周圆心，何 静，徐 旸

（北京市地质调查研究院，北京 100195）

基于遥感影像的城市地下空间资源量估算方法

周圆心，何 静，徐 旸

（北京市地质调查研究院，北京 100195）

随着城市建设的发展，地下空间资源被广泛的用于城市交通、商业、仓储、防空等各个领域，为了合理利用和开发城市地下空间资源，在城市总体规划阶段，需要对城市地下空间已利用资源量情况进行一定程度的了解。本文以城市区域性地下空间资源量估算为例，通过高分辨率遥感影像提取建筑物高度，并根据高度数据推算建筑物对其地表以下影响深度，作为已利用（一般不再利用）资源量，按照不同深度进行统计，并将统计结果进行叠加分析，估算地下空间资源量，为总体规划提供数据支撑。在区域性总体规划数据精度要求下，该方式是一种节省人力、物力，缩短工作周期的行之有效的方法。

总体规划；地下空间；影响深度；资源量；叠加分析

0 前言

随着城市规模的不断扩大，土地资源越显珍贵，大型城市面临着人与环境协调与可持续发展的重大问题。城市地下空间的开发建设，是城市立体化发展、集约化发展的一种必然途径。目前在很大程度上，人类对于地下空间资源的开发和利用一直处于盲目和碎片式开发阶段，造成地下空间资源浪费、不合理布局以及资源开发时序混乱等问题（吴立新等，2007）。为了合理利用城市地下空间资源，近些年对地下空间利用在规划层面的协调与统一越来越受到管理部门的重视（邵继中等，2013）。

在城市中开展地下空间资源规划和建设，需要对已利用的地下空间资源进行了解，做到合理布局与开发。目前，关于已利用地下空间资源量研究方面，大多数学者均以资源质量评价为研究目标（吴立新等，2004；张平等，2012；郭超等，2014；王海刚等，2011；赵旭东等2014；吴文博，2012；田毅等，2012；贾世平等，2008）；也有部分学者开展具体的评价手段、技术方法研究（杨振舰，2012；顾卫锋等，2014；王佳婷，2015）；还有部分学者开展评价体系的研究（姜云等，2005）。但对于已利用资源量的调查研究很少，现在主要还是利用人工走访调研的形式，实地统计已利用资源量，存在人力成本高、时间周期长、调查数据存在误差等问题。

本文以地下建筑物影响深度为切入点，计算不同深度已利用（一般不再利用）地下空间资源量，综合叠加分析出可利用地下空间资源量，是一种有效的满足于城市总体规划数据精度要求下的地下空间资源量估算方法。

1 数据获取

1.1 建筑物高度

本次研究工作以遥感学为基础，采用基于高分辨率遥感影像的建筑物三维信息提取方法，提取建筑物高度数据，以矢量方式进行管理。

（1）建立二维矢量图层

二维矢量图层的建立，是用来辅助记录建筑物的高度数据。采用二维矢量图层数据，比一般的表格结构数据在空间展布上更为直观，便于数据的管理以及后期的分析工作。在二维矢量图层建立时，采用地块的概念，即建筑物高度差在一定范围的建筑统一划分到一个地块中，以地块为最小单元计算影像深度。与以建筑物边界为最小单元相比，最小计算单元数量少、道路等地物影像因素较小，适用于城市区域性地下空间已利用资源量估算，满足区域性总体规划的精度要求。

（2）提取高度数据

根据前人研究成果，利用高分辨率遥感影像进行建筑物三维信息提取的技术方法已经比较成熟，采用垂直于建筑物走向的阴影宽度计算建筑物高度的方法可行性强、精度较高。高度（H）计算公式如下：式中，M为建筑物阴影宽度，α为卫星高度角，β为太阳高度角，γ为太阳方位角与建筑方位角的差，δ为建筑方位角与卫星方位角的差（张桂芳，2004）。

H=M×sinαsinβ÷(sinα×cosβ×sinγ+cosα×sinβ×sinδ)

利用上述公式计算出建筑物高度，将高度数据录入到二维矢量图层中，完成建筑物高度的获取。

1.2 影响深度

建筑物的影响深度指建筑物使地基土原有的应力状态发生变化，在该深度内进行地下空间建设时可能会对地基产生影响，一般不进行地下空间建设的深度。建筑物的影响深度需要进行反复计算与总结统计，不同地区、不同统计方法所得结果也不同。本文数据以北京市地下空间资源调查评价及关键技术研究成果数据为基础，作为评价建筑物影响深度的依据。建筑物对地下空间影响深度分级见表1。

在建筑物高度数据的基础上，利用建筑物影响深度分级表，即可计算出建筑物的影响深度，将影响深度数据录入到二维矢量图层中，完成建筑物影响深度的获取。示例区建筑物影响深度分布图见图1。

表1 建筑物影响深度分级表Tab.1 Level table of building inf l uence depth

图1 示例地区建筑物影响深度分级图Fig.1 Level map of building inf l uence depth in the sample area

2 综合分析

2.1 已利用地下空间资源量统计

已利用地下空间资源量即地块面积与地块内建筑影响深度的乘积，需要进行统计计算。利用地理信息系统软件可以将已利用资源量进行统计，本文示例地区地块总面积共10km2，建筑物最大影响深度为45m，地下空间已用资源量共175.50km3（表2）。

表2 已利用地下空间资源量统计表Tab.2 Statistical table of underground space resources which have been use

2.2 叠加分析

完成已利用资源量统计后，需要对可利用资料量进行叠加分析计算。城市地下空间资源量在不同深度条件下，有不同的用途。在可利用资源量叠加分析时，需要考虑到这一点。本文以0～10m、10～30m、30～50m共3层为计算单元，开展叠加分析，计算可利用资源量。

0～10m地下空间可利用资源量叠加计算方法为0～10m总资源量扣除5m已利用资源量以及深度超过10m地下空间资源已利用的0～10m部分，计算公式如下：

式中：K为深度超过10m地下空间资源已利用的0～10m部分，S15为影响深度15m的地块面积，S25为影响深度25m的地块面积，S35为影响深度35m的地块面积，S45为影响深度45m的地块面积。

10～30m地下空间可利用资源量叠加计算方法为10～30m总资源量扣除影响深度超过10m地下空间资源已利用的10～30m部分。计算公式如下：

式中：L为深度超过10m地下空间资源已利用的10～30m部分，S为地块面积。

30～50m地下空间可利用资源量叠加计算方法为30～50m总资源量扣除深度超过30m地下空间资源已利用的30～50m部分。计算公式如下：

式中：P为深度超过10m地下空间资源已利用的30～50m部分，S35为影响深度35m的地块面积，S45为影响深度45m的地块面积。

通过上述方法，计算出0～10m地下空间可利用资源量为37.40km3；10～30m地下空间可利用资源量为121.65km3；30～50m地下空间可利用资源量为132.6km3；50m以深地下空间可利用资源量为165.45km3。

3 结论

城市地下空间资源量估算方法的基础是建筑物高度数据的获取，在此基础上可进行影响深度以及已利用地下空间的计算，从而叠加分析出可利用地下空间资源量，在资源量计算时划分出不同深度层次，按层次进行说明。本方法估算出的资源量适用于地下空间总体规划阶段数据精度需求，目的是对城市地下空间资源量进行初步的计算，为地下空间资源开发利用总体规划提供基础数据支撑。

需要说明的是，在地下空间资源开发利用详细规划阶段，特别是地下线性工程、地下建（构）筑物等选址规划工作，对地下空间资源量的计算应在本方法的基础上，考虑地上建筑物的桩基类型以及桩基影响深度、地下建筑的影响深度（一般不超过地上建筑物桩基影响深度）等，甚至还需考虑不同地质体、不同地质环境下的地上建筑影响深度的不同，进行更为深入的调查研究工作。

郭超，阎长虹，刘军熙，等，2014. 基于GIS的东营市浅层地下空间质量评估[J]. 工程地质学报，22(2)：334-340.

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Estimation Method of Urban Undergroup Space Resources Based on Remote
Sensing Images

ZHOU Yuanxin, HE Jing, XU Yang

(Beijing Institute of Geological Survey, Beijing, 100195)

With the development of urban construction, underground space resources are widely used in urban transportation, commerce, warehousing, air defense and other fields. In order to rationally utilize and develop the urban underground space resources, it needs to know about the amount of underground space resources that have been used in the overall planning stage of the city. In this paper, we take the estimation of the regional urban underground space resources as an example. By means of extracting the building height from high resolution remote sensing image, we calculate the influence depth of the building that below the surface according to the height of the building, and count the amount of resources that have been used and generally no longer be used according to the different depth. Taking overlay analysis to the statistical results, we calculate the amount of underground space resources for the overall planning. This is an effective method to save manpower and material resources, shorten the working period, and meet the requirements of the regional overall planning data accuracy.

Shallow geothermal energy; Thermal property; Test; Inf l uence factor

1007-1903（2017）03-0087-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.017

北京市地下空间资源调查评价及关键技术研究（PXM2016_158203_000007）

周圆心（1985- ），男，硕士，工程师，主要从事地下空间调查评价、三维地质建模与评价等。E-mail：86805428@qq.com。