數(shù)字化測繪技術在工程測量中的應用

梁 芳

（聊城衡坤信息科技有限公司，山東 聊城 252000）

0 引言

隨著計算機、多媒體、人工智能等技術的發(fā)展，傳統(tǒng)測繪技術開啟了數(shù)字化的進程：測繪數(shù)據(jù)的需求、測繪目標的表達效果、測繪成果的表現(xiàn)形式均由圖紙等實物演變?yōu)槎喾N不同的數(shù)字化內(nèi)容，測繪操作方法和工作效率也隨之產(chǎn)生了巨大的變化。數(shù)字化測繪技術廣泛應用于工程測量中，顯著提高測量數(shù)據(jù)的精準性和安全性，全面提升工程測量的效率和質(zhì)量，降低工程項目的成本，推動工程建設的持續(xù)健康發(fā)展，滿足國家經(jīng)濟發(fā)展的需求。本文就數(shù)字化測繪技術在工程測量中的應用展開論述。

1 數(shù)字化測繪技術

數(shù)字化測繪技術是以先進計算機技術和儀器設備為依托，借助互聯(lián)網(wǎng)建立的精確、實時、高效的大地理信息測量繪圖綜合服務系統(tǒng)，能夠?qū)y量區(qū)域的數(shù)據(jù)信息進行高精度的提取和分析處理，并以數(shù)字化的方式呈現(xiàn)測量結果。該技術具備高測量精度、高勘測效率、高自動化程度等顯著特征，無論在外業(yè)數(shù)據(jù)采集還是內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理方面都有了革命性的進步。

2 數(shù)字化測繪技術的應用優(yōu)勢

傳統(tǒng)測繪技術的儀器設備過度依賴人力操作，受外部環(huán)境影響較大，極易因人為計算誤差而影響測繪結果的精確度。而數(shù)字化測繪技術相較前者展現(xiàn)出了全方位的優(yōu)越性，其應用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在測量數(shù)據(jù)的精確性和安全性，圖像數(shù)據(jù)的完整性和豐富性，工程測量工作的自動化及優(yōu)化等方面。

2.1 確保測量數(shù)據(jù)的精確性和安全性

數(shù)字化測繪技術依賴編程數(shù)據(jù)和軟件進行控制，由高度自動化的精密儀器來完成工程測量，具備很強的抗干擾能力；有效減少測量任務量和操作層次，簡化操作流程，提高了作業(yè)效率；通過多次測量來進行數(shù)據(jù)的相互驗證，確保測量數(shù)據(jù)的準確性。根據(jù)實際作業(yè)情況統(tǒng)計，在300m以內(nèi)的測量范圍內(nèi)，采用數(shù)字化測繪技術獲取的測量數(shù)據(jù)誤差一般在2mm 左右，高差誤差約為18mm[1]。數(shù)字化測繪技術生成的數(shù)據(jù)以數(shù)字化的形式進行傳輸和儲存，可以實時動態(tài)地加工測量數(shù)據(jù)，多角度地細致描述工程屬性，全方位呈現(xiàn)測量對象的外觀特征，為工程施工、圖紙設計等提供準確完整的數(shù)據(jù)資料。該技術允許測繪人員將測量儀器直接與計算機設備或網(wǎng)絡相連接，支持在測量過程中進行實時、高速、自動的數(shù)據(jù)存儲，提高數(shù)據(jù)存儲的效率和安全性；允許測繪人員實時地檢索和調(diào)用已在計算機設備或云端存儲的測量數(shù)據(jù)，能夠直接對某些需要變動或錯誤的數(shù)據(jù)進行修改，無須重新測繪，大幅降低了工程項目的測繪成本，最大限度地確保數(shù)據(jù)的安全性。

2.2 提高圖像數(shù)據(jù)的完整性和豐富性

數(shù)字化測繪技術結合相關地形等信息，依靠專業(yè)的測量數(shù)據(jù)分析軟件，精確測算兩點位移和區(qū)域面積，根據(jù)各測量點的高程數(shù)據(jù)繪制相對高差，從而生成高精度的二維或三維地形圖，同時標注部分測量學的特殊屬性符號，將所測區(qū)域的位置、地貌特征和環(huán)境等狀況進行更加準確的還原。該技術在解放人力的基礎上，大幅避免了人工繪圖偏誤，保證了圖像數(shù)據(jù)的完整性和豐富性，提高數(shù)據(jù)信息的直觀可視化。

2.3 提升工程測量工作的自動化程度

數(shù)字化測繪技術建立在電子信息技術、計算機網(wǎng)絡技術和自動化技術等基礎上，很大程度上實現(xiàn)了“非接觸測量”，在操作上更加便捷和智能。該技術可以由少數(shù)測繪人員借助無人機、高空氣球等設備進行高度自動化的遠程測量，運用大數(shù)據(jù)、云計算等技術進行自動化處理，通過云儲存等技術進行簡潔的存儲操作，并在需要時根據(jù)條件分類匹配相關信息，極大地節(jié)省了人力物力成本，確保了數(shù)據(jù)的精準性；也可以在運用CASS以及Auto CAD 等計算機繪圖軟件繪圖時，快速搜索和調(diào)用存儲信息，結合相關軟件自動標注測量數(shù)據(jù)，提供多種規(guī)格和模式的圖像化信息，顯著提升工程測量的自動化程度和質(zhì)量。

2.4 優(yōu)化工程測量工作的總結和評價

工程測量是一項非常嚴謹?shù)墓ぷ?，不僅強調(diào)測量數(shù)據(jù)的準確性和安全性，還要求對測量工作的進展情況及時總結與評價，以便糾正錯誤和調(diào)整工作計劃。數(shù)字化測繪技術可以快速分析比對、核查糾正各類測量數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)信息的精確詳實，在盡可能短的時間發(fā)現(xiàn)測量工作的問題及阻礙，快速科學地總結和評價，制定行之有效的解決措施，顯著提升工程測量的效率，為工程管理制度及發(fā)展計劃等方案的制定提供更加可靠的參考依據(jù)。

3 數(shù)字化測繪技術的應用分析

數(shù)字化測繪技術以“數(shù)字化”為特點，以“測繪”為根本功能，廣泛應用于工程測量的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出等方面，其核心技術的應用主要表現(xiàn)在GPS測繪技術、地理信息技術、遙感技術和原圖數(shù)字化處理技術等方面。

3.1 GPS測繪技術的應用分析

GPS 測繪技術借助全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測地理環(huán)境，對勘測對象進行精準定位、實時追蹤，將測量數(shù)據(jù)同步到對應的移動站進行整合與分析，為地質(zhì)、建筑等多種工程測量提供精確的定位信息。GPS 測繪技術對地理坐標點的獲取不受時空的限制，可以大幅降低測繪工作強度，確保測量區(qū)域相關距離、角度、水平等數(shù)據(jù)的準確性，多用于距離和時間的測量，分為靜態(tài)和動態(tài)兩種方式。其中實時動態(tài)載波相位差分技術（RTK）更是能夠?qū)⒍ㄎ痪忍嵘嚼迕准墸瑸楣こ谭艠?、地形測圖及各種控制測量帶來了新的測量原理和方法[2]，極大地提高了工程測量的效率。

3.2 地理信息技術的應用分析

地理信息技術（GIS）是在計算機軟硬件系統(tǒng)支持下，有效融合計算機與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，構成功能強大的地理信息系統(tǒng)平臺，通過三維空間矢量坐標軸對所測量的空間目標進行定位，有效分析和綜合處理地理空間數(shù)據(jù)。該技術具備可操作性強、可視化和三維仿真等特點，可以全面顯示測量范圍內(nèi)地理空間分布的各種信息，智能規(guī)避無關信息的干擾，科學自動地篩選處理測量數(shù)據(jù)，對空間地理信息進行矢量分析，并以圖像模式進行呈現(xiàn)，提高數(shù)據(jù)的精準性。

3.3 遙感技術的應用分析

遙感技術（RS）通過多重傳感器遠程感知目標的電磁波、微波和紅外線等，對目標區(qū)域或物體的空間形態(tài)進行精確的遠程掃描、識別和測繪，并借助衛(wèi)星把掃描數(shù)據(jù)發(fā)送至信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為真實圖像，迅速獲得詳實精確的數(shù)據(jù)。該技術分為衛(wèi)星遙感技術和航天遙感技術兩種，衛(wèi)星遙感技術運用衛(wèi)星系統(tǒng)進行廣域空間的環(huán)境監(jiān)測，掃描范圍廣但圖像分辨率較低；航天遙感技術借助專用飛行器進行位置監(jiān)測，同步搜索多維地理信息，為后續(xù)的繪圖作業(yè)提供可靠依據(jù)。

3.4 原圖數(shù)字化處理技術的應用分析

原圖數(shù)字化處理技術通過掃描原圖，提取并分析掃描圖中的圖像內(nèi)容和數(shù)據(jù)信息，并合成清晰準確的數(shù)字化地圖。其中手扶跟蹤數(shù)字化法較全面的分析整合各測量數(shù)據(jù)并修正地圖坐標以提升原圖的精確性，將誤差控制在5cm 之內(nèi)；掃描矢量化法處理原圖速度快，顯著提升測量效率，但精確度有所降低，需要通過修測、補測等措施加以彌補。該技術可以根據(jù)需要對原圖中不確定圖像內(nèi)容進行修復，對原圖內(nèi)容和勘測數(shù)據(jù)進行比對、糾正并加以標注，對成圖的圖像和測量信息等內(nèi)容進行分圖層儲存，有效地控制了測繪成本。

4 數(shù)字化測繪技術在工程測量中的有效應用

近年來，隨著社會的進步和技術的發(fā)展，工程測量等領域越發(fā)注重測量的數(shù)據(jù)信息。為了提升數(shù)據(jù)的采集效率和開發(fā)利用率，為整個工程項目提供更加準確全面的測量數(shù)據(jù)，數(shù)字化測繪技術越來越廣泛地應用于工程測量中。

4.1 在工程測量數(shù)據(jù)采集中的應用

在數(shù)據(jù)采集中運用數(shù)字化測繪技術，測繪人員需要明確測繪目標，采用無人機遙感等技術對工程范圍進行測量，借助全站儀獲取各類地形的三維坐標，并對具體建筑等測量對象進行全方位的快速三維掃描，生成具有較高精度的云數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的精準性，同步實現(xiàn)自動化的數(shù)據(jù)分析，最終通過專業(yè)軟件將其處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息，合成完善的三維測量模型，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和繪圖作業(yè)提供可靠依據(jù)。

4.2 在工程測量數(shù)據(jù)處理中的應用

在數(shù)據(jù)處理中運用數(shù)字化測繪技術，測繪人員需要借助云計算等技術精準整合測量數(shù)據(jù)，簡化處理流程，提高處理精準度；依靠云儲存系統(tǒng)進行實時的數(shù)據(jù)存儲，允許測繪人員隨時中止或繼續(xù)各項數(shù)據(jù)的處理操作，全面提升數(shù)據(jù)處理的靈活性；使用相應編輯器將數(shù)據(jù)加工成CAD 圖像，將MAP 格式文件轉(zhuǎn)化為點線等格式，結合采集的數(shù)據(jù)資料標注圖像內(nèi)的屬性符號，并參照所獲取的相關數(shù)據(jù)進行測量圖樣的處理，生成二維、三維、整體或局部等多種圖像與模型，直觀呈現(xiàn)測量對象的特點信息，滿足制圖一體化的需求，最終根據(jù)需要將圖樣上傳至相關數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理的自動化、智能化，節(jié)省了人力物力成本。

4.3 在工程變形監(jiān)測中的應用

在工程變形監(jiān)測中，測繪人員運用數(shù)字化的動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)測量區(qū)域范圍的大小調(diào)整動態(tài)監(jiān)控級別，有針對性地開展多種測繪作業(yè)，實時監(jiān)測目標對象的結構、位置角度等變化，確保數(shù)據(jù)的精準性和時效性，并及時比對處理測取的數(shù)據(jù)，分析其成因和影響，采取有針對性的應對措施。比如，在建筑變形監(jiān)測過程中，測量人員利用無人機遙感、實時數(shù)據(jù)檢索比對等技術動態(tài)監(jiān)測高層建筑傾斜、墻體裂縫、地基下沉等變形情況，借助計算機分析處理采集數(shù)據(jù)，以圖像方式進行呈現(xiàn)，及時發(fā)現(xiàn)變形問題，確保施工安全和建筑質(zhì)量，推進工程項目的順利實施。

5 結束語

數(shù)字化測繪技術是“以確定性的‘規(guī)則-算法-模型’為本質(zhì)，對現(xiàn)實地理世界進行數(shù)字化采集、表達、處理與分析”[3]的技術體系，是對傳統(tǒng)測繪技術的革命性突破。目前，數(shù)字化測繪技術面對多維動態(tài)的地理場景建模和復雜空間問題求解的需求往往力不從心，但依托于數(shù)字技術、人工智能技術等先進科技的發(fā)展，未來的數(shù)字化測繪技術將逐漸迎來全面的智能化轉(zhuǎn)型。最終，數(shù)字化測繪技術將通過人類自然智能、機器智能與測繪知識、算法的有機結合，構建出以知識為引導、算法為基礎的智能化測繪體系，實現(xiàn)對真實世界的智能感知、認知、表達及行為計算，為全社會提供更加豐富、更為精準的地理空間數(shù)據(jù)、信息及知識產(chǎn)品[3]。未來的智能化測繪技術也將為我國的智慧城市建設提供寶貴的基礎信息和技術支持，為我國全面推進數(shù)字化發(fā)展和智能化轉(zhuǎn)型貢獻出巨大的力量。