天地一体化联合测绘技术探索.pdf

N .8 廳天地一体化联合测绘技术探索文、图/欧阳乐为贯彻落实党中央、国务院关于深化“放管 服”改革和优化营商环境的部署要求，根 据 国务 院办公厅关于全面开展工程建设项目审批制度改革 的实施意见（国办发201911号）、广东省 人民政府关于印发广东省全面开展工程建设项目审 批制度改革实施方案的通知（粵 府 201949 号）、广东省自然资源厅广东省住房和城乡建设 厅广东省人民防空办公室关于全面开展工程建设项 目联合测绘的通知（粵自然资函2019 1982号）和 惠州市全面开展工程建设项目审批制度改革实 施方案（惠府201948号）等文件精神，按照“统一标准、联合测绘、成果共享、依法监管”的 思路，广东省惠州市的工程建设项目己分阶段开展 并整合各类测量测绘工作，即全面实行联合测绘制 度，缩减测绘生产环节和时限，提升工程建设项目 的测绘服务水平，提高政府部门行政审批效率。联合测绘工作现状联合测绘是指在行政审批中的同一个建设工程 项目中所涉及的建设工程规划竣工测绘（含：控制 测绘、地界勘测、地籍测绘、房产建筑面积测绘、房屋容积率面积测绘、管线测绘、绿地测绘、停车 位测绘）以及消防测绘、人防地下室面积测绘和不 动产权籍测绘业务，合并为一个综合性联合测绘项 目，达到简化办事手续，共享数据资源，缩短测绘 时间，节约测绘成本，提高测绘成果准确度的效 果。将行政审批所需的建设工程全流程测绘中介服 务整合成一个综合性的房地产测量项目，实现一委 统测，工程建设项目业主单位只需选择一家具备相 应测绘资质（专业范围应当包含工程测量和不动产 测绘）的机构承担。而对于那些有一定特殊性的公 共建设项目，例如水利、交通、能源等范围内的工 程联合测绘，能够通过统一规划，促进功能补偿，构建有效的空间规划蓝图，真正做好顶层设计，优 化布局。常规的联合测绘业务大多使用全站仪、RTK、水准仪等仪器对地物特征点进行单点采集。因联合 测绘业务涉及到很多房产和土地规划竣工项目，项 目建成后，房屋和树木的遮挡常常导致GPS信号不 佳，特别是遇到复杂的异形综合体项目，常规方法 不仅存在效率低、精度差等缺点，而且作业人员的 劳动强度大，内业成图和资料整理的工作也非常繁 杂。当前，随着测绘新技术的快速发展，无人机摄 影测量以及地面三维激光扫描技术在测绘行业得到 了广泛应用。联合测绘涉及要素多、作业量大、精 度要求高，常规测绘手段已无法满足需求，可充分 利用多平台、多种传感器进行协同作业，发挥无人 机、多拼相机、三维激光等先进设备的优势，实现 多数据源、全覆盖、更加高效的天地一体化联合测 绘新模式。39技术 Technology天地一体化联合测绘技术天地一体化联合测绘技术是指天空使用无人机 摄影测量、地面依靠三维激光扫描仪等先进设备完 成数据采集的一种新型高效的测绘作业新模式。(1 无人机摄影测量技术无人机摄影测量技术是传统航空摄影测量手段 的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准 确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特 点，在小区域高分辨率影像快速获取方面具有明显 优势。无人机摄影测量是将无人机作为飞行平台，沿 着预先规划的航线飞行，通过随机搭载的数字遥感 设备获取地面物体立体像对，即在不同位置拍摄同 一个物体的两张像片，这两张像片具有一定的重叠 度进而构建立体几何模型，再利用专业软件经定 位、融合、建模等先进技术处理，不仅可以绘制出 数字正射影像图，还可以进一步生成数字高程模 型、数字线划图以及三维实景模型等多样化数字产 品。通过构建的实景三维模型，可以从三维立体的 视角完整地恢复包括自然地貌和人工景观的地表形 态，直观地反映地物的特征。地面三维激光扫描技术地面三维激光扫描是集光、机、电和计算机等 于一体的新兴技术，主要用于扫描获取物体和环境 的空间坐标、色彩和反射强度等信息。与全站仪等 传统单点测量的手段不同，三维激光扫描通过连续 发射激光，将空间信息以点云形式记录，突破了传 统的单点测量技术，能够快速获取大面积、大密 度、高精度的空间三维信息，还可以通过自带的影 像设备获取影像与点云匹配，得到真彩色的三维点 云。利用三维激光扫描技术获取空间点云数据，可 快速、精准获得任何距离、面积、体积的测量数 据，还可以建立结构复杂、不规则场景的三维可视 化模型。根据承载平台的不同，地面三维激光扫描系统 分为车载、架站、背负、手持等类型，可应用于联 合测绘的不同场景中。联合测绘的特点是测量要素 多、精度要求高，地面三维激光扫描技术恰恰满足 了联合测绘的要求，其以非接触方式采集数据，具 有较高的测量精度和数据采集效率，三维激光扫描 的单点定位精度可以达到nm级，其模型精度还要远40N .8 廳高于这个精度，在数据采集的效率、精度、数据处 理的速度方面具有显著优势。(3)两种方法协同作业地面三维激光扫描虽然可一次性获取到复杂场 景和异形建筑等地物的海量点云数据，但无法获取 到建筑物顶部的信息，比如建筑物楼顶的楼梯间、屋顶上的绿化和停车场。无人机摄影测量能在空中快速获取大范围的地 物影像，它不仅能获取地物高精度的位置和尺寸信 息，还能清晰获取到建筑顶部的结构和纹理，以及 因围墙阻隔或内部无法进入区域的信息。但其也会 因树木遮挡、建筑物凹凸、建筑物密集等因素使得 影像采集不全，出现扭曲、失真、变形等现象，从 而导致建筑物结构缺失或精度不够。将无人机摄影测量与地面三维激光扫描技术进 行融合作业，能一次性获取全范围内所有地物的信 息，不仅能获取纹理真实、直观立体的三维模型，而且在重点建筑和重要地物上通过三维激光扫描的 补充，能解决地面三维激光扫描点云数据缺漏的问 题，达到一次测绘获得所有要素的目的，保证了较 高的测量精度和较好的细部结构，满足联合测绘的 要求。应用实例惠州市某综合体项目占地面积约2.08万平方 米，规划总建面为10.8万平方米，其中地面建筑 7.5万平方米，地下建筑3.3万平方米，由于该综合体 有几栋复杂不规则的高层建筑，如采用传统方法进 行竣工验收测绘非常困难，项目组综合应用基于无 人机摄影测量和三维激光扫描技术的天地一体化测 绘技术对其进行联合测绘。(1)无人机摄影测量数据采集摄影测量数据采集采用大疆M300 RTK无人机，该无人机具有单架次航时长，机动灵活，轻便高效等优点，搭载中画幅、长焦距的睿铂M10P单镜头相 机，该相机相比传统的单镜头相机具有工作效率更 高，同一地面分辨率下地面覆盖面积更广的优点。根据无人机的相机视角和测量分辨率要求，设 计无人机飞行高度为120m，飞行区域为矩形，相邻 照片重合度大于50%，完成整个航拍任务共飞行1个 架次。以待测区域为中心，飞行轨迹为圆弧形，飞行 过程中机头朝向始终指向建筑中心，旁向重叠率为 60%，飞行最大速度为6m/s，最短拍照间隔为2s。无人机飞行过程中相机镜头朝向竖直方向与水平线 呈 45，按照一定间隔拍照，形成建筑环绕图像 集。本次摄影测量共获得365张区域倾斜影像和正 射影像，通过Pix4D软件对照片进行分析处理生成 实景三维模型和正射影像图。(2)地面三维激光扫描数据采集地面三维激光扫描数据的获取采用华测Z+F IM A G E R 5010C架站式高精度激光扫描仪，该仪器主 要针对无人机无法拍摄到的建筑细部、建筑内部及 地下空间测量。点云数据采集的具体步骤为：架设三维激光扫 描仪、整平并设置适宜的高度、设置好扫描参数、将后视标靶架设在已知点、直接对待测立面进行扫 描并获取点云和影像数据。控制点采用与无人机摄 影测量共用的像控点，保证系统的统一以减少误 差，每站之间通过设立标靶以提高点云拼接的精度 和解决建筑特征点较少的问题。采集到的点云数据要经过云拼接、点云去噪、点云统一、点云输出四个步骤处理，最后再将预处 理完成后的点云数据导出成特定格式，以便在点云 成图软件中进行深加工处理。(3)数据融合处理基于以上两种方法获取的点云数据统一转化为 las格式，共同加载到测图软件中即可实现点云数41技术 Technology据基于统一坐标系的数据融合。将需要 验收的建筑物以点云数据为主、倾斜模 型为辅进行特征轮廓线提取，底层作为 地形及一层平面图制作的依据，提取不 同高度的截面，获得不同层数的单体平 面图作为面积计算的依据。道路、河流、绿化、停车位等其他 地物以倾斜模型为主，采用EPS软件中二 三维联动的方式进行要素提取，保证提 取的正确性。对于围墙等少量倾斜模型 破损、扭曲的情况，在提取时不随便加 点加线，而是通过全野外实测的方式进 行外业补测。建筑物测高、地形高程等 采用点云数据的三维坐标及野外实测的 方法进行。通过多种方法提取地形要素、验收 要素，并编辑成图，形成联合测绘总平 面图、单体平面图、绿化、停车场等各 类成果图。通过作业软件进行数据指标 计算和汇总，生产各类表格和图件，经 质量检查后形成最终成果。将无人机摄影测量和地面三维激光 扫描技术进行结合方式为联合测绘提供 了崭新的技术方案，该种天地一体化联 合测绘技术在降低测绘成本、提高测绘 效率、整合数据资源等方面具有较大的 应用优势，同时对于提高测绘成果质量 和服务水平、统一测绘标准和规范要 求、助力政府优化营商环境等方面具有 重要意义。S3(作者单位系广东省地质局第七地 质大队）42