宋奇鴻，許智東

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

為推進生態(tài)文明建設(shè)，水利部于2014年～2015年期間，三次部署開展河湖管理范圍、水利工程管理與保護范圍的劃定，并明確到2020年基本完成劃定工作。廣州市積極響應(yīng)水利部要求，從2015年開始部署河湖水利劃界確權(quán)工作，歷時三年，完成了全市的河湖管理范圍、水利工程管理和保護范圍劃界確權(quán)工作實施方案，并組織編制了《廣州市河涌水系規(guī)劃》，劃定了全市 1 368條河涌藍線。[1]

天河區(qū)位于廣州市中心區(qū)東部，行政區(qū)域范圍 137 km2。全區(qū)河湖水系發(fā)達，主體包括41條河涌(含黃沙圍(天河段)堤防)，61宗人工湖塘壩，水域總面積約748公頃。由于《廣州市河涌水系規(guī)劃》與天河區(qū)現(xiàn)狀河涌、現(xiàn)行控規(guī)仍存有較多矛盾，為了推進天河區(qū)的河湖管理工作，特別是保障黑臭水體管理的盡快落實，迫切需要在區(qū)一級“結(jié)合水系、藍線、岸線規(guī)劃開展河湖管理范圍劃定工作”，對涉及水系藍線與控規(guī)導則的矛盾進行統(tǒng)一修正，確保同各規(guī)劃的有效銜接。

2 河湖水系的現(xiàn)狀測量

藍線，是指城市規(guī)劃確定的江、河、湖、庫、渠和濕地等城市地表水體保護和控制的地域界線[2]。為了充分協(xié)調(diào)水系藍線與城市總體規(guī)劃、控制性規(guī)劃的關(guān)系，處理好地面、地下水系與城市空間結(jié)構(gòu)、城市綠化景觀的關(guān)系，促進城市空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，藍線劃定應(yīng)準確測量天河區(qū)河湖水系現(xiàn)狀地形，并充分考慮水系自然走向、水涯線的范圍以及周邊建筑量?？傮w技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)方案

水系現(xiàn)狀測量主要是為獲取水域范圍、水利設(shè)施、地形地貌及周邊建筑等?？紤]部分河涌兩岸地形受限、建筑密集，采用無人機傾斜航攝和三維激光掃描空地融合的方式，實現(xiàn)地理信息采集。技術(shù)流程包括：控制測量(相控點測量)、激光掃描測量數(shù)據(jù)采集、掃描測量數(shù)據(jù)處理、無人機航攝、點云模型配準、點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)、特征點線提取、地形數(shù)據(jù)提取。

2.1 無人機航攝

采用大疆phantom4 pro無人機傾斜攝影，綜合考慮其續(xù)航時間和帶狀條件，由該無人機平臺搭載單鏡頭相機，設(shè)置井字形航線，分5個角度(正攝、前、后、左、右)進行多條航拍攝。航高和分辨率其關(guān)系如下式：

a×H=f×GSD

式中：H為攝影航高，單位為m；f為攝影鏡頭焦距，單位為mm；GSD為地面分辨率，單位為m；a為像元尺寸，單位為mm。為保障地面分辨率的同時，兼顧作業(yè)效率，根據(jù)廠家給出的經(jīng)驗公式，得出：GSD=H/36.5。因此，航高要求一般不超過 120 m，部分建筑高度較高情況下，為了作業(yè)的安全管理，航線高度不超過 200 m。航線高度設(shè)置如圖2所示。

圖2 航線高度設(shè)置

2.2 三維激光掃描

對于異形建筑、歷史建筑等復(fù)雜和重要建筑，采用Trimble SX10三維激光掃描儀采集密集區(qū)域點云數(shù)據(jù)，通過內(nèi)業(yè)處理，構(gòu)建三維模型及線、面、體等數(shù)據(jù)。Trimble SX10為集三維激光掃描儀、全站儀于一體的影像掃描儀(圖3)，可結(jié)合GNSS RTK事先測量控制點三維坐標，采用已知坐標點設(shè)置掃描方式，直接獲取地物點云的坐標，生成的點云數(shù)據(jù)則無須再逐站點云配準。通過將傾斜攝影影像、地面近景點云進行集成，使傾斜影像缺失的數(shù)據(jù)得到有效的補充，完成紋理映射、幾何變形修正等，再利用布爾運算直接在傾斜影像上進行交互式單體化建模，快速完成模型的構(gòu)建，自動檢索多角度影像，使得測圖和建模同步完成。其關(guān)鍵技術(shù)分成兩部分，一是影像空三測量的自動處理；二是數(shù)據(jù)的平差計算，通過人機交互方式根據(jù)一定的閾值，提取質(zhì)量較好的特征點，進行平差計算，減少像點誤差和平面控制誤差等。根據(jù)地形精度要求對點云、三維模型數(shù)據(jù)進行特征提取，再根據(jù)具體投影高程面選擇無透視水平投影，提取地形特征，生成地形數(shù)據(jù)。河涌點云數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖3 SX10三維激光掃描儀

圖4 河涌點云數(shù)據(jù)

3 “水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建”的藍線劃定

傳統(tǒng)的水系藍線主要是依據(jù)現(xiàn)狀河涌進行管理范圍劃定，而在水系周邊建筑現(xiàn)狀、系統(tǒng)影響城市發(fā)展等方面考慮甚少。打破傳統(tǒng)劃界思維，突破傳統(tǒng)河湖管理范圍劃界“以河論河”的局限，從水生態(tài)的總體層面進行思考，將傳統(tǒng)的“管理范圍劃界規(guī)劃”向“水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建”轉(zhuǎn)型，規(guī)劃構(gòu)筑天河區(qū)“1234”(一主、二片、三核、四縱)的水系布局[3～5]，如圖5所示。

圖5 天河區(qū)水系格局結(jié)構(gòu)圖

(1)一主：是指以車陂涌為骨干構(gòu)成的貫通天河區(qū)南北的主要軸線；

(2)二片：是指老城區(qū)和新城區(qū)兩個片區(qū)；

(3)三核：是指金融城、智慧城、漁沙坦片區(qū)的水循環(huán)核心；

(4)四縱：是指沙河涌、獵德涌、棠下涌、深涌四條骨干河涌。

基于此規(guī)劃理念轉(zhuǎn)型，構(gòu)建了5個層次的全過程情景規(guī)劃模型，從水系格局、排澇分區(qū)、水面規(guī)劃、水系分類、指標體系五個層面入手，自上而下、由宏觀到微觀，完善水生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建能夠保障城市防汛安全的河涌網(wǎng)絡(luò)，全面提升天河區(qū)的防洪排澇標準，進一步強化水安全。

4 規(guī)劃藍線的動態(tài)修正

規(guī)劃藍線劃定是一個計算、反饋、調(diào)整的過程，需要充分考慮到河湖水系的自然走向，與水系線、管理范圍線的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，并與現(xiàn)行控規(guī)進行對照銜接。如果涉及控規(guī)調(diào)整，還需要規(guī)劃部門、城管部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，最終劃定成果。采用嵌入式作業(yè)模式，在藍線劃定初步階段，即按照區(qū)域位置和建筑分類做好面積統(tǒng)計和數(shù)據(jù)整理工作，并基于清華山維EPS模板控制技術(shù)與模板映射機制完成模塊定制，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)處理、建筑物面積計算、建筑面積分類統(tǒng)計的一體化輸出，為規(guī)劃藍線的調(diào)整提供了地形數(shù)據(jù)和建筑體量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，輔助規(guī)劃藍線的動態(tài)修正。

4.1 房屋構(gòu)面與自動化檢查

建筑面積分類統(tǒng)計是規(guī)劃藍色進行動態(tài)修正的重要依據(jù)。水系現(xiàn)狀測量過程中，以初始規(guī)劃藍線方案為基礎(chǔ)，外擴 50 m劃定緩沖區(qū)范圍，避免后續(xù)因為藍線調(diào)整而導致數(shù)據(jù)范圍不足，而需要重新外業(yè)補測。測量數(shù)據(jù)通過自動搜索閉合面得到各房屋的分層構(gòu)面，并在房屋面內(nèi)再次搜索注記中心點，自動提取房屋結(jié)構(gòu)和層數(shù)等屬性信息，如圖6所示。由于在自動構(gòu)面和屬性提取的過程中，可能出現(xiàn)重復(fù)或遺漏構(gòu)面、中心屬性提取失敗等問題，通過組件開發(fā)，分色塊顯示迅速判斷問題所在的房屋并手動改正，有效完善自動化檢查和質(zhì)量控制過程，如圖7所示。

圖6 房屋構(gòu)面屬性獲取

圖7 自動化檢查

4.2 建筑面積分類統(tǒng)計輸出

上述得到目標范圍的房屋面數(shù)據(jù)后，將地理信息及建筑信息無損轉(zhuǎn)換至SHP格式，可以結(jié)合房屋面的空間位置屬性關(guān)系，人機交互方式的逐棟實現(xiàn)樓幢的地理關(guān)聯(lián)，得到單體建筑信息的有機整體。將初步確定的藍線成果導入ArcGIS環(huán)境中，選擇在藍線范圍內(nèi)或者壓蓋藍線的建筑元素，統(tǒng)計匯總和輸出建筑分類面積統(tǒng)計圖表(圖8)，結(jié)合規(guī)劃限制要求和實時政策要求，為規(guī)劃藍色的調(diào)整和修正提供準確的數(shù)據(jù)參考。

圖8 建筑分類與面積統(tǒng)計圖示意

5 結(jié) 語

由于城市水務(wù)行政管理部門一直以來都側(cè)重于河湖工程管理，導致水系空間數(shù)據(jù)和規(guī)劃數(shù)據(jù)的長期缺位或矛盾，濱水空間被城市建設(shè)侵占嚴重。水系藍線的有效劃定，可以重新構(gòu)建和轉(zhuǎn)型“水生態(tài)系統(tǒng)”，有助于后續(xù)的河涌管理工作，并最終形成“管控一致”的水系網(wǎng)絡(luò)。以廣州天河區(qū)為例，對天河區(qū)全域水系進行梳理，以水涯線、堤壩、涌岸綠化等敏感要素為基礎(chǔ)，充分顧及河湖現(xiàn)狀，設(shè)計藍線劃定方案，優(yōu)化水系布局結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)落實和解決了大量規(guī)劃需求和規(guī)劃矛盾，也為天河區(qū)的城市水務(wù)管理、規(guī)劃建設(shè)和環(huán)境安全提供了重要的技術(shù)支撐。