一城一北斗|膠州灣區(qū)域陸海一體基礎(chǔ)地理實體生產(chǎn)項目

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。