一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法

2023-08-03 14:38:26

一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法
【專利摘要】一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法，其流程包括外業數據採集和內業數據處理兩個部分；其中，外業過程主要包括控制點測量，雷射雷達掃描作業；內業過程包括點雲數據的預處理，點雲拼接和成圖作業。本發明在現有成熟技術的基礎上，通過利用GPS結合雷射雷達，可以快速地獲取大範圍的地物位置信息。對比傳統測量方法，大大縮短了工程周期。相比較於航空測量，本發明所需設備成本低廉，且不受季節氣候等因素限制，同時，相比較於傳統的地面測量方式，所需人員少，操作步驟簡單易行，外業效率高。雷射雷達能夠達到較高的精度水準，在較短周期內可以獲得高精度的地籍數據產品。
【專利說明】一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法【技術領域】
[0001]本發明屬於測繪【技術領域】，具體涉及一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法。
【背景技術】
[0002]地籍測量是土地管理工作的重要基礎，它是以地籍調查為依據，以測量方法為手段，精確測出各類土地的位置與大小、境界、權屬界址點的坐標與宗地面積以及地籍圖，以滿足土地管理部門以及其它國民經濟建設部門的需要。為滿足地籍管理的需要，在土地權屬調查的基礎上，藉助儀器，以科學方法，在一定區域內，測量每宗土地的權屬界線、位置、形狀及地類等，並計算其面積，繪製地籍圖，為土地登記提供依據而進行的專業測繪工作。它是土地管理的技術基礎。目前地籍測量一般採用全站儀和RTK進行數據採集或是使用航空攝影測量的方法。
[0003]採用全站儀結合RTK的數據採集方式進行地籍測量工作，其主要的測量工作分為地籍控制測量與地籍碎部測量。其中地籍控制測量，利用GPS定位技術，布設城鎮地籍基本控制網。地籍碎部測量是對界址點、地物點坐標以及地類要素的獲取。按照國家測量精度標準，使用GPS進行控制網的構建，在此基礎上完成碎部測量。使用GPS-RTK進行碎部測量，使用實時差分技術，可以較為快速地獲取界址點三維坐標，對於高層建築物或者遮蔽嚴重的區域，RTK信號接收不穩定，無法進行數據採集，這種情況下，通常使用全站儀通過極坐標方法進行碎部測 量，根據兩個可以通視的控制點A、B進行定向，將全站儀假設在控制點A上，通過對控制點B的觀測可以完成定向，在此基礎上測量目標點C，可以得到AC和AB之間的夾角，以及AC距離，以此可以計算得出C的坐標位置。在將整個測區完成測量之後，將所有的目標點通過計算機輔助製圖，實現地籍圖的成圖。現有的GPS-RTK結合全站儀進行測量的方法，在高大建築周邊或者頂部遮蔽嚴重的情況下，信號不能穩定接受，在此情況下通過常規的全站儀極坐標測量方法，該方法依靠的測繪儀器主要包括經緯儀、全站儀以及測距儀等設備，設備儀器的架設安裝需要對中整平，整個過程耗時費力，佔據了外業過程的大量時間，操作過程中，每次移站設站均需定向操作，步驟繁瑣，人為幹預多，易引入誤差，並且在測量過程中，需要對反光稜鏡進行觀測，這就要求測站點之間必須具備通視條件，極大的限制了作業範圍，每次測量只能測得一個點的位置信息，數據獲取量小，同時，需要專門人員樹立反光稜鏡，整個過程操作人員較多，操作過程緩慢，數據獲取量小，效率不高。整個作業過程周期長，效率較低。
[0004]航空攝影測量方法是指按照航攝影像獲取目標位置的方法，主要採用全數字攝影測量的方法求得界址點點位坐標。分為數位相機檢校、數碼航攝外業、內業數據處理三個部分，相機檢校採用室外控制場檢校法進行，外業數據採集主要包括布置控制點、影像獲取以及影像質量檢查。內業數據處理主要包括影像零級處理一級影像重採樣。對採集的影像數據還需進行空三加密等處理。經過一系列的操作流程，才能獲得地籍成果圖。使用航測方法進行地籍測量，容易受到多種因素的幹擾，導致數據精度質量下降，突出地物受光照形成的陰影對影像的判讀處理也會產生影響。首先，航測受限於天氣因素，在雲霧遮蓋較為嚴重的情況下，無法進行數據採集工作，同時對於航拍影像的處理精度較差。地籍測量要求一級界址點平面位置中誤差小於5cm，二級一級節制點平面位置中誤差小於7.5cm。地物點平面位置中誤差小於25cm，相鄰界址點相對中誤差小於10cm，而航測法成圖的位移誤差在0.25m左右，針對於地籍調查所要求的高精度要求，表現力不從心。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提出一種能夠在短周期內獲得大範圍的高精度地籍測量數據的一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0006]為了實現上述目的，本發明的技術方案是:
一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法，其流程包括外業數據採集和內業數據處理兩個部分；其中，外業過程主要包括控制點測量，雷射雷達掃描作業；內業過程包括點雲數據的預處理，點雲拼接和成圖作業，具體實施步驟為:
(I)初期準備:觀察外業草圖初期設計作業路線，然後實地踏勘踩點，根據實際完善方案，再根據實際情況規劃控制點。
[0007](2)數據採集:GPS靜態測量獲取控制點坐標，再根據控制點的信息，對控制點上架設的雷射雷達掃描站點進行絕對坐標的配準。
[0008](3)數據預處理:根據控制點坐標信息，對控制點上架設的雷射雷達掃描站點進行絕對坐標的配準；然後使用手動拼接操作，配合ICP自動拼接技術對各掃描點進行拼接處理，得到覆蓋整個區域的點雲數據。
[0009](4)製圖作業:將預處理後的點雲數據去除噪點並進行分割處理，將對後期處理形成遮擋影響的樹木等地物進行剔除；最後再根據處理後得到的點雲數據，繪製高精度的地籍圖。
[0010]步驟(2)裡，在外業數據實際採集過程之中，首先布設GPS控制點，以此作為整個測區絕對的地理坐標配準之基礎，完成之後，開始雷射雷達的掃描作業。在整個測區之內，分別在控制點上架設儀器，進行高精度掃描，並控制點處的測站為初始站點，進行連續設站掃描，直至整個測區內的地物均被覆蓋掃描。
[0011]步驟(2)裡，所述的雷射雷達採用地基LiDAR系統。
[0012]步驟(3)裡，首先對獲取的點雲數據進行絕對坐標的配準，依據GPS所測得的控制點坐標信息，將獲取的點雲坐標轉換至絕對坐標系統之下。在此基礎上，進行不同測站點之間的點雲拼接。
[0013]步驟(3)裡，點雲拼接包括兩個步驟流程，首先通過手動調節，尋找相鄰站點之間的同名點，根據同名點進行初始位置調節，完成之後通過迭代最近點方法，進行點雲的自動精拼接，完成之後可以將兩站點雲置於同一坐標系統之下，以此來確定地物點的絕對坐標信息，連續操作，完成之後可以獲得的是一個測區的完整的三維點雲數據。
[0014]綜上所述，本發明的有益效果是:本發明在現有成熟技術的基礎上，通過利用GPS結合雷射雷達，可以快速地獲取大範圍的地物位置信息。對比傳統測量方法，大大縮短了工程周期。相比較於航空測量，本發明所需設備成本低廉，且不受季節氣候等因素限制，同時，相比較於傳統的地面測量方式，所需人員少，操作步驟簡單易行，外業效率高。雷射雷達能夠達到較高的精度水準，在較短周期內可以獲得高精度的數據產品。【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發明一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0017]一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法，如圖1所示；其流程分為外業數據採集和內業數據處理兩個部分；其中，外業過程主要包括控制點測量，雷射雷達掃描作業；內業過程包括點雲數據的預處理，點雲拼接和成圖作業；具體實施步驟為:
(I)初期準備:觀察外業草圖初期設計作業路線，然後實地踏勘踩點，根據實際完善方案，再根據實際情況規劃控制點。
[0018](2)數據採集:GPS靜態測量獲取控制點坐標，再根據控制點的信息，對控制點上架設的雷射雷達掃描站點進行絕對坐標的配準。在外業數據實際採集過程之中，首先布設GPS控制點，以此作為整個測區絕對的地理坐標配準之基礎，完成之後，開始雷射雷達的掃描作業。在整個測區之內，分別在控制點上架設儀器，進行高精度掃描，並控制點處的測站為初始站點，進行連續設站掃描，如此，直至整個測區內的地物均被覆蓋掃描。
[0019](3)數據預處理:根據控制點坐標信息，對控制點上架設的雷射雷達掃描站點進行絕對坐標的配準；然後使用手動拼接操作，配合ICP自動拼接技術對各掃描點進行拼接處理，得到覆蓋整個區域的點雲數據。首先對獲取的點雲數據進行絕對坐標的配準，依據GPS所測得的控制點坐標信息，將獲取的點雲坐標轉換至絕對坐標系統之下。在此基礎上，進行不同測站點之間的點雲拼接。點雲拼接包括兩個步驟流程，首先通過手動調節，尋找相鄰站點之間的同名點，根據同名點進行初始位置調節，完成之後通過迭代最近點方法，進行點雲的自動精拼接，完成之後可以將兩站點雲置於同一坐標系統之下，以此來確定地物點的絕對坐標信息，連續操作，完成之後可以獲得的是一個測區的完整的三維點雲數據。
[0020](4)製圖作業:將預處理後的點雲數據去除噪點並進行分割處理，將對後期處理形成遮擋影響的樹木等地物進行剔除；最後再根據處理後得到的點雲數據，繪製高精度的地籍圖。
[0021]本發明使用雷射雷達技術LiDAR結合GPS-RTK技術，可以在保證高精度的前提下，高效率地測量作業。LiDAR,是Light Detection And Ranging的英文縮寫,是雷射探測與測距系統的簡稱，稱為雷射雷達。本發明基於地基LiDAR系統組織開發；地基LiDAR是一種新型的測繪儀器設備，是一種主動遙感方式，通過發射安全雷射，測量得到的大量雷射點雲來獲取被測量對象的三維表面。地基LiDAR系統的組成包括:雷射掃描儀單元、控制單元、供電單元。雷射掃描儀同時集成了雷射測距系統與RGB影像採集系統。雷射掃描儀單元主要用於雷射脈衝的發射與接收，通過測量每次雷射脈衝從發射到接收的時間差或相位差來計算掃描儀測量中心到被測量對象的距離，通過雷射發射角度，來確定被測物體的方位，以此獲得對象表面的高精度三維點雲，通過CCD相機獲取RGB色彩信息。控制單元主要為可攜式計算機，通過PC終端可以對雷射掃描儀進行掃描參數的設置以及對獲取的數據進行存儲和初期檢驗等操作。供電單元主要是指整個系統的供電裝置。[0022]使用地基LiDAR系統結合GPS技術，通過合理布站，獲取目標三維數據，同時記錄每個測站的高精度位置信息、電子羅盤信息、精確的傾角數據，對多站數據進行高精度拼接，使用控制點信息對拼接後的數據進行精確的坐標轉換，在三維坐標空間下完成地籍測量圖的繪製，可以獲得高精度的數字線劃地圖。
[0023]結合GPS技術使用雷射雷達系統進行地籍調查數據獲取，所得到的是高密度點雲數據，可視化程度高。獲得的點雲數據具有地物完整的空間位置信息，其所製作的矢量圖不僅可以用作地籍調查底圖，對於調查完成後確定界址點，完成最後地籍圖的繪製，可以根據雷射雷達獲得的點雲數據在原圖上進行修改，節省大量工作時間。同時，雷射雷達獲得的數據無變形，對地物還原性強，因此保證了地物之間相對位置關係，結合GPS技術，可以使點雲數據具有絕對坐標信息，通過坐標轉換，可以根據需求轉為所需求的相應坐標系。
[0024]對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內，不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
【權利要求】
1.一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法，其特徵在於:其流程包括外業數據採集和內業數據處理兩個部分；其中，外業過程主要包括控制點測量，雷射雷達掃描作業；內業過程包括點雲數據的預處理，點雲拼接和成圖作業，具體實施步驟為: (1)初期準備:觀察外業草圖初期設計作業路線，然後實地踏勘踩點，根據實際完善方案，再根據實際情況規劃控制點； (2)數據採集:GPS靜態測量獲取控制點坐標，再根據控制點的信息，對控制點上架設的雷射雷達掃描站點進行絕對坐標的配準； (3)數據預處理:根據控制點坐標信息，對控制點上架設的雷射雷達掃描站點進行絕對坐標的配準；然後使用手動拼接操作，配合ICP自動拼接技術對各掃描點進行拼接處理，得到覆蓋整個區域的點雲數據； (4)製圖作業:將預處理後的點雲數據去除噪點並進行分割處理，將對後期處理形成遮擋影響的樹木等地物進行剔除；最後再根據處理後得到的點雲數據，繪製高精度的地籍圖。
2.根據權利要求1所述的一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法，其特徵在於:步驟(2)裡，在外業數據實際採集過程之中，首先布設GPS控制點，以此作為整個測區絕對的地理坐標配準之基礎，完成之後，開始雷射雷達的掃描作業，在整個測區之內，分別在控制點上架設儀器，進行高精度掃描，並控制點處的測站為初始站點，進行連續設站掃描，直至整個測區內的地物均被覆蓋掃描。
3.根據權利要求1所述的一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法，其特徵在於:所述的雷射雷達採用地基雷射雷達系統。
4.根據權利要求1所述的一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法，其特徵在於:步驟(3)裡，首先對獲取的點雲數據進行絕對坐標的配準，依據GPS所測得的控制點坐標信息，將獲取的點雲坐標轉換至絕對坐標系統之下，在此基礎上，進行不同測站點之間的點雲拼接。
5.根據權利要求1所述的一種基於地基雷射雷達的地籍測量方法，其特徵在於:步驟(3)裡，點雲拼接包括兩個步驟流程，首先通過手動調節，尋找相鄰站點之間的同名點，根據同名點進行初始位置調節，完成之後通過迭代最近點方法，進行點雲的自動精拼接，完成之後可以將兩站點雲置於同一坐標系統之下，以此來確定地物點的絕對坐標信息，連續操作，完成之後可以獲得的是一個測區的完整的三維點雲數據。
【文檔編號】G01S17/89GK103969657SQ201410215548
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】郭慶華, 龐樹鑫, 李靜, 徐光彩, 郭彥明 申請人:北京數字綠土科技有限公司