劉興國

(安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院,安徽 合肥 230011)

0.引言

地籍測量是使用測繪技術(shù)對總宗地的權(quán)屬、位置、面積等進行確定并制作形成地籍圖。以已存在的集體土地地籍圖、影像圖為底圖，結(jié)合已存在的登記、前期審批等成果資料進行調(diào)查測量的方式稱為不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查。

傳統(tǒng)的權(quán)籍測量方法較為固定，首先使用GPSRTK進行圖根測量，其次使用全站儀采集坐標(biāo)點繪制成圖[1]。該方法不僅能夠滿足權(quán)籍調(diào)查的要求，成果精度也相對較高。然而，該種方法的作業(yè)效率低，需大量人工作業(yè)，不能滿足新形勢下以及長遠(yuǎn)的測繪生產(chǎn)作業(yè)要求。

隨著測繪新技術(shù)的不斷發(fā)展，以傾斜攝影測量技術(shù)與三維激光掃描技術(shù)為代表的測繪作業(yè)方式已在地籍測量及不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查中有著較多的應(yīng)用[2]，該作業(yè)方式是對傳統(tǒng)作業(yè)方式的改進。本文充分考慮傾斜攝影測量技術(shù)及三維激光掃描技術(shù)在空間數(shù)據(jù)采集中的優(yōu)勢，設(shè)計了一套基于傾斜攝影測量與三維激光掃描技術(shù)的混合作業(yè)新方案。由于三維激光掃描技術(shù)無法獲取建筑物頂部信息，傾斜攝影測量技術(shù)可以很好地彌補這一缺陷。結(jié)合這兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢，可以最大限度地避免數(shù)據(jù)采集死角，一方面豐富了數(shù)據(jù)成果；另一方面提高了不動產(chǎn)測量成果精度。

1.傾斜攝影測量技術(shù)實現(xiàn)不動產(chǎn)測量

本文使用無人機傾斜攝影測量技術(shù)實現(xiàn)不動產(chǎn)測量作業(yè)，主要包括以下幾個方面：

（1）試驗區(qū)進行無人機航攝采集垂直與傾斜影像；

（2）基于采集的影像數(shù)據(jù)生成立體像對，并將采集影像數(shù)據(jù)、飛機軌跡數(shù)據(jù)導(dǎo)入Context Capture軟件中生成三維實景模型；

（3）基于立體像對與三維實景模型生產(chǎn)得到不動產(chǎn)測量成果?；跓o人機傾斜攝影測量技術(shù)的不動產(chǎn)測量技術(shù)路線（如圖1所示）：

圖1 基于無人機傾斜攝影測量技術(shù)的不動產(chǎn)測量流程

1.1 傾斜航攝

進行航攝前，需要根據(jù)測區(qū)境況選擇合適的航攝平臺并對航攝線路進行規(guī)劃。同時，航攝相機的選擇也至關(guān)重要，無人機航攝高度越高，采集的影像分辨率越低。無人機傾斜航攝時，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，影像重疊度一般要求航向、旁向重疊度均大于70%。對于地面密集區(qū)域，為減少不必要的遮擋可適當(dāng)加大重疊度。

1.2 像控點測量

選擇航攝前布設(shè)與航攝后布設(shè)兩種方式結(jié)合進行像控點布設(shè)，對于空曠、通視情況較好區(qū)域，使用航攝前布設(shè)像控點布設(shè)方式；對于主城區(qū)等建筑物密集、通視條件不佳的區(qū)域，使用航攝后選擇明顯地物點進行像控點布設(shè)[3]。像控點布設(shè)的基本原則是在測區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)，將易于辨別的地物點作為像控點[4]。

1.3 GNSS/IMU數(shù)據(jù)解算

將航攝采集的GNSS/IMU數(shù)據(jù)及基站同步觀測GNSS數(shù)據(jù)導(dǎo)入POSPac MMS軟件中進行航攝軌跡數(shù)據(jù)解算，通過后差分GNSS定位技術(shù)解算得到機載GNSS天線相位中心在相片曝光時刻的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

1.4 影像色彩處理

將外業(yè)采集影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Capture One軟件中，進行飽和度、對比度、色彩等參數(shù)的調(diào)整。

1.5 空中三角測量

在航攝影像中進行像控點轉(zhuǎn)刺，并將解算得到的航攝軌跡數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入ContextCapture軟件中進行空三解算，然后使用檢查點檢查空三解算精度指標(biāo)。

1.6 三維模型重建

根據(jù)相機與影像外方位元素間的相對位置，選擇影像組建三維像對，按照固定大小進行建模區(qū)域格網(wǎng)劃分，匹配計算格網(wǎng)內(nèi)的三維像對組成TIN網(wǎng)，將影像紋理信息映射至TIN網(wǎng)中，得到最終的三維實景模型。

1.7 數(shù)據(jù)采集與編輯

將生產(chǎn)得到的三維實景模型作為不動產(chǎn)測量中地形要素數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)源，采用內(nèi)外業(yè)相結(jié)合的方式進行作業(yè)，其中內(nèi)業(yè)為主、外業(yè)為輔。將OSGB格式三維實景模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入EPS三維測圖軟件中進行數(shù)據(jù)采集，基于真實場景的數(shù)據(jù)采集能夠使視覺感受與現(xiàn)實更為接近，同時可以進行二、三維一體化同步顯示。對于因遮擋導(dǎo)致的內(nèi)業(yè)采集不全、存疑的地形要素需要外業(yè)調(diào)繪補測。最后，將采集數(shù)據(jù)與調(diào)繪數(shù)據(jù)整合并進行屬性錄入、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查后形成不動產(chǎn)測量成果?；谀Ｐ蛿?shù)據(jù)的EPS三維測圖平臺數(shù)據(jù)采集。

2.三維實景模型與三維點云數(shù)據(jù)融合

將傾斜攝影測量生產(chǎn)的三維實景模型與架站激光掃描儀采集點云數(shù)據(jù)共同應(yīng)用于不動產(chǎn)測量中，可綜合利用兩種作業(yè)模式的優(yōu)勢，形成優(yōu)勢互補，能夠提高作業(yè)效率與成果質(zhì)量。其中，作為混合作業(yè)模式中最重要的設(shè)備，架站激光掃描儀的數(shù)據(jù)采集精度及效率直接決定了成果的質(zhì)量與工作效率。因此，本文選擇高精度點云數(shù)據(jù)采集設(shè)備徠卡RTC360進行點云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)采集?；趶瓶≧TC360激光掃描儀的外業(yè)點云數(shù)據(jù)采集主要包括三個方面，分別為實地踏勘、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。

2.1 實地踏勘

通過對測區(qū)進行實地踏勘，可有效掌握測區(qū)實際地形信息，針對不同的測區(qū)環(huán)境設(shè)計架站路線及方式。若測區(qū)建筑物較為密集，則在通視條件好的位置進行測站點布設(shè)及坐標(biāo)數(shù)據(jù)觀測，標(biāo)靶布設(shè)在建筑物等固定地物上。

2.2 數(shù)據(jù)采集

根據(jù)規(guī)劃好的掃描路線及實際情況進行點云數(shù)據(jù)掃描，掃描前設(shè)置好儀器參數(shù)，如根據(jù)掃描對象的復(fù)雜程度及設(shè)計要求進行掃描點密度的設(shè)置。RTC360激光掃描儀具有無需對中整平等繁瑣操作，每站掃描完直接搬站，為了保證數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，每站數(shù)據(jù)采集完可直接通過平板電腦進行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。

2.3 點云數(shù)據(jù)處理

外業(yè)點云數(shù)據(jù)采集完后，為得到滿足生產(chǎn)條件的點云數(shù)據(jù)，需要進行數(shù)據(jù)預(yù)處理、點云拼接、控制點導(dǎo)入、點云去噪及數(shù)據(jù)輸出。將原始點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Cyclone軟件中進行點云數(shù)據(jù)預(yù)處理；在一定的約束條件下，將多站點掃描數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)，得到完整的測區(qū)點云數(shù)據(jù)；點云數(shù)據(jù)拼接完成后，將控制點加入點云中得到絕對坐標(biāo)；最后，使用整體去噪模式對點云數(shù)據(jù)進行去噪并輸出去噪后點云數(shù)據(jù)，輸出點云數(shù)據(jù)格式為LAS格式。

2.4 繪制成圖

將滿足生產(chǎn)條件的三維實景模型數(shù)據(jù)與架站激光掃描點云數(shù)據(jù)加載至EPS三維測圖軟件中，對建筑物結(jié)構(gòu)特征進行判讀與采集。為了獲取建筑物所有輪廓信息，可通過軟件自帶的裁切功能進行點云裁切。使用三維實景模型數(shù)據(jù)與點云數(shù)據(jù)共同進行建筑物數(shù)據(jù)采集可有效提高采集效率與采集精度。完成建筑物所有界址點采集后，即完成1∶500地籍圖的初步制作，再經(jīng)外業(yè)調(diào)繪補測、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)編輯與數(shù)據(jù)檢查得到最終的地籍圖成果。基于無人機傾斜攝影測量制作的三維實景模型以及對應(yīng)的架站激光掃描點云數(shù)據(jù)（如圖2所示）：

圖2 建筑物模型及對應(yīng)點云數(shù)據(jù)

2.5 RTC360激光掃描儀作業(yè)優(yōu)勢

RTC360三維激光掃描儀具有三大核心先進技術(shù)，分別為SmartReg智能拼接技術(shù)、VIS視覺追蹤技術(shù)及TruRTC實景復(fù)制技術(shù)[5]，結(jié)合徠卡自帶的智能拼接軟件及外業(yè)操作軟件，使得RTC360三維激光掃描儀具有簡單、高效采集點云數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。RTC360激光掃描儀采集點云數(shù)據(jù)時具有速度快、精度高及全方位視角掃描的特點。掃描視場角為360°×360°，掃描的有效范圍為130m，每秒掃描得到的激光點數(shù)量為2000000，點位精度最高可達(dá)到1.9mm，擁有單鏡頭為3600萬像素的HDR相機，為了保障掃描過程的連續(xù)及作業(yè)時長，每塊電池具有4h超長蓄電的能力?？傊?，使用RTC360掃描作業(yè)時需要的作業(yè)人員更少，采集效率、精度更高，成果更加豐富。

3.試驗與結(jié)果分析

3.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于合肥市包河區(qū)某地，整個試驗區(qū)面積為0.18km2，試驗區(qū)范圍（如圖3所示）。試驗區(qū)內(nèi)地物以建筑物、道路及樹木植被為主，由于遮擋較為嚴(yán)重、建筑較為密集，因此適合使用無人機傾斜攝影測量技術(shù)與架站激光掃描技術(shù)混合進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。

圖3 試驗區(qū)范圍

3.2 地籍圖制作

3.2.1 實地踏勘與像控點布設(shè)

對實地進行踏勘，根據(jù)測區(qū)情況制定合適的掃描路線，并在測區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)像控點。像控點布設(shè)在觀測條件好、較為空曠的區(qū)域。

3.2.2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

選擇合適的天氣進行無人機傾斜航攝與架站激光掃描，將架站之間的距離控制在15m~25m之間。其中利用無人機傾斜航攝采集試驗區(qū)影像數(shù)據(jù)共耗時2.5h，利用RTC360三維激光掃描儀共架設(shè)270站，采集數(shù)據(jù)量為30G，耗時為7h。

3.2.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

采用無人機傾斜攝影測量技術(shù)采集得到的原始影像結(jié)合像控點數(shù)據(jù)完成三維實景模型制作，對制作完成的三維實景模型精度進行檢驗，達(dá)到了5cm。

將RTC360采集測區(qū)原始點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Cyclone軟件中，對不同架站之間的點云數(shù)據(jù)進行拼接，拼接完成后檢驗拼接精度，達(dá)到了1cm；匹配控制點坐標(biāo)完成點云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，對點云數(shù)據(jù)進行去噪等數(shù)據(jù)優(yōu)化處理并輸出LAS格式點云數(shù)據(jù)。

3.2.4 繪制成圖

在EPS三維測圖軟件中新建工程，將滿足地籍圖生產(chǎn)條件的三維實景模型數(shù)據(jù)與點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入工程中進行地形要素的采集。為了便于地形要素的識別與屬性信息的獲取，將RTC360掃描儀采集的全景照片作為地形要素采集的輔助數(shù)據(jù)。對內(nèi)業(yè)無法識別的要素通過外業(yè)調(diào)繪與補測進行地籍圖數(shù)據(jù)補充，最后，將內(nèi)業(yè)采集數(shù)據(jù)、外業(yè)調(diào)繪補測數(shù)據(jù)進行整合與編輯，制作得到最終的地籍圖成果。基于三維實景模型與點云數(shù)據(jù)制作完成的試驗區(qū)地籍圖成果（如圖4所示）：

圖4 基于三維實景模型與點云數(shù)據(jù)制作的地籍圖成果

3.2.5 精度檢驗

使用CORS結(jié)合全站儀的傳統(tǒng)高精度測量手段在試驗區(qū)內(nèi)均勻采集30個界址點，與制作地籍圖上同名點進行坐標(biāo)比對，用于表征制作地形圖的成果精度，統(tǒng)計結(jié)果（如表1所示）：

表1中，S為檢查界址點與圖上同名點之間的平面距離，《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD T1001-2012）[6]中規(guī)定一級界址點限差為±0.10m，中誤差為±0.05m；二級界址點限差為±0.20m，中誤差為±0.10m。通過表1計算得到選擇界址點的中誤差為 ±0.38cm，其中最大平面距離為5.1cm，最小平面距離為1.4cm?？梢钥闯?，基于三維實景模型與點云數(shù)據(jù)制作的地籍圖成果滿足規(guī)范要求，在降低工作量的前提下保證了成果精度。

表1 基于三維實景模型與點云數(shù)據(jù)制作的地籍圖成果精度統(tǒng)計 單位：cm

4.結(jié)束語

本文充分利用傾斜攝影測量技術(shù)與架站激光掃描技術(shù)在空間三維數(shù)據(jù)采集中的優(yōu)勢，通過二者混合作業(yè)方式進行不動產(chǎn)測量。將混合作業(yè)新方案應(yīng)用于地籍圖繪制試驗中，得到的結(jié)論為：

（1）在不動產(chǎn)測量中引入傾斜攝影測量技術(shù)與三維實景模型制作技術(shù)，結(jié)合架站激光掃描點云數(shù)據(jù)對不動產(chǎn)三維信息進行準(zhǔn)確還原；在滿足地籍圖制作的基礎(chǔ)上使得不動產(chǎn)的空間表達(dá)更為直觀。本文設(shè)計的不動產(chǎn)測量新方案不僅解決了不動產(chǎn)登記信息定位不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)采集速度慢等問題，同時可將三維實景模型成果數(shù)據(jù)與已有二維成果數(shù)據(jù)進行二三維GIS同步展示，是一種對不動產(chǎn)及周圍地物現(xiàn)狀的真實表現(xiàn)；

（2）通過將本文設(shè)計的不動產(chǎn)測量新方案應(yīng)用于試驗區(qū)地籍圖制作，得到的成果驗證了該方法的先進性。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，智慧城市、智能交通等城市化建設(shè)也在不斷推進，測繪新技術(shù)可在社會經(jīng)濟建設(shè)的各個方面推廣應(yīng)用。今后，三維實景模型與點云等空間數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用將會成為常態(tài)。