傾斜攝影測量與地面架站激光掃描相結合的不動產測量新方法

劉興國

(安徽省地球物理地球化學勘查技術院,安徽 合肥 230011)

0.引言

地籍測量是使用測繪技術對總宗地的權屬、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，結合已存在的登記、前期審批等成果資料進行調查測量的方式稱為不動產權籍調查。

傳統的權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點繪制成圖[1]。該方法不僅能夠滿足權籍調查的要求，成果精度也相對較高。然而，該種方法的作業效率低，需大量人工作業，不能滿足新形勢下以及長遠的測繪生產作業要求。

隨著測繪新技術的不斷發展，以傾斜攝影測量技術與三維激光掃描技術為代表的測繪作業方式已在地籍測量及不動產權籍調查中有著較多的應用[2]，該作業方式是對傳統作業方式的改進。本文充分考慮傾斜攝影測量技術及三維激光掃描技術在空間數據采集中的優勢，設計了一套基于傾斜攝影測量與三維激光掃描技術的混合作業新方案。由于三維激光掃描技術無法獲取建筑物頂部信息，傾斜攝影測量技術可以很好地彌補這一缺陷。結合這兩種技術的數據采集優勢，可以最大限度地避免數據采集死角，一方面豐富了數據成果；另一方面提高了不動產測量成果精度。

1.傾斜攝影測量技術實現不動產測量

本文使用無人機傾斜攝影測量技術實現不動產測量作業，主要包括以下幾個方面：

（1）試驗區進行無人機航攝采集垂直與傾斜影像；

（2）基于采集的影像數據生成立體像對，并將采集影像數據、飛機軌跡數據導入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得到不動產測量成果。基于無人機傾斜攝影測量技術的不動產測量技術路線（如圖1所示）：

圖1 基于無人機傾斜攝影測量技術的不動產測量流程

1.1 傾斜航攝

進行航攝前，需要根據測區境況選擇合適的航攝平臺并對航攝線路進行規劃。同時，航攝相機的選擇也至關重要，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，根據相關規范要求，影像重疊度一般要求航向、旁向重疊度均大于70%。對于地面密集區域，為減少不必要的遮擋可適當加大重疊度。

1.2 像控點測量

選擇航攝前布設與航攝后布設兩種方式結合進行像控點布設，對于空曠、通視情況較好區域，使用航攝前布設像控點布設方式；對于主城區等建筑物密集、通視條件不佳的區域，使用航攝后選擇明顯地物點進行像控點布設[3]。像控點布設的基本原則是在測區內均勻布設，將易于辨別的地物點作為像控點[4]。

1.3 GNSS/IMU數據解算

將航攝采集的GNSS/IMU數據及基站同步觀測GNSS數據導入POSPac MMS軟件中進行航攝軌跡數據解算，通過后差分GNSS定位技術解算得到機載GNSS天線相位中心在相片曝光時刻的坐標數據。

1.4 影像色彩處理

將外業采集影像數據導入Capture One軟件中，進行飽和度、對比度、色彩等參數的調整。

1.5 空中三角測量

在航攝影像中進行像控點轉刺，并將解算得到的航攝軌跡數據與影像數據導入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。

1.6 三維模型重建

根據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域格網劃分，匹配計算格網內的三維像對組成TIN網，將影像紋理信息映射至TIN網中，得到最終的三維實景模型。

1.7 數據采集與編輯

將生產得到的三維實景模型作為不動產測量中地形要素數據采集的數據源，采用內外業相結合的方式進行作業，其中內業為主、外業為輔。將OSGB格式三維實景模型數據導入EPS三維測圖軟件中進行數據采集，基于真實場景的數據采集能夠使視覺感受與現實更為接近，同時可以進行二、三維一體化同步顯示。對于因遮擋導致的內業采集不全、存疑的地形要素需要外業調繪補測。最后，將采集數據與調繪數據整合并進行屬性錄入、數據質量檢查后形成不動產測量成果。基于模型數據的EPS三維測圖平臺數據采集。

2.三維實景模型與三維點云數據融合

將傾斜攝影測量生產的三維實景模型與架站激光掃描儀采集點云數據共同應用于不動產測量中，可綜合利用兩種作業模式的優勢，形成優勢互補，能夠提高作業效率與成果質量。其中，作為混合作業模式中最重要的設備，架站激光掃描儀的數據采集精度及效率直接決定了成果的質量與工作效率。因此，本文選擇高精度點云數據采集設備徠卡RTC360進行點云數據與影像數據采集。基于徠卡RTC360激光掃描儀的外業點云數據采集主要包括三個方面，分別為實地踏勘、現場數據采集及內業數據處理。

2.1 實地踏勘

通過對測區進行實地踏勘，可有效掌握測區實際地形信息，針對不同的測區環境設計架站路線及方式。若測區建筑物較為密集，則在通視條件好的位置進行測站點布設及坐標數據觀測，標靶布設在建筑物等固定地物上。

2.2 數據采集

根據規劃好的掃描路線及實際情況進行點云數據掃描，掃描前設置好儀器參數，如根據掃描對象的復雜程度及設計要求進行掃描點密度的設置。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，為了保證數據采集質量，每站數據采集完可直接通過平板電腦進行數據質量檢查。

2.3 點云數據處理

外業點云數據采集完后，為得到滿足生產條件的點云數據，需要進行數據預處理、點云拼接、控制點導入、點云去噪及數據輸出。將原始點云數據導入Cyclone軟件中進行點云數據預處理；在一定的約束條件下，將多站點掃描數據進行配準，得到完整的測區點云數據；點云數據拼接完成后，將控制點加入點云中得到絕對坐標；最后，使用整體去噪模式對點云數據進行去噪并輸出去噪后點云數據，輸出點云數據格式為LAS格式。

2.4 繪制成圖

將滿足生產條件的三維實景模型數據與架站激光掃描點云數據加載至EPS三維測圖軟件中，對建筑物結構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據與點云數據共同進行建筑物數據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，再經外業調繪補測、內業數據編輯與數據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的架站激光掃描點云數據（如圖2所示）：

圖2 建筑物模型及對應點云數據

2.5 RTC360激光掃描儀作業優勢

RTC360三維激光掃描儀具有三大核心先進技術，分別為SmartReg智能拼接技術、VIS視覺追蹤技術及TruRTC實景復制技術[5]，結合徠卡自帶的智能拼接軟件及外業操作軟件，使得RTC360三維激光掃描儀具有簡單、高效采集點云數據的優勢。RTC360激光掃描儀采集點云數據時具有速度快、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量為2000000，點位精度最高可達到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及作業時長，每塊電池具有4h超長蓄電的能力。總之，使用RTC360掃描作業時需要的作業人員更少，采集效率、精度更高，成果更加豐富。

3.試驗與結果分析

3.1 試驗區概況

試驗區位于合肥市包河區某地，整個試驗區面積為0.18km2，試驗區范圍（如圖3所示）。試驗區內地物以建筑物、道路及樹木植被為主，由于遮擋較為嚴重、建筑較為密集，因此適合使用無人機傾斜攝影測量技術與架站激光掃描技術混合進行外業數據采集。

圖3 試驗區范圍

3.2 地籍圖制作

3.2.1 實地踏勘與像控點布設

對實地進行踏勘，根據測區情況制定合適的掃描路線，并在測區內均勻布設像控點。像控點布設在觀測條件好、較為空曠的區域。

3.2.2 外業數據采集

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影像數據共耗時2.5h，利用RTC360三維激光掃描儀共架設270站，采集數據量為30G，耗時為7h。

3.2.3 內業數據處理

采用無人機傾斜攝影測量技術采集得到的原始影像結合像控點數據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，達到了5cm。

將RTC360采集測區原始點云數據導入Cyclone軟件中，對不同架站之間的點云數據進行拼接，拼接完成后檢驗拼接精度，達到了1cm；匹配控制點坐標完成點云數據的坐標轉換，對點云數據進行去噪等數據優化處理并輸出LAS格式點云數據。

3.2.4 繪制成圖

在EPS三維測圖軟件中新建工程，將滿足地籍圖生產條件的三維實景模型數據與點云數據導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據。對內業無法識別的要素通過外業調繪與補測進行地籍圖數據補充，最后，將內業采集數據、外業調繪補測數據進行整合與編輯，制作得到最終的地籍圖成果。基于三維實景模型與點云數據制作完成的試驗區地籍圖成果（如圖4所示）：

圖4 基于三維實景模型與點云數據制作的地籍圖成果

3.2.5 精度檢驗

使用CORS結合全站儀的傳統高精度測量手段在試驗區內均勻采集30個界址點，與制作地籍圖上同名點進行坐標比對，用于表征制作地形圖的成果精度，統計結果（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，《地籍調查規程》（TD T1001-2012）[6]中規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。可以看出，基于三維實景模型與點云數據制作的地籍圖成果滿足規范要求，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據制作的地籍圖成果精度統計 單位：cm

4.結束語

本文充分利用傾斜攝影測量技術與架站激光掃描技術在空間三維數據采集中的優勢，通過二者混合作業方式進行不動產測量。將混合作業新方案應用于地籍圖繪制試驗中，得到的結論為：

（1）在不動產測量中引入傾斜攝影測量技術與三維實景模型制作技術，結合架站激光掃描點云數據對不動產三維信息進行準確還原；在滿足地籍圖制作的基礎上使得不動產的空間表達更為直觀。本文設計的不動產測量新方案不僅解決了不動產登記信息定位不準確、數據采集速度慢等問題，同時可將三維實景模型成果數據與已有二維成果數據進行二三維GIS同步展示，是一種對不動產及周圍地物現狀的真實表現；

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