馬力，盧榮

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州　510060)

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廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量

馬力*，盧榮

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510060)

摘要：基于E級(jí)GPS控制網(wǎng)布設(shè)圖根導(dǎo)線進(jìn)行細(xì)部觀測(cè)，結(jié)合三維激光掃描技術(shù)完成廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量，并將成果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，實(shí)現(xiàn)地形圖動(dòng)態(tài)更新。通過全站儀觀測(cè)數(shù)據(jù)與三維掃描結(jié)果的對(duì)比分析，表明三維激光掃描技術(shù)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、超大規(guī)模建筑物測(cè)量中具有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：控制測(cè)量；地形測(cè)繪；三維激光掃描；動(dòng)態(tài)更新

1引言

廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)占地面積為15 km2，其中一期建筑面積為40萬m2(包括航站樓主樓部分、東一、東二指廊、西一、西二指廊及連接樓部分、航管樓及指揮塔)，二期建筑面積為28萬m2(包括航站樓附屬建筑物、東三、西三指廊及連接樓等)，規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量涉及大量的地形測(cè)繪和建筑物面積測(cè)量。

航站樓的外觀設(shè)計(jì)呈現(xiàn)自然流動(dòng)的緩弧形整體造型，整體采用了鋼結(jié)構(gòu)屋架和點(diǎn)式玻璃幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，部分垂直立面最高處達(dá)到近 60 m，且層層弧形屋頂相交錯(cuò)。建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜加大了測(cè)量工作量和施測(cè)難度，立面高程測(cè)量變得十分困難，用全站儀設(shè)站觀測(cè)的方式較難采集到建筑物最高點(diǎn)處的高程，需要綜合應(yīng)用激光測(cè)距儀、全站儀、三維激光掃描儀等多種儀器設(shè)備來進(jìn)行立面測(cè)量。

2控制測(cè)量

為滿足機(jī)場(chǎng)航站樓及飛機(jī)指廊測(cè)量精度要求，在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)與機(jī)場(chǎng)控制網(wǎng)系統(tǒng)相一致的E級(jí)GPS控制網(wǎng)點(diǎn)10點(diǎn)。以機(jī)場(chǎng)首級(jí)C級(jí)控制點(diǎn)作為起算，其中C1～C4為C級(jí)GPS控制網(wǎng)點(diǎn)，W1～W5和E1～E5為E級(jí)GPS控制網(wǎng)點(diǎn)。E級(jí)控制網(wǎng)基線數(shù)據(jù)處理軟件采用JAVAD隨機(jī)軟件Pinnacle軟件進(jìn)行解算，將解算出來的基線用同濟(jì)大學(xué)GPS后處理軟件TGPPS for Windows進(jìn)行平差計(jì)算。

在WGS-84坐標(biāo)系下進(jìn)行三維無約束平差，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后在廣州坐標(biāo)系下進(jìn)行約束平差。保證和機(jī)場(chǎng)布設(shè)的E級(jí)施工控制網(wǎng)起算一致，E級(jí)控制網(wǎng)以機(jī)場(chǎng)周邊的基巖水準(zhǔn)點(diǎn)為起算，聯(lián)測(cè)二等水準(zhǔn)高程，如圖1所示。E級(jí)GPS控制網(wǎng)精度統(tǒng)計(jì)如表1所示，滿足《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》要求。

為了確保水準(zhǔn)觀測(cè)精度，二等水準(zhǔn)觀測(cè)使用天寶DiNi12電子數(shù)字水準(zhǔn)儀及與之相配套的銦鋼條碼水準(zhǔn)尺，天寶DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀標(biāo)稱精度為往返水準(zhǔn)測(cè)量每千米標(biāo)準(zhǔn)差 0.3 mm，測(cè)前進(jìn)行i角檢驗(yàn)，限差均小于15″。二等水準(zhǔn)平差計(jì)算使用南方平差易2005版軟件。二等水準(zhǔn)觀測(cè)及平差計(jì)算精度等指標(biāo)均符合《城市測(cè)量規(guī)范》要求[1]，精度統(tǒng)計(jì)如表2所示：

3細(xì)部點(diǎn)采集與地形圖測(cè)繪

在控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，布設(shè)圖根附合導(dǎo)線25條，圖根導(dǎo)線采用三角高程測(cè)量的方法測(cè)量圖根控制點(diǎn)高程，平差軟件采用測(cè)區(qū)成果處理系統(tǒng)軟件進(jìn)行計(jì)算，精度符合規(guī)范要求，滿足廣州市規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量及 1∶500地形圖測(cè)繪。

根據(jù)《廣州市數(shù)字地圖測(cè)量技術(shù)規(guī)程》[2]的要求，在圖根導(dǎo)線施測(cè)同時(shí)，對(duì)驗(yàn)收建筑物房角點(diǎn)、房頂點(diǎn)、內(nèi)外地臺(tái)點(diǎn)及周邊地形地物點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，每個(gè)測(cè)站先完成圖根導(dǎo)線觀測(cè)后，再進(jìn)行細(xì)部點(diǎn)采集[3]。細(xì)部點(diǎn)采集應(yīng)該注意如下幾點(diǎn)：

(1)所有建筑物外角均應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，室內(nèi)功能區(qū)分線應(yīng)盡可能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

(2)道路、水系、獨(dú)立地物、構(gòu)筑物、各類檢修井、電桿均應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行竣工測(cè)量的建筑物的內(nèi)外地臺(tái)、樓頂高程、綠化地散點(diǎn)高程應(yīng)實(shí)測(cè)。

(3)野外數(shù)據(jù)采集時(shí)視距長(zhǎng)度應(yīng)控制在 80 m以內(nèi)，測(cè)距的最大長(zhǎng)度不得超過 150 m。

4三維激光掃描測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

三維激光掃描測(cè)量技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)越性，如不受天氣限制、高效率、數(shù)據(jù)采樣率高、非接觸主動(dòng)測(cè)量、直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)等[4]。因此，該技術(shù)在人員無法到達(dá)的地點(diǎn)及測(cè)量區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜等情況下發(fā)揮了重要作用。

由于機(jī)場(chǎng)區(qū)域受控，很多地方禁止進(jìn)入，而建筑物的規(guī)劃驗(yàn)收要求精度較高，傳統(tǒng)的測(cè)量模式無法采集該區(qū)域的建筑物等外業(yè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此引進(jìn)高精度的三維激光掃描測(cè)量技術(shù)。通過三維激光掃描儀對(duì)建筑場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，得到了反映建筑物表面幾何結(jié)構(gòu)的三維信息，通過這些三維掃描數(shù)據(jù)即可進(jìn)行快速的三維模型建立，如圖2所示。本次數(shù)據(jù)采集采用Rigel-VZ400型三維激光掃描儀，其反射距離為 500 m(對(duì)反射率為90%的物體)。

采用三維激光掃描儀對(duì)建筑物掃描后，進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括點(diǎn)云去噪、點(diǎn)云修補(bǔ)和點(diǎn)云配準(zhǔn)等，預(yù)處理環(huán)節(jié)主要工作在掃描儀配套軟件中完成。首先在地面三維激光掃描儀的配套軟件RiscanPro中去除偏差較大的噪音，再在Geomagic Studio中去噪與交互式操作補(bǔ)洞[5]。

圖2利用三維激光掃描測(cè)量數(shù)據(jù)繪制航站樓竣工立面圖

本項(xiàng)目點(diǎn)云配準(zhǔn)采用站站間配準(zhǔn)模式：根據(jù)人工交互式移動(dòng)測(cè)站，使未配準(zhǔn)站移動(dòng)到已配準(zhǔn)站的對(duì)應(yīng)位置，匹配精度以能夠執(zhí)行自動(dòng)精確匹配為準(zhǔn)。粗配結(jié)束，采用軟件自動(dòng)精確精配，提高配準(zhǔn)精度，配準(zhǔn)誤差在 0.01 m以內(nèi)，方可進(jìn)行下一站配準(zhǔn)。

由于玻璃幕墻的通透性，采集航站樓細(xì)部點(diǎn)時(shí)免棱鏡全站儀和三維激光掃描儀不能直接通過反射獲取數(shù)據(jù)，全站儀必須通過使用小棱鏡來獲取，增加了細(xì)部點(diǎn)采集的難度和工作量。雖然三維激光掃描測(cè)量技術(shù)在通透材質(zhì)的建筑物數(shù)據(jù)采集中有一定的局限性，但在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、超大規(guī)模建筑物測(cè)量中的應(yīng)用有明顯優(yōu)勢(shì)。表5給出了全站儀與三維激光掃描測(cè)量點(diǎn)位坐標(biāo)對(duì)比情況，可見掃描測(cè)量坐標(biāo)精度中誤差為 3.0 cm，滿足了測(cè)量規(guī)范中對(duì)竣工測(cè)量主要地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不應(yīng)大于 5.0 cm的精度要求。

5地形圖數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新

按照《廣州市城市規(guī)劃基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)整理工作手冊(cè)(1∶500、1∶1000、1∶2000)》[6]，采用廣州市規(guī)劃基礎(chǔ)信息化測(cè)繪平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查整理。數(shù)據(jù)整理的基本原則是：信息化原則，即整理、存儲(chǔ)點(diǎn)、線、面空間要素的定位點(diǎn)、定位線、骨架線、輪廓線，舍棄用于圖式符號(hào)表示的輔助線劃；圖屬一體化原則，即空間要素及其屬性一體化采集、一體化存儲(chǔ)；對(duì)象完整性原則，即保持地物等空間對(duì)象的整體性、完整性；標(biāo)準(zhǔn)化原則，按照《廣州市城市規(guī)劃基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(500和2000)》及其補(bǔ)充規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行[7]，如圖3所示。

圖3廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓地形圖動(dòng)態(tài)更新

系統(tǒng)在入庫(kù)時(shí)，自動(dòng)將清華山維數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與后臺(tái)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中該范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并自動(dòng)計(jì)算出新增的、修改的、刪除的地物要素?cái)?shù)量。將后臺(tái)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中入庫(kù)(更新)區(qū)域內(nèi)的原始數(shù)據(jù)寫入歷史庫(kù)中，同時(shí)將入庫(kù)(更新)區(qū)域內(nèi)的新數(shù)據(jù)寫入到現(xiàn)勢(shì)庫(kù)中，生成數(shù)據(jù)入庫(kù)日志[8]，完成對(duì)廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)整理及動(dòng)態(tài)更新入庫(kù)。

6結(jié)論

本項(xiàng)目綜合應(yīng)用激光測(cè)距儀、全站儀、三維激光掃描儀等多種儀器設(shè)備對(duì)廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓進(jìn)行竣工驗(yàn)收測(cè)量，并基于廣州市規(guī)劃基礎(chǔ)信息化測(cè)繪平臺(tái)完成地形圖數(shù)據(jù)整理及更新入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外一體化。通過與全站儀數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)三維激光掃描測(cè)量的點(diǎn)位精度能夠滿足城市規(guī)劃驗(yàn)收的要求。

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Final Planning Surveying of Guangzhou New Baiyun International Airport Terminal

Ma Li，Lu Rong

(Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China)

Key words：control survey；profile survey；3d laser scanning；dynamic update

Abstract：Planning topographic control traverses on base of the E-class GPS control network，the final planning surveying of Guangzhou new Baiyun international airport terminal with 3D laser scanning technology is completed. Analyzing result of the total station and 3D laser scanner，it shows that the 3D laser scanning technology has a good application prospect in completion surveying of building with complex structures or large scales. In addition，this paper achieves dynamic update data through the transformation between vector data and GIS data.

文章編號(hào)：1672-8262(2016)03-140-04

中圖分類號(hào)：P258

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

*收稿日期：2016—02—25

作者簡(jiǎn)介：馬力(1985—)，男，工程師，主要從事城市工程測(cè)量方面工作。

基金項(xiàng)目：廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012Y2-00035；2013Y2-00031)資助。