新型測(cè)繪技術(shù)結(jié)合EPS 平臺(tái)在隧道竣工測(cè)量中的應(yīng)用

龔良雄

（南昌市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江西 南昌 330013）

隧道竣工規(guī)劃中的驗(yàn)收測(cè)量是城鄉(xiāng)規(guī)劃監(jiān)督管理的一項(xiàng)重要工作，主要包括竣工地形測(cè)量、道路中線測(cè)量、縱橫斷面測(cè)量等內(nèi)容。近年來(lái)，各種新型測(cè)繪技術(shù)迅速發(fā)展，與傳統(tǒng)方法相比，它們不僅提高了作業(yè)效率，同時(shí)確保了測(cè)繪成果的質(zhì)量。

三維激光掃描技術(shù)以非接觸式手段直接獲取被測(cè)物體表面的三維點(diǎn)云坐標(biāo)數(shù)據(jù)，憑借其高精度、高速度、高分辨率等特點(diǎn)，可準(zhǔn)確地、詳細(xì)地構(gòu)建出被測(cè)物體表面的數(shù)字化三維模型[1]，例如建筑立面圖、歷史建筑三維模型、BIM 模型、隧道模型等[2-5]。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)以其高效率、高精度、低成本、作業(yè)靈活等特點(diǎn)，在數(shù)字與智能城市、城市建設(shè)與管理、國(guó)土空間規(guī)劃、聯(lián)合測(cè)繪、征地拆遷等領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用[6]。EPS 地理信息處理平臺(tái)是面向地理信息生產(chǎn)的處理平臺(tái)，該平臺(tái)結(jié)合了計(jì)算機(jī)輔助制圖與地理信息系統(tǒng)技術(shù)，以圖形和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，將測(cè)繪成果信息化、數(shù)字化[7]。EPS 地理信息處理平臺(tái)包含數(shù)據(jù)編輯與處理、數(shù)據(jù)拓?fù)渑c屬性檢查兩大模塊，并且該平臺(tái)提供腳本開發(fā)和SDL 二次開發(fā)等兩種開發(fā)模式。

為此，本文以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為例，結(jié)合EPS 地理信息內(nèi)業(yè)處理工作平臺(tái)，重點(diǎn)闡述了三維激光掃描、傾斜攝影兩種新型測(cè)繪技術(shù)在隧道竣工測(cè)量中的應(yīng)用，并對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)成果及傾斜攝影模型成果精度進(jìn)行了比對(duì)分析。

1 技術(shù)流程

總體技術(shù)流程主要分為：（1）地面傾斜攝影模型制作；（2）隧道內(nèi)部模型構(gòu)建；（3）內(nèi)業(yè)成果數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

地面傾斜攝影模型制作主要內(nèi)容包括：（1）外業(yè)踏勘；（2）飛行參數(shù)設(shè)置；（3）影像采集；（4）像控點(diǎn)測(cè)量；（5）空三計(jì)算；（6）模型三維重建。

隧道內(nèi)部三維激光點(diǎn)云模型制作主要內(nèi)容包括：（1）隧道內(nèi)部點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)拼接及絕對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；（2）隧道內(nèi)部矢量化數(shù)據(jù)成圖。

內(nèi)業(yè)成果生產(chǎn)主要內(nèi)容包括：（1）隧道中心線比對(duì)；（2）縱斷面比對(duì)；（3）橫斷面比對(duì)；（4）隧道竣工總平面圖制作。

本文采用的總體技術(shù)流程如圖1 所示。

圖1 總體技術(shù)流程

2 工程實(shí)例

本文以艾溪湖隧道竣工測(cè)量為例，該工程西起京東大道，東至創(chuàng)新一路，長(zhǎng)約2.6km，分為湖西岸段、湖面段及湖東岸段等三段，其中湖面段約700m，隧道主體路幅寬度29m（含主體箱涵），設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h。

2.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集分為傾斜攝影影像和地面三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。傾斜攝影影像采集利用大疆精靈4 Pro模擬五鏡頭獲取影像數(shù)據(jù)，并在隧道測(cè)區(qū)地上區(qū)域內(nèi)均勻布設(shè)像控點(diǎn)，最后在測(cè)區(qū)內(nèi)利用傳統(tǒng)測(cè)繪手段，均勻采集了20 個(gè)平面特征點(diǎn)及20 個(gè)高程點(diǎn)。

地面三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集利用RTC 360 三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)，在掃描前需要設(shè)定儀器的掃描參數(shù)。設(shè)定完掃描儀參數(shù)之后，在隧道內(nèi)部均勻布設(shè)黑白標(biāo)靶，最終開始對(duì)艾溪湖隧道工程進(jìn)行三維激光掃描，如圖2 所示。

圖2 三維激光掃描

2.2 傾斜攝影三維模型制作

傾斜攝影三維模型制作采用Smart3D 實(shí)景三維建模軟件，立體測(cè)圖采用EPS 地理信息工作平臺(tái)，處理后的隧道地上部分正射影像、傾斜三維模型及如圖3、圖4 所示。

圖3 正射影像

圖4 傾斜三維模型

2.3 隧道內(nèi)部點(diǎn)云模型構(gòu)建

在開始構(gòu)建隧道內(nèi)部點(diǎn)云模型之前，以紙質(zhì)黑白標(biāo)靶的形式在隧道內(nèi)部共布設(shè)178 個(gè)標(biāo)靶控制點(diǎn)，并采用RTK 技術(shù)結(jié)合徠卡全站儀采集黑白標(biāo)靶的三維坐標(biāo)。將采集后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Register 360 軟件中，進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)智能化拼接，智能化拼接后需要檢查所有測(cè)站間的拼接精度，以保證整體點(diǎn)群精度。然后標(biāo)靶的坐標(biāo)信息導(dǎo)入軟件中進(jìn)行剛體變換，即可得到絕對(duì)坐標(biāo)系下的點(diǎn)云模型。

2.4 成果內(nèi)業(yè)處理

隧道竣工測(cè)量成果內(nèi)業(yè)整理采用EPS 地理信息工作平臺(tái)，借助于地面傾斜三維模型和隧道內(nèi)部三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)隧道地上地隧道內(nèi)地形進(jìn)行矢量化成圖，然后進(jìn)行隧道中線位置比對(duì)、縱橫斷面比對(duì)、用地紅線比對(duì)等內(nèi)容。

2.5 精度分析

為了分析傾斜攝影模型及點(diǎn)云三維模型的精度，將外業(yè)采集的平面特征點(diǎn)和高程點(diǎn)與模型中對(duì)應(yīng)的平面特征點(diǎn)與高程點(diǎn)進(jìn)行精度比對(duì)分析，平面中誤差為0.061m，高程中誤差為0.082m，各項(xiàng)精度指標(biāo)均滿足江西省“多測(cè)合一”技術(shù)規(guī)程要求。平面、高程精度如圖5 所示。

圖5 誤差分布圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文利用三維激光掃描、傾斜攝影等新型測(cè)繪技術(shù)，結(jié)合EPS 地理信息工作平臺(tái)，詳細(xì)闡述了新型測(cè)繪技術(shù)及EPS 平臺(tái)在隧道竣工測(cè)量中的內(nèi)外業(yè)作業(yè)流程，并驗(yàn)證了三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)、傾斜攝影模型精度滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)程要求。工程實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：新型測(cè)繪技術(shù)有效地提高了隧道竣工測(cè)量的外業(yè)效率，同時(shí)也為其他正在開展的隧道竣工測(cè)量項(xiàng)目提供了實(shí)踐參考。