測繪新技術(shù)在測繪工程測量中的應(yīng)用分析

古 琳

（江西省煤田地質(zhì)局普查綜合大隊，江西 南昌 330001）

在建筑工程項目對質(zhì)量要求逐漸提升的背景下，測繪結(jié)果的準確性和效率將直接影響工程后續(xù)施工的質(zhì)量，為了適應(yīng)時代發(fā)展需求，滿足測繪工程需要，新型測繪技術(shù)的運用已經(jīng)是工程測量工作中不可或許的一部分。

1 工程測量的測繪含義

1.1 工程測量的概念

工程測量是建設(shè)施工項目在實施前必須要進行的工作之一，也是后續(xù)檢驗施工質(zhì)量、工程標(biāo)準的一種方法。工程測量主要是針對施工項目的勘察和數(shù)據(jù)收集，來確定施工方案及管理規(guī)劃。工程測量中的測繪工作包含多個環(huán)節(jié)，與實際建設(shè)施工項目有關(guān)，絕大多數(shù)測繪都需要依靠先進的儀器設(shè)備和專業(yè)的理論知識。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程測繪技術(shù)也得到了很大程度的發(fā)展，相比較傳統(tǒng)只應(yīng)用于建筑和水利項目的工程測量，當(dāng)前測繪技術(shù)具有動靜結(jié)合的測量模擬方案，能夠在各類施工變化、施工調(diào)整的過程中完成測量，為國家建設(shè)和資源開發(fā)提供更多選擇。

1.2 工程測量的作用

工程測量是工程項目建設(shè)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，工程測量的作用主要涉及三個方面。首先，也是最關(guān)鍵的測繪階段。不僅僅包含對施工現(xiàn)場地形環(huán)境的測繪，也包括水文、地質(zhì)、氣候數(shù)據(jù)的收集。很多測繪工作都會到野外進行，過往的工程測量還需要與測繪對象直接接觸，測繪工作效率較低，不具備時效性，測繪人員無法立即得到測繪結(jié)果，并且傳統(tǒng)測繪方式有較大的局限性，很容易受到工程測量現(xiàn)場環(huán)境、測繪人員技術(shù)水平、測繪儀器精度所影響，從而導(dǎo)致工程測量消耗大量時間精力，而得出結(jié)果的準確性卻無法保證。測繪新技術(shù)的應(yīng)用讓工程測量在測繪階段的質(zhì)量得到飛躍式的提升，從多個方面革新了測繪工作。其次是工程項目的施工階段，工程測量在施工階段起到管理輔助作用，通過使用測繪新技術(shù)，可以準確測定施工現(xiàn)場的情況，從而優(yōu)化調(diào)整施工方案，為施工設(shè)計提供幫助。最后，是工程項目的竣工與驗收階段，工程測量能夠?qū)こ添椖空w質(zhì)量進行測繪，檢驗工程項目的完整度。工程測量在工程項目中的作用不言而喻，能夠在整個工程項目中發(fā)揮支撐作用[1]。

2 當(dāng)前測繪工程測量中的測繪新技術(shù)

工程測量行業(yè)的發(fā)展和信息技術(shù)的普及也帶動了測繪技術(shù)的應(yīng)用，在當(dāng)今飛速發(fā)展的社會背景下，測繪技術(shù)有效結(jié)合了計算機、衛(wèi)星探測等技術(shù)手段，切實提升了測繪的準確度和工程測量效率。當(dāng)前測繪工程測量中主要應(yīng)用的技術(shù)有GPS、RS、GIS、數(shù)字化三維模型以及無人機攝影。其中GPS技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，其精準度較高，在導(dǎo)航、測速、測時等方面多有應(yīng)用，接收數(shù)據(jù)信息和分析處理時間較短，可以大幅節(jié)省人力物力，提高運作效率。而GIS和RS技術(shù)，可以對環(huán)境信息或待測物進行詳細的數(shù)據(jù)收集，能夠提升信息的準確性和使用效率。數(shù)字化三維模型是將信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化模型，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為代碼并重現(xiàn)編寫為系統(tǒng)模型，不僅使測量效率和測量質(zhì)量得到了提升，還能夠?qū)⑺杉男畔⒆優(yōu)榭梢暬箿y繪人員或設(shè)計人員能夠更清晰地對數(shù)據(jù)進行分析整理。無人機的主要特點是安全性，尤其是在山區(qū)、森林中的工程測量，無需人工進行實地測量，借助無人機攝影就能完成，在保證工程測量作業(yè)效率的同時提高了測繪工作的安全性。

3 測繪新技術(shù)在測繪工程測量中的應(yīng)用

3.1 CORS技術(shù)

CORS技術(shù)是GPS技術(shù)中的一種，是利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運行參考站，縮寫為CORS，也是GPS工程測量應(yīng)用的熱點之一。CORS系統(tǒng)將衛(wèi)星定位、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊等高新技術(shù)融合到一起，是新型技術(shù)發(fā)展下深度結(jié)合的產(chǎn)物。CORS系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、定位導(dǎo)航播發(fā)模塊、用戶模塊四個部分組成，并通過基準站網(wǎng)將各個基準站與分析中心連接為一體，形成專門用于工程測量的網(wǎng)絡(luò)。

基于CORS系統(tǒng)的RTK技術(shù)在工程項目測量作業(yè)中，首先實施衛(wèi)星預(yù)報，進行測繪前對衛(wèi)星高度方位、觀測時間、點位圖形強度進行設(shè)定。然后選擇并配置基準站和參考站?；鶞收緫?yīng)避免樓群、樹林或高壓線下，若無法避免，參考站測繪方式及通信模式應(yīng)進行額外設(shè)定，以保證基準站定位準確。之后進行RTK初始化測量，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下的RTK一般采用靜態(tài)初始化方式。最后，在觀測期間要查看基準站信息，每次觀測至少為1min，采樣間隔1s，每個點位都應(yīng)重復(fù)2次觀測。當(dāng)觀測偏差值小于3cm時，可將中間數(shù)作為最終結(jié)果[2]。

CORS技術(shù)在測量中也會受到一些因素影響，導(dǎo)致測量精度不夠準確。主要有衛(wèi)星信號在經(jīng)過電離層和對流層時出現(xiàn)的延遲誤差，或是基準站周圍環(huán)境反射的衛(wèi)星信號干擾到接收設(shè)備出現(xiàn)誤差，也可能是接收設(shè)備自身位置有偏差而導(dǎo)致的誤差。GPS所收集信息應(yīng)通過高強度的加密手段，并對各類數(shù)據(jù)信息的改動應(yīng)有權(quán)限設(shè)置，避免人為誤操作造成數(shù)據(jù)錯誤或丟失。此外，歐盟Galileo（伽利略）系統(tǒng)可以發(fā)送實時的高精度定位信息，能夠在許多特殊條件下提供服務(wù)，即便測量失敗也會在短時間內(nèi)反饋給測繪人員。而我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS)在通信功能方面占據(jù)優(yōu)勢，例如在新冠肺炎疫情中火神山和雷神山醫(yī)院迅速建設(shè)，便是利用北斗高精度技術(shù)，將多次測繪工作一次性完成，節(jié)省了大量建設(shè)時間。

3.2 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)依托于三維激光掃描儀，是以點云的形式表示復(fù)雜物體表面信息的新型坐標(biāo)測量儀器。三維激光掃描技術(shù)以儀器中心為原點建立三維坐標(biāo)，再通過測量激光束的水平豎直角度和目標(biāo)到原點的距離計算出測量點的三維坐標(biāo)，獲取目標(biāo)物體的點云數(shù)據(jù)。

三維激光掃描技術(shù)的作業(yè)流程首先是獲取數(shù)據(jù)，在選定的觀測點上架設(shè)掃描儀，利用計算機軟件控制三維激光掃描儀，對被測對象進行掃描，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。然后在數(shù)據(jù)獲取后進行分析處理，系統(tǒng)會剔除掉點云數(shù)據(jù)中的粗差點，對獲取的影響數(shù)據(jù)進行幾何糾正，再經(jīng)過預(yù)處理將點云數(shù)據(jù)進行拼接，形成一個完整數(shù)據(jù)文件，通過各觀測點與原點公共參照，明確目標(biāo)控制點，并利用點位之間的對比特性實現(xiàn)掃描點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)的匹配，將得出的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中。最后，將坐標(biāo)系進行三維建模，利用點云數(shù)據(jù)和相關(guān)軟件進行模型建立，將此模型數(shù)據(jù)以不同形式提供給測繪人員或設(shè)計人員，根據(jù)模型標(biāo)準完成測量數(shù)據(jù)的輸出與評價。

三維激光掃描技術(shù)在實際掃描環(huán)境中有大量的影響因素，不同地形環(huán)境也將提供不同的掃描條件，而外界環(huán)境難以控制，測量誤差將會增多，導(dǎo)致從測量開始直到三維模型的誤差擴展。因此在地形環(huán)境較為復(fù)雜的區(qū)域應(yīng)選擇更為適宜的測量方式。除了環(huán)境因素外三維激光掃描的點云數(shù)據(jù)還會受到儀器設(shè)備、掃描幾何條件以及物體屬性三方面的影響。儀器設(shè)備本身的硬件參數(shù)包括發(fā)散寬度和角度分辨率以及儀器標(biāo)尺精度；掃描幾何條件會根據(jù)掃描儀的架設(shè)位置不同而發(fā)生改變，從距離、角度、物體大小影響點云密度，進而影響掃描點云的精度；物體屬性則是被掃描物體的奇形怪狀，其輻射率、粗糙程度和構(gòu)成都可能干擾到掃描儀的波長反饋。數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用推廣在測繪質(zhì)量和效率上都極大地滿足了工程需求，不過數(shù)字化測繪技術(shù)是將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，在繪圖過程中的圖片質(zhì)量必須要得到保證，盡可能通過加大信息量收集的方式，讓輸出圖片的清晰度與原始圖像貼近[3]。

3.3 無人機攝影測量技術(shù)

無人機攝影測量技術(shù)需結(jié)合無人機飛行平臺具備的GPS和IMU（慣性傳感器）系統(tǒng)，才能獲取地面物體更為完整準確的信息，將獲得的POS數(shù)據(jù)和像控點數(shù)據(jù)，經(jīng)過平臺系統(tǒng)處理后獲取點云數(shù)據(jù)、數(shù)字影像和三維模型。無人機攝影測量技術(shù)與CORS技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)相比，具有準備時間短、操作控制較為簡單，成本不高、影響分辨率更高的特點，而且無人機飛行多為超低空飛行，能夠惡劣天氣下完成航攝任務(wù)，受天氣條件限制較小。

無人機攝影由飛行平臺、攝像儀器、導(dǎo)航控制系統(tǒng)、地面控制設(shè)備和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。在實際作業(yè)中雖然其準備時間較短，但需要進行的準備較多。首先要對航行進行規(guī)劃設(shè)計，對無人機航攝線路、攝影比例尺、航行高度和速度進行確認。尤其是航攝線路的規(guī)劃，由于無人機航攝會受到地形起伏影響較大，一兩次飛行任務(wù)很難滿足工程測量需求，因此要對航攝區(qū)域進行分區(qū)，減少航飛次數(shù)，縮短測繪周期。而航線設(shè)計中通常會遵循幾個原則。一是按照東西方向進行飛行，使用GPS領(lǐng)航時要確認每條航線的首尾坐標(biāo)。二是當(dāng)測量區(qū)域內(nèi)有水域、草地或其他特征點較少地表類型時，應(yīng)從多角度拍攝，有利于影像的后期處理。三是航攝時間應(yīng)選擇晴天，大氣透明度較高的日期，在反光強烈的地區(qū)與根據(jù)太陽照射情況，適度提前或延后航攝時間。

其次在正式開始進行攝影測量前，應(yīng)對無人機系統(tǒng)進行試飛和試攝，確認各項設(shè)備儀器符合要求后，便可以開始航攝工作。按照之前規(guī)劃設(shè)計好的方案進行無人機攝影即可。無人機攝影測量技術(shù)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是像控點的布設(shè)，像控點的選擇會對最終精度產(chǎn)生較大的影響。一般采用航帶網(wǎng)布點法，有六點、八點和五點三種方式，結(jié)合不同的地形情況和航帶網(wǎng)進行布設(shè)，像控點應(yīng)盡量選擇在航向三片重疊或旁向重疊的中間位置，提高航攝精度。

最后是無人機攝影測量技術(shù)的核心內(nèi)容——空中三角測量。通過少量控制點坐標(biāo)來解決未知點坐標(biāo)和影像的外方位，會直接影響到整個測圖的質(zhì)量。從原始資料代入后，經(jīng)由影像處理、人工修測、自動定向后，通過地面控制點進行精度計算，將測量模型自動接邊，再經(jīng)過接邊點修測，最后導(dǎo)出測繪結(jié)果[4]。

無人機攝影測量的影響因素主要來源于前期準備和實際測量兩方面。前期鏡頭調(diào)整不佳、航線設(shè)計和航行速度制定不符合要求都會影響無人機影像出現(xiàn)畸變。而在實際航攝中，地形變化、像控點選擇、空中三角測量精度也會影響測繪的實際精度。這些精度控制依然需要測繪人員進行完善，保證工程測量的質(zhì)量。

4 結(jié)論

測繪新技術(shù)是測繪工程測量在當(dāng)前信息化、智能化、自動化不斷發(fā)展環(huán)境中的必然產(chǎn)物，也是建設(shè)工程項目進步發(fā)展需求。通過對工程測量的了解，分析了當(dāng)前測繪工程測量中的測繪新技術(shù)，深入探究CORS技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、無人機攝影測量技術(shù)的應(yīng)用狀況，測繪新技術(shù)能夠有效提高測繪工程測量工作的質(zhì)量和效率，促進建設(shè)工程項目發(fā)展。