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LIDAR技术在房地一体项目中的应用研究

发表时间：2021/9/7 来源：《城市建设》2021年9月上17期作者：陈岚

[导读] 针对传统作业方式生产地籍图效率低、成本高、周期长的问题，本文提出采用LIDAR技术进行地籍图采集，首先对LIDAR技术进行了介绍，然后分别对机载LIDAR和地面LIDAR生产地籍图的方式进行说明，并对成果精度进行检测，结果表明，采用LIDAR技术生产地籍图，精度可以满足地籍测绘二级精度要求，可为房地一体项目按时按点完成提供保障。

四川博达建筑勘察设计有限公司陈岚四川内江 641000

摘要：针对传统作业方式生产地籍图效率低、成本高、周期长的问题，本文提出采用LIDAR技术进行地籍图采集，首先对LIDAR技术进行了介绍，然后分别对机载LIDAR和地面LIDAR生产地籍图的方式进行说明，并对成果精度进行检测，结果表明，采用LIDAR技术生产地籍图，精度可以满足地籍测绘二级精度要求，可为房地一体项目按时按点完成提供保障。
关键词：LIDAR技术；机载LIDAR；地面LIDAR；房地一体；精度分析
        0引言
        农村房屋登记确权是一项惠民工程，对于房地一体项目，很多作业人员提出了很多种作业方式。传统的地籍测绘采用全站仪、GPS-RTK，该方法作业效率低、外业工作量大，成本高，周期长，不便于大面积作业。随着倾斜摄影技术的发展，采用实景三维模型生产地籍图成了主流趋势，然而目前算法局限性较高，倾斜数据量庞大，导致倾斜空三失败率高，生产模型周期长，较传统方式，虽然有了很大的进步，但是效率还是很低[1]。针对这种问题，本文提出利用LIDAR技术进行地籍图测绘生产。
        激光雷达是将激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动式遥感设备，可以穿透部分植被，采集到地面的反射数据，获取海量三维点云数据，经过后处理后获得DEM数据，由DEM自动生成一定格网的高程点和等高线数据[2]。最后将DOM的地物要素和DEM的等高线和高程点数据叠加，编绘完成数字地形图。目前，市场上销售的测绘用机载雷达设备，如扫描鹰HS-600无人机激光扫描测图系统、中海达ARS-1000激光测量系统、华测AS-900HL激光雷达系统、飞马D200 D-LiDAR系统等，大多集成了高清数码像机，可同时获取高分辨率航片，经过后处理可获得DOM数据。本文介绍了采用飞马D200无人机飞行平台搭配LiDAR200测量系统在植被茂密区域进行大比例尺带状地形图测绘的作业流程，经精度检验，能满足大比例尺地形图测图精度。
        1无人机LIDAR测量系统及其地籍图测绘作业流程
        激光雷达测量系统是一种主动式对地观测系统，集激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元（IMU）/DGPS差分定位技术于一体，在三维空间信息的实时获取方面有了重大突破，为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段，具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等特点。机载激光雷达传感器发射的激光脉冲能部分地穿透树林遮挡，直接获取高精度三维地表地形数据，广泛应用于电力巡线、三维测量、森林资源调查、水利水电勘察设计、滩涂地形测量、农作物长势监测、地籍图测绘等领域。
        无人机LIDAR测量流程主要包括测区踏勘、像控点喷涂与采集、无人机航线设计、LIDAR采集原始点云数据和影像数据、联合平差计算、航带拼接、点云分类、地籍图采集。
        （1）测区踏勘：主要对任务区内地形进行踏勘，收集已有资料，包括已有控制点坐标，已有高分辨率正射影像，已有矢量数据和其他可参考的资料。
        （2）像控点喷涂与采集：主要利用红色油漆，按照设计书要求，在任务区内进行像控点点位的选择和喷涂。采集使用GPS-RTK，按照300间距均匀采集，采集要求每个点位采集3次，3次较差均要求小于1cm，每次采集的状态均要求为固定解。在像控点喷涂时，应选择高程变化小，四周空旷区域进行喷涂。
        （3）无人机航线设计：利用地面站软件，导入测区范围线，设置航高，设置航向和旁向重叠度，设置飞行方式为“几字形”。
        （4）采集数据：LIDAR为主动式作业方式，按照规划好的航线，进行点云数据的采集，在采集的过程中，搭载数码相机，所以同时获取了地面影像。在相机曝光时，记录了对应的点位数据和姿态数据。
        （5）联合平差计算：控制点的作用之一就是对已有成果进行平差调整，得到高精度的点云数据。影像数据进行空三加密，得到空三解算成果，加入控制点并进行转刺，平差调整，得到高精度的空三成果，然后生产正射影像和DSM数据。
        （6）航带拼接：利用控制点对每个航带进行纠正后，将不同航带成果进行拼接，得到一个完整的点云成果。
        （7）点云分类：无人机从空中对地面获取点云数据，存在大量的噪点和非建构筑物点，利用不同地物高程不同，分布不同等特点，对点云数据进行分类，得到不同层数据，然后进行后期数据处理。
        （8）地籍图采集：利用专业软件，将点云数据导入软件中，对点云数据进行渲染，得到不同颜色的点云数据，然后按照地籍图采集规范要求，进行地籍图采集。在EPS软件中，首先加载LAS数据，然后软件将其自动转换为PCD格式，基于PCD格式进行地籍图采集。
        2地面LIDAR测量技术
        地面LIDAR主要可以分为静态和动态两种方式，其中静态是指架设一架次，然后对周边可视区域进行点云数据采集。动态采集是指利用车载、背包等方式，对点云数据进行采集。常见的以背包式和手持式为主，该类设备都体型小、重量轻，可以轻松携带，适合密集房屋区域点云数据的采集。该类设备，在获取点云时，也获取了相对应的轨迹参数，可将点云数据和轨迹数据导入点云建模软件，进行模型的生产，然后基于模型生产地籍图。也可直接将点云数据导入测图软件，利用点云数据直接生产地籍图。
        3精度统计与分析
        对以上两种作业方式生产的地籍图，利用采集的10个检测点进行精度检测统计，可得到表1的检测结果。

        通过表1可以看出，两种方式生产的地籍图精度均可以满足地籍二级规范要求，且地面LIDAR生产的地籍图精度整体较机载LIDAR方式生产的精度高。
        4结束语
        本文分析了目前主流的LIDAR技术，并对机载LIDAR的作业流程进行了阐述，对地面LIDAR技术在地籍测绘中的应用进行了介绍，然后对两种方式生产的地籍图精度进行检测，结果表明，两种方式生产的地籍图精度均可以满足地籍二级精度要求，可为同行从业人员提供新的作业思路。
参考文献
[1]杨昆仑.无人机倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘方面的应用［J］.测绘技术装备，2019，21（1）：84-88.
[2]黄家武.基于机载激光雷达数据的地形图成图技术浅析［J］.红水河，2009，28（5）：103-106.
[3]贾秋英.无人机倾斜摄影测量技术在地籍测绘项目中的应用[J].科学技术创新,2021(19)：35-36.
[4]马婷.无人机倾斜摄影测量在房地一体项目中的应用研究[J].科学技术创新,2021(13):27-28.
[5]魏军，曹琴.基于倾斜摄影采集立面图方法的研究[J].数字技术与应用，2020,38（1）：46+48.
[6]刘洋.无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究[D].东华理工大学，2016.