顾及河湖水系现状的广州天河区规划蓝线划定研究

宋奇鸿，许智东

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

1 引 言

为推进生态文明建设，水利部于2014年～2015年期间，三次部署开展河湖管理范围、水利工程管理与保护范围的划定，并明确到2020年基本完成划定工作。广州市积极响应水利部要求，从2015年开始部署河湖水利划界确权工作，历时三年，完成了全市的河湖管理范围、水利工程管理和保护范围划界确权工作实施方案，并组织编制了《广州市河涌水系规划》，划定了全市 1 368条河涌蓝线。[1]

天河区位于广州市中心区东部，行政区域范围 137 km2。全区河湖水系发达，主体包括41条河涌(含黄沙围(天河段)堤防)，61宗人工湖塘坝，水域总面积约748公顷。由于《广州市河涌水系规划》与天河区现状河涌、现行控规仍存有较多矛盾，为了推进天河区的河湖管理工作，特别是保障黑臭水体管理的尽快落实，迫切需要在区一级“结合水系、蓝线、岸线规划开展河湖管理范围划定工作”，对涉及水系蓝线与控规导则的矛盾进行统一修正，确保同各规划的有效衔接。

2 河湖水系的现状测量

蓝线，是指城市规划确定的江、河、湖、库、渠和湿地等城市地表水体保护和控制的地域界线[2]。为了充分协调水系蓝线与城市总体规划、控制性规划的关系，处理好地面、地下水系与城市空间结构、城市绿化景观的关系，促进城市空间结构的优化，蓝线划定应准确测量天河区河湖水系现状地形，并充分考虑水系自然走向、水涯线的范围以及周边建筑量。总体技术方案如图1所示。

图1 总体技术方案

水系现状测量主要是为获取水域范围、水利设施、地形地貌及周边建筑等。考虑部分河涌两岸地形受限、建筑密集，采用无人机倾斜航摄和三维激光扫描空地融合的方式，实现地理信息采集。技术流程包括：控制测量(相控点测量)、激光扫描测量数据采集、扫描测量数据处理、无人机航摄、点云模型配准、点云数据处理技术、特征点线提取、地形数据提取。

2.1 无人机航摄

采用大疆phantom4 pro无人机倾斜摄影，综合考虑其续航时间和带状条件，由该无人机平台搭载单镜头相机，设置井字形航线，分5个角度(正摄、前、后、左、右)进行多条航拍摄。航高和分辨率其关系如下式：

a×H=f×GSD

式中：H为摄影航高，单位为m；f为摄影镜头焦距，单位为mm；GSD为地面分辨率，单位为m；a为像元尺寸，单位为mm。为保障地面分辨率的同时，兼顾作业效率，根据厂家给出的经验公式，得出：GSD=H/36.5。因此，航高要求一般不超过 120 m，部分建筑高度较高情况下，为了作业的安全管理，航线高度不超过 200 m。航线高度设置如图2所示。

图2 航线高度设置

2.2 三维激光扫描

对于异形建筑、历史建筑等复杂和重要建筑，采用Trimble SX10三维激光扫描仪采集密集区域点云数据，通过内业处理，构建三维模型及线、面、体等数据。Trimble SX10为集三维激光扫描仪、全站仪于一体的影像扫描仪(图3)，可结合GNSS RTK事先测量控制点三维坐标，采用已知坐标点设置扫描方式，直接获取地物点云的坐标，生成的点云数据则无须再逐站点云配准。通过将倾斜摄影影像、地面近景点云进行集成，使倾斜影像缺失的数据得到有效的补充，完成纹理映射、几何变形修正等，再利用布尔运算直接在倾斜影像上进行交互式单体化建模，快速完成模型的构建，自动检索多角度影像，使得测图和建模同步完成。其关键技术分成两部分，一是影像空三测量的自动处理；二是数据的平差计算，通过人机交互方式根据一定的阈值，提取质量较好的特征点，进行平差计算，减少像点误差和平面控制误差等。根据地形精度要求对点云、三维模型数据进行特征提取，再根据具体投影高程面选择无透视水平投影，提取地形特征，生成地形数据。河涌点云数据如图4所示。

图3 SX10三维激光扫描仪

图4 河涌点云数据

3 “水生态系统构建”的蓝线划定

传统的水系蓝线主要是依据现状河涌进行管理范围划定，而在水系周边建筑现状、系统影响城市发展等方面考虑甚少。打破传统划界思维，突破传统河湖管理范围划界“以河论河”的局限，从水生态的总体层面进行思考，将传统的“管理范围划界规划”向“水生态系统构建”转型，规划构筑天河区“1234”(一主、二片、三核、四纵)的水系布局[3～5]，如图5所示。

图5 天河区水系格局结构图

(1)一主：是指以车陂涌为骨干构成的贯通天河区南北的主要轴线；

(2)二片：是指老城区和新城区两个片区；

(3)三核：是指金融城、智慧城、渔沙坦片区的水循环核心；

(4)四纵：是指沙河涌、猎德涌、棠下涌、深涌四条骨干河涌。

基于此规划理念转型，构建了5个层次的全过程情景规划模型，从水系格局、排涝分区、水面规划、水系分类、指标体系五个层面入手，自上而下、由宏观到微观，完善水生态系统，构建能够保障城市防汛安全的河涌网络，全面提升天河区的防洪排涝标准，进一步强化水安全。

4 规划蓝线的动态修正

规划蓝线划定是一个计算、反馈、调整的过程，需要充分考虑到河湖水系的自然走向，与水系线、管理范围线的协调统一，并与现行控规进行对照衔接。如果涉及控规调整，还需要规划部门、城管部门的统一协调，最终划定成果。采用嵌入式作业模式，在蓝线划定初步阶段，即按照区域位置和建筑分类做好面积统计和数据整理工作，并基于清华山维EPS模板控制技术与模板映射机制完成模块定制，实现测量数据处理、建筑物面积计算、建筑面积分类统计的一体化输出，为规划蓝线的调整提供了地形数据和建筑体量数据基础，辅助规划蓝线的动态修正。

4.1 房屋构面与自动化检查

建筑面积分类统计是规划蓝色进行动态修正的重要依据。水系现状测量过程中，以初始规划蓝线方案为基础，外扩 50 m划定缓冲区范围，避免后续因为蓝线调整而导致数据范围不足，而需要重新外业补测。测量数据通过自动搜索闭合面得到各房屋的分层构面，并在房屋面内再次搜索注记中心点，自动提取房屋结构和层数等属性信息，如图6所示。由于在自动构面和属性提取的过程中，可能出现重复或遗漏构面、中心属性提取失败等问题，通过组件开发，分色块显示迅速判断问题所在的房屋并手动改正，有效完善自动化检查和质量控制过程，如图7所示。

图6 房屋构面属性获取

图7 自动化检查

4.2 建筑面积分类统计输出

上述得到目标范围的房屋面数据后，将地理信息及建筑信息无损转换至SHP格式，可以结合房屋面的空间位置属性关系，人机交互方式的逐栋实现楼幢的地理关联，得到单体建筑信息的有机整体。将初步确定的蓝线成果导入ArcGIS环境中，选择在蓝线范围内或者压盖蓝线的建筑元素，统计汇总和输出建筑分类面积统计图表(图8)，结合规划限制要求和实时政策要求，为规划蓝色的调整和修正提供准确的数据参考。

图8 建筑分类与面积统计图示意

5 结 语

由于城市水务行政管理部门一直以来都侧重于河湖工程管理，导致水系空间数据和规划数据的长期缺位或矛盾，滨水空间被城市建设侵占严重。水系蓝线的有效划定，可以重新构建和转型“水生态系统”，有助于后续的河涌管理工作，并最终形成“管控一致”的水系网络。以广州天河区为例，对天河区全域水系进行梳理，以水涯线、堤坝、涌岸绿化等敏感要素为基础，充分顾及河湖现状，设计蓝线划定方案，优化水系布局结构，系统落实和解决了大量规划需求和规划矛盾，也为天河区的城市水务管理、规划建设和环境安全提供了重要的技术支撑。