王春臨

（三和數(shù)碼測(cè)繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000）

傳統(tǒng)的地籍圖測(cè)繪，是利用GPS-RTK、全站儀、卷尺等進(jìn)行采集坐標(biāo)和丈量邊長(zhǎng)的，這種方法要求作業(yè)人員在外業(yè)進(jìn)行作業(yè)，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)成本高、且風(fēng)險(xiǎn)高[1-3]。為了解決上述問(wèn)題，筆者在分析了目前的測(cè)繪新技術(shù)后，提出采用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和LIDAR 點(diǎn)云兩種作業(yè)方案進(jìn)行地籍圖的生產(chǎn)，并采用特征檢測(cè)點(diǎn)對(duì)地籍圖成果分別進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明：兩種方法生產(chǎn)的地籍圖精度均可以滿足地籍規(guī)范要求，且作業(yè)主要在內(nèi)業(yè)完成，對(duì)于內(nèi)業(yè)無(wú)法準(zhǔn)確采集和判斷的部分，則通過(guò)外業(yè)補(bǔ)充測(cè)繪和調(diào)查的方式完成。這種作業(yè)方式減少了外業(yè)開(kāi)支和降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，且降低了潛在的風(fēng)險(xiǎn)，具有一定的推廣實(shí)用價(jià)值。

1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)是指在飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)航攝儀，在空中從多個(gè)角度獲取地面影像數(shù)據(jù)的技術(shù)[4-6]。目前從相機(jī)的個(gè)數(shù)來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)到的傾斜裝置主要有2 鏡頭、3 鏡頭、9 鏡頭和5 鏡頭，目前應(yīng)用最多的是5 鏡頭[7]。5 鏡頭由4 個(gè)側(cè)視相機(jī)和1 個(gè)下視相機(jī)組成，側(cè)視相機(jī)主要以45°的視角從空中獲取地面物體信息，垂直相機(jī)主要以90°的角度垂直獲取地面影像信息。獲取影像數(shù)據(jù)后，利用專業(yè)的攝影測(cè)量軟件，就可以對(duì)影像進(jìn)行解算，得到空三加密成果，基于空三成果，就可以得到實(shí)景三維模型，利用專業(yè)的測(cè)圖軟件，在模型上就可以采集得到地籍圖成果，其主要的作業(yè)流程如圖1 所示。

圖1 傾斜攝影測(cè)量在地籍圖生產(chǎn)中的流程圖

2 LIDAR 點(diǎn)云技術(shù)

LIDAR 點(diǎn)云技術(shù)是一種回波技術(shù)，即發(fā)射出的激光在碰到障礙物時(shí)則會(huì)原路返回，然后結(jié)合激光脈沖在空氣中的傳播速度和返回的時(shí)間差，結(jié)合發(fā)射激光的位置和姿態(tài)，就可以解算得到障礙物的三維空間坐標(biāo)[8-10]。在同一個(gè)坐標(biāo)系下，密集的空三三維坐標(biāo)就可以真實(shí)的反應(yīng)出整個(gè)地形的高低起伏變化，得到建構(gòu)筑物的輪廓結(jié)構(gòu)[11]。利用專業(yè)的點(diǎn)云處理軟件，對(duì)獲取的點(diǎn)云進(jìn)行一系列處理，就可以得到最終的點(diǎn)云成果，然后采用點(diǎn)云測(cè)圖軟件，就可以采集得到地籍圖成果，其主要的作業(yè)流程如圖2 所示。

圖2 LIDAR 技術(shù)在地籍圖生產(chǎn)中的流程圖

3 案例分析

3.1 傾斜攝影在房地一體中的應(yīng)用

傾斜攝影在房地一體中的應(yīng)用主要包括外業(yè)和內(nèi)業(yè)，外業(yè)主要獲取數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，得到最終的地籍圖成果，以下是主要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.1.1 控制測(cè)量

將范圍線導(dǎo)入圖新地球，結(jié)合范圍線按照300 米的間距均勻布設(shè)控制點(diǎn)，并將布設(shè)好的點(diǎn)位導(dǎo)出為kml 文件發(fā)送到手機(jī)上。手機(jī)上下載安裝奧維軟件，將kml 文件導(dǎo)入到奧維軟件中，根據(jù)定位信息，尋找逐個(gè)點(diǎn)位。找到實(shí)地對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位后，采用噴涂標(biāo)的方式，進(jìn)行點(diǎn)位的噴涂。本次噴涂的形狀為L(zhǎng) 形，坐標(biāo)采集在L 形的內(nèi)拐點(diǎn)處。采集坐標(biāo)時(shí)，每個(gè)點(diǎn)位采集3 次，這樣可以減少偶然誤差，提高采集點(diǎn)位的精度。對(duì)于噴涂的點(diǎn)位來(lái)說(shuō)，可以不用拍攝實(shí)際照片，但是需要在點(diǎn)位旁邊，噴涂點(diǎn)號(hào)，這樣便于內(nèi)業(yè)找到準(zhǔn)確的點(diǎn)位。在任務(wù)區(qū)精度薄弱區(qū)域，利用GPS-RTK 均分分散采集20 個(gè)特征檢查點(diǎn)，對(duì)后期的地籍圖成果精度進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.2 影像數(shù)據(jù)獲取

考慮到地籍精度要求高，結(jié)合任務(wù)區(qū)現(xiàn)狀，采用固定航高的作業(yè)方式進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的獲取。按照1.5cm 地面分辨率的要求進(jìn)行航線的規(guī)劃，選擇下視焦距為35mm，側(cè)視焦距為50mm 的5 鏡頭相機(jī)。在設(shè)計(jì)航線時(shí)，航向和旁向重疊度均設(shè)為85%，對(duì)于任務(wù)區(qū)邊緣，航向外擴(kuò)2 個(gè)POS 點(diǎn)，旁向外擴(kuò)2 條航線，確保后期任務(wù)區(qū)邊緣模型完整，精度合格。將規(guī)劃好的航線上傳飛控，在完成航飛前的一系列檢查后，完成無(wú)人機(jī)的起飛和影像數(shù)據(jù)采集。采集完成后，確保安全的情況下完成無(wú)人機(jī)的降落和數(shù)據(jù)拷貝。并第一時(shí)間，利用專業(yè)的軟件進(jìn)行影像航飛質(zhì)量的檢查，包括重疊度、分辨率等。通過(guò)人機(jī)交互的方式，對(duì)影像的表象質(zhì)量進(jìn)行檢查，確保影像對(duì)比度明顯，顏色符合實(shí)際現(xiàn)狀。

3.1.3 三維模型制作

本次數(shù)據(jù)的解算采用瞰景Smart3D 軟件，首先利用拖把更名器對(duì)影像進(jìn)行重命名，然后依據(jù)影像名分別為POS 進(jìn)行命名，確保整個(gè)工程中影像和POS 是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，且名稱也是唯一的。然后新建工程，加載影像數(shù)據(jù)和POS 數(shù)據(jù)，并按照軟件的作業(yè)流程，設(shè)置工程保存路徑和集群路徑，輸入相機(jī)焦距，完成工程的新建。復(fù)制空三任務(wù)，在此基礎(chǔ)上提交空三解算任務(wù)，開(kāi)啟集群機(jī)和主機(jī)的引擎。為了充分利用電腦資源，在這里進(jìn)行一機(jī)多開(kāi)引擎。自由網(wǎng)空三完成后，將控制點(diǎn)導(dǎo)入其中，并完成控制點(diǎn)的轉(zhuǎn)刺和平差。查看平差報(bào)告，其加密點(diǎn)重投影中誤差為0.21 個(gè)像素，小于2/3 個(gè)像元大小，成果精度符合要求。

完成空三后，結(jié)合電腦的配置，進(jìn)行模型的重建。首先設(shè)置和控制點(diǎn)一致的框架，然后瓦片劃分方式選擇規(guī)則格網(wǎng)水平劃分，輸出模型大小為100 米，格式為OSGB，切塊原點(diǎn)和模型原點(diǎn)按照軟件默認(rèn)的即可，輸出坐標(biāo)系為2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，設(shè)置正確的中央子午線，完成模型的輸出。部分輸出的模型如圖3 所示。

圖3 部分輸出的實(shí)景三維模型

3.1.4 地籍圖測(cè)繪

本次地籍圖采集選用CASS3D 軟件，其可以加載OSGB 格式的三維模型，并且工程和使用方法基本上和CASS 一致，容易上手掌握軟件的使用。加載實(shí)景模型后，選擇對(duì)應(yīng)的圖層完成地籍圖的采集。采集的目標(biāo)主要是房屋和宗地，在采集的過(guò)程中，可以通過(guò)模型，完成相關(guān)屬性的錄入，這樣就可以減少外業(yè)的工作量。對(duì)于因模型拉花無(wú)法準(zhǔn)確采集的部分，需要通過(guò)外業(yè)調(diào)繪和補(bǔ)測(cè)的方式進(jìn)行完善，得到最終的地籍圖成果。

3.2 LIDAR 點(diǎn)云技術(shù)在房地一體中的應(yīng)用

本任務(wù)區(qū)房屋分布密集，且樹(shù)木茂盛，從空中作業(yè)，遮擋嚴(yán)重，不利于后期處理，因此采用手持式SLAM進(jìn)行作業(yè)。

3.2.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取

在獲取數(shù)據(jù)前，需要進(jìn)行控制點(diǎn)的采集?？紤]到本次點(diǎn)云采集是在地面完成，因此控制點(diǎn)靶標(biāo)不在噴涂在地面上，而是噴涂才墻面上。由于部分墻面不方便噴涂，本次靶標(biāo)均采用制作好的，直接粘貼到墻面上，然后利用全站儀進(jìn)行控制點(diǎn)的采集。其主要作用是對(duì)后期點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)提供依據(jù)，完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)絕對(duì)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換。采集完控制點(diǎn)后，利用全站儀再次采集20 個(gè)特征檢測(cè)點(diǎn)，這些檢測(cè)點(diǎn)用于后期對(duì)地籍圖成果精度進(jìn)行檢測(cè)。

3.2.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

該部分是點(diǎn)云的核心部分。首先獲取的點(diǎn)云存在很多的無(wú)用三維坐標(biāo)，這些點(diǎn)的存在，會(huì)對(duì)后續(xù)的數(shù)據(jù)加載和瀏覽帶來(lái)影響，因此需要進(jìn)行剔除。首先利用不同的分類算法，對(duì)獲得的點(diǎn)云進(jìn)行分類，將無(wú)效點(diǎn)、樹(shù)木點(diǎn)、地面點(diǎn)、建筑點(diǎn)等分離出來(lái)，然后根據(jù)需要，剔除掉多余的無(wú)效點(diǎn)，只保留房屋建筑點(diǎn)。然后將外業(yè)采集的控制點(diǎn)導(dǎo)入到軟件中，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，這樣可以提高點(diǎn)云成果的絕對(duì)精度。處理完成后，將點(diǎn)云進(jìn)行輸出，輸出格式選擇通用的LAS 格式，這樣便于后期進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和瀏覽。

3.2.3 地籍圖測(cè)繪

本次地籍圖的生產(chǎn)，選用的是清華山維EPS 軟件。首先通過(guò)點(diǎn)云格式轉(zhuǎn)換命令，將最終的LAS 格式轉(zhuǎn)換為PCD 格式，然后將PCD 格式的點(diǎn)云加載到EPS 軟件中，選擇EPS 中對(duì)應(yīng)的圖層，完成地籍圖的采集。本次采集主要采集的是界址點(diǎn)、宗地和房屋的輪廓，在采集的時(shí)候，可以采集多點(diǎn)，然后取其平均值作為該面的一個(gè)值，這樣采集的精度較高。對(duì)于點(diǎn)云空洞或者濾波質(zhì)量不好的區(qū)域，無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)其進(jìn)行采集，則需要在外業(yè)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。對(duì)于屬性，可以通過(guò)二維影像來(lái)判斷，對(duì)于無(wú)法準(zhǔn)確判斷的，則外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)繪。最終將成果整理完善進(jìn)行提交。

4 精度檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析

采用人機(jī)交互的方式，將檢測(cè)點(diǎn)導(dǎo)入到EPS 軟件中，利用其精度檢查下的命令，對(duì)兩種方式獲取的地籍圖成果精度進(jìn)行檢測(cè)，具體的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，其中DS代表平面較差，即GPS-RTK 采集的位置和地籍圖上對(duì)應(yīng)位置的較差，表中數(shù)值單位均為cm。

表1 界址點(diǎn)精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

由表1 可知，采用傾斜攝影方式生產(chǎn)的地籍圖較差最大的為7.1cm，最小為3.5cm，按照同精度中誤差計(jì)算公式計(jì)算得到的平面位置中誤差為±3.8cm；采用LIDAR 方式生產(chǎn)的地籍圖較差最大的為8.1cm，最小為3.7cm，按照同精度中誤差計(jì)算公式計(jì)算得到的平面位置中誤差為±4.0cm。二者中誤差基本上一致，最大較差均未超過(guò)2 倍中誤差，即都小于10cm，成果精度均可以滿足地籍圖的精度要求。

5 結(jié)論

本文提出使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和LIDAR 點(diǎn)云技術(shù)進(jìn)行房地一體項(xiàng)目中地籍圖的測(cè)繪，并使用外業(yè)采集的檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)邊長(zhǎng)對(duì)兩種方法生產(chǎn)的地籍圖精度進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果兩種方法生產(chǎn)的地籍圖，精度均可以滿足目前相關(guān)地籍規(guī)范要求，可以為農(nóng)村的房地一體項(xiàng)目的快速推進(jìn)提供借鑒，確保房地一體項(xiàng)目可以按時(shí)按點(diǎn)高質(zhì)量完成。