現場調查的方式核實、補充、更新地下空間設施的屬性，保證地下空間設施屬性的完整性、現勢性。

普查測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現場對每一個地下空間設施的各種屬性信息進行采集、記錄(見圖3)，并拍照，屬性信息記錄在地下空間設施野外調查表上。

4 地下空間設施的可視化表達技術

地下空間設施成果圖以基礎地形圖為背景，我們針對顏色系統、地下空間關系表達、設施信息標注進行了獨特的設計，使得地下空間設施成果數據更形象、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型確定地下空間設施的各分層面的填充顏色。

2)同一類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，并用邊線內推虛線表示重疊層數，內推虛線使用相應空間邊線顏色。

4)設計了獨特的多層地下空間設施信息標注，圖面上較好地實現了設施關鍵信息的綜合讀取，如圖4所示。

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

5 復雜環境下的地下控制測量技術

在地鐵、綜合管廊及電力隧道中開展地下空間設施普查測繪時，地下空間建筑已投入使用不具備投點的條件，地面控制與地下控制之間的聯系測量須采用聯系導線的方式進行。聯系導線沿各層之間的樓梯布設，導線往返轉折多，控制點間距短(在3 m左右)，對中誤差和照準誤差對角度觀測影響較大。采用常規電磁波測距導線測量方法進行控制測量難以保證控制點的平面精度。本項目開展復雜環境下地下控制測量技術研究，綜合運用GNSS靜態測量技術、陀螺定向技術、測量機器人對向觀測技術等開展控制測量，解決了這類地下空間建筑中布設控制點的精度問題。

5.1 地鐵等大型狹長地下空間建筑的控制測量

這類地下空間建筑規模大，車站出口多，區間長，需要經過多級附合才能將控制點傳遞到地下。控制測量工作包括GNSS靜態測量、水準測量和電磁波測距導線測量等工作。

1)GNSS靜態測量。

以三等及以上等級平面控制點為起算，采用靜態GNSS測量的方式布設首級地面平面控制網。每個車站布設兩個相互通視的四等平面控制點，作為車站聯系導線測量的平面起算點。為使用方便，四等點應盡量布設在地面，如果地面GNSS觀測條件不佳則布設在車站附近建筑物的樓頂。

2)水準測量。

在地面及站臺層各選擇1對～2對車站一級控制點，以二等水準點為起算布設三等水準附合線路測量其水準高程，作為車站聯系導線、區間導線測量的高程起算點。

3)電磁波測距導線測量。

地鐵規劃驗收測量中的電磁波測距導線包括車站聯系導線、區間導線、站內圖根導線和地面圖根導線。

a.車站聯系導線。

以四等平面控制點為平面起算，以三等水準點為高程起算沿車站出入口-站廳層-站臺層-站廳層-車站出入口布設車站聯系導線。車站聯系導線點應選擇在便于布設區間導線及站內圖根導線的位置上。由于地下工程的特殊性，車站聯系導線在層與層之間允許交叉。車站聯系導線的平面等級為一級，高程等級為圖根級。

b.區間導線。

以車站聯系導線點為平面起算，以三等水準點為高程起算沿地鐵隧道布設區間導線作為地鐵區間碎部測量的控制點。區間導線的平面等級為二級，高程等級為圖根。當區間導線邊數超過12條時應加測陀螺定向邊以保證導線的精度。

c.站內圖根導線。

以車站聯系導線點為起算點在車站各層內布設附合圖根導線或圖根支導線作為測量車站主體及車站地下附屬設施的控制點。

5.2 電力隧道、綜合管廊等小型狹長地下空間建筑的控制測量方案

這類地下空間建筑的顯著特征是出入口狹小，從地面至地下需經過層樓梯，樓梯長度短轉折多。開展地下空間設施普查工作是一般不具備投點的條件，只能采用聯系導線的方式向地下傳遞控制。這類聯系導線的特點是邊數多、邊長短(2.5 m左右)。采用傳統的導線測量角度閉合差較大(最大可達1°)，超出規范要求。通過綜合運用GNSS靜態測量技術、測量機器人對向觀測技術、陀螺定向技術，地下控制點的測量精度優于圖根控制點的精度，滿足地下空間設施普查測繪的精度要求(如圖6所示)。

1)GNSS靜態測量。

以三等及以上等級平面控制點為起算，采用靜態GNSS測量的方式布設首級地面平面控制網。每個出入口布設兩個相互通視的四等平面控制點。

2)水準測量。

以二等水準點為起算布設三等水準附合線路測量地面控制點的水準高程，首級高程控制點。

3)導線測量。

以地面控制點為起算點沿出入口樓梯、隧道進行導線測量(如圖7所示)。導線出入樓梯段應采用測量機器人對向觀測法觀測。

4)陀螺定向測量。

導線地下段兩端采用陀螺全站儀進行陀螺定向測量。當導線邊數較多時在導線中間也適當加測陀螺定邊，確保控制點點位中誤差滿足規范要求。

6 結論

1)建立了地下空間設施普查測繪數據外業一體化體系，分析了地下空間設施普查現場屬性調查和測繪的要點，設計了城市地下空間測繪工作野外調查表。

2)研發的地下空間設施的可視化表達技術增強了地下空間設施成果數據的形象性、直觀性及可讀性。

3)綜合運用GNSS靜態測量技術、陀螺定向技術、測量機器人對向觀測技術等開展控制測量，可有效解決復雜條件下地下空間建筑中布設控制點的精度問題。