新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系在基礎(chǔ)地形圖更新中的應(yīng)用★

宋康明，袁 拓

(1.廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510060;2.廣州市資源規(guī)劃和海洋科技協(xié)同創(chuàng)新中心,廣東 廣州 510060;3.廣東省城市感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510060)

0 引言

“十三五”是我國(guó)實(shí)現(xiàn)全面建成小康社會(huì)宏偉目標(biāo)的決勝時(shí)期,也是測(cè)繪地理信息部門貫徹落實(shí)黨的十八大和十八屆三中、四中、五中、六中全會(huì)精神,不斷推進(jìn)測(cè)繪地理信息強(qiáng)國(guó)建設(shè),實(shí)現(xiàn)測(cè)繪地理信息轉(zhuǎn)型升級(jí)、跨越發(fā)展的關(guān)鍵五年[1-2]。2015年6月國(guó)務(wù)院批復(fù)的《全國(guó)基礎(chǔ)測(cè)繪中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要(2015—2030年)》,明確了建設(shè)新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系的發(fā)展目標(biāo)[3-6];2019年陸昊部長(zhǎng)在第一次全國(guó)自然資源工作會(huì)議講話中明確提出:“加快基礎(chǔ)測(cè)繪轉(zhuǎn)型升級(jí),增強(qiáng)測(cè)繪地理信息公共服務(wù)能力,促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”[7],基礎(chǔ)測(cè)繪作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、國(guó)土資源可持續(xù)利用、自然資源管理、生態(tài)文明建設(shè)和國(guó)防建設(shè)的基礎(chǔ)性工作,面臨嚴(yán)峻的轉(zhuǎn)型升級(jí)要求。為落實(shí)廣州市基礎(chǔ)測(cè)繪“十三五”規(guī)劃整體部署,滿足片區(qū)規(guī)劃建設(shè)要求,我院受業(yè)主委托完成了片區(qū)“十三五”時(shí)期基礎(chǔ)地形圖,形成了基礎(chǔ)地形圖的良好更新機(jī)制,提供了更好的基礎(chǔ)測(cè)繪服務(wù)保障。本文將從廣州市某區(qū)為例,探討將新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系配合傳統(tǒng)測(cè)量手段,打破傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)瓶頸,完成片區(qū)“十三五”時(shí)期基礎(chǔ)地形圖更新。

1 新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系在工程中的應(yīng)用

根據(jù)業(yè)主要求,需完成測(cè)區(qū)范圍2016年—2020年共5年的基礎(chǔ)地形圖更新,總面積約220 km2,測(cè)區(qū)范圍涉及十幾余個(gè)街鎮(zhèn)、上百個(gè)村社,測(cè)區(qū)范圍內(nèi)大量的工業(yè)項(xiàng)目、城市更新項(xiàng)目正在如火如荼的建設(shè),這些項(xiàng)目的建設(shè)快慢、優(yōu)良在該地區(qū)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇、城市建設(shè)中承擔(dān)著重要的發(fā)展作用,而整個(gè)測(cè)區(qū)都具有房屋排列雜亂、地物復(fù)雜、道路和水系雜亂交錯(cuò)、坡度變化大等特點(diǎn),基礎(chǔ)地形圖更新工作亟待解決。基于上述情況,我院將新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系融入到本次工程中。

1.1 新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系基本技術(shù)路線

本項(xiàng)目涉及范圍廣、地形復(fù)雜、子項(xiàng)目多,對(duì)項(xiàng)目實(shí)施、工作效率、數(shù)據(jù)獲取、成果質(zhì)檢等多個(gè)方面有著較高的要求。我院結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況、業(yè)主要求,項(xiàng)目積極探索新技術(shù)、新方法[8-9],設(shè)計(jì)出“十三五”時(shí)期基礎(chǔ)地形圖更新測(cè)繪技術(shù)路線,主要包含了項(xiàng)目需求分析、技術(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理、成果質(zhì)量檢查、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建立及更新等基本流程,具體技術(shù)路線如圖1所示。

1.2 新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系關(guān)鍵技術(shù)手段

1.2.1 基于ENVI半自動(dòng)影像動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)歷年影像快速對(duì)比分析

由于測(cè)區(qū)范圍較廣,采用傳統(tǒng)人工外業(yè)巡圖的方式標(biāo)注變化區(qū)域后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,需要耗費(fèi)大量人力、物力。本項(xiàng)目采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲取正射影像圖,利用ENVI變化檢測(cè)模塊下的直接比較法動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工具(Image Change Workflow)協(xié)同人機(jī)交互,快速識(shí)別并標(biāo)記地形地物等地理信息數(shù)據(jù)變化區(qū)域,分析變化區(qū)域特征后有針對(duì)性的選取適合的技術(shù)手段開(kāi)展數(shù)據(jù)采集(見(jiàn)圖2)。這種半自動(dòng)的變化檢測(cè)方法極大的減少了傳統(tǒng)作業(yè)模式的外業(yè)巡圖工作量、降低了外業(yè)工作強(qiáng)度,從流程上提速,為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)快速更新提供了極大助力。

1.2.2 基于EPS三維測(cè)圖平臺(tái)實(shí)現(xiàn)傾斜實(shí)景三維模型裸眼測(cè)圖

測(cè)區(qū)范圍內(nèi)存在大量村莊,采用傳統(tǒng)測(cè)量方法需要進(jìn)行圖根導(dǎo)線控制測(cè)量,而后采集碎部點(diǎn),由于房屋密集、通視極差,且多為四層以上,村莊測(cè)量耗時(shí)耗力。本項(xiàng)目因地制宜采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)快速獲取實(shí)景三維立體模型,并將生成的三維模型導(dǎo)入到EPS三維測(cè)圖軟件中,借助該軟件矢量數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取和切片功能,實(shí)現(xiàn)地物地貌二三維數(shù)據(jù)一體化采編并實(shí)時(shí)調(diào)整矢量數(shù)據(jù)的高程。EPS三維測(cè)圖平臺(tái)(如圖3所示)傾斜實(shí)景三維模型裸眼測(cè)圖具備的三維繪圖和一體化數(shù)據(jù)建庫(kù)功能提高了基礎(chǔ)地形圖測(cè)繪的工作效率,與傳統(tǒng)測(cè)量手段可以相互檢核和補(bǔ)充。

1.2.3 激光點(diǎn)云掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速采集與質(zhì)檢

基于測(cè)區(qū)市政道路建設(shè)量大、周邊地形地物變化率高的特殊情況,本項(xiàng)目充分發(fā)揮地面激光掃描技術(shù)快速測(cè)量帶狀區(qū)域地形地物的優(yōu)越性,采用基于CORS和ICP算法的地面激光掃描儀快速測(cè)量地形,在新建改建道路沿線數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)極大提高了工作效率,并依托基于深度圖識(shí)別的建筑物角點(diǎn)提取算法和基于近鄰域分析的高程點(diǎn)擬合算法,實(shí)現(xiàn)了地物點(diǎn)點(diǎn)位精度評(píng)價(jià)、高程點(diǎn)精度評(píng)價(jià)、地物點(diǎn)間距精度評(píng)價(jià)及地理精度評(píng)價(jià),成功搭建基于激光點(diǎn)云的新型地形圖質(zhì)檢模式。該技術(shù)的有效應(yīng)用,達(dá)到了節(jié)約成本和縮短工期的良好效果。車載LiDAR作業(yè)示意圖如圖4所示,點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖5所示。

1.2.4 全自動(dòng)縮編模式和人機(jī)協(xié)同縮編模式相結(jié)合,打造新型地形圖縮編模式

不同的領(lǐng)域?qū)τ诨A(chǔ)測(cè)繪地形圖的使用方法、使用目的不同,對(duì)地形圖所承載的內(nèi)容及其表示精細(xì)程度要求也不盡相同。本項(xiàng)目創(chuàng)新性地按照不同需求,分級(jí)生產(chǎn)不同精細(xì)度的“數(shù)據(jù)產(chǎn)品”,全自動(dòng)地將海量1∶500地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略縮編,形成“原始數(shù)據(jù)”;當(dāng)需要更加精準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)據(jù)時(shí),再采用人機(jī)協(xié)同的方式對(duì)粗略數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)縮編,形成滿足相應(yīng)需求的“精細(xì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品”,通過(guò)新型地形圖縮編模式,極大地減少了“無(wú)效勞動(dòng)”,提高了生產(chǎn)效率,真正達(dá)到“按需”生產(chǎn)[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(chǔ)測(cè)繪體系應(yīng)用的項(xiàng)目成果展示

項(xiàng)目以新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系探索為抓手,配合傳統(tǒng)測(cè)量手段,完成了項(xiàng)目“十三五”時(shí)期基礎(chǔ)地形圖更新測(cè)繪的要求,項(xiàng)目成果保證了地區(qū)1∶500,1∶2 000數(shù)字地形圖的現(xiàn)勢(shì)性和完整性,也進(jìn)一步以全球化視野優(yōu)化提升了地區(qū)空間布局,為地區(qū)的建設(shè)提質(zhì)增效,為政府的正確決策提供有效、可靠的保障,同時(shí)為政府各部門、社會(huì)各團(tuán)體等提供了良好的基礎(chǔ)用圖便利服務(wù)。

主要的項(xiàng)目成果有:2016年—2020年共5年的1∶500,1∶2 000現(xiàn)狀地形圖(矢量數(shù)據(jù)),范圍面積約220 km2,涉及十幾余個(gè)街鎮(zhèn)、上百個(gè)村社(如圖7所示)。

3 結(jié)語(yǔ)

基礎(chǔ)測(cè)繪“十三五”規(guī)劃任務(wù)的實(shí)施,對(duì)經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會(huì)和生態(tài)文明建設(shè)以及“十四五”規(guī)劃至關(guān)重要。本文從片區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展應(yīng)用需求和科技進(jìn)步為導(dǎo)向,以傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)和新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系探索為抓手,以落實(shí)廣州市基礎(chǔ)測(cè)繪“十三五”規(guī)劃、切實(shí)提高基礎(chǔ)測(cè)繪服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo),充分利用國(guó)土空間規(guī)劃大數(shù)據(jù)按需制定合理的更新區(qū)域,采用ENVI半自動(dòng)影像動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)、EPS三維測(cè)圖平臺(tái)、激光點(diǎn)云掃描技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)手段靈活開(kāi)展數(shù)據(jù)的快速生產(chǎn)與質(zhì)量檢查,同時(shí)將全自動(dòng)縮編模式和人機(jī)協(xié)同縮編模式相結(jié)合,打造了新型地形圖縮編模式,相比傳統(tǒng)測(cè)量手段節(jié)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(xié)調(diào)成本,也大大減少了政府財(cái)政資金的投入,同時(shí)形成的正射影像、三維模型也是傳統(tǒng)測(cè)量手段無(wú)可比擬的。

項(xiàng)目成果為業(yè)主提供了優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)地形圖測(cè)繪服務(wù),完善了片區(qū)現(xiàn)代化測(cè)繪基礎(chǔ)體系,進(jìn)一步探索了片區(qū)新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系,項(xiàng)目成果為片區(qū)重大工程選址、城市應(yīng)急、第三次全國(guó)土地調(diào)查、城市更新、房地一體、國(guó)土空間規(guī)劃等提供數(shù)據(jù)及分析服務(wù),實(shí)現(xiàn)測(cè)繪成果多元共享、多元應(yīng)用的愿景。優(yōu)質(zhì)的項(xiàng)目作業(yè)模式可為其他地區(qū)大范圍多時(shí)期地形圖更新項(xiàng)目提供了一定的參考。