一城一北斗|膠州灣區域陸海一體基礎地理實體生產項目

申報單位：青島市勘察測繪研究院

聯合申報單位：

主要完成人：劉寶華、趙亞波、欒天、王勇、欒學科、韓磊

一、案例簡介

海洋是高質量發展的戰略要地，中國北斗的全面建成也為建設海洋強國提供了重要的時空定位基礎。為助推國家實景三維和新型基礎測繪體系建設，落實《青島市“十四五”基礎測繪規劃》任務要求，同時為膠州灣的規劃、管理、保護和開發利用提供基礎測繪依據，故開展陸海統一空間基準下青島膠州灣區域陸海一體基礎地理實體生產項目。項目在陸海統一空間基準下，基于北斗等多星座衛星導航系統，綜合運用海陸空多源數據獲取手段，通過GNSS無驗潮、網絡RTK、GNSS高精度數據處理等技術，進行膠州灣海域及周邊陸域地理信息數據采集，同時研究了潮間帶無人化作業模式、水上水下一體化測量技術、以及基于潮汐特征分析的機載雷達大面積灘涂作業方法等。在此基礎上，創新了陸海地理實體分類體系，統一陸海數據標準，構建地理要素與地理實體的映射關系，開展1985國家高程基準及理論最低潮面兩套垂直基準的地理實體及數據庫的生產，并通過海域DEM、陸域實景三維、水下仿真模型等融合處理技術，構建陸海一體三維場景。

二、技術方案

項目首先收集測區周邊已有可利用資料，配置相應作業人員、設備及作業船只，并對作業人員進行了技術與安全保密相關培訓交底，根據測區環境及作業手段特點將測區劃分為陸域、海域及陸海過渡區域。海域測量以GNSS-RTK方式為主進行導航定位，以GNSS驗潮方式為主進行水位控制，并根據測區實際踏勘情況合理布設驗潮站，作為補充及檢核數據，深水區域采用多波束進行測繪，淺水區域采用單波束進行測繪；陸域測量小面積變化區域采用全野外數字測圖方法進行測繪，大面積變化區域采用航測法進行測繪，對無變化區域采用全野外方法進行檢測；陸海過渡區域在低潮時利用無人機進行測繪，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行傾斜攝影測量，利用無人船在高潮時對機載設備未獲取到的灘間河道及低洼區域進行補充測繪，全部外業工作在1985國家高程基準下開展。內業利用EPS地理信息工作站對采集的數據進行圖庫一體生產，對編輯完成1985國家高程基準基準下的地形圖數據及數據庫進行全面檢查，檢查合格后轉化生成深度基準下的成果圖及數據庫，最后將兩套基準成果按國家規范要求進行分幅，生成DWG格式數據并輸出GDB數據庫文件。在項目成果數據庫基礎上，按照《山東省自然資源廳關于印發山東省基礎地理實體數據庫省市縣協同更新管理暫行辦法》要求，采用iData 數據工廠完成本項目陸海一體基礎地理實體轉換生產，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《新型基礎測繪產品制作與服務 第一部分：基礎地理實體分類與空間身份編碼（試行）》執行。通過大區域水下三維地形構建和渲染，海水水面動態仿真等技術構建海洋三維場景，實現二維向三維的轉變。利用“實景三維青島建設”和本項目現有數據成果，進行實景三維模型成果與水深數據一體化融合，搭建陸海一體三維場景。

三、創新亮點

1）創新海岸帶工作模式，實現潮間帶無人化作業。根據膠州灣區域特點及各類數據采集裝備優勢進行測區劃分及作業程序設計，引入無人機機載激光雷達＋傾斜攝影、無人船測深等技術手段，以無人化方式進行了潮間帶數據采集，大幅提高效率并保障了人員安全。

2）優化無人機載Lidar作業方案，實現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，規劃無人機深夜作業，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方案，最大程度獲取了潮間帶點云數據，點云覆蓋比預期擴大了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、車載三維激光掃描等技術手段，首次完整采集了膠州灣跨海大橋水上水下點云，通過點云配準算法并引入多特征點作為約束條件進行點云融合，實現車載、船載激光點云及多波束測深點云等多源非結構化點云的精確配準，該技術可應用于其他海上建構筑物的建模。4）多星座支持下，應用多波束測深系統進行沿海遠距離高精度測深。應用星站差分技術，通過星基增強輔助多波束系統進行持續穩定的導航定位，按不同截止高度角進行噪聲抑制，提高PPK緊耦組合解算固定率，獲取更高精度的定位和姿態組合解。

5）創新陸海地理實體分類體系，統一陸海數據標準。研究建立了陸海一體地理實體分類，統一了海岸線、潮間帶等陸海結合區域數據標準，建立了基礎地理信息要素與地理實體之間的轉換映射關系，對陸海地理實體進行了分類分級細化，并對項目成果數據進行了實體轉換生產及組合實體構建，生產陸海地理實體庫，助推新型基礎測繪體系建設。

6）搭建陸海一體三維場景，助力實景三維中國建設。項目構建了膠州灣海域DEM，將海域DEM與實景三維青島成果融合，形成滿足新型基礎測繪要求的水上實景三維＋水下DEM成果，并在此基礎上構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向海延伸提供借鑒。