基于EPS和ArcGIS的城市更新作业系统设计与实现

林腾辉，易 鹏

（1.广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060；2.广东省城市感知与监测预警企业重点实验室，广东 广州 510060）

随着我国大城市开发的日趋饱和，存量土地的改造和提升迫在眉睫，房地产行业逐渐由增量时代走向存量时代，轰轰烈烈的城市更新浪潮席卷全国。随着城市更新政策的逐步完善，粤港澳大湾区各城市的城市更新进程明显加快[1]，为了盘活利用闲置土地和低效用地、助力粤港澳大湾区建设世界级城市群，近年来广州的城市更新工作进程加速推进，计划3年内推进83个旧村改造，5年内推进183个旧村改造，10年内共计推进400个村全面改造。

传统的城市更新房屋调查作业模式是外业逐栋调查，对于一个村几千栋房屋的体量，都需要几个月才能完成，且数据零散，大部分工作由人工处理，后期数据管理和统计根本无法在短时间内响应。房屋数据不仅在城市更新项目中工作量占比最大，而且也是重中之重[2]，传统作业方式效率低、成本高，严重制约了城市发展进程，因此急需一种新的作业方法来获取房屋信息数据，提高效率、降低成本，为粤港澳大湾区城市建设助力。

1 城市更新作业系统总体思路

城市更新数据调查中最重要的是房屋数据采集和分析处理。本文综合利用无人机和机载LiDAR技术实现了房屋现状数据的快速采集，再通过处理获取的高分辨率正射影像图、点云数据、三维模型，以三维测图的方式形成了最新的基础地理信息数据。

基础地理信息数据类型多样且零散，空间关系复杂，处理工作量大，且在城市更新房屋数据调查中需获取权属数据、地籍数据、二调数据等多种信息数据，本文通过二次开发建立了数据处理、分析与管理的作业系统，通过对多源数据的融合与分析，实现了房屋信息提取、建筑面积自动计算统计、成果报表自动生成等功能。具体技术路线如图1所示。

图1 技术路线图

2 基于无人机技术和机载LiDAR技术的基础数据采集

本文以花都区“杨屋村”城市更新项目为例，占地面积约为5.5 km2，地面要素主要为厂房、商业区、城市居民区等。项目采用哈瓦电动四轴八旋翼无人机（RTK双电版）进行倾斜航空摄影；利用GNSS控制点测量的方式多次测量像控点，并取平均值；利用ContextCapture Center软件完成空三加密计算与优化，优化精度至1/3像素；通过划分模型网格，最终获得分辨率为0.03 m的高精度正射影像图、点云数据、DSM、实景三维模型等成果（图2）。

图2 正射影像图与实景三维模型

利用高精度DOM和DSM数据进行地形变化检测，可作为入户测量底图，协助城市更新过程中旧村违章建筑的有效监管；实景三维立体模型可辅助入户测量，同时基于EPS三维裸眼测图系统可实现地形地貌、建筑物的内业采集，协助制图和房屋测绘。利用无人机倾斜摄影测量技术构建一体化处理流程，可快速获取实景三维模型等基础地理信息数据。

3 基于EPS平台的多源数据综合处理系统

EPS平台从GIS应用的角度构建数据模型，综合CAD技术与GIS技术，以数据库为核心，将图形和属性关联为一体，支持多种基础编程语言的二次开发，主要实现EPS平台数据整理、数据转换等任务。使用者可根据集成命令、语言规则、函数等方便快捷地实现图形坐标变换、数据入库、实际图形处理等应用[3]。本文根据EPS平台在二次开发、数据转换、分析等方面的功能特点，最终选择依托EPS二次开发环境，实现了城市更新房屋数据自动化处理模块。多源数据处理系统可实现房屋的自动构面处理，结构层数、权属信息等的自动提取，可根据宗地范围实现房屋的自动编号和属性字段的完整性检查。EPS平台多源数据综合处理成果如图3所示。

图3 EPS平台多源数据综合处理成果示例

为解决项目数据转换问题以及后期能与数据库系统建立联系，本文通过在EPS地理信息工作平台创建项目数据属性模板建立信息映射关系，在转换过程中创建属性表储存外部信息，最终实现了数据全要素转换[4]。

4 基于ArcGIS平台的房屋数据库管理系统

考虑到数据分析和建库的需要，需设计一个Arc-GIS二次开发的数据库管理平台。针对海量的基础房屋数据，构建数据库对基础数据进行管理，是最高效的处理方式。本文首先利用综合处理系统获取MDB房屋库[5]；然后在开发的数据库平台中创建城市更新数据库，导入MDB房屋库；再通过转换和处理生成标准城市更新数据库[6]；最后对房屋数据进行分析计算、统计管理。ArcGIS平台数据库管理系统如图4所示。

图4 ArcGIS平台数据库管理系统界面

本文建立了功能齐全的分析统计系统，同时具有严密规范的房屋面积计算规则，实现了成果的自动分析与输出；可根据需求对数据进行定制查询、常规查询和空间查询，并可对查询结果进行批量修改；“分级分类”功能可自定义分类方式，分别导出统计表格；“可计计算”功能可按相关计算规则计算房屋复建量，作为方案设计的重要依据之一；“重新分类”功能可在修改数据库数据后自动对房屋统计数据进行重新分类；“标准统计”功能可根据设置的模板表格一键生成统计表；“导出表格”功能可导出房屋所有相关数据的明细表（图5）。

图5 数据库处理平台分析统计窗口

5 应用分析

5.1 系统作业效率分析

传统作业方式需要外业逐栋调查并人工绘制房屋轮廓和录入属性信息，而本文采用的作业方式效率高，案例项目的实际外业时长由原来预计的3个月缩短到1个月左右，除个别特殊情况需单独调查外，其他均能在室内完成。为了尽量体现系统程序运行时间的可比性，安排在性能中等、相同运行环境同一台电脑上运行，结果如表1所示，可以看出，随着房屋数量的增加，程序运行时间也成倍增加，但总运行效率仍不低；在实际操作过程中，可通过将房屋数量偏大的数据分开处理的方式来提高效率。在内业处理方面，以小样本的作业和数据分析为例，两种方式的效率对比结果如表2所示，可以看出，该系统效率可比传统作业方式提高1倍以上。

表1 快速获取方法的程序运行时间统计表

表2 与传统作业方式的效率对比（小样本）

5.2 数据精度分析

本文以采用人工方式的计算结果为真值，将城市更新作业系统得出的数据与真值进行对比，得到系统处理的数据精度。本次样本选取46栋具有代表性的较复杂的房屋（表3），人工计算得到的建基面积为24 429.02 m2，建筑面积为65 531.08 m2，对比发现面积误差比例分别为-0.001 2%和-0.003 1%，说明系统具有很高的计算精度。

表3 两种作业方式的面积对比（小样本）

6 结语

本文从国家发展建设需求出发，利用无人机和机载LiDAR技术获取数据，通过在EPS平台和ArcGIS平台上进行系统开发，建立了城市更新作业系统。该系统实用性强、成果精度高，在提高作业效率、降低成本方面发挥着极大作用，具有不错的经济效应。