工程測(cè)量與三維測(cè)繪技術(shù)發(fā)展前景分析

許榮歡

（廣西立華測(cè)繪有限公司，廣西 崇左 532200）

開展工程測(cè)量主要涵蓋在現(xiàn)場(chǎng)施工以及工程完工時(shí)等所運(yùn)用到的一系列測(cè)量技術(shù)，其中在進(jìn)行測(cè)量的過程當(dāng)中還會(huì)使用到數(shù)字化圖紙、監(jiān)控設(shè)備等，所涉及范圍相對(duì)較廣。在應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域工程測(cè)量技術(shù)尤為重要，不僅包括了整個(gè)工程項(xiàng)目中場(chǎng)地勘測(cè)、繪制圖紙、現(xiàn)場(chǎng)施工、施工管理、驗(yàn)收等一系列工作環(huán)節(jié)中所開展的測(cè)量事項(xiàng)，甚至小到社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)，大到國防、航空等各個(gè)領(lǐng)域都有所觸及，在推動(dòng)當(dāng)下社會(huì)繁榮、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及提高人們生活品質(zhì)等方面都起到重要的作用，其影響不容小覷[1]。

1 現(xiàn)代工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展

20 世紀(jì)90 年代初，在各項(xiàng)工程中逐漸開始運(yùn)用工程測(cè)量技術(shù)，直到后來地面測(cè)量?jī)x器的出現(xiàn)提高了人們對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)注，并廣泛地應(yīng)用到工程當(dāng)中，使得在工程中通過使用測(cè)量?jī)x器的工程測(cè)量技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)得到快速發(fā)展。隨著國內(nèi)信息技術(shù)的不斷完善與創(chuàng)新，在20 世紀(jì)90 年代末期，工程測(cè)量技術(shù)才融入了信息技術(shù)，以往在開展工程中所用到的各種傳統(tǒng)儀器被先進(jìn)的電子測(cè)量設(shè)備所取代，并且大量應(yīng)用在工程測(cè)量領(lǐng)域。直到21 世紀(jì)初期，國內(nèi)已經(jīng)全面建成北斗一號(hào)衛(wèi)星定位系統(tǒng)，為國內(nèi)的衛(wèi)星定位測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)和保障，以至于后期在開展工程測(cè)繪時(shí)經(jīng)常使用國產(chǎn)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)?，F(xiàn)如今，隨著各項(xiàng)技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，使得國內(nèi)的工程測(cè)量技術(shù)開始邁向了數(shù)字化，當(dāng)下各種自動(dòng)化以及智能化的相關(guān)設(shè)備在不斷地推出，讓工程測(cè)量中的絕大多數(shù)環(huán)節(jié)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能控制[2]。測(cè)量技術(shù)的迅猛發(fā)展拓寬了工程測(cè)量領(lǐng)域。從最基礎(chǔ)的地上正在開始朝著地下發(fā)展，甚至已經(jīng)開始進(jìn)行太空領(lǐng)域的探索。從當(dāng)下實(shí)際情況來看，未來測(cè)量技術(shù)一定會(huì)更加完善、全面、便捷、智能，具有廣闊的發(fā)展前景。

2 工程測(cè)量應(yīng)用三維測(cè)繪技術(shù)的必要性

現(xiàn)階段，隨著國內(nèi)城市化進(jìn)程的不斷加快，使得國內(nèi)很多城市都開始在城市周邊加大了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并且還針對(duì)城內(nèi)老城區(qū)進(jìn)行一系列的改造。目前，很多城市在進(jìn)行建設(shè)的過程當(dāng)中最常用到的是CAD 等三維設(shè)計(jì)軟件，由于每個(gè)城市的氣候、文化、地理、地貌不同，因此在城市規(guī)劃以及城市的布局上也具有一定的差異性。在規(guī)劃城市以及現(xiàn)有的工程時(shí)應(yīng)該先開展工程測(cè)量，并且要根據(jù)測(cè)量所得到的各項(xiàng)參數(shù)以及實(shí)際情況選擇最為適宜的三維測(cè)繪技術(shù)。通常來說，要在原有的工程規(guī)劃方案上來開展三維度的繪制，能夠使圖紙更加具有表現(xiàn)力，還能夠?qū)⑾嚓P(guān)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念充分地表現(xiàn)出來。在開展工程測(cè)量的過程當(dāng)中要針對(duì)工程中的各個(gè)環(huán)節(jié)以及各個(gè)部件進(jìn)行全方位、立體性的觀察。即便是現(xiàn)有的三維圖紙，不能夠滿足現(xiàn)階段一些相關(guān)工作人員在工程當(dāng)中所提出的具體要求，也不能夠針對(duì)整個(gè)工程中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)進(jìn)行全方位的探討，從而得不到相對(duì)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，因此人們應(yīng)該在測(cè)繪技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新，從多個(gè)維度來開展一系列的測(cè)量工作[3]。

3 三維測(cè)繪技術(shù)現(xiàn)狀

3.1 三維測(cè)繪技術(shù)概述

三維測(cè)繪是指在原有所謂“2+1”維度的理論基礎(chǔ)上針對(duì)測(cè)量體系進(jìn)行不斷完善與優(yōu)化所得到的技術(shù)。其中主要增設(shè)了高程系統(tǒng)三維測(cè)繪儀器，主要有GPS測(cè)量系統(tǒng)、全站儀、三維激光掃描儀等，這類儀器在進(jìn)行測(cè)量繪制的過程當(dāng)中具有一定的穩(wěn)定性，不會(huì)輕易受到外界其他因素的影響[4]。其中GPS 的精度較高，能夠做到毫米級(jí)，但是當(dāng)下有一種不正確的操作就是將GPS 定位得到的數(shù)據(jù)用在了大地的坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)中，和“2+1”維度所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，在差值上還有一定的差距，這是由于在采用二維測(cè)量時(shí)受到地面因素的影響，使得精度不夠精準(zhǔn)。這些精密、先進(jìn)的高精端儀器是大中型工程在進(jìn)行施工中在結(jié)構(gòu)上確保安全、穩(wěn)定的保障，因此在采用這些技術(shù)與設(shè)備時(shí)要求專業(yè)的技術(shù)人員與現(xiàn)場(chǎng)的施工人員加強(qiáng)溝通與合作，在了解整個(gè)建筑的具體細(xì)節(jié)之后要仔細(xì)、認(rèn)真地排查可能存在的安全隱患，在此過程中就需要用到上述所談及的設(shè)備開展相應(yīng)的工作，進(jìn)而將所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行上傳、加工、處理。隨著當(dāng)下數(shù)字影音技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，提升了攝影測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的使用頻率，并且在技術(shù)的發(fā)展下已經(jīng)逐漸趨于成熟，通過三維測(cè)繪技術(shù)能夠?yàn)橄嚓P(guān)測(cè)量部門提供更為精準(zhǔn)、穩(wěn)定、科學(xué)的數(shù)據(jù)，并且這項(xiàng)技術(shù)的穩(wěn)定性、抗干擾素力強(qiáng)，不會(huì)受到時(shí)間、空間、地形等相關(guān)因素的影響，從目前來看使用場(chǎng)景較為廣泛。

3.2 三維激光測(cè)量技術(shù)

現(xiàn)如今在進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)通常情況下會(huì)用到三維激光掃描，這是一種不需要直接對(duì)所需要測(cè)量的物體進(jìn)行直接接觸就能夠獲得更加精準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的技術(shù)，不會(huì)對(duì)所測(cè)量的物體造成破壞、損傷，主要應(yīng)用的場(chǎng)景涵蓋了：隧道、橋體的三維測(cè)繪；相對(duì)大型的水利工程繪制大比例的圖紙；大中型建筑的測(cè)繪工作等。

3.3 全景真三維影像技術(shù)

全景真三維影像技術(shù)是通過在遙感技術(shù)當(dāng)中加入最新攝影測(cè)量技術(shù)所開創(chuàng)的一種全新的測(cè)量技術(shù)，這種全新的測(cè)量技術(shù)具有下述幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：即便是范圍較大的領(lǐng)域依然能夠準(zhǔn)確地獲取三維坐標(biāo)；能夠給相關(guān)測(cè)量人員提供真實(shí)、準(zhǔn)確、完整的測(cè)量體驗(yàn)；將工程中的地理、地貌、自然景觀等通過三維數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行直觀的展示；通過將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)和參數(shù)以圖標(biāo)的形式為后續(xù)所開展的城市規(guī)劃、數(shù)字城市、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等相關(guān)工程提供數(shù)據(jù)上的支持[5]。

3.4 立體測(cè)圖衛(wèi)星

隨著國內(nèi)測(cè)繪衛(wèi)星遙感衛(wèi)星體系的正式使用，三維測(cè)繪技術(shù)也被廣泛應(yīng)用到工程測(cè)量當(dāng)中，使用這種技術(shù)能夠開展定位、測(cè)圖、反饋數(shù)據(jù)等相關(guān)功能，通過對(duì)衛(wèi)星開展立體測(cè)繪進(jìn)而對(duì)目前遍布在宇宙各處的衛(wèi)星進(jìn)行遙感、分辨，讓國內(nèi)的相關(guān)部門能夠加深對(duì)于衛(wèi)星探測(cè)工作的了解與研究，現(xiàn)階段國內(nèi)在技術(shù)上已經(jīng)逐漸在提高精度，與世界在測(cè)量領(lǐng)域走在前列的國家和地區(qū)相比，技術(shù)上的差距正在不斷地縮小。

4 三維測(cè)繪技術(shù)未來的發(fā)展

4.1 三維測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

對(duì)于三維測(cè)量技術(shù)來說，由于是新興的技術(shù)，并且國內(nèi)的各個(gè)地區(qū)，甚至是世界相關(guān)領(lǐng)域也沒有針對(duì)這項(xiàng)做出明確規(guī)定。由于在開展測(cè)量時(shí)沒有相關(guān)技術(shù)理論以及相關(guān)制度作為保障，使得采用三維測(cè)量技術(shù)開展測(cè)量時(shí)時(shí)常會(huì)遇到一些問題。比如，在運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)并沒有相關(guān)的參考依據(jù)，也沒有相關(guān)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，給相關(guān)工作人員在開展測(cè)量工作時(shí)帶來了不小的難度，使得實(shí)際工期比預(yù)期要久。對(duì)于三維測(cè)量?jī)x器來說，在具體的使用費(fèi)用上沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)沒有針對(duì)費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，并且三維測(cè)量?jī)x器的品質(zhì)無法得到有效的保障，在具體工程中并不能夠利用自身技術(shù)層面的優(yōu)勢(shì)提升整個(gè)工程的質(zhì)量[6]。

4.2 三維測(cè)量理論研究

從原有的“2+1”維度的理論基礎(chǔ)發(fā)展到現(xiàn)如今的三維系統(tǒng)，在目標(biāo)測(cè)量的坐標(biāo)上并沒有出現(xiàn)任何變化，反而對(duì)于系統(tǒng)的操作邏輯卻日益復(fù)雜。“2+1”維度從本質(zhì)上來說就是一個(gè)俯瞰版空間，只是讓人們站在向上的視角開始俯視表面的情況，而三維空間則完全不同，是360°全方位、立體地進(jìn)行測(cè)量，在工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展至今還要針對(duì)三維系統(tǒng)理論應(yīng)用結(jié)合具體的工程進(jìn)行深入的探究，不僅要涵蓋空間目標(biāo)測(cè)量、存儲(chǔ)，還包括搜索、瀏覽、傳送等。

4.3 三維地理信息系統(tǒng)研究

當(dāng)下國內(nèi)城市的眾多建筑在實(shí)際建設(shè)過程當(dāng)中由于地理信息的不同，因此所展示出來的功能性也各不相同，在進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃的過程當(dāng)中要進(jìn)行詳細(xì)分析，采用三維地理信息系統(tǒng)針對(duì)建筑的空間進(jìn)行分析，以及利用三維可視化的功能來展示建筑中各個(gè)空間的功能性，有助于建筑設(shè)計(jì)和規(guī)劃中各項(xiàng)工作的開展。通過將地理信息進(jìn)行真實(shí)的模擬能夠給人們展示一個(gè)三維的建筑模型，進(jìn)而更加直觀地去了解建筑在所處的地理信息上所展示出來的功能與整體結(jié)構(gòu)。三維數(shù)字城市是充分地運(yùn)用當(dāng)下先進(jìn)的信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、多媒體技術(shù)等作為開展一系列工作的前提保障，通過利用網(wǎng)絡(luò)作為連接的渠道，采用遙感、定位、地理信息、虛擬現(xiàn)實(shí)等相關(guān)技術(shù)手段來開展各個(gè)角度、各個(gè)層面的三維描述，使用信息技術(shù)還原城市的過去，展示城市的現(xiàn)在以及推演城市未來的發(fā)展，這些都能夠在當(dāng)下的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中通過虛擬的方式一一實(shí)現(xiàn)，利用三維可視化技術(shù)，并根據(jù)建筑所處的地理信息來進(jìn)行城市三維模型的構(gòu)建：基礎(chǔ)設(shè)施、建筑外觀、道路分布、城市水系、城市綠化、城市地下規(guī)劃等，為日后城市整體的規(guī)劃與建設(shè)提供了一定的參考[7]。

例如，某工程的實(shí)際面積為10km2，其中建筑有廠房、施工設(shè)備、電線塔等，礦廠單位要獲取各個(gè)廠房以及周邊道路交通的詳細(xì)位置信息，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行礦區(qū)填挖方量的計(jì)算，并提供一定比例的數(shù)字地形圖。首先，要將多個(gè)坐標(biāo)系中的三維空間數(shù)據(jù)點(diǎn)集中轉(zhuǎn)換到同一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)中，然后，使用三維激光掃描儀對(duì)該區(qū)域內(nèi)部的廠房、電線塔等地面信息進(jìn)行徹底掃描，并且對(duì)得到的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，從而進(jìn)行城市三維模型的構(gòu)建，將非地貌的點(diǎn)進(jìn)行排除，最后利用相關(guān)數(shù)據(jù)技術(shù)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)出現(xiàn)缺失、模糊的地方進(jìn)行校準(zhǔn)與修改，標(biāo)記之后生成圖廓。

4.4 精密工程與工程測(cè)量的發(fā)展

現(xiàn)如今國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的日益繁榮，使得國內(nèi)一些中大型工程在進(jìn)行建設(shè)的過程當(dāng)中絕大多數(shù)采用了相對(duì)先進(jìn)和完善的自動(dòng)化生產(chǎn)線，以及具有超高精度的測(cè)量設(shè)備，在施工和建設(shè)中加大了安全監(jiān)測(cè)的力度，因此對(duì)于現(xiàn)階段所開展的工程測(cè)量工作來說也提出了更高的要求。為了確保這些先進(jìn)的技術(shù)、高精尖的設(shè)備能夠在生產(chǎn)的過程當(dāng)中有序地完成施工過程當(dāng)中的各項(xiàng)工作，保證整體建筑工程質(zhì)量的同時(shí)，還能夠最大程度地提高建筑整體以及施工過程當(dāng)中的安全性，在此期間要采用高精度的測(cè)繪模式為所開展的工程測(cè)量工作提供技術(shù)層面的保障。由于技術(shù)層面的相關(guān)需求，衍生出了高精端工程測(cè)量的工作，就是利用現(xiàn)代化的三維測(cè)繪技術(shù)與以往計(jì)量學(xué)進(jìn)行有效的結(jié)合，從而根據(jù)具體的工程施工情況、測(cè)繪技術(shù)理論以及專業(yè)的測(cè)繪技術(shù)，結(jié)合最新的理念和全新的技術(shù)，對(duì)一些精度較高的工程所開展的一種測(cè)量工作[8]。

5 三維測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量工作中的用途

當(dāng)下在開展城市建設(shè)、規(guī)劃等相關(guān)工作時(shí)基本上都用到了攝影測(cè)量技術(shù)，憑借著攝影測(cè)量的精細(xì)度較高、整體質(zhì)量較好等優(yōu)勢(shì)，特別是在具體的場(chǎng)景下還使用了當(dāng)下先進(jìn)的信息技術(shù)，能夠滿足現(xiàn)階段在開展三維空間測(cè)量時(shí)所提出的各項(xiàng)基本要求，通過采用攝影測(cè)量技術(shù)能夠得到全方位、精準(zhǔn)的信息數(shù)據(jù)，并且整個(gè)工作過程不會(huì)直接接觸到所要測(cè)量的物體，不會(huì)給物體造成影響，也不會(huì)對(duì)所要測(cè)量的物體由于測(cè)量工作造成一定的損傷，這項(xiàng)技術(shù)操作簡(jiǎn)單、便捷，能夠在一定程度上提高測(cè)繪工作效率，減少資金成本層面的投入，節(jié)約工作時(shí)間，所得到的數(shù)據(jù)能夠?yàn)榻酉聛砀黜?xiàng)工作的開展提供數(shù)據(jù)上的參考。一些城市在進(jìn)行市政工程中進(jìn)行比例地形、道路、交通、地貌測(cè)繪時(shí)都在使用攝影測(cè)量技術(shù)，從實(shí)際的結(jié)果來看效果顯著，尤其是測(cè)量目標(biāo)的具體情況、建筑的外觀、古董字畫的保護(hù)、醫(yī)療服務(wù)的開展都起到了至關(guān)重要的作用。隨著全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站的誕生，為各項(xiàng)工作在采用攝影測(cè)量技術(shù)時(shí)提供了更多的工作思路與理念，對(duì)于市政開展大型勘查工程也有著不錯(cuò)的效果。與此同時(shí)，通過使用攝影測(cè)量技術(shù)，在減低野外測(cè)繪的工作量的基礎(chǔ)上，還大大提升了航測(cè)成圖的精度和細(xì)節(jié)，讓工程攝影測(cè)量工作實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、自動(dòng)化。

綜上所述，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的日益繁榮，城市化進(jìn)程正在不斷發(fā)展，一些大中型工程項(xiàng)目也在隨之增加，與此同時(shí)對(duì)于工程測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)也隨著技術(shù)的發(fā)展在要求上越發(fā)的嚴(yán)格與精準(zhǔn)。工程測(cè)量未來一定會(huì)加強(qiáng)在智能化管理技術(shù)、數(shù)字城市、三維測(cè)繪技術(shù)等領(lǐng)域的探究與發(fā)展，甚至在未來的幾十年內(nèi)都將會(huì)成為技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的熱門領(lǐng)域。當(dāng)下技術(shù)的不斷優(yōu)化與創(chuàng)新，工程測(cè)量技術(shù)所適用的范圍也在日益提升，并且在發(fā)展的過程中還勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，現(xiàn)階段針對(duì)工程測(cè)量與三維測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行探究與思考，一定會(huì)為接下來工作的開展提供更多技術(shù)層面的經(jīng)驗(yàn)與參考。