帶狀測(cè)繪工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與精度分析

張毅

摘 要： 利用帶狀地形圖測(cè)繪技術(shù)對(duì)移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)優(yōu)化采集、點(diǎn)云自動(dòng)分類提取、點(diǎn)云數(shù)據(jù)地形圖繪制及質(zhì)量檢查等內(nèi)容進(jìn)行研究。利用帶狀地形圖測(cè)繪技術(shù)方案和作業(yè)過程突破多源數(shù)據(jù)管理、多源數(shù)據(jù)快速地形圖制作中的關(guān)鍵技術(shù)，得到了高可信度分類與測(cè)圖要素自動(dòng)提取更優(yōu)化方式，加速推進(jìn)帶狀地形圖測(cè)繪方式的變革。

關(guān)鍵詞： 帶狀圖測(cè)繪;優(yōu)化設(shè)計(jì);精度

【中圖分類號(hào)】P62 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）08-0038-01

引言：在長(zhǎng)三角地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)經(jīng)常需要構(gòu)建長(zhǎng)基坑，而長(zhǎng)三角地區(qū)的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，存在較多的軟弱土層，因此對(duì)長(zhǎng)基坑建設(shè)過程中的變形監(jiān)測(cè)就顯得十分重要，這決定著上部結(jié)構(gòu)的建設(shè)質(zhì)量。相對(duì)于其他建筑結(jié)構(gòu)物，長(zhǎng)基坑的變形監(jiān)測(cè)并不能采取傳統(tǒng)落后的控制網(wǎng)測(cè)定方式，這也直接造成變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方式的差異。相關(guān)技術(shù)人員為了確保獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精確度，就需要對(duì)控制網(wǎng)中的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行不斷復(fù)核。本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，以南京市某地區(qū)地鐵深長(zhǎng)基坑為例，采取固定基準(zhǔn)，以此作為控制網(wǎng)監(jiān)測(cè)平差基準(zhǔn)，然后采取組合后驗(yàn)方差方法對(duì)其數(shù)據(jù)穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，以此判斷基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，該方法能有效提供準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)于相關(guān)單位的現(xiàn)場(chǎng)工作具有重大意義。

1 帶狀測(cè)繪工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

基坑變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)由于長(zhǎng)基坑自身的環(huán)境限制因素較多，常規(guī)的控制網(wǎng)變形監(jiān)測(cè)措施難以有效開展，而目前隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人測(cè)量、激光三維測(cè)量等先進(jìn)智能化技術(shù)也得到了較為廣泛的應(yīng)用。其中，機(jī)器人測(cè)量技術(shù)可以借助于智能化搜索棱鏡位置功能，有效獲取長(zhǎng)基坑邊角相關(guān)數(shù)據(jù)，且該技術(shù)采取的數(shù)據(jù)處理方式較為常規(guī);激光三維測(cè)量技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于能獲取大范圍、大量的數(shù)據(jù)，但這也對(duì)數(shù)據(jù)分析處理造成了極大的難度。當(dāng)前不少企業(yè)已經(jīng)逐漸采取智能化、系統(tǒng)實(shí)時(shí)化手段，充分利用軟硬件優(yōu)勢(shì)，對(duì)基坑變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警。本項(xiàng)目基坑監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)利用機(jī)器人測(cè)量技術(shù)進(jìn)行采集。相對(duì)落后的測(cè)量控制網(wǎng)布置是通過已知位置關(guān)聯(lián)未知點(diǎn)的位置，而考慮到長(zhǎng)基坑具有狹長(zhǎng)型的特點(diǎn)，且基坑內(nèi)部穩(wěn)定基點(diǎn)相距未知點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，基坑內(nèi)部照光條件較差，給監(jiān)測(cè)工作的開展造成較大不便，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度也極容易受到影響，為此，本項(xiàng)目采取基準(zhǔn)點(diǎn)-工作基點(diǎn)-監(jiān)測(cè)點(diǎn)模式進(jìn)行控制網(wǎng)布置，其中，基準(zhǔn)網(wǎng)由基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)兩方面構(gòu)成，監(jiān)測(cè)網(wǎng)則由監(jiān)測(cè)點(diǎn)、工作基點(diǎn)兩方面構(gòu)成。通過安裝在工作基點(diǎn)上面的觀測(cè)設(shè)備對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。以基準(zhǔn)點(diǎn)作為長(zhǎng)基坑監(jiān)測(cè)的主要依據(jù)，技術(shù)人員就必須充分考慮其穩(wěn)定性，為此，基準(zhǔn)點(diǎn)的布置位置需要遠(yuǎn)離基坑變形復(fù)雜區(qū)域，一般控制距離在100m左右。除此之外，技術(shù)人員在該項(xiàng)目變形區(qū)域外側(cè)布置4組基準(zhǔn)點(diǎn)，每一組都需要在長(zhǎng)基坑變形復(fù)雜區(qū)域100m處安裝9個(gè)棱鏡，并且3個(gè)基準(zhǔn)傳遞點(diǎn)需要布置在工作基點(diǎn)斷面上。技術(shù)人員所選用的測(cè)量?jī)x器為L(zhǎng)TM35機(jī)器人，首先在工作基點(diǎn)上安裝測(cè)量機(jī)器人，其次根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行變形測(cè)量。

2 帶狀測(cè)繪工程控制網(wǎng)

2.1 點(diǎn)云的自動(dòng)分類提取

激光腳點(diǎn)數(shù)據(jù)在三維空間的分布形態(tài)呈現(xiàn)隨機(jī)離散的“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)。只有對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高可信度分離后，才有可能將點(diǎn)云數(shù)據(jù)用于不同的目的。通常情況下，點(diǎn)云的分離可以簡(jiǎn)單的濾波來表達(dá)。基于城市大比例尺帶狀地形圖測(cè)繪的需求，點(diǎn)云的高可信度分類與測(cè)圖要素自動(dòng)提取，包括建筑物角點(diǎn)、柱狀物（各種立桿、樹木等）、道路邊線等。其中建筑物角點(diǎn)提取采用基于掃描線方向向量差值的方法濾波得到建筑物點(diǎn)集，柱狀物提取采取基于分層投影點(diǎn)密度的方法，道路特征邊線提取則采用聚類分析法得到，然后在此基礎(chǔ)上通過設(shè)置提取所需參數(shù)（經(jīng)驗(yàn)值），將建筑物和輪廓線、柱狀物、道路邊線提取出。自動(dòng)分類提取出的地形圖地物特征點(diǎn)最終通過矢量和模型的形式加載到點(diǎn)云文件中去，從而達(dá)到用戶在進(jìn)行地形圖編輯時(shí)參考的目的。建筑物提供角點(diǎn)和輪廓線信息，桿狀物則提供中心點(diǎn)位信息，道路邊線只提供直線部分特征線。

2.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)數(shù)據(jù)掃描完成后，會(huì)得到多組數(shù)據(jù)：GPS流動(dòng)站數(shù)據(jù)、GPS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)、系統(tǒng)位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)、DMI記錄數(shù)據(jù)、工控機(jī)記錄數(shù)據(jù)、瞬時(shí)激光掃描角的激光距離測(cè)量值、CCD像機(jī)影像數(shù)據(jù)等，對(duì)這些多源數(shù)據(jù)的處理包括GPS數(shù)據(jù)差分處理，IMU、GPS、DMI組合導(dǎo)航聯(lián)合解算，激光掃描數(shù)據(jù)解算，不同傳感器觀測(cè)值間時(shí)間同步，激光腳點(diǎn)三維坐標(biāo)計(jì)算等。激光腳點(diǎn)WGS84坐標(biāo)系下的三維空間直角坐標(biāo)（x，y，z）要經(jīng)過7個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化才能得到，瞬時(shí)激光束坐標(biāo)系→激光掃描參考坐標(biāo)系→載體坐標(biāo)系→慣性參考坐標(biāo)系→地方水平參考坐標(biāo)系→地方垂直參考坐標(biāo)系→WGS84坐標(biāo)系，最后得到每個(gè)激光腳點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)。通常，數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、差分GPS（DGPS）計(jì)算、DGPS/IMU/DMI聯(lián)合解算、激光掃描儀原始數(shù)據(jù)解碼等。1）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化。由于車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)源的多樣性，不同的數(shù)據(jù)源原始存儲(chǔ)格式并不能完全被計(jì)算軟件識(shí)別，需要通過對(duì)其格式進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)化才能有效識(shí)別。2）差分GPS（DGPS）計(jì)算。主要利用IE組合導(dǎo)航解算軟件進(jìn)行DGPS計(jì)算，需要外業(yè)輔助，提供基準(zhǔn)站記錄數(shù)據(jù)、儀器高等數(shù)據(jù)。3）DGPS/DMI/IMU聯(lián)合解算。在GPS信號(hào)不好甚至失鎖的情況下，高采樣率的IMU依然能持續(xù)穩(wěn)定地提供低漂移的精度解算，同時(shí)DMI輔助則能有效抑制額外的誤差漂移，組合導(dǎo)航系統(tǒng)能獲取高精確的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。4）激光掃描儀原始數(shù)據(jù)解碼。

2.3 質(zhì)量檢查級(jí)精度

質(zhì)量檢查主要包括數(shù)據(jù)精度檢測(cè)、外業(yè)巡視檢查和數(shù)據(jù)檢查3個(gè)方面內(nèi)容。數(shù)據(jù)精度檢測(cè)通常進(jìn)行點(diǎn)位精度（絕對(duì)精度）、地物點(diǎn)間距精度（相對(duì)精度）、高程點(diǎn)精度三個(gè)方面的精度檢測(cè)。（1）外業(yè)巡視檢查則采用抽樣檢查的方法，重點(diǎn)檢查變化量大的圖幅;（2）數(shù)據(jù)檢查則包含軟件自動(dòng)檢查、人工輔助檢查、回放圖檢查等方式進(jìn)行;（3）通過以上生產(chǎn)工序，最終完成基于車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的大比例尺地形圖測(cè)繪。

結(jié)語(yǔ)：移動(dòng)測(cè)量技術(shù)在技術(shù)、質(zhì)量方面完全能達(dá)到城市大比例尺帶狀地形圖測(cè)繪的精度要求，相比常規(guī)的測(cè)量手段，車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)就是降低了外業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了作業(yè)周期，生產(chǎn)效率大幅提高。作為一種全新的測(cè)繪手段，在城市大比例尺地形圖測(cè)繪方面還有很多具體問題需要探索和研究，基于車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的研究尚處于起步階段，很多功能還不是特別完善，也有許多功能需要增加和完善，當(dāng)前階段只能做到初步滿足測(cè)量需求。

參考文獻(xiàn)

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