數(shù)字測量技術(shù)在建筑工程測量的應(yīng)用

王春和

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，工程測量技術(shù)也有了本質(zhì)上的飛躍，作為建筑工程的重要環(huán)節(jié)，工程測量的準(zhǔn)確性將直接影響到建筑工程的施工質(zhì)量和施工安全。為了有效提高建筑工程的質(zhì)量，保證建筑工作的順利進行，在施工過程中必須給予測量工作足夠的重視。現(xiàn)代測量技術(shù)已實現(xiàn)了數(shù)字化、自動化、實時化，“3S”（GPS、GIS、RS）技術(shù)、測量機器人、地面三維激光掃描、數(shù)字近景攝影測量以及現(xiàn)代傳感器測量等數(shù)字測量技術(shù)在建筑工程測量中被廣泛應(yīng)用。

Abstract： With the continuous progress of science and technology， engineering measurement technology has also made an essential leap. As an important part of construction engineering， the accuracy of engineering measurement will directly affect the construction quality and safety of construction engineering. In order to effectively improve the quality of construction projects and ensure the smooth progress of construction work， sufficient attention must be paid to the measurement work during the construction process. Modern measurement technology has realized digitization， automation， real-time， "3S" （GPS， GIS， RS） technology， measurement robot， ground three-dimensional laser scanning， digital close-range photogrammetry and modern sensor measurement and other digital measurement technology in construction engineering survey are widely used.

關(guān)鍵詞：數(shù)字測量技術(shù);建筑工程測量;應(yīng)用

Key words： digital measurement technology;construction engineering measurement;application

中圖分類號：TU198 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）17-0197-02

0 ?引言

建筑工程測量工作始終貫穿于建筑工程規(guī)劃、建設(shè)和運營管理階段。工程規(guī)劃階段主要任務(wù)是建立測圖控制網(wǎng)和進行地形圖測繪，所獲取的測量成果是編寫施工組織設(shè)計和施工方案的重要組成部分;工程建設(shè)階段主要任務(wù)是建立施工控制網(wǎng)、施工放樣、設(shè)備安裝測量和竣工測量;工程運營管理階段主要任務(wù)建立變形監(jiān)測網(wǎng)和變形監(jiān)測。隨著我國現(xiàn)代化工程測量技術(shù)的日益進步以及建筑結(jié)構(gòu)的不斷改革和創(chuàng)新，為了確保地形圖、控制點等測繪工程的質(zhì)量精度能夠滿足建筑工程順利進行，數(shù)字測量技術(shù)在建筑工程中應(yīng)用范圍越來越廣泛。數(shù)字化測量技術(shù)是在計算機、互聯(lián)網(wǎng)以及測量儀器的飛速發(fā)展基礎(chǔ)上產(chǎn)生的新興測量技術(shù)，其中數(shù)字化測量技術(shù)主要為“3S”（GPS、GIS、RS）技術(shù)、RTK技術(shù)、數(shù)字化繪圖技術(shù)、三維可視化技術(shù)。在傳統(tǒng)的建筑工程測量技術(shù)中，隨著數(shù)字化測量技術(shù)的深入應(yīng)用，我國的建筑工程測量技術(shù)得到了發(fā)展和完善。

數(shù)字測量技術(shù)與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，特點十分明顯，主要表面在四個方面：①數(shù)字測量技術(shù)的自動化程度很高，不僅能夠自動讀數(shù)，還能自動進行數(shù)據(jù)處理，大幅度減少測量人員的工作量。②數(shù)字測量技術(shù)的測量精度很高，數(shù)字測量技術(shù)運用“3S”（GPS、GIS、RS）技術(shù)，能夠進行高精度測量。③數(shù)字測量技術(shù)的測量數(shù)據(jù)豐富。傳統(tǒng)測量技術(shù)往往只是對所需數(shù)據(jù)進行了測量，其他一些相關(guān)數(shù)據(jù)則被忽略。但是數(shù)字測量技術(shù)在測量目標(biāo)數(shù)據(jù)時，還可以對一些相關(guān)數(shù)據(jù)進行測量，比如坐標(biāo)、海拔等其他信息。④測量數(shù)據(jù)容易編輯。利用數(shù)字測量技術(shù)得出的測量數(shù)據(jù)信息，通常使用計算機顯示，可以通過相關(guān)處理軟件對測量數(shù)據(jù)進行編輯。

1 ?數(shù)字測量概述

數(shù)字化測量技術(shù)是集眾多現(xiàn)代化技術(shù)于一體的現(xiàn)代化測量技術(shù)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化、自動化管理?？梢詫?shù)據(jù)在計算機中進行加工分析，并在計算機中顯示出相應(yīng)的圖像，方便相關(guān)人員進行研究分析。傳統(tǒng)地形圖測繪主要采用模擬法，如平板儀測圖、經(jīng)緯儀測圖等地面測圖方法，勞動強度大、精度低且顯示不直觀。隨著電子水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS（RTK）儀器等測繪儀器的應(yīng)用和發(fā)展，數(shù)字地面測圖（常用全站儀測圖、GPS（RTK）測圖）逐步取代了傳統(tǒng)地形圖測繪。數(shù)字地面測圖的野外觀測數(shù)據(jù)可傳輸?shù)接嬎銠C，檢查、修改數(shù)據(jù)錯誤，生成圖形數(shù)據(jù)，然后根據(jù)工作草圖，采用人機交互方式編輯圖形數(shù)據(jù)，利用繪圖軟件生成圖形文件，經(jīng)過裁切編輯、圖幅修飾可制作成工作人員所需的分幅地形圖。紙質(zhì)地形圖、地籍圖通過掃描矢量化變?yōu)閿?shù)字化數(shù)據(jù)，經(jīng)過矢量化之后的圖形再進行編輯、修改、注記形成矢量化數(shù)字地圖，便于作業(yè)人員儲存、使用和管理。應(yīng)用GPS、地理信息系統(tǒng)、遙感等數(shù)字測量技術(shù)，對有關(guān)地理空間數(shù)據(jù)進行輸入、存儲、檢索、更新、顯示、制圖、綜合分析，以多種形式輸出數(shù)據(jù)或圖形產(chǎn)品，建立數(shù)據(jù)庫。在控制測量方面，衛(wèi)星定位測量（GPS技術(shù)）通過衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)，并結(jié)合現(xiàn)代通訊方法，向測量人員提供精確的二維坐標(biāo)和速度，同時還能提供相關(guān)的時間等參數(shù)信息。衛(wèi)星定位測量（GPS技術(shù)）靜態(tài)觀測的原理為若干臺儀器同時觀測若干顆定位衛(wèi)星的測距信號和導(dǎo)航電文，通過后差分的方式計算出觀測儀器的坐標(biāo)，具有測站之間無需通視、全天候、實時快速、定位精度高的特點，減少了常規(guī)測量中手工記錄計算檢查的工作量，降低了外業(yè)勞動時間和強度，因此衛(wèi)星定位測量（GPS技術(shù)）逐漸取代了傳統(tǒng)的三角測量、導(dǎo)線測量、三邊測量。

2 ?數(shù)字測量技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用

2.1 原圖數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用

以往測繪工作人員需要收集大量的資料進行測量與分析，最終將地物地貌繪制于圖紙中，工作流程復(fù)雜繁瑣，精度也難以達到要求，有可能因經(jīng)費困難或受到時間因素的限制，此時常采用原圖數(shù)字化測繪技術(shù)。原圖數(shù)字化測圖法是對已有地圖數(shù)字化，現(xiàn)階段仍是獲取地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)的主要方式之一。原圖數(shù)字化測圖主要有掃描矢量化和手扶跟蹤數(shù)字化兩種方式，由于手扶跟蹤數(shù)字化作業(yè)方法效率和成圖精度比較低、對作業(yè)人員的作業(yè)水平要求較高，逐步被掃描矢量化方式所取代。

掃描矢量化合理利用現(xiàn)有的紙質(zhì)地形圖，并將計算機、數(shù)字化掃描儀及繪圖儀等設(shè)備與數(shù)字化軟件相結(jié)合，對圖像數(shù)據(jù)進行掃描，然后對其進行矢量跟蹤，通過數(shù)字軟件對數(shù)據(jù)進行處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化地形圖，并獲取建筑工程所在的空間位置。但掃描矢量化法還存在一些技術(shù)問題，如：①掃描矢量化后的數(shù)字化地形圖精度較原地形圖低;②需人工干預(yù)完成矢量化工作，自動化程度不高;③對地形圖中文字注記和數(shù)字的識別較弱;④圖形中的屬性數(shù)據(jù)較難提取;⑤所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)信息并非當(dāng)前最新的數(shù)據(jù)信息，存在一定的滯后性，需對相關(guān)數(shù)據(jù)進行補測或者修測，盡量完善測量數(shù)據(jù)信息，使其能夠符合建筑工程需求。

2.2 地面數(shù)字測圖技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)所測繪地區(qū)的經(jīng)費比較充足或工程項目所在地區(qū)沒有符合要求的大比例尺地圖時，可直接采用地面數(shù)字測圖的方法進行該地區(qū)大比例尺地圖的測繪。該法也稱為內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測圖法，是目前我國各測繪單位應(yīng)用最多的數(shù)字測圖方法。

與傳統(tǒng)的手工繪制方法相比，數(shù)字測圖技術(shù)具有顯示更直觀、精度更高的特點。利用計算機組合繪圖軟件，可以對被測元素和數(shù)據(jù)進行智能化處理，處理后的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成內(nèi)容豐富的電子地圖，需要時可利用計算機的圖形輸出設(shè)備（顯示器、繪圖儀）顯示或繪出符合不同比例尺大小的地形圖或各種專題地圖，并且可以借助計算機進行分析，能夠快速有效地掌握所測地區(qū)地上地下信息。不僅可以避免測繪人力、物力和財力的浪費，提升經(jīng)濟效益;而且可以提高地形圖的使用率、滿足了不同專業(yè)工程人員的需求。

2.3 數(shù)字測量技術(shù)在位移變形中的應(yīng)用

變形監(jiān)測是利用專用的儀器和方法對監(jiān)測對象或物體（簡稱“變形體”）進行周期或連續(xù)測量，以確定其空間位置隨時間的變化特征，對變形體變形形態(tài)進行分析、物理解釋和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢進行預(yù)測。對建筑工程而言，變形體一般包括建筑物及其附屬設(shè)施、以及其他與建設(shè)有關(guān)的人工或自然對象，如高層建筑、隧道、橋梁、大壩、邊坡、基坑等。在工程建設(shè)、運營管理階段通過對建筑物、邊坡、基坑等變形體進行變形監(jiān)測，了解掌握變形體以及與建設(shè)工程有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造變形，經(jīng)過回歸分析、因素作用分析、相關(guān)分析、時序分析和統(tǒng)計檢驗等確定變形過程和趨勢。然后根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)進行作圖分析、統(tǒng)計分析、對比分析和建立數(shù)學(xué)模型（統(tǒng)計模型、確定性模型和混合模型），確定變形顯性、規(guī)律和成因等，對變形體變形的發(fā)展趨勢進行預(yù)測，避免發(fā)生建筑安全事故或人員傷亡事故。變形監(jiān)測可分為動態(tài)與靜態(tài)變形測量，利用實時動態(tài)GPS測量、近景攝影測量、地面三維激光掃描的連續(xù)性觀測進行動態(tài)變形監(jiān)測，利用專用傳感器應(yīng)力應(yīng)變測量、GPS測量、常規(guī)大地測量的周期性觀測進行靜態(tài)變形監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測方案與監(jiān)測目的的不同要求，監(jiān)測時所采用的測量儀器與設(shè)備、測量方式及測量技術(shù)也不盡相同。周期性測量是在監(jiān)測方案所確定的時間間隔對變形體進行監(jiān)測，如出現(xiàn)異常情況可加密測量，將原始觀測數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后按時間順序繪制成變形過程線，可以反映變形體的累計變形量和兩相鄰觀測周期的相對變形量，而連續(xù)性測量是在監(jiān)測方案所確定的時間內(nèi)對變形體進行連續(xù)不間斷的監(jiān)測，將原始觀測數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后繪制成一條連續(xù)型的曲線。如在沉降測量中，在變形體上設(shè)置具有代表性的變形觀測點，既可采用連續(xù)性的測量方式，也可采用周期性的測量方式，但具體采用何種測量方式是由監(jiān)測方案和監(jiān)測目的所決定的。對變形觀測數(shù)據(jù)進行處理，確定變形的影響因素，分析變形的周期性、相關(guān)性，對其發(fā)展趨勢進行預(yù)測，并向有關(guān)單位提交變形監(jiān)測、分析和預(yù)報的技術(shù)報告，以便及時采取應(yīng)對措施，將存在的安全隱患盡可能排除，防止建筑工程安全事故的發(fā)生。變形監(jiān)測報告和總結(jié)作為竣工資料的重要組成部分，由建設(shè)單位進行歸檔保存，為以后的建設(shè)施工積累經(jīng)驗及提供科學(xué)依據(jù)。所以在建筑工程的設(shè)計、施工以及運營管理階段需重視變形監(jiān)測這項工作。

2.4 在建筑變形監(jiān)測中的應(yīng)用

安全越來越成為建筑行業(yè)關(guān)注的焦點，而傳統(tǒng)的變形監(jiān)測技術(shù)經(jīng)常無法瞬間獲取建筑安全信息的弱點，已經(jīng)很難滿足建筑安全的需要。隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和變形監(jiān)測工作在建筑工程的設(shè)計、施工及運營管理階段的重要作用，數(shù)字測量技術(shù)所具有的優(yōu)勢和特點也越來越被建設(shè)單位廣泛應(yīng)用。除了傳統(tǒng)的位置、高程數(shù)據(jù)提取分析，數(shù)字測量技術(shù)還能通過計算機對觀測對象的外形、輪廓等任何部位的影像和數(shù)據(jù)進行提取，對建筑變形的參數(shù)以及深基坑施工結(jié)構(gòu)與周圍的邊坡等監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，能夠?qū)ㄖ两怠⑺轿灰坪蛢A斜程度等進行全方位評測，確保建筑工程的安全運營。例如：在武漢長江二橋采用智能型全站儀TCA2003自動尋找、精確照準(zhǔn)目標(biāo)并自動讀數(shù)測定高塔柱的擺動。

3 ?結(jié)論

總而言之，數(shù)字測量技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用和發(fā)展，不僅提升了建設(shè)單位的測量水準(zhǔn)和工作效率，而且減少了建設(shè)單位的施工成本，為以后的建設(shè)施工積累了豐富的經(jīng)驗。相關(guān)人員還應(yīng)加強測量專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和測量儀器的操作及應(yīng)用，提升自身的整體素質(zhì)，讓其在以后的推廣和應(yīng)用中，發(fā)揮其更大的作用和價值。

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