郭舜強

（寧夏回族自治區(qū)水文地質工程地質環(huán)境地質勘察院 寧夏 銀川 750021）

0 引言

目前對地下建筑物測量技術是一項比較新的測量技術，國內外對該領域研究的很少，大部分的研究都集中在地下礦井、地下管道等的測量以及地下鐵路、地下隧道的施工測量，而對于我們常見的地下建筑物的測量技術的研究卻沒有一個比較系統(tǒng)的總結與實踐。

1 地下建筑物測量技術特點

1.1 全站儀測量技術

地下建筑物的數(shù)據(jù)可以由全站儀測量，全站儀測量技術可以獲取三維的空間數(shù)據(jù)(即包括Z坐標值)，并且全站儀對于高程數(shù)據(jù)Z坐標值的獲取精度較高。全站儀測量技術是采集地物特征點、線最理想的手段，且能夠測量地物的高度，它較適用于小范圍、大比例尺且精度要求高的地圖。全站儀定位測量有以下五點優(yōu)勢:

1.1.1 布點靈活:不像三角鎖/網(wǎng)要求良好的通視條件和有利的幾何圖形，因此適合地下建筑物、地下礦井等復雜條件下的定位測量；

1.1.2 精度高:全站儀比同等級的三角鎖/網(wǎng)的點位精度提高一倍，適用于小范圍、大比例尺且精度要求高的區(qū)域測量和空間數(shù)據(jù)更新；

1.1.3 可靠性高:由于全站儀測量對每條邊長都要觀測，增加了多余觀測因而提高了抵抗粗差的能力；

1.1.4 效率高:所采集的全部測量數(shù)據(jù)能夠自動傳輸?shù)接嬎銠C上自動成圖，相比原來人工采集方法大大提高了工作效率；

1.1.5 經濟性好:實時、自動化的完成地表3D坐標數(shù)據(jù)的測量，工作量提高的同時花費較小。

由于地下建筑物的特殊條件，很大程度上要采用全站儀的優(yōu)勢，全站儀測量能滿足測量的精度以及需求。

1.2 勘丈法技術

勘丈法指利用鋼尺量測的距離及直線、直角的特性測算出待定點的坐標。鋼尺的長度宜用50m和30m，并且最好有毫米刻度。因為地下空間的特殊條件影響，勘丈法技術在地下建筑物的測量中也占很大一部分。下面是我們經常要用到的幾種常見方法:

1.2.1 直角坐標法

直角坐標法又稱為正交法，它是借助測線和垂直短邊支距測定目標點的方法。正交法使用鋼尺丈量距離，配以直角棱鏡作業(yè)。支距長度不得超過一個尺長。

1.2.2 距離交會法

圖1 距離交會法

如圖1所示。已知碎部點A、B欲測碎部點P，則可分別量取P至A、B點距離D1、D2，即可求得P點的坐標。

先根據(jù)己知邊 DAB和 D1、D2，求出角 α、β。

1.2.3 距離直線交會法

圖2 直線交會法

如圖 2 所示，A、B、C 為已知碎部點。 欲測 1，2，3，…，i，量取C點至各待測點的距離，即可求出各點的坐標:

1.2.4 線內插法

圖3 線內插法

如圖 3所示，已知 A、B 兩點，欲測定 AB 直線上 1，2，3，…，i各點，可分別量取相鄰點間的距離 DAi、D12、D23……等，從而求出各內插點的坐標。

1.3 激光測量技術

隨著激光技術和電子技術的發(fā)展，激光測量已經從靜態(tài)的點測量發(fā)展到動態(tài)的跟蹤測量和3D立體測量領域。上個世紀末，美國的CYRA公司和法國的MENSI公司率先將激光技術發(fā)展到三維測量領域。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)。可以快速、大量的采集空間點位信息，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術手段。由于其具有快速性，不接觸性，穿透性，實時、動態(tài)、主動性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動化等特性，其應用推廣很有可能會像GPS一樣引起測量技術的又一次革命。激光測量技術具有以下六方面優(yōu)勢:

1.3.1 快速性:激光測量技術能夠實現(xiàn)大范圍內目標空間數(shù)據(jù)的快速采集，測得地物目標的空間立體結構。

1.3.2 不接觸性:能夠不接觸測量的目標對象就實現(xiàn)其空間信息的獲取，解決測量人員難以到達的區(qū)域、高危險區(qū)域的測量困難。

1.3.3 穿透性:激光掃描技術能夠在一瞬間獲取某區(qū)域大量的采樣點，這些采樣點能夠反映目標地物不同層面上的采樣信息。

1.3.4 實時、動態(tài)、主動性:激光測量技術通過探測自身發(fā)射出的光的反射來獲取目標地物的空間信息，不受時間和空間的限制。

1.3.5 高精度、高密度:激光掃描技術通過直接掃描地物目標來獲取其空間信息特征，得到的采樣點不僅十分密集而且采樣點點距很小。

1.3.6 數(shù)字化、自動化:激光掃描技術采用全數(shù)字特征，可靠性良好。

1.4 地下建筑物測量技術的特點

在地面上，三維數(shù)字地形圖受環(huán)境影響相對來說較小，而地下建筑物的測量的起始數(shù)據(jù)是由地面上引過來，因此精度已經較低，而且在用儀器測量碎步點的數(shù)據(jù)時，受條件限制(很多地下建筑物形狀曲折)，沒有較寬闊的視野，對采集三維數(shù)據(jù)造成了很大的困難。因此，地下建筑物三維空間數(shù)據(jù)具有以下的特點:

1.4.1 相對狹窄的地下空間測量環(huán)境不同于地面，比如不能接受到GPS信號使得測量技術應用受到限制；

1.4.2 不受天氣影響；

1.4.3 測量數(shù)據(jù)誤差較大，因此對精度要求降低；

1.4.4 地下建筑物的底面高程注記應加圓括號；

1.4.5 需要測量地下建筑物的高度。

2 三維數(shù)據(jù)的獲取

2.1 地面控制測量

地面控制測量的基本任務是根據(jù)地下工程的特點和需要，在地面布設一定形狀的控制網(wǎng)，并且精密其地面位置，地面控制測量的目的是為地下控制測量傳遞地面坐標，建立整體控制基礎。

2.1.1 地下建筑物的地面平面控制測量

根據(jù)地下工程的特點、范圍、地形條件，采取精密導線、三角測量以及GPS技術進行測量。地下空間建筑物的控制測量根據(jù)其工程范圍(或者長度)、工程類型、工程的施工方法可以分為三類:

①直接法

②精密導線法

③GPS定位技術

2.1.2 地下建筑物的地面高程控制測量

高程控制測量的任務是在出入口(洞口)附近設立2到3個水準基點，以便于向入口或傳遞高程，高程控制測量方法可以采用等級水準測量、光電測距三角高程測量。一般在地勢較平坦的地區(qū)采取等級水準測量，在地勢復雜的地區(qū)采用光電測距三角高程測量。

2.2 聯(lián)系測量

在城市地下鐵道、地下建筑物工程以及各種地下采礦工程中，應該通過平硐、斜井以及立井將地面的平面坐標系統(tǒng)以及高程系統(tǒng)傳遞到地下，使地面與地下建立統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)，該項工作成為聯(lián)系測量。通過平硐、斜井的聯(lián)系測量可以采用導線測量、水準測量、三角高程測量完成、而立井的聯(lián)系測量分為平面聯(lián)系測量和高程聯(lián)系測量。平面聯(lián)系測量分為一井定向和兩井定向和陀螺經緯儀定向。立井平面聯(lián)系測量的任務是測定地下導線起始邊的坐標方位角和地下導線地算點的平面坐標。高程聯(lián)系測量的任務是確定地下高程測量的任務是確定地下高程基點的高程。

3 結束語

總之，建立城市地下建筑物測繪信息管理系統(tǒng)是提高城市地下空間資源規(guī)劃、開發(fā)和管理能力和決策效率的必要途徑。在對地下空間測量技術的研究條件下，對地下建筑物實現(xiàn)可視化和信息化，并對勘察、設計、施工及城市規(guī)劃、管理中各種地下空間地理分布信息進行數(shù)據(jù)采集、存儲、管理和分析，能夠對龐雜的工程資料進行綜合動態(tài)管理，提高數(shù)據(jù)可視化程度，為建筑、城市規(guī)劃及巖土工程勘察等相關領域提供有力的決策依據(jù)。

［1］王超領，岳東杰，王瑞，等.城市地下空間三維地籍的建立研究[J].測繪科學，2009，11.

［2］鄭文華.地下工程測量[M].煤炭工業(yè)出版社，2007.