淺析工程測量與三維測繪技術(shù)的發(fā)展

劉亞鵬 廖敏

一、工程測量應(yīng)用三維測繪技術(shù)必要性

調(diào)查研究表明，在目前我國工程的測量技術(shù)包括：控制測量；數(shù)字化的測圖；工程施工的測量；工程竣工的測量；變形監(jiān)測；城市測量；交通工程的測量；管線測量。通過大量的實踐，工作人員發(fā)現(xiàn)三維的測繪技術(shù)對工程測量科技發(fā)展具有現(xiàn)實意義。其在工程測量應(yīng)用中的必要性包括以下幾點：

1.12+1維地圖無法滿足人們需要 2+1維地圖是一種從空中向下俯瞰地面的一種地圖形式，為人們提供觀察工程地面的情況，由于人視覺的特殊性，人們在認(rèn)識了解事物的時候都是采用三維的視角。工程測量需要從多角度對工程各部件進(jìn)行觀察，2+1維地圖無法有效的表達(dá)出工作人員的需要，沒有全面的觀察便不能測量出真實的數(shù)據(jù)，因此人們迫切需要一種可以從多維度進(jìn)行觀察測量的測繪技術(shù)。

1.2城市規(guī)劃工程設(shè)計 為迎合我國快速發(fā)展的要求，許多城市開始進(jìn)行新建或者舊城改造規(guī)劃，現(xiàn)代的規(guī)劃設(shè)計圖已經(jīng)開始應(yīng)用CAD等三維設(shè)計軟件，三維工程設(shè)計具有其特殊性，為保證城市規(guī)劃和工程規(guī)劃的順利進(jìn)行，工作人員需要再進(jìn)行工程測量使用相對應(yīng)的三維測繪。具體是在原有的工程設(shè)計圖上進(jìn)行三維度的繪制，加強(qiáng)圖紙的表現(xiàn)能力，充分表達(dá)出設(shè)計師的設(shè)計思路。

1.3工程施工 為增加我國土地的利用率，許多建筑開始多功能的設(shè)計與建設(shè)，城市中的建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)都十分復(fù)雜，現(xiàn)代建筑的建造方式開始有別于傳統(tǒng)的從地面向空中延伸，開始進(jìn)行立體的吊裝式施工，我國比較具有代表性的建筑物均是如此，例如：鳥巢、國家大劇院、中央電視臺。復(fù)雜的構(gòu)造需要使用更加精細(xì)的測量工具，三維測繪工具是我國目前最為先進(jìn)與合理的工程測量工具。

1.4改造與建模 廠礦擁有大量配套設(shè)備，因此廠礦內(nèi)部的管理系統(tǒng)非常復(fù)雜，這既加重了管理層的管理難度，還給廠礦工作帶來技術(shù)改造方面的難題，改造初期，需要對設(shè)計圖進(jìn)行詳細(xì)的繪制，可以多維度的展示廠礦的各方面構(gòu)造。飛機(jī)、汽車、輪船這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工具在設(shè)計初期也需要經(jīng)過測量后建立直觀、清晰的模型來指導(dǎo)這些物品的制造。因此，需要三維工具來進(jìn)行模型的測繪。

二、三維測繪技術(shù)現(xiàn)狀

2.1三維測繪技術(shù)概述 三維測繪是在2+1維理論基礎(chǔ)上沿用測量體系進(jìn)行發(fā)展。增加了高程系統(tǒng)三維測繪儀器包括：GPS測量系統(tǒng)；全站儀；三維激光掃描儀。此儀器穩(wěn)定性強(qiáng)，不容易受到其它因素的影響。攝影測量由于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)普及和應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)展得趨于完善，可以高效、合理、科學(xué)、精確的進(jìn)行三維測繪的數(shù)據(jù)。甚至在某些時候不受地形限制，因此已經(jīng)在多項工程中應(yīng)用。

2.2三維激光測量技術(shù) 三維激光掃描是一種不需要直接對探測物體進(jìn)行接觸便可以獲取相關(guān)信息的測量技術(shù)，一般應(yīng)用范圍包括：隧洞斷面三維測繪；水電站工程繪制大比例尺地形圖；大型建筑的變形監(jiān)測等。

2.3全景真三維影像技術(shù) 全景真三維影像技術(shù)是將攝影測量技術(shù)與遙感技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合二創(chuàng)造出的一種新型測量技術(shù)，其優(yōu)點包括以下幾個方面：大范圍內(nèi)獲得三維坐標(biāo)；提供用戶擬真型、高精度、完整性、一致性的觀測體驗；以三維數(shù)據(jù)形式將工程地形、景觀、水文、質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)展現(xiàn)；使用圖像與圖表的方式向規(guī)劃管理、數(shù)字城市、城市建設(shè)等工程提供測量數(shù)據(jù)。

2.4立體測圖衛(wèi)星 三維測繪技術(shù)在我國開始測繪衛(wèi)星遙感衛(wèi)星體系后便被投入使用，利用三維測繪技術(shù)中定位、測圖、反饋數(shù)據(jù)等優(yōu)勢來制造立體測繪衛(wèi)星對分布在宇宙各地的衛(wèi)星進(jìn)行遙感、分辨、測圖、反饋，促使我國研究人員了解所觀測衛(wèi)星的情況，目前我國的立體測圖衛(wèi)星達(dá)到了1：50000的精確度，逐漸與世界先進(jìn)技術(shù)縮小距離。

三、三維測量技術(shù)發(fā)展方向

三維測量技術(shù)儀器在基礎(chǔ)構(gòu)件與功能方面已經(jīng)趨于完善，足夠滿足現(xiàn)代人民的需要，為迎合我國人民未來的需要，相關(guān)工作人員依然在繼續(xù)堅持不懈的研究，經(jīng)過大量資料的整理分析，發(fā)現(xiàn)三維測量技術(shù)的發(fā)展方向包括以下幾點：標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的制定；軟件理論的研究；三維地理信息系統(tǒng)研究；三維測量與2+1維測量的關(guān)系。

3.1三維測量的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 由于三維測量技術(shù)出現(xiàn)的時間比較短，世界沒有建立有關(guān)其各項的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。沒有理論指導(dǎo)與制度規(guī)范導(dǎo)致三維測量實施時遭遇許多障礙。例如：技術(shù)施用沒有標(biāo)準(zhǔn)，沒法有效的進(jìn)行判斷合格情況，增加施工人員的作業(yè)難度與施工單位的作業(yè)時間。三維測量儀器收費沒有依據(jù)，造成市場收費混亂，質(zhì)量參差不齊。無法達(dá)到使用三維測量測繪儀為人們生活服務(wù)的目的。

3.2三維測量的理論研究 三維測量系統(tǒng)是在2+1維系統(tǒng)上發(fā)展而成，其坐標(biāo)維數(shù)在沒有增加的情況下提升了內(nèi)部的復(fù)雜性。三維空間則是多角度、全方位、無死角的展現(xiàn)著目標(biāo)工程的信息。目前我國沒有關(guān)于這種系統(tǒng)對工程測量的各項數(shù)據(jù)的管理。為了良好的對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、查詢、傳輸，需要建立系統(tǒng)的有關(guān)三維測量的理論研究。并將大地（控制）測量軟件與數(shù)字化測圖軟件在三維測量理論的基礎(chǔ)上研制三維測量軟件系統(tǒng)。

3.3三維地理信息系統(tǒng)研究 采用三維測量工具來實現(xiàn)三維GIS，將其與GPS進(jìn)行結(jié)合，形成三維空間高精度全站儀控制網(wǎng)，在進(jìn)行工程測量時使用高精密的數(shù)字水準(zhǔn)儀可以完成地形測圖、工程放樣、工程變形觀測等作業(yè)，將數(shù)字化與自動化有機(jī)結(jié)合，促使三維工程測量向智能化和自動化方向發(fā)展，以便達(dá)到具有時代性、簡易性、快捷性、科學(xué)性。精確性的工程測量。

3.4三維測量與2+1維測量和諧共處 盡管三維系統(tǒng)是2+1維系統(tǒng)的升級版與完善版，但在實際應(yīng)用中，工作人員發(fā)現(xiàn)，三維系統(tǒng)并不能取代2+1維系統(tǒng)。人們生活中需要面對各種客觀的物理與地理參數(shù)值的影響，現(xiàn)實中進(jìn)行工程施工時需要面對路面的橫斷面水平線、橋梁橋墩主軸線垂直、承重墻或柱都必須垂直等問題。這些問題有帶于2+1維系統(tǒng)進(jìn)行解決。因此，后期工作人員可以從調(diào)整三維系統(tǒng)和2+1維系統(tǒng)的兼容性，達(dá)到兩者和諧共處。

四、結(jié)束語

總之，2+1維地圖無法滿足人們需要、城市規(guī)劃工程設(shè)計、工程施工、改造與建模幾個方面促使三維測繪技術(shù)在工程測量的應(yīng)用變得十分必要，目前我國使用最為廣泛的是三維激光測量技術(shù)、全景真三維影像技術(shù)、立體測圖衛(wèi)星這三種測量技術(shù)。這些技術(shù)雖然已經(jīng)構(gòu)成系統(tǒng)，但為了精益求精，使得三維測繪技術(shù)能夠更好的服務(wù)于我們的生活，相關(guān)工作人員依然可以從制定三維測繪技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、加強(qiáng)其軟件理論的研究與三維地理信息系統(tǒng)研究、調(diào)節(jié)三維測量與2+1維測量的關(guān)系幾個方面來完善三維測繪技術(shù)。