廣州車陂涌綜合整治改造測量工藝研究

宋奇鴻

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

廣州地處珠江三角洲河網地帶，中心城區轄內有河涌231條，總長約913 km，如圖1所示，大大小小的河涌在廣州的社會發展中具有排洪泄污及交通運輸雙重功能。隨著經濟發展與城市化的加快，廣州市內河涌污染問題日趨嚴重，生態調節功能逐漸喪失。車陂涌是天河區7條河涌中流域面積最大的河涌，如圖2所示，源于北部的龍洞水庫，穿過華南路和環城高速公路，在馬鞍山橋上游與新塘水匯合，然后再向南穿過廣園快速公路、廣深鐵路、中山大道、黃埔大道東，最后匯入珠江。

本文以車陂涌為例，探討河涌綜合整治改造輔助設計測量的前期地理信息數據獲取方法，建立基于多時相三維影像模型的河涌整治效果評價方法，并通過大比例尺地圖制圖綜合和空間地物要素動態更新機制實現成果數據的表達，并在最后進行了總結。

圖1 廣州市河涌分布圖

圖2 車陂涌示意圖

2 河涌綜合整治改造輔助設計測量

車陂涌河寬較窄，沿涌多崩岸，下游沿涌建筑物多，過水斷面不足，在功能上只表現為沿線流域排澇及排污通道的作用，通過綜合整治，還規劃實現調節氣溫、凈化空氣、塑造城市景觀功能、帶動河涌周圍經濟發展的功能。同時，車陂涌枯水期流量不足、河水黑臭、涌底顯露，其綜合整治還提出提水—輸水—蓄水—補水工程，有效解決河涌枯水期和截污后涌內缺水的問題，顯著改善河涌水環境現狀。為輔助堤岸改造、河涌線路調整和橋梁結構設計，需要精確測量堤岸和臺階位置，橋面標高、橋梁底部、帽梁底部和橋臺標高等，以滿足堤岸景觀設計、河涌線路設計、橫梁位置設計、上部結構設計、下部結構設計等。

車陂涌綜合整治附屬工程改造和截污管道鋪設方面，主要需輔助測量管線數據、橋梁伸縮縫數據和市政路口涵洞數據，如圖3、圖4所示，以滿足在橋面和路面上設置縱橫坡排水。同時在各軸橋面低側防撞墻處設一平入式進水口，接梁體翼緣下方的排水管，并沿固定于橋墩表面的排水管而下，接到排水系統。此外，結合橋梁分跨情況，在梁端與橋臺背墻之間的橋面設置橫向的伸縮縫，伸縮縫與橋面連接必須牢靠，在主要市政路位設計排污口和截污口，接入原來污水處理系統。

圖3車陂涌管線綜合橫斷面

圖4 車陂涌綜合改造水溝及管線斷面測量

3 多時相三維影像模型的河涌整治效果評價方法

考慮到河涌整治的時間跨度一般較大，歷時幾年甚至十幾年，因此，不同階段不同時期的河涌現狀成為有關部門進行監督和審批的重要依據。考慮到城市黑臭水體遙感反射率較低，在一定范圍內整體走勢很平緩，雖然波動但峰谷并不突出的特點，可以基于單波段閾值、波段比值、和色度的特征作為其遙感識別的重要特征，建立一套基于多時相三維影像模型的河涌整治效果的評價方法。本文通過采取定期無人機航攝的模式，獲取各時間節點的多時相三維影像，并通過點云的多級簡化生成對應層級的網格模型，得到河涌沿線重要信息的細節層次(LOD)，一方面為實時監控河涌整治效果和政府決策提供科學的數據支撐，另一方面也為測繪生產的外業檢查提供了重要參考。

綜合考慮無人機續航時間和帶狀條件，數據采集分正攝、前視、后視、左視、右視，采用5個方位進行。在獲得傾斜影像后，經過勻光勻色后，進行多視角影像的幾何校正、聯合平差等處理流程，運算生成基于影像的超高密度點云，從而構建TIN模型，并以此生成基于影像紋理的高分辨率傾斜攝影三維模型，如圖5所示。

圖5 無人機傾斜攝影測量基本原理

對于單張傾斜影像的姿態恢復主要基于3個場景約束條件，也即鉛垂線、平面直角和平行線。基于鉛垂線約束的姿態恢復，地面鉛垂線在影像上對應的直線均相交于像底點，其中像底點為過影像透視中心的鉛垂線與影像面的交點，若成像面水平，則像底點與像主點重合，如圖6所示。通過計算得到像底點坐標(xp，yp，-f)，假設影像上量測的鉛垂線投影方程為U·x+V·y+W=0。由于所有鉛垂線在影像上的投影線均經過像底點，則有U·xp+V·yp+W=0。

圖6 基于鉛垂線約束的姿態恢復

圖7 基于平面直角約束的姿態恢復

幾何糾正后，進行同名點匹配和區域網聯合平差，最后將平差后的數據(三個坐標信息及三個方向角信息)賦予每張傾斜影像，使得他們具有在虛擬三維空間中的位置和姿態數據，至此傾斜影像即可進行實時量測，每張斜片上的每個像素對應真實的地理坐標位置。如圖8、圖9、圖10分別為車陂涌(部分河段)傾斜攝影測量得到的點云數據、mesh模型和三維影像模型。

圖8 車陂涌點云數據 圖9 車陂涌mesh模型 圖10 車陂涌三維影像模型

4 成果數據的表達與質量

4.1 城市大比例地圖的制圖綜合方法實踐

1∶2 000帶狀地形圖在1∶500圖的基礎上通過自動綜合為主、人機交互為輔的制圖綜合工藝得到。本文主要采用選取、化簡、概括、位移、拓寬等方法，遵循先主要地物、后附屬設施，先面狀地物與線狀地物、后點狀地物的原則，通過定制參數的方式，根據要素特征自動識別處理，實現前期制圖綜合的主要工作量，同時避免了手工操作的人為失誤，保證了縮編數據的質量。部分數據處理工作和圖面整理工作則需要自動與人機交互相結合的方式進行。

具體的技術實現流程如圖11所示：

圖11 數據綜合縮編流程圖

4.2 空間地物要素動態更新

考慮到開發組件需要直接嵌入到EPS 2008平臺中的“SDE管理”菜單命令，本文采用ArcEngine 9.2進行二次開發，實現了兩者數據的集成和銜接，并建立基于ArcEngine的空間地物要素動態更新機制，較好地實現了數據的采集、生產與管理一體化組織。其基本操作步驟有：

①下載SDE數據庫中某一待更新區域內的所有數據到前端數據生產平臺EPSW 2008的EDB格式數據中，此時每一個都帶有唯一ID碼(FeatureGU ID)、采集時間以及更新時間。

②作業組拿到待更新的EDB數據后，在進行外業修測或更新時，以每一個地物要素為基本對象單元，進行相應的編輯、修改或刪除等。

③修測完的EDB數據經數據檢查后，利用“SDE管理”菜單中“數據檢測入庫(EPS→SDE)”功能，對于在EDB數據中新增或修改過的地物要素，將該地物寫入到SDE庫中，對于在EDB數據中刪除的地物要素，則刪除SDE現勢庫中的該要素。

④系統自動進行搜索檢測，并提示檢測結果，包括新增、修改、刪除了多少地物等等，結果確認后，系統自動進行數據入庫。

4.3 數據質量

本文通過采用GZCORS RTK測量方式布設103個三級點作為控制起算點，對成果數據的地物點、地物間距及高程注記進行設站檢查，并進行精度統計，結果如表1所示。經實地檢測點位中誤差、間距中誤差及高程中誤差指標均在允許誤差范圍內。1∶2 000地形圖編繪檢查采用內業確認方式進行，經內業對比，與編繪前 1∶500地形圖同名點坐標吻合，編繪后 1∶2 000地形圖數學精度與原 1∶500地形圖數學精度相符。

檢測精度統計表 表1

5 結 論

河涌綜合整治工作越來越受到各級政府和社會的關注。本文以廣州車陂涌為例，討論河涌綜合整治改造輔助設計測量等河涌測量工藝方法和多時相三維影像模型的河涌整治效果評價方法，并通過自動綜合為主、人機交互為輔的制圖綜合方法和空間地物要素動態更新機制實現成果數據表達，為河涌綜合整治提供了精確的前期地理信息基礎數據，對現階段同類型河涌整治測量工作具有一定借鑒意義。