孟祥勝

（山東省地勘局第二水文地質工程地質大隊（山東省魯北地質工程勘察院），山東德州 253000）

0 前言

數(shù)字化測繪技術在精度、效率、綜合性、實用性、動態(tài)性等方面均具備顯著優(yōu)勢，原圖數(shù)字化技術、地面數(shù)字測圖技術、GPS 技術、三維數(shù)碼攝影測量技術均屬于其中代表。為保證這類技術較好地服務于地質工程測量，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 地質工程測量中數(shù)字化測繪技術的基本應用

1.1 原圖數(shù)字化技術

原圖數(shù)字化技術屬于典型的數(shù)字化測繪技術，該技術可細分為手扶跟蹤數(shù)字化和掃描矢量化，由此得到的工程測量原圖比例和尺寸能夠滿足國家規(guī)定要求，地質工程測量準確性也能夠更好得到保障。工程測量原圖的掃描矢量化處理在精準度、測繪效率等方面具備顯著優(yōu)勢，但同時可能導致原圖精準性下降等問題在應用過程中出現(xiàn)，因此該技術多被視作應急措施，如用于補測或者修測，滿足原圖數(shù)字化處理的校準需要。結合工程實踐可以發(fā)現(xiàn)，測量原圖在地質工程測量完成后均需要開展數(shù)字化處理，工程測繪圖紙編制的綜合質量直接受到處理效果影響，因此原圖數(shù)字化技術的應用需重點關注具體的測量條件和環(huán)境，以此保證處理方法的針對性有效應對，強化對測量效率和精度的控制，滿足制圖標準和要求，原圖的合理性和可靠性將由此得到保障。此外，原圖數(shù)字化技術可配合一定計算方法應用，如多級影像金字塔匹配計算方法，以此得到均勻分布的每一張測量圖片連接點，結合數(shù)字化全圖技術即可靈活調整圖片匹配程度，更好地滿足實際工程需要[1]。

1.2 地面數(shù)字測圖技術

地質工程測量很多時候存在較高的精確性要求，為保證具體要求能夠由地質勘探實際結果滿足，地面數(shù)字測圖的應用極為關鍵。作為內外一體化數(shù)字測圖技術，地面數(shù)字測圖技術的適用性較強且應用范圍較廣，對于存在較高工程測量結構準確性、過大比例尺縮放范圍以及國家制圖標準與實際測圖不符的地質工程測量項目來說，地面數(shù)字測圖技術的應用具備較高實用性?；诘孛鏀?shù)字測圖技術，高精確性的數(shù)字測圖繪制能夠順利實現(xiàn)。值得注意的是，地面數(shù)字測圖技術在應用中可同時采用其他測試方式作為輔助，以此有效縮減待測量地形點范圍至精確范圍內，精準化和精細化的數(shù)字測圖將順利開展[2]。

1.3 GPS 技術

GPS 技術近年來在我國多個領域均有深入應用，地質工程測量同樣需要得到GPS 技術的支持，如通過GPS 技術提供的定位功能即可保證地質工程測量結果的準確性。地質工程測量中數(shù)字化測繪技術的應用需重點關注GPS 技術定位功能，基于測點對象在其中置入GPS 數(shù)據(jù)連接設備和接收設備，通過直接聯(lián)系衛(wèi)星，即可開展實時跟蹤，并向移動站傳送實時獲取的測繪信息。接收的測繪信息由移動站負責及時分析和處理，高實時性的地質工程測量將順利開展，測量精度也能夠得到保障。一般情況下，地質工程測量中GPS 技術的應用可實現(xiàn)亞米級別的測量精度控制，但為了充分發(fā)揮GPS 技術的優(yōu)勢，應設法保證大功率無線電發(fā)射源與GPS 接收設備埋設點的間隔控制在50m 以上，且保證障礙物不存在于15°以內，以此開展微型報表檢索，對控制點的觀測即可應用靜態(tài)模式進行。

1.4 三維數(shù)碼攝影測量技術

三維數(shù)碼攝影測量技術同樣屬于典型的數(shù)字化測繪技術，該技術能夠克服復雜工程環(huán)境帶來的限制，快速采集與編錄地質結構面和地形信息，在地質工程測量領域具備較高應用價值。在三維數(shù)碼攝影測量技術的基本應用中，可直接將其用于地質工程測量的地表測量、變形監(jiān)測、地質編錄等工作，以此收集日常性基礎資料，可由此得到地形測繪成果、結構面編錄成果，具體為用于表征結構面形態(tài)參數(shù)的曲線或圓盤、等高線。三維數(shù)碼攝影測量技術在地質分析方面也具備較高應用價值，基于編錄成果，技術可用于結構面優(yōu)勢性分組、概率密度分析，且能夠基于指定格式輸出編錄成果的外部數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)能夠作為工程設計的輸入條件、滿足基礎性分析和研究需要，因此信息化三維地質模型構建中三維數(shù)碼攝影測量技術能夠發(fā)揮重要作用。在地質工程測量領域，結構面編錄成果的擴展應用也較為常見，如基于三維數(shù)碼攝影測量技術獲得的巖體結構面網(wǎng)絡模型可用于邊坡穩(wěn)定性分析、巖體滲流研究等。在我國各類工程的地質測量實踐中，近年來三維數(shù)碼攝影測量技術的應用日漸廣泛，這種應用不僅能夠獲得日常作業(yè)成果，同時能夠滿足擴展應用需要，3DM三維數(shù)碼攝影測量系統(tǒng)屬于其中最常見的技術系統(tǒng)，該技術系統(tǒng)具備公開的鏡頭率定技術、較高的精度、無限制的一次性合成照片數(shù)量、通用的行業(yè)定位，能夠滿足較好地質工程測量需要，圖1 為3DM 系統(tǒng)工作流程示意圖[3]。

圖1 3DM 系統(tǒng)工作流程

2 實例分析

2.1 工程概況

為提升研究的實踐價值，本文以某抽水蓄能電站工程作為研究對象，該工程建設有碾壓混凝土重力壩，最大壩高、壩頂高程、壩頂長、壩頂寬分別為108m、306m、216.5m、9m。在施工階段，工程左、右岸邊坡采用三維數(shù)碼攝影測量技術（3DM）開展了結構面參數(shù)測繪與調查，具體涉及間距、產(chǎn)狀、跡長等參數(shù)，傳統(tǒng)測繪成果能夠由此得到一定補充，邊坡施工期穩(wěn)定性動態(tài)反饋的針對性分析能夠更好地開展，案例抽水蓄能電站工程的三維數(shù)碼攝影測量技術應用最終取得了預期效果，具備較高借鑒價值。

2.2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

為建設邊坡地形數(shù)字化模型，工程需要針對性進行結構面信息測繪采集，具體的現(xiàn)場拍攝在遵循一般性原則的同時，充分結合了現(xiàn)場氣候、地形地貌及三維數(shù)碼攝影測量技術特點，輔以針對性地布置參照物優(yōu)化、定位方法優(yōu)選，精度控制目的得以更好實現(xiàn)。在具體實踐中，工程采用了扇形掃攝方法，每岸設置站點2個，選擇長焦鏡頭拍攝（105mm），以此同時滿足數(shù)字化模型運算和照片精度要求。在光照條件相對穩(wěn)定的13：00—17：00 進行拍攝，由于技術的應用僅需要獲得邊坡內優(yōu)勢性結構面分布情況，定位工具選擇三角尺且定位方法選擇“半絕對”方法。為保證三維模型能夠在后期處理順利構建，需得到具有一定比例重疊影像關系的不同照片，并保證存在30%的相鄰照片影像重疊率，影像重疊率最低不得小于10%。

2.3 構建三維地形模型

開展兩站點拍攝，左岸得到98 張有效照片，右岸得到83 張有效照片，照片匹配和三維合成采用3DM，具體定位將大地坐標系中三角尺坐標輸入，左、右岸的坐標系“半絕對”下的三維數(shù)字化地形模型可順利獲得，由于采用的軟件具備較為出色的自動化性能，該環(huán)節(jié)的工作難度極低，本文不做贅述。

2.4 精度分析

為判定成果有效性，測量精度檢驗可從三方面入手，包括有效數(shù)據(jù)點生成數(shù)量（照片像素點匹配過程），實際已知值與指定結構面或控制點等對象（照片融合后）產(chǎn)狀、量測長度、坐標存在的差別，各照片匹配點像素控制及精度計算。對于合成三維數(shù)字化地形模型的精度來說，匹配過程中照片像素點生成的有效數(shù)據(jù)點數(shù)量屬于重要指標，本文研究案例合成左岸邊坡三維模型的過程存在697078 個高程數(shù)據(jù)點，基于邊坡面積調查過程中每平方米產(chǎn)生30 個數(shù)據(jù)點進行分析可以發(fā)現(xiàn)，相較于激光掃描地形測量等傳統(tǒng)方法，本文研究的三維數(shù)碼攝影測量技術的精準度更高。進一步開展測繪坐標、控制點實際偏差分析可以發(fā)現(xiàn)，該方法在測量精度的保證和控制中能夠發(fā)揮積極作用，由此開展對比可發(fā)現(xiàn)總體上控制點殘差處于厘米級，由于案例工程中三維數(shù)碼攝影測量技術的應用主要負責地質資料的補充，可確定測繪精度能夠滿足工程需要，通過3 點坐標計算獲得的結構面產(chǎn)狀精度也能夠得到保障。考慮到精度控制中控制點僅能夠在附近一定范圍發(fā)揮效果，而由于邊坡尺度與三角板差異懸殊，這使得三角板與測繪部位距離的提高會導致量測精度下降，案例工程的精度控制由全站儀確定了控制點坐標，并保證巖面控制點數(shù)量大于3，以此均勻布置控制點，三維數(shù)碼攝影測量技術的測繪精度得到了更好保障，案例工程最終也得以順利建成，三維數(shù)碼攝影測量技術的應用價值可見一斑。

3 結論

綜上所述，數(shù)字化測繪技術在地質工程測量中具備較高應用價值。在此基礎上，本文涉及的原圖數(shù)字化技術、地面數(shù)字測圖技術、三維數(shù)碼攝影測量技術等內容，則提供了可行性較高的數(shù)字化測繪技術應用路徑。為地質工程測量提供更好的服務，云技術與虛擬現(xiàn)實技術等新興技術的引入、多種數(shù)字化測繪技術的綜合應用同樣需要得到重視。