齊永波

摘要：本文以某地區(qū)“房地一體”項(xiàng)目測(cè)量為例，介紹了無(wú)人機(jī)三維激光雷達(dá)技術(shù)在“房地一體”測(cè)量中的應(yīng)用，其結(jié)果與RTK測(cè)量結(jié)果相比較，平面位置中誤差為±0.21m，中誤差最大值為0.27m，高程位置中誤差平均值為±0.101m，中誤差最大值為±0.158m，誤差符合測(cè)量相關(guān)規(guī)范及“房地一體”測(cè)量工作的精度需求，并表現(xiàn)出測(cè)繪時(shí)間短、采集速度快、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。

關(guān)鍵詞：三維測(cè)量；房地一體測(cè)量；點(diǎn)云數(shù)據(jù)

The Application of 3D Lidar Technology in the Measurement of Premises

Qi-Yongbo

Guangdong Nuclear Industry Geology Bureau 292，Heyuan 517000

Abstract： This paper introduces the application of 3D measurement technology in the integrated measurement of premises with the example of 3D measurement in a certain area，and the results are compared with the RTK measurement results，with an error of±0.21m in plane position，a maximum error of 0.27m in medium error and an elevation position. The error average is±0.101m，the maximum error is±0.158m，the error is in line with the 1/ 2000 three-dimensional measurement specifications and the precision requirements of the integrated measurement work of the premises，and shows the advantages of short mapping time，fast collection speed，good economic benefits，etc.

Keywords： 3D measurement；Integrated measurement of premises；Point cloud data

根據(jù)《國(guó)土資源部關(guān)于進(jìn)一步加快宅基地和集體建設(shè)用地確權(quán)登記發(fā)證有關(guān)問(wèn)題的通知》工作部署和要求，開展“房地一體”項(xiàng)目工作意義重大。因此，加強(qiáng)“房地一體”測(cè)量工作至關(guān)重要，尤其是農(nóng)村房地調(diào)查工作。由于農(nóng)村房地權(quán)籍調(diào)查工作薄弱、權(quán)屬資料不全以及農(nóng)村外業(yè)調(diào)查任務(wù)繁重等，這就要求調(diào)查技術(shù)盡可能地以現(xiàn)代化技術(shù)為主，尤其是無(wú)人機(jī)三維激光雷達(dá)技術(shù)的綜合應(yīng)用。無(wú)人機(jī)三維激光雷達(dá)系統(tǒng)可根據(jù)機(jī)載三維激光掃描測(cè)距儀、動(dòng)態(tài)差分全球定位接收機(jī)以及慣性導(dǎo)航裝置等，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)獲取較高精度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“房地一體”測(cè)量任務(wù)。

1.工作原理

2.數(shù)據(jù)采集與處理

2.1測(cè)繪區(qū)基本概況

測(cè)區(qū)地勢(shì)自西北向東南傾斜，山地及丘陵占總面積的73%，平均海拔550m。調(diào)查區(qū)面積約240km2，涉及18個(gè)村民組，區(qū)域房地較分散，屬于典型的山地丘陵區(qū)住房特征?；谡{(diào)查區(qū)基本現(xiàn)狀及項(xiàng)目技術(shù)要求，選擇“圖解法+簡(jiǎn)易法”開展該區(qū)域的“房地一體”測(cè)量工作，采用無(wú)人機(jī)型號(hào)為ARS-100無(wú)人機(jī)搭載了三維激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，設(shè)置飛行航線間距為200m航高為200m，掃描角度為30°，飛行速度40km/h，旁向重疊度為60%，航向重疊度為70%。為了驗(yàn)證無(wú)人機(jī)三維激光雷達(dá)技術(shù)在“房地一體”測(cè)量中的精度，采用RTK技術(shù)對(duì)調(diào)查區(qū)內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣場(chǎng)、大壩以及道路交叉口等特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量調(diào)查，用以對(duì)比無(wú)人機(jī)三維激光雷達(dá)測(cè)量的精度，其工作流程見圖1。

2.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集是“房地一體”測(cè)量的基礎(chǔ)，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集開始之前，應(yīng)盡可能地收集測(cè)繪區(qū)域內(nèi)1∶10000區(qū)域地形圖，并收集調(diào)查區(qū)已有的房地資料信息，以googleearth平臺(tái)為基礎(chǔ)建設(shè)地形三維模型，根據(jù)地形變化特征劃分飛行子區(qū)以及確定飛行航線等參數(shù)，確定調(diào)查過(guò)程中采集點(diǎn)密度等參數(shù)。此外，在實(shí)地測(cè)量之前，對(duì)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行外業(yè)實(shí)地踏勘，充分了解調(diào)查區(qū)的地形地貌特征以及植被覆蓋情況，并在鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣場(chǎng)上假設(shè)GPS基準(zhǔn)站，用以對(duì)機(jī)載動(dòng)態(tài)差分全球定位接收機(jī)測(cè)定的三維坐標(biāo)進(jìn)行誤差校正。為了提高“房地一體”測(cè)量的精度，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可對(duì)房地聚集區(qū)和耕地空曠區(qū)采用平行飛行和垂直交叉飛行模式，能夠有效地提高測(cè)量精度。無(wú)人機(jī)掃描過(guò)程中，操作人員要及時(shí)調(diào)整航速、行高以及飛行姿態(tài)等參數(shù)，確保所采集的數(shù)據(jù)是可靠的。每天完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)后，應(yīng)及時(shí)查看當(dāng)天數(shù)據(jù)質(zhì)量，若質(zhì)量不符合基本要求，則需重新采集。

2.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是影響三維測(cè)量精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，主要包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波處理、異常點(diǎn)濾波處理和地物點(diǎn)分類提取等幾個(gè)部分[3]。其中，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理是將機(jī)載中的原二進(jìn)制點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)格式點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)與地面基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行校正處理，進(jìn)而將處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接和糾正重疊帶高程；點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波處理是提高特征提取、地形重建以及DEM等產(chǎn)品精度的基礎(chǔ)，通常采用基于分割的方法、基于表面的方法、數(shù)學(xué)形態(tài)濾波法以及逐漸加密的濾波算法進(jìn)行，本文在濾波處理中采用漸進(jìn)窗口尺寸的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波算法，能夠較好的保留建筑、農(nóng)田與地形細(xì)節(jié)特征，進(jìn)而提高“房地一體”測(cè)量精度；異常點(diǎn)濾波是以1∶10000地形圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立不同區(qū)塊的高程閾值以及高程差閾值，進(jìn)而對(duì)新獲得的點(diǎn)云高程數(shù)據(jù)進(jìn)行異常點(diǎn)篩查處理；地物分類提取主要針對(duì)地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)，多采用漸進(jìn)三角網(wǎng)濾波算法進(jìn)行處理，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的農(nóng)作物、喬木等植物與地物點(diǎn)進(jìn)行分離。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成后將三維坐標(biāo)信息數(shù)據(jù)導(dǎo)入至CASS地形地籍成圖軟件中，編輯后輸出成果圖件。

3.測(cè)量精度對(duì)比分析

3.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

其中：Z為中誤差，n為檢查點(diǎn)個(gè)數(shù)，Zi為地面實(shí)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，Zj為與地面實(shí)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)。

本次選擇部分點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征值與外業(yè)RTK實(shí)測(cè)的三維坐標(biāo)進(jìn)行精度對(duì)比，其測(cè)量結(jié)果見表1。計(jì)算結(jié)果顯示，平面位置中誤差為±0.21m，中誤差最大值為0.27m，高程位置中誤差平均值為±0.101m，中誤差最大值為±0.158m，誤差符合1/2000測(cè)量相關(guān)規(guī)范及“房地一體”測(cè)量工作的精度需求。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)載三維激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)較傳統(tǒng)的全站儀、RTK等測(cè)繪方式具有測(cè)繪時(shí)間短、采集速度快、數(shù)據(jù)精度高、三維信息豐富、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)前農(nóng)房外業(yè)調(diào)查工作任務(wù)繁重、工期緊張的背景下，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)載三維激光雷達(dá)系統(tǒng)在山地丘陵、農(nóng)房分散地區(qū)的“房地一體”測(cè)量工作中的應(yīng)用是必要的。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鄧世贊，丁青，甘明超，黃平. 1∶2000基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)在農(nóng)村房地一體調(diào)查中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪與空間地理信息， 2020， 43（08）： 42-45.

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