劉一鋒

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院,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,切實保護耕地,是土地工作的重點[1-5]?，F(xiàn)階段,我國仍然處于持續(xù)推動國家重要中心城市的現(xiàn)代化中心城區(qū)建設(shè)的進程中。在現(xiàn)代化中心城區(qū)建設(shè)的過程中,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、耗時時間長”的特點,如何依托新技術(shù)、新服務(wù)模式實現(xiàn)土地開發(fā)環(huán)節(jié)的提質(zhì)增效對于助力經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要意義[6]。

1 概 述

在對土地進行開發(fā)利用時,政府部分需完成各類土地征收儲備和土地開發(fā)業(yè)務(wù),伴隨著政府的各類業(yè)務(wù)衍生出了各種國土綜合的規(guī)劃測繪服務(wù)工作,具體包括現(xiàn)狀地形圖測量、土地套圖及附圖、土地勘測定界、不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查、低空無人機航攝、二調(diào)建筑量比對、建筑量估算、建(構(gòu))筑物年份核查等,這些業(yè)務(wù)可統(tǒng)稱為國土綜合業(yè)務(wù),貫穿土地征拆收儲開發(fā)整個流程。傳統(tǒng)的國土綜合業(yè)務(wù)主要是以勘測定界和權(quán)籍調(diào)查為主,根據(jù)土地征拆收儲開發(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)。本文對廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院國土綜合業(yè)務(wù)中最具代表性的突破和創(chuàng)新的成果進行了闡述。

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

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

國土業(yè)務(wù)是需要契合需求的數(shù)據(jù)專項服務(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)過人工與計算機共同清洗處理,經(jīng)數(shù)據(jù)信息化工作,形成坐標統(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)劃勘測設(shè)計研究院根據(jù)使用主體的需求,對數(shù)據(jù)進行科學組織與管理,打造戰(zhàn)略數(shù)據(jù)庫,將其作為強大的基礎(chǔ)工具和整個平臺設(shè)計的核心中臺,可以為后續(xù)工作提供強有力的支持。

在戰(zhàn)略數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院應(yīng)契合項目多元應(yīng)用的需求建設(shè)“服務(wù)區(qū)”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺,通過眾多的國土數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、無人機、手機、三維激光掃描儀、全站儀等多種手段進行多方面采集數(shù)據(jù)和模塊化的業(yè)務(wù)流結(jié)合,實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用的目的,形成“服務(wù)區(qū)”國土測繪業(yè)務(wù)“一張圖”?；A(chǔ)數(shù)據(jù)平臺是一個在計算機和現(xiàn)代信息技術(shù)支持下,以“地塊”為核心實體,實現(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)平臺應(yīng)實現(xiàn)以下六大模塊:

(1)數(shù)據(jù)獲取模塊:主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、調(diào)取等功能。

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

(3)建筑量估算模塊:實現(xiàn)在實景三維模型上直接測定點的三維坐標、進行空間量測、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)上快速獲取和計算范圍內(nèi)的建筑量(圖1)。

圖1 平臺模型計算

(4)權(quán)屬分析模塊:對用地范圍內(nèi)的權(quán)屬情況,包括國有土地、集體土地、合法集體住宅、合法集體物業(yè)、非法集體住宅、國有建筑等進行統(tǒng)計和分析。

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

數(shù)據(jù)中臺的建設(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算功能,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線瀏覽、查詢、提取、快速計算,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)“一查多用、一庫多用”,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 采用基于無人機傾斜實景模型的三維測圖方法

在進行國土業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集的過程中,經(jīng)常使用無人機進行三維測圖,為實現(xiàn)三維模型的高精度重建,廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院使用了多視幾何的傾斜式攝影空中三角測量技術(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)劃勘測設(shè)計研究院采用了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,機身采用碳纖維一體化設(shè)計,增加整體抗風強度。機型采用“L”形仿生設(shè)計,四個電機座相互平行,由于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的不同,A、D點振動波到達H點時相互抵消,盡量減少震動對機身中心點造成的影響(圖2)。無人機傾斜攝影平臺搭載的高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)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)。此外,無人機傾斜攝影平臺實現(xiàn)了相機與GNSS定位(毫秒級)同步,保證POS數(shù)據(jù)歸算到照片主點,最大限度地減少了機械延時產(chǎn)生的誤差,實現(xiàn)了高清晰、高精度原始影像的采集。

圖2 無人機傾斜攝影平臺

在航攝數(shù)據(jù)處理過程中,廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計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)點的算力資源,實現(xiàn)了高精度并行空三。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,對此項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,來滿足大場景高精度密集點云的需求,再輔助全局網(wǎng)格均勻分布的三維表面重建技術(shù)來實現(xiàn)規(guī)則化城市級大范圍三維實景模型的生成。通過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,配合計算機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]。

無人機航空攝影是基于事先已設(shè)計好的航線由相機傳感器和POS系統(tǒng)在空中采用自動定點拍攝和定點記錄的方式進行的。在航測飛行前,將航線設(shè)計的數(shù)據(jù)導(dǎo)入無人機飛行控制系統(tǒng)內(nèi),通過地面監(jiān)控系統(tǒng)控制無人機按預(yù)定的線路起飛,當無人機飛到相應(yīng)的高度后,相機按照預(yù)先導(dǎo)入的拍攝點進行自動定點拍攝,獲取地面像片,與此同時,POS系統(tǒng)記錄像片拍攝瞬間無人機的各項姿態(tài)參數(shù),像片數(shù)據(jù)存儲在相機自帶的存儲卡中,POS數(shù)據(jù)、飛行航線數(shù)據(jù)、飛行記錄數(shù)據(jù)存儲在飛行控制系統(tǒng)的存儲器中。

采用無人機設(shè)備懸掛多鏡頭傾斜相機,通過smart3D軟件建立實景模型,加載實景三維模型和正射影像數(shù)據(jù),實現(xiàn)居民區(qū)(含農(nóng)田區(qū))的二三維聯(lián)動一體化地形測繪,將數(shù)據(jù)生產(chǎn)重心由外業(yè)轉(zhuǎn)為內(nèi)業(yè)(圖3)。通過全野外測量方式采集明顯特征點坐標數(shù)據(jù)和明顯高程點數(shù)據(jù)進行精度檢測,精度符合規(guī)范要求,該技術(shù)方法比較適用于無植被遮擋或植被遮擋區(qū)域面積小、建筑密集度低等區(qū)域地形測繪,對于隱蔽地區(qū)采用地面常規(guī)手段進行協(xié)同補充。此外,針對重點關(guān)注地塊,采用無人機視頻技術(shù)實現(xiàn)全過程動態(tài)監(jiān)測與可視化展示。

圖3 三維模型

利用無人機航攝和實景建模模型,可大幅縮減人力成本,傳統(tǒng)的測量方式受天氣制約較大,既需大量的人力外業(yè),也需長時間的內(nèi)業(yè)加工,利用無人機傾斜實景模型的三維測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的腳本增強工具集,提升數(shù)據(jù)處理效率

廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院建立的EPS軟件全流程作業(yè)系統(tǒng)是目前國土測繪業(yè)務(wù)板塊的重要工具,能將繁復(fù)的人工工作通過代碼邏輯實現(xiàn)自動化或半自動化作業(yè),從而增強工作效率。以面向多元應(yīng)用的需求為導(dǎo)向,針對各項業(yè)務(wù)“庖丁解?！?基于EPS二次開發(fā)編制面積計算、自動構(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)自動化、成果標準化、出圖數(shù)字化等難題,減少重復(fù)作業(yè),節(jié)省人力時間成本的同時也保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量。項目通過EPS腳本開發(fā)實現(xiàn)了以下功能:

圖4 基于EPS的國土業(yè)務(wù)腳本工具集

(1)通過導(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準化成果。

(2)利用EPS工具集實現(xiàn)地類圖斑編號的自動生成,通過導(dǎo)入SHP文件,一鍵生成地類圖斑編號,同時根據(jù)比例尺自動調(diào)整地類圖斑編號的大小以及位置,實現(xiàn)測定界圖與土地利用現(xiàn)狀圖的快速編制。

(3)通過增建坐標文本輸入自動生成弧段的功能和掩膜的功能解決了不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查中作業(yè)問題。

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

3 結(jié) 語

根據(jù)國土綜合業(yè)務(wù)的特性,廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院首先進行了數(shù)據(jù)布局,建設(shè)多個數(shù)據(jù)庫(1∶500地形庫、國有權(quán)屬庫、集體權(quán)屬庫、建筑庫等),形成“地塊”一張圖,其次對重點項目進行了模型研發(fā),開辟的新型的數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式,接著對各類基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的處理軟件進行了模塊化的優(yōu)化升級,從而最大限度地減少了現(xiàn)狀地形圖測繪、勘測定界、不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查、建筑量估算等多類業(yè)務(wù)的工作量,同時在新形成的成果數(shù)據(jù)后,將依托動態(tài)更新機制為數(shù)據(jù)中臺補充新鮮血液,即對數(shù)據(jù)中臺進行“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)濟效益。凸顯出了數(shù)據(jù)差異化增值價值,構(gòu)建高效的“需求適應(yīng)型”服務(wù)新模式。