綜合測量技術(shù)在拆遷測繪工作中的應(yīng)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(guān)權(quán)利人和委托人帶領(lǐng)下，由權(quán)利人和利害關(guān)系人共同指界，按相關(guān)技術(shù)要求對其權(quán)利主張宗地、建筑、附著物等拆遷內(nèi)容進行現(xiàn)狀固化測量。拆遷測繪工作融合了地籍測繪、房產(chǎn)測繪、勘測定界、征遷要素測量等多項測量內(nèi)容，數(shù)據(jù)精度要優(yōu)于同比例尺的地形測量，數(shù)據(jù)內(nèi)容要比權(quán)籍測量和地形測量等工作更豐富，利益相關(guān)方對成果質(zhì)量要求更高，是保障權(quán)利人合法權(quán)益和推進征地拆遷工作順利進行的關(guān)鍵技術(shù)。

綜合測量技術(shù)應(yīng)用是應(yīng)對錯綜復(fù)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(shù)可對區(qū)域現(xiàn)狀按時間節(jié)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)增多和GNSS 接收機性能不斷提升，GNSS 測量技術(shù)已成為建立小范圍控制網(wǎng)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(shù)；利用GIS軟件空間分析功能，可實現(xiàn)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(shù)、GNSS 技術(shù)、GIS 技術(shù)的原理和在拆遷測繪工作中的應(yīng)用進行了簡述。結(jié)合實際工作發(fā)現(xiàn)，將無人機傾斜攝影測量技術(shù)、GNSS 技術(shù)和GIS 技術(shù)綜合應(yīng)用于拆遷測繪，有利于提高測繪質(zhì)量，其成果數(shù)據(jù)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(shù)

攝影測量技術(shù)經(jīng)歷了模擬攝影測量（19 世紀中期）、解析攝影測量（1957 年）和數(shù)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(guī)模應(yīng)用的一項數(shù)字攝影測量技術(shù)，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(jīng)過數(shù)據(jù)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(yè)需求提升及項目實踐推進，無人機技術(shù)不斷對微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)進行交叉融合，穩(wěn)定、價廉、易操控、自動化程度高的無人機遙感平臺已經(jīng)實現(xiàn)［3］。以輕型無人機為飛行平臺的無人機遙感在國土航測、農(nóng)業(yè)植保、大氣探測、災(zāi)害救援、國防安全等領(lǐng)域廣泛應(yīng)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(chǎn)成本實現(xiàn)短時間內(nèi)高精度遙感數(shù)據(jù)的重復(fù)獲取，實現(xiàn)了高空間分辨率、高時間分辨率和低成本的統(tǒng)一。在測繪領(lǐng)域，輕型無人機傾斜測量系統(tǒng)價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、使用靈活可靠、維護方便、數(shù)據(jù)處理軟件豐富多樣且自動化程度高，僅需對技術(shù)人員進行簡單的培訓即可滿足測繪生產(chǎn)需求，已廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)測繪、應(yīng)急測繪、三維建模、地理國情監(jiān)測等領(lǐng)域，是國土資源調(diào)查監(jiān)測與國土空間規(guī)劃、智慧城市建設(shè)、地災(zāi)救援數(shù)據(jù)支撐、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、建設(shè)工程等行業(yè)重要的測繪數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。

無人機傾斜攝影技術(shù)在拆遷測繪中的應(yīng)用，1）利用生成三維模型的全方位紋理信息，在特定時間節(jié)點對拆遷區(qū)域現(xiàn)狀進行固化，以便在拆遷期間對可能發(fā)生的搶栽搶建現(xiàn)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(shù)、附著物類型及數(shù)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(qū)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(shù)據(jù)。

文獻［6］、［7］表明：采用傾斜攝影測量技術(shù)實現(xiàn)低層建筑區(qū)的權(quán)籍測繪是可行的。但拆遷測繪與權(quán)籍測繪不盡相同，采用非接觸數(shù)據(jù)采集的傾斜攝影測量技術(shù)進行拆遷測繪難以滿足各方需求。在一些拆遷區(qū)域內(nèi)，由于缺少統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計，以及地方習俗不同等原因，部分權(quán)利人根據(jù)證件記載范圍自行組織建筑規(guī)劃建設(shè)時，存在預(yù)留土地（如滴水、披水、自留道路等）的現(xiàn)象。采用“所占即所用”的測量方式很難得到權(quán)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(xiàn)狀和權(quán)益歸屬需要根據(jù)相關(guān)政策進一步認定。僅采用傾斜攝影技術(shù)對拆遷區(qū)內(nèi)宗地情況復(fù)雜，建筑密集擁擠、雜亂無章，各種材質(zhì)層疊交錯且不斷變化的現(xiàn)狀進行勘測定界是較為無力的。但傾斜攝影技術(shù)作為拆遷測繪實地調(diào)查和界址采集工作的輔助，技術(shù)應(yīng)用效果還是較為理想的。

2 GNSS技術(shù)

目前獨立運行的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）主要有美 國 的GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）、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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）、歐洲的GALILEO（Galileo satellite navigation system，伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)由導(dǎo)航衛(wèi)星、地面站和接收機3 部分組成。地面站跟蹤、測量和預(yù)報衛(wèi)星軌道信息并通過導(dǎo)航衛(wèi)星將之發(fā)送到接收機，接收機通過計算這些信息，獲取接收機與導(dǎo)航衛(wèi)星之間的距離（偽距）。利用至少3 顆導(dǎo)航衛(wèi)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(shù)主要包括基于載波相位的動態(tài)差分定位技術(shù)和單點精密定位技術(shù)（Precise Point Positioning，PPP），前者還可分為實時動態(tài)差分定位技術(shù)（Real-Time Kinematic，RTK）和動態(tài)差分后處理技術(shù)（Post Processed Kinematic，PPK）。RTK 技術(shù)需要基站將載波相位觀測值發(fā)送到移動站進行解算，可實現(xiàn)實時厘米級高精度定位；PPK 技術(shù)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(wǎng)絡(luò)連續(xù)運行參考站（Continuously Operating Reference Stations，CORS），可通過全天候觀測數(shù)據(jù)建立區(qū)域誤差模型，用于區(qū)域內(nèi)流動站的誤差改正?；诰W(wǎng)絡(luò)CORS 的RTK 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各測繪領(lǐng)域；基于單基站CORS 的PPK 技術(shù)可行性和觀測精度已經(jīng)得到驗證并應(yīng)用于GNSS 單點采集、攝影測量等領(lǐng)域；基于網(wǎng)絡(luò)CORS 的PPK 在GNSS 接收機單點采集中也實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用（如千尋mini 型號GNSS 接收機的無網(wǎng)測量模式）。

差分定位技術(shù)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(yè)范圍內(nèi)衛(wèi)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(wèi)星到不同接收機的距離互差（P1-P2，P3-P4），消除衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)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(wèi)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(xiàn)整周模糊度固定。

圖1 RTK 雙差定位原理

與動態(tài)差分定位技術(shù)相比，PPP 技術(shù)具有不依賴參考站、定位精度高（毫米級）、作業(yè)范圍不受限制等優(yōu)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(tǒng)一的整數(shù)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組合、多頻GNSS 接收機觀測、先驗大氣改正約束等技術(shù)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(wèi)星系統(tǒng)增加，CORS 基站數(shù)量不斷提升，通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，GNSS 接收機的觀測環(huán)境不斷改善，自身性能也得到長足發(fā)展。主要表現(xiàn)為GNSS 接收機響應(yīng)速度、可靠程度、觀測環(huán)境適應(yīng)能力不斷提高。其中對建筑密集區(qū)RTK 數(shù)據(jù)采集影響較大的技術(shù)是傾斜測量技術(shù)。

一種傾斜測量的思路如圖2 所示。對中桿傾斜狀態(tài)下，在待測點A在天線中心高度設(shè)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(jù)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(shù)較為原始，僅有過短暫的商業(yè)化應(yīng)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(dǎo)傳感器測量GNSS 接收機的空間姿態(tài)參數(shù)，結(jié)合GNSS 的空間位置及測桿長度，解算待測點三維坐標。慣導(dǎo)傳感器主要由加速計、磁力計、陀螺儀組成。實際測量發(fā)現(xiàn)（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(shù)可建立拆遷區(qū)高等級測圖控制網(wǎng)；利用RTK 技術(shù)可以建立測圖控制網(wǎng)并對建筑密集區(qū)域進行厘米級高精度數(shù)據(jù)采集；利用RTK/PPK 技術(shù)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(shù)在拆遷測繪中的主要工作內(nèi)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(shù)

GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）是通過計算機硬件和GIS 軟件對空間數(shù)據(jù)進行存儲、管理、編輯、分析與應(yīng)用的計算機應(yīng)用技術(shù)。GIS 采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)管理模式，將現(xiàn)實世界劃分為點、線、面、體4 種要素，通過空間分析實現(xiàn)要素之間的空間關(guān)系重建及屬性關(guān)系統(tǒng)計或運算。當?shù)乩硇畔⑹录捌淇臻g分布不發(fā)生改變時，空間分析總會產(chǎn)生唯一的分析結(jié)果。地理信息事件的發(fā)生和發(fā)展，總是伴隨空間、屬性和時間的變化，根據(jù)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(shù)據(jù)編輯、空間數(shù)據(jù)模擬、邏輯分析（如疊加分析、提取分析、統(tǒng)計分析、鄰域分析）、空間統(tǒng)計、空間數(shù)據(jù)提取等；屬性空間分析包括屬性算術(shù)運算、屬性邏輯運算、屬性統(tǒng)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(fā)生的空間變化、屬性變化進行的分析。

利用GIS 系統(tǒng)可實現(xiàn)拆遷區(qū)域的影像數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀地籍、發(fā)證地籍、戶籍、土地利用規(guī)劃、評估信息、工作進展、被拆遷戶訴求等多源數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一管理，結(jié)合GIS 系統(tǒng)強大的空間分析功能，為拆遷工作決策提供詳細可靠、互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)支持。

4 應(yīng)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(chǎn)實踐區(qū)，測區(qū)范圍約600 畝，涉及580余戶2000 人左右，拆遷范圍內(nèi)道路、建筑及其他地表附著物錯綜復(fù)雜，但建筑層數(shù)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(tài)測量聯(lián)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(shè)、規(guī)劃驗收等工作建立統(tǒng)一的控制網(wǎng)數(shù)據(jù)。建立的控制網(wǎng)等級為E 級，共包含6 個等級控制點。

在項目初期對拆遷區(qū)域進行了傾斜攝影測量工作以掌握基本信息，結(jié)合有關(guān)部門的宣傳教育工作，有效減少了搶建搶修現(xiàn)象。在傾斜攝影工作中，采用RTK 技術(shù)采集像控點坐標，采用RTK 融合PPK 技術(shù)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(shè)20 條航線并采集1223張合格影像，影像數(shù)據(jù)處理使用ContextCapture 軟件，成果為三維模型和正射影像圖。經(jīng)實地檢查，三維模型的點位精度在2 倍GSD 以內(nèi)，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(jù)相關(guān)人員指界采集界址點坐標；在現(xiàn)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(nèi)業(yè)人員將采集數(shù)據(jù)套合三維模型進行制圖和屬性錄入工作，及時發(fā)現(xiàn)和剔除不合格數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)和補測遺漏界址點，提高了測繪質(zhì)量。在中后期拆遷工作中，綜合應(yīng)用傾斜模型、GNSS 原始測量數(shù)據(jù)、權(quán)籍測量成果，為有關(guān)部門直觀準確地展示了宗地實際情況、測量過程和權(quán)籍測量結(jié)果等數(shù)據(jù)內(nèi)容，提高了宅基地等宗地認定工作的效率和質(zhì)量。

用GIS 軟件將其他數(shù)據(jù)與宗地信息進行屬性連接，將三維模型、發(fā)證范圍、實占范圍、權(quán)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(zhì)量。

5 結(jié)語

綜合應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)、GNSS 技術(shù)和GIS 技術(shù)進行生產(chǎn)和應(yīng)用，其成果種類、自動化程度、整體精度、可視性和互聯(lián)互通等方面比傳統(tǒng)的全野外數(shù)字測繪技術(shù)更具有優(yōu)勢。在拆遷測繪中，GNSS 技術(shù)作為主要的界址測量技術(shù)，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(fā)生；高分辨率傾斜攝影測量作為新型測量技術(shù)具有廣闊的應(yīng)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(fù)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(guān)人員在場的情況下進行。 GIS 技術(shù)在拆遷測繪中的應(yīng)用，可以有效地將測繪數(shù)據(jù)與拆遷工作相關(guān)的各類數(shù)據(jù)有機結(jié)合，為拆遷工作的推進和決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐。