一种基于地基激光雷达的地籍测量方法
【专利摘要】一种基于地基激光雷达的地籍测量方法，其流程包括外业数据采集和内业数据处理两个部分；其中，外业过程主要包括控制点测量，激光雷达扫描作业；内业过程包括点云数据的预处理，点云拼接和成图作业。本发明在现有成熟技术的基础上，通过利用GPS结合激光雷达，可以快速地获取大范围的地物位置信息。对比传统测量方法，大大缩短了工程周期。相比较于航空测量，本发明所需设备成本低廉，且不受季节气候等因素限制，同时，相比较于传统的地面测量方式，所需人员少，操作步骤简单易行，外业效率高。激光雷达能够达到较高的精度水准，在较短周期内可以获得高精度的地籍数据产品。
【专利说明】一种基于地基激光雷达的地籍测量方法【技术领域】
[0001]本发明属于测绘【技术领域】，具体涉及一种基于地基激光雷达的地籍测量方法。
【背景技术】
[0002]地籍测量是土地管理工作的重要基础，它是以地籍调查为依据，以测量方法为手段，精确测出各类土地的位置与大小、境界、权属界址点的坐标与宗地面积以及地籍图，以满足土地管理部门以及其它国民经济建设部门的需要。为满足地籍管理的需要，在土地权属调查的基础上，借助仪器，以科学方法，在一定区域内，测量每宗土地的权属界线、位置、形状及地类等，并计算其面积，绘制地籍图，为土地登记提供依据而进行的专业测绘工作。它是土地管理的技术基础。目前地籍测量一般采用全站仪和RTK进行数据采集或是使用航空摄影测量的方法。
[0003]采用全站仪结合RTK的数据采集方式进行地籍测量工作，其主要的测量工作分为地籍控制测量与地籍碎部测量。其中地籍控制测量，利用GPS定位技术，布设城镇地籍基本控制网。地籍碎部测量是对界址点、地物点坐标以及地类要素的获取。按照国家测量精度标准，使用GPS进行控制网的构建，在此基础上完成碎部测量。使用GPS-RTK进行碎部测量，使用实时差分技术，可以较为快速地获取界址点三维坐标，对于高层建筑物或者遮蔽严重的区域，RTK信号接收不稳定，无法进行数据采集，这种情况下，通常使用全站仪通过极坐标方法进行碎部测 量，根据两个可以通视的控制点A、B进行定向，将全站仪假设在控制点A上，通过对控制点B的观测可以完成定向，在此基础上测量目标点C，可以得到AC和AB之间的夹角，以及AC距离，以此可以计算得出C的坐标位置。在将整个测区完成测量之后，将所有的目标点通过计算机辅助制图，实现地籍图的成图。现有的GPS-RTK结合全站仪进行测量的方法，在高大建筑周边或者顶部遮蔽严重的情况下，信号不能稳定接受，在此情况下通过常规的全站仪极坐标测量方法，该方法依靠的测绘仪器主要包括经纬仪、全站仪以及测距仪等设备，设备仪器的架设安装需要对中整平，整个过程耗时费力，占据了外业过程的大量时间，操作过程中，每次移站设站均需定向操作，步骤繁琐，人为干预多，易引入误差，并且在测量过程中，需要对反光棱镜进行观测，这就要求测站点之间必须具备通视条件，极大的限制了作业范围，每次测量只能测得一个点的位置信息，数据获取量小，同时，需要专门人员树立反光棱镜，整个过程操作人员较多，操作过程缓慢，数据获取量小，效率不高。整个作业过程周期长，效率较低。
[0004]航空摄影测量方法是指按照航摄影像获取目标位置的方法，主要采用全数字摄影测量的方法求得界址点点位坐标。分为数码相机检校、数码航摄外业、内业数据处理三个部分，相机检校采用室外控制场检校法进行，外业数据采集主要包括布置控制点、影像获取以及影像质量检查。内业数据处理主要包括影像零级处理一级影像重采样。对采集的影像数据还需进行空三加密等处理。经过一系列的操作流程，才能获得地籍成果图。使用航测方法进行地籍测量，容易受到多种因素的干扰，导致数据精度质量下降，突出地物受光照形成的阴影对影像的判读处理也会产生影响。首先，航测受限于天气因素，在云雾遮盖较为严重的情况下，无法进行数据采集工作，同时对于航拍影像的处理精度较差。地籍测量要求一级界址点平面位置中误差小于5cm，二级一级节制点平面位置中误差小于7.5cm。地物点平面位置中误差小于25cm，相邻界址点相对中误差小于10cm，而航测法成图的位移误差在0.25m左右，针对于地籍调查所要求的高精度要求，表现力不从心。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种能够在短周期内获得大范围的高精度地籍测量数据的一种基于地基激光雷达的地籍测量方法，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
一种基于地基激光雷达的地籍测量方法，其流程包括外业数据采集和内业数据处理两个部分；其中，外业过程主要包括控制点测量，激光雷达扫描作业；内业过程包括点云数据的预处理，点云拼接和成图作业，具体实施步骤为:
(I)初期准备:观察外业草图初期设计作业路线，然后实地踏勘踩点，根据实际完善方案，再根据实际情况规划控制点。
[0007](2)数据采集:GPS静态测量获取控制点坐标，再根据控制点的信息，对控制点上架设的激光雷达扫描站点进行绝对坐标的配准。
[0008](3)数据预处理:根据控制点坐标信息，对控制点上架设的激光雷达扫描站点进行绝对坐标的配准；然后使用手动拼接操作，配合ICP自动拼接技术对各扫描点进行拼接处理，得到覆盖整个区域的点云数据。
[0009](4)制图作业:将预处理后的点云数据去除噪点并进行分割处理，将对后期处理形成遮挡影响的树木等地物进行剔除；最后再根据处理后得到的点云数据，绘制高精度的地籍图。
[0010]步骤(2)里，在外业数据实际采集过程之中，首先布设GPS控制点，以此作为整个测区绝对的地理坐标配准之基础，完成之后，开始激光雷达的扫描作业。在整个测区之内，分别在控制点上架设仪器，进行高精度扫描，并控制点处的测站为初始站点，进行连续设站扫描，直至整个测区内的地物均被覆盖扫描。
[0011]步骤(2)里，所述的激光雷达采用地基LiDAR系统。
[0012]步骤(3)里，首先对获取的点云数据进行绝对坐标的配准，依据GPS所测得的控制点坐标信息，将获取的点云坐标转换至绝对坐标系统之下。在此基础上，进行不同测站点之间的点云拼接。
[0013]步骤(3)里，点云拼接包括两个步骤流程，首先通过手动调节，寻找相邻站点之间的同名点，根据同名点进行初始位置调节，完成之后通过迭代最近点方法，进行点云的自动精拼接，完成之后可以将两站点云置于同一坐标系统之下，以此来确定地物点的绝对坐标信息，连续操作，完成之后可以获得的是一个测区的完整的三维点云数据。
[0014]综上所述，本发明的有益效果是:本发明在现有成熟技术的基础上，通过利用GPS结合激光雷达，可以快速地获取大范围的地物位置信息。对比传统测量方法，大大缩短了工程周期。相比较于航空测量，本发明所需设备成本低廉，且不受季节气候等因素限制，同时，相比较于传统的地面测量方式，所需人员少，操作步骤简单易行，外业效率高。激光雷达能够达到较高的精度水准，在较短周期内可以获得高精度的数据产品。【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明一种基于地基激光雷达的地籍测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0017]一种基于地基激光雷达的地籍测量方法，如图1所示；其流程分为外业数据采集和内业数据处理两个部分；其中，外业过程主要包括控制点测量，激光雷达扫描作业；内业过程包括点云数据的预处理，点云拼接和成图作业；具体实施步骤为:
(I)初期准备:观察外业草图初期设计作业路线，然后实地踏勘踩点，根据实际完善方案，再根据实际情况规划控制点。
[0018](2)数据采集:GPS静态测量获取控制点坐标，再根据控制点的信息，对控制点上架设的激光雷达扫描站点进行绝对坐标的配准。在外业数据实际采集过程之中，首先布设GPS控制点，以此作为整个测区绝对的地理坐标配准之基础，完成之后，开始激光雷达的扫描作业。在整个测区之内，分别在控制点上架设仪器，进行高精度扫描，并控制点处的测站为初始站点，进行连续设站扫描，如此，直至整个测区内的地物均被覆盖扫描。
[0019](3)数据预处理:根据控制点坐标信息，对控制点上架设的激光雷达扫描站点进行绝对坐标的配准；然后使用手动拼接操作，配合ICP自动拼接技术对各扫描点进行拼接处理，得到覆盖整个区域的点云数据。首先对获取的点云数据进行绝对坐标的配准，依据GPS所测得的控制点坐标信息，将获取的点云坐标转换至绝对坐标系统之下。在此基础上，进行不同测站点之间的点云拼接。点云拼接包括两个步骤流程，首先通过手动调节，寻找相邻站点之间的同名点，根据同名点进行初始位置调节，完成之后通过迭代最近点方法，进行点云的自动精拼接，完成之后可以将两站点云置于同一坐标系统之下，以此来确定地物点的绝对坐标信息，连续操作，完成之后可以获得的是一个测区的完整的三维点云数据。
[0020](4)制图作业:将预处理后的点云数据去除噪点并进行分割处理，将对后期处理形成遮挡影响的树木等地物进行剔除；最后再根据处理后得到的点云数据，绘制高精度的地籍图。
[0021]本发明使用激光雷达技术LiDAR结合GPS-RTK技术，可以在保证高精度的前提下，高效率地测量作业。LiDAR,是Light Detection And Ranging的英文缩写,是激光探测与测距系统的简称，称为激光雷达。本发明基于地基LiDAR系统组织开发；地基LiDAR是一种新型的测绘仪器设备，是一种主动遥感方式，通过发射安全激光，测量得到的大量激光点云来获取被测量对象的三维表面。地基LiDAR系统的组成包括:激光扫描仪单元、控制单元、供电单元。激光扫描仪同时集成了激光测距系统与RGB影像采集系统。激光扫描仪单元主要用于激光脉冲的发射与接收，通过测量每次激光脉冲从发射到接收的时间差或相位差来计算扫描仪测量中心到被测量对象的距离，通过激光发射角度，来确定被测物体的方位，以此获得对象表面的高精度三维点云，通过CCD相机获取RGB色彩信息。控制单元主要为便携式计算机，通过PC终端可以对激光扫描仪进行扫描参数的设置以及对获取的数据进行存储和初期检验等操作。供电单元主要是指整个系统的供电装置。[0022]使用地基LiDAR系统结合GPS技术，通过合理布站，获取目标三维数据，同时记录每个测站的高精度位置信息、电子罗盘信息、精确的倾角数据，对多站数据进行高精度拼接，使用控制点信息对拼接后的数据进行精确的坐标转换，在三维坐标空间下完成地籍测量图的绘制，可以获得高精度的数字线划地图。
[0023]结合GPS技术使用激光雷达系统进行地籍调查数据获取，所得到的是高密度点云数据，可视化程度高。获得的点云数据具有地物完整的空间位置信息，其所制作的矢量图不仅可以用作地籍调查底图，对于调查完成后确定界址点，完成最后地籍图的绘制，可以根据激光雷达获得的点云数据在原图上进行修改，节省大量工作时间。同时，激光雷达获得的数据无变形，对地物还原性强，因此保证了地物之间相对位置关系，结合GPS技术，可以使点云数据具有绝对坐标信息，通过坐标转换，可以根据需求转为所需求的相应坐标系。
[0024]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
【权利要求】
1.一种基于地基激光雷达的地籍测量方法，其特征在于:其流程包括外业数据采集和内业数据处理两个部分；其中，外业过程主要包括控制点测量，激光雷达扫描作业；内业过程包括点云数据的预处理，点云拼接和成图作业，具体实施步骤为: (1)初期准备:观察外业草图初期设计作业路线，然后实地踏勘踩点，根据实际完善方案，再根据实际情况规划控制点； (2)数据采集:GPS静态测量获取控制点坐标，再根据控制点的信息，对控制点上架设的激光雷达扫描站点进行绝对坐标的配准； (3)数据预处理:根据控制点坐标信息，对控制点上架设的激光雷达扫描站点进行绝对坐标的配准；然后使用手动拼接操作，配合ICP自动拼接技术对各扫描点进行拼接处理，得到覆盖整个区域的点云数据； (4)制图作业:将预处理后的点云数据去除噪点并进行分割处理，将对后期处理形成遮挡影响的树木等地物进行剔除；最后再根据处理后得到的点云数据，绘制高精度的地籍图。
2.根据权利要求1所述的一种基于地基激光雷达的地籍测量方法，其特征在于:步骤(2)里，在外业数据实际采集过程之中，首先布设GPS控制点，以此作为整个测区绝对的地理坐标配准之基础，完成之后，开始激光雷达的扫描作业，在整个测区之内，分别在控制点上架设仪器，进行高精度扫描，并控制点处的测站为初始站点，进行连续设站扫描，直至整个测区内的地物均被覆盖扫描。
3.根据权利要求1所述的一种基于地基激光雷达的地籍测量方法，其特征在于:所述的激光雷达采用地基激光雷达系统。
4.根据权利要求1所述的一种基于地基激光雷达的地籍测量方法，其特征在于:步骤(3)里，首先对获取的点云数据进行绝对坐标的配准，依据GPS所测得的控制点坐标信息，将获取的点云坐标转换至绝对坐标系统之下，在此基础上，进行不同测站点之间的点云拼接。
5.根据权利要求1所述的一种基于地基激光雷达的地籍测量方法，其特征在于:步骤(3)里，点云拼接包括两个步骤流程，首先通过手动调节，寻找相邻站点之间的同名点，根据同名点进行初始位置调节，完成之后通过迭代最近点方法，进行点云的自动精拼接，完成之后可以将两站点云置于同一坐标系统之下，以此来确定地物点的绝对坐标信息，连续操作，完成之后可以获得的是一个测区的完整的三维点云数据。
【文档编号】G01S17/89GK103969657SQ201410215548
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】郭庆华, 庞树鑫, 李静, 徐光彩, 郭彦明 申请人:北京数字绿土科技有限公司