三維激光掃描技術在農村不動產量測中的應用

韓麗蘋

（安徽省地質礦產勘查局325 地質隊，安徽 淮北 235000）

1 引言

當前，隨著經濟社會的不斷發展，加快構建城鄉一體化成為我們需要面對的新形勢、新任務。農村綜合改革是加快城鄉一體化發展進程的迫切需要，是激發農村發展活力的現實選擇[1]。通過加快推進宅基地和集體建設用地確權登記頒證，使農民享有的宅基地和集體建設用地使用權依法得到法律的確認和保護，是改革完善宅基地制度，實行集體經營性建設用地與國有土地同等入市、同權同價，建立城鄉統一的建設用地市場等農村改革的基礎和前提，也為下一步賦予農民更多財產權利，促進城鄉統籌發展提供了產權基礎和法律依據[2]。三維激光掃描技術以其便捷的操作、超高的精度，在農村不動產確權登記工作中發揮了重要作用。

2 三維激光掃描設備原理與特點

2.1 三維激光掃描設備的構成和原理

三維激光掃描設備分為地面架站式掃描儀、車載式掃描儀、機載式掃描儀和便攜式掃描儀[3]。其原理主要是激光測距，通過獲取被測物體表面點坐標、反射率、RGB 及紋理等信息，利用軟件構建目標模型，獲得線、面、體等圖件數據，滿足各方面應用需求。該技術通過激光束運行時間差計算測點到目標的距離；儀器利用激光脈沖橫向掃描角度值和縱向掃描角度值得出目標的三維坐標[4]，掃描原理如圖1 所示。

圖1 三維激光掃描原理

2.2 三維激光掃描設備的特點

（1）數據信息準確、豐富

三維激光掃描設備采用無接觸方式快速大量采集物體表面的點云數據[5]，通過點云建模等方式真實再現物體形態。相較于傳統測繪方法只采集二維坐標數據，三維掃描儀除了獲取物體的三維數據外，還包括物體表面的紋理、反射率等信息，獲得的信息更豐富、更全面，也具有實時化、動態化和智能化特點，還能保證數據的精度準確性，以徠卡的Pegasus:Backpack移動背包掃描設備為例，室內室外相對精度達到2 ～3厘米，室外絕對位置精度達到5 厘米。

（2）數據獲取方便、快捷

三維激光掃描設備采用主動測量的方式，可以實現連續、自動、快速采集數據，對于作業范圍廣、數據采集難、精度要求高、工期要求緊的測繪任務，可以極大地提高測繪效率，減輕外業工作量，降低測繪成本[6]。另外，測繪成果皆由計算機自動生成，可減少人為干預，極大地保證測繪數據的完整性、正確性及實時性。

（3）數據容量大

三維激光掃描設備的脈沖激光在數秒內可以采集上千個點，相位激光掃描儀可以獲得更大的數據量，每秒可達到上萬個點[7]，單次掃描點云量可以達到百萬級，占用了極大的存儲空間，以徠卡的Pegasus:Backpack 移動背包掃描設備為例，每分鐘行走的數據質量約為1GB。這些原始數據經過二次處理即可應用于農村不動產確權登記工作中。

3 三維激光掃描設備在農村不動產確權登記中的應用

農村不動產測量主要包括圖根控制測量、界址點（房角點）和要素測量、不動產權籍圖測繪和宗地房屋面積計算等。本文以安徽省六安市某地的農村不動產確權登記為例，結合徠卡的Pegasus:Backpack 移動背包掃描系統，主要論述其在要素量測和不動產權籍圖測繪中的應用。本次不動產測量包括權籍調查范圍內部的要素采集，村莊周邊10 ～20 米范圍部分地形要素采集，包括道路、河流、水塘、建（構）筑物等主要地形要素，并以此繪制成村莊1 ∶500 地形圖。主要工作分為以下五步：

（1）作業前準備工作

前期準備工作主要包括野外踏勘、擬定掃描線路，測站位置和數目的選取，以及控制點、檢查點位置的選定與標記。根據測區面積和現狀，結合掃描儀精度，確定測站間距為150 米，測站位置應選定在視野開闊、地勢平穩地段。每站在目標明顯位置設置5 到7 個控制點，用以進行參數轉換。檢查點盡可能選在省道、國道等開闊地段，用以校驗數據精確度。

控制點布設原則如下：

①根據測區實際情況劃分區域網布點，可在影像圖上預設選取控制點位置，便于外業控制點的布設與測量。②控制點應盡量分布在主要的道路交叉口位置，路面為硬質的水泥地或柏油路，可選取特征明顯的地物，如斑馬線角點、道路中心線角點、不同顏色路面交匯角點等進行布設。③控制點位置選定后，放置控制點靶標板，噴涂控制點明顯標記，并在旁邊注記控制點編碼，根據圖根點編碼規則要求編碼。

（2）數據采集階段

①控制點和檢查點測量：控制點和檢查點測量參考圖根控制點測量方法進行，使用GNSS-RTK 單基站方法或AHCORS 網絡RTK 施測。控制點和檢查點測量時，制作控制點和檢查點點位分布略圖、控制點和檢查點點位信息表，并準確描述每個控制點和檢查點的方位和位置信息，便于及時進行內業誤差對比。此外，必須使用三腳架進行對中、整平，量取并通過手簿記錄儀器高（取位至0.01m），嚴禁使用單支桿進行測量。

②基站測量：基站量測可以使用全站儀量測或GNSS-RTK 單基站方法，RTK 圖根控制點觀測應采用三腳架對中、整平，每次觀測歷元數應不少于20 個，各次測量的平面坐標較差應≤±2.5cm，同一控制點不同參考站測量的平面坐標較差應≤±5cm。完成后，量取儀器高，并記錄。

③軟件設置：打開徠卡移動背包掃描設備，打開MDA 軟件，點擊 ACTIVATE 建立新項目，輸入相關參數，包括工程名稱、掃描儀站點名稱、控制點坐標、儀器高度、外界光照強度設置等。

④數據采集：作業人員在測區開始掃描，按照正常速度行走，避免大幅度的晃動、原地轉身和倒退操作。采集時盡量避開GPS 信號不好的區域，光線較暗時，手動或自動調節曝光。可以點擊StopREC 停止當前任務，并開啟下一路線（Walk B）。每戶村民家按照院外院內、房前房后的原則都要采集到。完成規劃好的線路后換下一站重新架設站點掃描。

（3）內業數據處理

①原始數據預處理：預處理主要包括原始數據導出、軌跡解算、建立坐標系統、Auto P 軟件自動處理點云和照片及生成點云LAS數據，處理流程如圖2所示。

圖2 內業數據處理流程

②數據二次處理：外業掃描時不可避免會碰到樹木遮擋等影響點云清晰度的情況，由于生成的點云數據存儲方式的獨特性，需要用到Leica cyclone 軟件對點云進行二次處理，主要包括點云的過濾、去噪，以及點云數據的合并。Leica cyclone 中數據噪音點去除的算法包括：按范圍過濾、按角度過濾、按強度過濾、按平面過濾、按表面過濾、地形過濾（主要用于輔助過濾植被、人員、設備等噪音點）、近程過濾、邊緣檢測器（主要是在抽稀數據的同時，保留數據的特征點）、植被過濾（可一鍵過濾植被）、粉塵及雪狀物過濾（一鍵過濾粉塵及雪狀物）等。此次用到的功能有按范圍過濾、地形過濾、植被過濾等，通過過濾，去除掉遮擋視線的樹木、植被等，便于內業繪圖，點云二次處理如圖3 所示。

圖3 點云數據二次處理

（4）數據精確度校準

將生成的點云數據導入南方CASS 軟件，將外業采集到的檢查點坐標和圖中的檢查點位置信息做對比，得到檢查點精度對比，結果如表1 所示。

表1 檢查點精度對比

本項目界址點（房角點）精度要求按照《農村不動產權籍調查工作指南》（自然資登記函〔2019〕6 號）執行，全野外數字采集法成果精度執行一級要求，用三維激光掃描儀方法成果執行二級要求，具體如表2所示。

表2 解析界址點（房角點）精度要求

經過對比，采集點的2 倍中誤差＜7.5,滿足項目要求的二級不動產測量的界址點精度，可以用于下一步生產。

（5）生成數字線劃圖

利用Leica cyclone 和南方CASS 軟件，生成滿足要求的1 ∶500 數字線劃圖。

①將點云數據導入南方CASS 軟件，并重新布局生成點云，如圖4 所示。

圖4 Leica cyclone中的點云數據與現場照片對比

②在Leica cyclone 中打開相應的點云數據；

通過精度評估、衛星信號分析、基站數據分析、慣導狀態分析、軌跡解算等步驟，生成點云數據，與現場照片對比，結果清晰了然。

③參考三維點云，在CASS 中繪制線劃圖，如圖5所示。

圖5 Leica cyclone中的點云數據

應用三維點云數據，使得原本抽象的內業工作變得具有立體感、空間感，便于繪線劃圖。

④繪圖結果如圖6 所示。

圖6 南方CASS中的繪圖結果

三維點云數據的應用，極大地提高了內業繪圖的效率，為繁瑣的不動產登記工作提供了便利。

4 結語與展望

應用徠卡的Pegasus:Backpack 移動背包掃描系統，讓農村不動產量測更加簡便高效，在保障數據精確度的同時，減輕了外業工作負擔，也為內業繪圖提供了三維立體圖像，便于內業快速成圖，實現地物量測的數字化、系統化和三維可視化。但該方法也存在諸多不足之處，如何進一步提高外業數據的精度，減少數據存儲空間，優化數據處理流程等，都需要進一步深入研究。

隨著城市的快速發展和土地資源的稀缺，土地利用壓力越來越大，越來越趨向于集約利用，這促使城市向三維立體化發展，而三維激光掃描技術通過提取地物的三維空間數據，實現地物量測的精準化、自動化和立體化，也將成為今后實景三維建設的重要發展方向。