新型测绘一体化技术在基础数据调查中的应用——以广州市大源整村改造为例

陈展鹏，刘彦廷

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

1 引 言

当前广州城市发展面临新的机遇和方向，通过城市更新盘活存量用地，优化城市综合容量，成为实现广州“老城市、新活力”必然选择[1]。基础数据调查是开展更新改造的重要工作之一，也是科学制定改造方案，进行项目经济测算的重要基础依据，其主要内容包括基础地籍地形数据、行政区划、人口经济数据、土地数据、房屋数据、历史文保数据和市政基础设施及公建配套数据成果[2]。

结合当前基础数据调查的技术方案和项目经验，基础数据调查的工作难点主要集中在以下几个方面：①如何在短时间内采集到调查范围内 1∶500地籍地形图数据并保证其精准性；②能否充分利用已有数据辅助基础数据调查，避免重复作业，减少外业调查工作量；③作业过程中采集到的多元异构数据，如何方便快速地信息化入库、存储及处理。传统调查方法一方面外业采集要素多，需要投入大量人员实地测量[3]，另一方面采集信息复杂，需要内业人员根据不同种类数据选择专业软件进行调绘和处理，从而需要较高的时间和人力成本。

近年来为了解决和改善以上问题，新型测绘技术配合信息化平台的模式开始应用在城市基础数据调查。本文以广州市大源村整村基础数据调查项目为例，采用无人机倾斜摄影测量技术[4]和智慧广州时空信息云平台[5，6]建立从外业数据采集到内业数据处理、管理、分析的一体化方案，取得以下成果：①制作 3 cm地面分辨率的大源村正射影像底图；②建立 3 cm地面分辨率的实景三维模型并编绘满足主要地物点位中误差优于 ±5 cm的 1∶500地形图；③获取房屋、土地、人口、经济、产业等现状数据，按统一标准入库智慧广州时空信息云平台；④实现大源村非空间数据在实景三维模型上的展示，探索新型测绘技术全流程作业模式在城市更新中的可能性及适用性，为引导测绘服务升级和落地提供经验。

2 大源村基础数据调查实例

2.1 研究区概况

大源村位于广州市白云区太和镇，现常住人口15万，总占地面积为 25 km2，是广州市最大的城中村。大源村基础数据调查范围为大源村内所有厂房、物业和村民住宅等建筑覆盖的建成区域共计 8 km2，区域内房屋 8 777栋，单体房屋建筑面积均超过 1 000 m2。无人机航飞面积 11.06 km2，占大源村总体面积的44.24%，实现基础数据调查范围全覆盖。

2.2 无人机倾斜摄影测量

(1)无人机平台设计

项目采用的平台是哈瓦四轴八旋翼折叠双电版无人机MEGA-V8Ⅲ，无人机搭载五镜头，机身采用碳纤维设计以增强整体抗风能力。正摄相机使用 20 mm焦距镜头，侧视相机使用 35 mm焦距镜头，倾斜相机角度为45°。考虑到大源村城区建筑密集，卫星信号接收不稳定等因素，平台采用双RTK设计，能够接收三星(北斗、GPS、GLONASS)七个频段数据，用以保障POS数据的精度。

(2)无人机航飞设计

按照像控点布设距离在设计地面分辨率 20 000倍的范围要求，当航飞地面分辨率为 3 cm时像控点应以 600 m间距设计，共布控254个像控点(图1左)，均匀分布于整个测区。航线设计采用沿测区边界外扩3条基线长度进行航飞(图1右)。外业飞行时间共计20天80个架次，有效飞行面积约 19 km2，共拍摄影像12万张。无人机航飞参数如表1所示。

图1 大源村控制点分布及航线示意图

无人机航飞参数表 表1

(3)空中三角解析及三维建模

下视、前视、后视、左视和右视5个镜头采集的数据容量共 1 048 GB，在通过照片、POS数据检查后，项目基于Context Capture进行空三解析，采用多视角影像联合平差方案配合8组CPU进行分布式并行计算。获得空三成果后提交建模任务，通过划分模型格网，采用DP-Molder软件进行建模，由于倾斜摄影影像相对于传统的垂直摄影影像具有重叠度高、相邻影像间基高比小、倾斜影像尺度变化大的特点[7]，因此便于多角度获取房屋天顶、立面炒高密度点云信息，通过模型贴图和修饰最终得到大源村实景三维模型，克服传统建模软件人工建模和贴图失真的缺点。

对于三维模型精度检测包括平面点和高程点，采用全站仪高精度地获取所有检查点的实测三维坐标，然后从三维模型中识别相应检查点的影像三维坐标，进行误差统计分析。共检测了562个平面点和468个高程点，结果显示(表2)，大源村实景三维模型精度满足 1∶500大比例尺测图点位中误差 ±15 cm；间距中误差 ±10 cm；高程中误差 ±15 cm的精度要求，可以作为 1∶500地形图测图数据基础。

大源村实景三维模型精度检查成果统计表 表2

(4)1∶500高精度三维测图

项目采用DP-Molder Mapper软件构建多视角三维测图环境，首先针对实景三维模型匹配倾斜摄影同名点，建立模型与影像关系，其次通过垂直辅助线解决测图时房屋的遮挡问题，保证要素的多角度闭合，最后测绘内容与图形表示参照《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图图式》(DBJ 440100/T 230-2015)进行 1∶500地形图测图，如图2所示。

图2 1∶500高精度三维测图

针对地形图成果随机抽取32%共计140个图幅，布设RTK图根控制起算点6点，引测图根导线5条进行点位、高程注记、间距检测，根据表3结果显示，基于自动化三维测图生产的 1∶500地形图均满足要求。相比传统地形图测量方法，在同样的人员配置下，每平方公里的外业测量时间从20天减少至4天，内业成图时间从12天缩短到6天，整体作业效率提升近1倍。

大源村1∶500地形图精度检查成果统计表 表3

2.3 专题数据外业调查

广州市作为国家首批3个试点城市之一，基于Oracle和Redis设计和搭建了智慧广州时空云平台，可提供包括基础数据服务、接口服务、地名址引擎在内的数据共享、处理、管理服务[8]。项目为减少外业调查工作量，利用云平台的数据服务调取测区内的历史与现状公共专题数据，并与基础地形数据中的房屋进行实体连接，分别形成房屋API、人口 API、经济 API 等一系列专题分布图(图3)，作为支撑外业基础数据调查的工作底图。

图3 大源村“四标四实”数据空间化

2.4 大源村空间信息数据库

在对专题数据进行补充调查后，利用云平台的外部数据接口将获取的无人机内外业数据、更新后的土地、人口、经济、产业等专题数据统一入库，通过地名址引擎建立空间关系，结合数据引擎和服务引擎提供的配套功能，配合少量人工干预和校正，形成以云平台为核心的交互式大源村空间信息数据库，实现大源村二维属性信息在三维空间载体上系统性的结合(如图4所示)，为快速获取建筑量等测算数据提供了一条新的路线[9]。

图4 基于实景三维模型的房屋信息查询

2.5 大源村基础数据调查成果

大源村基础数据调查项目通过无人机倾斜摄影测量技术制作了村内共计 11.06 km2的 3 cm地面分辨率的TDOM影像，生产了满足点位中误差精度的实景三维建模并绘制了 1∶500大比例尺地形图；利用智慧广州时空信息云平台数据共享机制，进行外业补充调查完成了大源村建成区域共计 8 km2土地、人口、经济、产业等专题数据；最后，利用云平台的数据服务将外业采集和内业核实后的数据按照统一标准入库，搭建了大源村空间信息数据库，实现大源村非空间数据在实景三维模型上的展示，并按照城市更新基础数据调查项目要求生成各类图表文件。

3 结 语

本文以大源村基础数据调查为例，利用无人机倾斜摄影测量技术和智慧广州时空信息云平台等测绘新型技术，探索了基础数据调查项目从外业数据采集到内业数据处理、管理、分析的一体化方案。这套方案相比传统地形图测量方法，在同样的人员配置下整体作业效率提升1倍，同时达到了主要地物点位中误差优于 ±5 cm的精度要求。此外，通过智慧广州时空信息云平台不仅充分发挥了已有数据的优势，避免重复数据采集，将数据调查转化为数据核查，降低了基础数据调查采集要素多元化导致的数据管理难度。相比于传统测图单一化的控制点成果和数字线画图，还能获取正射影像和实景三维模型等多种数据成果，提高了数据的利用率和成果的多样性，拓展了调查成果的应用维度。

测绘新技术的有效应用为基础数据调查提高了工作效率，丰富了数据成果，降低了人力成本，打造新型测绘平台，更新数据采集手段，结合大数据、机器学习等数据处理技术将是今后测绘工作的发展方向。