淺析數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在公路測(cè)量施工中的運(yùn)用

劉輝

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，公路交通量增長(zhǎng)速度不斷提升，局部路段已呈現(xiàn)超飽和狀態(tài)，同時(shí)由于重載、超載情況嚴(yán)重，加劇了公路病害問(wèn)題，并影響了公路通行能力與沿線(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，為此，要求通過(guò)創(chuàng)新體制、完善政策，進(jìn)一步提升工程建設(shè)力度。數(shù)字測(cè)繪技術(shù)作為工程測(cè)量的重要組成部分，其測(cè)量效果是否良好將直接影響到工程的整體質(zhì)量，為此，本文主要對(duì)數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析與探究。

【關(guān)鍵詞】工程測(cè)量；數(shù)字測(cè)繪技術(shù)；特點(diǎn)；應(yīng)用；圖形編輯

80年代以來(lái)，隨著測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使測(cè)繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，為工程測(cè)量提供了嶄新的技術(shù)手段和方法。長(zhǎng)期以來(lái)用測(cè)角、測(cè)距、測(cè)水準(zhǔn)為主體的常規(guī)地面定位技術(shù)，正在逐步被以一次性確定3維坐標(biāo)的、高速度、高效率、高精度的GPS技術(shù)所代替，同時(shí)定位范圍也逐漸擴(kuò)大。隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)新型測(cè)繪技術(shù)。為推動(dòng)公路工程測(cè)量行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須重視測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，如數(shù)字技術(shù)。該技術(shù)在相應(yīng)設(shè)備的輔助下，可將圖、文、聲、像等多種信息進(jìn)行電子計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)算、加工、儲(chǔ)存、傳送等。數(shù)字測(cè)繪內(nèi)包括采集內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)的設(shè)備和方式，是數(shù)字化成圖的主要內(nèi)容。

一、數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為核心，以全站儀、GPS、數(shù)字測(cè)量攝影儀、數(shù)字化儀等為數(shù)據(jù)采集工具，在外接輸入、輸出設(shè)備和軟、硬件的支持下，對(duì)地形的數(shù)字空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、輸入、成圖、繪圖、輸出、管理的測(cè)繪技術(shù)。與傳統(tǒng)的地籍測(cè)量方法相比，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)具有具有明顯的優(yōu)越性：

1、自動(dòng)化程度高

傳統(tǒng)的方式主要是通過(guò)手工操作，外業(yè)工作時(shí)間長(zhǎng)，內(nèi)業(yè)編輯工作量大，而且在操作工程中出錯(cuò)的幾率大。數(shù)字化測(cè)繪將外業(yè)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄在電子手簿中，自動(dòng)計(jì)算處理、自動(dòng)成圖，節(jié)約了人力、物力、財(cái)力，大大提高了工作效率。

2、精度高

傳統(tǒng)的測(cè)繪方法，地物點(diǎn)的測(cè)定視距誤差、方向誤差、展繪誤差、測(cè)定誤差等會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的圖上誤差較大。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)中，測(cè)量數(shù)據(jù)作為電子數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸、記錄、存儲(chǔ)、處理和成圖，在全過(guò)程中原始數(shù)據(jù)無(wú)精度損失，避免了人工觀測(cè)、記錄、繪圖的誤差，可以大大提高測(cè)繪的精度。

3、圖形信息量大

數(shù)字地圖包含的信息量幾乎不受測(cè)圖比例尺的限制，數(shù)據(jù)可分層存放，使地面信息的存放幾乎不受限制。比如將地貌、道路、水系、房屋、植被等存于不同的層中，通過(guò)關(guān)閉層、打開(kāi)層等操作來(lái)提取相關(guān)信息，便可方便地得到所需測(cè)區(qū)內(nèi)的地籍圖。數(shù)字測(cè)圖時(shí)所采集的圖形信息，它包括點(diǎn)的定位信息、連接信息和屬性信息，易于檢索。

4、信息編輯方便

數(shù)字化測(cè)繪得到的信息是分層存放在計(jì)算機(jī)中的，便于成果的使用、維護(hù)和更新。當(dāng)實(shí)地有變化時(shí)，只需輸入有關(guān)的變化信息，經(jīng)過(guò)編輯處理，很快便可以得到更新修改后的圖，能夠隨時(shí)保持產(chǎn)品信息的現(xiàn)勢(shì)性。同時(shí)，還可以根據(jù)不同用戶(hù)的需要，對(duì)地籍測(cè)繪產(chǎn)品的各種要素及數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工，得到不同用途的圖件。

二、數(shù)字測(cè)繪技術(shù)在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用

1、原圖數(shù)字化

數(shù)字化輸入為原始圖件數(shù)字化工作的基礎(chǔ)，其最常見(jiàn)的方式為三種：手扶跟蹤數(shù)字化、掃描矢量化及GPS輸入。計(jì)算機(jī)、數(shù)字化儀和有關(guān)軟件為手扶跟蹤數(shù)字化選取的儀器，作為早期數(shù)字化輸入方式，該方式的缺點(diǎn)為輸入速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大。

掃描矢量化內(nèi)圖象掃描可利用掃描儀輸入，隨后進(jìn)行矢量跟蹤，以此對(duì)實(shí)體空間位置進(jìn)行確定。伴隨掃描儀與矢量化軟件的發(fā)展，該方式操作也越來(lái)越簡(jiǎn)化，其優(yōu)點(diǎn)為節(jié)省時(shí)間，數(shù)據(jù)輸入效率高等。

GPS輸入，作為地球表面精確位置確定的重要方式，GPS可對(duì)三維空間位置數(shù)字進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，并在不進(jìn)行轉(zhuǎn)換的前提下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的直接輸入。并按照數(shù)字化圖件的可用性、易用性等特點(diǎn)，進(jìn)行矢量化方案的制定。在分析比較多種軟件矢量化的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)原圖數(shù)字化。

在數(shù)字化應(yīng)用中，根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行數(shù)字化測(cè)圖規(guī)范進(jìn)行各種比例尺地形圖、地籍圖數(shù)字化精度的確定。精度主要由人工跟蹤精度、輸出設(shè)備精度等進(jìn)行確定。其中，外設(shè)精度易于滿(mǎn)足，人工跟蹤精度則由工作人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)所決定，為此，必須重視工作人員專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)，確保工程測(cè)量的精度。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及工程測(cè)量原定方案進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)分層，也可遵循GIS規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)組織。在準(zhǔn)確分析其拓?fù)潢P(guān)系的同時(shí)，應(yīng)確保線(xiàn)狀地物的長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)符合工程測(cè)量確定。并根據(jù)GIS規(guī)定對(duì)總體規(guī)劃、分區(qū)規(guī)劃等進(jìn)行整理、錄入與建庫(kù)。

2、數(shù)字測(cè)圖

地面數(shù)字測(cè)圖法也被叫做內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測(cè)圖，其核心為計(jì)算機(jī)，在輸入、輸出設(shè)備硬軟件輔助下，可采集、輸入、成圖、繪圖、輸出與管理地形空間數(shù)據(jù)。如圖一所示。

（1）數(shù)字測(cè)圖的特點(diǎn)

作為現(xiàn)階段我國(guó)各測(cè)繪單位最常用的一種數(shù)字測(cè)繪方式，數(shù)字測(cè)圖的特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：

一測(cè)多用。工程測(cè)量中，其布設(shè)范圍如需大比例尺地形圖施測(cè)，應(yīng)考慮專(zhuān)業(yè)不同人員對(duì)用圖范圍、比例尺大小需求不同，為降低工作量，可選用數(shù)字化測(cè)圖方式，以此進(jìn)行不同比例尺地形圖的編制。

成圖精確度高。在外業(yè)數(shù)據(jù)采集中，數(shù)字化成圖系統(tǒng)可選取全站儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形地物點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)采集與存儲(chǔ)。在處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)時(shí)，可對(duì)外業(yè)測(cè)量精度進(jìn)行完全保持，避免人為誤差的產(chǎn)生，同時(shí)外業(yè)工作還可對(duì)讀數(shù)、計(jì)算、展點(diǎn)繪圖等流程取消，在降低工作強(qiáng)度的同時(shí)，還可提升外業(yè)工作效率。

（2）建立與管理地形圖數(shù)據(jù)庫(kù)

作為地理信息系統(tǒng)的重要構(gòu)成成分，圖形數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)在獲取數(shù)據(jù)中，可對(duì)地理信息進(jìn)行存儲(chǔ)與管理。在處理數(shù)據(jù)中，其不僅提供資料的主體，還是處理結(jié)果的歸屬點(diǎn)。同時(shí)，其還是繪圖文件與多種地理數(shù)據(jù)形成的依據(jù)。拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)由圖形數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)通過(guò)拓?fù)涮幚硇纬?，并在多種空間分析中得到了廣泛地應(yīng)用。

3、實(shí)踐應(yīng)用

在公路工程改擴(kuò)建測(cè)量施工中，測(cè)繪工作是工程建設(shè)最基礎(chǔ)的工作。測(cè)繪技術(shù)人員在原公路勘測(cè)和測(cè)繪工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)改擴(kuò)建公路沿線(xiàn)的工程地質(zhì)條件的進(jìn)行勘測(cè)，開(kāi)展測(cè)繪工作。

在公路改擴(kuò)建測(cè)繪攝影時(shí)，首先由專(zhuān)業(yè)測(cè)繪技術(shù)員沿著 需要擴(kuò)建的公路線(xiàn)攝制大比例尺航片。 運(yùn)用 GPS 進(jìn)行航測(cè)，得到的地面數(shù)據(jù)高程中誤差非常小，僅為 0.15 米。以 500 米試驗(yàn)段航測(cè)數(shù)模和人工實(shí)測(cè)的比較來(lái)看，其互差范圍非常 小，完全符合公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)的精度要求。然后，生成全線(xiàn) 一定比例的正射影像地形圖、三維數(shù)字地形圖，進(jìn)行紙上定 線(xiàn)和數(shù)字地面模型的建立。

數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)中高精度三維路基結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可以一次性獲取。高程數(shù)據(jù)可以利用電子水準(zhǔn)儀按照四等作業(yè)規(guī)定獲得。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)對(duì) GPS 高程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化非常嚴(yán)格， 利用精化工程大地水準(zhǔn)面模型，非常適應(yīng)公路改擴(kuò)建的精度要求。在公路改擴(kuò)建工程測(cè)繪中，數(shù)字化測(cè)繪對(duì)老路路基、路 面的地面測(cè)量和調(diào)查都具有非常高的精度，誤差非常小，可以糾正和規(guī)算邊溝、擋墻和橋梁等規(guī)則結(jié)構(gòu)物的編制程序。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)使公路擴(kuò)建測(cè)繪工作的質(zhì)量得到大幅度的 提高。

三、數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在公路測(cè)量施工中的發(fā)展趨勢(shì)

公路測(cè)量工作是公路工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而公路工程設(shè)計(jì)又是施工的依據(jù)和基礎(chǔ)，公路測(cè)量工作的好壞對(duì)整個(gè)公路建設(shè)質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。因此在公路測(cè)量中，必須深入全面地進(jìn)行調(diào)查研究，精心測(cè)量，注重技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)考慮環(huán)境和社會(huì)的影響，為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)和資料，以保證設(shè)計(jì)工作的高質(zhì)量，為施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

測(cè)量學(xué)是從人類(lèi)經(jīng)驗(yàn)中發(fā)展而來(lái)兼有時(shí)代性的一門(mén)學(xué)科，是人類(lèi)在復(fù)雜的自然界中生存的一個(gè)重要手段。工程測(cè)量中，無(wú)論工程項(xiàng)目的大小，系統(tǒng)的工程測(cè)量、公路測(cè)量和大面積測(cè)繪等，都少不了測(cè)量技術(shù)，工程測(cè)量在工程項(xiàng)目中起著重要的作用。目前，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在公路工程測(cè)量中的廣泛應(yīng)用，標(biāo)志著工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向。它具有精度高、效率高、測(cè)試簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，能精確的測(cè)量工程數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)是地理信息系統(tǒng)的一種技術(shù)，它是通過(guò)航空或衛(wèi)星利用可見(jiàn)光、紅外、微波等對(duì)地形地貌進(jìn)行攝影成圖的技術(shù)。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)為國(guó)土資源的開(kāi)發(fā)利用和道路規(guī)劃建設(shè)提供了寶貴的信息資料，廣泛應(yīng)用在繪制大比例尺地形圖和工程圖。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用可以有效地避免環(huán)境的艱苦惡劣，而且工作效率高，精度高、準(zhǔn)確性有保障。 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在公路工程測(cè)量上的應(yīng)用，對(duì)工程測(cè)量是一次革命性的轉(zhuǎn)變，也是工程測(cè)量必然的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)處理分析可實(shí)現(xiàn)公路工程成本降低，提升施工效率的目的。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，數(shù)字測(cè)繪技術(shù)也在日新月異地發(fā)展，廣大測(cè)繪工作者要更新思維、堅(jiān)持學(xué)習(xí)，做數(shù)字化的測(cè)繪工作者。隨著數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的提高，GIS技術(shù)的不斷成熟、GPS技術(shù)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代工程測(cè)量必將朝著測(cè)量數(shù)字工程化的方向發(fā)展。大力開(kāi)展數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用與研究將是測(cè)繪單位提升自身競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的首要任務(wù)。

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