車載移動測量技術在地籍測繪中的應用

王巍

（江西省自然資源事業(yè)發(fā)展中心，江西 南昌 330033）

1 引言

傳統(tǒng)的地籍測繪手段通常采用GPS-RTK、全站儀等設備進行全野外數字化作業(yè)，存在外業(yè)工作量大、成本高、耗時久、復雜地形施測困難等缺點；利用載人大飛機和無人機開展航測，受制于空域申請困難和天氣因素影響大，在建筑密集區(qū)域難以獲取完整的房屋信息；基于遙感的測繪手段受衛(wèi)星分辨率影響，且農村居民點分散，冗余信息較多，現階段精度還難以達到要求[1]。車載移動測量技術作為一種快速的數據采集手段，可以在車輛行駛過程中對沿街地物特別是建筑物側面墻體信息進行采集，可在軟件支持下提取地籍要素，從而達到快速、有效、精確測繪的目的[2]。

2 車載移動測量技術

2.1 車載移動測量技術簡介

移動測量技術誕生于20 世紀90 年代初，近年來逐漸發(fā)展成熟，在移動載體平臺集三維激光掃描儀、慣導系統(tǒng)、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)、全景相機及集成控制等技術于一體。在載體移動時，三維激光掃描儀通過記錄激光脈沖往返目標的時差、掃描中心到目標的距離和角度，獲取地物的三維點云信息[3]。慣導系統(tǒng)可在外業(yè)采集點云數據時，實時提供系統(tǒng)的姿態(tài)信息。全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)通過接收衛(wèi)星信號，利用載波相位實時動態(tài)差分技術提供高精度、高可靠性的位置信息。全景相機可獲取行駛路線范圍內的影像。按照搭載平臺的不同，移動測量技術分為星載、機載、車載、背負、手持等模式，其中車載移動測量技術具有機動靈活、成本低、作業(yè)效率高，以及數據獲取高效、快速、通達性強等優(yōu)勢，車載移動測量系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 車載移動測量系統(tǒng)

2.2 車載移動測量技術的優(yōu)勢

車載移動測量技術較傳統(tǒng)測繪方法的優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面：

（1）方便靈活?？梢钥焖俚竭_測區(qū)并迅速展開作業(yè)，汽車難以作業(yè)的小路和人行道等，可將設備安裝在摩托車上開展作業(yè)，保證測量數據的完整性。

（2）工作效率高?？蓪崟r獲取包含三維坐標的點云數據，搭載的高分辨率相機可同時獲取影像資料，數據采集過程人為干預少，大大減少外業(yè)工作時間[4]。內業(yè)人員可在三維點云數據中采集地籍要素，讓內業(yè)工作更加簡單、方便。

（3）精度高。可以獲取精度達厘米級的點云數據，滿足地籍要素采集所需精度[5]。在城市GNSS 信號失鎖嚴重區(qū)域，RTK 采集手段難以實施，移動測量技術采集效率的優(yōu)勢尤為突出。

3 實例應用

3.1 工程概況

某農村土地變更調查項目需要開展地籍測繪，測區(qū)面積約10km2，測區(qū)地形較為復雜多變，山巒起伏，溝深澗大，道路穿測區(qū)而過?？紤]到采用傳統(tǒng)測繪方法實施困難，應用車載移動測量技術開展作業(yè)。

3.2 方案設計

（1）掃描路線規(guī)劃。合理規(guī)劃掃描路線是全面獲取地籍點云數據的基礎，采集前需要對預定的測區(qū)范圍進行踏勘[6]，然后以實際踏勘的GNSS 軌跡結合測區(qū)遙感影像進行路線規(guī)劃。掃描路線以直行、左拐為主，減少在GNSS 失鎖區(qū)域滯留時間，避免GNSS 失鎖造成組合導航精度下降。為保證數據的完整性，往返兩次采集數據，以增加掃描物體的點云密度。

（2）技術流程。車載移動測量技術應用于地籍測繪的技術流程如圖2 所示。

圖2 作業(yè)流程

3.3 數據采集

（1）設備調試。本次掃描采用華測導航MS-900 車載激光掃描測量系統(tǒng)，該設備重約3.5kg，通過搭載汽車平臺數據采集速度高達55 萬點/秒，最大測距達到920m，測量精度可達10mm@100m，重復精度5mm。作業(yè)前根據現場情況調整激光、相機等傳感器的各項參數，確保系統(tǒng)各硬件接口和指示器正常工作。

（2）架設GNSS 基站。架設一級GNSS 控制網，作為車載移動測量系統(tǒng)數據采集過程中的GNSS 基準站。布設時考慮起算點的位置和圖形強度，一級GNSS 控制網作為求取坐標轉換參數的參考點。單個基站覆蓋半徑不大于5km，基站架設在平面和高程精度均優(yōu)于1cm的已知點上，保證相鄰基站有一定重疊度。

（3）點云數據采集。點云數據采集時綜合考慮道路交通狀況、天氣狀況、周邊環(huán)境等因素，選擇在天氣晴朗的時間段進行作業(yè)[7]。數據采集時，行車速度不超過30km/h，保證點云數據的采集密度，盡可能減少因會車造成的點云空洞，移動測量車在通過隧道、峽谷地帶后均在GNSS 信號良好且安全處靜止1 分鐘以上。獲取的數據成果包含測區(qū)高精度真彩激光點云和全景影像。數據采集完成后，做好數據下載和備份工作，同時對采集的數據進行完整性檢查。

3.4 點云數據處理

（1）點云數據預處理。車載激光掃描測量系統(tǒng)采集的原始數據包含：組合導航數據、照片流數據、原始點云流數據和同步控制板數據，在數據解析后，可獲得激光掃描坐標系下的高精度真彩點云數據、系統(tǒng)行駛軌跡、全景影像數據。點云及全景數據解析利用RISCAN Pro 軟件來實現，基于轉換參數，完成激光掃描坐標與地方坐標系的轉換。考慮車輛行駛過程中的顛簸、樹木的遮擋、玻璃的透射等各種干擾因素，獲取的點云數據存在冗余及噪聲[8]，因此要進行濾波去除噪聲點，得到濾波后的點云數據。

（2）地籍信息提取與矢量化。利用Microstation軟件對預處理后的點云數據進行抽稀處理，抽稀率取值為25%，然后對點云數據中的地物進行快速分類；可采用點云切片方式獲取測區(qū)的界址點和地物特征點，提取房屋、圍墻、柵欄、道路、植被等地籍要素，然后進行地物、地形矢量化處理，保證線形的連續(xù)性，測區(qū)局部點云和矢量化成果分別如圖3 和圖4 所示。

圖3 測區(qū)局部點云

圖4 提取后自動連圖矢量化成果

3.5 地籍成圖

首先利用SWDY 軟件加載矢量化后的成果和原始調查影像圖，如果加載后出現偏差，就以矢量化成果為基準來校正影像圖。在三維立體模式下，遵循先框架后細節(jié)、先大后小的順序，依次采集房屋、道路、河塘、宗地等地理要素[9]。繪制房屋時，選擇在高程渲染模式下采集，此模式下的點云層次分明，房屋輪廓比較清晰。結合模型的紋理信息，識別路沿邊線、隔離帶等線性地物的類型及走向，實現快速提取道路、花圃、斜坡、陡坎等線性地物。對于內業(yè)無法采集到的特征點，需要人工外業(yè)補測，再對各要素進行整飾，最終完成地籍圖的編繪，測區(qū)局部地籍圖如圖5 所示。

圖5 測區(qū)局部地籍圖

3.6 精度檢查

為了檢查本次地籍測繪成果的精度，均勻選取成果圖中的100 個界址點當作檢查點，利用GPS-RTK 與全站儀進行實地測量，將檢查點的點云坐標與實測坐標進行比對，統(tǒng)計結果如表1 所示。

表1 檢查點坐標統(tǒng)計/m

根據表1 數據和中誤差計算公式：

公式中n為檢查點個數，計算得出100 個檢查界址點的平面中誤差為±3.3cm，高程中誤差為2.8cm，參照《地籍測繪規(guī)范》（CH 5002-94）之規(guī)定：一類界址點相對于鄰近圖根點的點位中誤差不大于5cm，允許誤差不大于l0cm，本項目的檢查界址點精度符合規(guī)范中一類界址點的精度要求。

3.7 效率優(yōu)勢分析

在外業(yè)效率方面，傳統(tǒng)測繪需要投入多組多名外業(yè)作業(yè)人員，車載移動測量技術只需投入1 組2 人，在較短時間就能完成外業(yè)數據采集工作。在內業(yè)效率方面，傳統(tǒng)方法需要對照草圖手工繪制地籍圖，而車載移動測量技術可以在三維點云基礎上采集地籍要素，再經處理生成地籍圖，兩種生產方式的效率統(tǒng)計結果如表2 所示。

表2 生產效率統(tǒng)計

從表2 可以看出，車載移動測量技術的生產效率是傳統(tǒng)測繪方法的5 倍。

4 結束語

地籍測繪工作比較繁瑣，傳統(tǒng)測量方法受多種客觀因素影響難以保證作業(yè)效率，而應用車載移動測量技術開展地籍測繪，可基于精確的點云數據采集地籍要素，形成高效地籍測繪技術解決方案，經實測分析，成果能夠滿足地籍測繪項目的精度要求，且效率較高，為地籍測繪提供了一種有效可行的方式，在地籍測繪領域具有廣闊的應用前景。