广州市城市规划地下空间设施的普查与测绘

2013-12-12张志媛葛如冰

测绘通报 2013年2期

张志媛，葛如冰

(广州市规划局，广东广州510000)

一、引言

当今社会，伴随城市建设的快速发展，在经济和科技高速发展的条件下，地下空间的开发利用已成为人类生活空间的新拓展。近年来，广州市相继开发了动漫星城广场、天河城地下广场等大型地下独立建筑物，广州市地下空间的开发建设迈入大规模发展的新阶段，并将继续朝规模化、深层化、综合化、集约化方向迅速发展，这也对城市测绘者提出了新的要求。

开展城市地下空间设施普查及测绘工作，摸清城市地下空间情况，建立地下空间设施数据库，将为地下空间的规划管理提供有效的依据，有利于合理开发和利用，防止重复开发和过度开发，更好地服务于城市建设与管理。此外，城市中常出现的水浸街、路塌地陷、交通拥堵等“城市病”，也促使我们需要积极开展地下空间设施的测绘普查，摸清现状数据。通过对现状数据进行分析，辅以规划设计和布局，从而及时发现和减少甚至避免此类城市病害的发生。因此，开展地下空间设施测绘普查项目已经越来越迫切。

从2012年起，广州市规划局主持开展“广州市城市规划地下空间设施的普查与测绘”项目，全面开始了广州市的城市地下空间设施的普查与测绘工作。

二、项目概述

此次广州市城市规划地下空间设施普查与测绘项目在国内属首次开展，没有多少成功的经验可借鉴。项目组前往重庆、昆明、天津等地进行调研，亦对广州市人防办、地铁公司、城建委等单位进行深入交流，对广州市地下空间进行实地调查，还收集了各类相关资料，进行了深入地研究，确定了项目的工作内容与工作思路。

1.项目工作内容

本项目的工作内容主要分为以下几方面:

1)测绘技术标准的建立:由于国家目前尚无现成的地下空间设施的普查测绘标准可供参考，因此编制《广州市城市规划地下空间设施普查与测绘技术规程》是本项目的首要任务。

2)地下空间设施的表达方式研究:研究借助样式、线型、颜色、符号、编码等方式实现地下空间要素的合理表达。表达方式研究要着力于地下空间设施的特点，既要考虑二维亦要兼顾三维，既要实现图面更要落实建库存储。

3)地下空间设施普查测绘的实施:由规划局主持，市城维费项目支持，全面实施现场调查测绘工作。

4)建设广州市城市规划地下空间设施数据库:选取合理适用的数据存储管理及维护平台，设计合理的数据库结构，使用安全高效的数据存取机制，制定相应的数据入库标准，选用Oracle数据库软件建立广州市城市规划地下空间设施数据库。

2.项目工作思路

项目整体工作思路是:调查研究→试验区→标准建立→全面开展。具体到实际普查测绘工作时，分为以下几个步骤进行:

1)地下空间建筑识别:在现势性较强的基础地形图上通过识别地下空间建筑的出入口等方式在地形图上识别地下空间建筑。在内业识别的基础上进行外业巡视，补充遗漏的地下空间建筑。

2)收集资料:根据识别的地下空间建筑，收集与之相关的资料(包括放线测量资料、竣工验收测量资料、城市规划管理档案资料)，提取地下空间设施的属性信息，制作外业调查表及调查底图。

3)外业调查、测绘:开展测绘与普查，测绘地下空间设施的空间属性，调查核实并补充地下空间设施的其他属性。

4)资料整理及数据入库。

三、项目重点、难点与解决方案

1.测量技术标准的制定

通过开展普查与测绘的试验区工作、收集资料和总结以往工作经验、对国内外开展相关工作的单位进行调研等，进行《广州市城市规划地下空间设施普查与测绘技术规程》的编写工作，作为后续开展该项工作的技术依据。

地下空间普查测量主要包括地面控制测量、地下起始数据的传递、地下控制测量陀螺定向及地下非可触地下空间设施的探测等。其中地上部分与传统测量方法类似。联系测量和地下起算数据传递可采用联系三角形法、陀螺经纬仪和铅垂仪组合法、导线直接传递法及激光投点法。非可触地下空间设施的探测则可采用高密度电法、地质雷达等城市物探技术。研究这些方法在地下空间普查测量中的适用性、应用条件和数据处理方案，确定相应的精度指标与作业要求。

编写后的技术规程共分11部分:总则、术语、基本规定、地下空间资料收集、控制测量、地下空间数据采集、数据标准与成图、数据管理系统与建库、工程监理、成果归档与验收、附录等。这是国内首次系统建立的地下空间普查测绘技术规程，从普查作业、监理、建库、成图与验收归档全过程，均建立了相应的技术规定。

2.广州市城市规划地下空间设施的分类

城市地下空间设施是指建设在地下空间，为实现某种城市功能而规划建设的系统性设施。城市地下空间以其功能及功能主特征为分类依据，分类对象包括商业、工业、居住、交通、民防和其他用途的各种建(构)筑物设施和电力、通信、给水、排水、燃气等各类地下管线设施。按照城市地下空间设施的功能，采用线分类法将广州市城市规划地下空间设施分类，如图1所示。

图1 广州市城市规划地下空间设施分类体系

由于广州市已全面开展了地下管线普查工作，基础类的设施调查起来可操作性不强，因此本项目所关注的地下空间设施仅指地下建(构)筑物设施。

3.地下空间设施的表达

地下空间设施的表达分为3方面内容:一是属性定义，建立数据库，为成果数据的长期保存与智能管理提供基础;二是图面表达，建立特色的地下空间设施平面图例，扩大地下空间设施资料的应用范围;三是由于计算机系统与三维技术的进展，地下空间设施的三维表达已成最新需求，可为管理者、规划者提供直观可靠的展示手段。

(1)地下空间设施的属性定义及数据库建立

地下空间设施的属性可分为基本属性和附加属性。基本属性是指所有地下空间设施均有的属性，所有设施均需提供其基本属性，包括设施标识码、设施代码、流水号、所在图幅号、名称、权属部门、主管部门、所在道路、位置描述、行政区、建成时间、测绘普查时间、入库时间、更新时间、坐标、净空高等信息。附加属性是根据行业特点和专业需要增加或减少的属性项，如地下商场的面积、地下停车场的车位数、交通道路的宽度长度等。

地下空间设施的属性信息可以通过以下方式获得:

1)程序自动或统一赋值:如ID号、地建标识码、序列号、图幅号、行政区、普查单位、普查时间、入库时间和更新时间等。

2)通过城市规划管理资料(放线资料、竣工验收资料、城建档案资料)提取。在城市规划管理资料中可提取的属性有:地下空间建筑的外轮廓线、权属部门、所在道路、地址描述、地面关联物、中心点坐标、出入口最大地面高程、建筑规模、出入口数、建成时间等属性。

3)通过测量获得:需要通过测量获取的属性主要是地下空间设施的空间位置属性，如坐标、高程、宽度、净空等。

4)通过数据的加工整理获得:如地下空间建筑的建筑面积、地下空间道路的长度等属性项。

本项目采集获取了充足的地下空间设施属性信息，建立了广州市城市规划地下空间设施数据库，可为规划管理提供数据信息。

(2)地下空间设施的图面表达

地下空间设施普查测绘的成果图名称为《广州市地下空间设施平面图》，按1∶500地形图的标准进行分幅，图号在原图号前加“U”，如 U28-38-1(1)。当存在多层地下室、地下停车场或多层地铁站等，在地下空间设施平面图上，仅表示地下室、停车场或地铁站的外轮廓线，多层外轮廓线范围不一致的，按实测范围分别表达，在每个外轮廓线上注记层数(如 U1、U2、U3分别表示地下负一、二、三层);多层外轮廓线范围一致的，仅表示地下负一层的外轮廓线，但在层数字段中，以属性的方式进行表示(如U1、U2表示地下两层)。

对于地下空间设施分布复杂或多层地下空间的(如上述的多层地下室或停车场等)，在地下空间设施平面图(仅表示外轮廓线)表达的基础上，可采用分层平面图进行表达，分层平面图宜按地下公共服务设施、地下工业及仓储设施、地下防灾减灾设施、地下交通设施、地下居住设施、地下基础及其它设施进行功能分区，可详细表示各地物要素，地物取舍可参考1∶500地形图表示。

为突出表示地下空间设施要素，地下空间设施平面图均为彩色图，地下空间设施要素用彩色表示，相应图幅号的地面地形图及地面地形地物要素可采用灰色，适当化简后以背景图层显示。地面要素进行简化表示。

(3)地下空间设施的三维显示系统

三维显示是城市地形资料管理的必备手段，由于地下空间设施的特殊性，二维表示有一定的局限性，三维显示管理就显得尤为重要。

本项目由广州市城规院主持开发了地下空间二三维显示系统，实现了二三维一体化。主要采用对功能进行服务式封装来实现，通过ArcSDE API进行接口封装，实现二、三维一体化分析。

①三维城市模型限时自适应可视化方法

针对三维城市模型的在线实时可视化应用，提出了一种限时自适应可视化的技术框架，重点分析其中严重影响绘制帧率的数据装载和绘制两个阶段的相关因素，并建立一种定量化的时间估计模型，根据硬件条件和数据处理内容，对每一帧中绘制场景内容所需要的时间进行准确预测，为自适应调节数据装载和绘制过程提供依据;提出了模型可视性的概念，并将其与现有对象重要性计算因子结合使用，以实现在时间受限的情况下尽可能保持最重要的对象细节;提出了限时自适应LOD选择算法，根据对象的绘制时间估计和重要性计算结果，为每个模型选择合适的LOD层次以使总绘制时间不超出预算。

通过三维城市模型限时自适应可视化方法，提高了三维场景浏览的帧速率，并且在同一个视点，场景加载范围大大增强。如图2所示为当前视点加载的地上三维模型、地下管线、地下建构筑物模型，可达到了22 fps以上的帧速率。

②地上地下场景的平滑过渡浏览技术

针对地上、地下两个空间区域，传统的三维信息软件一般通过切换空间的方法分别表达地上和地下两个空间，无法对地上地下空间对象一体化的表达。并且在地下空间中由于存在构筑物、地质空间等多类空间实体，需要更灵活的视角自由度才能更顺畅地操作地下三维空间。在本项目三维系统中设立了多个层级的参考面，通过射线法判断三维空间位置关系，自动切换不同的参考面，同时自动切换视点并且平滑视点切换的过程(如图3所示)。