“多元融合”技術(shù)在國(guó)土綜合業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

劉一鋒

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510060)

0 引 言

土地是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),是各種生產(chǎn)和生存的源泉。土地的科學(xué)開發(fā)、利用和分配是土地資源可持續(xù)發(fā)展的根本保證。有效管理土地,制止非法使用土地,切實(shí)保護(hù)耕地,是土地工作的重點(diǎn)[1-5]。現(xiàn)階段,我國(guó)仍然處于持續(xù)推動(dòng)國(guó)家重要中心城市的現(xiàn)代化中心城區(qū)建設(shè)的進(jìn)程中。在現(xiàn)代化中心城區(qū)建設(shè)的過(guò)程中,土地開發(fā)利用是城市建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),并且具有“環(huán)節(jié)煩瑣、耗時(shí)時(shí)間長(zhǎng)”的特點(diǎn),如何依托新技術(shù)、新服務(wù)模式實(shí)現(xiàn)土地開發(fā)環(huán)節(jié)的提質(zhì)增效對(duì)于助力經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義[6]。

1 概 述

在對(duì)土地進(jìn)行開發(fā)利用時(shí),政府部分需完成各類土地征收儲(chǔ)備和土地開發(fā)業(yè)務(wù),伴隨著政府的各類業(yè)務(wù)衍生出了各種國(guó)土綜合的規(guī)劃測(cè)繪服務(wù)工作,具體包括現(xiàn)狀地形圖測(cè)量、土地套圖及附圖、土地勘測(cè)定界、不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查、低空無(wú)人機(jī)航攝、二調(diào)建筑量比對(duì)、建筑量估算、建(構(gòu))筑物年份核查等,這些業(yè)務(wù)可統(tǒng)稱為國(guó)土綜合業(yè)務(wù),貫穿土地征拆收儲(chǔ)開發(fā)整個(gè)流程。傳統(tǒng)的國(guó)土綜合業(yè)務(wù)主要是以勘測(cè)定界和權(quán)籍調(diào)查為主,根據(jù)土地征拆收儲(chǔ)開發(fā)的流程,現(xiàn)階段利用多種新技術(shù)優(yōu)化了各類業(yè)務(wù)工作流程,也發(fā)展出了更多的新型業(yè)務(wù)。本文對(duì)廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院國(guó)土綜合業(yè)務(wù)中最具代表性的突破和創(chuàng)新的成果進(jìn)行了闡述。

2 “多元融合”技術(shù)在國(guó)土業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

2.1 建設(shè)戰(zhàn)略數(shù)據(jù)庫(kù),搭建核心數(shù)據(jù)中臺(tái)

國(guó)土業(yè)務(wù)是需要契合需求的數(shù)據(jù)專項(xiàng)服務(wù),包含的工作內(nèi)容眾多,要求更高的數(shù)據(jù)調(diào)取能力,要滿足平行處理數(shù)據(jù)于各職能部門架構(gòu)信息傳輸端口之間傳輸、集成和應(yīng)用。但受數(shù)據(jù)多源影響,初始數(shù)據(jù)集不可避免需經(jīng)過(guò)人工與計(jì)算機(jī)共同清洗處理,經(jīng)數(shù)據(jù)信息化工作,形成坐標(biāo)統(tǒng)一、格式統(tǒng)一、信息統(tǒng)一、圖形統(tǒng)一的有效數(shù)據(jù)集。因此廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院根據(jù)使用主體的需求,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)組織與管理,打造戰(zhàn)略數(shù)據(jù)庫(kù),將其作為強(qiáng)大的基礎(chǔ)工具和整個(gè)平臺(tái)設(shè)計(jì)的核心中臺(tái),可以為后續(xù)工作提供強(qiáng)有力的支持。

在戰(zhàn)略數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上,廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院應(yīng)契合項(xiàng)目多元應(yīng)用的需求建設(shè)“服務(wù)區(qū)”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái),通過(guò)眾多的國(guó)土數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)、手機(jī)、三維激光掃描儀、全站儀等多種手段進(jìn)行多方面采集數(shù)據(jù)和模塊化的業(yè)務(wù)流結(jié)合,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用的目的,形成“服務(wù)區(qū)”國(guó)土測(cè)繪業(yè)務(wù)“一張圖”。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)是一個(gè)在計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代信息技術(shù)支持下,以“地塊”為核心實(shí)體,實(shí)現(xiàn)地理信息的輸入、貯存、檢索、處理、綜合分析、輔助決策以及結(jié)果輸出的信息系統(tǒng),從開發(fā)架構(gòu)上主要是B/S子系統(tǒng)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下六大模塊:

(1)數(shù)據(jù)獲取模塊:主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、調(diào)取等功能。

(2)數(shù)據(jù)管理模塊:支持?jǐn)?shù)據(jù)的輸入輸出、編輯及處理、查詢統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)可視化等功能。

(3)建筑量估算模塊:實(shí)現(xiàn)在實(shí)景三維模型上直接測(cè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)、進(jìn)行空間量測(cè)、矢量圖形編輯等功能。在獲取二調(diào)、農(nóng)調(diào)、現(xiàn)狀等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上快速獲取和計(jì)算范圍內(nèi)的建筑量(圖1)。

圖1 平臺(tái)模型計(jì)算

(4)權(quán)屬分析模塊:對(duì)用地范圍內(nèi)的權(quán)屬情況,包括國(guó)有土地、集體土地、合法集體住宅、合法集體物業(yè)、非法集體住宅、國(guó)有建筑等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

(5)勘測(cè)定界模塊:滿足勘測(cè)定界成果中包含的各項(xiàng)地籍要素、土地利用現(xiàn)狀要素和地形、地物要素?cái)?shù)據(jù)的調(diào)取和靈活應(yīng)用。

數(shù)據(jù)中臺(tái)的建設(shè)理念是將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)從文件方式管理提升為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理,以網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的方式向提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù),提供快速搭建模型計(jì)算功能,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線瀏覽、查詢、提取、快速計(jì)算,實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)“一查多用、一庫(kù)多用”,支撐空天地大數(shù)據(jù)分析,使傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的作業(yè)效率進(jìn)行大幅提升,可滿足更加多元化的業(yè)務(wù)類型,減少約三分之一的人力操作,新更好地滿足業(yè)務(wù)的生產(chǎn)需求。

2.2 采用基于無(wú)人機(jī)傾斜實(shí)景模型的三維測(cè)圖方法

在進(jìn)行國(guó)土業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中,經(jīng)常使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行三維測(cè)圖,為實(shí)現(xiàn)三維模型的高精度重建,廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院使用了多視幾何的傾斜式攝影空中三角測(cè)量技術(shù)。在同等分辨率條件下,傾斜攝影比傳統(tǒng)航攝照片數(shù)量多10倍以上,廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院采用了哈瓦四軸八旋翼折疊雙電版無(wú)人機(jī)MEGA-V8Ⅲ,無(wú)人機(jī)搭載五鏡頭,機(jī)身采用碳纖維一體化設(shè)計(jì),增加整體抗風(fēng)強(qiáng)度。機(jī)型采用“L”形仿生設(shè)計(jì),四個(gè)電機(jī)座相互平行,由于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的不同,A、D點(diǎn)振動(dòng)波到達(dá)H點(diǎn)時(shí)相互抵消,盡量減少震動(dòng)對(duì)機(jī)身中心點(diǎn)造成的影響(圖2)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影平臺(tái)搭載的高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)采用雙RTK設(shè)計(jì),能夠接收三星(北斗、GPS、GLONASS)七個(gè)頻段數(shù)據(jù)。此外,無(wú)人機(jī)傾斜攝影平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了相機(jī)與GNSS定位(毫秒級(jí))同步,保證POS數(shù)據(jù)歸算到照片主點(diǎn),最大限度地減少了機(jī)械延時(shí)產(chǎn)生的誤差,實(shí)現(xiàn)了高清晰、高精度原始影像的采集。

圖2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影平臺(tái)

在航攝數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院采用了分布式優(yōu)化方案,結(jié)合POS系統(tǒng)提供的外方位元素和相機(jī)位置關(guān)系,將全局光束法平差修正為基于共軛梯度的迭代求解法,充分利用集群內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)的算力資源,實(shí)現(xiàn)了高精度并行空三。傾斜攝影影像相對(duì)于傳統(tǒng)的垂直攝影影像具有重疊度高、相鄰影像間基高比小、傾斜影像尺度變化大的特點(diǎn),對(duì)此項(xiàng)目采用地空多源不同尺度數(shù)據(jù)生成多角度特征降維視差圖,來(lái)滿足大場(chǎng)景高精度密集點(diǎn)云的需求,再輔助全局網(wǎng)格均勻分布的三維表面重建技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)則化城市級(jí)大范圍三維實(shí)景模型的生成。通過(guò)垂直影像獲取頂部結(jié)構(gòu),四周傾斜影像獲取房屋立面結(jié)構(gòu)信息,利用建筑物側(cè)面紋理可采集的特點(diǎn),配合計(jì)算機(jī)視覺特征匹配算法檢索結(jié)構(gòu)相似性高的傾斜影像,自動(dòng)完成紋理映射、幾何糾正、模型修飾的建筑單體化流程[7-8]。

無(wú)人機(jī)航空攝影是基于事先已設(shè)計(jì)好的航線由相機(jī)傳感器和POS系統(tǒng)在空中采用自動(dòng)定點(diǎn)拍攝和定點(diǎn)記錄的方式進(jìn)行的。在航測(cè)飛行前,將航線設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)內(nèi),通過(guò)地面監(jiān)控系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)按預(yù)定的線路起飛,當(dāng)無(wú)人機(jī)飛到相應(yīng)的高度后,相機(jī)按照預(yù)先導(dǎo)入的拍攝點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)定點(diǎn)拍攝,獲取地面像片,與此同時(shí),POS系統(tǒng)記錄像片拍攝瞬間無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)姿態(tài)參數(shù),像片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相機(jī)自帶的存儲(chǔ)卡中,POS數(shù)據(jù)、飛行航線數(shù)據(jù)、飛行記錄數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在飛行控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。

采用無(wú)人機(jī)設(shè)備懸掛多鏡頭傾斜相機(jī),通過(guò)smart3D軟件建立實(shí)景模型,加載實(shí)景三維模型和正射影像數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)居民區(qū)(含農(nóng)田區(qū))的二三維聯(lián)動(dòng)一體化地形測(cè)繪,將數(shù)據(jù)生產(chǎn)重心由外業(yè)轉(zhuǎn)為內(nèi)業(yè)(圖3)。通過(guò)全野外測(cè)量方式采集明顯特征點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)和明顯高程點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度檢測(cè),精度符合規(guī)范要求,該技術(shù)方法比較適用于無(wú)植被遮擋或植被遮擋區(qū)域面積小、建筑密集度低等區(qū)域地形測(cè)繪,對(duì)于隱蔽地區(qū)采用地面常規(guī)手段進(jìn)行協(xié)同補(bǔ)充。此外,針對(duì)重點(diǎn)關(guān)注地塊,采用無(wú)人機(jī)視頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與可視化展示。

圖3 三維模型

利用無(wú)人機(jī)航攝和實(shí)景建模模型,可大幅縮減人力成本,傳統(tǒng)的測(cè)量方式受天氣制約較大,既需大量的人力外業(yè),也需長(zhǎng)時(shí)間的內(nèi)業(yè)加工,利用無(wú)人機(jī)傾斜實(shí)景模型的三維測(cè)圖方法可大大縮減內(nèi)外業(yè)人力,提高至少三倍單人單日工作量。

2.3 研發(fā)基于EPS的腳本增強(qiáng)工具集,提升數(shù)據(jù)處理效率

廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院建立的EPS軟件全流程作業(yè)系統(tǒng)是目前國(guó)土測(cè)繪業(yè)務(wù)板塊的重要工具,能將繁復(fù)的人工工作通過(guò)代碼邏輯實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化作業(yè),從而增強(qiáng)工作效率。以面向多元應(yīng)用的需求為導(dǎo)向,針對(duì)各項(xiàng)業(yè)務(wù)“庖丁解牛”,基于EPS二次開發(fā)編制面積計(jì)算、自動(dòng)構(gòu)圖、成果輸出等腳本工具集(圖4),僅需少量人工干預(yù)即可獲得符合要求的成果圖件,解決作業(yè)自動(dòng)化、成果標(biāo)準(zhǔn)化、出圖數(shù)字化等難題,減少重復(fù)作業(yè),節(jié)省人力時(shí)間成本的同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量。項(xiàng)目通過(guò)EPS腳本開發(fā)實(shí)現(xiàn)了以下功能:

圖4 基于EPS的國(guó)土業(yè)務(wù)腳本工具集

(1)通過(guò)導(dǎo)入范圍線,快速生成符合要求的用地結(jié)案附圖、建設(shè)用地套圖等一系列套圖標(biāo)準(zhǔn)化成果。

(2)利用EPS工具集實(shí)現(xiàn)地類圖斑編號(hào)的自動(dòng)生成,通過(guò)導(dǎo)入SHP文件,一鍵生成地類圖斑編號(hào),同時(shí)根據(jù)比例尺自動(dòng)調(diào)整地類圖斑編號(hào)的大小以及位置,實(shí)現(xiàn)測(cè)定界圖與土地利用現(xiàn)狀圖的快速編制。

(3)通過(guò)增建坐標(biāo)文本輸入自動(dòng)生成弧段的功能和掩膜的功能解決了不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查中作業(yè)問(wèn)題。

(4)開發(fā)了基于EPS的建筑群自動(dòng)化面積計(jì)算模塊,采用分區(qū)構(gòu)面、分區(qū)計(jì)算的技術(shù),實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)狀建筑量的自動(dòng)輸出,以減少內(nèi)業(yè)計(jì)算量。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)國(guó)土綜合業(yè)務(wù)的特性,廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院首先進(jìn)行了數(shù)據(jù)布局,建設(shè)多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)(1∶500地形庫(kù)、國(guó)有權(quán)屬庫(kù)、集體權(quán)屬庫(kù)、建筑庫(kù)等),形成“地塊”一張圖,其次對(duì)重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行了模型研發(fā),開辟的新型的數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式,接著對(duì)各類基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的處理軟件進(jìn)行了模塊化的優(yōu)化升級(jí),從而最大限度地減少了現(xiàn)狀地形圖測(cè)繪、勘測(cè)定界、不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查、建筑量估算等多類業(yè)務(wù)的工作量,同時(shí)在新形成的成果數(shù)據(jù)后,將依托動(dòng)態(tài)更新機(jī)制為數(shù)據(jù)中臺(tái)補(bǔ)充新鮮血液,即對(duì)數(shù)據(jù)中臺(tái)進(jìn)行“反哺”,從而在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上,我們做到了“有數(shù)據(jù)可用、要用有數(shù)據(jù)”的良性循環(huán),在軟件和模型的開發(fā)環(huán)節(jié)我們也做到了“創(chuàng)新與優(yōu)化共存、效率與質(zhì)量兼得”,大幅縮減人力成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。凸顯出了數(shù)據(jù)差異化增值價(jià)值,構(gòu)建高效的“需求適應(yīng)型”服務(wù)新模式。