地基三維激光雷達(dá)在新疆霍城縣地籍調(diào)查的應(yīng)用

張巖博　魏建新

摘 要：農(nóng)村土地利用的合理化規(guī)范化是我國近幾年努力的方向，由此農(nóng)村宅基地所有權(quán)規(guī)范化愈來愈迫切。Rigel VZ1000是一款地基三維激光掃描儀，可獲取高精度的房屋點云數(shù)據(jù)，結(jié)合CAD制圖、數(shù)據(jù)建模有效完成了農(nóng)村地籍調(diào)查的內(nèi)容?；诘鼗娜S激光掃描技術(shù)能高效、省時省力、高精度的獲取生動的三維點云數(shù)據(jù)，為地籍調(diào)查工作人員減少一定的工作量。

關(guān)鍵詞：地基三維激光掃描 點云數(shù)據(jù) 地籍調(diào) 宅基地

中圖分類號：P272 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0066-03

隨著國家二調(diào)的結(jié)束，耕地面積，土地利用情況、城鎮(zhèn)土地權(quán)屬等問題大都已明確，而偏遠(yuǎn)農(nóng)村的房屋權(quán)屬、院落面積、房屋產(chǎn)權(quán)等并沒有完成調(diào)查。對農(nóng)村進(jìn)行地籍調(diào)查是當(dāng)前我國國土部門的重要任務(wù)之一。GPS RTK對地籍測量的精度有所提高，GPS RTK的操作比較簡便易行并且能獲得實時的、精度較高的定位結(jié)果，誤差比較小。該測量方法中，GPS通過接收衛(wèi)星信號定位空間地理坐標(biāo)，RTK在很短的時間內(nèi)獲取某個點的三維坐標(biāo)[1]。這兩種設(shè)備協(xié)同工作，測量范圍大，受天氣、地勢等條件的影響小，比起傳統(tǒng)方式節(jié)省了人力、物力、時間。但是樹林等高大茂密的物體對其有遮擋，無法測量。

1 激光雷達(dá)系統(tǒng)介紹

激光雷達(dá)技術(shù)（LIDAR）是近幾十年來攝影測量和遙感領(lǐng)域最具革命性的成就之一，它也是GPS全球定位系統(tǒng)之后的全新革命性測量工具。

1.1 地面激光雷達(dá)

地面激光雷達(dá)是一種綜合的集成了多種高科技的先進(jìn)技術(shù)，采用非接觸高速激光測量的方法，利用激光束掃描大面積、高速度、高精度、大密度的目標(biāo)地物[2]。通過一種新型的測量裝備，以點云的形式獲取被測目標(biāo)物的三維坐標(biāo)及復(fù)雜物體三維表面的陣列式幾何圖形數(shù)據(jù)。地面激光雷達(dá)小巧、方便、準(zhǔn)確、高效、安全、穩(wěn)定、可操作性， 能快速的建立詳盡準(zhǔn)確的三維立體影像， 可以提供準(zhǔn)確的定量分析， 可廣泛應(yīng)用于各相關(guān)領(lǐng)域， 如逆向工程應(yīng)用、復(fù)雜建筑物施工、地質(zhì)研究、建筑物形變監(jiān)測等領(lǐng)域。

1.2 激光雷達(dá)技術(shù)的特點

激光雷達(dá)（LiDAR）是過去10年中來快速發(fā)展并得到廣泛使用的測量方法。操作時間短，測量精度高，天氣影響小，操作安全，不受地形或地域的限制，可同時測量地面和非地面層。由于光的恒定速度，時間與散射器的距離有關(guān)，因此沿著電子束軌跡檢測空間信息。通過接收來自空氣中的粒子和分子的信號強(qiáng)度和頻率偏移來檢測氣溶膠的三維分布和徑向速度。它具有極高的角分辨能力、距離分辨能力和強(qiáng)抗干擾能力[3]。因此，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，LiDAR將在軍事和民用領(lǐng)域得到更加廣闊的發(fā)展。

1.3 地面三維激光雷達(dá)應(yīng)用現(xiàn)狀

地面三維激光雷達(dá)技術(shù)作為一種新型的高端技術(shù)，可以實時獲取高精度，高密度的空間三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，具有更高的數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)分辨率，且其適應(yīng)性也更強(qiáng)，不受云霧和光照的影響，從而構(gòu)建出真實的目標(biāo)物體的三維模型。從起步發(fā)展再到近年來的快速發(fā)展，激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)能夠在一定程度上解決我們所面臨的一些困境。近年來，激光雷達(dá)技術(shù)已成功應(yīng)用于測量、林業(yè)調(diào)查、數(shù)字建設(shè)、工程設(shè)計等各個領(lǐng)域，現(xiàn)在更是滲透到我們生活的方方面面，比如：農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、交通、城市規(guī)劃和城市三維建模、災(zāi)害監(jiān)測和遺產(chǎn)記錄等領(lǐng)域。

2 地面激光雷達(dá)在地籍測量中的應(yīng)用

2.1 地面激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集與處理

2.1.1 前期準(zhǔn)備

（1）測區(qū)資料搜集。調(diào)查區(qū)域數(shù)據(jù)主要包括航空照片或衛(wèi)星圖像以及所在調(diào)查區(qū)域的地貌地形圖。（2）掃描線路初期設(shè)計?？辈靺^(qū)掃描線初步設(shè)計，線路設(shè)計主要基于調(diào)查區(qū)域的完整覆蓋，調(diào)查場地的分布是統(tǒng)一的。（3）測區(qū)實地踏勘。在工作開始之前，根據(jù)調(diào)查區(qū)的道路狀況進(jìn)行現(xiàn)場勘察，實地調(diào)查是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

2.1.2 規(guī)劃作業(yè)方案

根據(jù)項目要求，規(guī)劃掃描操作，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況調(diào)整和修改初始設(shè)定的掃描線路。在遵守規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的前提下，實現(xiàn)各個網(wǎng)站基點的合理分配，并且根據(jù)功能分布來確定掃描的模式。基于預(yù)定站的數(shù)量以及掃描模式估計所要完成的工作量。完成以上工作后，我們根據(jù)計劃進(jìn)行數(shù)據(jù)收集操作。

2.1.3 激光雷達(dá)掃描儀

三維激光掃描儀工作原理為，測量時掃描儀發(fā)射出激光束脈沖信號，經(jīng)過被測目標(biāo)自身的漫反射后，沿著近似相同的反射路徑反射回接收器，接收器通過反射的時間、角度等信息計算出發(fā)射器與目標(biāo)物的距離、坐標(biāo)等信息[4]。

2.1.4 研究區(qū)概況

中國新疆伊犁哈薩克自治州的霍城縣，地理坐標(biāo)為東經(jīng)80°11′～81°24′，北緯43°39′～44°50′?？h境北依天山與博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣為鄰，南與察布查爾縣隔河相望，東與伊寧市接壤，西以霍爾果斯與哈薩克斯坦國為界，邊界線長183km，具有沿邊、沿路、沿河、沿山的獨(dú)特地理優(yōu)勢，是中國唯一的既轄地級行政區(qū)、又轄縣級行政區(qū)的自治州。南北長120km、東西寬85km，總面積5720km2（如圖1）?；舫强h城西北的三宮鄉(xiāng)，距縣城15km。三宮鄉(xiāng)面積126.9km2，包含有有下三宮村、沙灣村、上三宮村、東灣村4個村。三宮鄉(xiāng)道路規(guī)劃較為方正，房屋以磚房、棚房為主，有獨(dú)立的院落。

2.2 外業(yè)獲取數(shù)據(jù)

2.2.1 布設(shè)測點

根據(jù)三宮鄉(xiāng)村房屋坐落方向/面積、林帶遮擋和道路走向等的實際情況分派兩個人布設(shè)測量點，在需要布設(shè)測點的地方做上記號以便實驗時及時找到測量點，提高工作效率。布設(shè)測點時點位的選擇要均勻分布、合理，盡量避開樹木遮擋的地方，以防掃描不全面，降低測量精度。需打點測量的地物有，房屋、圍墻、棚房、院內(nèi)大于5m×5m面積的果園、菜地、花壇、道路林帶、院門、臺階、檐廊、錯位墻體，錯位間距大于30cm，需打拐角點、廁所。

2.2.2 RTK獲取標(biāo)靶數(shù)據(jù)

為獲取房屋的地理坐標(biāo)，在每個獨(dú)立的房屋選擇三個控制點，用RTK測這三個點的坐標(biāo)信息。傳統(tǒng)人為測量坐標(biāo)的方法以之前的點為參考，一個點的坐標(biāo)出錯，其后就會累加，錯上加錯；RTK獲取的是三維坐標(biāo)，測量的點與點之間是相互獨(dú)立的，不以其他點位參考，它是自動化的儀器測量，有效的避免人為干涉，增加測量精度，使測量結(jié)果更加可靠。

2.2.3 激光雷達(dá)采集點云數(shù)據(jù)

將三維激光掃描儀VZ1000架設(shè)在吊車頭上，通過升降吊車調(diào)節(jié)掃描范圍；每一個站點掃描兩組數(shù)據(jù)，一組為高站數(shù)據(jù)，一組為低站數(shù)據(jù)，這種掃描方式是為了使掃描更全面。高站點掃描的范圍大但是精度不高，并且覆蓋吊車下方面積大；低站點掃描的范圍程度小，但是精度高，并且可以掃描到高站點下方覆蓋的面積，以此來減少數(shù)據(jù)缺失。掃描時保證掃描的全面性的同時，也要盡量減少掃描的點數(shù)，因為點云數(shù)據(jù)非常大，掃描點過多容易造成數(shù)據(jù)的冗余，增加工作量。

2.3 內(nèi)業(yè)處理數(shù)據(jù)

2.3.1 粗拼精拼

內(nèi)業(yè)組需對外業(yè)組取得的點云數(shù)據(jù)用Rigel系列產(chǎn)品配套的RISCAN PRO軟件進(jìn)行拼接，首先，粗拼：為了提高拼接精度，本研究采用手動拼接的方法對點云數(shù)據(jù)先進(jìn)行粗拼處理。首先將高站兩兩拼接，在兩幅圖中至少各選擇相對應(yīng)的4個點，粗拼的精度要求在0.1以下。先拼接高站點，然后再拼接低站點。全部粗拼結(jié)束后將所有站點的點云數(shù)據(jù)在同一幅圖中打開，通過改變不同站點的顏色觀察各站點的重合度，沒有分層情況才可以精拼。其次，精拼：精拼需要使用軟件狗，插上軟件狗后啟動RISCAN PRO，需將一個站點設(shè)為基站鎖定，之后通過調(diào)節(jié)參數(shù)，觀察拼接結(jié)果的正態(tài)分布圖，正態(tài)分布好則拼接結(jié)果較好。拼接結(jié)果如圖2。

2.3.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出

在RISCAN PRO拼接完成的點云數(shù)據(jù)非常大，需要過濾其它冗余的數(shù)據(jù)，將點云數(shù)據(jù)分成幾次轉(zhuǎn)換成.dxf格式輸出，.dxf是畫圖所用軟件CASS可以識別的數(shù)據(jù)格式，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的矢量化。這時候工作人員要注意不要在轉(zhuǎn)換的過程中遺漏某些區(qū)域。

2.3.3 CASS畫圖

點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成.dxf格式后，轉(zhuǎn)入到CASS9.1中繪制目標(biāo)地物。本研究所需繪制的目標(biāo)的物為房屋、圍墻、林帶、道路、電桿、菜地、檐廊、支柱墩和大門，將其它不需要的數(shù)據(jù)以此過濾掉。以《地籍調(diào)查規(guī)程》為參考，并結(jié)合實地調(diào)查的地物狀況進(jìn)行繪制[5]。繪制過程中可通過查找點云數(shù)據(jù)比對不清晰的地方，若是有不能確定的地方可標(biāo)注，反饋給外業(yè)人員。如果有表示不清晰、有缺失的墻體，同時標(biāo)記住疑惑點，以備后期調(diào)查補(bǔ)充坐標(biāo)。

3 實際應(yīng)用

3.1 權(quán)屬調(diào)查

內(nèi)業(yè)進(jìn)行畫圖的過程中外業(yè)組需調(diào)查房屋的權(quán)屬性，詳細(xì)的記錄宗地所屬人的詳細(xì)信息、宗地編號、界址點，并補(bǔ)測內(nèi)業(yè)組反饋的遺漏地方。權(quán)屬調(diào)查人員應(yīng)提前提前做好相關(guān)工作，調(diào)查過程中結(jié)合實際情況詳細(xì)的記錄界址點，確認(rèn)所調(diào)查宗地的所屬權(quán)、使用情況，邊長和面積，記錄的筆記要清晰，要求宗地所屬人簽字。調(diào)查員根據(jù)實際情況以1：500比例尺手繪出每一塊宗地的房屋屬性，并標(biāo)記出周邊宗地的所有人，以供內(nèi)業(yè)人員參考。同時，要做好記錄調(diào)查文檔的存檔工作。

3.2 權(quán)屬線繪制

繪制權(quán)屬線前，先用CASS對矢量化的圖進(jìn)行自動檢查，排除房屋互相切割的錯誤。連接權(quán)屬時，權(quán)屬線不能越過已經(jīng)有的界址點圓圈，同一條權(quán)屬線需要完全重合。畫權(quán)屬線時，修改參數(shù)，將權(quán)屬線的寬度設(shè)為“0”，以便畫的時候，能自動檢查權(quán)屬線是否和地物完全重合。等出圖的時候，再修改權(quán)屬線參數(shù)為“0.3”。如有分宗情況，先用輔助線將界址點位置定好，再連接權(quán)屬，連接好后，把輔助線刪除。如果分宗的權(quán)屬線從房屋中間穿過，權(quán)屬連接好后，將房屋重新畫，從權(quán)屬線處將房屋分成兩間房，不能切割房屋。權(quán)屬連接完成，在輸入宗地號時，注意街道號、街坊號、宗地編號錄入正確。一個村全部連接權(quán)屬完成后，修改界址點最大點號，先設(shè)為零，再用線把整個村的宗地圈起來，重排界址點號，選擇3，輸入起始界址點號1，整個村界址點重新排號。權(quán)屬線繪制如圖3。

3.3 建立數(shù)據(jù)庫

CASS畫圖、權(quán)屬性錄入完后開始著手本次研究的最終目的數(shù)據(jù)庫的建立。需利用ARCGIS軟件，并結(jié)合國土資源部的需求與當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，完成完整的農(nóng)村地籍信息數(shù)據(jù)庫的建立，為宅基地所有權(quán)提供依據(jù)，實現(xiàn)農(nóng)村土地登記、規(guī)劃、實時更新的數(shù)字化管理。建立數(shù)據(jù)庫可將數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，方便日后的使用與更新，為農(nóng)村的地籍管理提供三維數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫建立完成后，要整體檢查一遍，與實地調(diào)查的結(jié)果校對，確保數(shù)據(jù)庫信息的準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

處于新疆偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村，大多還沒有管理規(guī)劃村莊，村民所有土地還沒有實現(xiàn)規(guī)范化，有一些農(nóng)村甚至沒有修道路和獨(dú)立院落。實現(xiàn)這些農(nóng)村土地權(quán)屬合法規(guī)范迫在眉睫，明確農(nóng)村土地面積和權(quán)屬既可以保障村民的合法權(quán)益，也能促進(jìn)土地的合理利用，為城鄉(xiāng)一體化奠定基礎(chǔ)。我們國家大力倡導(dǎo)農(nóng)村土地所有權(quán)的合法化，需要查清每一塊土地的用途與所屬人信息，用來解決農(nóng)村土地使用過程中出現(xiàn)的糾紛和問題，加強(qiáng)土地管理，防止亂占耕地、草地現(xiàn)象。地籍調(diào)查工作比較枯燥，質(zhì)量要求高，并需要當(dāng)?shù)厝藛T的配合，相關(guān)工作人員要保持工作的熱情，協(xié)調(diào)與當(dāng)?shù)厝说挠押藐P(guān)系，認(rèn)真負(fù)責(zé)，彼此協(xié)作，一起解決工作中出現(xiàn)的問題，確保數(shù)據(jù)客觀，有依據(jù)，為高效的獲得準(zhǔn)確結(jié)果一起努力。

參考文獻(xiàn)

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