陳展鵬，劉彥廷

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

當前廣州城市發(fā)展面臨新的機遇和方向，通過城市更新盤活存量用地，優(yōu)化城市綜合容量，成為實現(xiàn)廣州“老城市、新活力”必然選擇[1]?；A(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查是開展更新改造的重要工作之一，也是科學(xué)制定改造方案，進行項目經(jīng)濟測算的重要基礎(chǔ)依據(jù)，其主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)地籍地形數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃、人口經(jīng)濟數(shù)據(jù)、土地數(shù)據(jù)、房屋數(shù)據(jù)、歷史文保數(shù)據(jù)和市政基礎(chǔ)設(shè)施及公建配套數(shù)據(jù)成果[2]。

結(jié)合當前基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查的技術(shù)方案和項目經(jīng)驗，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查的工作難點主要集中在以下幾個方面：①如何在短時間內(nèi)采集到調(diào)查范圍內(nèi) 1∶500地籍地形圖數(shù)據(jù)并保證其精準性；②能否充分利用已有數(shù)據(jù)輔助基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查，避免重復(fù)作業(yè)，減少外業(yè)調(diào)查工作量；③作業(yè)過程中采集到的多元異構(gòu)數(shù)據(jù)，如何方便快速地信息化入庫、存儲及處理。傳統(tǒng)調(diào)查方法一方面外業(yè)采集要素多，需要投入大量人員實地測量[3]，另一方面采集信息復(fù)雜，需要內(nèi)業(yè)人員根據(jù)不同種類數(shù)據(jù)選擇專業(yè)軟件進行調(diào)繪和處理，從而需要較高的時間和人力成本。

近年來為了解決和改善以上問題，新型測繪技術(shù)配合信息化平臺的模式開始應(yīng)用在城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查。本文以廣州市大源村整村基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查項目為例，采用無人機傾斜攝影測量技術(shù)[4]和智慧廣州時空信息云平臺[5，6]建立從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、管理、分析的一體化方案，取得以下成果：①制作 3 cm地面分辨率的大源村正射影像底圖；②建立 3 cm地面分辨率的實景三維模型并編繪滿足主要地物點位中誤差優(yōu)于 ±5 cm的 1∶500地形圖；③獲取房屋、土地、人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)等現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，按統(tǒng)一標準入庫智慧廣州時空信息云平臺；④實現(xiàn)大源村非空間數(shù)據(jù)在實景三維模型上的展示，探索新型測繪技術(shù)全流程作業(yè)模式在城市更新中的可能性及適用性，為引導(dǎo)測繪服務(wù)升級和落地提供經(jīng)驗。

2 大源村基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查實例

2.1 研究區(qū)概況

大源村位于廣州市白云區(qū)太和鎮(zhèn)，現(xiàn)常住人口15萬，總占地面積為 25 km2，是廣州市最大的城中村。大源村基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查范圍為大源村內(nèi)所有廠房、物業(yè)和村民住宅等建筑覆蓋的建成區(qū)域共計 8 km2，區(qū)域內(nèi)房屋 8 777棟，單體房屋建筑面積均超過 1 000 m2。無人機航飛面積 11.06 km2，占大源村總體面積的44.24%，實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查范圍全覆蓋。

2.2 無人機傾斜攝影測量

(1)無人機平臺設(shè)計

項目采用的平臺是哈瓦四軸八旋翼折疊雙電版無人機MEGA-V8Ⅲ，無人機搭載五鏡頭，機身采用碳纖維設(shè)計以增強整體抗風(fēng)能力。正攝相機使用 20 mm焦距鏡頭，側(cè)視相機使用 35 mm焦距鏡頭，傾斜相機角度為45°。考慮到大源村城區(qū)建筑密集，衛(wèi)星信號接收不穩(wěn)定等因素，平臺采用雙RTK設(shè)計，能夠接收三星(北斗、GPS、GLONASS)七個頻段數(shù)據(jù)，用以保障POS數(shù)據(jù)的精度。

(2)無人機航飛設(shè)計

按照像控點布設(shè)距離在設(shè)計地面分辨率 20 000倍的范圍要求，當航飛地面分辨率為 3 cm時像控點應(yīng)以 600 m間距設(shè)計，共布控254個像控點(圖1左)，均勻分布于整個測區(qū)。航線設(shè)計采用沿測區(qū)邊界外擴3條基線長度進行航飛(圖1右)。外業(yè)飛行時間共計20天80個架次，有效飛行面積約 19 km2，共拍攝影像12萬張。無人機航飛參數(shù)如表1所示。

圖1 大源村控制點分布及航線示意圖

無人機航飛參數(shù)表 表1

(3)空中三角解析及三維建模

下視、前視、后視、左視和右視5個鏡頭采集的數(shù)據(jù)容量共 1 048 GB，在通過照片、POS數(shù)據(jù)檢查后，項目基于Context Capture進行空三解析，采用多視角影像聯(lián)合平差方案配合8組CPU進行分布式并行計算。獲得空三成果后提交建模任務(wù)，通過劃分模型格網(wǎng)，采用DP-Molder軟件進行建模，由于傾斜攝影影像相對于傳統(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[7]，因此便于多角度獲取房屋天頂、立面炒高密度點云信息，通過模型貼圖和修飾最終得到大源村實景三維模型，克服傳統(tǒng)建模軟件人工建模和貼圖失真的缺點。

對于三維模型精度檢測包括平面點和高程點，采用全站儀高精度地獲取所有檢查點的實測三維坐標，然后從三維模型中識別相應(yīng)檢查點的影像三維坐標，進行誤差統(tǒng)計分析。共檢測了562個平面點和468個高程點，結(jié)果顯示(表2)，大源村實景三維模型精度滿足 1∶500大比例尺測圖點位中誤差 ±15 cm；間距中誤差 ±10 cm；高程中誤差 ±15 cm的精度要求，可以作為 1∶500地形圖測圖數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

大源村實景三維模型精度檢查成果統(tǒng)計表 表2

(4)1∶500高精度三維測圖

項目采用DP-Molder Mapper軟件構(gòu)建多視角三維測圖環(huán)境，首先針對實景三維模型匹配傾斜攝影同名點，建立模型與影像關(guān)系，其次通過垂直輔助線解決測圖時房屋的遮擋問題，保證要素的多角度閉合，最后測繪內(nèi)容與圖形表示參照《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖圖式》(DBJ 440100/T 230-2015)進行 1∶500地形圖測圖，如圖2所示。

圖2 1∶500高精度三維測圖

針對地形圖成果隨機抽取32%共計140個圖幅，布設(shè)RTK圖根控制起算點6點，引測圖根導(dǎo)線5條進行點位、高程注記、間距檢測，根據(jù)表3結(jié)果顯示，基于自動化三維測圖生產(chǎn)的 1∶500地形圖均滿足要求。相比傳統(tǒng)地形圖測量方法，在同樣的人員配置下，每平方公里的外業(yè)測量時間從20天減少至4天，內(nèi)業(yè)成圖時間從12天縮短到6天，整體作業(yè)效率提升近1倍。

大源村1∶500地形圖精度檢查成果統(tǒng)計表 表3

2.3 專題數(shù)據(jù)外業(yè)調(diào)查

廣州市作為國家首批3個試點城市之一，基于Oracle和Redis設(shè)計和搭建了智慧廣州時空云平臺，可提供包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、接口服務(wù)、地名址引擎在內(nèi)的數(shù)據(jù)共享、處理、管理服務(wù)[8]。項目為減少外業(yè)調(diào)查工作量，利用云平臺的數(shù)據(jù)服務(wù)調(diào)取測區(qū)內(nèi)的歷史與現(xiàn)狀公共專題數(shù)據(jù)，并與基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)中的房屋進行實體連接，分別形成房屋API、人口 API、經(jīng)濟 API 等一系列專題分布圖(圖3)，作為支撐外業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查的工作底圖。

圖3 大源村“四標四實”數(shù)據(jù)空間化

2.4 大源村空間信息數(shù)據(jù)庫

在對專題數(shù)據(jù)進行補充調(diào)查后，利用云平臺的外部數(shù)據(jù)接口將獲取的無人機內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)、更新后的土地、人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)等專題數(shù)據(jù)統(tǒng)一入庫，通過地名址引擎建立空間關(guān)系，結(jié)合數(shù)據(jù)引擎和服務(wù)引擎提供的配套功能，配合少量人工干預(yù)和校正，形成以云平臺為核心的交互式大源村空間信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)大源村二維屬性信息在三維空間載體上系統(tǒng)性的結(jié)合(如圖4所示)，為快速獲取建筑量等測算數(shù)據(jù)提供了一條新的路線[9]。

圖4 基于實景三維模型的房屋信息查詢

2.5 大源村基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查成果

大源村基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查項目通過無人機傾斜攝影測量技術(shù)制作了村內(nèi)共計 11.06 km2的 3 cm地面分辨率的TDOM影像，生產(chǎn)了滿足點位中誤差精度的實景三維建模并繪制了 1∶500大比例尺地形圖；利用智慧廣州時空信息云平臺數(shù)據(jù)共享機制，進行外業(yè)補充調(diào)查完成了大源村建成區(qū)域共計 8 km2土地、人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)等專題數(shù)據(jù)；最后，利用云平臺的數(shù)據(jù)服務(wù)將外業(yè)采集和內(nèi)業(yè)核實后的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一標準入庫，搭建了大源村空間信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)大源村非空間數(shù)據(jù)在實景三維模型上的展示，并按照城市更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查項目要求生成各類圖表文件。

3 結(jié) 語

本文以大源村基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查為例，利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)和智慧廣州時空信息云平臺等測繪新型技術(shù)，探索了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查項目從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、管理、分析的一體化方案。這套方案相比傳統(tǒng)地形圖測量方法，在同樣的人員配置下整體作業(yè)效率提升1倍，同時達到了主要地物點位中誤差優(yōu)于 ±5 cm的精度要求。此外，通過智慧廣州時空信息云平臺不僅充分發(fā)揮了已有數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，避免重復(fù)數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)調(diào)查轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)核查，降低了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查采集要素多元化導(dǎo)致的數(shù)據(jù)管理難度。相比于傳統(tǒng)測圖單一化的控制點成果和數(shù)字線畫圖，還能獲取正射影像和實景三維模型等多種數(shù)據(jù)成果，提高了數(shù)據(jù)的利用率和成果的多樣性，拓展了調(diào)查成果的應(yīng)用維度。

測繪新技術(shù)的有效應(yīng)用為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查提高了工作效率，豐富了數(shù)據(jù)成果，降低了人力成本，打造新型測繪平臺，更新數(shù)據(jù)采集手段，結(jié)合大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)處理技術(shù)將是今后測繪工作的發(fā)展方向。