移動式激光雷達在房地一體測量中的應用思路總結

文／蔡藝君 廣東省國土資源測繪院 廣東廣州 510000

引言：

房地一體測量是管理農村土地資源以及房屋權籍等工作開展的基礎性工作，房地測量數據的準確性和客觀性對于農村宅基地、集體建設用地的管理以及開發利用均會產生重要的影響。而傳統的測量技術設備已經難以滿足新時期農村房地測量工作的實際需要，因此在房地一體測量工作中應積極引入移動激光雷達等具有較高測量精度和抗干擾性能，能夠更好適應房地一體測量要求的新型技術設備。測量人員應加強對移動激光雷達技術的研究，準確掌握其應用要點和操作規范，充分發揮移動激光雷達技術優勢，從而促進我國房地一體測量技術水平的全面提升。

1、概述房地一體測量

1.1 房地一體測量工作內容分析

所謂房地一體測量也就是對所有房屋以及其所在地塊的邊長信息以及地理空間信息進行精確測量的工作。房地一體測量工作目標一般是根據地籍調查成果對土地資源進行調查核實，并將房屋調查信息補入其中，以便準確掌握房屋和土地位置面積、位置、宗地以及相關的權屬信息等，從而為農村集體建設用地以及宅基地管理以及權籍調查提供可靠的參考依據。

1.2 房地一體測量現狀分析

在房地一體測量工作實踐中，由于環境條件復雜，入戶測量難度大，且目前房地一體測量工作中普遍存在測量技術設備相對落后，測量數據的全面性以及精度無法滿足實際需要、測量周期較長，測量成本較高等一系列的問題，這些問題都在不同程度上影響了農村集體建設用地以及宅基地的管理質量和開發利用的科學性、合理性。因此，在房地一體測量工作中應積極應用移動激光雷達等先進的技術設備，以便在保證測量數據、測量質量的前提下降低測量成本，為農村房地資源管理工作的順利開展奠定良好的基礎。

2、分析移動激光雷達技術

2.1 技術原理分析

所謂移動激光雷達是一種新型的非接觸式測量設備，該測量設備有效集成了激光測距技術以及動態GPS 差分定位測量技術，通過激光掃描方式高效準確地獲取測區范圍內目標地物地理空間信息。在移動激光雷達設備中主要包括INS 關系測量系統、GPS 全球定位測量系統以及Laser 激光測距系統這3 大主要組成部分。移動激光雷達技術的基本原理是應用激光掃描設備掃描指定地表目標，并對其空間距離進行自動測算。系統可以自動完成對激光發射點空間瞬時坐標數據的測定，并能夠在無人機作業模式下利用關系測量單元獲取飛行平臺的航偏角、仰俯角以及側滾角等各項參數，再對所有數據進行綜合處理分析，以完成對目標地物點三維坐標數據的解算。

現階段的移動激光雷達技術在實際應用中一般分為背包作業以及無人機作業這兩種模式。其中在背包作業模式下，移動激光雷達系統主要包括背后筆記本、數據存儲分析系統以及背包頭頂單反設備這幾部分，系統通過對無線網絡技術以及云技術的綜合應用來采集測區目標地物的地理空間信息，該模式一般用于對環境較為復雜測區的房地一體測量工作。而隨著無人機技術的發展，無人機已經成為移動激光雷達的主要搭載平臺。在無人機模式下能夠利用設置與飛行平臺上的激光掃描設備對測區地表進行覆蓋掃描，以獲取被測目標的三維坐標、間距等數據，系統可以自動結合無人機飛行姿態角等相關參數完成三維模型的構建，并獲取目標地物的三維坐標數據。隨著移動激光雷達技術的不斷發展成熟，其在多個行業中均得到了推廣應用，而房地一體測量則是移動激光雷達的主要應用領域之一。

2.2 移動激光雷達在房地一體測量工作中的技術優勢分析

由于移動激光雷達綜合應用了計算機技術與激光掃描技術，其在測量的信息化程度、數據采集效率以及定位測量精度方面均具有突出的技術優勢，能夠較好地滿足新時期房地一體測量工作的實際需要。同時，移動激光雷達在實際測量中具有較高的靈活性，且不易受到天氣等外界因素的干擾，技術適應性較好，能夠有效解決傳統房地一體測量技術中的限制線問題。此外，移動激光雷達技術在房地一體測量工作中的應用還可以極大地提高數據處理分析的效率，自動完成三維點云分布數據采集、點云數據解算分析、三維模型構建以及成圖等各項任務，極大地提高了房地一體測量工作的自動化水平和工作效率，減少了人為因素對成圖精度的影響。而且移動激光雷達對于后期的維護管理要求不高，可以更好地適應房地一體測量工作的實際情況。這些技術優勢使移動激光雷達技術在房地一體測量領域中具有較高的應用價值以及廣闊的發展前景。

3、移動激光雷達在房地一體測量中的應用要點分析

在房地一體測量工作中應用移動激光雷達能夠對房地劃分特征進行更加全面的了解，并準確掌握房地資源的使用或者閑置狀態，并為農村土地資源的合理利用以及農村經濟建設提供重要的參考資料。由于移動激光雷達在房地一體測量工作中具有較為明顯的技術應用優勢，因此測量人員應準確掌握其技術應用要點，提高測量操作的規范性和準確性，以確保測量數據的精度以及測量效率能夠滿足房的一體測量的實際需要。

3.1 測量方案制定要點分析

應用移動激光雷達技術進行房地一體測量時，測量人員應首先合理劃分測區，為后續測量工作的開展做好準備。劃分測區時，測量人員應詳細了解待測區域范圍和房地一體測量項目的基本要求，并要科學劃歸測區路線，做好測區資料的掃描處理等各項準備工作。同時，測量人員應根據測區特點選擇控制點位置，并布設控制網，以確保能夠有效覆蓋測區范圍。在對測區線路進行閉合處理時，應結合房地一體測量的精度要求，以及測區內所有待測目標的實際情況，采取相應的處理方式，以提高點云數據采集的準確性和客觀性，且應合理確定點云厚度。在確定劃分測區時還應盡量避免路段冗余，防止重復測量以及掃描造成測量效率下降以及測量成本增加。測量人員在劃分測區時，一般應確保線路閉合時間不超過20min 到25min，以保證點云數據精度能夠達到房地一體測量精度要求。測量人員在設置路線閉合時間時應根據測區特點以及房地一體測量項目的具體要求，充分考慮測量周期以及測量精度兩方面的要求，確保路線閉合時間設置科學合理。

3.2 布設控制點要點分析

在應用移動激光雷達技術進行房地一體測量時，測量人員應合理布設控制點。為提高數據掃描測量的精度，測量人員應在完成測區劃分后應在合測區內分別進行控制點的布設。每個測區內控制點的布設數量一般應控制在3個－5 個之間。測量人員應嚴格遵守房地一體測量操作規范要求，將控制點布設于個測區外邊沿處，且應合理確定控制點位置和布設密度，確?？刂撇荚O均勻。在布設控制點時，測量人員應在兩相鄰測區的銜接處設置1-2 個公共控制點，以提高測量的精度。測量控制點坐標時，測量人員應合理設置測回數量以及歷元數等各項參數，以確保測量數據的平差處理接軌能夠達到80%以上的合格率，從而為提高房地一體測量數據的精度奠定良好的基礎。

3.3 采集測量數據要點分析

在應用移動激光雷達技術采集房地一體測量數據時，測量人員應根據測區的現場環境條件、測區面積、測區地形地貌特征、施測時的天氣等各種因素，合理選擇應用移動激光雷達的作業模式，以提高數據采集的全面性和精確性。

在房地一體測量工作中應用移動激光雷達時，測量人員應加強對測區環境條件的勘察，并按照房地一體測量要求進行基準站的設置，且應將移動激光雷達以及相關配套設施安裝就位。在完成設備安裝后，測量人員應啟動設備，并按照測量方案進行參數設置，在確認無誤后即可開展測量數據采集工作。采集測量數據時，移動激光雷達首先根據劃定的目標區域進行信號發射，且發射信號應確保能夠全面有效地覆蓋測區范圍。之后再對反射信號進行分接收以及處理，并利用設備內置處理軟件對反射信號進行分析，以獲取測量數據，從而準確測定房屋位置、房屋高度、間距以及目標地塊面積等各項數據信息。

目前，在房地一體測量實踐中比較常用的移動激光雷達作業方式主要包括背包作業模式以及無人機作業模式等。其中背包作業模式主要用于對測區大量地物數據的采集，不過該作業模式較為容易受到外界因素的干擾，對點云數據的采集精度會產生一定的影響。因此在采取該作業模式時，測量人員應通過地面布控等方式使點云精度提高，從而糾正掃描點云位置，以獲取高精度激光點云數據。而無人機模式則具有較好的抗干擾性以及靈活性，測量人員在應用該作業模式時需要根據測區的實際情況合理確定航高、航線等參數，以保證誠如精度。為進一步提高該作業模式下數據采集精度，測量人員應同步設置地面靜態基站，并結合測區地形地貌條件以及移動激光雷達設備的性能參數等來合理選擇高程擬合和坐標轉換方式，以提高靜態基站測量數據的精度。在實際測量時，測量人員可以根據實際情況采用一種或者綜合應用多種作業模式來開展房地一體測量工作，這樣可以全面的提升房地一體測量的效率和質量。

3.4 內業處理數據要點分析

3.4.1 移動激光雷達測量數據預處理要點

在應用移動激光雷達技術采集房地一體測量數據時，測量人員完成房地一體測量數據的采集工作后應首先對測量數據進行預處理，以獲取被測目標的原始點云數據、基站數據以及GPS 數據等各項數據信息。測量人員應采用慣導計算等方式來對數據采集軌跡進行分析，以便在此基礎上完成對激光點云數據的無縫拼接處理。同時，在完成對點云數據的計算后，測量人員還應按照房地一體測量項目的具體要求進行坐標轉換處理，并準確計算轉換參數，以便結合投影參數等完成對點云數據的處理。

3.4.2 移動激光雷達測量數據矢量化處理要點

應用移動激光雷達技術采集房地一體測量數據時，測量人員在完成對點云數據的拼接處理后，還應進一步開展對測量數據的內業矢量處理，并進行數字線畫圖的編制，以便計算被測目標的邊長數據等。在矢量化處理時，測量人員應利用專業數據處理軟件自動矢量化房屋和其所在地塊數據，并結合相關影像數據信息判斷房屋特征、地塊的地物特點等數據信息。在矢量化處理時如基礎測量數據的精度、分辨率或者全面性未能達到房地一體測量要求時，應通過外業補調等方式進行完善更新，以保證成圖質量

3.5 數據精度檢校要點分析

應用移動激光雷達技術采集房地一體測量數據時，測量人員在完成基本測圖工作后，還應通過人工校核以及人機交互等方式檢校測圖精度，以確保各項測量數據以及測區精度均能夠達到房地一體測量標準。

3.5.1 檢校間距精度要點

測量人員在對移動激光雷達測定的間距精度進行檢校時，應對內業實地勘丈距離以及內業出圖標注數據進行對比分析，且應確保邊長符合房地一體測量精度要求，從而將間距精度標準控制在1.5cm 范圍內。

3.5.2 檢校間距精度要點

在對移動激光雷達測量數據中的點位精度進行檢校時，測量人員應隨機在測區范圍內選擇一定數量的宗地進行實地勘測，且所選宗地數量應與房地一體測量項目區域面積相適應。之后，測量人員應對點云數據以及實地勘測數據進行對比，以分析兩組數據之間的差異。測量人員還可以采取抽檢等方式檢校測圖質量，并判斷測量數據的精度是否達到房地一體測量要求。

4、移動激光雷達在房地一體測量中的應用實踐分析

4.1 房地一體測量項目概況

在廣東省某自然村的房地一體測量項目中，根據該測區范圍的實際情況，采用了移動激光雷達技術。其中，在測區內相對空曠區域內采用的是無人機作業模式，而存在較為密集建筑物和線纜設施的區域則采用可移動激光雷達技術中的背包作業模式來開展房地一體測量工作。

4.2 移動激光雷達在房地一體測量中的實踐應用

4.2.1 空曠區域移動激光雷達背包測量作業要點

在背包作業模式的實際測量過程中，測量人員首先在臨近測區的位置選擇一個已知點作為基準點，并將靜態基站設備設置按照于該點。之后測量人員應在該已知點坐標數據的基礎上導入點云數據，并進行差分處理。在完成上述操作后，測量人員應以勻速步行方式開始采集房地數據信息。采集數據時不得出現快速掉頭或者急轉彎等情況，避免由于慣導記錄誤差而影響測量數據的精度，以便準確獲取數據采集軌跡以及測區范圍等數據信息。在完成數據采集后，測量人員應選擇測區內具有較高辨識度的地物角點作為地面檢查點，以提高影像數據的精確度以及分辨率。測量人員在進行數據解算時，應以靜態基站數據為基礎進行差分處理，且應注意將點云數據格式進行轉換。在本次房地一體測量中點云數據應統一采用LAS 格式。測量人員也可以利用點云數據處理軟件根據檢查點布設位置進行選擇，并將點云坐標導出。此外，測量人員應結合RTK等測量數據對檢查點坐標加以對比，以提高數據處理的準確性。在測量數據處理完畢后，測量人員應通過專業數據處理軟件導出點云數據，并根據該房地一體測量項目的要求進行坐標轉換處理，并應嚴格按照項目精度標準對數據精度進行控制。在本次房地一體測量項目中，要求將點云數據誤差不超過0.054 點位，且殘差不應超過0.063m。經過對測量數據檢校分析發現，采用移動激光雷達技術所獲取的測量數據相對中誤差為0.064m，符合該房地一體測量相應的精度標準，說明移動激光雷達技術的測量精度能夠達到房地一體測量要求。

4.2.2 復雜環境區域移動激光雷達無人機測量作業要點

而在應用移動激光雷達的無人機作業模式對地形地貌條件較為復雜的測區部分進行測量時，測量人員應結合測區前期勘察情況以及天氣條件等相關信息制定科學的房地一體測量計劃，合理選擇移動激光雷達設備以及飛行平臺的類型、型號，科學設置飛行高度、航向、重疊度、姿態角等各項參數，以確保能夠對劃定的測區進行全面的覆蓋掃描，從而確保數據采集全面、準確。在完成數據采集工作后，可以利用專業數據軟件對激光掃描數據自動進行處理分析，并完成測圖工作，且應嚴格按照該房地一體測量項目的精度要求控制成圖精度，從而為該自然村的集體建設用地以及宅基地權籍調查提供準確客觀的測量數據。

4.2.3 測量數據檢校分析

在完成該房地一體測量項目的基本測圖工作后，測量人員采取抽檢方式檢校測圖質量。檢校過程中分別抽取界址點215 個以及宗地100 個，經過分析發現雖然有3 個點位的測量數據有誤差存在，但其差值僅為0.0035m，表明測量數據具有較強的一致性，測量數據差值被有效控制在允許的范圍內。

5、移動式激光雷達在房地一體測量中的應用發展分析

雖然移動激光雷達在房地一體測量中具有測量效率高、能夠自動完成數據采集以及測圖等工作，且測量數據有較高的精度等明顯的技術應用優勢，但目前然移動激光雷達技術在應用實踐中還存在如果在較長時間內無法實現GPS 定位，僅依賴慣導系統難以滿足精確定位測量的要求。同時，當測區范圍內有高壓線等對激光反射信號會產生較大干擾的地物時，或者地物之間存在較為嚴重的相互遮擋情況時，也會對點云數據精度產生不利的影響。因此，為進一步提高移動激光雷達技術在房地一體測量工作中的應用效果，未來應加強對點云漏洞等問題的研究，并積極研發相關的抗干擾技術設備，也可以采取結合SLAMM技術等多種方式來對現有技術進行改進和創新，從而有力推動移動激光雷達技術在房地一體測量領域的普及，不斷拓展移動激光雷達技術的應用范圍和技術應用有效性，為農村房地資源開發利用以及管理提供更加科學的參考依據。

結語：

應用移動激光雷達技術進行房地一體測量，不僅可以有效提高測量的效率和測量數據的精度，縮短測量周期，降低測量成本，而且可以有效減輕測量人員的工作強度，因此移動激光雷達在房地一體測量領域具有明顯的技術優勢和較高的應用價值。測量人員應加強對移動激光雷達技術的研究，充分了解其技術原理和應用要點，并結合房地一體測量實踐不斷優化移動激光雷達技術應用方式，拓展移動激光雷達應用范圍。同時，測量人員應積極開展技術創新和改進，進一步提高移動激光雷達技術應用效果，從而為我國農村房地資源管理以及科學開發利用提供更加精準可靠的參考依據。