基于倾斜模型与激光点云的不动产测绘新方法研究

基于倾斜模型与激光点云的不动产测绘新方法研究

关智明

（佛山市禅城区房产测绘和交易中心，广东佛山528000）

摘要：传统的不动产测绘技术手段包括全站仪测站法、GNSS-RIK 方法，通常存在作业效率低、耗时耗力等不足。本文以某不动产测绘项目为例，对基于倾斜模型与激光点云的不动产测绘新方法进行了应用探讨，同时验证了测量精度。实践证明：融合两种测绘技术的不动产测绘新方法采集不动产数据更加完整，较单一作业技术手段的不动产测绘成果精度更高。

关键词：倾斜模型；激光点云；不动产测绘；精度

1引言

近年来，以无人机倾斜摄影测量技术、三维激光扫描技术为代表的新型测绘技术逐渐应用于不动产测绘中，新型测绘新技术凭借作业效率高、覆盖面广、采集数据全等优势，有效弥补传统测绘手段的一些不足。考虑现有测绘新技术的优势，本文依托某不动产测绘项目，设计一整套基于无人机倾斜摄影测量技术与移动背包激光扫描技术的不动产测绘混合作业新方案。对于背包激光扫描仪无法获取的建筑物顶部信息，可采用无人机倾斜摄影测量技术进行采集，通过结合两种作业技术手段的优势，最大程度采集完整的不动产数据，保证成果精度。通过对比分析不同作业测绘技术作业的成果精度，检验两种技术混合作业的优势。

2基于测绘新技术的不动产测绘

2.1倾斜摄影测量技术

倾斜摄影技术利用同一飞行平台载荷的高分辨率相机，获取地面物体的竖直影像和多张不同角度的倾斜影像，利用多基元、多视影像匹配技术，实现多重影像动态的密集匹配，自动进行纹理映射，完成模型重构，得到该物体或场景的三维模型。倾斜摄影技术可以捕捉地面和建筑物的各种角度和视角，提供多角度的高分辨率照片，真实反映建筑物的纹理和颜色，提供真实感的三维模型，通过飞行平台可以高效获取大面积的地形和建筑物信息。无人机倾斜摄影测量数据处理以及应用于不动产测绘的技术流程包括外业数据采集、内业数据处理以及基于实景模型的不动产数据采集。

（1）外业数据采集

在进行无人机航摄作业前，首先检查仪器设备和装置，其次合理设计飞行航线并布设控制点是确保测量任务的成功执行的关键步骤。合理设计航线是指根据工程测量任务的要求和测量目标，规划无人机的飞行路径。这需要考虑测量区域的地形、障碍物、目标物体的分布以及飞行高度等因素。设计合理的航线能够确保无人机覆盖整个测量区域，并以最有效的方式获取数据。其次，布设控制点是为了提高测量数据的精确性和可信度，控制点是已知地理坐标的点，通常位于测量区域内。外业航飞挑选天气晴朗、空气质量良好、气象条件温和的时间窗口实施。

（2）内业数据处理

首先对倾斜摄影数据进行预处理，预处理主要包括去除光照不均、遮挡和失真等影响因素，以及对影像进行辐射校正和几何校正等步骤。空中三角测量是无人机倾斜摄影测量的重要步骤，通过对影像进行密集匹配，从而减少空三解算后的冗余数据，构建完不规则三角网后，映射纹理信息至白模表面，获取具有纹理与分辨信息的实景模型。对于生产的三维实景模型，将 LOD 分层设置为 20 层以上，实现数据快速加载与浏览将满足生产条件的三维实景模型加载至清华山维 EPS 三维测图软件中，根据测图软件中二三维联动模式完成不动产数据的采集与编辑工作。对于部分地物属性信息无法获取的地物，需要通过外业补测补充完成。

2.2 移动扫描背包数据采集与处理

本次试验利用HERON移动背包激光扫描系统进行点云数据采集，该设备在水平和垂直两个方向集成了测距更长的激光雷达传感器，搭配更优秀的惯性导航系统和自研电池，结合高精度的GNSS 设备和同步定位与制图构建（SLAM）技术，无论扫描环境中是否存在 GNSS 信息，均可获取扫描范围内的高精度三维激光扫描数据。作业前合理规划扫描路径，避免来回走重复路线，导致点云重影，根据现场情况调整激光、相机等传感器的各项参数，确保系统各硬件接口和指示器正常工作。

HERON移动背包激光扫描系统由高精度全球导航卫星定位系统、IMU惯导系统、2个激光扫描仪以及5个高清相机组成，系统根据多系统集成以及支持 SLAM能够在短时间内采集彩色点云数据与照片，扫描点云精度能够达到 5cm。HERON移动背包激光扫描系统采集时综合考虑道路交通拥挤状况、天气状况、周边环境等因素，选择在天空晴朗的时间段进行作业。(1)作业前合理规划扫描路径，避免来回走重复路线，导致点云重影，根据现场情况调整激光、相机等传感器的各项参数，确保系统各硬件接口和指示器正常工作。（2）采集时，作业员尽量避免大幅度动作，禁止掉头、急转弯等导致仪器姿态发生骤变的行为，转弯时应尽可能慢速且采用弧形轨迹转弯，身后和两侧避免出现移动的人或物体。(3)使用传统高精度测绘手段采集测区内特征点坐标，用于背包扫描行驶轨迹的纠正；(4)将 GPS 数据、惯导数据等观测数据导人计算机中，使用 Imertial Explorer 软件进行数据解算与照片拼接；(5)数据采集完成后，做好数据下载和备份工作，同时对采集的数据进行完整性检查。获取的数据成果包含测区高精度真彩三维点云和全景影像。使用控制点对背包行驶轨迹进行纠正，最后根据纠正轨迹解算原始点云数据，并输出符合要求的测区点云数据。

3 实例分析

3.1测区范围

本文以某不动产测绘项目为例进行试验，试验区范围约为 0.32km2，预估宗地数为 130 宗，使用无人机倾斜摄影测量技术与移动扫描背包技术对试验区进行测绘试验，并使用全站仪测量检查不动产测绘成果精度。

3.2 试验步骤与结果

根据试验区地形、地貌特征进行无人机航线规划，航摄规划时避免高压电力线等危险源，本项目采用大疆M300-RTK旋翼无人机平台搭载赛尔五镜头102s倾斜相机获取目标区域内的倾斜摄影数据；使用 HERON 移动背包激光扫描系统进行试验区点云数据与照片采集。具体试验步骤为：

(1)选定目标区域，分别使用赛思 PS-DK102S倾斜摄影测量系统与 HERON 移动背包激光扫描系统进行试验区数据采集，倾斜摄影测量作业过程中的参数设置包括：无人机飞行高度约为60m，旁向重叠度与航向重叠度均为 75%。

(2)在 ContextCapture 软件中导人航摄 POS数据、照片数据以及像控点，通过空三解算、TIN网构建以及纹理映射等操作生成 OSGB 数据格式的三维实景模型数据。

(3)对 HERON移动背包激光扫描系统的扫描轨迹进行后差分解算，并使用控制点纠正扫描轨迹，将数据导人 Pegasus Manager 软件中生成全景照片与点云数据。

(4)将三维实景模型数据以及点云数据导人清华山维 EPS 三维测图软件中采集三维放物界址点，采集过程中，通过旋转不同视角提取矢量数据，不同房屋类型选用的不同的数据提取方法。

(5)使用全站仪测量对不动产测绘成果的几何精度进行检测，自然资源部发布《地籍调查规程》(TD/T1001-2012)4中规定一级界址点中误差不大于5 cm。

(6)在测区内均匀选择30个检查点分别对基于倾斜摄影测量成果、移动背包测量成果以及基于二者融合的不动产测绘成果进行精度检验，统计三种测量方法的残差与中误差。通过分析可知，无人机倾斜摄影较移动背包扫描获取成果精度更高，但是移动背包扫描技术具有更高的数据处理效率。无人机倾斜摄影与移动背包扫描融合的测绘方式得到的不动产测绘精度最高，通过实践经验得出主要原因在于融合方法集合了空地一体数据采集方式，移动背包扫描可以弥补测区植被茂盛或者建筑物遮挡时，无人机倾斜摄影无法获取房屋不动产底部数据的缺陷：同时无人机倾斜摄影可以弥补移动背包扫描无法获取房屋不动产顶部数据的缺陷，形成优势互补，能够最大限度地完整采集到测区内不动产的空间立体信息，因此基于二者的不动产测绘成果信息更加全面，精度也有所提升。

4 结束语

本文以某不动产权籍调查项目为例，对基于倾斜模型与激光点云的不动产测绘新方法进行了应用探讨，同时验证了测量精度。不动产测绘中引入无人机倾斜摄影测量与三维激光扫描，不仅更加直观准确地反映出真实三维场景，使产权内同表达更加清晰，同时解决落宗关联速度慢、信息定位不准确等问题，对于场景中其他地物现状的反映也更加直观与真实。相较于单一的作业技术手段，基于倾斜模型与激光点云的不动产测绘新方法，有效解决单一作业技术手段中因此遮挡等因导致的采集信息不完整情况，较单一作业技术手段的不动产测绘成果精度更高。

参考文献：

[1]米川,张跃飞.无人机倾斜摄影技术下农村房屋不动产确权[J].北京测绘,2022.36(3):271-275

[2]丁智奇,赵文军,李俊锋.基于倾斜摄影和 IiDAR 融合的不动产测量应用研究[J1.地理空间信息,2021.19(4):2427+36+6.