毛會(huì)鋒

（甘肅省自然資源規(guī)劃研究院，蘭州 730000）

1 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)是一種利用數(shù)字信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物、道路、橋梁、管線等工程自動(dòng)化、智能化測(cè)量的技術(shù)[1]。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)主要通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和處理，并利用數(shù)字化測(cè)繪軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物、道路、橋梁、管線等工程測(cè)量的數(shù)字化建模和分析。這種技術(shù)具有數(shù)據(jù)處理速度快、精度高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，可以提高工程測(cè)量的效率和精度，為工程建設(shè)提供有力的支持。在工程測(cè)量中應(yīng)用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)，需要注意以下幾個(gè)方面：一是加強(qiáng)對(duì)數(shù)字化測(cè)繪軟件的研發(fā)和應(yīng)用，提高軟件的智能化和自動(dòng)化水平；二是加強(qiáng)對(duì)數(shù)字化測(cè)繪數(shù)據(jù)的管理和處理，確保數(shù)據(jù)的安全性和準(zhǔn)確性；三是加強(qiáng)對(duì)數(shù)字化測(cè)繪數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，為工程建設(shè)提供更加準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)支持；四是加強(qiáng)對(duì)數(shù)字化測(cè)繪數(shù)據(jù)的應(yīng)用和推廣，提高工程測(cè)量行業(yè)的信息化水平。當(dāng)前有關(guān)數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的研究還比較少，此次研究將細(xì)化數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)并對(duì)其各類技術(shù)的應(yīng)用路徑進(jìn)行探究，旨在為工程測(cè)量提供更多參考。

2 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用路徑

數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)是一種通過(guò)將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，利用遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段進(jìn)行測(cè)繪的技術(shù)[2]。工程測(cè)量通常采用現(xiàn)代數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)，如遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等。當(dāng)前數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用路徑如圖1 所示。

圖1 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用路徑

由圖1 可知，當(dāng)前數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)主要應(yīng)用于地形測(cè)圖、建筑物定位、工程規(guī)劃、工程質(zhì)量檢測(cè)以及應(yīng)急預(yù)案制訂當(dāng)中。地形測(cè)圖作為工程測(cè)量的一部分，在整個(gè)施工環(huán)節(jié)中有著十分重要的作用。在工程測(cè)量中，需要利用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)才能完成地形的測(cè)圖工作。在地形測(cè)圖過(guò)程中，要應(yīng)用相應(yīng)的測(cè)繪設(shè)備，通過(guò)數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)生成數(shù)字地圖。施工人分析數(shù)字地圖，可以深入了解地形特征和地貌情況，從而為后續(xù)的施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在建筑物定位中，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)可以應(yīng)用在建筑施工前期、中期和后期。在建筑施工前期，施工人員需要進(jìn)行測(cè)量工作。通過(guò)數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)能夠完成數(shù)據(jù)的采集、篩選、接收工作，從而為后續(xù)的建筑施工提供參考依據(jù)。在建筑物施工中期，也需要對(duì)建筑物進(jìn)行定位和測(cè)量，此時(shí)可以應(yīng)用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在對(duì)不同的建筑目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，往往還會(huì)用到不同的測(cè)繪技術(shù)，當(dāng)前常用的測(cè)繪技術(shù)有GPS、GIS、RS 等。在工程規(guī)劃中，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)可以應(yīng)用在城市規(guī)劃中。城市規(guī)劃是城市建設(shè)的重要組成部分，也是推動(dòng)城市發(fā)展的重要手段之一。在城市規(guī)劃中，需要應(yīng)用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和分析，從而使相關(guān)人員全面深入地了解城市發(fā)展?fàn)顩r和土地利用情況，進(jìn)而為城市建設(shè)提供參考依據(jù)。除此之外，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)還可以用于工程質(zhì)量的檢測(cè)以及應(yīng)急預(yù)案的制訂。

3 工程測(cè)量中的數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)為工程測(cè)量領(lǐng)域帶來(lái)了更高的測(cè)繪精度和測(cè)繪質(zhì)量。不同于傳統(tǒng)的人工測(cè)繪方法，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)繪儀器，結(jié)合計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，不但可以幫助施工人員高效準(zhǔn)確地完成測(cè)繪任務(wù)，同時(shí)還能將各類相關(guān)信息進(jìn)行及時(shí)收集與管理，便于后續(xù)工作的持續(xù)開展[3]。

在工程測(cè)量中，主要會(huì)用到GPS 技術(shù)、GIS 技術(shù)、遙感測(cè)量技術(shù)、攝影測(cè)量技術(shù)以及無(wú)人機(jī)技術(shù)。

GPS 技術(shù)是一種實(shí)時(shí)定位技術(shù)，該技術(shù)利用3 顆或3 顆以上的衛(wèi)星提供定位和導(dǎo)航服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的精確定位和導(dǎo)航。在具體的工程測(cè)量中，GPS 系統(tǒng)主要參與以下工作。

第一，建立測(cè)量控制網(wǎng)。GPS 系統(tǒng)提供的是連續(xù)運(yùn)行的三維空間坐標(biāo)系統(tǒng)，根據(jù)工程測(cè)量的實(shí)際需要可以建立三維控制網(wǎng)，為工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)提供必要的技術(shù)支持。

第二，進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。GPS 系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工程位置，并根據(jù)需要進(jìn)行導(dǎo)航和定位。在工程測(cè)量中，可以利用GPS 系統(tǒng)獲取工程的三維坐標(biāo)和時(shí)間信息，以便進(jìn)行施工設(shè)計(jì)和控制。

第三，完成地形測(cè)量。在工程測(cè)量中，GPS 系統(tǒng)可以用于測(cè)量各類地形特征，如山脈、河流、湖泊等。

第四，GPS 系統(tǒng)還可以對(duì)工程建設(shè)過(guò)程中的變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如建筑物的沉降、傾斜等問(wèn)題。

GIS 技術(shù)是一種利用地理信息系統(tǒng)收集、存儲(chǔ)、分析和使用地理信息的技術(shù)。它將地理信息與數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、顯示和報(bào)告相結(jié)合，從而為決策者提供有用的地理信息和分析結(jié)果。在工程測(cè)量中，GIS 系統(tǒng)主要用于空間分析、地圖繪制、專題圖繪制、空間預(yù)測(cè)以及地理信息系統(tǒng)開發(fā)。

遙感測(cè)量技術(shù)是一種通過(guò)光學(xué)傳感器對(duì)遙遠(yuǎn)的物體進(jìn)行定位、測(cè)量和記錄的技術(shù)。它可以在不接觸被測(cè)物體的情況下，通過(guò)光學(xué)傳感器對(duì)遠(yuǎn)距離的物體進(jìn)行高精度的測(cè)量，從而得到被測(cè)物體的形態(tài)、尺寸、位置和屬性信息。在工程測(cè)量領(lǐng)域，相關(guān)人員需要將高度精密的攝影測(cè)量?jī)x器與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，從而將測(cè)繪對(duì)象以三維形式進(jìn)行展現(xiàn)，輔助工作人員進(jìn)行測(cè)繪工作。由于攝影測(cè)量過(guò)程中會(huì)用到攝影設(shè)備，因?yàn)榧夹g(shù)人員進(jìn)行測(cè)繪工作時(shí)無(wú)須對(duì)物體進(jìn)行直接接觸即可完成測(cè)量。對(duì)于一些危險(xiǎn)區(qū)域，攝影測(cè)量技術(shù)極大程度上降低了工作人員的操作風(fēng)險(xiǎn)和操作難度。

無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)是一種利用無(wú)人機(jī)作為測(cè)量工具，通過(guò)改變飛行高度實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)測(cè)量的數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)。在使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一般搭配掃描儀、無(wú)人機(jī)測(cè)距儀混合使用。無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)具有高效、精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，目前已在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如城市規(guī)劃、地質(zhì)調(diào)查、地形調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。在工程測(cè)量中，無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量技術(shù)的基本流程如圖2 所示。

圖2 無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量技術(shù)流程圖

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，首先，要確定無(wú)人機(jī)的相關(guān)參數(shù)，包括無(wú)人機(jī)的飛行高度、飛行速度、飛行航線等。其次，要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地勘測(cè)，確定無(wú)人機(jī)的實(shí)際飛行位置和實(shí)際飛行航線。再次，根據(jù)實(shí)際情況和測(cè)量要求對(duì)無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括航攝像片的數(shù)量、像素的大小、影像獲取的方式等。最后，要對(duì)攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，包括對(duì)影像的精度進(jìn)行分析和評(píng)估，以及對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等。

綜上所述，將上述數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到工程測(cè)量中，不僅能減輕人工測(cè)繪的工作量，提高機(jī)器測(cè)繪的精度和效率，還能推進(jìn)工程快速完成，具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。

4 三維激光掃描技術(shù)在建筑測(cè)繪中的應(yīng)用

目前，除了上述提到的幾種常用的數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)以外，三維激光掃描技術(shù)作為一項(xiàng)全新的現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)，也逐漸被應(yīng)用于建筑測(cè)繪領(lǐng)域。三維激光掃描技術(shù)又叫高清晰測(cè)量技術(shù)，由掃描儀、電源、計(jì)算機(jī)以及配套軟件組成。三維激光掃描技術(shù)是一種通過(guò)快速掃描物體獲取物體三維形狀和空間位置的技術(shù)。它的工作原理主要涉及3 個(gè)方面，分別是點(diǎn)云處理、坐標(biāo)變換和建模分析。

三維激光掃描技術(shù)通過(guò)快速掃描物體收集大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，形成物體的三維模型。在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理中，首先需要將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合計(jì)算機(jī)處理的格式，稱為“數(shù)據(jù)格式”。這通常使用數(shù)學(xué)算法，如NURBS、PCA 或RTS 等進(jìn)行處理。三維激光掃描技術(shù)通過(guò)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與原始坐標(biāo)系一致的坐標(biāo)系，以避免對(duì)物體進(jìn)行過(guò)度采樣或進(jìn)行過(guò)多的數(shù)據(jù)處理。通過(guò)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，三維激光掃描技術(shù)可以得到物體的形狀、尺寸和位置信息。然后，通過(guò)與原始數(shù)據(jù)的比較和融合，可以獲得物體的真實(shí)尺寸和形狀信息。相較于其他測(cè)繪技術(shù)，三維激光掃描技術(shù)的工作原理是通過(guò)快速、準(zhǔn)確地獲取物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為適合計(jì)算機(jī)處理的格式，以便進(jìn)行后續(xù)的測(cè)量和分析。

三維激光掃描技術(shù)在實(shí)際工程測(cè)量中的應(yīng)用創(chuàng)新主要包括以下方面。

第一，能夠精確測(cè)量大型物體。三維激光掃描技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地測(cè)量大型物體，如房屋、橋梁、鐵路等。這是因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)高精度的采樣和精細(xì)的三維模型獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

第二，實(shí)時(shí)獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術(shù)可以在瞬間獲取大量的測(cè)量數(shù)據(jù)，因此，可以在短時(shí)間內(nèi)生成精確的測(cè)量結(jié)果，使三維激光掃描技術(shù)可以更快速地在工程現(xiàn)場(chǎng)完成測(cè)量，并為優(yōu)化測(cè)量過(guò)程提供重要依據(jù)。

第三，立體成像技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)可以利用立體成像技術(shù)，將掃描得到的點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為平面圖像，以便更好地理解物體的整體形狀和輪廓，使立體成像技術(shù)可以更準(zhǔn)確地獲得工程現(xiàn)場(chǎng)的三維模型，并且可以用于優(yōu)化施工方案。

第四，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理。三維激光掃描技術(shù)可以利用自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)，如PCA、NURBS 等，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的快速處理和建模，可以大大提高測(cè)量效率，并為工程管理者提供更多有用的信息。

5 結(jié)語(yǔ)

為改善傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的不足，本文探討了數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用路徑。首先介紹了數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，然后介紹了工程測(cè)量中常用到的5 種數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)，并對(duì)每種測(cè)繪技術(shù)的性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了研究。除此之外，介紹了三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)繪領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。結(jié)果表明，將各類測(cè)繪技術(shù)用于工程測(cè)量，不僅可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，減少人工測(cè)量的誤差，還能夠確保工程高效有序地推進(jìn)。由此可得，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)對(duì)于工程測(cè)量具有重要意義。