工程測量在土木工程中的應(yīng)用

宋 亮

江西省地礦局贛西北大隊(duì)，江西 九江 332000

1 GPS 定位與RTK 測量技術(shù)

1.1 技術(shù)原理

GPS 定位系統(tǒng)以衛(wèi)星系統(tǒng)為核心，由地面監(jiān)控系統(tǒng)與終端信號接收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對物體所處空間位置的定位分析。當(dāng)前GPS定位技術(shù)面向靜態(tài)定位、動態(tài)定位兩個應(yīng)用領(lǐng)域劃分為以下兩種類型：其一是差分GPS 技術(shù)，通過確定某一基準(zhǔn)點(diǎn)架設(shè)基站、設(shè)置GPS 接收機(jī)，計(jì)算出該點(diǎn)位的信號差并進(jìn)行定位結(jié)果的修正處理，提高定位精度。其二是RTK 測量技術(shù)，由基準(zhǔn)站、流動站、無線電通信裝置組成RTK 系統(tǒng)，以觀測建筑物位置為基準(zhǔn)點(diǎn)完成基站的架設(shè)，在其周圍設(shè)置觀測點(diǎn)，結(jié)合信號接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號與時間、位置數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，建立時程曲線，獲取三維坐標(biāo)、速度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對觀測點(diǎn)位移的動態(tài)監(jiān)測。

1.2 具體應(yīng)用

將GPS 定位技術(shù)應(yīng)用于橋梁測量中，通過采集橋梁受力點(diǎn)的坐標(biāo)值繪制出橋梁剖面圖、建立橋梁模型，結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況借助高斯投影進(jìn)行模型轉(zhuǎn)化，獲取橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，有效提高橋梁測量精度。將該技術(shù)應(yīng)用于水壩等大型構(gòu)筑物的測量中，需預(yù)先在構(gòu)筑物外部確定測量點(diǎn)、設(shè)置信號接收設(shè)備，再在壩體中心部位設(shè)置觀測點(diǎn)，采集60min 內(nèi)接收到的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)建立時程曲線，以此實(shí)現(xiàn)對壩體振幅的動態(tài)觀測，配合蓄水、排洪等措施進(jìn)行隨機(jī)振動檢測。利用該技術(shù)測量機(jī)場跑道，收集不同軸線的位置坐標(biāo)、方位角等參數(shù)，通過數(shù)據(jù)重疊與比較實(shí)現(xiàn)對跑道軸線平直度的檢測，通?？蓪y量精度控制在±1″～6″范圍內(nèi)。

2 地面三維激光掃描技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

地面三維激光掃描技術(shù)包含固定式、移動式兩種類型，其中固定式三維激光掃描技術(shù)通過獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)工程測量，測量精度高、速率快，可適應(yīng)野外作業(yè)需求；移動式三維激光掃描技術(shù)則以車載平臺為載體，使用頻率相對較低。該技術(shù)的應(yīng)用原理是利用激光進(jìn)行測距，以三維激光掃描儀為主要測量工具，在工作狀態(tài)下完成數(shù)據(jù)采集與處理，對照反射后的激光強(qiáng)度匹配相應(yīng)的顏色灰度，獲取測點(diǎn)在X、Y、Z 三個方向上的三維坐標(biāo)。

2.2 具體應(yīng)用

將地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于隧道變形測量中，選取Leica C10 激光掃描儀作為測量工具，該激光掃描儀的角度精度為12″、50m 處的距離精度為4mm，待測量隧道采用盾構(gòu)法施工，內(nèi)外徑分別為13.8m 和15.0m、管道寬度為2m，沿隧道橫斷面方向設(shè)有3 道混凝土板墻將其劃分為5 個空間，僅設(shè)置單獨(dú)測站無法獲得該隧道所有斷面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對此可以隧道為基準(zhǔn)布設(shè)6 個測站、設(shè)置12 個標(biāo)靶，相鄰兩測站間設(shè)有3 個標(biāo)靶，以逃生通道作為通視條件，利用Cyclone 軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接，構(gòu)成全斷面點(diǎn)云，以此實(shí)現(xiàn)對隧道相對變形量的精確測量，配合二次曲面函數(shù)的建立實(shí)現(xiàn)對變形量較大隧道的空間幾何形態(tài)描述。將該技術(shù)應(yīng)用于道路竣工測量中，利用激光掃描技術(shù)可獲得道路的縱橫斷面樣圖，同比傳統(tǒng)測量方式可將測量效率增大4 倍，在提取點(diǎn)云數(shù)據(jù)后完成坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，結(jié)合點(diǎn)的三維坐標(biāo)生成等高線，完成縱橫斷面樣圖的繪制。將該技術(shù)應(yīng)用于建立復(fù)雜構(gòu)筑物的精細(xì)三維模型，利用三維激光掃描技術(shù)獲得構(gòu)筑物的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)，通過紋理映射生成三角網(wǎng)面片，待完成邊緣處理后整合成為彩色三維模型，可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜構(gòu)筑物距離、凹凸紋理等數(shù)據(jù)的測量，優(yōu)化建模效果、提高三維建模的精細(xì)化水平。

3 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

3.1 技術(shù)原理

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)主要利用無人機(jī)裝載紅外相機(jī)與數(shù)碼相機(jī)，通過低空攝影采集地面信息、保證測量成圖精度。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)包含以下五個流程：其一是相機(jī)標(biāo)定，采用預(yù)檢校方式復(fù)原相片與鏡頭的位置關(guān)系，在室內(nèi)設(shè)有標(biāo)定板、標(biāo)定場，依據(jù)主距變化的方位元素獲取畸變系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對相機(jī)的標(biāo)定處理，保證獲取真實(shí)的地面圖像；其二是圖像定位，可基于PhotoModler Scanner等軟件自動完成圖像定位，選用濾波器進(jìn)行圖像預(yù)處理，保證獲取圖像間的相對位姿；其三是制定飛行計(jì)劃，基于人工魚群算法與DJI GO4 軟件導(dǎo)入具體的點(diǎn)坐標(biāo)值，確定飛行高度、速度、路線、拍攝角度、拍攝頻率等參數(shù)，由此規(guī)劃出最優(yōu)飛行線路，生成精確度較高的飛行區(qū)域邊界值；其四是影像采集，可引入四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)提高平臺負(fù)載能力，支持多種高精度導(dǎo)航設(shè)備，優(yōu)化地面分辨率等數(shù)據(jù)，提高影像采集質(zhì)量；其五是表面三維重建與4D 產(chǎn)品生成，在完成外方位元素的確認(rèn)后，基于自動圖像匹配技術(shù)重新建構(gòu)場景，輸出點(diǎn)云數(shù)據(jù)、調(diào)整點(diǎn)云密度，配合圖像匹配算法自動選取特征點(diǎn)，保證生成精確點(diǎn)云［1］。

3.2 具體應(yīng)用

將該技術(shù)應(yīng)用于橋梁檢測中，能夠?yàn)闃蛄簱p傷的自動檢測提供技術(shù)支持，支持懸停定點(diǎn)觀測、準(zhǔn)穩(wěn)定飛行與畫面實(shí)時傳輸，提高橋梁監(jiān)測與維護(hù)質(zhì)量。將該技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字城市建設(shè)中，可生成高精度實(shí)景三維模型，引入Pictometry系統(tǒng)完成建筑物三維模型的重建，基于相距標(biāo)定、紋理映射等自動生成建筑物紋理、完成損傷檢測，為建筑物質(zhì)量提供保障。將該技術(shù)應(yīng)用于滑坡調(diào)查中，借助md4-200 微型無人機(jī)執(zhí)行航拍任務(wù)，收集監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)的多組相片，通過后期影像分析掌握滑坡表面裂縫、位移等具體滑坡信息，配合圖像分析技術(shù)建立三維數(shù)字模型，更好地為滑坡調(diào)查及加固措施的編制提供數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)論

當(dāng)前土木工程行業(yè)與市政工程、道路橋梁、水利項(xiàng)目的施工建設(shè)存在密切關(guān)聯(lián)，引入GPS、RTK、三維激光掃描、傾斜攝影測量等先進(jìn)技術(shù)手段，能夠進(jìn)一步提升工程測量精度與智能化水平，為土木工程建設(shè)與質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)與技術(shù)支持。