徐東風，高俊強，謝文國

（南京工業(yè)大學 測繪學院，江蘇 南京210000）

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市土地可利用資源越來越少，地下空間的開發(fā)利用已成為人類生活空間的新拓展，地下空間開發(fā)利用和管理越來越重要。同時，城市地下空間是智慧城市的基礎(chǔ)和重要組成部分，是現(xiàn)代化城市高效、高速運轉(zhuǎn)的基本保證。本文主要對常州市武進區(qū)地下空間的測量方法、地下空間要素分類及編碼方法進行論述，對地下空間要素表達以及最終成果入庫進行探索研究，實現(xiàn)地下工程空間信息的入庫統(tǒng)一化管理，為以后城市發(fā)展軌道交通，或其它地下工程提供可靠、系統(tǒng)的地下空間數(shù)據(jù)。

1 常州市武進區(qū)地下空間數(shù)據(jù)采集流程

武進城區(qū)地下空間數(shù)據(jù)測繪項目主要采用全野外數(shù)字化法進行成圖，主要包括地下建（構(gòu)）筑物的測繪定位、屬性調(diào)查、地下建（構(gòu)）筑物的數(shù)字化與數(shù)據(jù)入庫等工作。具體測繪技術(shù)流程如圖1所示。

2 地下空間數(shù)據(jù)分類與編碼

2.1 分類編碼原則

建立空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)就是對地下空間要素進行分類和編碼，這直接影響到系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的組織、采集、存取、編輯和使用等方面，更影響到數(shù)據(jù)的共享和交換，必須標準、規(guī)范、合理。要素分類既能反映要素的類型特征，又能反映要素的屬性、要素間相互關(guān)系，具有完整性，數(shù)據(jù)標準在要素的擴展信息上要具有可擴展項。

2.2 編碼方式

武進區(qū)地下空間數(shù)據(jù)測繪涉及的地下建（構(gòu)）筑物設(shè)施代碼為層次碼結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)編碼方法根據(jù)地下空間的類別、實際需求進行編碼，由阿拉伯數(shù)字加上層數(shù)附加碼表示。地下建（構(gòu)）筑物的信息代碼結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 地下空間作業(yè)流程

圖2 地下建（構(gòu)）筑物信息的代碼結(jié)構(gòu)示意圖

1）第一層為“設(shè)施功能代碼“，完全按照國家標準《城市地下空間設(shè)施分類與代碼》，用于標識城市地下空間設(shè)施主要功能，取值如表1所示。

表1 城市地下空間設(shè)施功能分類代碼表

2）第二層為“功能主特征代碼”，作為上位類“設(shè)施功能代碼”的細分，用于標識“設(shè)施功能”的最主要特征，取值范圍為01～99；

3）第三層為“設(shè)施實體類代碼”，用于標識城市地下空間某種設(shè)施功能相對應(yīng)的設(shè)施實體分類，取值范圍為01～99；

4）第四層為“要素碼”，用于標識地下空間設(shè)施內(nèi)部各類通用地理信息的要素，設(shè)定通用的地下空間內(nèi)部地理信息要素不按照設(shè)施功能類別進行分類，第一層至第三層代碼補“00”；第四層要素碼取值“00”時為標識地下空間總范圍線要素，取值“01”時為標識地下空間層次范圍線要素（見表2）。

表2 要素碼分類代碼表

3 地下空間數(shù)據(jù)采集測量方法及技術(shù)要求

3.1 數(shù)據(jù)采集方法

采集地下空間數(shù)據(jù)信息，在精度允許的情況下，一般可采用內(nèi)業(yè)數(shù)字化與實測相結(jié)合以及外業(yè)全實測兩種方法。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)字化與實測相結(jié)合

根據(jù)已有的控制資料，測區(qū)內(nèi)有部分地下建（構(gòu)）筑物建筑施工設(shè)計圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計圖、竣工圖等。實地調(diào)查地下空間實際情形與竣工圖件是否相符，在竣工后是否進行了重建、裝修、翻新等改造。經(jīng)過大量實地調(diào)查，新建的地下空間項目竣工圖比較準確，很少有變動，但較早的一些地下空間項目變化較大，有很多人為的后期改造。在確認竣工圖件與實地情形一致后，即進入內(nèi)業(yè)矢量化階段。矢量化階段主要是為了確定地下空間要素的幾何形狀與相對位置，獲取地下空間平面矢量圖。具體內(nèi)容包含:圖件掃描、幾何糾正、要素矢量化。在考慮圖件伸縮、卷曲，甚至折疊、褶皺等形變的前提下，竣工圖件的幾何糾正宜采用仿射變換模型。

對已經(jīng)矢量化的圖紙進行配準，確定圖紙的地下空間所在的絕對位置，在搜集到的工程竣工圖件中包含總平面圖的情況下，可根據(jù)圖上標注的控制點坐標，對總平面圖進行坐標轉(zhuǎn)換，然后將地下空間平面矢量圖上建構(gòu)筑物的外輪廓線、總平面圖上相應(yīng)的地表建（構(gòu)）筑物的輪廓線進行對比，根據(jù)同名點完成配準。當沒有總平面圖，沒有已知坐標時，要通過實測來確定地下空間平面矢量圖的具體位置，實測只需要選取一些可供定位的特征要素進行，比如采集部分特征點平面坐標、相對間距、分層上頂面（下底面）高程等。因為實測只能測到地下建筑的內(nèi)墻面，所以要考慮到地下建筑的墻厚。

3.3 外業(yè)全實測

外業(yè)全實測主要分為:地上平面控制測量，地上高層控制測量，地下平面控制測量，地下高層控制測量，地下碎步測量。

地面控制測量在城市控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上加密控制點，在地下空間入口處附近開闊地區(qū)，采用了CZCORS－RTK的方式進行首級控制點的布設(shè)與觀測。地面平面控制施測的精度為二級，當?shù)孛嫫矫婵刂泣c測量采用CZCORS－RTK方式時，RTK平面測量技術(shù)指標符合表3的規(guī)定。

表3 CZCORS－RTK主要技術(shù)指標

地面高程控制點與平面控制點共點使用，高程測量采用四等水準測量方式。水準測量數(shù)據(jù)檢查無誤后進行平差計算，確保最弱點相對于起算點的高程中誤差不大于2cm。

地下空間、地下平面控制測量根據(jù)地下建筑物的布局布設(shè)成閉合導(dǎo)線、附合導(dǎo)線或支導(dǎo)線。地下導(dǎo)線測量的技術(shù)指標符合表4的規(guī)定。

表4 圖根導(dǎo)線測量技術(shù)指標

由于幾何水準測量在高程測量中具有其獨特的高精度優(yōu)勢，因此，地下高程控制測量應(yīng)盡可能采用幾何水準，而三角高程測量是在平面控制點的基礎(chǔ)上布設(shè)三角高程網(wǎng)或高程導(dǎo)線。

碎步測量主要在地下，地下很多地方比較昏暗，光線不是很好，為了達到精度選用2″級帶極光和無棱鏡模式的全站儀進行觀測，以減少由于光線不好帶來的麻煩。

3.4 技術(shù)要求

成圖規(guī)格:以單位地下空間實體為對象成圖，比例尺為1∶500，DLG圖形文件采用CAD的AutoCAD 2000格式保存，采用 Oracle Spatial進行數(shù)據(jù)組織與存儲。成果精度要求如表5所示。

表5 地下空間建（構(gòu)）筑物測繪精度要求

最大誤差為上述誤差的兩倍，對于表5要求的精度，以上介紹的測量方法用2″級全站儀都可以達到，但對于比較陳舊的地下空間（建筑物），作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜的，地下導(dǎo)線測量需用豎井聯(lián)系測量或其他特殊測量方法才能保證精度。還有一些地下空間工程很難到達現(xiàn)場的，比如較隱蔽的人防工程，測繪的難度較大，需要用軸線數(shù)據(jù)數(shù)字化處理后，然后通過現(xiàn)場驗證來檢查，保證測量需要的精度。

4 地下空間數(shù)據(jù)入庫

地下空間數(shù)字化輸入的主要目的是將外業(yè)測繪、調(diào)查的原始數(shù)據(jù)資料進行編輯、整理、檢查，形成準確、完整的DWG格式數(shù)據(jù)成果，再進行入庫。該數(shù)據(jù)是構(gòu)建地下空間數(shù)據(jù)庫的直接數(shù)據(jù)源。

地下空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)是以DWG格式的地下空間數(shù)據(jù)成果圖作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，經(jīng)過整理、編輯、拓撲等步驟，以ArcGIS為入庫平臺。通過ArcSDE工具將圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)根據(jù)關(guān)聯(lián)信息導(dǎo)入Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫。具體流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)入庫基本流程

系統(tǒng)數(shù)據(jù)成圖編輯軟件要求實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集整理、入庫等功能，其主要內(nèi)容包括:碎部點坐標計算與展繪成圖、數(shù)據(jù)編輯、拓撲處理、符號化（包含點、線、面符號化）、屬性錄入、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、數(shù)據(jù)入庫。

數(shù)據(jù)質(zhì)檢過程中，對數(shù)據(jù)質(zhì)檢項目比較多，如邏輯錯誤、屬性錯誤、面狀區(qū)域不閉合、無屬性線條存在等，如果采用一鍵質(zhì)檢圖形大的時候不僅要花費大量時間，而且經(jīng)常會導(dǎo)致死機。所以一般采取一項一項的質(zhì)檢方法，但這樣步驟繁瑣。把地下空間圖形分塊進行一鍵質(zhì)檢，要求內(nèi)業(yè)圖形完成后進行purge命令，把沒用的圖層清除掉，減少圖形中垃圾圖層，這樣才能快速有效地進行質(zhì)檢，但對大圖整體快速一鍵質(zhì)檢的功能還沒有達到，需要對系統(tǒng)進一步完善。

5 新技術(shù)的推廣和在工程實例中的應(yīng)用

武進區(qū)人民法院地下空間項目，采用了目前最為先進的激光三維掃描儀技術(shù)對部分地下空間進行測量，對建（構(gòu)）筑物進行360°的全景掃描，獲取點云數(shù)據(jù)，經(jīng)軟件自動匹配、成圖后，再生產(chǎn)地下空間專題圖。三維掃描點云配準主要采用基于特征的配準，基于特征的配準是指利用從點云中提取的幾何特征，如角點、邊緣、面等特征。這種方法的精度主要取決于特征點的實測精度和特征點提取精度。所以只要實測圖中特征點精度符合技術(shù)要求，保證提取精度，配準精度就有保障，可以達到技術(shù)要求的精度。工程實踐表明三維激光掃描系統(tǒng)具有速度快、精度高等優(yōu)點。圖4、圖5為對武進區(qū)人民法院進行三維激光掃描及數(shù)據(jù)處理得到的效果圖。

圖4 武進區(qū)人民法院掃尾激光掃面圖

圖5 武進區(qū)人民法院掃尾激光掃面圖

6 結(jié)束語

本文通過對常州武進區(qū)地下空間項目的測量、編碼、成圖、入庫以及普查測繪工作方法的介紹，說明城市地下空間信息的主要采集方法，以及城市地下空間信息對城市發(fā)展的重要性，結(jié)合實際工程項目，運用三維激光掃技術(shù)對武進區(qū)地下空間項目進行測繪，通過實例看出三維激光掃描儀在對地下空間測繪時，具有精度高、速度快等優(yōu)點。城市地下空間信息的系統(tǒng)化、統(tǒng)一化、智能化的管理不僅可以為地下空間的規(guī)劃設(shè)計和管理提供有效的數(shù)據(jù)支撐，更有利于地下空間的合理開發(fā)和利用，對提升城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理水平有著重要意義。

［1］ 郭嵐，陳迅，楊永崇.地下建筑物三維測繪技術(shù)初探［J］.測繪通報，2014（2）:87－89.

［2］ 黎樹禧，喻永平.廣州城市地下空間測量技術(shù)研究［J］.測繪通報，2011（9）:45－47.

［3］ 王紅新.廣州市城市地下空間設(shè)施普查及測繪技術(shù)應(yīng)用與實踐［J］.工程勘察，2014（5）:63－67.

［4］ 顧衛(wèi)鋒，唐杭.上海城市地下空間調(diào)查數(shù)據(jù)采集方法與精度研究［J］.上海國土資源，2014（2）:74－78.

［5］ 劉海飛，楊敏華，車建仁.地下空間中測繪技術(shù)的探討［J］.測繪與空間地理信息，2013（36）:16－21.

［6］ 吳素芝，楊衛(wèi)軍，郭亮.地下空間綜合管理信息平臺建設(shè)的探究［J］.測繪通報，2013（8）:99－102.

［7］ 官云蘭，程效軍，張明，等.三維激光掃描數(shù)據(jù)配準方法［J］.工程勘察，2008（1）:53－57.

［8］ 鄧洪亮，付思遠，高文學.隧道三維點云施工監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2014（51）:199－203.

［9］ 趙奎濤，胡克，賈曉晴.城市地下空間的屬性與權(quán)屬討論［J］.地下空間與工程學報，2008（1）:222－225.

［10］于明旭，紀志浩，黃國斌.地面激光掃描和數(shù)碼相機在化石重建中的應(yīng)用［J］.交通科技與經(jīng)濟，2013，15（4）:124－126.

［11］曹先革，楊金玲，司海燕，等.地面三維激光掃描點云數(shù)據(jù)精度影響因素及控制措施［J］.測繪工程，2014，23（12）:5－7.

［12］馬雷雷，杜澤欣，連世偉，等.模板樞動的城市地下管線出圖研究［J］.測繪工程，2015，24（1）:73－77.