基于工程測量中特殊地形測繪方法研究

陸立飛

貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局三總隊(duì) 貴州 遵義 563000

引言

特殊地形具有多變性、復(fù)雜性以及不確定因素多等特點(diǎn)，測量難度更大，而且對測量設(shè)備、人員、技術(shù)等各方面都提出了更高的要求。測繪之前，應(yīng)該安排專業(yè)人員前往現(xiàn)場做好全面的勘察工作，了解區(qū)域的實(shí)際情況，查看是否適合建造工程，了解地面、地質(zhì)、地形等相關(guān)信息；隨后根據(jù)特殊地形的特點(diǎn)來針對性地選擇測繪方法，深入分析可能會出現(xiàn)的問題，提前制定好應(yīng)對策略，在不影響工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升測繪進(jìn)度。

1 現(xiàn)階段測繪工程中特殊地形測繪存在的主要問題及技術(shù)缺陷

1.1 測繪技術(shù)及測繪設(shè)備方面的問題

特殊地形和人們正常生活、活動的地區(qū)是兩個相對的概念，一般指的是峽谷、森林、喀斯特地貌等特殊地形，想要對這些區(qū)域進(jìn)行高效率、高精度的測繪，僅僅依靠常規(guī)的測繪技術(shù)和設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)。目前，測繪工程中常用的測繪技術(shù)和設(shè)備具體包括全站儀、超站儀、三維激光掃描儀、航拍技術(shù)、鋼尺、秒表等。這些技術(shù)與設(shè)備在普通地形的測繪方面，確實(shí)有一定的優(yōu)勢，結(jié)果的準(zhǔn)確性也有所保障，但是在特殊地形中往往無法發(fā)揮作用，因此如何提升特殊地形測繪的合理性，是有關(guān)人員需要思考和關(guān)注的重點(diǎn)。測繪人員對測繪技術(shù)掌握的熟練與否、能夠靈活應(yīng)用測繪設(shè)備等，都將會對測繪數(shù)據(jù)的真實(shí)性造成一定影響[1]。目前，很多測繪人員并沒有做到這一點(diǎn)，對新型測繪技術(shù)、測繪設(shè)備的了解并不夠深入，增加了特殊地形測繪的難度。

1.2 地形特殊性問題

地形本身比較特殊，同樣也會增加測繪的難度，特殊地形具有不規(guī)則的特點(diǎn)，很多傳統(tǒng)的、標(biāo)準(zhǔn)的測繪儀器難以發(fā)揮其真正作用。比如在大范圍測繪方面，一般會使用到全站儀數(shù)字測圖技術(shù)，待測點(diǎn)和待測站之間應(yīng)該保證全程通視[2]。但在復(fù)雜、特殊的地形環(huán)境中，往往會有很多高大的遮擋物，想要保持全程通視難度比較大。隨著測繪距離的增加，數(shù)據(jù)精度也會受到一定影響；雖說GNSSRTK技術(shù)并不需要做到全程通視，測量誤差相對來說也比較小，但如果待測目標(biāo)所處的地勢比較平坦，那么三維坐標(biāo)的立體化程度也會進(jìn)一步降低，對測繪工作的順利開展造成不利。

2 特殊地形中測繪技術(shù)的應(yīng)用

特殊地形相對來說更加復(fù)雜，不確定因素比較多，想要獲取準(zhǔn)確、全面、真實(shí)的測繪信息，就要將多種技術(shù)結(jié)合起來使用。測繪初期，安排專業(yè)人員前往現(xiàn)場做好勘察與檢測工作，充分了解地形、地質(zhì)等情況；隨后根據(jù)掌握的信息來選擇合適的測繪方式，分析可能出現(xiàn)的問題，提前制定好應(yīng)對方案。測繪人員應(yīng)當(dāng)了解每種技術(shù)的基本應(yīng)用原理和方式方法，節(jié)省測繪時間，提升測量的精確性。

2.1 測繪技術(shù)在山地區(qū)域的應(yīng)用

植被茂密的山地、森林等特殊地形中，很容易出現(xiàn)信號不佳的情況，GPS、RTK等測繪儀設(shè)備的使用效果并不理想，影響測繪結(jié)果，全站儀設(shè)備又會受到高大植物的影響，而且視野不夠開闊。測繪人員可以利用一些特殊的技術(shù)，比如測量待測地點(diǎn)測站的直線距離，將放樣點(diǎn)坐標(biāo)、測設(shè)導(dǎo)線、角度、距離等參數(shù)直接代入到數(shù)學(xué)公式中，計算出具體的測量方位、待測點(diǎn)坐標(biāo)方位角等數(shù)值；隨后將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計算機(jī)中，得到準(zhǔn)確的測繪值[3]。

2.2 測繪技術(shù)在泥濘地區(qū)的應(yīng)用

工程測繪中還會遇到泥濘、荒漠等特殊地形，人工測繪的難度非常大，如果測繪人員對泥濘區(qū)域測繪的要點(diǎn)不夠了解，還有可能為其帶來一定的危險，對工程順利實(shí)施造成不利影響。如果泥濘的面積比較大，可借助高程來完成測繪工作，將泥濘區(qū)域作為中心，科學(xué)布置各個測量點(diǎn)位，并通過全站儀設(shè)備、近景攝影測量等技術(shù)，保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

2.3 測繪技術(shù)在大區(qū)域的應(yīng)用

沙漠、湖泊、江河等面積比較大的區(qū)域，測繪工作難以順利開展，測繪人員必須要考慮到實(shí)際情況，選擇GPS、RTK等測繪設(shè)備，在需要測量的區(qū)域周圍建立測繪站，將免棱角全站儀測量、近景攝影測量等方法結(jié)合起來應(yīng)用，高效完成工程測繪。

3 針對特殊地形可以采用的測繪方法

測繪工程主要是通過相應(yīng)的技術(shù)手段，獲取空間、土地等相關(guān)信息，將測量得到的數(shù)據(jù)作為參考，繪制相應(yīng)的地形圖。工程測繪的范圍比較廣，比如在區(qū)域施工的初期階段，應(yīng)當(dāng)全面了解地形、地貌等信息，把握地理結(jié)構(gòu)情況，做好勘察工作，為項(xiàng)目順利開展提供有力支持。在特殊地形的測繪方面，除了要繪制野外草圖之外，還應(yīng)該使用多種有效的測繪方法，從而實(shí)現(xiàn)測繪質(zhì)量的提升，保證測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.1 借助航空設(shè)備收集圖案

我國國土面積遼闊，部分工程或者礦山勘測所處的地形非常特殊，比如無人峽谷、環(huán)境惡劣的大森林等，人工測量的難度比較大，而且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得不到保障，利用航空設(shè)備搭載測繪工具是一種比較理想的手段。和衛(wèi)星設(shè)備拍攝這種方式不同，航空設(shè)備多在低空區(qū)域進(jìn)行圖片、視頻的拍攝與測量，設(shè)備上會搭載高清晰度的攝影攝像設(shè)備。而衛(wèi)星設(shè)備拍攝則是利用到了太空衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)高空拍攝，隨后將圖片等相關(guān)信息傳輸?shù)降孛?，從而獲取數(shù)據(jù)信息。航空設(shè)備搭載測繪工具的這種形式，最常見的就是無人機(jī)，拍攝范圍相當(dāng)廣泛，優(yōu)勢非常突出，適應(yīng)性很強(qiáng)。但是其缺點(diǎn)也比較明顯，比如圖片、視頻拍攝的清晰度有限，容易受到氣候條件的影響等，在暴雨、大風(fēng)情況下，航空設(shè)備搭載測繪設(shè)備這種方式的效果并不理想。

3.2 借助三維坐標(biāo)的應(yīng)用生成立體圖

三維坐標(biāo)包含的內(nèi)容非常廣，比如球面坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)等，這些都是三維坐標(biāo)的范疇。這種方法的原理主要在于，通過三個變量來描繪出空間中一個具體的點(diǎn)，這個三變量彼此獨(dú)立，空間性特點(diǎn)十分突出。當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)當(dāng)屬GNSSRTK技術(shù)，在實(shí)際測繪工作中，借助該技術(shù)傳回目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，并將該點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)錄入到計算機(jī)中，通過無數(shù)個點(diǎn)的結(jié)合，形成三維立體模型。為了提升測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性，這種測繪、信息傳輸?shù)牟僮餍枰磸?fù)進(jìn)行[4]。在對待測定對象進(jìn)行重復(fù)測定的過程中，每一次測量都會產(chǎn)生三維坐標(biāo)，信息體量比較大，因此必須要借助專業(yè)的計算機(jī)設(shè)備以及處理系統(tǒng)，將所有坐標(biāo)點(diǎn)和模型疊加在一起，就可以得到和被測目標(biāo)幾乎一致的模型。隨后反復(fù)進(jìn)行該操作，對模型進(jìn)行修正、糾偏和優(yōu)化，直到與被測對象完全一致。

3.3 繪制大量草圖

測繪工作開展的前提是擁有大量真實(shí)、準(zhǔn)確、有效的測繪數(shù)據(jù)，將全站儀測圖技術(shù)、GNSSRTK技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)地形的測繪，保證信息的全面性、代表性。根據(jù)得到的數(shù)據(jù)信息來繪制相關(guān)草圖，便于專業(yè)人員進(jìn)行深入分析，并根據(jù)概率學(xué)原理，得出相對準(zhǔn)確的測繪結(jié)果。在一般地形條件中，全站儀測繪技術(shù)能夠起到有效的作用，與GNSSRTK技術(shù)進(jìn)行結(jié)合的主要目的在于，所收集到的信息數(shù)據(jù)能夠自動生成三維坐標(biāo)，測繪結(jié)果的可靠性更強(qiáng)。在對目標(biāo)地形進(jìn)行測繪之前，技術(shù)人員可以先進(jìn)行一些基礎(chǔ)性的測繪工作，比如利用航空拍攝、無人機(jī)等先了解大致情況，根據(jù)現(xiàn)場的司機(jī)情況來選擇合適的測繪方法。如果地形條件相對來說比較簡單、單一，只利用全站儀測圖技術(shù)即可取得良好效果；如果地形條件相對比較復(fù)雜，則可以與GNSSRTK技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，通過大量的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)來繪制草圖。草圖繪制完成之后，將信息錄入到計算機(jī)系統(tǒng)中，對其深入分析、處理與儲存，形成專屬的數(shù)據(jù)庫，得到具體的測繪結(jié)果。

3.4 不斷進(jìn)行比例尺的縮小和放大

對復(fù)雜地形進(jìn)行測繪時面臨的主要難題在于，地形具有不規(guī)則的特點(diǎn)，人工測繪時往往無從下手，不知道如何科學(xué)地設(shè)置測繪點(diǎn)[5]。想要解決這一問題，可以不斷地對比例尺進(jìn)行縮小和放大，具體流程如下：先確定好需要測繪的區(qū)域，根據(jù)實(shí)際情況來選擇合適的測繪技術(shù)，通常使用“航拍測繪+全站儀測圖技術(shù)”，為了方便后期加工和分析，一般會把目標(biāo)地形加工的更加規(guī)則一些。基本的測繪工作完成之后，將目標(biāo)地形分成多個規(guī)則的小區(qū)域，將各個小區(qū)域中的目標(biāo)點(diǎn)利用比例尺不斷放大，直到與大區(qū)域的比例幾乎相同，隨后再進(jìn)行深入的測繪。在反復(fù)的縮放比例尺中，特殊地形的測繪工作可以開展的更為順利，測繪數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性也有所保障。

3.5 借助智能化的測繪工具

想要獲取特殊地形的準(zhǔn)確測繪數(shù)據(jù)，必須要使用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，借助智能化設(shè)備進(jìn)行測繪操作。很多人力難以進(jìn)行的復(fù)雜測繪操作，都可以利用先進(jìn)的測繪工具來實(shí)現(xiàn)，比如在無人大峽谷、大森林等區(qū)域進(jìn)行測繪時，可以在測繪設(shè)備中增設(shè)智能化模塊。確定好測繪點(diǎn)，將無線設(shè)備連接起來，讓數(shù)據(jù)采集和儲存更加方便，隨后通過計算機(jī)進(jìn)行操作，一方面避免了人為測繪在特殊地形中的風(fēng)險，另一方面也提升了測繪的可操作性，以及數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

3.6 野外數(shù)據(jù)采集

和GPSRTK技術(shù)相比，全站儀測繪技術(shù)以及其他傳統(tǒng)技術(shù)在地形條件比較理想的地區(qū)，其測量速度相對來說比較快，測距鏡頭更加靈活，尤其是在地物密集的區(qū)域，其優(yōu)勢將會展現(xiàn)的更為明顯。因此在特殊地形中，為了保證數(shù)據(jù)信息的精確性，一般會利用全站儀作為輔助測量手段，針對GPSRTK儀器無法采集到的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充測量。但是在實(shí)際操作中，一些特殊情況下，測量人員無法進(jìn)入到測量現(xiàn)場，比如居民區(qū)、工廠閉鎖關(guān)門的情況。這時無論是全站儀還是GPSRTK技術(shù)，都難以發(fā)揮其真正作用，為了提升測繪效率，避免浪費(fèi)時間，可以選擇另外一種方便快捷且效率有保障的技術(shù)。在測量區(qū)域選擇一處地勢比較高的地方，比如樓頂、小山坡，用GPS設(shè)立測量站，再利用免棱鏡全站儀來測量碎部點(diǎn)，效果良好。

4 提升特殊地形測繪質(zhì)量的策略

4.1 提升測繪人員業(yè)務(wù)能力

測繪工程具有一定的復(fù)雜性，尤其是在特殊地形測繪中，對技術(shù)人員業(yè)務(wù)能力提出了更高的要求。應(yīng)當(dāng)采用科學(xué)的方式對其進(jìn)行培訓(xùn)，確保相關(guān)人員具備扎實(shí)的業(yè)務(wù)技能，強(qiáng)化綜合素質(zhì)，熟練掌握各種測繪設(shè)備、技術(shù)的應(yīng)用技巧，從而高效完成測繪任務(wù)。

4.2 引進(jìn)現(xiàn)代化設(shè)施

設(shè)備儀器精密與否，將會直接影響到特殊地形測繪工作質(zhì)量，在引進(jìn)的過程中，確保設(shè)備符合相關(guān)要求與規(guī)范。負(fù)責(zé)工程的單位應(yīng)該深入調(diào)研，了解地形測繪的具體要求，投入一定的資金，采購高性能、高精度的設(shè)備，盡可能降低測繪時的誤差，提升工程質(zhì)量。

4.3 保證測繪方案的合理性

想要讓特殊地形測繪工作開展的更為順利，必須要制定科學(xué)可行的測繪方案，明確規(guī)范測繪流程，加強(qiáng)質(zhì)量管控，對測繪人員的相關(guān)行為起到約束和引導(dǎo)作用。要根據(jù)實(shí)際情況來制定相應(yīng)的方案，以保證測繪的準(zhǔn)確性，做好前期項(xiàng)目考核與準(zhǔn)備工作，全面收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，降低特殊地形測繪的難度。

5 結(jié)束語

總而言之，工程測繪具有很強(qiáng)的專業(yè)性，實(shí)際測繪面臨的環(huán)境更為復(fù)雜，尤其是在特殊地形中，為了保證測繪的安全、準(zhǔn)確，必須要靈活運(yùn)用多種測繪技術(shù)?？梢越柚娇赵O(shè)備來收集信息，利用三維坐標(biāo)生成立體圖，繪制大量草圖，利用現(xiàn)代化的檢測設(shè)備和工具等，提升測繪的有效性。