基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM用于农村宅基地测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM用于农村宅基地测量方法，包括：步骤1、获取农村宅基地房屋三维点阵数据；步骤2、对原始点云数据进行配准拼接和去噪简化，得到高精度点云数据。本发明专利技术的有益效果是：基于可量测三维BIM室内进行地籍测量，采集适当密度的高程点，地物、地貌、沟渠、地坎等均可通过内业在可量测三维BIM上测绘，省略了大量外业数据采集工作；基于可量测三维BIM可进行农村宅基地空间要素的数据采集，丰富了空间数据采集的手段；可量测三维BIM作为可视化浏览使用，可以完全展示拍摄地点周围360度范围的所有景象，操作者使用鼠标可以自由旋转浏览、拉伸远近，非常直观。

【技术实现步骤摘要】
基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM用于农村宅基地测量方法
本专利技术属于激光扫描与倾斜摄影领域，尤其涉及一种基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM用于农村宅基地测量方法。
技术介绍
农村宅基地地籍要素调查的具体内容包括：第一，地籍要素调查前期准备阶段。前期准备一般是在权属调查前需进行的一些准备工作，主要包括划分地籍区和地籍子区，收集、整理土地权属来源等相关资料，编制调查工作底图，对宗地代码进行预编等；第二，调查权属界址。调查土地权属状况主要是对土地权属性质、土地来源、土地权利人、土地用途、土地位置和其他共用等情况进行调查；第三，调查权属界址。界址调查主要内容包括界标设置、指界、界址边长丈量等；第四，绘制宗地草图。宗地草图是对宗地位置、界址线、界址点、相邻宗地之间的关系的描述。宗地界址确认核定完成后，应该按照调查底图、界址点、丈量界址边长与邻近地物之间的距离现场绘制宗地草图；第五，填写地籍调查表。地籍调查表是确定权属界线的原始记录，要严格按照规定要求和格式填写。在上述整个工作流程中，地籍测量是一切工作的基础。但是传统的地籍测量技术，主要是利用人力物力进行实地的测量，不但工程量巨大，工程过程时间过长，同时，数据也不能保证其精确度。同时，农村宅基地的地理环境较为复杂，地形险峻，采用以往的常规测量方法无法方便、快速的得到农村宅基地的基本测量信息。另外，2016年农村地籍调查加入了房屋测量的内容，要求采用解析法测量房屋角点坐标，实地丈量房屋边长，并采用几何要素计算房屋面积，确保不动产单元的界址清楚、面积准确。农村宅基地调查房角点测量精度按照《地籍调查规程》中界址点测量精度执行，即房角点测量精度应满足中误差小于等于5cm。若采用普通的航天航空摄影测量技术手段获取房角点坐标，精度无法满足要求；而采用GPSRTK或全站仪等测量手段完全实地测量，测量效率低，外业工作量巨大。因此传统地籍测量作业存在的弊端有:①现场草图绘制需要较高的测绘技术水平作业者才能完成；②碎部点采集必须详细采集，不得有遗漏，否则精度不能满足要求，每户院中建筑物特征的点需要无一遗漏地测绘；③现场调绘工作量大，往往出现因草图不完善、特征点采集不到位影响现场调绘进度及工程质量，通常需要多次返工，重新架设全站仪补采地物特征点；④界址点喷绘实地与图纸出现较多不符，需要多次测量与调绘反复作业才能满足要求；⑤由于平面图绘制不完善影响权属登记，界限不准确，有差错，引起不必要的确权纠纷；⑥底图不直观且难以辨认，户主往往看不懂图纸，分不清图纸上地理方位，不能识别图形中符号，很难顺利找到自家位置，特别针对不是测量专业的农民，无法快速准确找到自家宅基地图上位置，往往因指认错误或根本无法指认造成不必要的返工作业，对于密集居住区和特表分散的宅基地更是难以找到对应位置，甚至找不到是哪张图纸，遗漏、错误及返工概率很高，浪费大量工作时间。成为影响宅基地调查进度的技术瓶颈。21世纪以来，大量的新技术不断产生，从而也推动了生产力的大大提高。对于测绘工程测量领域来说，无人机的出现以及使用就是其中一个很大的突破。作为航天航空摄影测量和卫星遥感获取信息的补充手段，无人机可以携带各种高精度的机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、3D激光雷达扫描仪、红外扫描仪、磁测仪等获取信息，用相应的遥感软件对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成需要的测绘产品，为测绘领域创造了大量的便利条件。众所周知，农村宅基地调查主要任务是绘制宅基地权属平面图、建立数据库、发放土地使用证。宅基地权属平面图精度要求高于1∶500地形图要求，相邻房屋角点误差不大于±5cm，其中大于±10cm的不超过抽查总数的10％。目前无人机低空遥感测绘，在天气情况比较好、风力不超过三级情况下，采用超低空飞行(飞行高度小于75m)时，可以达到建筑物特征点点位误差满足±5cm的要求。也就是满足1∶500地形图的要求，但还不能满足农村宅基地调查要求。实践证明，单纯的依赖无人机倾斜摄影测量进行作业无法满足农村宅基地宗地的地籍测量规范要求的几何精度。且根据点云数据构建的农村宅基地宗地的BIM缺少影像纹理数据支持，不能生成相应的可量测三维BIM。因此，针对于农村宅基地宗地的地籍测量，必须采用先进的无人机3D激光雷达扫描和倾斜摄影测量技术集成的方式解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM的构建方法和用于农村宅基地测量方法。这种基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM的构建方法，包括以下步骤：步骤1、获取农村宅基地房屋三维点阵数据：步骤1.1、布设多条扫描航线站点从空中对物体进行扫描，获得目标完整的点云信息：扫描时每一个扫描航线站点先进行360°全景扫描，得到粗扫图；在粗扫图基础上调整扫描参数进行精确扫描，得到原始点云数据(精扫图)；步骤1.2、在外业操作时使用接CORS系统的网络GPSRTK进行站点地面位置大地坐标的监测并量取仪器高度，提供点云数据的绝对定位基准；如果扫描航线站点所扫描范围内缺少基准控制点，扫描航线站点进行GPS差分处理时则选取特征较明显位置作为解算坐标原点，其他各点坐标纳入此点所确定的坐标系下；步骤2、对原始点云数据进行配准拼接和去噪简化，得到高精度点云数据：步骤2.1、配准拼接：围绕被测物布设多个站点，进行多个站点扫描，得到基于每个站点的被测物表面测点坐标；将每个站点云数据转换到大地坐标系下，统一坐标系，对坐标系进行三维变换(如平移、旋转和缩放)；把扫描仪坐标系SOCS变换成项目坐标系PRCS的转换矩阵，把项目坐标系PRCS变换成全局坐标系GLCS的转换矩阵；对局部坐标系进行三维变换，得到三维点云坐标系；利用无人机航测系统内置的CORS系统的网络GPSRTK技术和全部站点测量的坐标数据，寻找同名点并计算出两个坐标系下各点与站点之间相对距离和位置夹角等参数，确定转换矩阵T3D，得到被测物完整点云数据；转换矩阵T3D为：上式中，a11～a43均为两个坐标系下各点与站点之间相对距离和位置夹角的表达参数；步骤2.2、去噪简化：去除被测物完整点云数据中的噪声点，所述噪声点包括漂移点(指那些明显远离被测物，漂浮于点云之外的稀疏、散乱的一些点)、孤立点(指的是那些远离点云聚集区，块小而又集中的点)、冗余点(指的是不属于被测物的扫描点)和混杂点(指的是和被测物点云混杂在一起，而又不属于被测物的数据点)；对去除噪声点后的点云数据进行空洞修补；所述空洞修补为根据点云数据空洞周围离散点的位置建立一个曲面，然后在这张曲面上添加点数据；缩小空洞修补后的点云数据之间的间距；步骤3、对高精度点云数据分区域选择相片进行纹理映射，制作可量测三维BIM(点云数据是物体表面的点在空间上的集合，它们之间互相关联，具有一定的空间拓扑关系。根据这种拓扑关系，在三维平台上对被测物进行还原，得到三维模型)；步骤3.1、创建基本几本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、获取农村宅基地房屋三维点阵数据：/n步骤1.1、布设多条扫描航线站点从空中对物体进行扫描，获得目标完整的点云信息：扫描时每一个扫描航线站点先进行全景扫描，得到粗扫图；在粗扫图基础上调整扫描参数进行精确扫描，得到原始点云数据；/n步骤1.2、在外业操作时使用接CORS系统的网络GPS RTK进行站点地面位置大地坐标的监测并量取仪器高度，提供点云数据的绝对定位基准；如果扫描航线站点所扫描范围内缺少基准控制点，扫描航线站点进行GPS差分处理时则选取特征较明显位置作为解算坐标原点，其他各点坐标纳入此点所确定的坐标系下；/n步骤2、对原始点云数据进行配准拼接和去噪简化，得到高精度点云数据：/n步骤2.1、配准拼接：围绕被测物布设多个站点，进行多个站点扫描，得到基于每个站点的被测物表面测点坐标；将每个站点云数据转换到大地坐标系下，统一坐标系，对坐标系进行三维变换；把扫描仪坐标系SOCS变换成项目坐标系PRCS的转换矩阵，把项目坐标系PRCS变换成全局坐标系GLCS的转换矩阵；对局部坐标系进行三维变换，得到三维点云坐标系；利用无人机航测系统内置的CORS系统的网络GPS RTK技术和全部站点测量的坐标数据，寻找同名点并计算出两个坐标系下各点与站点之间相对距离和位置夹角，确定转换矩阵T...

【技术特征摘要】
1.一种基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、获取农村宅基地房屋三维点阵数据：
步骤1.1、布设多条扫描航线站点从空中对物体进行扫描，获得目标完整的点云信息：扫描时每一个扫描航线站点先进行全景扫描，得到粗扫图；在粗扫图基础上调整扫描参数进行精确扫描，得到原始点云数据；
步骤1.2、在外业操作时使用接CORS系统的网络GPSRTK进行站点地面位置大地坐标的监测并量取仪器高度，提供点云数据的绝对定位基准；如果扫描航线站点所扫描范围内缺少基准控制点，扫描航线站点进行GPS差分处理时则选取特征较明显位置作为解算坐标原点，其他各点坐标纳入此点所确定的坐标系下；
步骤2、对原始点云数据进行配准拼接和去噪简化，得到高精度点云数据：
步骤2.1、配准拼接：围绕被测物布设多个站点，进行多个站点扫描，得到基于每个站点的被测物表面测点坐标；将每个站点云数据转换到大地坐标系下，统一坐标系，对坐标系进行三维变换；把扫描仪坐标系SOCS变换成项目坐标系PRCS的转换矩阵，把项目坐标系PRCS变换成全局坐标系GLCS的转换矩阵；对局部坐标系进行三维变换，得到三维点云坐标系；利用无人机航测系统内置的CORS系统的网络GPSRTK技术和全部站点测量的坐标数据，寻找同名点并计算出两个坐标系下各点与站点之间相对距离和位置夹角，确定转换矩阵T3D，得到被测物完整点云数据；转换矩阵T3D为：



上式中，a11～a43均为两个坐标系下各点与站点之间相对距离和位置夹角的表达参数；
步骤2.2、去噪简化：去除被测物完整点云数据中的噪声点，所述噪声点包括漂移点、孤立点、冗余点和混杂点；对去除噪声点后的点云数据进行空洞修补；所述空洞修补为根据点云数据空洞周围离散点的位置建立一个曲面，然后在这张曲面上添加点数据；缩小空洞修补后的点云数据之间的间距；
步骤3、对高精度点云数据分区域选择相片进行纹理映射，制作可量测三维BIM；
步骤3.1、创建基本几何体，得到三维实体模型；
步骤3.2、对三维实体模型进行多边形平面创建；
步骤3.3、纹理贴图：通过无人机搭载多台非量测数码相机，得到建筑物顶面和立面数据；无人机航测系统内置的CORS系统的网络GPSRTK技术和IMU系统分别提供实时地理位置和状态信息；然后进行空中三角测量，将点云数据整合到统一的地理坐标系中，生成带有地理坐标系的农村宅基地影像纹理数据。


2.根据权利要求1所述基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM的构建方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.3.1、无人机倾斜摄影测量作业搭载非量测数码相机，采用分区域数据采集的方式同时从垂直和多个倾斜角度获取多视角倾斜影像，获取建筑物顶面和立面数据作为分区域影像；
步骤3.3.2、采用免像控的倾斜摄影测量技术，通过无人机航测系统内置的CORS系统的网络GPSRTK技术和IMU系统获取航空制图像控点的实时地理位置和状态信息；
步骤3.3.3、空中三角测量：利用航空制图内在的几何特性，连续摄取具有一定重叠率的航摄像片，依据免像控点用免像控的倾斜摄影测量技术建立同实地相应的航线模型或区域网模型，获取加密点的平面坐标和高程；
步骤3.3.4、建立三维实体模型后，使用实拍图片对三维实体模型做无变形纹理映射：通过坐标系转换的方式确定各幅实拍图片与三维实体模型之间的映射关系，对三维实体模型做无变形纹理映射；
步骤3.3.5、将步骤1中农村宅基地房屋三维点阵数据与影像纹理数据融合生成可量测三维BIM。


3.根据权利要求1所述基于CORS的无人机激光扫描与倾斜摄影集成的可量测BIM的构建方法，其特征在于，所述步骤2.1中进行配准拼接时：
对于有特征的点云配准，从不同站点的点云数据中选取特征信息，通过求解变换参数得到两组点云数据的转换关系；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子江，徐军，蔺岩，徐坤，代云峰，周海涛，
申请(专利权)人：宁波冶金勘察设计研究股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33