張巖博　魏建新

摘 要：農(nóng)村土地利用的合理化規(guī)范化是我國近幾年努力的方向，由此農(nóng)村宅基地所有權規(guī)范化愈來愈迫切。Rigel VZ1000是一款地基三維激光掃描儀，可獲取高精度的房屋點云數(shù)據(jù)，結合CAD制圖、數(shù)據(jù)建模有效完成了農(nóng)村地籍調(diào)查的內(nèi)容?；诘鼗娜S激光掃描技術能高效、省時省力、高精度的獲取生動的三維點云數(shù)據(jù)，為地籍調(diào)查工作人員減少一定的工作量。

關鍵詞：地基三維激光掃描 點云數(shù)據(jù) 地籍調(diào) 宅基地

中圖分類號：P272 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0066-03

隨著國家二調(diào)的結束，耕地面積，土地利用情況、城鎮(zhèn)土地權屬等問題大都已明確，而偏遠農(nóng)村的房屋權屬、院落面積、房屋產(chǎn)權等并沒有完成調(diào)查。對農(nóng)村進行地籍調(diào)查是當前我國國土部門的重要任務之一。GPS RTK對地籍測量的精度有所提高，GPS RTK的操作比較簡便易行并且能獲得實時的、精度較高的定位結果，誤差比較小。該測量方法中，GPS通過接收衛(wèi)星信號定位空間地理坐標，RTK在很短的時間內(nèi)獲取某個點的三維坐標[1]。這兩種設備協(xié)同工作，測量范圍大，受天氣、地勢等條件的影響小，比起傳統(tǒng)方式節(jié)省了人力、物力、時間。但是樹林等高大茂密的物體對其有遮擋，無法測量。

1 激光雷達系統(tǒng)介紹

激光雷達技術（LIDAR）是近幾十年來攝影測量和遙感領域最具革命性的成就之一，它也是GPS全球定位系統(tǒng)之后的全新革命性測量工具。

1.1 地面激光雷達

地面激光雷達是一種綜合的集成了多種高科技的先進技術，采用非接觸高速激光測量的方法，利用激光束掃描大面積、高速度、高精度、大密度的目標地物[2]。通過一種新型的測量裝備，以點云的形式獲取被測目標物的三維坐標及復雜物體三維表面的陣列式幾何圖形數(shù)據(jù)。地面激光雷達小巧、方便、準確、高效、安全、穩(wěn)定、可操作性， 能快速的建立詳盡準確的三維立體影像， 可以提供準確的定量分析， 可廣泛應用于各相關領域， 如逆向工程應用、復雜建筑物施工、地質研究、建筑物形變監(jiān)測等領域。

1.2 激光雷達技術的特點

激光雷達（LiDAR）是過去10年中來快速發(fā)展并得到廣泛使用的測量方法。操作時間短，測量精度高，天氣影響小，操作安全，不受地形或地域的限制，可同時測量地面和非地面層。由于光的恒定速度，時間與散射器的距離有關，因此沿著電子束軌跡檢測空間信息。通過接收來自空氣中的粒子和分子的信號強度和頻率偏移來檢測氣溶膠的三維分布和徑向速度。它具有極高的角分辨能力、距離分辨能力和強抗干擾能力[3]。因此，隨著技術的不斷發(fā)展和普及，LiDAR將在軍事和民用領域得到更加廣闊的發(fā)展。

1.3 地面三維激光雷達應用現(xiàn)狀

地面三維激光雷達技術作為一種新型的高端技術，可以實時獲取高精度，高密度的空間三維坐標數(shù)據(jù)，具有更高的數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)分辨率，且其適應性也更強，不受云霧和光照的影響，從而構建出真實的目標物體的三維模型。從起步發(fā)展再到近年來的快速發(fā)展，激光雷達技術已經(jīng)能夠在一定程度上解決我們所面臨的一些困境。近年來，激光雷達技術已成功應用于測量、林業(yè)調(diào)查、數(shù)字建設、工程設計等各個領域，現(xiàn)在更是滲透到我們生活的方方面面，比如：農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、交通、城市規(guī)劃和城市三維建模、災害監(jiān)測和遺產(chǎn)記錄等領域。

2 地面激光雷達在地籍測量中的應用

2.1 地面激光雷達的數(shù)據(jù)采集與處理

2.1.1 前期準備

（1）測區(qū)資料搜集。調(diào)查區(qū)域數(shù)據(jù)主要包括航空照片或衛(wèi)星圖像以及所在調(diào)查區(qū)域的地貌地形圖。（2）掃描線路初期設計?？辈靺^(qū)掃描線初步設計，線路設計主要基于調(diào)查區(qū)域的完整覆蓋，調(diào)查場地的分布是統(tǒng)一的。（3）測區(qū)實地踏勘。在工作開始之前，根據(jù)調(diào)查區(qū)的道路狀況進行現(xiàn)場勘察，實地調(diào)查是一個至關重要的環(huán)節(jié)。

2.1.2 規(guī)劃作業(yè)方案

根據(jù)項目要求，規(guī)劃掃描操作，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況調(diào)整和修改初始設定的掃描線路。在遵守規(guī)劃標準規(guī)則的前提下，實現(xiàn)各個網(wǎng)站基點的合理分配，并且根據(jù)功能分布來確定掃描的模式。基于預定站的數(shù)量以及掃描模式估計所要完成的工作量。完成以上工作后，我們根據(jù)計劃進行數(shù)據(jù)收集操作。

2.1.3 激光雷達掃描儀

三維激光掃描儀工作原理為，測量時掃描儀發(fā)射出激光束脈沖信號，經(jīng)過被測目標自身的漫反射后，沿著近似相同的反射路徑反射回接收器，接收器通過反射的時間、角度等信息計算出發(fā)射器與目標物的距離、坐標等信息[4]。

2.1.4 研究區(qū)概況

中國新疆伊犁哈薩克自治州的霍城縣，地理坐標為東經(jīng)80°11′～81°24′，北緯43°39′～44°50′?？h境北依天山與博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣為鄰，南與察布查爾縣隔河相望，東與伊寧市接壤，西以霍爾果斯與哈薩克斯坦國為界，邊界線長183km，具有沿邊、沿路、沿河、沿山的獨特地理優(yōu)勢，是中國唯一的既轄地級行政區(qū)、又轄縣級行政區(qū)的自治州。南北長120km、東西寬85km，總面積5720km2（如圖1）?；舫强h城西北的三宮鄉(xiāng)，距縣城15km。三宮鄉(xiāng)面積126.9km2，包含有有下三宮村、沙灣村、上三宮村、東灣村4個村。三宮鄉(xiāng)道路規(guī)劃較為方正，房屋以磚房、棚房為主，有獨立的院落。

2.2 外業(yè)獲取數(shù)據(jù)

2.2.1 布設測點

根據(jù)三宮鄉(xiāng)村房屋坐落方向/面積、林帶遮擋和道路走向等的實際情況分派兩個人布設測量點，在需要布設測點的地方做上記號以便實驗時及時找到測量點，提高工作效率。布設測點時點位的選擇要均勻分布、合理，盡量避開樹木遮擋的地方，以防掃描不全面，降低測量精度。需打點測量的地物有，房屋、圍墻、棚房、院內(nèi)大于5m×5m面積的果園、菜地、花壇、道路林帶、院門、臺階、檐廊、錯位墻體，錯位間距大于30cm，需打拐角點、廁所。

2.2.2 RTK獲取標靶數(shù)據(jù)

為獲取房屋的地理坐標，在每個獨立的房屋選擇三個控制點，用RTK測這三個點的坐標信息。傳統(tǒng)人為測量坐標的方法以之前的點為參考，一個點的坐標出錯，其后就會累加，錯上加錯；RTK獲取的是三維坐標，測量的點與點之間是相互獨立的，不以其他點位參考，它是自動化的儀器測量，有效的避免人為干涉，增加測量精度，使測量結果更加可靠。

2.2.3 激光雷達采集點云數(shù)據(jù)

將三維激光掃描儀VZ1000架設在吊車頭上，通過升降吊車調(diào)節(jié)掃描范圍；每一個站點掃描兩組數(shù)據(jù)，一組為高站數(shù)據(jù)，一組為低站數(shù)據(jù)，這種掃描方式是為了使掃描更全面。高站點掃描的范圍大但是精度不高，并且覆蓋吊車下方面積大；低站點掃描的范圍程度小，但是精度高，并且可以掃描到高站點下方覆蓋的面積，以此來減少數(shù)據(jù)缺失。掃描時保證掃描的全面性的同時，也要盡量減少掃描的點數(shù)，因為點云數(shù)據(jù)非常大，掃描點過多容易造成數(shù)據(jù)的冗余，增加工作量。

2.3 內(nèi)業(yè)處理數(shù)據(jù)

2.3.1 粗拼精拼

內(nèi)業(yè)組需對外業(yè)組取得的點云數(shù)據(jù)用Rigel系列產(chǎn)品配套的RISCAN PRO軟件進行拼接，首先，粗拼：為了提高拼接精度，本研究采用手動拼接的方法對點云數(shù)據(jù)先進行粗拼處理。首先將高站兩兩拼接，在兩幅圖中至少各選擇相對應的4個點，粗拼的精度要求在0.1以下。先拼接高站點，然后再拼接低站點。全部粗拼結束后將所有站點的點云數(shù)據(jù)在同一幅圖中打開，通過改變不同站點的顏色觀察各站點的重合度，沒有分層情況才可以精拼。其次，精拼：精拼需要使用軟件狗，插上軟件狗后啟動RISCAN PRO，需將一個站點設為基站鎖定，之后通過調(diào)節(jié)參數(shù)，觀察拼接結果的正態(tài)分布圖，正態(tài)分布好則拼接結果較好。拼接結果如圖2。

2.3.2 數(shù)據(jù)轉換輸出

在RISCAN PRO拼接完成的點云數(shù)據(jù)非常大，需要過濾其它冗余的數(shù)據(jù)，將點云數(shù)據(jù)分成幾次轉換成.dxf格式輸出，.dxf是畫圖所用軟件CASS可以識別的數(shù)據(jù)格式，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的矢量化。這時候工作人員要注意不要在轉換的過程中遺漏某些區(qū)域。

2.3.3 CASS畫圖

點云數(shù)據(jù)轉換成.dxf格式后，轉入到CASS9.1中繪制目標地物。本研究所需繪制的目標的物為房屋、圍墻、林帶、道路、電桿、菜地、檐廊、支柱墩和大門，將其它不需要的數(shù)據(jù)以此過濾掉。以《地籍調(diào)查規(guī)程》為參考，并結合實地調(diào)查的地物狀況進行繪制[5]。繪制過程中可通過查找點云數(shù)據(jù)比對不清晰的地方，若是有不能確定的地方可標注，反饋給外業(yè)人員。如果有表示不清晰、有缺失的墻體，同時標記住疑惑點，以備后期調(diào)查補充坐標。

3 實際應用

3.1 權屬調(diào)查

內(nèi)業(yè)進行畫圖的過程中外業(yè)組需調(diào)查房屋的權屬性，詳細的記錄宗地所屬人的詳細信息、宗地編號、界址點，并補測內(nèi)業(yè)組反饋的遺漏地方。權屬調(diào)查人員應提前提前做好相關工作，調(diào)查過程中結合實際情況詳細的記錄界址點，確認所調(diào)查宗地的所屬權、使用情況，邊長和面積，記錄的筆記要清晰，要求宗地所屬人簽字。調(diào)查員根據(jù)實際情況以1：500比例尺手繪出每一塊宗地的房屋屬性，并標記出周邊宗地的所有人，以供內(nèi)業(yè)人員參考。同時，要做好記錄調(diào)查文檔的存檔工作。

3.2 權屬線繪制

繪制權屬線前，先用CASS對矢量化的圖進行自動檢查，排除房屋互相切割的錯誤。連接權屬時，權屬線不能越過已經(jīng)有的界址點圓圈，同一條權屬線需要完全重合。畫權屬線時，修改參數(shù)，將權屬線的寬度設為“0”，以便畫的時候，能自動檢查權屬線是否和地物完全重合。等出圖的時候，再修改權屬線參數(shù)為“0.3”。如有分宗情況，先用輔助線將界址點位置定好，再連接權屬，連接好后，把輔助線刪除。如果分宗的權屬線從房屋中間穿過，權屬連接好后，將房屋重新畫，從權屬線處將房屋分成兩間房，不能切割房屋。權屬連接完成，在輸入宗地號時，注意街道號、街坊號、宗地編號錄入正確。一個村全部連接權屬完成后，修改界址點最大點號，先設為零，再用線把整個村的宗地圈起來，重排界址點號，選擇3，輸入起始界址點號1，整個村界址點重新排號。權屬線繪制如圖3。

3.3 建立數(shù)據(jù)庫

CASS畫圖、權屬性錄入完后開始著手本次研究的最終目的數(shù)據(jù)庫的建立。需利用ARCGIS軟件，并結合國土資源部的需求與當?shù)氐膶嶋H情況，完成完整的農(nóng)村地籍信息數(shù)據(jù)庫的建立，為宅基地所有權提供依據(jù)，實現(xiàn)農(nóng)村土地登記、規(guī)劃、實時更新的數(shù)字化管理。建立數(shù)據(jù)庫可將數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，方便日后的使用與更新，為農(nóng)村的地籍管理提供三維數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫建立完成后，要整體檢查一遍，與實地調(diào)查的結果校對，確保數(shù)據(jù)庫信息的準確。

4 結語

處于新疆偏遠地區(qū)的農(nóng)村，大多還沒有管理規(guī)劃村莊，村民所有土地還沒有實現(xiàn)規(guī)范化，有一些農(nóng)村甚至沒有修道路和獨立院落。實現(xiàn)這些農(nóng)村土地權屬合法規(guī)范迫在眉睫，明確農(nóng)村土地面積和權屬既可以保障村民的合法權益，也能促進土地的合理利用，為城鄉(xiāng)一體化奠定基礎。我們國家大力倡導農(nóng)村土地所有權的合法化，需要查清每一塊土地的用途與所屬人信息，用來解決農(nóng)村土地使用過程中出現(xiàn)的糾紛和問題，加強土地管理，防止亂占耕地、草地現(xiàn)象。地籍調(diào)查工作比較枯燥，質量要求高，并需要當?shù)厝藛T的配合，相關工作人員要保持工作的熱情，協(xié)調(diào)與當?shù)厝说挠押藐P系，認真負責，彼此協(xié)作，一起解決工作中出現(xiàn)的問題，確保數(shù)據(jù)客觀，有依據(jù)，為高效的獲得準確結果一起努力。

參考文獻

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