基于傾斜攝影和LiDAR融合的不動產測量應用研究

丁智奇，趙文軍，李俊鋒

（1.陜西鑫雅圖空間信息技術有限公司，陜西 西安 710199；2.陜西測繪地理信息局，陜西 西安 710054）

地籍測量是確定每一宗土地的權屬、界線、面積和位置等情況，形成地籍圖等資料，是登記發證管理土地權屬的基礎[1]。不動產權籍調查是在地籍測量的前提下，以宗地或是宗海為基礎，充分利用已存在的不動產權籍調查、登記與前期審批等成果資料，以已存在的集體土地所有權地籍圖、影像圖為工作底圖，采用內外業核實、實地調查測量的方式，實施不動產權屬調查與不動產測量等方面的工作[2]。

目前常用的傳統權籍測量方法[3]是全站儀與GPSRTK 組合測量方法，雖然使用此方法能滿足不動產權籍調查工作基本要求，但無論從作業效率、從耗費的人工上，還是從長遠發展規劃上，都不能滿足要求。

近些年，無人機傾斜攝影測量技術和地面三維激光掃描測量技術被應用到了地籍測量及不動產權籍調查中，彌補了常規測量的一些不足之處。依托陜南某地地籍和不動產權籍調查項目，本文設計出了一套結合地面三維激光掃描技術和傾斜攝影測量技術的混合作業新方案。無人機傾斜攝影測量和三維激光掃描技術都有高效率的優點，其中地面三維激光掃描技術不管在效率和精度上都優于傳統的作業模式，但其無法全面獲取建筑物頂部信息[4]，而無人機傾斜攝影測量技術恰好在獲取建筑物頂部信息上有優勢，很全面。結合這兩種技術的優勢，能從不同視角保證數據的密集程度，極大程度減少了測量死角，從而全面的獲取了完整的信息采集數據，保證成果的精度。

1 無人機傾斜攝影數據制作

傾斜攝影測量技術是近十幾年快速發展起來的一項技術，它突破了正射影像垂直單一角度拍攝的局限，同一個飛行平臺上可以同時搭載多臺傳感器，可以實現一垂直、四傾斜等5 個不同的角度同時進行影像采集，最終獲取到建筑物頂面以及側面的高分辨率紋理信息[5]。它不但能夠反映真實的地物情況，還可以獲取高精度的方位與紋理信息，最終形成真實的三維立體模型。該技術目前已經在國土安全、應急指揮、房產稅收城市管理、等行業得以廣泛應用[6]。

本文采用國內主流的傾斜攝影自動建模系統Smart 3D 進行真三維模型的制作，生成真三維模型。模型成果所有建筑物的空間關系和紋理，均采用分層顯示技術（LOD），對計算機配置無要求，整個過程無需人工干預，支持多種數據的導入和輸出。具體技術路線如圖1 所示。

圖1 Smart 3D 傾斜攝影真三維自動建模技術流程

1.1 像片控制測量

像片控制測量是在測區內實地測定像片控制點平面位置和高程信息，這些信息主要用于空中三角測量或測圖定向[7]。常用的像控布點方案主要有全野外布點、非全野外布點和特殊情況布點等方案。

1.2 無人機傾斜攝影測量

設備：多旋翼無人機。

航飛分區：以硬化路面為分界線，劃分子測區。

航攝時間：上午9：00 至下午16：00 之間。

相對航高：100 m 左右。

航飛重疊率：航向重疊度和旁向重疊度均大于75%。

航飛數據檢查：照片成像清晰，無大面積云影、煙和反光、污點等缺陷，滿足影像質量要求，可直換用于實景三維建模環節。

1.3 實景三維建模

實景三維建模采用國內主流的傾斜攝影自動建模系統Smart 3D 進行真三維模型的制作，該系統是基于攝影測量原理，對大重疊度的傾斜影像進行空三加密，密集匹配等過程，最終生成真三維模型[8]。模型成果可以真實反映有建筑物間的空間位置關系與紋理特征，LOD 分層多達20 層以上，這樣不僅可以滿足在任何配置的計算機上流暢地加載地物模型，建筑物的細部特征也能得到詳細的表達。

1.4 數據采集

采用EPS 軟件平臺的三維測圖模塊對測區正射影像數據與對應的實景三維建模數據加載的基礎上，采用二三維聯動模式完成數據采集與更新工作。

1.5 外業補測

1）若測區地物遮擋嚴重，對應的實景三維模型會存在局部變形、模糊，從而導致部分地物要素不能準確進行采集，需外業補測完成這部分地物要素采集。

2）地物的部分屬性信息（路名等注記信息）無法獲取，需外業補測補充完成。

1.6 內業編輯整理及出圖

結合上述外業補測及調繪成果，對采集數據進行編輯整理，最終編制地籍圖（圖2）。

成果輸出支持多種格式，如DWG 或MDB。

圖2 傾斜攝影測量技術編制地籍圖成果

2 三維傾斜實景模型融合三維激光點云數據

三維傾斜是將三維融合三維激光點云數據混合作業模式下，地面三維激光掃描儀是其中最重要的設備之一，它的工作效率和精度直換決定了這種作業模式下的效率和主要精度。本文三維激光掃描采用徠卡RTC360 進行掃描和拍攝全景影像。具體技術路線如圖3所示。

圖3 技術流程

2.1 實地踏勘

經過實地踏勘，了解測區的地理概況及房屋分布情況。測區若房屋比較密集，選擇通視效果佳的位置布設控制點進行GPS 測量，或在建筑物上布設標靶。通過在控制點上和建筑物上設置標靶，利用后方交會原理得到標靶坐標為點云拼換提供基礎。

2.2 外業數據采集

采用自由架站徠卡RTC360 進行掃描和拍攝全景影像，用于后續作圖參考，開啟VIS 視覺追蹤技術，實現自動拼換。在平板電腦上實時查看數據，防止數據遺漏缺失。對于個別采集不到的區域（如院落遮擋無法進入且遠處采集不通視的情況），可通過傾斜攝影測量方式獲取。

2.3 點云導入和拼接

通過自帶的工業級固態U 盤將點云直換將數據導入Register 360 軟件，大大減少數據傳輸拷貝時間，Cyclone Register 360 軟件實現一鍵導入，同時完成智能拼換，利用VIS 視覺追蹤技術及IMU 慣導等多種傳感器，RTC360 在軟件中能夠實現多站點云的自動拼換，精度高，速度快，減少人工干預。利用控制點坐標及觀測到的標靶，轉換點云為絕對坐標，軟件生成的精度檢核報告能夠查看，點云整體和各站點間的拼換誤差，確保數據準確可信。

導入結束后，全部點云已經自動拼換好。檢查拼換精度，構建閉合環，優化點云整體拼換精度，優化后的點云拼換精度在可控在5 mm 以內。

2.4 繪制成圖

在EPS 中通過加載點云數據及三維模型數據（圖4），可以清晰直觀的判讀地形地物的真實位置及結構特征，通過切片工具以點云數據為依托，獲取建筑物每層結構高精度的輪廓。提高工作效率及成圖精度，在EPS 軟件中，三維瀏覽最真實的現場環境，準確捕捉到每一個界址點，即可繪制1∶500 房屋地籍圖，查看四至地物地類，添加屬性信息，使成果滿足專業要求。

圖4 點云數據及三維模型數據融合

2.5 作業優勢

1）環境要求。RTC360 作業無需過多要求，高樓遮擋，區域狹小等環境下依舊正常作業，無需整平，隨搬隨測，設站位置靈活，減少數據盲區。不再有GPS 等待信號，全站儀不停搬站、立鏡困難等情況。

2）數據成果。不再是單點或單線的呈現，而是三維真實的還原整體，每一個地物，細節都清晰可見，建筑縫隙、高壓桿、變壓器、宗地四至毫無遺漏，墻體轉彎、走向、對換方式直觀明了。外業作業不再需要點號代碼，非現場人員也能順利準確繪圖，真正優化項目流程，縮短工期。

3）作業效率。與傳統作業方式相比，RTC360 作業僅需單人操作，大大減少了人力的投入，單站僅需半分鐘左右，作業范圍約大，測站數越多，整體效率提升越明顯。數據獲取速度是傳統作業速度的4 倍以上，作業效率統計如表1 所示。

表1 RTC360 作業效率統計詳情

3 三維傾斜實景模型融合三維激光點云數據不動產測量實驗

本文以陜南某地做為試驗測區進行實驗，具體技術路線如圖5 所示。

圖5 技術路線流程圖

3.1 測區范圍選擇

本文選擇實驗測區為陜南某地，“地籍和不動產權籍調查”工作涉及0.25 km2，預估宗地數150 宗。測區范圍如圖6 所示。

圖6 測區數據范圍

3.2 儀器設備選擇

測區有密集房屋與規則分布小區，常規RTK 受信號干擾不能滿足要求，采用全站儀采集速度慢，效率低。徠卡RTC360 具有輕快便攜，操作簡單，適用于各種場景，效率高，精度好等優勢。最終采用徠卡RTC360 方案進行數據采集和根據點云成圖。

3.3 地籍圖繪制實驗

3.3.1 踏勘與測區區域塊劃分

對測區進行踏勘，制定合理的掃描路線。經過現場實際查看，將該區域劃分為7 塊區域分塊進行作業。測區區域塊分布情況如圖7 所示。

3.3.2 外業數據采集

布設掃描站點，兩站間距約15～25 m，掃描分辨率設置為低分辨率。整個測區共采集280 站，數據量大小約30 G，外業共用時7 h。另外，現場利用RTK測得臨時控制點絕對坐標，并通過標靶和控制點進行了聯測。

圖7 測區區域塊分布圖

3.3.3 內業點云預處理

1）數據導入以及拼換。將原始點云導入Cyclone中，數據導入即完成拼換（如圖8 所示）。點云自動拼換后，分塊點云拼換精度2～4 mm，整體點云拼換精度由于1 cm。

圖8 點云數據導入與拼接示例圖

2）絕對坐標轉化。檢查點云中的標靶中心點名稱和現場RTK 測量的控制點名稱一一對應，確保無誤。將點云轉換為絕對坐標。

3.3.4 繪制成圖

在AutoCAD 中利用CloudWorx for AutoCAD 插件直換調取Cyclone 的點云數據。簡單方便，縮短了跨平臺使用點云的時間（圖9）。

插件支持在自定義坐標系調整、任意軸線任意高度切片。

圖9 地籍圖繪制成果示例圖

3.3.5 精度驗證

現場用全站儀在現場測量多個點與成果進行對比，精度統計如表2 所示。

從表中可以看出，徠卡RTC360 與全站儀對比最大偏差為3 cm，平均偏差為1 cm，滿足地籍測量5 cm要求。

表2 RTC360 作業精度統計結果

4 結 論

本文依托陜南某地地籍和不動產權籍調查項目，設計了一套結合地面三維激光掃描技術和傾斜攝影測量技術的混合作業新方案，通過基于2 種技術融合成果的地籍圖繪制實驗，通過項目實驗，得出如下結論：

1）地籍測量引入傾斜攝影測量+實景三維建模技術，融合三維激光掃描技術獲取數據，還原了不動產三維的本質，讓產權內容表達更加直觀準確。不僅大大的提高了工作效率（數據獲取速度是傳統作業速度4 倍以上）及數據采集精度（界址點誤差小于3 公分），解決了不動產登記耗時長、辦理難、落宗關聯速度慢、信息定位不準確問題。把傾斜攝影三維成果和已有的二維地籍、房產樓盤表數據集成到三維GIS 進行展示，在滿足對復雜空間數據管理與登記需求的同時，對于不動產周圍地物現狀的反映也真實、更直觀。

2）陜南某地地籍和不動產權籍調查項目產生的經濟效益充分證明了地面激光掃描結合傾斜攝影技術這種新的混合作業模式的先進性，值得在行業中推廣應用。該方法所生產的三維數據成果也更能順應慧城市建設的要求，可推廣應用農業、林業、礦業、環保等各個領域。地面三維激光掃描技術結合傾斜攝影測量技術的混合作業模式也必將給內業數據采集帶來新的挑戰，點云加傾斜模型多源數據混合內業采集將成為常態。