城市地下空间是城市地面空间的重要补充, 地下空间设施随着城市发展增长迅速, 具有多样化、深度化和复杂化特征。目前, 我国大部分城市对地下空间开发利用基本现状掌握不足。尤其是对早期建设的地下空间开发利用情况缺乏掌握。此外, 数据共享不足、统计口径、标准不一致以及智能化综合管理系统建设等问题^[1]。为满足建设宜居城市、智慧城市, 2016年住建部发布《城市地下空间开发利用“十三五”规划》, 文件要求各地开展地下空间普查, 推进城市地下空间综合管理信息系统建设。近年来, 广州等多个城市相继开展了地下空间设施信息普查的相关工作^[2-4]。

本文以广州市为例, 论述了地下空间设施信息采集与管理的实践和方法, 为地下空间基础信息普查提供借鉴。

1 地下空间设施信息采集

依据国家《城市地下空间设施分类与代码》, 结合广州市地下空间的实际情况, 制定了地下空间的分类, 地下空间设施由地下空间常规建筑、地下轨道交通车站、地下车人行通道建筑、人防建筑和综合管廊建筑等组成。地下空间设施的信息信息采集包括地下空间资料收集和测量。

地下空间资料收集是指对地下公共服务设施、地下生产设施、地下防灾减灾设施、地下交通设施、地下居住设施等各种城市地下空间设施空间位置及属性资料的收集、分类、整理^[5]。精度高的地下空间设施资料可以直接采用, 并在普查前转化成数字化地形图或者正射影像图。

利用专用的测量仪器进行地下空间设施数据进行采集, 采集的数据主要包括三维空间数据以及属性信息。测量信息采集的主要内容包括地面控制测量、联系测量、地下控制测量、信息采集以及已有资料的数据验证等, 如图 1所示。

2 地下空间信息数据建库

数据库是地下空间设施系统建设的基础。采用ArcSDE和Oracle数据库管理系统存储和管理多种地下空间信息数据, 选用GeoDatabase地理信息数据模型进行数据库设计。主要包括数据处理、数据质量控制及整合建库等工作。同时, 还涉及三维模型数据库设计。此外, 还需完成了符号库建设和编码设计等工作。为了在空间查询和空间分析中能快速查询到三维空间对象, 需建立高效的空间数据索引机制, 可以选择具有灵活性很强的R树系列进行平台建设^[6]。

2.1 数据处理

地下空间设施的要素类型分为点、线、面三类。地下空间设施的分类编码如图 2所示。空间数据的入库前处理主要包括碎步点坐标计算和成图、数据编辑、属性录入、拓扑处理、符号化。

空间对象由空间数据和属性数据组成, 空间数据确定空间位置, 空间位置与属性数据是一对一或一对多的关系。空间对象坐标编辑为空间数据组织。地下空间设施属性包含基本属性和附加属性。所有设施均需提供名称、性质(用途)、位置信息、空间高度及出入口、层数等基本属性。附加属性根据需要增减属性项, 如地下商场面积、车库数量等。

空间拓扑关系由空间层(如地下一层、地下二层)和要素层(如地下公共服务设施层、地下工业及仓储设施层)表示, 空间层的数据在平面图形上高度叠加, 要素层与空间层都要保留, 不能更改名称。简单的空间信息拓扑关系可通过几何数据计算构建, 对于复杂的空间关系构建拓扑关系比较费力, 如果在前期设计时明且拓扑关系作为依据, 那么可以有效降低后期计算的复杂度和计算成本。

地下空间颜色填充按照地下深度由浅到深, 用实线绘制地下空间最大范围面。重叠层填充最上层颜色, 其他层填充其对应层颜色; 重叠层数用边线内推虚线表示, 分间关系用虚线表示。最大范围线和分间虚线采用最深层颜色。内推虚线使用相应空间边线颜色。

重叠地下空间其层数标注规则为“最浅层-最深层”, 例如“U₁-U₆”表示从负一层到负六层, 如图 3所示。

对于多层的地下空间设施, 需要标注每一层的设施性质, 其标注规则为“地下空间分层注记+设施性质符号”, 地下空间分层注记的排列顺序按楼层的绝对高程由高往低进行排序。

2.2 质量控制及数据建库

为了对地下空间数据成果进行一体化处理, 基于全息测绘软件(EPSW软件)建立地下空间设施成图与动态更新一体化管理系统。当外业工作结束, 应进行数据质量检查, 地下空间设施入库的数据质量除应符合相关规范外, 还应符合下列要求:①几何精度应符合现行行业标准城市测量规范及城市地下空间设施普查及测绘技术规程的相应要求; ②属性精度应符合下列要求:要素的分类编码应正确, 要素的属性项及属性值应完整正确。③逻辑一致性应符合下列要求:面状要素应闭合, 结点匹配应准确, 要素应具有唯一性, 几何类型和空间关系应正确。④完整性应符合下列要求:要素应全面完整符合规定的取舍要求, 要素的几何描述应完整, 数据的分层应正确不得有重复或遗漏, 注记应完整正确。

当地下空间信息经检查员检查无误后, 便可地下空间信息系统对数据进行自动化的全面检查, 以确保数据完全符合相关规范要求, 并自动生成地下管线MDB数据库, 再通过入库功能导人数据总库^[7]。

2.3 地下空间成果更新

数据更新包括图形数据、属性内容和元数据等信息的更新维护以及历史版本数据的管理。

1) 地下空间设施数据更新前应对数据合并处理, 包括新增、删除及替换地下空间设施点、线、面等操作。增加新建的地下空间设施信息, 删除消失的地下空间设施信息, 替换空间位置发生变化的地下空间设施信息。应保证更新后的新数据与周边数据的接边无缝、拓扑关系正确。

2) 属性数据应根据图形数据的变化联动更新, 元数据应根据地下空间设施数据库的变化同步更新。

3) 对数据合并处理的结果进行全数的质量检查, 并建立质量检查记录, 按年度提供质量报告。

4) 数据更新是将通过数据合并的新地下空间设施数据提交至地下空间设施现状数据库, 完成地下空间设施现状数据库的更新。

5) 更新数据前, 做好历史版本数据的备份工作, 根据需要建立相应的数据版本管理机制。

3 地下空间信息管理系统建设及应用 3.1 系统建设

全息测绘软件(EPSW)是信息采集及数据库管理、内业编辑、分析应用于一体的完全面向GIS数据管理系统。基于EPSW的地下空间设施信息管理^[8], 系统总体架构包含有基础设施层、地下空间信息层、数据管理层、公共服务平台及相关应用层^[9]。该系统建立在硬件、通信、网络的基础设施上, 采集录人各种类型空间信息数据, 并搭建各种数据检查与修复、数据入库、数据管理及分析、三维显示等信息应用功能, 实现了地下空间信息采集录入建库智能化、多维空间信息展示、多源数据融合一张图的技术创新^[10]。

3.2 应用实例

以广州市地下空间设施普查及测绘项目为例, 采用基于EPSW的地下空间信息管理系统进行数据管理。工作空间按建筑属性和类别两种结构进行组织, 包括开关控制、着色控制、图形联动、活动层锁定、分类统计、查看属性、实时联动与快速重建、按地建标识码排序显示等功能。

地下空间信息普查成果数据可出图显示, 设置界面和显示楼层分间线, 如图 4所示。地下空间信息普查成果数据可三维查看、立体显示, 三维与二维对比浏览, 如图 5所示。

4 结束语

城市地下空间信息对科学规划和开发地下空间及城市建设、管理和发展具有重要意义。地下空间普查获得城市地下空间设施全面而翔实的空间与属性信息。本文全面阐述了地下空间信息的采集、建库和管理系统建设的方法, 运用工程实例表明, 系统不仅实现了数据智能管理、多功能应用, 成果三维显示和信息提取的功能, 而且提高了海量数据的管理能力以及扩展了应用范围, 可对其他城市全面开展地下空间设施普查提供借鉴参考。