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        測繪新技術(shù)在測繪工程測量中的應(yīng)用分析

        2021-11-30 00:08:04
        中國金屬通報(bào) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:測繪工程項(xiàng)目攝影

        古 琳

        (江西省煤田地質(zhì)局普查綜合大隊(duì),江西 南昌 330001)

        在建筑工程項(xiàng)目對質(zhì)量要求逐漸提升的背景下,測繪結(jié)果的準(zhǔn)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(yùn)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(xiàng)目在實(shí)施前必須要進(jìn)行的工作之一,也是后續(xù)檢驗(yàn)施工質(zhì)量、工程標(biāo)準(zhǔn)的一種方法。工程測量主要是針對施工項(xiàng)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(shí)際建設(shè)施工項(xiàng)目有關(guān),絕大多數(shù)測繪都需要依靠先進(jìn)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(xiàng)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(xiàng)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(jìn)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(zhǔn)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(xiàng)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(zhǔn)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(jì)提供幫助。最后,是工程項(xiàng)目的竣工與驗(yàn)收階段,工程測量能夠?qū)こ添?xiàng)目整體質(zhì)量進(jìn)行測繪,檢驗(yàn)工程項(xiàng)目的完整度。工程測量在工程項(xiàng)目中的作用不言而喻,能夠在整個工程項(xiàng)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(jì)算機(jī)、衛(wèi)星探測等技術(shù)手段,切實(shí)提升了測繪的準(zhǔn)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(jī)攝影。其中GPS技術(shù)應(yīng)用最為廣泛,其精準(zhǔn)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(yùn)作效率。而GIS和RS技術(shù),可以對環(huán)境信息或待測物進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)收集,能夠提升信息的準(zhǔn)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?,使測繪人員或設(shè)計(jì)人員能夠更清晰地對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。無人機(jī)的主要特點(diǎn)是安全性,尤其是在山區(qū)、森林中的工程測量,無需人工進(jìn)行實(shí)地測量,借助無人機(jī)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(yùn)行參考站,縮寫為CORS,也是GPS工程測量應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。CORS系統(tǒng)將衛(wèi)星定位、計(jì)算機(jī)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(zhǔn)站網(wǎng)將各個基準(zhǔn)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(xiàng)目測量作業(yè)中,首先實(shí)施衛(wèi)星預(yù)報(bào),進(jìn)行測繪前對衛(wèi)星高度方位、觀測時間、點(diǎn)位圖形強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)定。然后選擇并配置基準(zhǔn)站和參考站?;鶞?zhǔn)站應(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(jìn)行額外設(shè)定,以保證基準(zhǔn)站定位準(zhǔn)確。之后進(jìn)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(zhǔn)站信息,每次觀測至少為1min,采樣間隔1s,每個點(diǎn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(qiáng)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的距離計(jì)算出測量點(diǎn)的三維坐標(biāo),獲取目標(biāo)物體的點(diǎn)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(diǎn)上架設(shè)掃描儀,利用計(jì)算機(jī)軟件控制三維激光掃描儀,對被測對象進(jìn)行掃描,獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。然后在數(shù)據(jù)獲取后進(jìn)行分析處理,系統(tǒng)會剔除掉點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的粗差點(diǎn),對獲取的影響數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正,再經(jīng)過預(yù)處理將點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接,形成一個完整數(shù)據(jù)文件,通過各觀測點(diǎn)與原點(diǎn)公共參照,明確目標(biāo)控制點(diǎn),并利用點(diǎn)位之間的對比特性實(shí)現(xiàn)掃描點(diǎn)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(jìn)行三維建模,利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)和相關(guān)軟件進(jìn)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(jì)人員,根據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(kuò)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(diǎn)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(diǎn)云密度,進(jìn)而影響掃描點(diǎn)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(jī)攝影測量技術(shù)

        無人機(jī)攝影測量技術(shù)需結(jié)合無人機(jī)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(zhǔn)確的信息,將獲得的POS數(shù)據(jù)和像控點(diǎn)數(shù)據(jù),經(jīng)過平臺系統(tǒng)處理后獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字影像和三維模型。無人機(jī)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(zhǔn)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(diǎn),而且無人機(jī)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(jī)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(shí)際作業(yè)中雖然其準(zhǔn)備時間較短,但需要進(jìn)行的準(zhǔn)備較多。首先要對航行進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì),對無人機(jī)航攝線路、攝影比例尺、航行高度和速度進(jìn)行確認(rèn)。尤其是航攝線路的規(guī)劃,由于無人機(jī)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(jìn)行分區(qū),減少航飛次數(shù),縮短測繪周期。而航線設(shè)計(jì)中通常會遵循幾個原則。一是按照東西方向進(jìn)行飛行,使用GPS領(lǐng)航時要確認(rèn)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(diǎn)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(qiáng)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(jìn)行攝影測量前,應(yīng)對無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行試飛和試攝,確認(rèn)各項(xiàng)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(jì)好的方案進(jìn)行無人機(jī)攝影即可。無人機(jī)攝影測量技術(shù)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是像控點(diǎn)的布設(shè),像控點(diǎn)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(diǎn)法,有六點(diǎn)、八點(diǎn)和五點(diǎn)三種方式,結(jié)合不同的地形情況和航帶網(wǎng)進(jìn)行布設(shè),像控點(diǎn)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(jī)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(diǎn)坐標(biāo)來解決未知點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)行精度計(jì)算,將測量模型自動接邊,再經(jīng)過接邊點(diǎn)修測,最后導(dǎo)出測繪結(jié)果[4]。

        無人機(jī)攝影測量的影響因素主要來源于前期準(zhǔn)備和實(shí)際測量兩方面。前期鏡頭調(diào)整不佳、航線設(shè)計(jì)和航行速度制定不符合要求都會影響無人機(jī)影像出現(xiàn)畸變。而在實(shí)際航攝中,地形變化、像控點(diǎn)選擇、空中三角測量精度也會影響測繪的實(shí)際精度。這些精度控制依然需要測繪人員進(jìn)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(xiàng)目進(jìn)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(jī)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(jìn)建設(shè)工程項(xiàng)目發(fā)展。

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