申報單位:青島市勘察測繪研究院
聯(lián)合申報單位:
主要完成人:劉寶華、趙亞波、欒天、王勇、欒學(xué)科、韓磊
一、案例簡介
海洋是高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略要地,中國北斗的全面建成也為建設(shè)海洋強(qiáng)國提供了重要的時空定位基礎(chǔ)。為助推國家實景三維和新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè),落實《青島市“十四五”基礎(chǔ)測繪規(guī)劃》任務(wù)要求,同時為膠州灣的規(guī)劃、管理、保護(hù)和開發(fā)利用提供基礎(chǔ)測繪依據(jù),故開展陸海統(tǒng)一空間基準(zhǔn)下青島膠州灣區(qū)域陸海一體基礎(chǔ)地理實體生產(chǎn)項目。項目在陸海統(tǒng)一空間基準(zhǔn)下,基于北斗等多星座衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),綜合運用海陸空多源數(shù)據(jù)獲取手段,通過GNSS無驗潮、網(wǎng)絡(luò)RTK、GNSS高精度數(shù)據(jù)處理等技術(shù),進(jìn)行膠州灣海域及周邊陸域地理信息數(shù)據(jù)采集,同時研究了潮間帶無人化作業(yè)模式、水上水下一體化測量技術(shù)、以及基于潮汐特征分析的機(jī)載雷達(dá)大面積灘涂作業(yè)方法等。在此基礎(chǔ)上,創(chuàng)新了陸海地理實體分類體系,統(tǒng)一陸海數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建地理要素與地理實體的映射關(guān)系,開展1985國家高程基準(zhǔn)及理論最低潮面兩套垂直基準(zhǔn)的地理實體及數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn),并通過海域DEM、陸域?qū)嵕叭S、水下仿真模型等融合處理技術(shù),構(gòu)建陸海一體三維場景。
二、技術(shù)方案
項目首先收集測區(qū)周邊已有可利用資料,配置相應(yīng)作業(yè)人員、設(shè)備及作業(yè)船只,并對作業(yè)人員進(jìn)行了技術(shù)與安全保密相關(guān)培訓(xùn)交底,根據(jù)測區(qū)環(huán)境及作業(yè)手段特點將測區(qū)劃分為陸域、海域及陸海過渡區(qū)域。海域測量以GNSS-RTK方式為主進(jìn)行導(dǎo)航定位,以GNSS驗潮方式為主進(jìn)行水位控制,并根據(jù)測區(qū)實際踏勘情況合理布設(shè)驗潮站,作為補(bǔ)充及檢核數(shù)據(jù),深水區(qū)域采用多波束進(jìn)行測繪,淺水區(qū)域采用單波束進(jìn)行測繪;陸域測量小面積變化區(qū)域采用全野外數(shù)字測圖方法進(jìn)行測繪,大面積變化區(qū)域采用航測法進(jìn)行測繪,對無變化區(qū)域采用全野外方法進(jìn)行檢測;陸海過渡區(qū)域在低潮時利用無人機(jī)進(jìn)行測繪,大面積灘涂搭載激光掃描儀獲取激光點云,小面積灘涂或無灘的陡岸搭載傾斜航攝儀進(jìn)行傾斜攝影測量,利用無人船在高潮時對機(jī)載設(shè)備未獲取到的灘間河道及低洼區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充測繪,全部外業(yè)工作在1985國家高程基準(zhǔn)下開展。內(nèi)業(yè)利用EPS地理信息工作站對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖庫一體生產(chǎn),對編輯完成1985國家高程基準(zhǔn)基準(zhǔn)下的地形圖數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫進(jìn)行全面檢查,檢查合格后轉(zhuǎn)化生成深度基準(zhǔn)下的成果圖及數(shù)據(jù)庫,最后將兩套基準(zhǔn)成果按國家規(guī)范要求進(jìn)行分幅,生成DWG格式數(shù)據(jù)并輸出GDB數(shù)據(jù)庫文件。在項目成果數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上,按照《山東省自然資源廳關(guān)于印發(fā)山東省基礎(chǔ)地理實體數(shù)據(jù)庫省市縣協(xié)同更新管理暫行辦法》要求,采用iData 數(shù)據(jù)工廠完成本項目陸海一體基礎(chǔ)地理實體轉(zhuǎn)換生產(chǎn),地理實體分類與空間身份編碼按照山東省自然資源廳下發(fā)《新型基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品制作與服務(wù) 第一部分:基礎(chǔ)地理實體分類與空間身份編碼(試行)》執(zhí)行。通過大區(qū)域水下三維地形構(gòu)建和渲染,海水水面動態(tài)仿真等技術(shù)構(gòu)建海洋三維場景,實現(xiàn)二維向三維的轉(zhuǎn)變。利用“實景三維青島建設(shè)”和本項目現(xiàn)有數(shù)據(jù)成果,進(jìn)行實景三維模型成果與水深數(shù)據(jù)一體化融合,搭建陸海一體三維場景。
三、創(chuàng)新亮點
1)創(chuàng)新海岸帶工作模式,實現(xiàn)潮間帶無人化作業(yè)。根據(jù)膠州灣區(qū)域特點及各類數(shù)據(jù)采集裝備優(yōu)勢進(jìn)行測區(qū)劃分及作業(yè)程序設(shè)計,引入無人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)+傾斜攝影、無人船測深等技術(shù)手段,以無人化方式進(jìn)行了潮間帶數(shù)據(jù)采集,大幅提高效率并保障了人員安全。
2)優(yōu)化無人機(jī)載Lidar作業(yè)方案,實現(xiàn)潮間帶點云覆蓋范圍最大化。針對膠州灣周邊大潮低潮時間窗口短且多在夜間等問題,規(guī)劃無人機(jī)深夜作業(yè),突破空域與潮汐窗口限制,通過潮汐特征分析及多次實踐確定最優(yōu)方案,最大程度獲取了潮間帶點云數(shù)據(jù),點云覆蓋比預(yù)期擴(kuò)大了20k㎡。
3)多傳感器融合,實踐膠州灣跨海大橋水上水下一體化測繪。引入水上水下一體化測量系統(tǒng)、車載三維激光掃描等技術(shù)手段,首次完整采集了膠州灣跨海大橋水上水下點云,通過點云配準(zhǔn)算法并引入多特征點作為約束條件進(jìn)行點云融合,實現(xiàn)車載、船載激光點云及多波束測深點云等多源非結(jié)構(gòu)化點云的精確配準(zhǔn),該技術(shù)可應(yīng)用于其他海上建構(gòu)筑物的建模。4)多星座支持下,應(yīng)用多波束測深系統(tǒng)進(jìn)行沿海遠(yuǎn)距離高精度測深。應(yīng)用星站差分技術(shù),通過星基增強(qiáng)輔助多波束系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的導(dǎo)航定位,按不同截止高度角進(jìn)行噪聲抑制,提高PPK緊耦組合解算固定率,獲取更高精度的定位和姿態(tài)組合解。
5)創(chuàng)新陸海地理實體分類體系,統(tǒng)一陸海數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。研究建立了陸海一體地理實體分類,統(tǒng)一了海岸線、潮間帶等陸海結(jié)合區(qū)域數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),建立了基礎(chǔ)地理信息要素與地理實體之間的轉(zhuǎn)換映射關(guān)系,對陸海地理實體進(jìn)行了分類分級細(xì)化,并對項目成果數(shù)據(jù)進(jìn)行了實體轉(zhuǎn)換生產(chǎn)及組合實體構(gòu)建,生產(chǎn)陸海地理實體庫,助推新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)。
6)搭建陸海一體三維場景,助力實景三維中國建設(shè)。項目構(gòu)建了膠州灣海域DEM,將海域DEM與實景三維青島成果融合,形成滿足新型基礎(chǔ)測繪要求的水上實景三維+水下DEM成果,并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了水上實景三維模型+水下仿真模型的陸海一體地理場景,為實景三維中國建設(shè)向海延伸提供借鑒。
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