測繪新技術在房地一體項目中的應用分析

馮嘯

（四川省地質測繪院有限公司,四川 成都 610017）

隨著美麗鄉村建設、房地一體項目的開展,農村不動產被提上了日程。然而農村房屋建設隨機,結構多樣,分布密集,采用傳統的全站儀架站測量,每站采集的有效數據量小,需要頻繁換站,效率低；外業作業,夏天易中暑,冬天溫度太低,都不利于外業作業,且外業作業較內業來說,其風險性更高[1-2]；外業需要住宿賓館或者搭車往返項目部與作業區,路上浪費時間,住宿賓館額外增加了生產成本,較內業來說,其作業耗費資金更多；農村住戶都是以種地為主,每年在田地里的時間較多,平時在家較少,導致入戶工作難以推進[3-4]。然而全國房地一體項目的開展,其要求要在較短時間內完成全部數據的測繪,因此采用傳統方式很難按期完成數據生產[5]。為了解決這一問題,筆者深入研究目前主流的傾斜攝影技術和激光點云技術,并對這兩種技術進行了簡單介紹。以實際項目中的一個農村為例,采用兩種方式對該村進行地籍測繪。并通過布設檢查點來檢測地籍圖成果的精度,結果表明：采用本文的方法,較傳統作業方法來說,其效率更高、風險更低、生產成本更低,且每戶只需一次入戶即可,解決了入戶難的問題,且成果精度可以滿足房地一體項目精度需求,可為農村房地一體項目的開展提供有效思路,為房地一體項目按時按點、高質量完成提供保障。

1 案例分析

1.1 傾斜攝影測量技術在房地一體項目中的應用

傾斜攝影在房地一體項目中的應用主要包括外業和內業兩部分,其中外業主要包括影像數據的獲取和控制點的測量,內業主要包括數據預處理、空中三角測量解算、三維模型生產和地籍圖測繪,其主要流程如圖1 所示[6]。

圖1 傾斜攝影測量技術在房地一體項目中的應用流程示意圖

1.1.1 外業工作

外業工作主要有測區勘察和資料收集、空域申請、控制點噴涂與采集、航線規劃和影像數據獲取、影像數據質檢和成果提交四部分。

1.1.1.1 測區勘察和資料收集。任務區位于四川省德陽市旌陽區某一村落,大約有住戶120 戶,房屋分布稀疏密集不均勻,任務區內航高差約20 米,已有資料為2018 年0.2米正射影像。

1.1.1.2 空域申請。測區位于禁飛區,若要采用無人機進行航空作業,需首先進行空域申請。在任務實施過程中,首先對空域進行了申請,空域申請內容涉及到航飛高度、航飛范圍、航費時間等。在按流程進行申請后,并得到了相關部門的批準。

1.1.1.3 控制點噴涂與采集。為了提高控制點的精度,本次作業均采用噴涂靶標的方式進行,按照200 米間距均勻布設像控點32 個,布設檢測點10 個,這些點均布設在地面上,且四周區域空闊,對點位遮擋影響較小。噴涂采用紅白油漆噴對三角,三角形邊長約60cm,具體形狀如圖2 所示。

圖2 控制點實地照片

1.1.1.4 航線規劃和影像數據獲取。采用地面站軟件按照空域批準文件里的指標,對航線進行規劃,規劃參數分別為：航攝高度80 米,地面采樣分辨率1.3cm,航向、旁向重疊度為85%,按照東西方向進行航線規劃。航線規劃完成后,將任務上傳給飛控中心。在正式作業前,首先對飛機進行檢查,檢查包括螺旋槳安裝是否牢固,相機是否能夠正常曝光,記錄POS 的模塊是否能夠正常運行,安裝的內存卡是否能夠正常寫入影像數據,電池電量是否符合航飛要求,在進行一系列檢查后,無人機起飛進行航空作業,在航攝過程中,通過地面站觀察飛機飛行狀態,確保飛行是可控的,在完成數據的采集后,飛機按預定位置進行降落。

1.1.1.5 影像數據質檢和成果提交。本次采用武漢訊圖的航空飛行質量檢查軟件FlyCheck 對航飛影像進行質檢。五鏡頭數據,選取下視鏡頭影像進行檢查,檢查影像航向、旁向重疊度符合技術設計書要求,采用人機交互方式查看影像質量,影像顏色對比度良好,無云影,地物清晰,影像成果質量整體良好。整理影像、POS和相機報告,完成航攝成果的提交。

1.1.2 內業工作

內業工作主要包括數據預處理、工程創建和完善、空中三角測量解算和控制點轉刺平差、三維模型生產、地籍圖測繪、精度檢測與評定。

1.1.2.1 數據預處理。本次數據預處理主要有以下內容：①影像重命名。采用拖把更名器對5 鏡頭影像進行統一命名。②POS數據解算。采用POS解算軟件,結合5 鏡頭安裝之間的關系參數,以下視鏡頭對應的POS 為基準,對側視鏡頭POS 進行解算,得到精確的POS 數據,使影像和POS能夠完全對應。

1.1.2.2 工程創建和完善。本次建模使用目前主流的Context Capture 建模軟件。首先新建工程,然后加載影像數據和POS 數據,在軟件中設置任務提交路徑,填寫每個鏡頭對應的相機焦距,快速檢查影像是否有損壞,工程創建完成后,保存工程,即可進行空三解算。

1.1.2.3 空中三角測量解算和控制點轉刺平差。空三解算是由軟件自動完成的,本次空三按照軟件默認設置進行提交,待空三解算完成后,通過人機交互的方式查看空三結果,無明顯分層、彎曲等現象,查看加密報告,空三精度良好。然后設置控制點坐標系,導入控制點和檢測點,然后結合實地照片進行控制點的轉刺,并將檢測點也進行轉刺,但是設置其類型為檢測點,只統計殘差,但不參與平差運算。平差完成后,通過平差報告可知,本次控制點平面中誤差為0.011 米,高程中誤差為0.008 米,檢測點平面中誤差為0.015 米,高程中誤差為0.014 米,精度符合規范要求。

1.1.2.4 三維模型生產。空三完成后,結合電腦配置,設置相關參數,進行模型生產。相關參數設置內容主要有：瓦片劃分方式：按照規則平面方式；瓦片大小：設置為120 米,約需內存15G,占電腦內存的1/2；輸出格式：選擇OSGB,其它參數默認。提交建模任務,完成實景三維模型的生產。

1.1.2.5 地籍圖測繪。將實景三維模型加載到清華山維EPS軟件中,按照地籍測繪要求,基于模型進行地籍圖采集與編輯,并通過模型對房屋等賦正確屬性。對于內業不能準確判斷或者模型拉花無法采集的,在外業進行調繪補測,然后對成果進行整體修改,將多個作業員的成果進行接邊,完成整個成果的整理和提交。任務區部分地籍圖如圖3 所示。

圖3 部分地籍圖成果

1.1.2.6 精度檢測與評定。利用10 個檢測點,對采集的地籍圖成果平面精度進行檢測,檢測結果見圖4（圖中較差單位為cm）。

通過圖4 可知,10 個檢測點的較差均介于2cm-5cm,由于點數較少,采用平面較差的平均值作為本次檢測點的中誤差,經過計算,本次10 個檢測點的中誤差為4.3cm,成果精度符合規范要求。

圖4 檢測點較差示意圖

1.2 激光點云在房地一體項目中的應用

本次以手持式LiDAR 在房地一體項目中的應用進行實驗驗證。點云數據處理工作也分為兩部分：外業和內業,外業主要是控制點的噴涂與采集和點云數據的獲取,內業主要包括點云數據預處理、點云數據糾正與拼接、點云抽稀與輸出、地籍圖測繪和精度檢測與評定,其主要流程如圖5所示。

圖5 手持LiDAR 在房地一體項目中的應用流程示意圖1.2.1 外業工作

1.2.1.1 控制點的噴涂與采集。在點云數據采集前,現在建筑物的側面固定靶標,確保后續點云數據糾正可以使用這些點,檢測點主要采集在建筑物的頂點處,這樣便于后期對建筑物的精度進行檢測。采集采用全站儀,首先利用RTK采集一個坐標,然后以該點坐標為基準進行采集,采集成果可用,其中采集控制點25 個,采集檢測點12 個。

1.2.1.2 點云數據的獲取。在控制點采集完成后,緊接著進行點云數據的采集。此次點云數據采集使用的設備是思拓力H8 手持三維激光掃描儀,該設備點云密度高,采集成果質量高。在采集過程中,手持設備勻速前進,在電腦端可以實時顯示采集的成果。

1.2.2 內業工作

1.2.2.1 點云數據預處理。點云數據預處理主要包括點云數據的格式轉換和濾波,格式轉換主要是將采集的成果轉為軟件可以導入的格式,本次點云數據處理使用的軟件是LiDAR360,該軟件處理點云數據能力強,且在濾波環節,可以根據不同地形多次濾波。通過對獲取的點云數據進行濾波處理,得到高質量的點云成果,該成果過濾掉了樹木、電桿等地物,保留了建構筑物的結構和紋理。

1.2.2.2 點云數據糾正與拼接。利用采集的控制點對濾波后的點云數據進行糾正,以確保點云成果的絕對精度能夠滿足地籍精度需求。本次通過對點云糾正,得到糾正后的控制點中誤差為1.1cm,精度完全可以滿足地籍精度要求。對于重疊冗余部分的點云進行刪除,確保接邊區域點云精度合格,過渡自然。

1.2.2.3 點云抽稀與輸出。手持H8 采集的點云密度很高,數據量很大,并不利于后期點云數據成果的使用,因此在實際作業過程中,對點云數據進行了適當抽稀,主要抽稀的部分為墻面,即較平坦的面,這樣盡可能的保留下了建筑物邊緣部分,對后期地籍的采集影響較小,然后輸出las 格式的成果。

1.2.2.4 地籍圖測繪。本次地籍圖測繪和實景三維模型地籍測繪使用同一個軟件,即EPS軟件,版本為V5,該版本導入點云采集,需要的格式為pcd。首先通過EPS點云格式轉換功能,將LAS 格式轉為pcd 格式,然后按照地籍圖測繪要求,在點云上進行地籍圖的采集。對于遮擋嚴重區域,無法準確采集的,外業通過全站儀、RTK等設備進行補測。

1.2.2.5 精度檢測與評定。在地籍圖采集完成后,使用12個檢測點對所采集的成果精度進行檢測,檢測結果見表1所示。

表1 檢測點精度檢測統計表 單位：cm

通過表1 可知,本次12 個檢測點中平面較差最大的為4.8cm,最小的為1.5cm,中誤差為3.3cm,成果精度符合地籍規范要求。

2 兩種方式優缺點對比

通過兩種方式生產地籍圖,可以得出以下幾點結論：

2.1 傾斜攝影方式,空三加密環節容易出問題,且建模效率低,需要等待時間長,點云數據獲取后,經過快速處理,就可以進行地籍圖測繪,其前期數據獲取和處理所需時間短。

2.2 傾斜模型較點云模型更為真實直觀,且OSGB格式模型,在采集時較為流暢,數據量小,可以很容易辨別地物和邊界。

2.3 模型是對多視影像密集匹配后的點云進行了三角網構建,在構網時,對部分房角點進行了丟棄,這樣使得采集的房角點精度較差；點云較傾斜,保留了更多的房角點,使得采集的房角點精度較高。

2.4 傾斜和點云技術,對作業人員要求都比較高,兩種數據源在地籍圖采集環節,其效率基本上一致。

2.5 點云數據在濾波環節對作業員的技術和經驗要求高,不然濾波成果質量差,會影響后期其他環節的操作。

2.6 傾斜攝影屬于低空作業,在作業前,需要進行空域申請,手持式點云數據地面作業,不需要進行申請,按照正常作業流程開展即可。

2.7 傾斜攝影從空中作業,房屋密集狹小區域,模型拉花嚴重,其精度較低,部分成果會超限,需要外業進行補測；激光點云是從地面進行作業,對于狹小區域,其獲取的有效數據較傾斜更多,其生產的地籍圖精度較高,可以滿足地籍精度要求,需要補測的量較小。通過檢測結果表明,基于點云采集地籍圖精度較傾斜來說,其精度普遍較高。

3 結論

本文首先對傾斜攝影測量技術和激光點云技術進行了介紹,然后通過實際生產項目案例進行數據生產流程分析,對兩種作業方式的優缺點進行簡單總結。采用檢測點對地籍圖成果精度進行檢測,結果表明：本文提到的兩種方法生產的地籍圖,其精度可以滿足地籍規范相關要求,也可以為房地一體項目生產提供有效參考。