综合测量技术在拆迁测绘工作中的应用

王兴

（保定精艺测绘有限公司，河北 保定 072550）

0 引言

拆迁测绘是在相关权利人和委托人带领下，由权利人和利害关系人共同指界，按相关技术要求对其权利主张宗地、建筑、附着物等拆迁内容进行现状固化测量。拆迁测绘工作融合了地籍测绘、房产测绘、勘测定界、征迁要素测量等多项测量内容，数据精度要优于同比例尺的地形测量，数据内容要比权籍测量和地形测量等工作更丰富，利益相关方对成果质量要求更高，是保障权利人合法权益和推进征地拆迁工作顺利进行的关键技术。

综合测量技术应用是应对错综复杂拆迁测绘工程实际的有效方法。在拆迁测绘工作中，无人机倾斜摄影测量技术可对区域现状按时间节点进行固化，为拆迁工作提供特定时刻与实际相符、纹理丰富、符合人类感官的真三维模型，在一定条件下也可替代部分界址测量工作；随着卫星导航系统增多和GNSS 接收机性能不断提升，GNSS 测量技术已成为建立小范围控制网和采集界址点坐标的重要手段，也是倾斜摄影测量重要的辅助技术；利用GIS软件空间分析功能，可实现地籍、评估、户籍、谈判进程等诸多要素信息的综合管理与分析。本文对无人机倾斜摄影测量技术、GNSS 技术、GIS 技术的原理和在拆迁测绘工作中的应用进行了简述。结合实际工作发现，将无人机倾斜摄影测量技术、GNSS 技术和GIS 技术综合应用于拆迁测绘，有利于提高测绘质量，其成果数据丰富多样，为推进拆迁工作提供了强有力的测绘保障。

1 无人机倾斜摄影测量技术

摄影测量技术经历了模拟摄影测量（19 世纪中期）、解析摄影测量（1957 年）和数字摄影测量（20世纪后期）3 个阶段［1］。倾斜摄影测量是近年来大规模应用的一项数字摄影测量技术，它通过在飞行平台上搭载的CCD 相机，从多个角度采集影像（多视影像），经过数据处理后可得到符合人眼视觉的直观真实世界模型［2］。

随着行业需求提升及项目实践推进，无人机技术不断对微电子技术、计算机技术、通信技术进行交叉融合，稳定、价廉、易操控、自动化程度高的无人机遥感平台已经实现［3］。以轻型无人机为飞行平台的无人机遥感在国土航测、农业植保、大气探测、灾害救援、国防安全等领域广泛应用［4-5］。与其他遥感方法相比，轻型无人机遥感以较低的生产成本实现短时间内高精度遥感数据的重复获取，实现了高空间分辨率、高时间分辨率和低成本的统一。在测绘领域，轻型无人机倾斜测量系统价格低廉、结构简单、操作便捷、使用灵活可靠、维护方便、数据处理软件丰富多样且自动化程度高，仅需对技术人员进行简单的培训即可满足测绘生产需求，已广泛应用于基础测绘、应急测绘、三维建模、地理国情监测等领域，是国土资源调查监测与国土空间规划、智慧城市建设、地灾救援数据支撑、生态环境监测、建设工程等行业重要的测绘数据获取技术。

无人机倾斜摄影技术在拆迁测绘中的应用，1）利用生成三维模型的全方位纹理信息，在特定时间节点对拆迁区域现状进行固化，以便在拆迁期间对可能发生的抢栽抢建现象进行有效甄别，同时对用地面积、用地范围、土地用途、建筑坐落、基底面积、建筑类型、建筑层数、附着物类型及数量等信息进行初步了解，为拆迁工作提供先验信息；2）利用三维模型辅助地籍测量，对建筑杂乱无章、地面视线遮挡严重区域进行界址测量工作；3）在处理拆迁纠纷时，为当事人提供丰富的影像数据。

文献［6］、［7］表明：采用倾斜摄影测量技术实现低层建筑区的权籍测绘是可行的。但拆迁测绘与权籍测绘不尽相同，采用非接触数据采集的倾斜摄影测量技术进行拆迁测绘难以满足各方需求。在一些拆迁区域内，由于缺少统一的规划设计，以及地方习俗不同等原因，部分权利人根据证件记载范围自行组织建筑规划建设时，存在预留土地（如滴水、披水、自留道路等）的现象。采用“所占即所用”的测量方式很难得到权利人的认可，不利于拆迁测绘工作的推进；当建筑占地超出批准范围时，超出部分的土地利用现状和权益归属需要根据相关政策进一步认定。仅采用倾斜摄影技术对拆迁区内宗地情况复杂，建筑密集拥挤、杂乱无章，各种材质层叠交错且不断变化的现状进行勘测定界是较为无力的。但倾斜摄影技术作为拆迁测绘实地调查和界址采集工作的辅助，技术应用效果还是较为理想的。

2 GNSS技术

目前独立运行的全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）主要有美 国 的GPS（Global Positioning System，全球定位系统）、俄罗斯的GLONASS（Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema，格洛纳斯）、中国的BDS（Beidou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统）、欧洲的GALILEO（Galileo satellite navigation system，伽利略卫星导航系统）。全球导航卫星系统由导航卫星、地面站和接收机3 部分组成。地面站跟踪、测量和预报卫星轨道信息并通过导航卫星将之发送到接收机，接收机通过计算这些信息，获取接收机与导航卫星之间的距离（伪距）。利用至少3 颗导航卫星与接收机之间的距离，采用空间后方交会即可解算接收机的空间位置。

差分技术主要包括基于载波相位的动态差分定位技术和单点精密定位技术（Precise Point Positioning，PPP），前者还可分为实时动态差分定位技术（Real-Time Kinematic，RTK）和动态差分后处理技术（Post Processed Kinematic，PPK）。RTK 技术需要基站将载波相位观测值发送到移动站进行解算，可实现实时厘米级高精度定位；PPK 技术利用载波相位进行事后差分，可在基站与移动站不建立通信链情况下获得厘米级高精度定位。由多个参考站组成网络连续运行参考站（Continuously Operating Reference Stations，CORS），可通过全天候观测数据建立区域误差模型，用于区域内流动站的误差改正。基于网络CORS 的RTK 已经广泛应用于各测绘领域；基于单基站CORS 的PPK 技术可行性和观测精度已经得到验证并应用于GNSS 单点采集、摄影测量等领域；基于网络CORS 的PPK 在GNSS 接收机单点采集中也实现了商业化应用（如千寻mini 型号GNSS 接收机的无网测量模式）。

差分定位技术可以大大提高GNSS 定位精度。以双差模型为例：在距离不太远的作业范围内卫星轨道钟误差、对流层误差、电离层误差和仪器偏差对单点定位精度影响大体相同。通过双差模型可消除或减弱上述误差。同一卫星到不同接收机的距离互差（P1-P2，P3-P4），消除卫星轨道误差、卫星钟差、绝大部分电离层误差、绝大部分电离层误差，基本消除对流层残差；同一接收机到不同卫星的距离互差（P1-P3，P2-P4），消除接收机误差，如图1 所示，可实现整周模糊度固定。

图1 RTK 双差定位原理

与动态差分定位技术相比，PPP 技术具有不依赖参考站、定位精度高（毫米级）、作业范围不受限制等优点，但其模糊度固定依赖于可靠的轨道精度，接收机在使用全球统一的整数钟/UPD 时受轨道残余误差影响，需要进行长时间观测才能使得模糊度固定。虽然采用多卫星导航系统组合、多频GNSS 接收机观测、先验大气改正约束等技术手段可以有效降低PPP 模糊度固定时长，但依旧需要10～15 min。

随着GNSS 卫星系统增加，CORS 基站数量不断提升，通信技术、传感器技术和半导体技术的发展，GNSS 接收机的观测环境不断改善，自身性能也得到长足发展。主要表现为GNSS 接收机响应速度、可靠程度、观测环境适应能力不断提高。其中对建筑密集区RTK 数据采集影响较大的技术是倾斜测量技术。

一种倾斜测量的思路如图2 所示。对中杆倾斜状态下，在待测点A在天线中心高度设置为0 时接收机测量天线中心坐标为E，测杆尖端到接收机天线中心长度L，根据距离公式可得方程。式中包含3 个坐标未知量，由3 个以上测点即可求解待测点A的坐标。这种倾斜测量技术较为原始，仅有过短暂的商业化应用。

图2 方程法倾斜测量原理

另一种倾斜测量的思路是采用惯导传感器测量GNSS 接收机的空间姿态参数，结合GNSS 的空间位置及测杆长度，解算待测点三维坐标。惯导传感器主要由加速计、磁力计、陀螺仪组成。实际测量发现（2.5 m 高围墙墙角处进行31 次等精度测量），GNSS 接收机的单次倾斜测量值与多次倾斜测量平均值的差值在3 cm 左右，如图3 所示（图中，X、Y、Z分别表示东坐标、北坐标和高程）。

图3 倾斜测量值与均值互差

综上分析，利用PPP 技术可建立拆迁区高等级测图控制网；利用RTK 技术可以建立测图控制网并对建筑密集区域进行厘米级高精度数据采集；利用RTK/PPK 技术辅助航空摄影测量，可以有效提高空中三角测量效率和精度。GNSS 技术在拆迁测绘中的主要工作内容，包括控制测量、碎部测量、界址测量、定线放样、提供倾斜影像初始位置等。

3 GIS技术

GIS（Geographic Information System，地理信息系统）是通过计算机硬件和GIS 软件对空间数据进行存储、管理、编辑、分析与应用的计算机应用技术。GIS 采用面向对象的数据管理模式，将现实世界划分为点、线、面、体4 种要素，通过空间分析实现要素之间的空间关系重建及属性关系统计或运算。当地理信息事件及其空间分布不发生改变时，空间分析总会产生唯一的分析结果。地理信息事件的发生和发展，总是伴随空间、属性和时间的变化，根据主要分析方向可将空间分析分为地理空间分析、属性空间分析和事件空间分析。地理空间分析主要以空间要素为分析对象，包括空间数据编辑、空间数据模拟、逻辑分析（如叠加分析、提取分析、统计分析、邻域分析）、空间统计、空间数据提取等；属性空间分析包括属性算术运算、属性逻辑运算、属性统计分类、属性提取、属性拓扑分析、属性连接等；事件空间分析包括对地理信息时间序列上发生的空间变化、属性变化进行的分析。

利用GIS 系统可实现拆迁区域的影像数据、现状地籍、发证地籍、户籍、土地利用规划、评估信息、工作进展、被拆迁户诉求等多源数据信息统一管理，结合GIS 系统强大的空间分析功能，为拆迁工作决策提供详细可靠、互联互通的数据支持。

4 应用实际

本次项目选择保定市某具体行政村拆迁测绘项目为生产实践区，测区范围约600 亩，涉及580余户2000 人左右，拆迁范围内道路、建筑及其他地表附着物错综复杂，但建筑层数不超过4 层，无电塔、通信塔等高耸建筑，适合低空无人机倾斜摄影测量工作的开展。在前期采用GNSS 接收机静态测量联测周边已有控制点进行控制点加密，为拆迁测绘、征收土地勘测定界、出让土地定线定界、工程建设、规划验收等工作建立统一的控制网数据。建立的控制网等级为E 级，共包含6 个等级控制点。

在项目初期对拆迁区域进行了倾斜摄影测量工作以掌握基本信息，结合有关部门的宣传教育工作，有效减少了抢建抢修现象。在倾斜摄影工作中，采用RTK 技术采集像控点坐标，采用RTK 融合PPK 技术辅助倾斜摄影测量进行影像采集。以大疆精灵4 RTK Pro 搭载单镜头进行倾斜摄影工作，航向重叠度80%，旁向重叠度70%，航高为73 m，影像分辨率为2 cm。共布设20 条航线并采集1223张合格影像，影像数据处理使用ContextCapture 软件，成果为三维模型和正射影像图。经实地检查，三维模型的点位精度在2 倍GSD 以内，完全满足地籍测量界址点精度要求。

使用具备倾斜测量功能的GNSS 接收机，根据相关人员指界采集界址点坐标；在现场利用三维模型采集GNSS 接收机难以实测的界址点，提高了工作效率。内业人员将采集数据套合三维模型进行制图和属性录入工作，及时发现和剔除不合格数据，及时发现和补测遗漏界址点，提高了测绘质量。在中后期拆迁工作中，综合应用倾斜模型、GNSS 原始测量数据、权籍测量成果，为有关部门直观准确地展示了宗地实际情况、测量过程和权籍测量结果等数据内容，提高了宅基地等宗地认定工作的效率和质量。

用GIS 软件将其他数据与宗地信息进行属性连接，将三维模型、发证范围、实占范围、权利人主张范围、建筑物及附着物信息、户主详细信息、评估信息、谈判进展等信息进行管理、查询、分析和展示，有效提高了拆迁工作效率和工作质量。

5 结语

综合应用倾斜摄影技术、GNSS 技术和GIS 技术进行生产和应用，其成果种类、自动化程度、整体精度、可视性和互联互通等方面比传统的全野外数字测绘技术更具有优势。在拆迁测绘中，GNSS 技术作为主要的界址测量技术，其理论精度满足需要，而采用倾斜模型对其观测成果进行查漏补缺可以有效防止粗差、遗漏等情况发生；高分辨率倾斜摄影测量作为新型测量技术具有广阔的应用前景，其点位精度满足拆迁测绘界址点测量需求，但在地籍资料短缺、宗地及建筑错综复杂时，仍需采用实际指界测量的方式采集界址点坐标，即使利用三维模型进行隐蔽界址点测量，也需在相关人员在场的情况下进行。 GIS 技术在拆迁测绘中的应用，可以有效地将测绘数据与拆迁工作相关的各类数据有机结合，为拆迁工作的推进和决策提供有力的数据支撑。