綜合測量技術在拆遷測繪工作中的應用

王興

（保定精藝測繪有限公司，河北 保定 072550）

0 引言

拆遷測繪是在相關權利人和委托人帶領下，由權利人和利害關系人共同指界，按相關技術要求對其權利主張宗地、建筑、附著物等拆遷內容進行現狀固化測量。拆遷測繪工作融合了地籍測繪、房產測繪、勘測定界、征遷要素測量等多項測量內容，數據精度要優于同比例尺的地形測量，數據內容要比權籍測量和地形測量等工作更豐富，利益相關方對成果質量要求更高，是保障權利人合法權益和推進征地拆遷工作順利進行的關鍵技術。

綜合測量技術應用是應對錯綜復雜拆遷測繪工程實際的有效方法。在拆遷測繪工作中，無人機傾斜攝影測量技術可對區域現狀按時間節點進行固化，為拆遷工作提供特定時刻與實際相符、紋理豐富、符合人類感官的真三維模型，在一定條件下也可替代部分界址測量工作；隨著衛星導航系統增多和GNSS 接收機性能不斷提升，GNSS 測量技術已成為建立小范圍控制網和采集界址點坐標的重要手段，也是傾斜攝影測量重要的輔助技術；利用GIS軟件空間分析功能，可實現地籍、評估、戶籍、談判進程等諸多要素信息的綜合管理與分析。本文對無人機傾斜攝影測量技術、GNSS 技術、GIS 技術的原理和在拆遷測繪工作中的應用進行了簡述。結合實際工作發現，將無人機傾斜攝影測量技術、GNSS 技術和GIS 技術綜合應用于拆遷測繪，有利于提高測繪質量，其成果數據豐富多樣，為推進拆遷工作提供了強有力的測繪保障。

1 無人機傾斜攝影測量技術

攝影測量技術經歷了模擬攝影測量（19 世紀中期）、解析攝影測量（1957 年）和數字攝影測量（20世紀后期）3 個階段［1］。傾斜攝影測量是近年來大規模應用的一項數字攝影測量技術，它通過在飛行平臺上搭載的CCD 相機，從多個角度采集影像（多視影像），經過數據處理后可得到符合人眼視覺的直觀真實世界模型［2］。

隨著行業需求提升及項目實踐推進，無人機技術不斷對微電子技術、計算機技術、通信技術進行交叉融合，穩定、價廉、易操控、自動化程度高的無人機遙感平臺已經實現［3］。以輕型無人機為飛行平臺的無人機遙感在國土航測、農業植保、大氣探測、災害救援、國防安全等領域廣泛應用［4-5］。與其他遙感方法相比，輕型無人機遙感以較低的生產成本實現短時間內高精度遙感數據的重復獲取，實現了高空間分辨率、高時間分辨率和低成本的統一。在測繪領域，輕型無人機傾斜測量系統價格低廉、結構簡單、操作便捷、使用靈活可靠、維護方便、數據處理軟件豐富多樣且自動化程度高，僅需對技術人員進行簡單的培訓即可滿足測繪生產需求，已廣泛應用于基礎測繪、應急測繪、三維建模、地理國情監測等領域，是國土資源調查監測與國土空間規劃、智慧城市建設、地災救援數據支撐、生態環境監測、建設工程等行業重要的測繪數據獲取技術。

無人機傾斜攝影技術在拆遷測繪中的應用，1）利用生成三維模型的全方位紋理信息，在特定時間節點對拆遷區域現狀進行固化，以便在拆遷期間對可能發生的搶栽搶建現象進行有效甄別，同時對用地面積、用地范圍、土地用途、建筑坐落、基底面積、建筑類型、建筑層數、附著物類型及數量等信息進行初步了解，為拆遷工作提供先驗信息；2）利用三維模型輔助地籍測量，對建筑雜亂無章、地面視線遮擋嚴重區域進行界址測量工作；3）在處理拆遷糾紛時，為當事人提供豐富的影像數據。

文獻［6］、［7］表明：采用傾斜攝影測量技術實現低層建筑區的權籍測繪是可行的。但拆遷測繪與權籍測繪不盡相同，采用非接觸數據采集的傾斜攝影測量技術進行拆遷測繪難以滿足各方需求。在一些拆遷區域內，由于缺少統一的規劃設計，以及地方習俗不同等原因，部分權利人根據證件記載范圍自行組織建筑規劃建設時，存在預留土地（如滴水、披水、自留道路等）的現象。采用“所占即所用”的測量方式很難得到權利人的認可，不利于拆遷測繪工作的推進；當建筑占地超出批準范圍時，超出部分的土地利用現狀和權益歸屬需要根據相關政策進一步認定。僅采用傾斜攝影技術對拆遷區內宗地情況復雜，建筑密集擁擠、雜亂無章，各種材質層疊交錯且不斷變化的現狀進行勘測定界是較為無力的。但傾斜攝影技術作為拆遷測繪實地調查和界址采集工作的輔助，技術應用效果還是較為理想的。

2 GNSS技術

目前獨立運行的全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）主要有美 國 的GPS（Global Positioning System，全球定位系統）、俄羅斯的GLONASS（Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema，格洛納斯）、中國的BDS（Beidou Navigation Satellite System，北斗衛星導航系統）、歐洲的GALILEO（Galileo satellite navigation system，伽利略衛星導航系統）。全球導航衛星系統由導航衛星、地面站和接收機3 部分組成。地面站跟蹤、測量和預報衛星軌道信息并通過導航衛星將之發送到接收機，接收機通過計算這些信息，獲取接收機與導航衛星之間的距離（偽距）。利用至少3 顆導航衛星與接收機之間的距離，采用空間后方交會即可解算接收機的空間位置。

差分技術主要包括基于載波相位的動態差分定位技術和單點精密定位技術（Precise Point Positioning，PPP），前者還可分為實時動態差分定位技術（Real-Time Kinematic，RTK）和動態差分后處理技術（Post Processed Kinematic，PPK）。RTK 技術需要基站將載波相位觀測值發送到移動站進行解算，可實現實時厘米級高精度定位；PPK 技術利用載波相位進行事后差分，可在基站與移動站不建立通信鏈情況下獲得厘米級高精度定位。由多個參考站組成網絡連續運行參考站（Continuously Operating Reference Stations，CORS），可通過全天候觀測數據建立區域誤差模型，用于區域內流動站的誤差改正。基于網絡CORS 的RTK 已經廣泛應用于各測繪領域；基于單基站CORS 的PPK 技術可行性和觀測精度已經得到驗證并應用于GNSS 單點采集、攝影測量等領域；基于網絡CORS 的PPK 在GNSS 接收機單點采集中也實現了商業化應用（如千尋mini 型號GNSS 接收機的無網測量模式）。

差分定位技術可以大大提高GNSS 定位精度。以雙差模型為例：在距離不太遠的作業范圍內衛星軌道鐘誤差、對流層誤差、電離層誤差和儀器偏差對單點定位精度影響大體相同。通過雙差模型可消除或減弱上述誤差。同一衛星到不同接收機的距離互差（P1-P2，P3-P4），消除衛星軌道誤差、衛星鐘差、絕大部分電離層誤差、絕大部分電離層誤差，基本消除對流層殘差；同一接收機到不同衛星的距離互差（P1-P3，P2-P4），消除接收機誤差，如圖1 所示，可實現整周模糊度固定。

圖1 RTK 雙差定位原理

與動態差分定位技術相比，PPP 技術具有不依賴參考站、定位精度高（毫米級）、作業范圍不受限制等優點，但其模糊度固定依賴于可靠的軌道精度，接收機在使用全球統一的整數鐘/UPD 時受軌道殘余誤差影響，需要進行長時間觀測才能使得模糊度固定。雖然采用多衛星導航系統組合、多頻GNSS 接收機觀測、先驗大氣改正約束等技術手段可以有效降低PPP 模糊度固定時長，但依舊需要10～15 min。

隨著GNSS 衛星系統增加，CORS 基站數量不斷提升，通信技術、傳感器技術和半導體技術的發展，GNSS 接收機的觀測環境不斷改善，自身性能也得到長足發展。主要表現為GNSS 接收機響應速度、可靠程度、觀測環境適應能力不斷提高。其中對建筑密集區RTK 數據采集影響較大的技術是傾斜測量技術。

一種傾斜測量的思路如圖2 所示。對中桿傾斜狀態下，在待測點A在天線中心高度設置為0 時接收機測量天線中心坐標為E，測桿尖端到接收機天線中心長度L，根據距離公式可得方程。式中包含3 個坐標未知量，由3 個以上測點即可求解待測點A的坐標。這種傾斜測量技術較為原始，僅有過短暫的商業化應用。

圖2 方程法傾斜測量原理

另一種傾斜測量的思路是采用慣導傳感器測量GNSS 接收機的空間姿態參數，結合GNSS 的空間位置及測桿長度，解算待測點三維坐標。慣導傳感器主要由加速計、磁力計、陀螺儀組成。實際測量發現（2.5 m 高圍墻墻角處進行31 次等精度測量），GNSS 接收機的單次傾斜測量值與多次傾斜測量平均值的差值在3 cm 左右，如圖3 所示（圖中，X、Y、Z分別表示東坐標、北坐標和高程）。

圖3 傾斜測量值與均值互差

綜上分析，利用PPP 技術可建立拆遷區高等級測圖控制網；利用RTK 技術可以建立測圖控制網并對建筑密集區域進行厘米級高精度數據采集；利用RTK/PPK 技術輔助航空攝影測量，可以有效提高空中三角測量效率和精度。GNSS 技術在拆遷測繪中的主要工作內容，包括控制測量、碎部測量、界址測量、定線放樣、提供傾斜影像初始位置等。

3 GIS技術

GIS（Geographic Information System，地理信息系統）是通過計算機硬件和GIS 軟件對空間數據進行存儲、管理、編輯、分析與應用的計算機應用技術。GIS 采用面向對象的數據管理模式，將現實世界劃分為點、線、面、體4 種要素，通過空間分析實現要素之間的空間關系重建及屬性關系統計或運算。當地理信息事件及其空間分布不發生改變時，空間分析總會產生唯一的分析結果。地理信息事件的發生和發展，總是伴隨空間、屬性和時間的變化，根據主要分析方向可將空間分析分為地理空間分析、屬性空間分析和事件空間分析。地理空間分析主要以空間要素為分析對象，包括空間數據編輯、空間數據模擬、邏輯分析（如疊加分析、提取分析、統計分析、鄰域分析）、空間統計、空間數據提取等；屬性空間分析包括屬性算術運算、屬性邏輯運算、屬性統計分類、屬性提取、屬性拓撲分析、屬性連接等；事件空間分析包括對地理信息時間序列上發生的空間變化、屬性變化進行的分析。

利用GIS 系統可實現拆遷區域的影像數據、現狀地籍、發證地籍、戶籍、土地利用規劃、評估信息、工作進展、被拆遷戶訴求等多源數據信息統一管理，結合GIS 系統強大的空間分析功能，為拆遷工作決策提供詳細可靠、互聯互通的數據支持。

4 應用實際

本次項目選擇保定市某具體行政村拆遷測繪項目為生產實踐區，測區范圍約600 畝，涉及580余戶2000 人左右，拆遷范圍內道路、建筑及其他地表附著物錯綜復雜，但建筑層數不超過4 層，無電塔、通信塔等高聳建筑，適合低空無人機傾斜攝影測量工作的開展。在前期采用GNSS 接收機靜態測量聯測周邊已有控制點進行控制點加密，為拆遷測繪、征收土地勘測定界、出讓土地定線定界、工程建設、規劃驗收等工作建立統一的控制網數據。建立的控制網等級為E 級，共包含6 個等級控制點。

在項目初期對拆遷區域進行了傾斜攝影測量工作以掌握基本信息，結合有關部門的宣傳教育工作，有效減少了搶建搶修現象。在傾斜攝影工作中，采用RTK 技術采集像控點坐標，采用RTK 融合PPK 技術輔助傾斜攝影測量進行影像采集。以大疆精靈4 RTK Pro 搭載單鏡頭進行傾斜攝影工作，航向重疊度80%，旁向重疊度70%，航高為73 m，影像分辨率為2 cm。共布設20 條航線并采集1223張合格影像，影像數據處理使用ContextCapture 軟件，成果為三維模型和正射影像圖。經實地檢查，三維模型的點位精度在2 倍GSD 以內，完全滿足地籍測量界址點精度要求。

使用具備傾斜測量功能的GNSS 接收機，根據相關人員指界采集界址點坐標；在現場利用三維模型采集GNSS 接收機難以實測的界址點，提高了工作效率。內業人員將采集數據套合三維模型進行制圖和屬性錄入工作，及時發現和剔除不合格數據，及時發現和補測遺漏界址點，提高了測繪質量。在中后期拆遷工作中，綜合應用傾斜模型、GNSS 原始測量數據、權籍測量成果，為有關部門直觀準確地展示了宗地實際情況、測量過程和權籍測量結果等數據內容，提高了宅基地等宗地認定工作的效率和質量。

用GIS 軟件將其他數據與宗地信息進行屬性連接，將三維模型、發證范圍、實占范圍、權利人主張范圍、建筑物及附著物信息、戶主詳細信息、評估信息、談判進展等信息進行管理、查詢、分析和展示，有效提高了拆遷工作效率和工作質量。

5 結語

綜合應用傾斜攝影技術、GNSS 技術和GIS 技術進行生產和應用，其成果種類、自動化程度、整體精度、可視性和互聯互通等方面比傳統的全野外數字測繪技術更具有優勢。在拆遷測繪中，GNSS 技術作為主要的界址測量技術，其理論精度滿足需要，而采用傾斜模型對其觀測成果進行查漏補缺可以有效防止粗差、遺漏等情況發生；高分辨率傾斜攝影測量作為新型測量技術具有廣闊的應用前景，其點位精度滿足拆遷測繪界址點測量需求，但在地籍資料短缺、宗地及建筑錯綜復雜時，仍需采用實際指界測量的方式采集界址點坐標，即使利用三維模型進行隱蔽界址點測量，也需在相關人員在場的情況下進行。 GIS 技術在拆遷測繪中的應用，可以有效地將測繪數據與拆遷工作相關的各類數據有機結合，為拆遷工作的推進和決策提供有力的數據支撐。