陳小歌 毛 川

（河南測繪職業(yè)學院，河南 鄭州 450000）

0 引言

近年來，全國各地城市更新改造工作如火如荼地開展,城中村基礎數據摸查測量是城市更新改造的基礎。該項工作面臨五大難點：

（1）范圍廣、建筑密度高、數據量大，工期緊，并且數據采集與傳輸的方式較傳統(tǒng)單一、滯后，不再適用；

（2）基礎數據庫管理不完善，數據可利用率低且更新不及時；

（3）城中村違建、加建情況普遍；

（4）歷史文物、疑似文物線索應重點保護；

（5）調查數據來源多，冗余度大，數據管理模式落后，亟需開創(chuàng)信息化網絡化的基礎數據調查新模式[4]。

本文通過廣州市白云區(qū)9條城中村的應用實例，融合應用先進的低空無人機航攝、地面三維激光掃描、多源數據管理平臺等，解決更新改造數據調查過程中比較突出的數據獲取、調查底圖的繪制、三維全景虛擬模型的建立、多源數據的管理及國規(guī)數據的分析應用、專題地圖的輸出與提交等關鍵技術問題，探索研究基于GIS多源數據管理平臺的“城中村”更新改造基礎數據調查體系。

1 基礎數據調查體系

該基礎數據調查體系主要由三大部分組成：

（1）數據采集與傳輸，包括基于Android系統(tǒng)的“實時信息化數據采集與傳輸模塊”、低空無人機航攝技術、地面三維激光掃描技術；

（2）數據處理，包括基于分布式文件系統(tǒng)（DFS）的數據存儲、數據融合及數據可視化；

（3）GIS多源數據管理平臺[5]。其技術流程如圖1。

圖1 技術流程圖

1.1 基于Android系統(tǒng)的實時智能化的數據收集與傳輸

“城中村”更新改造基礎數據調查體系的研究開發(fā)了一款由Android系統(tǒng)支撐的“實時智能化數據收集與傳輸模塊”（見圖2、圖3），軟件可以使數據在服務端和移動端之間實時流通、交互。服務端可實現對柵格圖像數據和矢量圖形數據的管理，可解決數據傳輸與查詢問題。數據傳輸方式上，實現了對國土資源、規(guī)劃等基礎地理信息數據的整合傳輸；數據查詢方面，提供了在線云查詢等服務[7]。移動端能夠對信息進行實時在線查詢，可以同步瀏覽服務端數據，同時可對存在問題的數據進行修改，刪減和增加，做到了內外業(yè)一體化。在節(jié)省人力、時間的同時，極大地提高生產效率并且能有效保證數據的安全性。

圖3 主菜單界面

1.2 基于無人機技術的調查底圖測繪和三維建模

無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。無人機具有成本低、機動靈活、高時效、高分辨率等優(yōu)點，不但能完成有人駕駛飛機執(zhí)行的任務，更適用于有人飛機不宜執(zhí)行的任務，在地籍測量、土地利用變更調查和核查、土地執(zhí)法檢查、地質災害檢測等方面應用越來越廣泛[1]。無人機的技術操作流程見圖4。

圖4 無人機的技術操作流程圖

本文采用ebee-rtk無人機測繪，對航空測攝影像經過一系列數據處理后，得到高分辨率、高精度的DOM（點位中誤差可達到0.52m，邊長中誤差可達到0.29m，高程中誤差可達到0.38m）、點云數據、DSM、全自動全景三維虛擬模型。經檢測，由ebee-rtk無人機拍攝得到的DOM點位中誤差介于-0.52~0.52m 之間，邊長中誤差介于-0.29~0.29m，高程中誤差介于-0.38~038m之間，該精度可滿足1∶2000測圖比例尺以及1∶1000及1∶500更大比例尺測圖的部分需求?；A數據庫的不完善之處也可以借由高分辨率、高精度的DOM和1∶2000比例尺地形圖作為后續(xù)調查工作的底圖進行增補，同時也為后續(xù)工作的部署和展開奠定了堅實的基礎。全自動三維虛擬模型的建立，配合向模型中添加相應的基礎地理信息數據，可實現城市規(guī)劃建設、城市管理的立體化視覺效果，為廣州智慧化城市建設的開展提供了最為直觀的城市模型。

對于數據方面，利用無人機獲取到建筑物的高程數據，并對這些數據進行提取、分類、整理和入庫等一系列的處理，最終建立起該區(qū)域的高程數據網，形成了一個“空中”基準模型。在三維模型和高程數據的有力支撐下，對基礎數據調查涉及到的違章建筑的核查、整改及機場周邊建筑的高程控制提供了更為全面和可靠的依據，對政府更好地實現統(tǒng)一管理、統(tǒng)一規(guī)劃，健康發(fā)展廣州新老區(qū)的建設，平衡廣州總體經濟起到至關重要的作用。

以試點區(qū)域為例，共規(guī)劃了12架次，每一架次約有15.7km長，相對航高設定為500m；有效的航攝飛行時間設置為300min，最終獲取到有效相片共698張，航攝面積大概為20km2。根據相機內外方位元素的檢校結果、飛行控制器以及機載DGPS，解算出航攝相片對應的相機參數和POS參數。通過對航測數據的后處理，生成DOM和三維模型。

1.3 基于地面三維激光掃描技術的歷史文物數據調查

本文基于CORS和ICP算法的地面激光掃描技術，將GPS天線和掃描儀同軸相連，以車輛為載體靜態(tài)360°掃描，基于CORS采用GPS-RTK 同步測量方法，獲取掃描儀站心大地坐標，快速精準地構建三維模型[3],如圖5、6所示。

圖5 基于CORS和ICP算法的地面激光掃描系統(tǒng)

圖6 歷史文物建筑點云數據圖、建筑模型（示例）

1.4 GIS多源數據信息管理平臺的功能和結構

（1）數據存儲功能。開發(fā)了基于分布式文件系統(tǒng)（DFS）的數據存儲技術，實現能效優(yōu)化數據存儲、異構數據融合存儲、大數據去冗等關鍵技術，實現大數據建模與可視化。DFS的技術特點決定了它安全的數據存儲優(yōu)勢，同時采用嚴格的賬戶管理制度和保密措施，提供安全的數據存儲環(huán)境，如圖7所示。

圖7 基于分布式文件系統(tǒng)（DFS）的數據存儲技術

（2）數據融合功能。為提高數據利用率，研究采用數據融合技術，將國土數據和規(guī)劃數據、無人機數據和三維建模數據、建模數據和基礎地理信息數據等進行深度融合，并進行可視化，建立了國規(guī)多源數據管理平臺。

（3）多源數據管理平臺結構。利用基于分布式文件系統(tǒng)（DFS）的數據存儲技術，深度融合數據并將數據可視化，開發(fā)了基于網絡化信息化集成的多源數據管理平臺[2]，如圖8、9所示。

圖8 多源數據管理平臺設計框架

2 GIS多源數據管理平臺在廣州市白云區(qū)城中村更新改造中的應用

本文選取白云區(qū)京溪村、金沙街、松洲街等9條城中村更新改造項目為例，涉及改造總面積6.403km2，改造建筑量964萬m2，改造戶數12694戶。平臺通過利用數據集成化技術、數據分類技術和分類數據分析技術，對海量數據信息進行篩選和重組，將數據信息提煉升華，最終在廣州市白云區(qū)9 條城中村更新改造實例中，實現如下功能：

（1）對更新改造中機場、風景區(qū)等有限高要求的建筑進行限高分析（見圖10、11）。

圖10 模型限高分析（示例）

（2）對歷史文物保護范圍進行分析（見圖12）。

圖9 多源數據管理平臺

圖11 區(qū)域高程分析（示例）

圖12 歷史文保范圍分析（示例）

通過基礎數據和實地調查數據融合、篩選、分類、統(tǒng)計，對人口戶籍信息、土地利用信息、城中村集體經濟數據及城中村現狀房屋數據進行分析

（3）利用國土規(guī)劃數據和現場采集數據，快速生成各種國土規(guī)劃專題地圖，豐富了廣州市的國土和規(guī)劃數據庫，實現了國土規(guī)劃數據大融合，是對廣州市政府“多規(guī)合一”、“國土規(guī)劃一張圖”政策的具體響應，為政府決策提供更多更全面的數據支持[6]。

3 結束語

本文選取白云區(qū)9條城中村為廣州市更新改造基礎數據摸查試點，融合應用先進的地面三維激光掃描、低空無人機航攝、建筑群的自動化面積計算、多源數據管理平臺等技術，解決了更新改造數據調查過程中數據獲取、底圖測繪、全景三維建模、多源數據管理及國規(guī)數據分析應用、專題地圖輸出提交等關鍵技術問題，建立了基于GIS數據管理平臺的“城中村”更新改造基礎數據調查體系，對廣州市乃至全國的城市更新改造工作具有指導和借鑒意義。