測繪新技術(shù)在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

馮嘯

（四川省地質(zhì)測繪院有限公司,四川 成都 610017）

隨著美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、房地一體項(xiàng)目的開展,農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)被提上了日程。然而農(nóng)村房屋建設(shè)隨機(jī),結(jié)構(gòu)多樣,分布密集,采用傳統(tǒng)的全站儀架站測量,每站采集的有效數(shù)據(jù)量小,需要頻繁換站,效率低；外業(yè)作業(yè),夏天易中暑,冬天溫度太低,都不利于外業(yè)作業(yè),且外業(yè)作業(yè)較內(nèi)業(yè)來說,其風(fēng)險(xiǎn)性更高[1-2]；外業(yè)需要住宿賓館或者搭車往返項(xiàng)目部與作業(yè)區(qū),路上浪費(fèi)時(shí)間,住宿賓館額外增加了生產(chǎn)成本,較內(nèi)業(yè)來說,其作業(yè)耗費(fèi)資金更多；農(nóng)村住戶都是以種地為主,每年在田地里的時(shí)間較多,平時(shí)在家較少,導(dǎo)致入戶工作難以推進(jìn)[3-4]。然而全國房地一體項(xiàng)目的開展,其要求要在較短時(shí)間內(nèi)完成全部數(shù)據(jù)的測繪,因此采用傳統(tǒng)方式很難按期完成數(shù)據(jù)生產(chǎn)[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(shù)和激光點(diǎn)云技術(shù),并對這兩種技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹。以實(shí)際項(xiàng)目中的一個(gè)農(nóng)村為例,采用兩種方式對該村進(jìn)行地籍測繪。并通過布設(shè)檢查點(diǎn)來檢測地籍圖成果的精度,結(jié)果表明：采用本文的方法,較傳統(tǒng)作業(yè)方法來說,其效率更高、風(fēng)險(xiǎn)更低、生產(chǎn)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(xiàng)目精度需求,可為農(nóng)村房地一體項(xiàng)目的開展提供有效思路,為房地一體項(xiàng)目按時(shí)按點(diǎn)、高質(zhì)量完成提供保障。

1 案例分析

1.1 傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用

傾斜攝影在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用主要包括外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩部分,其中外業(yè)主要包括影像數(shù)據(jù)的獲取和控制點(diǎn)的測量,內(nèi)業(yè)主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、空中三角測量解算、三維模型生產(chǎn)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(shù)在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用流程示意圖

1.1.1 外業(yè)工作

外業(yè)工作主要有測區(qū)勘察和資料收集、空域申請、控制點(diǎn)噴涂與采集、航線規(guī)劃和影像數(shù)據(jù)獲取、影像數(shù)據(jù)質(zhì)檢和成果提交四部分。

1.1.1.1 測區(qū)勘察和資料收集。任務(wù)區(qū)位于四川省德陽市旌陽區(qū)某一村落,大約有住戶120 戶,房屋分布稀疏密集不均勻,任務(wù)區(qū)內(nèi)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(qū)位于禁飛區(qū),若要采用無人機(jī)進(jìn)行航空作業(yè),需首先進(jìn)行空域申請。在任務(wù)實(shí)施過程中,首先對空域進(jìn)行了申請,空域申請內(nèi)容涉及到航飛高度、航飛范圍、航費(fèi)時(shí)間等。在按流程進(jìn)行申請后,并得到了相關(guān)部門的批準(zhǔn)。

1.1.1.3 控制點(diǎn)噴涂與采集。為了提高控制點(diǎn)的精度,本次作業(yè)均采用噴涂靶標(biāo)的方式進(jìn)行,按照200 米間距均勻布設(shè)像控點(diǎn)32 個(gè),布設(shè)檢測點(diǎn)10 個(gè),這些點(diǎn)均布設(shè)在地面上,且四周區(qū)域空闊,對點(diǎn)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(diǎn)實(shí)地照片

1.1.1.4 航線規(guī)劃和影像數(shù)據(jù)獲取。采用地面站軟件按照空域批準(zhǔn)文件里的指標(biāo),對航線進(jìn)行規(guī)劃,規(guī)劃參數(shù)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(jìn)行航線規(guī)劃。航線規(guī)劃完成后,將任務(wù)上傳給飛控中心。在正式作業(yè)前,首先對飛機(jī)進(jìn)行檢查,檢查包括螺旋槳安裝是否牢固,相機(jī)是否能夠正常曝光,記錄POS 的模塊是否能夠正常運(yùn)行,安裝的內(nèi)存卡是否能夠正常寫入影像數(shù)據(jù),電池電量是否符合航飛要求,在進(jìn)行一系列檢查后,無人機(jī)起飛進(jìn)行航空作業(yè),在航攝過程中,通過地面站觀察飛機(jī)飛行狀態(tài),確保飛行是可控的,在完成數(shù)據(jù)的采集后,飛機(jī)按預(yù)定位置進(jìn)行降落。

1.1.1.5 影像數(shù)據(jù)質(zhì)檢和成果提交。本次采用武漢訊圖的航空飛行質(zhì)量檢查軟件FlyCheck 對航飛影像進(jìn)行質(zhì)檢。五鏡頭數(shù)據(jù),選取下視鏡頭影像進(jìn)行檢查,檢查影像航向、旁向重疊度符合技術(shù)設(shè)計(jì)書要求,采用人機(jī)交互方式查看影像質(zhì)量,影像顏色對比度良好,無云影,地物清晰,影像成果質(zhì)量整體良好。整理影像、POS和相機(jī)報(bào)告,完成航攝成果的提交。

1.1.2 內(nèi)業(yè)工作

內(nèi)業(yè)工作主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、工程創(chuàng)建和完善、空中三角測量解算和控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺平差、三維模型生產(chǎn)、地籍圖測繪、精度檢測與評定。

1.1.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理。本次數(shù)據(jù)預(yù)處理主要有以下內(nèi)容：①影像重命名。采用拖把更名器對5 鏡頭影像進(jìn)行統(tǒng)一命名。②POS數(shù)據(jù)解算。采用POS解算軟件,結(jié)合5 鏡頭安裝之間的關(guān)系參數(shù),以下視鏡頭對應(yīng)的POS 為基準(zhǔn),對側(cè)視鏡頭POS 進(jìn)行解算,得到精確的POS 數(shù)據(jù),使影像和POS能夠完全對應(yīng)。

1.1.2.2 工程創(chuàng)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(shù)據(jù)和POS 數(shù)據(jù),在軟件中設(shè)置任務(wù)提交路徑,填寫每個(gè)鏡頭對應(yīng)的相機(jī)焦距,快速檢查影像是否有損壞,工程創(chuàng)建完成后,保存工程,即可進(jìn)行空三解算。

1.1.2.3 空中三角測量解算和控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺平差?？杖馑闶怯绍浖詣?dòng)完成的,本次空三按照軟件默認(rèn)設(shè)置進(jìn)行提交,待空三解算完成后,通過人機(jī)交互的方式查看空三結(jié)果,無明顯分層、彎曲等現(xiàn)象,查看加密報(bào)告,空三精度良好。然后設(shè)置控制點(diǎn)坐標(biāo)系,導(dǎo)入控制點(diǎn)和檢測點(diǎn),然后結(jié)合實(shí)地照片進(jìn)行控制點(diǎn)的轉(zhuǎn)刺,并將檢測點(diǎn)也進(jìn)行轉(zhuǎn)刺,但是設(shè)置其類型為檢測點(diǎn),只統(tǒng)計(jì)殘差,但不參與平差運(yùn)算。平差完成后,通過平差報(bào)告可知,本次控制點(diǎn)平面中誤差為0.011 米,高程中誤差為0.008 米,檢測點(diǎn)平面中誤差為0.015 米,高程中誤差為0.014 米,精度符合規(guī)范要求。

1.1.2.4 三維模型生產(chǎn)?？杖瓿珊?結(jié)合電腦配置,設(shè)置相關(guān)參數(shù),進(jìn)行模型生產(chǎn)。相關(guān)參數(shù)設(shè)置內(nèi)容主要有：瓦片劃分方式：按照規(guī)則平面方式；瓦片大小：設(shè)置為120 米,約需內(nèi)存15G,占電腦內(nèi)存的1/2；輸出格式：選擇OSGB,其它參數(shù)默認(rèn)。提交建模任務(wù),完成實(shí)景三維模型的生產(chǎn)。

1.1.2.5 地籍圖測繪。將實(shí)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(jìn)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(nèi)業(yè)不能準(zhǔn)確判斷或者模型拉花無法采集的,在外業(yè)進(jìn)行調(diào)繪補(bǔ)測,然后對成果進(jìn)行整體修改,將多個(gè)作業(yè)員的成果進(jìn)行接邊,完成整個(gè)成果的整理和提交。任務(wù)區(qū)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(gè)檢測點(diǎn),對采集的地籍圖成果平面精度進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果見圖4（圖中較差單位為cm）。

通過圖4 可知,10 個(gè)檢測點(diǎn)的較差均介于2cm-5cm,由于點(diǎn)數(shù)較少,采用平面較差的平均值作為本次檢測點(diǎn)的中誤差,經(jīng)過計(jì)算,本次10 個(gè)檢測點(diǎn)的中誤差為4.3cm,成果精度符合規(guī)范要求。

圖4 檢測點(diǎn)較差示意圖

1.2 激光點(diǎn)云在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用

本次以手持式LiDAR 在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理工作也分為兩部分：外業(yè)和內(nèi)業(yè),外業(yè)主要是控制點(diǎn)的噴涂與采集和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取,內(nèi)業(yè)主要包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)糾正與拼接、點(diǎn)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(xiàng)目中的應(yīng)用流程示意圖1.2.1 外業(yè)工作

1.2.1.1 控制點(diǎn)的噴涂與采集。在點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集前,現(xiàn)在建筑物的側(cè)面固定靶標(biāo),確保后續(xù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)糾正可以使用這些點(diǎn),檢測點(diǎn)主要采集在建筑物的頂點(diǎn)處,這樣便于后期對建筑物的精度進(jìn)行檢測。采集采用全站儀,首先利用RTK采集一個(gè)坐標(biāo),然后以該點(diǎn)坐標(biāo)為基準(zhǔn)進(jìn)行采集,采集成果可用,其中采集控制點(diǎn)25 個(gè),采集檢測點(diǎn)12 個(gè)。

1.2.1.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取。在控制點(diǎn)采集完成后,緊接著進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集。此次點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集使用的設(shè)備是思拓力H8 手持三維激光掃描儀,該設(shè)備點(diǎn)云密度高,采集成果質(zhì)量高。在采集過程中,手持設(shè)備勻速前進(jìn),在電腦端可以實(shí)時(shí)顯示采集的成果。

1.2.2 內(nèi)業(yè)工作

1.2.2.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理。點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換和濾波,格式轉(zhuǎn)換主要是將采集的成果轉(zhuǎn)為軟件可以導(dǎo)入的格式,本次點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理使用的軟件是LiDAR360,該軟件處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)能力強(qiáng),且在濾波環(huán)節(jié),可以根據(jù)不同地形多次濾波。通過對獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,得到高質(zhì)量的點(diǎn)云成果,該成果過濾掉了樹木、電桿等地物,保留了建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)和紋理。

1.2.2.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)糾正與拼接。利用采集的控制點(diǎn)對濾波后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正,以確保點(diǎn)云成果的絕對精度能夠滿足地籍精度需求。本次通過對點(diǎn)云糾正,得到糾正后的控制點(diǎn)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(diǎn)云進(jìn)行刪除,確保接邊區(qū)域點(diǎn)云精度合格,過渡自然。

1.2.2.3 點(diǎn)云抽稀與輸出。手持H8 采集的點(diǎn)云密度很高,數(shù)據(jù)量很大,并不利于后期點(diǎn)云數(shù)據(jù)成果的使用,因此在實(shí)際作業(yè)過程中,對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行了適當(dāng)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(shí)景三維模型地籍測繪使用同一個(gè)軟件,即EPS軟件,版本為V5,該版本導(dǎo)入點(diǎn)云采集,需要的格式為pcd。首先通過EPS點(diǎn)云格式轉(zhuǎn)換功能,將LAS 格式轉(zhuǎn)為pcd 格式,然后按照地籍圖測繪要求,在點(diǎn)云上進(jìn)行地籍圖的采集。對于遮擋嚴(yán)重區(qū)域,無法準(zhǔn)確采集的,外業(yè)通過全站儀、RTK等設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)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(gè)檢測點(diǎn)對所采集的成果精度進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果見表1所示。

表1 檢測點(diǎn)精度檢測統(tǒng)計(jì)表 單位：cm

通過表1 可知,本次12 個(gè)檢測點(diǎn)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(guī)范要求。

2 兩種方式優(yōu)缺點(diǎn)對比

通過兩種方式生產(chǎn)地籍圖,可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

2.1 傾斜攝影方式,空三加密環(huán)節(jié)容易出問題,且建模效率低,需要等待時(shí)間長,點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取后,經(jīng)過快速處理,就可以進(jìn)行地籍圖測繪,其前期數(shù)據(jù)獲取和處理所需時(shí)間短。

2.2 傾斜模型較點(diǎn)云模型更為真實(shí)直觀,且OSGB格式模型,在采集時(shí)較為流暢,數(shù)據(jù)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(diǎn)云進(jìn)行了三角網(wǎng)構(gòu)建,在構(gòu)網(wǎng)時(shí),對部分房角點(diǎn)進(jìn)行了丟棄,這樣使得采集的房角點(diǎn)精度較差；點(diǎn)云較傾斜,保留了更多的房角點(diǎn),使得采集的房角點(diǎn)精度較高。

2.4 傾斜和點(diǎn)云技術(shù),對作業(yè)人員要求都比較高,兩種數(shù)據(jù)源在地籍圖采集環(huán)節(jié),其效率基本上一致。

2.5 點(diǎn)云數(shù)據(jù)在濾波環(huán)節(jié)對作業(yè)員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求高,不然濾波成果質(zhì)量差,會(huì)影響后期其他環(huán)節(jié)的操作。

2.6 傾斜攝影屬于低空作業(yè),在作業(yè)前,需要進(jìn)行空域申請,手持式點(diǎn)云數(shù)據(jù)地面作業(yè),不需要進(jìn)行申請,按照正常作業(yè)流程開展即可。

2.7 傾斜攝影從空中作業(yè),房屋密集狹小區(qū)域,模型拉花嚴(yán)重,其精度較低,部分成果會(huì)超限,需要外業(yè)進(jìn)行補(bǔ)測；激光點(diǎn)云是從地面進(jìn)行作業(yè),對于狹小區(qū)域,其獲取的有效數(shù)據(jù)較傾斜更多,其生產(chǎn)的地籍圖精度較高,可以滿足地籍精度要求,需要補(bǔ)測的量較小。通過檢測結(jié)果表明,基于點(diǎn)云采集地籍圖精度較傾斜來說,其精度普遍較高。

3 結(jié)論

本文首先對傾斜攝影測量技術(shù)和激光點(diǎn)云技術(shù)進(jìn)行了介紹,然后通過實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目案例進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程分析,對兩種作業(yè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡單總結(jié)。采用檢測點(diǎn)對地籍圖成果精度進(jìn)行檢測,結(jié)果表明：本文提到的兩種方法生產(chǎn)的地籍圖,其精度可以滿足地籍規(guī)范相關(guān)要求,也可以為房地一體項(xiàng)目生產(chǎn)提供有效參考。