高精度地籍測繪技術在房地一體化建設中的實踐

摘 要：本研究通過應用高精度GNSS RTK、三維激光掃描等先進測繪技術，對某城市房地一體化建設項目進行地籍測繪。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理與分析，建立了精度達厘米級的三維地籍模型。實踐表明，高精度地籍測繪技術能有效提高房地權籍調查效率，為不動產(chǎn)登記提供可靠的空間支撐，對推進房地一體化建設具有重要意義。

關鍵詞：高精度地籍測繪；房地一體化；GNSS RTK；三維激光掃描；三維地籍模型

中圖分類號：P 20" " 文獻標志碼：A

房地一體化是實現(xiàn)土地與房屋統(tǒng)一登記、管理的重要舉措。高精度地籍測繪技術可以為房地一體化建設提供關鍵的技術支撐。隨著GNSS RTK、三維激光掃描等測繪技術的發(fā)展，地籍測量精度和效率顯著提高。本研究以某城市房地一體化建設項目為例，探討高精度地籍測繪技術在實際工程中的應用方法、技術流程及成果。通過分析測繪數(shù)據(jù)精度、三維模型構建等方面，評估高精度地籍測繪技術在房地一體化建設中的實踐效果，為類似工程提供參考。

1 工程概況

某市為推進房地一體化建設，啟動了覆蓋城區(qū)約50km2的地籍測繪項目。項目要求平面相對精度優(yōu)于1/5000，高程相對精度優(yōu)于±5cm。測繪內容涵蓋地籍調查、房屋測量和權屬界線核實等，須建立精確的三維地籍模型?？紤]測區(qū)特點和精度要求，項目采用GNSS RTK結合三維激光掃描技術，輔以傳統(tǒng)測量方法，保證測繪成果精度和完整性。將測繪數(shù)據(jù)用于不動產(chǎn)登記、城市規(guī)劃和土地管理等多個領域，對完善城市空間信息基礎設施具有重要意義。

2 高精度地籍測繪技術實踐

2.1 控制測量

2.1.1 GNSS控制網(wǎng)布設

GNSS控制網(wǎng)的布設采用多級控制網(wǎng)結構，包括括一級基準網(wǎng)和加密控制網(wǎng)。一級基準網(wǎng)由5個CORS基準站組成，均勻分布在測區(qū)周邊，形成穩(wěn)定骨架網(wǎng)。這些基準站采用高精度GNSS接收機，24h連續(xù)觀測。加密控制網(wǎng)在一級基準網(wǎng)基礎上，布設了25個控制點，平均間距約為1km?？刂泣c選址考慮了衛(wèi)星可視性、多路徑效應等因素。觀測采用靜態(tài)相對定位法，每個點觀測時間不少于4h[1]。網(wǎng)形結構設計遵循“先整體后局部”原則，通過合理邊連接方式形成可靠幾何圖形，如圖1所示。

GNSS控制網(wǎng)的精度評定采用科學軟件Trimble Business Center進行基線解算和網(wǎng)平差?；€解算時，采用雙頻載波相位觀測值，應用精密星歷和電離層改正模型，解算出基線向量及其完整協(xié)方差矩陣。網(wǎng)平差采用帶參數(shù)附加條件的約束最小二乘法，以5個CORS站坐標為已知值，對25個加密控制點坐標進行調整。平差模型考慮了基線觀測精度、對流層延遲、天線相位中心變化等系統(tǒng)誤差源。根據(jù)基線長度和觀測時段確定權重矩陣，長基線賦予較小權重[2]。在迭代計算中，設置收斂閾值為0.1mm，最大迭代次數(shù)為10次。通過比較平差前后坐標差異，計算均方根誤差（RMSE），平面RMSE為8mm，高程RMSE為15mm。中誤差橢圓分析顯示，在95%置信區(qū)間內，最大軸半長不超過1.5cm?？紤]基線長度影響，最終確定控制網(wǎng)平面相對精度優(yōu)于 1×10-6，高程相對精度優(yōu)于 1×10-5。網(wǎng)平差后，進行了內符合精度檢核和外部檢查點驗證，結果均滿足《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T 18314—2016）的相關要求，為后續(xù)房產(chǎn)測繪提供了可靠的控制基礎。

2.1.2 水準測量

在GNSS控制網(wǎng)基礎上進行水準測量，建立高精度高程控制網(wǎng)。采用四等水準測量方法，使用DS3數(shù)字水準儀。測量路線設計遵循“閉合路線為主，附合路線為輔”原則，形成多個閉合環(huán)。每個閉合環(huán)長度控制在15km內，減少誤差累積。觀測采用等背法，將前后視距差嚴格控制在±0.5m內，單站視線長度不超過50m[3]。水準點標石埋設牢固，避開軟土地帶和易受擾動區(qū)域。

對共同點進行擬合計算，得到了區(qū)域化的高程轉換參數(shù)。擬合結果顯示，兩者高程差異在±2cm，證實了控制網(wǎng)的高精度性?；趯嶋H觀測數(shù)據(jù)計算水準網(wǎng)閉合差，用fh=∑（后尺讀數(shù)-前尺讀數(shù)）-（終點高程-起點高程）計算每個閉合環(huán)閉合差，并與理論允許值6mm√K（K為公里數(shù)）比較，保證滿足四等水準測量精度要求。水準測量成果與GNSS高程控制點的聯(lián)合平差采用參數(shù)平差法，建立觀測方程，包括括水準觀測方程和GNSS高程觀測方程，構建權重矩陣，考慮兩種觀測的精度特性。通過迭代計算最小化殘差平方和，得到最優(yōu)的高程值。聯(lián)合平差不僅提高了高程網(wǎng)的整體精度，還實現(xiàn)了水準高程系統(tǒng)與GNSS高程系統(tǒng)統(tǒng)一，為后續(xù)房屋測量和三維模型構建提供了一致的高程基準。

2.2 房屋測量

2.2.1 GNSS RTK測量

測量采用Trimble R12i接收機，配合TSC7控制器，利用區(qū)域CORS網(wǎng)絡提供實時差分數(shù)據(jù)。測量前進行初始化檢驗，保證固定解的可靠性。外業(yè)測量時，天線高度精確量測并輸入系統(tǒng)，采用斜距量測法減小中心對準誤差。測點采集遵循“先整體后細部”原則，優(yōu)先測定房屋四角和拐點，然后補測建筑物特征點。為提高精度，每個測點觀測5個歷元，取平均值作為最終坐標[4]。在遮擋嚴重區(qū)域，采用偏心測量法，并在后處理中進行坐標歸算。在質量控制方面，每小時重復測量一個已知點，檢核其坐標偏差。試驗數(shù)據(jù)顯示，開闊地帶點位精度優(yōu)于2cm，遮擋區(qū)域精度在3～5cm。對高層建筑來說，考慮GNSS信號多路徑效應，須結合全站儀測量進行交叉檢核，保證測量精度。直接用CGCS2000坐標系表示RTK測量成果，便于與其他測繪數(shù)據(jù)集成。

2.2.2 三維激光掃描

使用Leica RTC360激光掃描儀，其具有200萬點/s的采集速率，測距相對精度優(yōu)于1×10-5。掃描站布設遵循“全覆蓋、少遮擋”原則，將平均站間距控制在20m左右。每個掃描站采集約20min，將分辨率設置為6mm@10m。如圖2所示。

為保證掃描數(shù)據(jù)的幾何精度，在掃描區(qū)域布設Leica球形靶標，用于后期點云配準。在掃描過程中，同步采集高分辨率全景影像，用于點云著色和紋理映射。數(shù)據(jù)處理使用Leica Cyclone軟件，采用ICP（迭代最近點）算法進行多站點云配準，配準精度優(yōu)于5mm。點云濾波采用統(tǒng)計離群值濾除算法，去除噪聲點[5]。建筑物輪廓提取利用區(qū)域生長算法，提取精度達到厘米級。復雜曲面采用NURBS曲面擬合方法，有效保留了建筑細節(jié)。

2.3 土地權屬調查

土地權屬調查是房地一體化建設的核心環(huán)節(jié)，涉及權利主體、權利客體和權利內容的全面調查。調查采用“內業(yè)準備、外業(yè)調查、內業(yè)整理”的工作流程。在內業(yè)準備階段，收集土地登記簿、不動產(chǎn)登記簿、地籍圖等歷史資料，建立初步的權屬數(shù)據(jù)庫。外業(yè)調查采用移動GIS技術，使用搭載ArcGIS Collector應用的平板電腦，結合高精度GNSS接收機，實現(xiàn)了權屬信息的實時采集和空間定位。存在爭議的地塊采用無人機低空攝影測量技術，獲取高分辨率正射影像圖，輔助界址確認[6]。

權屬界線測量采用GNSS RTK技術，界址點測量精度優(yōu)于5cm。調查過程中特別注意了集體土地所有權、國有土地使用權、宅基地使用權等不同權利類型的調查方法。農村集體土地還進行了承包地確權登記，建立了地塊與權利人的一一對應關系。在內業(yè)整理階段，運用ArcGIS Pro軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析，構建了包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的權屬數(shù)據(jù)庫。通過疊加分析，識別權屬重疊、面積不符等問題，并進行實地復核。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

2.4.1 點云數(shù)據(jù)處理

處理流程包括括數(shù)據(jù)配準、噪聲濾除、地面點提取和建筑物分割。數(shù)據(jù)配準采用改進的ICP（迭代最近點）算法，結合控制點約束，實現(xiàn)了多站點云的精確拼接[7]。噪聲濾除采用統(tǒng)計離群值檢測方法，設置標準差閾值為2.5，有效去除了離群點和多路徑反射造成的偽點。使用基于布料模擬的算法提取地面點，通過調整布料剛度參數(shù)（0.5）和網(wǎng)格大小（0.5m），準確分離地面點和非地面點。采用區(qū)域生長算法分割建筑物，結合平面度和高程跳變閾值，精確提取建筑物輪廓。

對復雜建筑來說，需要引入基于RANSAC的多平面擬合方法，提高建筑物結構的識別精度[8]。點云分類采用監(jiān)督式機器學習方法，使用隨機森林分類器，訓練樣本包括括建筑物、植被、地面等類別，分類精度達到95%。

2.4.2 三維地籍模型構建

三維地籍模型構建融合了參數(shù)化建模和語義建模方法。建筑物外輪廓提取采用α-shape算法，其核心思想是通過調整α值控制邊界的粗糙程度。給定點集S和半徑α，α-shape定義如公式（2）所示。

權屬信息與三維模型的關聯(lián)采用R樹空間索引，其查詢復雜度為O（logn）。模型采用CityGML格式存儲，支持LOD0-LOD4多級表達。通過這些算法的綜合應用，實現(xiàn)了高精度、語義豐富的三維地籍模型構建。

2.4.3 精度評定

3 實踐成果與分析

3.1 測繪精度分析

通過實地檢測和數(shù)據(jù)比對進行測繪精度分析。GNSS RTK測量采用獨立檢查點法，布設50個檢查點，以全站儀測量為參考。三維激光掃描采用標準件檢測法，放置10個標準球體比對偏差。權屬界址點采用重復測量法，對100個點進行3次獨立測量。不同方法精度對比在典型區(qū)域進行平行測量，與控制網(wǎng)成果比對。測量方法精度對比見表1。

3.2 三維地籍模型應用

通過多部門協(xié)作的試點項目評估三維地籍模型應用效果。在不動產(chǎn)登記方面，選取復雜建筑街區(qū)對比模型應用前后的權屬劃分效率。城市規(guī)劃采用情景模擬法，對其進行多方案比較分析。稅收管理與稅務部門合作，開展6個月稅收核算試驗。應急管理通過桌面推演和實地演練評估應急響應效率，各領域應用效果見表2。

3.3 房地一體化建設效果評估

房地一體化建設效果評估采用多維度、長周期監(jiān)測。通過月度隨機抽樣檢查數(shù)據(jù)一體化程度。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計權籍調查效率和不動產(chǎn)登記時間。采用GIS空間分析評估土地資源利用效率。通過季度問卷調查和深度訪談獲得社會效益。評估結果見表3。

4 結語

研究通過在實際工程中應用高精度GNSS RTK和三維激光掃描技術，實現(xiàn)了厘米級精度的地籍測繪。建立的三維地籍模型為房地一體化建設提供了全面、精確的空間信息支撐。實踐表明，高精度地籍測繪技術能有效提高測繪效率、減少人為誤差，并為不動產(chǎn)確權登記、空間規(guī)劃等工作提供可靠依據(jù)。未來研究可進一步探索多源數(shù)據(jù)融合、智能化處理等方向，持續(xù)提高房地一體化建設的技術水平和管理效能。

參考文獻

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