孔莉明（太原市測(cè)繪研究院，山西 太原 030002）

0.引言

太原市雙塔寺地下人防通道修建于20世紀(jì)70年代。隨著時(shí)間的推移，受限于當(dāng)時(shí)的修建條件、使用材料、工藝水平的影響，該人防工程多處滲水，部分區(qū)域甚至發(fā)生了坍塌。因雙塔陵園需重新設(shè)計(jì)、建設(shè)公園，并可能將原地下人防通道開(kāi)放使用，需將地下人防通道的平面位置、布局及埋深等基本信息準(zhǔn)確地測(cè)繪出來(lái)，以確保施工過(guò)程中對(duì)地下人防通道的保護(hù)。

雙塔寺地下人防通道環(huán)境惡劣，內(nèi)部無(wú)照明設(shè)備，空氣稀薄，局部有淤泥和封堵情況；布局錯(cuò)綜復(fù)雜，和通道相連設(shè)有各類(lèi)洞室。測(cè)量條件不理想，測(cè)量難度較大。且雙塔寺地下人防通道修建伊始，由多家單位聯(lián)合修建，受限于當(dāng)時(shí)的條件，本項(xiàng)目施測(cè)前無(wú)對(duì)地下通道平面位置描述準(zhǔn)確的圖紙及地下通道埋深等信息。為確保在本次施工過(guò)程中地下通道不被破壞，同時(shí)可能對(duì)地下人防通道進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用、維護(hù)修繕，準(zhǔn)確了解地下通道的健康狀況，故急需測(cè)量地下人防通道的平面位置及布局、地下人防地表高程、洞頂高程、地下人防地表位置及埋深。

1.工程測(cè)量實(shí)施方案

通過(guò)分析已有資料、現(xiàn)場(chǎng)踏勘后，對(duì)該地下人防戰(zhàn)備工程測(cè)量技術(shù)方法進(jìn)行研究探討，確定主要工作內(nèi)容為首級(jí)控制測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、洞穴測(cè)量、示位測(cè)量、地面三維激光掃描測(cè)量等。具體包括E級(jí)GPS控制點(diǎn)測(cè)量，四等水準(zhǔn)測(cè)量；約6.2km地下三級(jí)導(dǎo)線測(cè)量；約6.2km地下人防通道及房間的平面位置測(cè)量、洞底和洞頂標(biāo)高測(cè)量；約6.2km定位地下人防通道的地表位置測(cè)量，計(jì)算埋深。

實(shí)施方案為現(xiàn)場(chǎng)踏勘、GPS控制點(diǎn)（導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)）的選取與布設(shè)、各項(xiàng)地下人防戰(zhàn)備工程測(cè)量施測(cè)、測(cè)量數(shù)據(jù)處理、成果整理等，具體作業(yè)流程（如圖1所示）:

圖1 地下人防通道工程測(cè)量作業(yè)流程圖

2.地下人防通道施測(cè)技術(shù)路線

2.1 點(diǎn)位選取與布設(shè)

2.1.1 GPS控制點(diǎn)布設(shè)

依據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，GPS控制點(diǎn)選取與布設(shè)應(yīng)滿足下列要求：GPS控制點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固可靠的地方，且每個(gè)GPS控制點(diǎn)至少有1個(gè)通視方向，通視條件好，方便后續(xù)的導(dǎo)線測(cè)量；GPS控制點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)選在視野開(kāi)闊，高度角在15°以上的范圍內(nèi)，無(wú)障礙物；點(diǎn)位附近不應(yīng)有強(qiáng)烈干擾接收衛(wèi)星信號(hào)的干擾源或強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物體；GPS點(diǎn)埋設(shè)選用7cm GPS專(zhuān)用觀測(cè)鋼釘直接釘入地面。

2.1.2 水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)

本項(xiàng)目水準(zhǔn)點(diǎn)利用布設(shè)的GPS控制點(diǎn)。

2.1.3 導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)

依據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，地下人防通道內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)的選取應(yīng)滿足下列要求：地下人防通道內(nèi)拐角較多，故選取導(dǎo)線點(diǎn)時(shí)在滿足規(guī)范要求的前提下應(yīng)盡可能地增大導(dǎo)線邊的長(zhǎng)度，導(dǎo)線點(diǎn)宜選取在地下人防通道拐角、岔口處。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，通道正中間為人防排水，導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)時(shí)應(yīng)避開(kāi)排水的溝渠蓋板；導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)用10cm螺紋鋼釘直接釘入地面；點(diǎn)號(hào)依據(jù)前期踏勘時(shí)標(biāo)注的洞室標(biāo)號(hào)進(jìn)行次級(jí)命名。

2.2 控制測(cè)量

2.2.1 平面控制測(cè)量

施測(cè)前，按要求制訂好觀測(cè)計(jì)劃，明確基本技術(shù)要求、GPS測(cè)站作業(yè)要求及觀察過(guò)程中禁止操作規(guī)定等。實(shí)際測(cè)量過(guò)程嚴(yán)格按照觀測(cè)計(jì)劃執(zhí)行，保證觀測(cè)質(zhì)量，輸出整理觀測(cè)成果數(shù)據(jù)。

本項(xiàng)目平面首級(jí)控制設(shè)計(jì)時(shí)擬采用GPS靜態(tài)觀測(cè)的方式進(jìn)行，但在觀測(cè)完成后進(jìn)行GPS解算時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分點(diǎn)的觀測(cè)質(zhì)量一般，影響了靜態(tài)基線解算及平差。因受限于測(cè)區(qū)的條件，故實(shí)際施測(cè)時(shí)并未重新進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)。而是采用單基準(zhǔn)站（TYCORS站）直接獲取控制點(diǎn)獨(dú)立坐標(biāo)（快速靜態(tài)）的方式并用全站儀觀測(cè)各控制點(diǎn)通視方向的角度、距離。經(jīng)過(guò)計(jì)算，這種方式獲取的控制點(diǎn)平面坐標(biāo)精度較好，本項(xiàng)目中用來(lái)代替原設(shè)計(jì)中的靜態(tài)觀測(cè)。通過(guò)快速靜態(tài)的測(cè)量方法，解算結(jié)果經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)量驗(yàn)證，精度良好，滿足要求。

2.2.2 高程控制測(cè)量

按照國(guó)家四等水準(zhǔn)測(cè)量要求，采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，與選取的已知二等水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

水準(zhǔn)測(cè)量的具體技術(shù)要求（如表1、表2所示）：

表1 水準(zhǔn)觀測(cè)的視線長(zhǎng)度、前后視距差和視線高要求

表2 水準(zhǔn)觀測(cè)的限差

2.3 導(dǎo)線測(cè)量

地下人防通道無(wú)可用光源，本次導(dǎo)線測(cè)量配備專(zhuān)人進(jìn)行照明工作，保證基座的對(duì)中、整平精度。

2.3.1 導(dǎo)線平面測(cè)量

為了提高觀測(cè)精度，本次選用0.5″級(jí)儀器進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，使用徠卡TS50測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)觀測(cè)。

水平角觀測(cè)采用方向觀測(cè)法，水平角精度要求（如表3所示）：

表3 水平角觀測(cè)要求

距離觀測(cè)精度要求（如表4所示）：

表4 水平角觀測(cè)要求

2.3.2 導(dǎo)線高程測(cè)量

垂直角及邊長(zhǎng)測(cè)量要求（如表5所示）：

表5 垂直角及邊長(zhǎng)測(cè)量要求

因地下人防在各個(gè)出入口處高差較大，垂直角觀測(cè)值容易超限。經(jīng)研究，本項(xiàng)目在地下人防出入口處觀測(cè)時(shí)增加了測(cè)回?cái)?shù)。儀器在自動(dòng)觀測(cè)時(shí)若觀測(cè)值超限，則立即報(bào)警并重新開(kāi)始本測(cè)回觀測(cè)。高精度測(cè)量?jī)x器的使用確保了本次導(dǎo)線測(cè)量及三角高程測(cè)量的觀測(cè)質(zhì)量。

2.4 洞室測(cè)量

三維激光掃描技術(shù)通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法，以點(diǎn)云的形式獲取物體或地形表面的三維空間信息和反射率信息，能夠準(zhǔn)確獲取目標(biāo)對(duì)象的紋理信息。相較于與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，該技術(shù)具有效率好、精度高、非接觸主動(dòng)測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，有效避免了傳統(tǒng)作業(yè)方式外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間長(zhǎng)、重復(fù)測(cè)量、工作效率低等缺點(diǎn)，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。

本項(xiàng)目的洞室測(cè)量采用三維激光掃描結(jié)合導(dǎo)線及碎部測(cè)量的方式，來(lái)確定洞室的相對(duì)位置及絕對(duì)位置。在布設(shè)的導(dǎo)線點(diǎn)上架設(shè)全站儀，采集人防洞室的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并在后期處理過(guò)程中與采集的碎部點(diǎn)坐標(biāo)相結(jié)合處理，以提高洞室的平面位置精度。三維激光掃描測(cè)量選用天寶TX5型三維激光掃描儀。

2.4.1 測(cè)站選取及儀器架設(shè)原則

（1）本次選取儀器有效掃描距離約測(cè)站前后視距20m，故測(cè)站間間距不宜超過(guò)35m，同時(shí)為確保工期，儀器架設(shè)距離不宜過(guò)短。

（2）在地下通道岔口處應(yīng)架設(shè)儀器。

（3）因三維激光掃描儀存在底部60°掃描盲區(qū)，為了盡可能減少掃描盲區(qū)對(duì)成果的影響，儀器不宜架設(shè)過(guò)高。

（4）架設(shè)儀器時(shí)應(yīng)將腳架底部螺旋旋轉(zhuǎn)至腳尖露出，檢查儀器底座的穩(wěn)定性、底座卡扣工作狀態(tài)、儀器與腳架的固定旋鈕、伸縮性腳架的固緊螺絲等，上述檢查完畢后將儀器安置在腳架上，并整平。

（5）每4-5測(cè)站需聯(lián)測(cè)洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)。

2.4.2 標(biāo)靶球擺放要求

測(cè)站間利用標(biāo)靶球和洞內(nèi)特征點(diǎn)進(jìn)行拼接。標(biāo)靶球擺設(shè)不應(yīng)擺設(shè)為等邊三角形，測(cè)站前進(jìn)方向應(yīng)確保有3個(gè)以上的特征點(diǎn)及標(biāo)靶球，以便后期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)匹配。標(biāo)靶球擺設(shè)時(shí)應(yīng)避開(kāi)本站掃描盲區(qū)并考慮下一站的儀器架設(shè)位置。

2.4.3 三維激光掃描

（1）技術(shù)指標(biāo)

主要利用三維激光掃描進(jìn)行洞室及主洞的平面位置測(cè)量，依據(jù)規(guī)范要求及本次項(xiàng)目定級(jí)，三維激光掃描連續(xù)拼接次數(shù)不應(yīng)超過(guò)5次，故需在掃描中帶入部分控制點(diǎn)，以便后期點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接及精度驗(yàn)證。

三維激光掃描主要技術(shù)要求為：在掃描過(guò)程中，要求觀測(cè)人員記錄觀測(cè)起始時(shí)間后躲避至掃描有效范圍外，根據(jù)儀器預(yù)算掃描時(shí)間，計(jì)算當(dāng)前測(cè)站掃描結(jié)束時(shí)間，待掃描完成聽(tīng)到儀器提示音后，方可靠近儀器。掃描完成后，根據(jù)屏幕顯示的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)果，粗略尋找標(biāo)靶球,確保能進(jìn)行順利拼接。掃描時(shí)應(yīng)確保拐角、岔口處的掃描質(zhì)量。人防入口處應(yīng)掃描已知控制點(diǎn)，應(yīng)保證在1測(cè)站掃描3個(gè)以上控制點(diǎn)，以便后期點(diǎn)云數(shù)據(jù)的定位。

單測(cè)站掃描結(jié)束后，在儀器上對(duì)測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的查看，主要查看內(nèi)容包括標(biāo)靶球是否全部掃描上，標(biāo)靶球在本測(cè)站的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中是否清晰可見(jiàn)，拍攝照片過(guò)程中是否有人員走動(dòng)，是否有手電等高亮度光源影響拍攝質(zhì)量等。若某一測(cè)站掃描質(zhì)量不佳，需重新進(jìn)行掃描。

受洞內(nèi)環(huán)境、測(cè)量條件的限制，本次作業(yè)采用點(diǎn)云數(shù)據(jù)先整體拼接，后驗(yàn)證精度的作業(yè)方式。將地下人防的三維激光掃描數(shù)據(jù)完全拼接、定位后，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)里采集放置在導(dǎo)線點(diǎn)上的標(biāo)靶球坐標(biāo)。與經(jīng)過(guò)平差處理后的導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)（經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究確定比對(duì)密度為6 point/150m）。存在部分區(qū)域不能滿足6 point/150m的導(dǎo)線點(diǎn)比對(duì)密度，需外業(yè)全站儀采集部分洞室特征點(diǎn)，特征點(diǎn)應(yīng)采集特征線與地面相交處節(jié)點(diǎn)。

（2）數(shù)據(jù)處理

利用掃描時(shí)聯(lián)測(cè)的地表控制點(diǎn)及洞內(nèi)聯(lián)測(cè)的部分導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的絕對(duì)定位。在絕對(duì)定位過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)量較大，計(jì)算機(jī)無(wú)法運(yùn)行。故本項(xiàng)目采用分段絕對(duì)定位的方式進(jìn)行點(diǎn)云定位。點(diǎn)云絕對(duì)定位精度最大殘差為0.3m。由于殘差過(guò)大，不滿足本次測(cè)量的精度要求，故將點(diǎn)云拼接成果投影成圖片，將圖片導(dǎo)入到軟件中采集洞內(nèi)的輪廓，并將采集的輪廓與全站儀測(cè)量獲取的洞內(nèi)的碎部點(diǎn)結(jié)合，對(duì)洞室的平面絕對(duì)位置進(jìn)行糾正。用這種后處理方式進(jìn)行絕對(duì)定位，糾正后的人防洞室輪廓與外業(yè)實(shí)測(cè)的地表出入口、通風(fēng)口等擬合較好，經(jīng)過(guò)比對(duì)，最大誤差約0.13m，能夠滿足本次使用。

利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采集洞室凈高變化處的洞內(nèi)凈高。結(jié)合洞內(nèi)布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)的三角高程信息及全站儀碎部點(diǎn)采集的洞室高程信息，來(lái)確定洞內(nèi)的頂高、底高。地表高程利用高分辨率航攝資料立體采集獲取，外業(yè)對(duì)部分航測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了檢核。重點(diǎn)采集地表覆蓋類(lèi)型變化、高程變化處的地表高程信息。通過(guò)洞內(nèi)地面高程、洞室凈高（洞頂高程）、地表高程來(lái)反映地下人防的埋深信息。

2.5 示位測(cè)量

導(dǎo)線測(cè)量及洞室測(cè)量結(jié)束后，整理出地下人防的平面位置信息。利用RTK、全站儀對(duì)地下人防平面位置關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，采集節(jié)點(diǎn)所在的地表高程，計(jì)算埋深。當(dāng)?shù)叵氯朔揽邕^(guò)建筑時(shí)，需如實(shí)采集人防線路上建筑物的散水及正負(fù)零高程。部分人防通道位于現(xiàn)狀施工區(qū)內(nèi)，在施工區(qū)內(nèi)的示位測(cè)量時(shí)，地面高程起伏較大，需在數(shù)據(jù)中備注說(shuō)明。

2.6 精度評(píng)定

本項(xiàng)目中，由于數(shù)據(jù)量較大，測(cè)站數(shù)較多，通過(guò)軟件內(nèi)置的絕對(duì)定位功能進(jìn)行定位的結(jié)果不能滿足要求（精度0.3m）。經(jīng)探討研究，采用后處理的定位方式，即點(diǎn)云拼接結(jié)束后，將點(diǎn)云拼接成果進(jìn)行投影，輸出投影圖片（0.03m/pixel），采集投影圖片的輪廓信息，利用全站儀測(cè)量的洞內(nèi)特征點(diǎn)，進(jìn)行洞室輪廓的糾正。糾正結(jié)果與地面實(shí)測(cè)的出入口、排氣孔、瞭望哨等進(jìn)行比對(duì)。經(jīng)比對(duì)，最大偏差約13cm，滿足精度要求。

3.結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目涉及到的測(cè)量?jī)?nèi)容較多，綜合性較強(qiáng)，實(shí)施過(guò)程采用了一些較新的測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器，并嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確測(cè)定了地下人防通道的平面位置、布局及埋深等基本信息，保證成果滿足要求，為后續(xù)對(duì)雙塔寺地下人防通道保護(hù)工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。