GIS多源数据管理平台在城市更新改造中的应用研究

陈小歌 毛 川

（河南测绘职业学院，河南 郑州 450000）

0 引言

近年来，全国各地城市更新改造工作如火如荼地开展,城中村基础数据摸查测量是城市更新改造的基础。该项工作面临五大难点：

（1）范围广、建筑密度高、数据量大，工期紧，并且数据采集与传输的方式较传统单一、滞后，不再适用；

（2）基础数据库管理不完善，数据可利用率低且更新不及时；

（3）城中村违建、加建情况普遍；

（4）历史文物、疑似文物线索应重点保护；

（5）调查数据来源多，冗余度大，数据管理模式落后，亟需开创信息化网络化的基础数据调查新模式[4]。

本文通过广州市白云区9条城中村的应用实例，融合应用先进的低空无人机航摄、地面三维激光扫描、多源数据管理平台等，解决更新改造数据调查过程中比较突出的数据获取、调查底图的绘制、三维全景虚拟模型的建立、多源数据的管理及国规数据的分析应用、专题地图的输出与提交等关键技术问题，探索研究基于GIS多源数据管理平台的“城中村”更新改造基础数据调查体系。

1 基础数据调查体系

该基础数据调查体系主要由三大部分组成：

（1）数据采集与传输，包括基于Android系统的“实时信息化数据采集与传输模块”、低空无人机航摄技术、地面三维激光扫描技术；

（2）数据处理，包括基于分布式文件系统（DFS）的数据存储、数据融合及数据可视化；

（3）GIS多源数据管理平台[5]。其技术流程如图1。

图1 技术流程图

1.1 基于Android系统的实时智能化的数据收集与传输

“城中村”更新改造基础数据调查体系的研究开发了一款由Android系统支撑的“实时智能化数据收集与传输模块”（见图2、图3），软件可以使数据在服务端和移动端之间实时流通、交互。服务端可实现对栅格图像数据和矢量图形数据的管理，可解决数据传输与查询问题。数据传输方式上，实现了对国土资源、规划等基础地理信息数据的整合传输；数据查询方面，提供了在线云查询等服务[7]。移动端能够对信息进行实时在线查询，可以同步浏览服务端数据，同时可对存在问题的数据进行修改，删减和增加，做到了内外业一体化。在节省人力、时间的同时，极大地提高生产效率并且能有效保证数据的安全性。

图3 主菜单界面

1.2 基于无人机技术的调查底图测绘和三维建模

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机具有成本低、机动灵活、高时效、高分辨率等优点，不但能完成有人驾驶飞机执行的任务，更适用于有人飞机不宜执行的任务，在地籍测量、土地利用变更调查和核查、土地执法检查、地质灾害检测等方面应用越来越广泛[1]。无人机的技术操作流程见图4。

图4 无人机的技术操作流程图

本文采用ebee-rtk无人机测绘，对航空测摄影像经过一系列数据处理后，得到高分辨率、高精度的DOM（点位中误差可达到0.52m，边长中误差可达到0.29m，高程中误差可达到0.38m）、点云数据、DSM、全自动全景三维虚拟模型。经检测，由ebee-rtk无人机拍摄得到的DOM点位中误差介于-0.52~0.52m 之间，边长中误差介于-0.29~0.29m，高程中误差介于-0.38~038m之间，该精度可满足1∶2000测图比例尺以及1∶1000及1∶500更大比例尺测图的部分需求。基础数据库的不完善之处也可以借由高分辨率、高精度的DOM和1∶2000比例尺地形图作为后续调查工作的底图进行增补，同时也为后续工作的部署和展开奠定了坚实的基础。全自动三维虚拟模型的建立，配合向模型中添加相应的基础地理信息数据，可实现城市规划建设、城市管理的立体化视觉效果，为广州智慧化城市建设的开展提供了最为直观的城市模型。

对于数据方面，利用无人机获取到建筑物的高程数据，并对这些数据进行提取、分类、整理和入库等一系列的处理，最终建立起该区域的高程数据网，形成了一个“空中”基准模型。在三维模型和高程数据的有力支撑下，对基础数据调查涉及到的违章建筑的核查、整改及机场周边建筑的高程控制提供了更为全面和可靠的依据，对政府更好地实现统一管理、统一规划，健康发展广州新老区的建设，平衡广州总体经济起到至关重要的作用。

以试点区域为例，共规划了12架次，每一架次约有15.7km长，相对航高设定为500m；有效的航摄飞行时间设置为300min，最终获取到有效相片共698张，航摄面积大概为20km2。根据相机内外方位元素的检校结果、飞行控制器以及机载DGPS，解算出航摄相片对应的相机参数和POS参数。通过对航测数据的后处理，生成DOM和三维模型。

1.3 基于地面三维激光扫描技术的历史文物数据调查

本文基于CORS和ICP算法的地面激光扫描技术，将GPS天线和扫描仪同轴相连，以车辆为载体静态360°扫描，基于CORS采用GPS-RTK 同步测量方法，获取扫描仪站心大地坐标，快速精准地构建三维模型[3],如图5、6所示。

图5 基于CORS和ICP算法的地面激光扫描系统

图6 历史文物建筑点云数据图、建筑模型（示例）

1.4 GIS多源数据信息管理平台的功能和结构

（1）数据存储功能。开发了基于分布式文件系统（DFS）的数据存储技术，实现能效优化数据存储、异构数据融合存储、大数据去冗等关键技术，实现大数据建模与可视化。DFS的技术特点决定了它安全的数据存储优势，同时采用严格的账户管理制度和保密措施，提供安全的数据存储环境，如图7所示。

图7 基于分布式文件系统（DFS）的数据存储技术

（2）数据融合功能。为提高数据利用率，研究采用数据融合技术，将国土数据和规划数据、无人机数据和三维建模数据、建模数据和基础地理信息数据等进行深度融合，并进行可视化，建立了国规多源数据管理平台。

（3）多源数据管理平台结构。利用基于分布式文件系统（DFS）的数据存储技术，深度融合数据并将数据可视化，开发了基于网络化信息化集成的多源数据管理平台[2]，如图8、9所示。

图8 多源数据管理平台设计框架

2 GIS多源数据管理平台在广州市白云区城中村更新改造中的应用

本文选取白云区京溪村、金沙街、松洲街等9条城中村更新改造项目为例，涉及改造总面积6.403km2，改造建筑量964万m2，改造户数12694户。平台通过利用数据集成化技术、数据分类技术和分类数据分析技术，对海量数据信息进行筛选和重组，将数据信息提炼升华，最终在广州市白云区9 条城中村更新改造实例中，实现如下功能：

（1）对更新改造中机场、风景区等有限高要求的建筑进行限高分析（见图10、11）。

图10 模型限高分析（示例）

（2）对历史文物保护范围进行分析（见图12）。

图9 多源数据管理平台

图11 区域高程分析（示例）

图12 历史文保范围分析（示例）

通过基础数据和实地调查数据融合、筛选、分类、统计，对人口户籍信息、土地利用信息、城中村集体经济数据及城中村现状房屋数据进行分析

（3）利用国土规划数据和现场采集数据，快速生成各种国土规划专题地图，丰富了广州市的国土和规划数据库，实现了国土规划数据大融合，是对广州市政府“多规合一”、“国土规划一张图”政策的具体响应，为政府决策提供更多更全面的数据支持[6]。

3 结束语

本文选取白云区9条城中村为广州市更新改造基础数据摸查试点，融合应用先进的地面三维激光扫描、低空无人机航摄、建筑群的自动化面积计算、多源数据管理平台等技术，解决了更新改造数据调查过程中数据获取、底图测绘、全景三维建模、多源数据管理及国规数据分析应用、专题地图输出提交等关键技术问题，建立了基于GIS数据管理平台的“城中村”更新改造基础数据调查体系，对广州市乃至全国的城市更新改造工作具有指导和借鉴意义。