基于倾斜摄影和LiDAR融合的不动产测量应用研究

丁智奇，赵文军，李俊锋

（1.陕西鑫雅图空间信息技术有限公司，陕西 西安 710199；2.陕西测绘地理信息局，陕西 西安 710054）

地籍测量是确定每一宗土地的权属、界线、面积和位置等情况，形成地籍图等资料，是登记发证管理土地权属的基础[1]。不动产权籍调查是在地籍测量的前提下，以宗地或是宗海为基础，充分利用已存在的不动产权籍调查、登记与前期审批等成果资料，以已存在的集体土地所有权地籍图、影像图为工作底图，采用内外业核实、实地调查测量的方式，实施不动产权属调查与不动产测量等方面的工作[2]。

目前常用的传统权籍测量方法[3]是全站仪与GPSRTK 组合测量方法，虽然使用此方法能满足不动产权籍调查工作基本要求，但无论从作业效率、从耗费的人工上，还是从长远发展规划上，都不能满足要求。

近些年，无人机倾斜摄影测量技术和地面三维激光扫描测量技术被应用到了地籍测量及不动产权籍调查中，弥补了常规测量的一些不足之处。依托陕南某地地籍和不动产权籍调查项目，本文设计出了一套结合地面三维激光扫描技术和倾斜摄影测量技术的混合作业新方案。无人机倾斜摄影测量和三维激光扫描技术都有高效率的优点，其中地面三维激光扫描技术不管在效率和精度上都优于传统的作业模式，但其无法全面获取建筑物顶部信息[4]，而无人机倾斜摄影测量技术恰好在获取建筑物顶部信息上有优势，很全面。结合这两种技术的优势，能从不同视角保证数据的密集程度，极大程度减少了测量死角，从而全面的获取了完整的信息采集数据，保证成果的精度。

1 无人机倾斜摄影数据制作

倾斜摄影测量技术是近十几年快速发展起来的一项技术，它突破了正射影像垂直单一角度拍摄的局限，同一个飞行平台上可以同时搭载多台传感器，可以实现一垂直、四倾斜等5 个不同的角度同时进行影像采集，最终获取到建筑物顶面以及侧面的高分辨率纹理信息[5]。它不但能够反映真实的地物情况，还可以获取高精度的方位与纹理信息，最终形成真实的三维立体模型。该技术目前已经在国土安全、应急指挥、房产税收城市管理、等行业得以广泛应用[6]。

本文采用国内主流的倾斜摄影自动建模系统Smart 3D 进行真三维模型的制作，生成真三维模型。模型成果所有建筑物的空间关系和纹理，均采用分层显示技术（LOD），对计算机配置无要求，整个过程无需人工干预，支持多种数据的导入和输出。具体技术路线如图1 所示。

图1 Smart 3D 倾斜摄影真三维自动建模技术流程

1.1 像片控制测量

像片控制测量是在测区内实地测定像片控制点平面位置和高程信息，这些信息主要用于空中三角测量或测图定向[7]。常用的像控布点方案主要有全野外布点、非全野外布点和特殊情况布点等方案。

1.2 无人机倾斜摄影测量

设备：多旋翼无人机。

航飞分区：以硬化路面为分界线，划分子测区。

航摄时间：上午9：00 至下午16：00 之间。

相对航高：100 m 左右。

航飞重叠率：航向重叠度和旁向重叠度均大于75%。

航飞数据检查：照片成像清晰，无大面积云影、烟和反光、污点等缺陷，满足影像质量要求，可直换用于实景三维建模环节。

1.3 实景三维建模

实景三维建模采用国内主流的倾斜摄影自动建模系统Smart 3D 进行真三维模型的制作，该系统是基于摄影测量原理，对大重叠度的倾斜影像进行空三加密，密集匹配等过程，最终生成真三维模型[8]。模型成果可以真实反映有建筑物间的空间位置关系与纹理特征，LOD 分层多达20 层以上，这样不仅可以满足在任何配置的计算机上流畅地加载地物模型，建筑物的细部特征也能得到详细的表达。

1.4 数据采集

采用EPS 软件平台的三维测图模块对测区正射影像数据与对应的实景三维建模数据加载的基础上，采用二三维联动模式完成数据采集与更新工作。

1.5 外业补测

1）若测区地物遮挡严重，对应的实景三维模型会存在局部变形、模糊，从而导致部分地物要素不能准确进行采集，需外业补测完成这部分地物要素采集。

2）地物的部分属性信息（路名等注记信息）无法获取，需外业补测补充完成。

1.6 内业编辑整理及出图

结合上述外业补测及调绘成果，对采集数据进行编辑整理，最终编制地籍图（图2）。

成果输出支持多种格式，如DWG 或MDB。

图2 倾斜摄影测量技术编制地籍图成果

2 三维倾斜实景模型融合三维激光点云数据

三维倾斜是将三维融合三维激光点云数据混合作业模式下，地面三维激光扫描仪是其中最重要的设备之一，它的工作效率和精度直换决定了这种作业模式下的效率和主要精度。本文三维激光扫描采用徕卡RTC360 进行扫描和拍摄全景影像。具体技术路线如图3所示。

图3 技术流程

2.1 实地踏勘

经过实地踏勘，了解测区的地理概况及房屋分布情况。测区若房屋比较密集，选择通视效果佳的位置布设控制点进行GPS 测量，或在建筑物上布设标靶。通过在控制点上和建筑物上设置标靶，利用后方交会原理得到标靶坐标为点云拼换提供基础。

2.2 外业数据采集

采用自由架站徕卡RTC360 进行扫描和拍摄全景影像，用于后续作图参考，开启VIS 视觉追踪技术，实现自动拼换。在平板电脑上实时查看数据，防止数据遗漏缺失。对于个别采集不到的区域（如院落遮挡无法进入且远处采集不通视的情况），可通过倾斜摄影测量方式获取。

2.3 点云导入和拼接

通过自带的工业级固态U 盘将点云直换将数据导入Register 360 软件，大大减少数据传输拷贝时间，Cyclone Register 360 软件实现一键导入，同时完成智能拼换，利用VIS 视觉追踪技术及IMU 惯导等多种传感器，RTC360 在软件中能够实现多站点云的自动拼换，精度高，速度快，减少人工干预。利用控制点坐标及观测到的标靶，转换点云为绝对坐标，软件生成的精度检核报告能够查看，点云整体和各站点间的拼换误差，确保数据准确可信。

导入结束后，全部点云已经自动拼换好。检查拼换精度，构建闭合环，优化点云整体拼换精度，优化后的点云拼换精度在可控在5 mm 以内。

2.4 绘制成图

在EPS 中通过加载点云数据及三维模型数据（图4），可以清晰直观的判读地形地物的真实位置及结构特征，通过切片工具以点云数据为依托，获取建筑物每层结构高精度的轮廓。提高工作效率及成图精度，在EPS 软件中，三维浏览最真实的现场环境，准确捕捉到每一个界址点，即可绘制1∶500 房屋地籍图，查看四至地物地类，添加属性信息，使成果满足专业要求。

图4 点云数据及三维模型数据融合

2.5 作业优势

1）环境要求。RTC360 作业无需过多要求，高楼遮挡，区域狭小等环境下依旧正常作业，无需整平，随搬随测，设站位置灵活，减少数据盲区。不再有GPS 等待信号，全站仪不停搬站、立镜困难等情况。

2）数据成果。不再是单点或单线的呈现，而是三维真实的还原整体，每一个地物，细节都清晰可见，建筑缝隙、高压杆、变压器、宗地四至毫无遗漏，墙体转弯、走向、对换方式直观明了。外业作业不再需要点号代码，非现场人员也能顺利准确绘图，真正优化项目流程，缩短工期。

3）作业效率。与传统作业方式相比，RTC360 作业仅需单人操作，大大减少了人力的投入，单站仅需半分钟左右，作业范围约大，测站数越多，整体效率提升越明显。数据获取速度是传统作业速度的4 倍以上，作业效率统计如表1 所示。

表1 RTC360 作业效率统计详情

3 三维倾斜实景模型融合三维激光点云数据不动产测量实验

本文以陕南某地做为试验测区进行实验，具体技术路线如图5 所示。

图5 技术路线流程图

3.1 测区范围选择

本文选择实验测区为陕南某地，“地籍和不动产权籍调查”工作涉及0.25 km2，预估宗地数150 宗。测区范围如图6 所示。

图6 测区数据范围

3.2 仪器设备选择

测区有密集房屋与规则分布小区，常规RTK 受信号干扰不能满足要求，采用全站仪采集速度慢，效率低。徕卡RTC360 具有轻快便携，操作简单，适用于各种场景，效率高，精度好等优势。最终采用徕卡RTC360 方案进行数据采集和根据点云成图。

3.3 地籍图绘制实验

3.3.1 踏勘与测区区域块划分

对测区进行踏勘，制定合理的扫描路线。经过现场实际查看，将该区域划分为7 块区域分块进行作业。测区区域块分布情况如图7 所示。

3.3.2 外业数据采集

布设扫描站点，两站间距约15～25 m，扫描分辨率设置为低分辨率。整个测区共采集280 站，数据量大小约30 G，外业共用时7 h。另外，现场利用RTK测得临时控制点绝对坐标，并通过标靶和控制点进行了联测。

图7 测区区域块分布图

3.3.3 内业点云预处理

1）数据导入以及拼换。将原始点云导入Cyclone中，数据导入即完成拼换（如图8 所示）。点云自动拼换后，分块点云拼换精度2～4 mm，整体点云拼换精度由于1 cm。

图8 点云数据导入与拼接示例图

2）绝对坐标转化。检查点云中的标靶中心点名称和现场RTK 测量的控制点名称一一对应，确保无误。将点云转换为绝对坐标。

3.3.4 绘制成图

在AutoCAD 中利用CloudWorx for AutoCAD 插件直换调取Cyclone 的点云数据。简单方便，缩短了跨平台使用点云的时间（图9）。

插件支持在自定义坐标系调整、任意轴线任意高度切片。

图9 地籍图绘制成果示例图

3.3.5 精度验证

现场用全站仪在现场测量多个点与成果进行对比，精度统计如表2 所示。

从表中可以看出，徕卡RTC360 与全站仪对比最大偏差为3 cm，平均偏差为1 cm，满足地籍测量5 cm要求。

表2 RTC360 作业精度统计结果

4 结 论

本文依托陕南某地地籍和不动产权籍调查项目，设计了一套结合地面三维激光扫描技术和倾斜摄影测量技术的混合作业新方案，通过基于2 种技术融合成果的地籍图绘制实验，通过项目实验，得出如下结论：

1）地籍测量引入倾斜摄影测量+实景三维建模技术，融合三维激光扫描技术获取数据，还原了不动产三维的本质，让产权内容表达更加直观准确。不仅大大的提高了工作效率（数据获取速度是传统作业速度4 倍以上）及数据采集精度（界址点误差小于3 公分），解决了不动产登记耗时长、办理难、落宗关联速度慢、信息定位不准确问题。把倾斜摄影三维成果和已有的二维地籍、房产楼盘表数据集成到三维GIS 进行展示，在满足对复杂空间数据管理与登记需求的同时，对于不动产周围地物现状的反映也真实、更直观。

2）陕南某地地籍和不动产权籍调查项目产生的经济效益充分证明了地面激光扫描结合倾斜摄影技术这种新的混合作业模式的先进性，值得在行业中推广应用。该方法所生产的三维数据成果也更能顺应慧城市建设的要求，可推广应用农业、林业、矿业、环保等各个领域。地面三维激光扫描技术结合倾斜摄影测量技术的混合作业模式也必将给内业数据采集带来新的挑战，点云加倾斜模型多源数据混合内业采集将成为常态。