測繪新技術在建筑工程測量中的應用思路研究

王恩偉 史毛毛

摘要：測繪工程的工作內容是測量和采集國家地理、空間分布等方面的數(shù)據信息，獲取到完整有效的信息以后，對數(shù)據進行專業(yè)的分析和評價，得出最終的結論，這些結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，從而讓國家工程的建設質量得到保證，也能有效促進工程安全性的提升。本文研究質量管理和系統(tǒng)控制的內容，主要目的是增強測繪工程的質量、效率和水平。

關鍵詞：測繪新技術;建筑工程;測量

1 基于測繪新技術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果的有效性，在此次的研究中，引進三維激光掃描技術作為測繪新技術，通過新技術的使用，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件表面的方向向量。在上述提出的內容中，掃描物體與其表層光束之間的法向量關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;Pi表示為第i個正向向量;N表示為掃描點云數(shù)據量?？紤]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)據的獲取后，應當對數(shù)據進行拼接配準處理。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，可根據獲取的單張圖像面陣，將其與點云數(shù)據進行空間映射，結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)據進行配準，在完成獨立區(qū)域數(shù)據的配準處理后，根據建筑施工現(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)域內的點云數(shù)據導入指定坐標系中，通過對接坐標系的方式，便可以實現(xiàn)對采集測繪數(shù)據的拼接配準。完成建筑工程現(xiàn)場測量數(shù)據的處理后，將數(shù)據指向的信息與圖示導入計算機內，生成一張可用于描述建筑工程施工現(xiàn)場的測繪地質圖。

1.3 建筑工程結構三維測量

完成對測繪數(shù)據的采集以及拼接配準后，通過實現(xiàn)建筑工程結構的三維建模實現(xiàn)對其整體測量。結合激光掃描設備對建筑工程結構進行掃描，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成的夾角，垂直方向與目標點到中心點構成的夾角的測量、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果作為測量目標的陣列點云數(shù)據，并將其作為極坐標當中的數(shù)據。

在三維模型當中，可采用轉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表示為轉換系數(shù);θ表示為橫軸和目標點與中心點連線構成的夾角;φ表示為縱軸和目標點與中心點連線構成的夾角。根據上述公式（2）計算得出各個測量點在三維空間中的坐標，實現(xiàn)對其建筑工程結構的三維測量。同時，在實際應用中，根據測量精度的需要，為了進一步提高點云數(shù)據在三維模型當中的數(shù)據質量，可以利用相關三維處理軟件對建筑工程結構細節(jié)部分進行處理和鑲嵌。同時，完成測量后，將數(shù)據以不同的格式存儲，將其提供給建筑工程空間數(shù)據庫或對應的工程項目當中，最終完成對測量結果的輸出。

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;對測繪數(shù)據進行采集并實現(xiàn)拼接配準;實現(xiàn)建筑工程結構三維測量。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，確定在該建筑結構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;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。因此，通過上述得出的實驗結果可以證明，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，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 結論

本文引進三維激光掃描技術作為測繪新技術，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，沒有考慮到建筑內業(yè)作業(yè)施工測量中的相關問題，因此，可在后期的研究中，將建筑內業(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)在經濟市場的穩(wěn)定發(fā)展提供技術層面指導。

參考文獻：

[1] 董昊錦.無人機測繪技術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的應用[J].新疆有色金屬，2021，44（03）：42-43.