張 健 麻萬金

（三和數(shù)碼測繪地雷信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000）

農(nóng)村房地一體項目是一項惠民工程，通過對房屋和宗地進行登記確權(quán)，頒發(fā)不動產(chǎn)證書，就可以使房屋具有商品性質(zhì)，可用房屋進行抵押貸款和買賣[1-3]。然而農(nóng)村房屋不動產(chǎn)測繪，采用傳統(tǒng)方式作業(yè)不但效率低、生產(chǎn)成本高、風險高，而且很難按時按點完成確權(quán)和頒證[4-5]。為了減少作業(yè)成本，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)風險，本文在分析和研究了LIDAR 技術(shù)后，提出采用LIDAR 技術(shù)進行農(nóng)村房屋不動產(chǎn)的測繪，并采集宗地、房屋等界址點，丈量多條宗地、房屋邊長，對本文方法生產(chǎn)的地籍圖精度進行檢測。結(jié)果表明，采用本文的方法，生產(chǎn)的地籍圖精度能夠滿足甘肅省農(nóng)村房屋一體確權(quán)項目精度要求，且作業(yè)效率是傳統(tǒng)作業(yè)方式的2-3 倍，生產(chǎn)成本明顯降低，外業(yè)工作量明顯減少，使得作業(yè)風險有效降低，可以作為一種新的作業(yè)方式，用于農(nóng)村房地一體項目中來。

1 LIDAR 技術(shù)

LIDAR 是一種全新的測繪方式，和傳統(tǒng)的攝影測量來說，其獲取的原始數(shù)據(jù)和后期的算法是不一樣的。LIDAR 是一種集全球定位系統(tǒng)（GPS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）和激光三種技術(shù)設(shè)備于一身的系統(tǒng)[6-8]。其原理依據(jù)的是“直線傳播”，即激光器發(fā)射一束激光信號，沿著直線進行傳播，在碰到障礙物后，則會沿原路返回，而返回的激光信號則會被接收系統(tǒng)收集。結(jié)合傳播速度，激光器所在的位置、姿態(tài)和返回的時間，則可以精確計算得到障礙物的空間三維坐標，而發(fā)出的激光信號是非常密集的，這樣就可以得到高密度的三維點坐標，即通常說的數(shù)字表面模型（DSM）[9-11]。對于建構(gòu)筑物來說，則可以獲取建構(gòu)筑物的棱角坐標，通過人機交互的方式，就可以得到地籍圖成果。根據(jù)精度要求的高低，在實際作業(yè)中，可能需要引入控制點來對LIDAR 成果進行精度校正。目前LIDAR 按照搭載平臺的不同，主要可以分為機載LIDAR 和地面LIDAR，在實際作業(yè)中，可以根據(jù)任務(wù)區(qū)的特點進行靈活選取。比如，如果采集的對象主要是地表高程，則一般采用機載LIDAR 方式；采集的對象是建構(gòu)筑物的立面，則一般采集地面LIDAR 技術(shù)。地面LIDAR 又分為車載LIDAR、背包式LIDAR 和手持LIDAR，具體選擇要結(jié)合項目需求進行，該技術(shù)用于地籍圖制作的流程如圖1 所示。

圖1 基于LIDAR 技術(shù)的地籍圖制作流程

2 案例分析

本次任務(wù)區(qū)位于甘肅省天水市某一農(nóng)村，房屋分散稀疏，且房屋建設(shè)因地制宜，地勢坡度大約三十多度，高大樹木較多，采用傳傾斜攝影測量的作業(yè)方案，很難獲取分辨率相同的影像，且房屋被樹木遮擋嚴重，后期模型會存在較多變形拉花的地方，不利于后期進行地籍圖的采集。為了提高作業(yè)效率，結(jié)合本任務(wù)區(qū)的特點，本次作業(yè)選用地面LIDAR 的作業(yè)方式進行地籍圖的生產(chǎn)。

2.1 控制測量

為了確保后續(xù)成果的精度可以滿足地籍精度要求，本次作業(yè)過程中，按照500 米的間距，均勻采集控制點8個，這些控制點的點位均噴涂在建構(gòu)筑物的立面上，這樣可以有效提高后期成果校正的精度。采集坐標時，先利用GPS-RTK 在靜態(tài)條件下測量兩個坐標，然后在已知點上架設(shè)全→儀，接著采集噴涂的點位，由于遮擋嚴重，本次采集8 個控制點共設(shè)→8 次，采集的成果精度可以達到毫米級精度。利用GPS-RTK 在任務(wù)區(qū)精度薄弱區(qū)域，選擇建構(gòu)筑物的界址點進行坐標測量，共采集檢測點21 個；利用卷尺測量房屋邊長和宗地邊長，共量測檢測邊15 條，用于后期地籍圖成果的界址點和邊長精度檢測。采集時，使用南方測繪公司最新的RTK 設(shè)備，該設(shè)備可以自動將傾斜坐標轉(zhuǎn)換為垂直坐標，避免了桿子傾斜帶來的誤差，提升了采集效率，且使得采集的坐標值更加可靠。

2.2 點云數(shù)據(jù)采集

本次作業(yè)選用中海達的手持SLAM 設(shè)備，該設(shè)備體積小，輕巧攜帶，且每秒發(fā)射激光雷達數(shù)量多，可以準確采集建構(gòu)筑物棱角的坐標，且其格式為通用的las 格式，有利于內(nèi)業(yè)對其進行準確采集。結(jié)合設(shè)備待電時長，本次作業(yè)分為兩次完成，在采集接邊區(qū)域時，采集重疊區(qū)域較多，里面包含了三個控制點。數(shù)據(jù)采集完成后，通過人機交互的方式，將采集軌跡展開到lidar-dp 點云處理軟件中，通過查看軌跡，本次作業(yè)采集無遺漏，成果可用。在采集點云的同時，利用設(shè)備上搭載的相機，同步采集了對應(yīng)的影像數(shù)據(jù)，這些影像數(shù)據(jù)主要用于后期紋理信息的映射和成果的套合。

2.3 點云數(shù)據(jù)處理

點云數(shù)據(jù)處理主要包括接邊數(shù)據(jù)處理和點云濾波去噪，利用8 個控制點，對兩次采集的點云數(shù)據(jù)進行了校正，利用3 個公共點對接邊區(qū)域的點云坐標進行校正，在誤差均小于2cm 后，對兩架次接邊區(qū)域的坐標求平均值，作為最終的成果坐標。完成接邊后，利用西安煤航的lidar-dp 特有的濾波算法，對處理后的點云成果進行濾波處理，過濾掉噪點和一些樹木、植被的坐標值，只保留宗地和房屋的三維點坐標，對于因為遮擋嚴重而無法準確得到的三維點坐標，在后期地籍圖采集時，結(jié)合外業(yè)實地采集進行補充完善。對于濾波效果不好區(qū)域，可通過人機交互的方式再次進行不同點類型的分類，然后根據(jù)需求剔除無用的墊層。在完成點云數(shù)據(jù)的校正后，利用控制點同樣對采集點云時采集的二維影像進行校正，讓影像的精度能夠和點云精度相對應(yīng)。

2.4 可視化處理

濾波后的點云是孤立的三維點坐標，且缺少紋理信息，在后續(xù)數(shù)據(jù)采集時，對作業(yè)人員要求太高，因此對其賦上紋理信息，讓其與真實現(xiàn)狀一樣，這樣就更有利于對界址點、界址線進行準確判斷和采集。利用西安煤航的lidar-dp 軟件對已有的三維點坐標進行不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)建，待不規(guī)則三角網(wǎng)TIN 構(gòu)建完成后，通過一種合適的算法為待映射模型表面上的所有頂點賦彩色值，工作過程中將二維圖像映射至三維模型，從而使模型具有真實感。映射可分為正向映射和反向映射，在這里采用正射映射方式，將影像紋理映射到密集的三維點坐標上，這樣就可以通過紋理的變化準確得到建構(gòu)筑物的邊角信息了。映射原理如圖2 所示。

圖2 映射原理示意圖

2.5 矢量化處理

本次地籍圖采集，使用清華山維公司的EPS 軟件，首先加載處理后的點云數(shù)據(jù)，然后軟件自動將las 格式轉(zhuǎn)為軟件可以加載的pcd 格式并進行加載。在矢量化的過程中，首先根據(jù)需要采集的對象選擇對應(yīng)的命令，然后進行采集。在采集房屋時，為了提高房屋采集效率，選用“五點房”命令進行采集，該工具采集房屋不但效率高，而且角度都是垂直的，非常適合用于矩形房屋的采集，在采集的同時，對房屋的結(jié)構(gòu)和層數(shù)進行完善。由于點云數(shù)據(jù)缺失等原因?qū)е聝?nèi)業(yè)無法準確采集的，利用全→儀或者GPS-RTK 進行外業(yè)采集，對于內(nèi)業(yè)無法準確判斷的房屋等屬性，在外業(yè)補充采集時進行完善。

在矢量化完成后，和傳統(tǒng)的作業(yè)方式進行對比，在矢量化相同數(shù)目的宗地房屋，本文的作業(yè)效率約是傳統(tǒng)方式的2.5 倍，結(jié)合外業(yè)補充采集，采用LIDAR 方式進行地籍圖制作，其效率是GPS-RTK 作業(yè)效率的2-3 倍。

3 精度統(tǒng)計分析

將檢測點導(dǎo)入到EPS 軟件中，利用EPS 自帶的精度檢測工具，通過人機交互的方式，對地籍圖成果精度進行檢測，檢測結(jié)果統(tǒng)計見表1。

表1 界址點精度檢測統(tǒng)計表

按照同精度中誤差[12]計算方法，對表1 中的數(shù)據(jù)進行計算，可以得到本次21 個檢測點的中誤差為3.6cm，最大較差為7.1cm，要求中誤差為±5cm，最大誤差不超過2 倍中誤差，本次成果經(jīng)檢測，其界址點精度可以滿足規(guī)范要求。

采用人機交互的方式，用CASS 軟件打開地籍圖成果，統(tǒng)計檢測邊對應(yīng)的矢量化邊長，然后求取二者之間的較差，檢測統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 界址邊精度檢測統(tǒng)計表

由表2 可知，15 條邊長，最大較差為12.3cm，平均較差為6.6cm。本次成果經(jīng)檢測，其界址邊精度可以滿足規(guī)范要求。

4 LIDAR 技術(shù)優(yōu)缺點分析

通過本次實際項目生產(chǎn)，綜合多方面的特點，得出LIDAR 技術(shù)以下幾方面的優(yōu)缺點。

4.1 LIDAR 技術(shù)的優(yōu)點

4.1.1 精度高。LIDAR 技術(shù)獲取的三維點坐標精度很高，可以用于大比例尺地形圖甚至地籍圖成果的測繪，且成果精度均勻，可靠性高。

4.1.2 外業(yè)工作量小。相比傳統(tǒng)的全野外地籍圖測繪，采用LIDAR 技術(shù)，外業(yè)工作量大幅度減小，外業(yè)工作基本上可以在一到兩天完成，其余工作全部在內(nèi)業(yè)完成。

4.1.3 大幅度降低生產(chǎn)成本。對于全野外來說，各種費用支出大，對于LIDAR 來說，外業(yè)工作量小，支出主要在于采購設(shè)備。設(shè)備采購屬于一次性投入，后期費用支出少。

4.1.4 成果豐富。不光可以正常出房屋平面圖、立面圖，自動計算面積（全面積、半面積），標注標高、層數(shù)等屬性，同時形成的三維空間點云和三維模型數(shù)據(jù)可以作為電子存檔，供后期隨時查看校驗。

4.1.5 效率高。對于城鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村不動產(chǎn)調(diào)查，由于遮擋比較嚴重，GPS 經(jīng)常失鎖導(dǎo)致精度不夠，一般用全→儀測量房屋的四個面，然后內(nèi)業(yè)成圖，但存在效率低，投入大的問題，并且項目和項目之間存在數(shù)據(jù)對接容易出錯的問題。

4.2 LIDAR 技術(shù)的缺點

4.2.1 對作業(yè)人員要求高。LIDAR 點云數(shù)據(jù)處理，對作業(yè)人員的業(yè)務(wù)技能要求高，目前LIDAR 點云處理的相關(guān)軟件較少。

4.2.2 三維點密度太高。LIDAR 點云密度太大，對作業(yè)電腦和軟件要求高，需要順暢加載龐大的點云數(shù)據(jù)，對其展示算法要求也很高。

4.2.3 三維點不一定位于特征點。雖然點的密度很高，但是三維點云具有隨機性，不一定剛好打在棱角上，因此有可能導(dǎo)致棱角精度降低。

4.2.4 設(shè)備價格較昂貴。較傳統(tǒng)的GPS-RTK、全→儀來說，LIDAR 設(shè)備價格較昂貴，且會使用的作業(yè)人員少。

結(jié)束語

本文提出使用LIDAR 技術(shù)進行地籍圖制作，通過外業(yè)采集檢測點和檢測邊，對本文提出的方案生產(chǎn)的地籍圖成果進行精度檢測，其界址點中誤差為3.6cm，界址邊平均較差為6.6cm，且最大較差均未超限，因此本文方案可應(yīng)用于農(nóng)村房地一體項目之中，從而減少外業(yè)工作量，提升作業(yè)效率，可為房地一體項目作業(yè)人員提供有效參考。