城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測體系研究

李 璐，林 昀*，趙賽帥，王芬旗

（1. 寧波市測繪和遙感技術(shù)研究院，浙江 寧波 315042）

地表自然資源調(diào)查監(jiān)測體系和路徑已有較多探索和應(yīng)用，然而，在地下空間資源方面，特別是對城鎮(zhèn)地區(qū)的復(fù)雜地下空間與要素，尚未形成頂層銜接、全面完善的地下空間資源調(diào)查監(jiān)測體系。以城鎮(zhèn)地下空間資源為切口，完善、細(xì)化、銜接自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測體系頂層框架，運(yùn)用遙感、測繪地理信息、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，加強(qiáng)對地下空間資源的全空間、全要素、全過程調(diào)查監(jiān)測，是自然資源調(diào)查監(jiān)測重要研究課題之一[1-5]。

本文以寧波市為例，基于全空間全要素自然資源調(diào)查監(jiān)測體系頂層設(shè)計(jì)，探索了城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建的總體思路、技術(shù)框架和多跨協(xié)同機(jī)制。

1 城鎮(zhèn)地下空間資源開發(fā)利用現(xiàn)狀與需求

1.1 城鎮(zhèn)地下空間資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

我國地下空間開發(fā)利用規(guī)模發(fā)展呈快速增長態(tài)勢，躋身全球地下空間開發(fā)利用大國行列[6]。2020年，我國城鎮(zhèn)地下空間累計(jì)建設(shè)24億m2[7]。我國城鎮(zhèn)地下空間利用的深度已達(dá)地表以下50 m，局部特大工程深入地表以下70 m[8]。北京、上海等一線城市，地下空間開發(fā)規(guī)模和發(fā)展速度領(lǐng)先，開發(fā)利用深度地表30 m以內(nèi)空間趨于飽和，并向地表30 m以下的深層次發(fā)展；南京、武漢、青島、鄭州等新一線城市地下空間開發(fā)類型從基礎(chǔ)功能導(dǎo)向型逐漸轉(zhuǎn)向地下軌道交通導(dǎo)向型發(fā)展模式；廣州、深圳等城市隨著軌道交通網(wǎng)的逐漸形成，其地下空間開發(fā)也進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化開發(fā)利用階段。同時(shí)，各大城市地下綜合體建筑規(guī)模也呈巨大化、特大化發(fā)展[9]。社會資源、科創(chuàng)力量和資本市場、政策支撐、規(guī)劃管理、空間治理水平、市場供需量等因素都是地下空間開發(fā)利用快速發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)。

1.2 城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測需求

綜合各地發(fā)展來看，我國城鎮(zhèn)地下空間利用的發(fā)展趨于綜合化、深層化、人性化、規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化。一方面，現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)無法滿足地下空間快速建設(shè)發(fā)展的需要，地下空間閑置浪費(fèi)、地下空間資源無序開發(fā)、利用粗放、職能管理多頭或空白、權(quán)屬不清、確權(quán)登記困難等一系列管理問題逐漸暴露。城鎮(zhèn)地下空間資源規(guī)劃、利用、管控，需要清晰完整的地下空間利用現(xiàn)狀分布情況；另一方面，城鎮(zhèn)地下空間開發(fā)利用的快速發(fā)展對地質(zhì)環(huán)境精細(xì)探測提出了更高要求，需要更高精度、更大深度和更全覆蓋的地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測，包括地層結(jié)構(gòu)、地下水特征、活動(dòng)斷層、特殊巖土、地下巖溶等關(guān)鍵工程地質(zhì)要素的調(diào)查等，為地下工程施工、運(yùn)營全流程事故災(zāi)害的預(yù)測、防治提供基礎(chǔ)。

2 新時(shí)期城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測總體思路

根據(jù)《技術(shù)體系》自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測頂層架構(gòu)，地下空間資源、城鎮(zhèn)土地空間分別是專項(xiàng)調(diào)查監(jiān)測和城鎮(zhèn)國土空間調(diào)查監(jiān)測的組成部分（圖1）。

圖1 自然資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系總體架構(gòu)

2.1 城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測對象

遵循自然資源在同一平面位置上立體空間分布的客觀規(guī)律，城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測將自然地下空間資源和人工地下空間資源2 類對象共同考慮[10]。按照“橫向分類、縱向分層”原則，準(zhǔn)確調(diào)查監(jiān)測每個(gè)自然資源體和人工設(shè)施體的空間分布現(xiàn)狀。

1）自然地下空間資源調(diào)查對象主要為地質(zhì)、地下水等構(gòu)成人工地下空間的地質(zhì)環(huán)境背景，包含地表基質(zhì)層，并向地底延伸。內(nèi)容主要包括地形地貌、基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、填土軟土等環(huán)境條件，以及地面沉降等對工程可能造成危害的不良地質(zhì)作用。

2）人工地下空間調(diào)查的對象主要為地下建（構(gòu)）筑物、地下管線等人工設(shè)施，內(nèi)容主要為地下建（構(gòu)）筑物和地下管線的空間信息及用途、功能、形式、權(quán)屬等管理屬性信息。

2.2 城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測分層

按照自然資源分層分類模型，結(jié)合地方市區(qū)地下空間專項(xiàng)規(guī)劃和巖土工程勘察相關(guān)要求，城鎮(zhèn)地下空間資源宜按照三維空間分層：地下0～15 m為淺層、地下15～30 m 為中層、地下30～60 m 以下為次深層，地下60 m以下為大深層，同時(shí)地下0～5 m為淺表層。本研究深度范圍為地下0～120 m 以內(nèi)。城鎮(zhèn)地下空間調(diào)查監(jiān)測的分層，有利于縱向空間不同層次的利用規(guī)模、強(qiáng)度分析、環(huán)境適宜性評價(jià)、分層設(shè)權(quán)和規(guī)劃分層管控。

2.3 城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測分類

自然地下空間資源分類方式參照現(xiàn)行地方巖土工程勘察行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求執(zhí)行，按照年代、層組、巖性劃分。人工地下空間資源分類主要參照《國土空間調(diào)查、規(guī)劃、用途管制用地用海分類指南（試行）》（以下簡稱《用地用海分類》），按照用途劃分[11]。針對現(xiàn)有地上用地類型不能滿足當(dāng)前城鎮(zhèn)地下空間實(shí)際用途的情況，基于《用地用海分類》進(jìn)行擴(kuò)充細(xì)化，形成7個(gè)二級類和9個(gè)三級類。

人工地下空間資源分類需考慮地下空間國有建設(shè)用地管理方式，結(jié)合地上空間的建造形式和用途性質(zhì)具體判斷[12]。依法出讓的國有建設(shè)用地的地下空間通常以結(jié)建形式建造為主，主要承載停車場、設(shè)備、商業(yè)等功能，地上地下用途一致，可根據(jù)所在地塊的土地利用性質(zhì)、規(guī)劃審批、不動(dòng)產(chǎn)登記等信息判斷人工地下空間資源類型。以劃撥方式出讓的國有建設(shè)用地，道路、廣場、綠地等公共開敞空間的地下空間，以地下單建形式建造為主，主要為地下軌道交通場站和區(qū)間、地下人行通道、地下綜合管廊、地下管線等基礎(chǔ)設(shè)施，地下與地上空間用途不同，根據(jù)住建、軌道交通等主管部門（單位）提供資料判斷人工地下空間資源類型。

3 城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)框架

基于自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測頂層設(shè)計(jì)的城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系主要由“地下快眼”協(xié)同式數(shù)據(jù)獲取、多源多模態(tài)信息高效處理、數(shù)字孿生表達(dá)與精細(xì)化場景管理、智能化知識服務(wù)4 個(gè)關(guān)聯(lián)部分組成，根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)程、數(shù)據(jù)規(guī)定和指標(biāo)體系，為建設(shè)選址、地下空間專項(xiàng)規(guī)劃、地質(zhì)災(zāi)害防治、地下空間分層設(shè)權(quán)、城市運(yùn)行安全等工作提供全方位支撐。

3.1 “地下快眼”協(xié)同式數(shù)據(jù)獲取

以歷史檔案資料為基礎(chǔ)，結(jié)合全域變化監(jiān)測和“多測合一”綜合測繪改革，利用3D SLAM（同步定位與制圖）移動(dòng)空間信息采集、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)泛在信息發(fā)現(xiàn)采集、遙感智能解譯等方法，形成“地下快眼”協(xié)同式數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)地下空間從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營、拆除，再利用的全程監(jiān)測和精準(zhǔn)觀測。

“地下快眼”協(xié)同式數(shù)據(jù)獲取在以上調(diào)查監(jiān)測路徑基礎(chǔ)上，需獲取自然和人工地下三維立體地層、設(shè)施的準(zhǔn)確空間信息和屬性信息，還需涵蓋地質(zhì)探測和人工地下空間測量技術(shù)作為數(shù)據(jù)獲取體系的重要組成。

3.2 多源多模態(tài)信息高效率處理

面向多源城鎮(zhèn)地下空間數(shù)據(jù)格式、精度、時(shí)態(tài)不一等特征，在多源檔案資料融合的基礎(chǔ)上，結(jié)合廣域時(shí)間序列影像目標(biāo)識別、大數(shù)據(jù)清洗分析、3DSLAM點(diǎn)云處理技術(shù)等技術(shù)，構(gòu)建多源多模態(tài)信息高效處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)地下空間數(shù)據(jù)“一數(shù)一策”和智能高效融合處理。

對獲取的檔案資料、“多測合一”報(bào)建資料，按照“評估-矢量化-配準(zhǔn)-提取”流程進(jìn)行統(tǒng)一預(yù)處理。針對提取的地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)鉆孔位置、深度、巖性、成因、地層年代等信息，通過標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換和分層分區(qū)插值法擬合，結(jié)合數(shù)字地表高程模型（DEM）、地面沉降監(jiān)測成果構(gòu)建模型，形成自然地下空間資源二三維數(shù)據(jù)成果。針對人工地下空間，通過多源異構(gòu)數(shù)據(jù)治理融合，解決信息缺失、重復(fù)、矛盾和空間拓?fù)鋯栴}，實(shí)現(xiàn)地下軌道交通、地下停車場、地下商業(yè)、地下人防、地下附屬設(shè)施等人工地下空間的平面位置、高程、樓層等空間信息與用途、功能、權(quán)屬、建造方式、經(jīng)營性質(zhì)等屬性的分層分類組織入庫，通過自動(dòng)化建模等方法，形成與二三維互相映射的人工地下空間資源數(shù)據(jù)。

利用廣域時(shí)間序列影像目標(biāo)識別技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)清洗挖掘技術(shù)，檢測發(fā)現(xiàn)工程項(xiàng)目開挖目標(biāo)，識別分析新建設(shè)和新連通人工地下空間及其功能用途。實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)是補(bǔ)充資料缺失的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)來源，也是變化監(jiān)測發(fā)現(xiàn)后續(xù)步驟。利用三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對實(shí)地采集的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化拼接配準(zhǔn)、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、降噪與抽稀，分層分塊處理形成空間數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)地人工判讀、問詢、照片采集、專家分析等方式獲得屬性信息，監(jiān)測信息處理建模建庫后，進(jìn)一步融合銜接形成全空間全要素城鎮(zhèn)地下空間資源底圖。

3.3 精細(xì)化管理場景

位于地表以下的城鎮(zhèn)地下空間難以在二維平面直觀展示管理。以實(shí)景三維為地理空間基底，結(jié)合數(shù)字孿生底座和自然資源立體時(shí)空數(shù)據(jù)庫，研究在三維場景下地上地下全空間全要素融合表達(dá)和精細(xì)化管理場景構(gòu)建。基于構(gòu)建自然地下空間三維模型、人工地下空間三維模型，研發(fā)一系列三維體布爾運(yùn)算工具，利用二三維一體化集成、BIM、LOD 等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境、地下管線、地下人防設(shè)施、地下交通設(shè)施、地下商業(yè)綜合體等地下空間要素三維模型的無縫融合；以項(xiàng)目范圍所在地表為基準(zhǔn)面，將地上-地表-地下空間要素模型進(jìn)行錨定和銜接，可疊加規(guī)劃、土地利用、不動(dòng)產(chǎn)登記等管理信息，實(shí)現(xiàn)地上地下全空間、全要素、全過程信息的映射關(guān)聯(lián)和統(tǒng)一表達(dá)，為自然資源和國土空間規(guī)劃管理提供立體化管理方式和場景。

3.4 需求導(dǎo)向的智能化知識服務(wù)

隨著城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測的試點(diǎn)開展和未來全面實(shí)施，調(diào)查監(jiān)測成果將從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息服務(wù)走向知識服務(wù)，對提升地上地下空間資源開發(fā)利用時(shí)空規(guī)律認(rèn)知、支撐規(guī)劃管控、保障城市運(yùn)行管理服務(wù)有重要意義。通過國土空間基礎(chǔ)信息平臺和市域空間治理數(shù)字化平臺等資源共享設(shè)施，提供城鎮(zhèn)地下空間資源數(shù)據(jù)共享服務(wù)。城鎮(zhèn)地下空間開發(fā)利用的范圍、深度、形式很大程度受到先天的自然地質(zhì)環(huán)境所制約[13]，基于調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于“單一要素-多要素-全局”評價(jià)的思路，建立科學(xué)的城鎮(zhèn)地下空間資源分析評價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合城鎮(zhèn)地下空間深度模型、城市冰山線、地質(zhì)環(huán)境適宜性等空間分析，開展綜合分析和系統(tǒng)評價(jià)，掌握地下空間開發(fā)利用和自然資源稟賦和潛力，為國土空間科學(xué)決策、合理布局、集約節(jié)約集約利用和分級、分層、分類管理提供智能化知識支撐。

4 多跨協(xié)同實(shí)施機(jī)制

建立自然資源調(diào)查監(jiān)測和多方面業(yè)務(wù)的多跨協(xié)同機(jī)制，有利于推進(jìn)城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系的應(yīng)用實(shí)施。通過寧波市試點(diǎn)技術(shù)驗(yàn)證和應(yīng)用，初步實(shí)踐了城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測與城市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測、“多測合一”綜合測繪改革、城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施普查、新型基礎(chǔ)測繪和實(shí)景三維建設(shè)四方面在數(shù)據(jù)、技術(shù)、業(yè)務(wù)上的協(xié)同，進(jìn)一步加大城鎮(zhèn)地下空間數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)統(tǒng)籌力度，促進(jìn)調(diào)查監(jiān)測信息高效互通共享。

1）與城市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測協(xié)同。緊扣城市運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)防控需求，基于試點(diǎn)區(qū)域技術(shù)探索成果，共同謀劃自然地下空間監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開展自然資源和規(guī)劃、住建、軌道交通等部門建設(shè)的地質(zhì)構(gòu)造、工程勘察檔案、地下水和地面沉降監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)信息集成共享，不斷完善由地質(zhì)鉆孔、地下水監(jiān)測井、水準(zhǔn)網(wǎng)、基巖標(biāo)與分層標(biāo)組、InSAR 空間觀測系統(tǒng)組成的地面沉降綜合監(jiān)測體系，完善城市地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。通過城市空間治理數(shù)字化平臺和應(yīng)用場景，建立城市地質(zhì)信息管理服務(wù)應(yīng)用，為寧波城市安全提供全方位地質(zhì)基礎(chǔ)支撐，提升調(diào)查監(jiān)測和地質(zhì)工作協(xié)同支撐服務(wù)城市治理體系和治理現(xiàn)代化的能力。

2）與“多測合一”綜合測繪改革協(xié)同。將人工地下空間調(diào)查監(jiān)測的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，與“多測合一”綜合測繪改革數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)程相結(jié)合，探索明確工程建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃核實(shí)竣工測量中地下空間設(shè)施的數(shù)學(xué)精度、精細(xì)度、成果格式等具體技術(shù)要求、方法，驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)路線，可進(jìn)一步補(bǔ)充完善綜合測繪地下空間有關(guān)內(nèi)容。

3）與城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施普查協(xié)同。以人工地下空間調(diào)查監(jiān)測技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)資料融合模式為重要基礎(chǔ)，綜合住建、綜合執(zhí)法等部門管理需求，制定普查實(shí)施方案、技術(shù)規(guī)程和數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，全面查清建成區(qū)范圍內(nèi)公共區(qū)域的地下市政基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀，建立城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫及其動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，掌握地下市政基礎(chǔ)設(shè)施基本情況，保障城市安全高效運(yùn)行。

4）與新型基礎(chǔ)測繪和實(shí)景三維寧波建設(shè)協(xié)同。以人工地下空間為核心，與地表宗地-院落實(shí)體、地上建筑物-房屋實(shí)體相關(guān)聯(lián)，以數(shù)字孿生空間底座建設(shè)為目標(biāo)，構(gòu)建地下設(shè)施模型+地上院落、房屋實(shí)景三維模型一體化表達(dá)、管理、展示方式，逐步建立地下空間實(shí)景三維模型建設(shè)技術(shù)路線和實(shí)施統(tǒng)籌協(xié)同。

5 結(jié)語

以寧波城鎮(zhèn)地下空間調(diào)查監(jiān)測試點(diǎn)工作技術(shù)成果和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，將分散在地質(zhì)環(huán)境、交通、住建、規(guī)劃、人防等業(yè)務(wù)部門的自然與人工地下空間相關(guān)的調(diào)（普）查、監(jiān)測和管理等資源，由點(diǎn)及面、串聯(lián)成線，通過深度融合與系統(tǒng)性重塑，提出了市級城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)路徑與實(shí)施方法，促進(jìn)建立城鎮(zhèn)地下空間資源數(shù)據(jù)協(xié)同共享機(jī)制，為各地城鎮(zhèn)地下空間全要素統(tǒng)籌調(diào)查監(jiān)測、城市地下空間規(guī)劃、國土空間監(jiān)測等工作提供借鑒參考。