王申 王萬(wàn)子

（1.河南省遙感測(cè)繪院，河南 鄭州 450003；2.北京地星偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司 海南分公司，海南 ?？?571100）

1 引言

地籍測(cè)繪是土地管理信息的主要來(lái)源，也是影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一[1]，獲取和表達(dá)地籍信息，為建立地籍檔案提供信息基礎(chǔ)，是地籍調(diào)查中依法認(rèn)定權(quán)屬界址和利用現(xiàn)狀的技術(shù)手段，能滿足土地管理部門及其他國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)部門的需要［2-3］。目前，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，地籍變更快，數(shù)量大，地籍變更調(diào)查任務(wù)愈顯繁重。針對(duì)地籍測(cè)量精度高、專業(yè)性強(qiáng)、配套成果資料（圖、表、冊(cè)、卡等）現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、同步變更需及時(shí)的特殊要求，打破傳統(tǒng)以全站儀為主體，配合使用RTK 和鋼尺為主的測(cè)量模式，尋找一種快速高效的地籍信息獲取技術(shù)迫在眉睫。

測(cè)繪新儀器、新技術(shù)的更新推動(dòng)了地籍測(cè)量發(fā)展。車載激光掃描系統(tǒng)Mobile Laser Scanning System（MLS）作為一種快速的數(shù)據(jù)采集手段，在車輛行駛過(guò)程中可以對(duì)沿街城市地物特別是建筑物側(cè)面墻體信息進(jìn)行采集，并可在軟件支持下提取地籍要素，從而達(dá)到快速、有效、精確測(cè)繪的目的[4]，其集成系統(tǒng)包括車輛、全球定位系統(tǒng)（GPS 或GNSS）、慣性導(dǎo)航儀及車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[5]。本文以車載激光掃描系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集技術(shù)手段，建立地籍?dāng)?shù)據(jù)獲取與處理的全流程技術(shù)方案，并進(jìn)行精度分析，為城市規(guī)劃、鄉(xiāng)村振興等全息要素的獲取提供新的技術(shù)支撐。

2 車載激光掃描系統(tǒng)

車載三維激光掃描測(cè)量系統(tǒng)是一種全新的對(duì)地表空間信息快速定位采集技術(shù)，是目前最先進(jìn)、有效的測(cè)量系統(tǒng)工具之一[6]。該系統(tǒng)主要由坐標(biāo)測(cè)量、姿態(tài)測(cè)量、距離測(cè)量和影像采集構(gòu)成。對(duì)應(yīng)的傳感器分別是高精度激光掃描儀、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）、慣性測(cè)量設(shè)備（IMU）、里程計(jì)和全景相機(jī)。利用該系統(tǒng)可以快速獲取高密集、高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，測(cè)量效率非常高，只需在道路上以一定的速度通過(guò)，就能快速采集兩側(cè)詳盡的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)并同步獲取與點(diǎn)云高精度匹配的實(shí)景圖片[7]。車載LiDAR 測(cè)量系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 車載LiDAR測(cè)量系統(tǒng)

3 案例分析

3.1 工程概況

本文以邯鄲冶陶鎮(zhèn)某農(nóng)村地籍測(cè)量為例進(jìn)行分析。該地區(qū)屬丘陵地帶，地貌以溝壑、山川為主，房屋分布不均勻，建筑不規(guī)則。用傳統(tǒng)測(cè)量方法效率低，而且院內(nèi)界址點(diǎn)不易采集。為了提高工作效率和界址點(diǎn)位精度，引入車載LiDAR 系統(tǒng)，對(duì)于工作量繁重的農(nóng)村地籍測(cè)量起到了很大幫助。

3.2 作業(yè)流程

基于車載LiDAR 系統(tǒng)進(jìn)行地籍測(cè)量，大致分五個(gè)階段：線路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、質(zhì)量檢查、地籍成圖。系統(tǒng)作業(yè)流程如圖2 所示。

圖2 車載LiDAR系統(tǒng)作業(yè)流程

3.2.1 線路設(shè)計(jì)

任務(wù)規(guī)劃的目的是在滿足測(cè)區(qū)全覆蓋的前提下，結(jié)合已有資料，設(shè)計(jì)合理的行車掃描路徑和掃描時(shí)間，避免設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷工作以及交通擁擠，控制GNSS失鎖時(shí)間，同時(shí)布設(shè)好控制場(chǎng)，高效、經(jīng)濟(jì)、精確地采集測(cè)區(qū)測(cè)量數(shù)據(jù)。

3.2.2 數(shù)據(jù)采集

（1）調(diào)試設(shè)備

要確保系統(tǒng)各硬件接口和指示器正常，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況調(diào)整相機(jī)、激光等設(shè)備的參數(shù)，如光圈、激光功率、轉(zhuǎn)速等。

（2）架設(shè)GNSS 基站

架設(shè)GNSS 基站是為了與車上GNSS 流動(dòng)站進(jìn)行聯(lián)合差分解算與定位。根據(jù)掃描路線的長(zhǎng)度和GNSS 基站的覆蓋半徑來(lái)選取基站架設(shè)位置，相鄰基站間距不應(yīng)超過(guò)覆蓋半徑的兩倍，且需將道路完全覆蓋。實(shí)際操作中，為保證解算精度，要考慮不同地域的信號(hào)遮擋情況，適當(dāng)縮小基站與流動(dòng)站間最大距離。

（3）采集數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，根據(jù)設(shè)定好的行駛計(jì)劃和實(shí)時(shí)道路情況機(jī)動(dòng)進(jìn)行，要盡量勻速慢行，以求獲取較細(xì)致的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。采集完畢后，要注意及時(shí)拷貝保存數(shù)據(jù)。

3.2.3 數(shù)據(jù)處理

（1）測(cè)區(qū)點(diǎn)云掃描數(shù)據(jù)處理

首先，利用GNSS 和IMU 觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合導(dǎo)航計(jì)算，以獲取IMU 的精確位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。其次，將激光掃描的原始極坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為激光掃描坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)。再次，用激光掃描儀和IMU 間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)矩陣將激光平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IMU 坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)。最后，用IMU 的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)將IMU 坐標(biāo)系下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)系。測(cè)區(qū)局部彩色點(diǎn)云如圖3 所示。

圖3 測(cè)區(qū)局部彩色點(diǎn)云

（2）地籍信息提取與矢量化

基于抽稀后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，快速進(jìn)行地物分類，并編寫規(guī)則幾何形狀的自動(dòng)提取算法，提取房屋、圍墻、柵欄等地物信息，道路、植被等地形信息，房角點(diǎn)提取俯視圖如圖4 所示。最后根據(jù)提取的信息進(jìn)行地物、地形連圖處理，保證線形的連續(xù)性，提取后自動(dòng)連圖矢量化成果如圖5 所示。

3.2.4 質(zhì)量檢查

對(duì)已布設(shè)的控制場(chǎng)進(jìn)行精細(xì)掃描，在采集的控制場(chǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中找出空間位置與已測(cè)控制點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的激光點(diǎn)，將其坐標(biāo)與控制點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)并計(jì)算誤差；或者在采集路段選取易于分辨的特征點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，并用測(cè)量?jī)x器量測(cè)其坐標(biāo)值，與采集數(shù)據(jù)中的對(duì)應(yīng)激光點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)并計(jì)算誤差，最后制作精度報(bào)告，如表1 所示。邯鄲高臺(tái)轉(zhuǎn)掃精度統(tǒng)計(jì)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)由CORS RTK 測(cè)量獲取。

根據(jù)《地籍測(cè)量規(guī)范》（CH 5002—94），一等界址點(diǎn)相對(duì)于臨近控制點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不超過(guò)5cm，本項(xiàng)目質(zhì)量檢驗(yàn)中誤差為3.1cm，滿足地籍測(cè)量要求。

圖4 局部房角點(diǎn)提取

圖5 提取后自動(dòng)連圖矢量化成果

表1 冶陶鎮(zhèn)局部精度統(tǒng)計(jì)

3.2.5 地籍成圖

基于上述對(duì)地籍要素特征的自動(dòng)提取和自動(dòng)連圖成果，在制圖軟件上加載車載激光掃描系統(tǒng)獲取的地籍地形要素和原始調(diào)查底圖，要保證掃描數(shù)據(jù)和影像圖完全套合。對(duì)于套合出現(xiàn)偏差的，以掃描數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)校正影像。結(jié)合外業(yè)獲得的建（構(gòu)）筑物長(zhǎng)度、界址線、界址點(diǎn)到明顯地物點(diǎn)的距離，以車載激光掃描數(shù)據(jù)的點(diǎn)為定位依據(jù)，線為定向依據(jù)，影像圖為參考，用解譯法完成地籍要素成圖；對(duì)于未提取出的特征點(diǎn)，可利用俯視投影視角，根據(jù)地物的輪廓信息判斷特征點(diǎn)和邊界位置，提取特征點(diǎn)坐標(biāo)。對(duì)于完全遮擋未采集到激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的區(qū)域，以影像圖為定位和定向依據(jù)，利用裝繪法成圖。內(nèi)業(yè)無(wú)法采集到的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)，要進(jìn)行人工實(shí)地補(bǔ)測(cè)。對(duì)各要素進(jìn)行整飾，形成最終的地籍圖。局部地籍圖如圖6 所示。

圖6 局部地籍圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)車載激光掃描系統(tǒng)對(duì)邯鄲冶陶鎮(zhèn)某農(nóng)村進(jìn)行地籍實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)處理獲得精確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，在點(diǎn)云的基礎(chǔ)上進(jìn)行界址點(diǎn)選取、宗地邊界的提取等工作。經(jīng)實(shí)測(cè)分析可知，該技術(shù)能夠滿足農(nóng)村地籍測(cè)量精度要求，且效率較高。將車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)成功應(yīng)用于農(nóng)村地籍測(cè)繪，為農(nóng)村地籍測(cè)量提供了一種有效可行的方式，形成的一套農(nóng)村地籍測(cè)繪技術(shù)解決方案，對(duì)農(nóng)村地籍測(cè)量有重大的技術(shù)指導(dǎo)作用。