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、細化、銜接自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測體系頂層框架，運用遙感、測繪地理信息、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，加強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，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)地下空間累計建設(shè)24億m2[7]。我國城鎮(zhèn)地下空間利用的深度已達地表以下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)也進入了網(wǎng)絡(luò)化開發(fā)利用階段。同時，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。

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、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、運營全流程事故災(zāi)害的預(yù)測、防治提供基礎(chǔ)。

2 新時期城鎮(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，準確調(diào)查監(jiān)測每個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、強度分析、環(huán)境適宜性評價、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)標準規(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)地下空間實際用途的情況，基于《用地用海分類》進行擴充細化，形成7個二級類和9個三級類。

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)字孿生表達與精細化場景管理、智能化知識服務(wù)4 個關(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)定和指標體系，為建設(shè)選址、地下空間專項規(guī)劃、地質(zhì)災(zāi)害防治、地下空間分層設(shè)權(quán)、城市運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)，實現(xiàn)城鎮(zhèn)地下空間從規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運營、拆除，再利用的全程監(jiān)測和精準觀測。

“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)合廣域時間序列影像目標識別、大數(shù)據(jù)清洗分析、3DSLAM點云處理技術(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”報建資料，按照“評估-矢量化-配準-提取”流程進行統(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，通過標準化轉(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)、矛盾和空間拓撲問題，實現(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)。

利用廣域時間序列影像目標識別技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)清洗挖掘技術(shù)，檢測發(fā)現(xiàn)工程項目開挖目標，識別分析新建設(shè)和新連通人工地下空間及其功能用途。實地調(diào)查數(shù)據(jù)是補充資料缺失的準確數(shù)據(jù)來源，也是變化監(jiān)測發(fā)現(xiàn)后續(xù)步驟。利用三維激光點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對實地采集的激光點云數(shù)據(jù)進行自動化拼接配準、坐標系轉(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和精細化管理場景構(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算工具，利用二三維一體化集成、BIM、LOD 等技術(shù)，實現(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；以項目范圍所在地表為基準面，將地上-地表-地下空間要素模型進行錨定和銜接，可疊加規(guī)劃、土地利用、不動產(chǎn)登記等管理信息，實現(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，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)測的試點開展和未來全面實施，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)利用時空規(guī)律認知、支撐規(guī)劃管控、保障城市運行管理服務(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”評價的思路，建立科學(xué)的城鎮(zhèn)地下空間資源分析評價指標體系，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，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)同實施機制

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)同機制，有利于推進城鎮(zhèn)地下空間資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系的應(yīng)用實施。通過寧波市試點技術(shù)驗證和應(yīng)用，初步實踐了城鎮(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。緊扣城市運行安全風(fēng)險防控需求，基于試點區(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)標準，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、水準網(wǎng)、基巖標與分層標組、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)標準規(guī)程，與“多測合一”綜合測繪改革數(shù)據(jù)標準、技術(shù)規(guī)程相結(jié)合，探索明確工程建設(shè)項目規(guī)劃核實竣工測量中地下空間設(shè)施的數(shù)學(xué)精度、精細度、成果格式等具體技術(shù)要求、方法，驗證相關(guān)技術(shù)路線，可進一步補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、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，制定普查實施方案、技術(shù)規(guī)程和數(shù)據(jù)庫標準，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)庫及其動態(tài)更新機制，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行。

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

5 結(jié)語

以寧波城鎮(zhèn)地下空間調(diào)查監(jiān)測試點工作技術(shù)成果和經(jīng)驗為基礎(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)路徑與實施方法，促進建立城鎮(zhèn)地下空間資源數(shù)據(jù)協(xié)同共享機制，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。