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        測繪新技術(shù)在建筑工程測量中的應用思路研究

        2022-02-21 23:17:24王恩偉史毛毛
        科技信息·學術(shù)版 2022年4期
        關(guān)鍵詞:測繪新技術(shù)建筑工程測量

        王恩偉 史毛毛

        摘要:測繪工程的工作內(nèi)容是測量和采集國家地理、空間分布等方面的數(shù)據(jù)信息,獲取到完整有效的信息以后,對數(shù)據(jù)進行專業(yè)的分析和評價,得出最終的結(jié)論,這些結(jié)論大部分被國家工程建設所采用,成為工程建設的基礎參考數(shù)據(jù),從而讓國家工程的建設質(zhì)量得到保證,也能有效促進工程安全性的提升。本文研究質(zhì)量管理和系統(tǒng)控制的內(nèi)容,主要目的是增強測繪工程的質(zhì)量、效率和水平。

        關(guān)鍵詞:測繪新技術(shù);建筑工程;測量

        1 基于測繪新技術(shù)的建筑工程測量設計

        1.1 確定三維激光掃描入射角及掃描距離

        為了確保建筑工程測量結(jié)果的有效性,在此次的研究中,引進三維激光掃描技術(shù)作為測繪新技術(shù),通過新技術(shù)的使用,進行建筑工程現(xiàn)場施工的測量[1]。

        在測量前,需要先進行掃描入射角度與掃描有效范圍的確定,并明確掃描設備架設的幾何空間位置決定了掃描行為的發(fā)生條件。在此基礎上,設定一個正向向量P,P表示掃描設備在向前端發(fā)射激光束時,向量光束掃描到建筑物構(gòu)件表面的方向向量。在上述提出的內(nèi)容中,掃描物體與其表層光束之間的法向量關(guān)系可表示為如下所示的計算公式:

        公式(1)中:αi表示為三維激光掃描入射角的有效范圍,通常取值在[0~π/2]范圍內(nèi);Pi表示為第i個正向向量;N表示為掃描點云數(shù)據(jù)量。考慮到使用激光光束進行建筑體的掃描可能出現(xiàn)受到發(fā)散現(xiàn)象對其的影響,因此可在入射掃描激光時,選擇垂直入射的方式進行激光高斯發(fā)射。當入射角為0的條件下,掃描物體上將出現(xiàn)一個圓形圖形,隨著掃描軌跡的增加,得到的圓形圖形覆蓋范圍隨之增大[2]。當入射角的角度不等于0時,圓形將存在“留跡”現(xiàn)象,對應的掃描軌跡越長,留下的軌跡面積越大。因此,可在確定三維激光掃描入射角及掃描距離時,根據(jù)建筑工程施工現(xiàn)場條件,確定一個有效的掃描范圍,并根據(jù)入射角角度與留跡范圍之間的規(guī)律,進行工程的有效測量。

        1.2 采集測繪數(shù)據(jù)的拼接配準

        在完成對三維激光掃描入射角及掃描距離的確定與建筑施工現(xiàn)場測繪數(shù)據(jù)的獲取后,應當對數(shù)據(jù)進行拼接配準處理。配準過程中,需要將現(xiàn)場獲取的測繪點集中在一個坐標體系中,將對應的點云數(shù)據(jù)坐標與現(xiàn)場作業(yè)影像進行“套合”處理,即恢復在獲取點云數(shù)據(jù)過程中不同建筑體的位置與呈現(xiàn)形態(tài),確保每個光束采集的信息可與區(qū)域內(nèi)物體形成對應[3]。在進行建筑工程現(xiàn)場全景拼接時,可根據(jù)獲取的單張圖像面陣,將其與點云數(shù)據(jù)進行空間映射,結(jié)合映射后的圖像得到高精度現(xiàn)場作業(yè)圖像。

        按照上述流程,對三維激光測繪數(shù)據(jù)進行配準,在完成獨立區(qū)域數(shù)據(jù)的配準處理后,根據(jù)建筑施工現(xiàn)場不同區(qū)域作業(yè)之間的聯(lián)系性,進行配準數(shù)據(jù)的拼接。拼接過程中,參照圖2所示的流程,將不同施工作業(yè)區(qū)域內(nèi)的點云數(shù)據(jù)導入指定坐標系中,通過對接坐標系的方式,便可以實現(xiàn)對采集測繪數(shù)據(jù)的拼接配準。完成建筑工程現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)的處理后,將數(shù)據(jù)指向的信息與圖示導入計算機內(nèi),生成一張可用于描述建筑工程施工現(xiàn)場的測繪地質(zhì)圖。

        1.3 建筑工程結(jié)構(gòu)三維測量

        完成對測繪數(shù)據(jù)的采集以及拼接配準后,通過實現(xiàn)建筑工程結(jié)構(gòu)的三維建模實現(xiàn)對其整體測量。結(jié)合激光掃描設備對建筑工程結(jié)構(gòu)進行掃描,并將儀器掃描的中心點看作三維模型的中心點。通過對掃描設備發(fā)出的射線水平方向與目標點到中心點構(gòu)成的夾角,垂直方向與目標點到中心點構(gòu)成的夾角的測量、對其之間的直線距離的測量,得到三維坐標當中的距離數(shù)值和角度數(shù)值。將上述得到的測量結(jié)果作為測量目標的陣列點云數(shù)據(jù),并將其作為極坐標當中的數(shù)據(jù)。

        在三維模型當中,可采用轉(zhuǎn)換對極坐標與笛卡爾坐標的方式,在對應的三維模型中進行測點坐標的確定,轉(zhuǎn)換過程的計算公式為:

        公式(2)中,x、y、z表示為在極坐標當中測點的橫軸坐標、縱軸坐標和空間坐標;r表示為轉(zhuǎn)換系數(shù);θ表示為橫軸和目標點與中心點連線構(gòu)成的夾角;φ表示為縱軸和目標點與中心點連線構(gòu)成的夾角。根據(jù)上述公式(2)計算得出各個測量點在三維空間中的坐標,實現(xiàn)對其建筑工程結(jié)構(gòu)的三維測量。同時,在實際應用中,根據(jù)測量精度的需要,為了進一步提高點云數(shù)據(jù)在三維模型當中的數(shù)據(jù)質(zhì)量,可以利用相關(guān)三維處理軟件對建筑工程結(jié)構(gòu)細節(jié)部分進行處理和鑲嵌。同時,完成測量后,將數(shù)據(jù)以不同的格式存儲,將其提供給建筑工程空間數(shù)據(jù)庫或?qū)墓こ添椖慨斨?,最終完成對測量結(jié)果的輸出。

        2 對比實驗

        為進一步驗證本文上述提出的測量方法在實際應用中的合理性,選擇以某辦公樓作為研究對象,分別利用本文提出的測量方法和傳統(tǒng)測量方法對該辦公樓進行測量。本文測量方法的基本流程為:獲取不同測站的點云數(shù)據(jù);對測繪數(shù)據(jù)進行采集并實現(xiàn)拼接配準;實現(xiàn)建筑工程結(jié)構(gòu)三維測量。傳統(tǒng)測量方法按照以往測量方式完成。在實驗過程中所需的掃描儀為Riegl VZ-150-8645型號掃描儀,同時還需要反射片標靶兩個和兩個三腳架。首先通過現(xiàn)場實地測量的方式,確定在該建筑結(jié)構(gòu)當中三個公共點的三維坐標,并將其記錄如表1所示。

        表1 實驗中三個公共點的三維坐標

        表1中X表示為公共點橫坐標;Y表示為公共點縱坐標;Z表示為公共點空間坐標。在明確三個公共點的三維坐標后,分別利用本文測量方法和傳統(tǒng)測量方法對公共點坐標進行測算,并計算得出其相應的坐標差以及坐標中誤差。坐標差為公共點三維坐標實際值與測量結(jié)果的差值;坐標中誤差為公共點三個方向上坐標差的平均值。按照上述論述,將計算結(jié)果繪制成表2。

        表2 兩種測量方法坐標差與坐標中誤差(單位:mm)

        從表2中得出的實驗數(shù)據(jù)可知,本文方法在對三個公共點的坐標測量時,坐標差最大為1mm,最小為0mm,坐標中誤差在0.33mm~0.67mm范圍內(nèi);傳統(tǒng)方法對三個公共點的坐標測量時,坐標差最大為5mm,最小為2mm,坐標中誤差在3.00mm~4.00mm范圍內(nèi)。因此,通過上述得出的實驗結(jié)果可以證明,本文提出的測量方法能夠有效降低各個測點的測量誤差,并且將其控制在合理范圍內(nèi),充分滿足建筑工程中對測量精度提出的誤差小于2.00mm的要求,證明本文測量方法具有更高的應用合理性。

        3 結(jié)論

        本文引進三維激光掃描技術(shù)作為測繪新技術(shù),對建筑工程測量作業(yè)的實施進行了設計,并在完成對作業(yè)方法的設計后,將對比實驗作為依托,將本文設計的測量方法與傳統(tǒng)測量方法進行實踐應用比對,經(jīng)過實踐測試后證明,本文設計的測量方法,可以有效地降低建筑工程測量結(jié)果中的誤差,從而提高測量的精度。但此次研究僅從外業(yè)作業(yè)層面進行了方法的設計,沒有考慮到建筑內(nèi)業(yè)作業(yè)施工測量中的相關(guān)問題,因此,可在后期的研究中,將建筑內(nèi)業(yè)測量作為研究重點,通過規(guī)范測量流程的方式,為建筑工程內(nèi)業(yè)與外業(yè)測量作業(yè)方法進行設計。希望通過此次的研究,為我國建筑行業(yè)在經(jīng)濟市場的穩(wěn)定發(fā)展提供技術(shù)層面指導。

        參考文獻:

        [1] 董昊錦.無人機測繪技術(shù)在城市建筑工程測量中的應用[J]科技創(chuàng)新與應用,2021,11(19):167-169.

        [2] 馮文娟,康宏民.無人機傾斜攝影在建筑立面測繪中的應用及工程實例[J].煤礦現(xiàn)代化,2021,30(04):199-201.

        [3] 鄧珊.工程測繪中無人機測繪及遙感技術(shù)的應用[J].新疆有色金屬,2021,44(03):42-43.

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