顧及河湖水系現狀的廣州天河區規劃藍線劃定研究

宋奇鴻，許智東

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

為推進生態文明建設，水利部于2014年～2015年期間，三次部署開展河湖管理范圍、水利工程管理與保護范圍的劃定，并明確到2020年基本完成劃定工作。廣州市積極響應水利部要求，從2015年開始部署河湖水利劃界確權工作，歷時三年，完成了全市的河湖管理范圍、水利工程管理和保護范圍劃界確權工作實施方案，并組織編制了《廣州市河涌水系規劃》，劃定了全市 1 368條河涌藍線。[1]

天河區位于廣州市中心區東部，行政區域范圍 137 km2。全區河湖水系發達，主體包括41條河涌(含黃沙圍(天河段)堤防)，61宗人工湖塘壩，水域總面積約748公頃。由于《廣州市河涌水系規劃》與天河區現狀河涌、現行控規仍存有較多矛盾，為了推進天河區的河湖管理工作，特別是保障黑臭水體管理的盡快落實，迫切需要在區一級“結合水系、藍線、岸線規劃開展河湖管理范圍劃定工作”，對涉及水系藍線與控規導則的矛盾進行統一修正，確保同各規劃的有效銜接。

2 河湖水系的現狀測量

藍線，是指城市規劃確定的江、河、湖、庫、渠和濕地等城市地表水體保護和控制的地域界線[2]。為了充分協調水系藍線與城市總體規劃、控制性規劃的關系，處理好地面、地下水系與城市空間結構、城市綠化景觀的關系，促進城市空間結構的優化，藍線劃定應準確測量天河區河湖水系現狀地形，并充分考慮水系自然走向、水涯線的范圍以及周邊建筑量。總體技術方案如圖1所示。

圖1 總體技術方案

水系現狀測量主要是為獲取水域范圍、水利設施、地形地貌及周邊建筑等。考慮部分河涌兩岸地形受限、建筑密集，采用無人機傾斜航攝和三維激光掃描空地融合的方式，實現地理信息采集。技術流程包括：控制測量(相控點測量)、激光掃描測量數據采集、掃描測量數據處理、無人機航攝、點云模型配準、點云數據處理技術、特征點線提取、地形數據提取。

2.1 無人機航攝

采用大疆phantom4 pro無人機傾斜攝影，綜合考慮其續航時間和帶狀條件，由該無人機平臺搭載單鏡頭相機，設置井字形航線，分5個角度(正攝、前、后、左、右)進行多條航拍攝。航高和分辨率其關系如下式：

a×H=f×GSD

式中：H為攝影航高，單位為m；f為攝影鏡頭焦距，單位為mm；GSD為地面分辨率，單位為m；a為像元尺寸，單位為mm。為保障地面分辨率的同時，兼顧作業效率，根據廠家給出的經驗公式，得出：GSD=H/36.5。因此，航高要求一般不超過 120 m，部分建筑高度較高情況下，為了作業的安全管理，航線高度不超過 200 m。航線高度設置如圖2所示。

圖2 航線高度設置

2.2 三維激光掃描

對于異形建筑、歷史建筑等復雜和重要建筑，采用Trimble SX10三維激光掃描儀采集密集區域點云數據，通過內業處理，構建三維模型及線、面、體等數據。Trimble SX10為集三維激光掃描儀、全站儀于一體的影像掃描儀(圖3)，可結合GNSS RTK事先測量控制點三維坐標，采用已知坐標點設置掃描方式，直接獲取地物點云的坐標，生成的點云數據則無須再逐站點云配準。通過將傾斜攝影影像、地面近景點云進行集成，使傾斜影像缺失的數據得到有效的補充，完成紋理映射、幾何變形修正等，再利用布爾運算直接在傾斜影像上進行交互式單體化建模，快速完成模型的構建，自動檢索多角度影像，使得測圖和建模同步完成。其關鍵技術分成兩部分，一是影像空三測量的自動處理；二是數據的平差計算，通過人機交互方式根據一定的閾值，提取質量較好的特征點，進行平差計算，減少像點誤差和平面控制誤差等。根據地形精度要求對點云、三維模型數據進行特征提取，再根據具體投影高程面選擇無透視水平投影，提取地形特征，生成地形數據。河涌點云數據如圖4所示。

圖3 SX10三維激光掃描儀

圖4 河涌點云數據

3 “水生態系統構建”的藍線劃定

傳統的水系藍線主要是依據現狀河涌進行管理范圍劃定，而在水系周邊建筑現狀、系統影響城市發展等方面考慮甚少。打破傳統劃界思維，突破傳統河湖管理范圍劃界“以河論河”的局限，從水生態的總體層面進行思考，將傳統的“管理范圍劃界規劃”向“水生態系統構建”轉型，規劃構筑天河區“1234”(一主、二片、三核、四縱)的水系布局[3～5]，如圖5所示。

圖5 天河區水系格局結構圖

(1)一主：是指以車陂涌為骨干構成的貫通天河區南北的主要軸線；

(2)二片：是指老城區和新城區兩個片區；

(3)三核：是指金融城、智慧城、漁沙坦片區的水循環核心；

(4)四縱：是指沙河涌、獵德涌、棠下涌、深涌四條骨干河涌。

基于此規劃理念轉型，構建了5個層次的全過程情景規劃模型，從水系格局、排澇分區、水面規劃、水系分類、指標體系五個層面入手，自上而下、由宏觀到微觀，完善水生態系統，構建能夠保障城市防汛安全的河涌網絡，全面提升天河區的防洪排澇標準，進一步強化水安全。

4 規劃藍線的動態修正

規劃藍線劃定是一個計算、反饋、調整的過程，需要充分考慮到河湖水系的自然走向，與水系線、管理范圍線的協調統一，并與現行控規進行對照銜接。如果涉及控規調整，還需要規劃部門、城管部門的統一協調，最終劃定成果。采用嵌入式作業模式，在藍線劃定初步階段，即按照區域位置和建筑分類做好面積統計和數據整理工作，并基于清華山維EPS模板控制技術與模板映射機制完成模塊定制，實現測量數據處理、建筑物面積計算、建筑面積分類統計的一體化輸出，為規劃藍線的調整提供了地形數據和建筑體量數據基礎，輔助規劃藍線的動態修正。

4.1 房屋構面與自動化檢查

建筑面積分類統計是規劃藍色進行動態修正的重要依據。水系現狀測量過程中，以初始規劃藍線方案為基礎，外擴 50 m劃定緩沖區范圍，避免后續因為藍線調整而導致數據范圍不足，而需要重新外業補測。測量數據通過自動搜索閉合面得到各房屋的分層構面，并在房屋面內再次搜索注記中心點，自動提取房屋結構和層數等屬性信息，如圖6所示。由于在自動構面和屬性提取的過程中，可能出現重復或遺漏構面、中心屬性提取失敗等問題，通過組件開發，分色塊顯示迅速判斷問題所在的房屋并手動改正，有效完善自動化檢查和質量控制過程，如圖7所示。

圖6 房屋構面屬性獲取

圖7 自動化檢查

4.2 建筑面積分類統計輸出

上述得到目標范圍的房屋面數據后，將地理信息及建筑信息無損轉換至SHP格式，可以結合房屋面的空間位置屬性關系，人機交互方式的逐棟實現樓幢的地理關聯，得到單體建筑信息的有機整體。將初步確定的藍線成果導入ArcGIS環境中，選擇在藍線范圍內或者壓蓋藍線的建筑元素，統計匯總和輸出建筑分類面積統計圖表(圖8)，結合規劃限制要求和實時政策要求，為規劃藍色的調整和修正提供準確的數據參考。

圖8 建筑分類與面積統計圖示意

5 結 語

由于城市水務行政管理部門一直以來都側重于河湖工程管理，導致水系空間數據和規劃數據的長期缺位或矛盾，濱水空間被城市建設侵占嚴重。水系藍線的有效劃定，可以重新構建和轉型“水生態系統”，有助于后續的河涌管理工作，并最終形成“管控一致”的水系網絡。以廣州天河區為例，對天河區全域水系進行梳理，以水涯線、堤壩、涌岸綠化等敏感要素為基礎，充分顧及河湖現狀，設計藍線劃定方案，優化水系布局結構，系統落實和解決了大量規劃需求和規劃矛盾，也為天河區的城市水務管理、規劃建設和環境安全提供了重要的技術支撐。