三维激光扫描技术在农村不动产量测中的应用

韩丽苹

（安徽省地质矿产勘查局325 地质队，安徽 淮北 235000）

1 引言

当前，随着经济社会的不断发展，加快构建城乡一体化成为我们需要面对的新形势、新任务。农村综合改革是加快城乡一体化发展进程的迫切需要，是激发农村发展活力的现实选择[1]。通过加快推进宅基地和集体建设用地确权登记颁证，使农民享有的宅基地和集体建设用地使用权依法得到法律的确认和保护，是改革完善宅基地制度，实行集体经营性建设用地与国有土地同等入市、同权同价，建立城乡统一的建设用地市场等农村改革的基础和前提，也为下一步赋予农民更多财产权利，促进城乡统筹发展提供了产权基础和法律依据[2]。三维激光扫描技术以其便捷的操作、超高的精度，在农村不动产确权登记工作中发挥了重要作用。

2 三维激光扫描设备原理与特点

2.1 三维激光扫描设备的构成和原理

三维激光扫描设备分为地面架站式扫描仪、车载式扫描仪、机载式扫描仪和便携式扫描仪[3]。其原理主要是激光测距，通过获取被测物体表面点坐标、反射率、RGB 及纹理等信息，利用软件构建目标模型，获得线、面、体等图件数据，满足各方面应用需求。该技术通过激光束运行时间差计算测点到目标的距离；仪器利用激光脉冲横向扫描角度值和纵向扫描角度值得出目标的三维坐标[4]，扫描原理如图1 所示。

图1 三维激光扫描原理

2.2 三维激光扫描设备的特点

（1）数据信息准确、丰富

三维激光扫描设备采用无接触方式快速大量采集物体表面的点云数据[5]，通过点云建模等方式真实再现物体形态。相较于传统测绘方法只采集二维坐标数据，三维扫描仪除了获取物体的三维数据外，还包括物体表面的纹理、反射率等信息，获得的信息更丰富、更全面，也具有实时化、动态化和智能化特点，还能保证数据的精度准确性，以徕卡的Pegasus:Backpack移动背包扫描设备为例，室内室外相对精度达到2 ～3厘米，室外绝对位置精度达到5 厘米。

（2）数据获取方便、快捷

三维激光扫描设备采用主动测量的方式，可以实现连续、自动、快速采集数据，对于作业范围广、数据采集难、精度要求高、工期要求紧的测绘任务，可以极大地提高测绘效率，减轻外业工作量，降低测绘成本[6]。另外，测绘成果皆由计算机自动生成，可减少人为干预，极大地保证测绘数据的完整性、正确性及实时性。

（3）数据容量大

三维激光扫描设备的脉冲激光在数秒内可以采集上千个点，相位激光扫描仪可以获得更大的数据量，每秒可达到上万个点[7]，单次扫描点云量可以达到百万级，占用了极大的存储空间，以徕卡的Pegasus:Backpack 移动背包扫描设备为例，每分钟行走的数据质量约为1GB。这些原始数据经过二次处理即可应用于农村不动产确权登记工作中。

3 三维激光扫描设备在农村不动产确权登记中的应用

农村不动产测量主要包括图根控制测量、界址点（房角点）和要素测量、不动产权籍图测绘和宗地房屋面积计算等。本文以安徽省六安市某地的农村不动产确权登记为例，结合徕卡的Pegasus:Backpack 移动背包扫描系统，主要论述其在要素量测和不动产权籍图测绘中的应用。本次不动产测量包括权籍调查范围内部的要素采集，村庄周边10 ～20 米范围部分地形要素采集，包括道路、河流、水塘、建（构）筑物等主要地形要素，并以此绘制成村庄1 ∶500 地形图。主要工作分为以下五步：

（1）作业前准备工作

前期准备工作主要包括野外踏勘、拟定扫描线路，测站位置和数目的选取，以及控制点、检查点位置的选定与标记。根据测区面积和现状，结合扫描仪精度，确定测站间距为150 米，测站位置应选定在视野开阔、地势平稳地段。每站在目标明显位置设置5 到7 个控制点，用以进行参数转换。检查点尽可能选在省道、国道等开阔地段，用以校验数据精确度。

控制点布设原则如下：

①根据测区实际情况划分区域网布点，可在影像图上预设选取控制点位置，便于外业控制点的布设与测量。②控制点应尽量分布在主要的道路交叉口位置，路面为硬质的水泥地或柏油路，可选取特征明显的地物，如斑马线角点、道路中心线角点、不同颜色路面交汇角点等进行布设。③控制点位置选定后，放置控制点靶标板，喷涂控制点明显标记，并在旁边注记控制点编码，根据图根点编码规则要求编码。

（2）数据采集阶段

①控制点和检查点测量：控制点和检查点测量参考图根控制点测量方法进行，使用GNSS-RTK 单基站方法或AHCORS 网络RTK 施测。控制点和检查点测量时，制作控制点和检查点点位分布略图、控制点和检查点点位信息表，并准确描述每个控制点和检查点的方位和位置信息，便于及时进行内业误差对比。此外，必须使用三脚架进行对中、整平，量取并通过手簿记录仪器高（取位至0.01m），严禁使用单支杆进行测量。

②基站测量：基站量测可以使用全站仪量测或GNSS-RTK 单基站方法，RTK 图根控制点观测应采用三脚架对中、整平，每次观测历元数应不少于20 个，各次测量的平面坐标较差应≤±2.5cm，同一控制点不同参考站测量的平面坐标较差应≤±5cm。完成后，量取仪器高，并记录。

③软件设置：打开徕卡移动背包扫描设备，打开MDA 软件，点击 ACTIVATE 建立新项目，输入相关参数，包括工程名称、扫描仪站点名称、控制点坐标、仪器高度、外界光照强度设置等。

④数据采集：作业人员在测区开始扫描，按照正常速度行走，避免大幅度的晃动、原地转身和倒退操作。采集时尽量避开GPS 信号不好的区域，光线较暗时，手动或自动调节曝光。可以点击StopREC 停止当前任务，并开启下一路线（Walk B）。每户村民家按照院外院内、房前房后的原则都要采集到。完成规划好的线路后换下一站重新架设站点扫描。

（3）内业数据处理

①原始数据预处理：预处理主要包括原始数据导出、轨迹解算、建立坐标系统、Auto P 软件自动处理点云和照片及生成点云LAS数据，处理流程如图2所示。

图2 内业数据处理流程

②数据二次处理：外业扫描时不可避免会碰到树木遮挡等影响点云清晰度的情况，由于生成的点云数据存储方式的独特性，需要用到Leica cyclone 软件对点云进行二次处理，主要包括点云的过滤、去噪，以及点云数据的合并。Leica cyclone 中数据噪音点去除的算法包括：按范围过滤、按角度过滤、按强度过滤、按平面过滤、按表面过滤、地形过滤（主要用于辅助过滤植被、人员、设备等噪音点）、近程过滤、边缘检测器（主要是在抽稀数据的同时，保留数据的特征点）、植被过滤（可一键过滤植被）、粉尘及雪状物过滤（一键过滤粉尘及雪状物）等。此次用到的功能有按范围过滤、地形过滤、植被过滤等，通过过滤，去除掉遮挡视线的树木、植被等，便于内业绘图，点云二次处理如图3 所示。

图3 点云数据二次处理

（4）数据精确度校准

将生成的点云数据导入南方CASS 软件，将外业采集到的检查点坐标和图中的检查点位置信息做对比，得到检查点精度对比，结果如表1 所示。

表1 检查点精度对比

本项目界址点（房角点）精度要求按照《农村不动产权籍调查工作指南》（自然资登记函〔2019〕6 号）执行，全野外数字采集法成果精度执行一级要求，用三维激光扫描仪方法成果执行二级要求，具体如表2所示。

表2 解析界址点（房角点）精度要求

经过对比，采集点的2 倍中误差＜7.5,满足项目要求的二级不动产测量的界址点精度，可以用于下一步生产。

（5）生成数字线划图

利用Leica cyclone 和南方CASS 软件，生成满足要求的1 ∶500 数字线划图。

①将点云数据导入南方CASS 软件，并重新布局生成点云，如图4 所示。

图4 Leica cyclone中的点云数据与现场照片对比

②在Leica cyclone 中打开相应的点云数据；

通过精度评估、卫星信号分析、基站数据分析、惯导状态分析、轨迹解算等步骤，生成点云数据，与现场照片对比，结果清晰了然。

③参考三维点云，在CASS 中绘制线划图，如图5所示。

图5 Leica cyclone中的点云数据

应用三维点云数据，使得原本抽象的内业工作变得具有立体感、空间感，便于绘线划图。

④绘图结果如图6 所示。

图6 南方CASS中的绘图结果

三维点云数据的应用，极大地提高了内业绘图的效率，为繁琐的不动产登记工作提供了便利。

4 结语与展望

应用徕卡的Pegasus:Backpack 移动背包扫描系统，让农村不动产量测更加简便高效，在保障数据精确度的同时，减轻了外业工作负担，也为内业绘图提供了三维立体图像，便于内业快速成图，实现地物量测的数字化、系统化和三维可视化。但该方法也存在诸多不足之处，如何进一步提高外业数据的精度，减少数据存储空间，优化数据处理流程等，都需要进一步深入研究。

随着城市的快速发展和土地资源的稀缺，土地利用压力越来越大，越来越趋向于集约利用，这促使城市向三维立体化发展，而三维激光扫描技术通过提取地物的三维空间数据，实现地物量测的精准化、自动化和立体化，也将成为今后实景三维建设的重要发展方向。