新型基礎測繪體系在基礎地形圖更新中的應用★

宋康明，袁 拓

(1.廣州市城市規劃勘測設計研究院,廣東 廣州 510060;2.廣州市資源規劃和海洋科技協同創新中心,廣東 廣州 510060;3.廣東省城市感知與監測預警企業重點實驗室,廣東 廣州 510060)

0 引言

“十三五”是我國實現全面建成小康社會宏偉目標的決勝時期,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,不斷推進測繪地理信息強國建設,實現測繪地理信息轉型升級、跨越發展的關鍵五年[1-2]。2015年6月國務院批復的《全國基礎測繪中長期規劃綱要(2015—2030年)》,明確了建設新型基礎測繪體系的發展目標[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:“加快基礎測繪轉型升級,增強測繪地理信息公共服務能力,促進地理信息產業高質量發展”[7],基礎測繪作為經濟社會發展、國土資源可持續利用、自然資源管理、生態文明建設和國防建設的基礎性工作,面臨嚴峻的轉型升級要求。為落實廣州市基礎測繪“十三五”規劃整體部署,滿足片區規劃建設要求,我院受業主委托完成了片區“十三五”時期基礎地形圖,形成了基礎地形圖的良好更新機制,提供了更好的基礎測繪服務保障。本文將從廣州市某區為例,探討將新型基礎測繪體系配合傳統測量手段,打破傳統測繪技術瓶頸,完成片區“十三五”時期基礎地形圖更新。

1 新型基礎測繪體系在工程中的應用

根據業主要求,需完成測區范圍2016年—2020年共5年的基礎地形圖更新,總面積約220 km2,測區范圍涉及十幾余個街鎮、上百個村社,測區范圍內大量的工業項目、城市更新項目正在如火如荼的建設,這些項目的建設快慢、優良在該地區經濟復蘇、城市建設中承擔著重要的發展作用,而整個測區都具有房屋排列雜亂、地物復雜、道路和水系雜亂交錯、坡度變化大等特點,基礎地形圖更新工作亟待解決。基于上述情況,我院將新型基礎測繪體系融入到本次工程中。

1.1 新型基礎測繪體系基本技術路線

本項目涉及范圍廣、地形復雜、子項目多,對項目實施、工作效率、數據獲取、成果質檢等多個方面有著較高的要求。我院結合項目實際情況、業主要求,項目積極探索新技術、新方法[8-9],設計出“十三五”時期基礎地形圖更新測繪技術路線,主要包含了項目需求分析、技術設計、數據采集、數據內業處理、成果質量檢查、基礎地理信息數據庫建立及更新等基本流程,具體技術路線如圖1所示。

1.2 新型基礎測繪體系關鍵技術手段

1.2.1 基于ENVI半自動影像動態監測技術,實現歷年影像快速對比分析

由于測區范圍較廣,采用傳統人工外業巡圖的方式標注變化區域后進行數據采集,需要耗費大量人力、物力。本項目采用無人機傾斜攝影測量技術獲取正射影像圖,利用ENVI變化檢測模塊下的直接比較法動態監測工具(Image Change Workflow)協同人機交互,快速識別并標記地形地物等地理信息數據變化區域,分析變化區域特征后有針對性的選取適合的技術手段開展數據采集(見圖2)。這種半自動的變化檢測方法極大的減少了傳統作業模式的外業巡圖工作量、降低了外業工作強度,從流程上提速,為基礎地理信息數據快速更新提供了極大助力。

1.2.2 基于EPS三維測圖平臺實現傾斜實景三維模型裸眼測圖

測區范圍內存在大量村莊,采用傳統測量方法需要進行圖根導線控制測量,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傾斜攝影測量技術快速獲取實景三維立體模型,并將生成的三維模型導入到EPS三維測圖軟件中,借助該軟件矢量數據的自動提取和切片功能,實現地物地貌二三維數據一體化采編并實時調整矢量數據的高程。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據建庫功能提高了基礎地形圖測繪的工作效率,與傳統測量手段可以相互檢核和補充。

1.2.3 激光點云掃描技術實現數據快速采集與質檢

基于測區市政道路建設量大、周邊地形地物變化率高的特殊情況,本項目充分發揮地面激光掃描技術快速測量帶狀區域地形地物的優越性,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據采集環節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檢模式。該技術的有效應用,達到了節約成本和縮短工期的良好效果。車載LiDAR作業示意圖如圖4所示,點云數據如圖5所示。

1.2.4 全自動縮編模式和人機協同縮編模式相結合,打造新型地形圖縮編模式

不同的領域對于基礎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容及其表示精細程度要求也不盡相同。本項目創新性地按照不同需求,分級生產不同精細度的“數據產品”,全自動地將海量1∶500地形圖數據進行粗略縮編,形成“原始數據”;當需要更加精準規范的數據時,再采用人機協同的方式對粗略數據進行精細縮編,形成滿足相應需求的“精細數據產品”,通過新型地形圖縮編模式,極大地減少了“無效勞動”,提高了生產效率,真正達到“按需”生產[10-12]。1∶2 000地形圖縮編流程圖如圖6所示。

2 基于新型基礎測繪體系應用的項目成果展示

項目以新型基礎測繪體系探索為抓手,配合傳統測量手段,完成了項目“十三五”時期基礎地形圖更新測繪的要求,項目成果保證了地區1∶500,1∶2 000數字地形圖的現勢性和完整性,也進一步以全球化視野優化提升了地區空間布局,為地區的建設提質增效,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、社會各團體等提供了良好的基礎用圖便利服務。

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

3 結語

基礎測繪“十三五”規劃任務的實施,對經濟、政治、文化、社會和生態文明建設以及“十四五”規劃至關重要。本文從片區經濟社會發展應用需求和科技進步為導向,以傳統基礎測繪技術和新型基礎測繪體系探索為抓手,以落實廣州市基礎測繪“十三五”規劃、切實提高基礎測繪服務質量為目標,充分利用國土空間規劃大數據按需制定合理的更新區域,采用ENVI半自動影像動態監測技術、EPS三維測圖平臺、激光點云掃描技術等多種先進技術手段靈活開展數據的快速生產與質量檢查,同時將全自動縮編模式和人機協同縮編模式相結合,打造了新型地形圖縮編模式,相比傳統測量手段節省了大量的工期、人力及物力,不僅減少了與街道、村社及村民溝通協調成本,也大大減少了政府財政資金的投入,同時形成的正射影像、三維模型也是傳統測量手段無可比擬的。

項目成果為業主提供了優質的基礎地形圖測繪服務,完善了片區現代化測繪基礎體系,進一步探索了片區新型基礎測繪體系,項目成果為片區重大工程選址、城市應急、第三次全國土地調查、城市更新、房地一體、國土空間規劃等提供數據及分析服務,實現測繪成果多元共享、多元應用的愿景。優質的項目作業模式可為其他地區大范圍多時期地形圖更新項目提供了一定的參考。