姚曉偉 房新玉* 張秀香 趙建飛

（1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 天津 300456；2.天津水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司 天津水運(yùn)工程測繪技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300456；3.天津市濱海新區(qū)審計(jì)局 天津 300456）

近年來，隨著國家地理信息化建設(shè)的發(fā)展，無人機(jī)遙感測繪等新型地理信息技術(shù)發(fā)展迅速。在政府投資審計(jì)領(lǐng)域綜合利用無人機(jī)遙感測繪等新型地理信息技術(shù)，充分發(fā)揮其靈活機(jī)動(dòng)、快速高效、精準(zhǔn)等優(yōu)勢，探索和實(shí)現(xiàn)采集審計(jì)工作所需的地形地貌地物數(shù)據(jù)，可以大幅度節(jié)省人力、物力，提高審計(jì)效率。結(jié)合無人機(jī)遙感測繪開展政府投資審計(jì)工作的具體實(shí)踐，探索以無人機(jī)遙感測繪為代表的新型地理信息技術(shù)在政府投資審計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用［1］。

1 新型地理信息技術(shù)在政府投資審計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用前景

新型地理信息技術(shù)包括無人機(jī)遙感技術(shù)（RS）、地理信息技術(shù)（GIS）、三維激光雷達(dá)技術(shù)等。

1.1 無人機(jī)遙感測繪

無人機(jī)遙感測繪可按需定制并提供影像實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析，具有自動(dòng)化、智能化、專題化的特點(diǎn)，已成為衛(wèi)星遙感與有人機(jī)航空遙感的有力補(bǔ)充，是一種新型的地理信息技術(shù)［2-3］。

1.2 地理信息技術(shù)

在計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的支持下，地理信息技術(shù)是特定時(shí)間內(nèi)，對(duì)全波或部分地球表層（包括大氣層）空間中有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的系統(tǒng)，用于分析和處理在特定時(shí)間、特定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過程，解決規(guī)劃、管理和決策問題。

1.3 三維激光雷達(dá)技術(shù)

通過高速激光掃描測量的方法，可以大面積、高分辨率、高效率地獲取被測物體表面的空間坐標(biāo)信息。其具備快速性、非接觸性、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、主動(dòng)性、高密度、高精度、數(shù)字化、自動(dòng)化等特性，可快速、大量地采集物體空間點(diǎn)位信息，為物體三維模型的快速建立提供一種全新的測繪手段［4］。

1.4 政府投資審計(jì)工作急需審計(jì)方式和手段的創(chuàng)新

政府投資審計(jì)工作具有以下特點(diǎn)。（1）投資審計(jì)額度高，審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)大。（2）審計(jì)時(shí)間緊，項(xiàng)目竣工后短時(shí)間實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)審計(jì)、快速審計(jì)。（3）審計(jì)深度要求高，要開展工程造價(jià)審計(jì)，工程內(nèi)容和工程量需進(jìn)行現(xiàn)場核實(shí)。（4）審計(jì)具有時(shí)效性，避免造成國家建設(shè)資金的損失和浪費(fèi)。除此之外，新形勢下政府投資項(xiàng)目關(guān)于質(zhì)量、效益等方面的要求，都對(duì)政府投資審計(jì)工作提出了更高的要求，實(shí)現(xiàn)政府投資審計(jì)方式和手段的技術(shù)創(chuàng)新迫在眉睫。

借助新型地理信息技術(shù)，拓寬和延展了審計(jì)取證和測量的視野和范圍，解決了一些項(xiàng)目人力無法抵達(dá)的窘境，擺脫了無法現(xiàn)場取證和測量的束縛，提高了政府投資審計(jì)工作的安全性，為政府投資審計(jì)工作提供了便利，也為技術(shù)革新提供了有利條件。

2 技術(shù)流程

無人機(jī)遙感測繪主要包括以下技術(shù)工作內(nèi)容：GPS RTK點(diǎn)校正、設(shè)站點(diǎn)（像控點(diǎn)）測量、無人機(jī)航拍進(jìn)行審計(jì)底圖取證、三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理。

2.1 GPS RTK點(diǎn)校正

由于GPS 接收機(jī)接收的是WGS 84 坐標(biāo)系下大地坐標(biāo)，而外業(yè)測量采用的平面坐標(biāo)系統(tǒng)為CGCS2000坐標(biāo)系（或當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系），高程基準(zhǔn)面為1985國家高程基準(zhǔn)（或當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫?，為了得到所需的測量成果，需進(jìn)行GPS RTK點(diǎn)校正［5］。

2.2 設(shè)站點(diǎn)（像控點(diǎn)）測量

掃描設(shè)站點(diǎn)（像控點(diǎn)）布設(shè)遵循“按需布設(shè)”的原則，采用網(wǎng)絡(luò)RTK方式進(jìn)行。

2.3 無人機(jī)航拍底圖取證

無人機(jī)航拍底圖取證的作業(yè)流程如圖1 所示，一般為保證航拍影像質(zhì)量，選擇天氣晴好、風(fēng)力較小的時(shí)段進(jìn)行外業(yè)航拍作業(yè)。

圖1 無人機(jī)航拍底圖作業(yè)流程

2.4 三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

苗木數(shù)量、冠幅的數(shù)據(jù)采用站式三維激光掃描儀進(jìn)行采集，得到三維激光點(diǎn)云。

（1）采用GPS RTK 進(jìn)行設(shè)站點(diǎn)和掃描點(diǎn)的坐標(biāo)采集。

（2）將儀器架設(shè)在設(shè)站點(diǎn)上，瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)，設(shè)置完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（3）掃描完成后，對(duì)數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行檢查，若有缺失則補(bǔ)充掃描，如沒有，則進(jìn)行下一站位掃描，直至整個(gè)測區(qū)完成掃描。

2.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理包括兩部分工作：一是對(duì)遙感影像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取樹木數(shù)量；二是對(duì)三維激光點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取樹木冠徑、樹高、樹徑等屬性信息。

2.5.1 遙感影像數(shù)據(jù)處理分析

將正攝影像圖導(dǎo)入到地理信息系統(tǒng)軟件中，然后根據(jù)采集的像控點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)，之后根據(jù)審計(jì)對(duì)象分類矢量化。對(duì)于影像圖中無法確認(rèn)的地物，現(xiàn)場調(diào)繪，對(duì)矢量化數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。最后通過拓?fù)錂z查矢量化結(jié)果，并最終進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.5.2 三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

激光點(diǎn)云處理主要內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)過濾、屬性提取、統(tǒng)計(jì)、精度分析等，得到審計(jì)所需苗木數(shù)量、規(guī)格信息。

三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含很多冗余數(shù)據(jù)，根據(jù)項(xiàng)目審計(jì)要求對(duì)苗木點(diǎn)云數(shù)據(jù)分別進(jìn)行過濾，過濾出需要的胸徑、冠徑、樹高等點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

胸徑提取時(shí)，通過過濾后產(chǎn)生的胸徑點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用最小二乘法對(duì)每個(gè)苗木胸徑進(jìn)行最佳擬合，生成最符合實(shí)際的胸徑值。通過計(jì)算每個(gè)苗木樹冠最大長度（冠徑）和中點(diǎn)坐標(biāo)（定位點(diǎn)）獲取苗木冠徑。苗木高度通過苗木定點(diǎn)與地面高差判斷是否達(dá)到驗(yàn)收指標(biāo)［6-8］。

林木數(shù)量、胸徑、冠徑及樹高提取時(shí)，均獲取了提取點(diǎn)坐標(biāo)，將各提取點(diǎn)坐標(biāo)及相關(guān)屬性進(jìn)行整合，生成成果報(bào)表，成果報(bào)表包括編號(hào)、坐標(biāo)、胸徑、冠徑、樹高字段。

3 實(shí)例分析及精度統(tǒng)計(jì)

3.1 項(xiàng)目簡介

“XX大道綠化工程”審計(jì)項(xiàng)目位于濱海新區(qū)某工業(yè)區(qū)段西側(cè)，測區(qū)位于高速公路及溝渠、鹽水池中間，人員進(jìn)出不便。實(shí)測項(xiàng)目共包含4個(gè)標(biāo)段，分別為一標(biāo)段、二標(biāo)段、三標(biāo)段及五標(biāo)段，四標(biāo)段由于未進(jìn)行綠化施工，故不進(jìn)行實(shí)測。整個(gè)測區(qū)呈帶狀分布，南北長約5130m，東西寬約20m。通過現(xiàn)場踏勘，測區(qū)內(nèi)林木眾多，主要樹種為107楊及刺槐，樹木自西向東呈排狀分布，其中西側(cè)3排為107楊，其余5排為刺槐（見表1）。

表1 “XX 大道綠化工程”審計(jì)項(xiàng)目各標(biāo)段林木數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

該項(xiàng)目面臨著以下困境。（1）苗木種類、數(shù)量較多，傳統(tǒng)方法不精準(zhǔn)，耗時(shí)長。（2）場地兩側(cè)為高速公路及溝渠和鹽水池，人員進(jìn)出不便，無法取證。（3）項(xiàng)目面臨著馬上要提升改造，需要盡快完成審計(jì)。

3.2 數(shù)據(jù)獲取

3.2.1 正攝影像圖數(shù)據(jù)獲取

“XX大道綠化工程”航拍平臺(tái)為CW-10 大鵬無人機(jī)，搭載相機(jī)為索尼A7R，航拍影像地面分辨率（GSD）設(shè)置為8cm，飛行相對(duì)航高為330m，飛行航向重疊度為70%，旁向重疊度為60%，完全覆蓋本次檢測區(qū)域。然后采用武漢航天遠(yuǎn)景公司生產(chǎn)的數(shù)字?jǐn)z影測量系列軟件進(jìn)行全自動(dòng)處理，從而獲取測區(qū)的正攝影像圖。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

3.2.2 三維激光掃描儀點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取

對(duì)于“XX 大道綠化工程”審計(jì)項(xiàng)目測區(qū)林木分布情況，采用設(shè)站式進(jìn)行外業(yè)三維激光掃描。逐次設(shè)站掃描獲取數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)分析

3.3.1 苗木數(shù)量分析

將正射影像圖根據(jù)審計(jì)對(duì)象分類進(jìn)行矢量化，矢量化后會(huì)生成各類地物的屬性表可用來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。矢量化各類地物后，對(duì)于正射影像圖無法確認(rèn)的地物，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)繪進(jìn)行確認(rèn)?，F(xiàn)場調(diào)繪完成后，對(duì)矢量化數(shù)據(jù)進(jìn)行最終修正，生成各類地物的屬性表，通過屬性表即可進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)分析等工作。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，本工程審計(jì)項(xiàng)目各標(biāo)段林木數(shù)量情況如表1所示。

3.3.2 苗木屬性分析

將三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)專業(yè)處理軟件（Maptek I-Site studio），經(jīng)過點(diǎn)云濾波分類、擬合制作苗木分布圖，再利用地理信息系統(tǒng)軟件進(jìn)行苗木冠幅、胸徑、株高及數(shù)量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。

統(tǒng)計(jì)各個(gè)標(biāo)段林木胸徑、樹高及冠徑等相關(guān)屬性指標(biāo)，查出了項(xiàng)目存在苗木株高、冠幅及胸徑不符合設(shè)計(jì)規(guī)定的問題。實(shí)測4 個(gè)標(biāo)段14 412 棵喬木中：株高不足的為7241棵，占比49.76%；4052棵冠徑不足，占比28.10%。其中問題最突出的二標(biāo)段：107 楊中株高不足的占比81.07%；刺槐中株高不足的占比71.67%。具體情況結(jié)果見表2至表5。

表2 一標(biāo)段林木屬性統(tǒng)計(jì)表

表3 二標(biāo)段林木屬性統(tǒng)計(jì)表

表4 三標(biāo)段林木屬性統(tǒng)計(jì)表

表5 四標(biāo)段林木屬性統(tǒng)計(jì)表

3.4 胸徑精度分析

為驗(yàn)證掃描胸徑值的準(zhǔn)確性，現(xiàn)場抽測五標(biāo)段林木胸徑，將掃描胸徑值與現(xiàn)場采用胸徑尺量測的林木胸徑值進(jìn)行比對(duì)。

在有胸徑計(jì)算值與量測值對(duì)比的104 組數(shù)據(jù)中，差值大于2cm 的有5 株，粗差率不足5%，誤差分布合理。經(jīng)現(xiàn)場察看，5處粗差林木均為樹木畸形，樹皮嚴(yán)重缺失形成疤瘤所致。剔除上述5 處樹木，對(duì)剩余99處胸徑值進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)，誤差結(jié)果如下：

可以看出，三維激光掃描儀對(duì)樹木胸徑掃描結(jié)果基本滿足了《園林綠化工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定的允許誤差要求，可以在實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

從上述分析可以看出，采用新型地理信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了苗木數(shù)量、胸徑、株高、冠幅全要素遙感測量，完整建立了苗木全屬性要素信息審計(jì)，其精度滿足規(guī)范需求，解決了投資審計(jì)領(lǐng)域中復(fù)雜環(huán)境下取證困難的問題。該方法對(duì)審計(jì)行業(yè)走向“智慧審計(jì)”起著數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)和系統(tǒng)支撐的關(guān)鍵作用。