航测技术在智慧城市勘测设计中的应用

航测技术在智慧城市勘测设计中的应用

王硕

河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司  河北 石家庄  050000

摘要：随着现代测绘技术的飞速发展,航测技术在智慧城市勘测设计中的应用日益广泛。本文以河北地区为例,分析了航测技术在智慧城市勘测设计中应用的重要意义,指出了当前应用中存在的管理体制不健全、技术研发有待加强、人才培养相对滞后、基础设施建设滞后等主要问题,并从加强顶层设计、强化关键技术攻关、加快复合型人才培养、加大资金投入等方面提出了进一步推广应用的对策建议,以期为河北地区智慧城市建设提供参考。

关键词：航测技术；智慧城市；勘测设计；河北地区

引言：

近年来,智慧城市建设如火如荼,测绘地理信息作为智慧城市的重要基础和关键支撑,发挥着越来越重要的作用。作为现代测绘技术的重要分支,航测技术以其信息量丰富、精度高、效率高等优势,在智慧城市勘测设计中得到广泛应用。河北地区高度重视智慧城市建设,将其作为推进新型城镇化和城乡融合发展的重要抓手。在勘测设计环节,河北地区大力推广应用航测技术,促进了智慧城市建设的高质高效推进。本文拟在梳理航测技术在河北地区智慧城市勘测设计中应用现状的基础上,分析存在的主要问题,并提出优化应用的对策建议,以期为河北地区智慧城市建设提供参考。

一、航测技术在智慧城市勘测设计中应用的重要意义

(一)提高勘测设计效率,降低人力物力成本

传统城市勘测设计主要依赖地面测量等方式获取信息,工作量大、周期长,且受地形、交通等因素限制,难以全面、精准地掌握区域地理信息。航测技术依托飞机、无人机、卫星等平台,可对地物进行快速、大范围、高分辨率成像,在短时间内获取海量数据信息,大幅提高了勘测设计效率。以石家庄市为例,市规划部门在编制城市总体规划时,利用航测获取的0.1米分辨率航空影像数据,通过立体测图迅速建立了全市1:500比例尺三维地形图,数字线划图工作量比传统方法减少80%以上[1]。与人工测绘相比,航测作业自动化程度高,可节省大量人力物力成本。据测算,在1:2000比例尺地形图测绘中,航测与地面测量相比可降低外业工作量60%,内业减少95%,综合成本可降低50%左右[2]。

(二)丰富勘测设计手段,提升基础数据精度

在智慧城市建设中,地理信息数据的精度直接关系到规划、建设、运行、管理等环节的科学性和精准性。航测技术可获取高分辨率的影像、激光雷达点云等多源数据,为智慧城市勘测设计提供了海量的高精度基础数据。以遥感技术为例,高分辨率卫星遥感影像的空间分辨率可达亚米级,激光雷达点云密度可达每平方米数十个,能够精细刻画地物的色彩、高程、地貌等特征[3]。以保定市智慧城市地理空间框架建设为例,项目利用0.2米分辨率的航空遥感影像,获取了全市范围内各类地物的矢量轮廓数据,并通过激光雷达获取高精度DEM,进而构建起1:500、1:2000、1:10000三个比例尺的三维地形模型。如此高精度的基础地理信息,是传统测绘方式难以企及的。利用航测数据,可大幅提升智慧城市地理信息的精细化水平,极大地丰富了勘测设计手段,为智慧城市建设奠定了坚实基础[4]。

(三)拓展勘测设计广度,助力智慧城市全要素感知

智慧城市建设需要对城市的自然、经济、社会等各类信息进行全面感知和整合分析。航测技术的应用,极大地拓宽了城市勘测设计的广度和维度。一方面,航测具有覆盖范围广的优势,卫星遥感、机载航测可获取上千平方公里的影像数据,既能宏观刻画区域地貌特征,又可深入城市内部三维建模,实现从宏观到微观、从地上到地下的全域信息采集[5]。另一方面,航测能够获取可见光、红外、高光谱等多种类型影像,结合SAR、GPR等主动遥感手段,可实现对城市地表、植被、大气、水体等多圈层信息的全要素感知。以邯郸市智慧水利建设为例,项目利用多光谱遥感影像,提取流域植被覆盖度、水体分布等关键信息;利用高分辨率光学影像,获取水利工程分布、河湖水系走向等数据;利用微波遥感,监测堤坝变形、水位动态变化等。通过航测技术的集成应用,最终构建起覆盖流域上中下游的智慧感知体系,有力支撑了防汛抗旱、水资源管理等智慧化应用。由此可见,航测为智慧城市勘测设计插上了腾飞的翅膀,极大拓展了感知视野,为城市全要素感知和协同管理提供了重要支撑。可视化智慧管理平台如图1所示。

图1可视化智慧管理平台

二、航测技术在河北地区智慧城市勘测设计中应用的现状及问题

(一)管理体制不健全,缺乏统一规划和标准规范

河北地区在智慧城市建设中对航测技术的应用还存在管理体制方面的问题和不足。主要表现为缺乏顶层设计和统一规划,相关部门各自为政,标准规范不统一。在航测技术应用标准规范方面,河北地区还没有建立起统一、规范的技术标准体系。在航测技术应用管理体制机制方面还不够健全,涉及到多个部门单位,部门间协调配合还不够顺畅。因此,加强顶层设计,完善管理体制机制,建立统一的航测技术应用标准规范,是当前亟待解决的关键问题。只有进一步理顺管理体制,建立健全统一规划、标准规范,才能充分发挥航测技术优势,提升其在智慧城市勘测设计中的应用水平。

(二)技术研发有待加强,自主创新能力不足

制约河北地区航测技术在智慧城市勘测设计中应用的另一个突出问题是技术研发有待加强,自主创新能力不足。具体表现为:核心技术和关键装备对外依存度高;航测新技术新方法研发有待加强;自主知识产权缺乏;产学研深度融合的协同创新机制还不健全。因此,紧跟航测技术发展前沿,加大技术研发和装备研制投入力度,着力提升原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新能力,破解核心技术和关键装备"卡脖子"难题,打造自主可控的航测核心技术体系,提升航测技术自主创新能力,是亟待解决的重点问题。同时,要进一步建立健全校企合作、产学研融合的协同创新机制,促进航测全链条创新,为智慧城市勘测设计提供强大技术支撑。

(三)人才培养相对滞后,高层次复合型人才缺乏

制约河北地区航测技术在智慧城市勘测设计中应用的另一重要因素是人才培养相对滞后,高层次复合型人才缺乏。主要表现为:人才培养体系还不健全,航测技术人才培养的学科基础还不够雄厚,人才培养与市场需求的匹配度还有待提高;人才队伍总量不足,中高级、高学历人才比例偏低;既精通航测技术,又了解智慧城市建设,还具备工程实践能力的复合型人才十分紧缺;人才激励机制还不健全,在人才引进、成果转化、流动等方面还存在体制机制障碍。因此,优化航测人才培养体系,完善校企协同育人机制,加大高层次复合型人才引进培养,健全人才发展政策和激励机制,是提升航测技术创新发展能力的重要保障。

(四)基础设施建设滞后,航测数据获取和处理能力不强

当前,河北地区航测基础设施建设相对滞后,航测数据获取和处理能力还不强,成为制约航测技术在智慧城市勘测设计中应用的另一突出短板。主要表现为:航测遥感数据获取体系还不完善,数据获取的及时性、周期性还不能完全满足需求;地面基准控制网络不够完善,高等级控制点布局不够均衡,难以满足高精度航测需求;在高分辨率影像处理、三维点云数据处理等方面,自动化、智能化水平还有待提升;影像、激光点云等核心航测数据产品供给不平衡,基础数据更新、共享机制还不健全,难以为智慧城市提供持续稳定的信息保障。因此,加快航测基础设施建设,完善数据获取体系,加强数据处理能力建设,推进信息基础设施升级,是提升河北地区航测技术支撑智慧城市建设水平的重要保障。

三、航测技术在河北地区智慧城市勘测设计中应用的对策

(一)加强顶层设计,健全航测技术应用管理体制机制

河北省应制定航测技术创新应用的专项规划,明确发展目标、主要任务和保障措施,为各地推广应用航测技术提供统一指引。建立健全航测数据获取、处理、共享、应用的管理体系,厘清各部门职责边界,建立多方协同的工作机制。制定航测技术应用的标准规范,在数据获取规格、精度指标、成果交付格式等方面提出统一要求,促进数据的互联互通和广泛应用。各市要立足自身实际,制定切实可行的航测技术应用方案,明确时间表、路线图,确保航测技术在智慧城市勘测设计中发挥实效。如唐山市在编制新一轮国土空间总体规划时,可充分借鉴北京、上海经验,系统谋划航测技术创新应用,力争在数据获取、三维建模等方面实现新突破,为城市发展擘画蓝图、科学规划空间布局提供有力支撑。

(二)强化航测关键技术攻关,提升核心技术自主创新能力

聚焦智慧城市勘测设计需求,以提高自主创新能力为目标,加大航测领域关键核心技术研发。在数据获取方面,研制自主可控的机载激光雷达系统、倾斜摄影相机,攻克数据存储、同步定位等技术难题,提高数据获取的分辨率、精度和效率。在数据处理方面,突破海量异构数据的自动配准、三维重建等关键算法,加强人工智能、深度学习等新技术的创新应用,提升自动化处理和智能分析水平。在集成应用方面,开发面向智慧城市管理服务的航测数据应用系统,实现多源数据的无缝集成和业务协同。同时,支持龙头企业牵头组建产学研用联合攻关团队,加强与科研院所、高校的合作,推动科技成果的转化应用。如河北科技大学与石家庄市规划设计研究院合作,利用倾斜摄影与 移动道路测量技术相结合,研发了智慧管网在线巡检系统,实现了地下管网数据的快速采集和可视化管理,为智慧城市精细化治理提供了有力支撑。

(三)加快复合型人才培养,打造高素质航测技术应用队伍

坚持党管人才原则,将航测人才培养纳入全省人才队伍建设总体规划。完善人才培养体系,依托重点高校开设航测技术专业,加强课程体系和教学内容建设,突出实践教学环节,培养一批既懂测绘、遥感,又掌握大数据分析、人工智能的复合型人才。鼓励有条件的高校与科研院所、龙头企业合作,建设航测技术协同创新中心,为人才培养搭建产学研用结合的平台。完善人才激励机制,加大柔性引才力度,吸引海内外高层次人才来冀工作。鼓励企业与高校联合招收专业学位研究生,为优秀人才"量身定制"培养方案。同时,加强应用型、技能型人才培养,面向基层一线开展航测技术培训,为智慧城市勘测设计输送更多知识型、创新型人才。如河北地质大学与中测新图(北京)遥感技术有限责任公司合作成立了"智慧城市时空信息应用联合实验室",为学生搭建了理论学习和实践锻炼的平台,有力推动了校企联合培养、供需精准对接,为智慧城市发展提供了坚实的人才支撑。

(四)加大资金投入,完善航测基础设施建设

建议省级财政设立专项资金,支持开展航测装备研发、数据获取处理、人才培养等工作。统筹用好现有资金渠道,中央预算内投资、中央引导地方科技发展资金等,加大对航测关键技术研发、成果转化的支持力度。创新投融资机制,积极引导金融和社会资本进入,为航测技术研发应用提供持续稳定的资金保障。在硬件设施建设上,要进一步加大投入,完善航测数据获取与处理设施,统筹规划建设省市县三级航测数据中心,提升数据管理与共享服务能力。支持有条件的市县建设航测数据处理中心,配备高性能计算机、大容量存储设备等,为智慧城市勘测设计提供高效、可靠的技术支撑。如石家庄市投资建设了航空遥感数据处理中心,配备了高性能计算集群和海量数据存储系统,能够快速处理海量遥感影像数据,极大提升了全市航测数据的生产效率和服务水平[10],为智慧城市勘测设计提供了有力保障。

结语：

航测技术是智慧城市勘测设计的利器,在提高效率、丰富手段、拓展广度等方面优势突出,是智慧城市建设必备的现代测绘手段。河北地区应准确把握技术发展趋势,围绕智慧城市建设需求,加快推进航测技术与城市规划、建设、管理、服务等环节的融合创新,充分释放新技术赋能现代城市发展的潜力。

参考文献:

[1]何宏伟,余斌,张忠.航测技术在智慧城市勘测设计中的应用[J].智能建筑与智慧城市,2018(7):94-95.

[2]王代雄,田泽海.无人机航测技术在大比例尺地籍测量中的探讨与分析[J].资源导刊,2023(12):34-37.

[3]赵欣,李永川,张贵豪.无人机航测技术在高精度三维模型中的应用研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2023(6):0066-0069.

[4]王承恩.无人机航测技术在工程测量中的应用探索[J].产业创新研究,2023(18):112-114.

[5]刘丰.遥感航测技术在地图测绘中高效运用研究[J].信息记录材料,2023,24(5):127-129.