新型基础测绘体系在基础地形图更新中的应用★

宋康明，袁 拓

(1.广州市城市规划勘测设计研究院,广东 广州 510060;2.广州市资源规划和海洋科技协同创新中心,广东 广州 510060;3.广东省城市感知与监测预警企业重点实验室,广东 广州 510060)

0 引言

“十三五”是我国实现全面建成小康社会宏伟目标的决胜时期,也是测绘地理信息部门贯彻落实党的十八大和十八届三中、四中、五中、六中全会精神,不断推进测绘地理信息强国建设,实现测绘地理信息转型升级、跨越发展的关键五年[1-2]。2015年6月国务院批复的《全国基础测绘中长期规划纲要(2015—2030年)》,明确了建设新型基础测绘体系的发展目标[3-6];2019年陆昊部长在第一次全国自然资源工作会议讲话中明确提出:“加快基础测绘转型升级,增强测绘地理信息公共服务能力,促进地理信息产业高质量发展”[7],基础测绘作为经济社会发展、国土资源可持续利用、自然资源管理、生态文明建设和国防建设的基础性工作,面临严峻的转型升级要求。为落实广州市基础测绘“十三五”规划整体部署,满足片区规划建设要求,我院受业主委托完成了片区“十三五”时期基础地形图,形成了基础地形图的良好更新机制,提供了更好的基础测绘服务保障。本文将从广州市某区为例,探讨将新型基础测绘体系配合传统测量手段,打破传统测绘技术瓶颈,完成片区“十三五”时期基础地形图更新。

1 新型基础测绘体系在工程中的应用

根据业主要求,需完成测区范围2016年—2020年共5年的基础地形图更新,总面积约220 km2,测区范围涉及十几余个街镇、上百个村社,测区范围内大量的工业项目、城市更新项目正在如火如荼的建设,这些项目的建设快慢、优良在该地区经济复苏、城市建设中承担着重要的发展作用,而整个测区都具有房屋排列杂乱、地物复杂、道路和水系杂乱交错、坡度变化大等特点,基础地形图更新工作亟待解决。基于上述情况,我院将新型基础测绘体系融入到本次工程中。

1.1 新型基础测绘体系基本技术路线

本项目涉及范围广、地形复杂、子项目多,对项目实施、工作效率、数据获取、成果质检等多个方面有着较高的要求。我院结合项目实际情况、业主要求,项目积极探索新技术、新方法[8-9],设计出“十三五”时期基础地形图更新测绘技术路线,主要包含了项目需求分析、技术设计、数据采集、数据内业处理、成果质量检查、基础地理信息数据库建立及更新等基本流程,具体技术路线如图1所示。

1.2 新型基础测绘体系关键技术手段

1.2.1 基于ENVI半自动影像动态监测技术,实现历年影像快速对比分析

由于测区范围较广,采用传统人工外业巡图的方式标注变化区域后进行数据采集,需要耗费大量人力、物力。本项目采用无人机倾斜摄影测量技术获取正射影像图,利用ENVI变化检测模块下的直接比较法动态监测工具(Image Change Workflow)协同人机交互,快速识别并标记地形地物等地理信息数据变化区域,分析变化区域特征后有针对性的选取适合的技术手段开展数据采集(见图2)。这种半自动的变化检测方法极大的减少了传统作业模式的外业巡图工作量、降低了外业工作强度,从流程上提速,为基础地理信息数据快速更新提供了极大助力。

1.2.2 基于EPS三维测图平台实现倾斜实景三维模型裸眼测图

测区范围内存在大量村庄,采用传统测量方法需要进行图根导线控制测量,而后采集碎部点,由于房屋密集、通视极差,且多为四层以上,村庄测量耗时耗力。本项目因地制宜采用无人机倾斜摄影测量技术快速获取实景三维立体模型,并将生成的三维模型导入到EPS三维测图软件中,借助该软件矢量数据的自动提取和切片功能,实现地物地貌二三维数据一体化采编并实时调整矢量数据的高程。EPS三维测图平台(如图3所示)倾斜实景三维模型裸眼测图具备的三维绘图和一体化数据建库功能提高了基础地形图测绘的工作效率,与传统测量手段可以相互检核和补充。

1.2.3 激光点云扫描技术实现数据快速采集与质检

基于测区市政道路建设量大、周边地形地物变化率高的特殊情况,本项目充分发挥地面激光扫描技术快速测量带状区域地形地物的优越性,采用基于CORS和ICP算法的地面激光扫描仪快速测量地形,在新建改建道路沿线数据采集环节极大提高了工作效率,并依托基于深度图识别的建筑物角点提取算法和基于近邻域分析的高程点拟合算法,实现了地物点点位精度评价、高程点精度评价、地物点间距精度评价及地理精度评价,成功搭建基于激光点云的新型地形图质检模式。该技术的有效应用,达到了节约成本和缩短工期的良好效果。车载LiDAR作业示意图如图4所示,点云数据如图5所示。

1.2.4 全自动缩编模式和人机协同缩编模式相结合,打造新型地形图缩编模式

不同的领域对于基础测绘地形图的使用方法、使用目的不同,对地形图所承载的内容及其表示精细程度要求也不尽相同。本项目创新性地按照不同需求,分级生产不同精细度的“数据产品”,全自动地将海量1∶500地形图数据进行粗略缩编,形成“原始数据”;当需要更加精准规范的数据时,再采用人机协同的方式对粗略数据进行精细缩编,形成满足相应需求的“精细数据产品”,通过新型地形图缩编模式,极大地减少了“无效劳动”,提高了生产效率,真正达到“按需”生产[10-12]。1∶2 000地形图缩编流程图如图6所示。

2 基于新型基础测绘体系应用的项目成果展示

项目以新型基础测绘体系探索为抓手,配合传统测量手段,完成了项目“十三五”时期基础地形图更新测绘的要求,项目成果保证了地区1∶500,1∶2 000数字地形图的现势性和完整性,也进一步以全球化视野优化提升了地区空间布局,为地区的建设提质增效,为政府的正确决策提供有效、可靠的保障,同时为政府各部门、社会各团体等提供了良好的基础用图便利服务。

主要的项目成果有:2016年—2020年共5年的1∶500,1∶2 000现状地形图(矢量数据),范围面积约220 km2,涉及十几余个街镇、上百个村社(如图7所示)。

3 结语

基础测绘“十三五”规划任务的实施,对经济、政治、文化、社会和生态文明建设以及“十四五”规划至关重要。本文从片区经济社会发展应用需求和科技进步为导向,以传统基础测绘技术和新型基础测绘体系探索为抓手,以落实广州市基础测绘“十三五”规划、切实提高基础测绘服务质量为目标,充分利用国土空间规划大数据按需制定合理的更新区域,采用ENVI半自动影像动态监测技术、EPS三维测图平台、激光点云扫描技术等多种先进技术手段灵活开展数据的快速生产与质量检查,同时将全自动缩编模式和人机协同缩编模式相结合,打造了新型地形图缩编模式,相比传统测量手段节省了大量的工期、人力及物力,不仅减少了与街道、村社及村民沟通协调成本,也大大减少了政府财政资金的投入,同时形成的正射影像、三维模型也是传统测量手段无可比拟的。

项目成果为业主提供了优质的基础地形图测绘服务,完善了片区现代化测绘基础体系,进一步探索了片区新型基础测绘体系,项目成果为片区重大工程选址、城市应急、第三次全国土地调查、城市更新、房地一体、国土空间规划等提供数据及分析服务,实现测绘成果多元共享、多元应用的愿景。优质的项目作业模式可为其他地区大范围多时期地形图更新项目提供了一定的参考。