測(cè)繪技術(shù)在特殊地形測(cè)繪工程中的應(yīng)用

王亞勛

甘肅省自然資源規(guī)劃研究院 甘肅 蘭州 730000

特殊地形的測(cè)繪工作與普通地形相比，其對(duì)技術(shù)的要求更高，需要更強(qiáng)的專業(yè)性。同時(shí)，測(cè)繪工作的質(zhì)量也直接關(guān)系到整個(gè)工程的建設(shè)效果，因此其測(cè)繪工作是整個(gè)工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)。在施工過(guò)程中，如果對(duì)測(cè)繪技術(shù)的選擇與運(yùn)用不恰當(dāng)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工程的施工效果無(wú)法得到保證。特別是在某些地形復(fù)雜的地區(qū)，為了提高測(cè)量結(jié)果的可信度，必須選擇先進(jìn)的測(cè)量方法。

1 特殊地形測(cè)繪中的常見(jiàn)測(cè)繪技術(shù)

1.1 GPS技術(shù)

GPS是一種新型定位方法，它需要在全球定位機(jī)的幫助下，接收衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行高精度的定位，具有精度高、速度快、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。由于測(cè)繪工作的復(fù)雜性，在獲取資料時(shí)，不可避免地要受到真實(shí)地形情況的影響和干擾，因此在測(cè)繪過(guò)程中容易產(chǎn)生不同程度的誤差。特別是在特殊地形的測(cè)量中，如果測(cè)繪工作者還是采用普通的全站儀、經(jīng)緯儀等測(cè)量?jī)x器，就很難達(dá)到預(yù)期的測(cè)繪目的，或者導(dǎo)致野外資料的獲取速度過(guò)慢，從而大大提高了測(cè)繪成本。

對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)的使用，能夠減少外界環(huán)境和地形對(duì)測(cè)繪工作的影響，其優(yōu)點(diǎn)主要包括四個(gè)方面：①如果被測(cè)地區(qū)為高山、叢林等地形，GPS技術(shù)可以彌補(bǔ)全站儀、經(jīng)緯儀等傳統(tǒng)測(cè)繪工具在通視功能上的不足，從而對(duì)野外測(cè)繪工作的效率進(jìn)行提升。②利用GPS技術(shù)測(cè)量樁位偏心情況，能夠獲得更加準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，并且其工作效率也得到了顯著提升。③利用GPS定位和放樣平臺(tái)，能夠有效提高測(cè)繪作業(yè)的執(zhí)行效率，緩解測(cè)繪工作的壓力，確保測(cè)繪精度。④應(yīng)用GPS技術(shù)，能夠保證樁位放樣測(cè)量結(jié)果的精確性。

1.2 GIS技術(shù)

地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)稱就是所謂的GIS，它自身就是一種空間信息系統(tǒng)，在開(kāi)展目標(biāo)區(qū)域測(cè)繪的過(guò)程中，只要是關(guān)于地理分布信息的都可以在計(jì)算、人工數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整合以及目標(biāo)篩選等方面提供支撐，并且能夠?qū)Ω黝惪臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行直接呈現(xiàn)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)建模方式的使用，還能可視化呈現(xiàn)被測(cè)區(qū)域的地理環(huán)境狀況。在工程測(cè)繪的過(guò)程中，GIS技術(shù)在數(shù)據(jù)計(jì)算、空間分析等方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯，能夠建立一個(gè)多平臺(tái)協(xié)作的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，由此可見(jiàn)，無(wú)論在數(shù)據(jù)計(jì)算、地圖繪制、地形模擬還是數(shù)據(jù)的整合和匯總上，GIS技術(shù)都有著廣泛的應(yīng)用前景。

1.3 無(wú)人機(jī)三維影像技術(shù)

無(wú)人機(jī)三維影像技術(shù)是一種基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高分辨率、多角度影像獲取、處理和分析的技術(shù)。它通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載多個(gè)攝像頭或傳感器，從不同角度捕捉地面景物的影像，然后利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)、地理信息系統(tǒng)（GIS）等相關(guān)技術(shù)對(duì)影像進(jìn)行處理和分析，最終構(gòu)建出具有三維空間信息的地物模型。在特殊地形測(cè)繪中對(duì)這一技術(shù)的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)圖像信息的對(duì)比、對(duì)測(cè)區(qū)全景的快速攝影以及三維模型的構(gòu)建等。這一技術(shù)在實(shí)際的測(cè)繪工作中具有明顯的優(yōu)越性，能夠?qū)y(cè)繪工作的效率和質(zhì)量進(jìn)行提升。并且測(cè)繪人員通過(guò)選擇不同精度、性能和功能的無(wú)人機(jī)搭載設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種信息模型的建立，如空間三維圖、高線圖等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)區(qū)的多角度縮放和全方位觀測(cè)。

1.4 3S技術(shù)

在測(cè)繪項(xiàng)目中應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，其主要目的是分析和收集數(shù)據(jù)資源。它具有數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，圖形數(shù)據(jù)輸入和輸出等多種功能，用于特定地形的測(cè)繪，可以為工程建設(shè)中的測(cè)繪工作提供比較完整的數(shù)據(jù)支持。按照測(cè)繪工作的具體需要，能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)處理采集到的數(shù)據(jù)資料，從而繪制出對(duì)應(yīng)的地形圖，然后再對(duì)其進(jìn)行輸出。在特殊地形中對(duì)這一技術(shù)的使用，不僅能夠縮短測(cè)量時(shí)間，還能對(duì)測(cè)繪工作效率進(jìn)行提升，大大降低了測(cè)量人員在收集和整理數(shù)據(jù)方面的工作量。

1.5 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是一種綜合性的探測(cè)技術(shù)，它通過(guò)人造衛(wèi)星、飛機(jī)或其他飛行器等遙感平臺(tái)，利用各種傳感器收集地物目標(biāo)的電磁輻射信息。這些信息經(jīng)過(guò)處理、分析和成像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地面各種景物的遠(yuǎn)距離探測(cè)和識(shí)別。遙感技術(shù)主要依賴于物體對(duì)電磁波的反射、輻射和吸收特性，以及地物的波譜特性和幾何形態(tài)紋理結(jié)構(gòu)。該方法能夠在不與被測(cè)對(duì)象直接接觸的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的全方位、高精度的探測(cè)，有效地克服了復(fù)雜地區(qū)特殊形態(tài)對(duì)測(cè)繪精度的影響，并且具有高效率和大范圍的優(yōu)點(diǎn)。這一技術(shù)在大面積的森林覆蓋地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)植被資源的有效調(diào)查。

2 特殊地形測(cè)繪中的關(guān)鍵把控

2.1 收集特殊地形資料

在測(cè)繪特殊地形時(shí)，首先要準(zhǔn)備好相應(yīng)的測(cè)繪資料，這是最為基礎(chǔ)的一項(xiàng)工作，也是保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要前提。所以在進(jìn)行測(cè)量工作之前，一定要做好相關(guān)資料。并且在對(duì)資料進(jìn)行收集時(shí)，應(yīng)按照事先確定好的測(cè)繪目的和實(shí)踐要求來(lái)開(kāi)展工作，此外，還要對(duì)收集到的資料進(jìn)行分類整理。例如，在實(shí)施舊城改造計(jì)劃時(shí)，在實(shí)施測(cè)繪工作時(shí)，就要收集有關(guān)道路設(shè)施、房屋建筑以及土壤條件等方面的資料，以便后期選擇合適的測(cè)繪方法。

2.2 重視地形測(cè)繪精度

在特殊地形的測(cè)繪工作中其精度把控十分重要，因此，相關(guān)測(cè)繪人員一定要引起重視，這是保證數(shù)據(jù)可靠性的重要前提[1]。例如，在舊城改造工程中，因此城區(qū)的房屋建設(shè)大都比較集中，并且其類型也各不相同，所以在進(jìn)行測(cè)繪時(shí)一定要對(duì)測(cè)繪的精度進(jìn)行保證，否則就會(huì)導(dǎo)致在房屋布局、角點(diǎn)以及方向角的測(cè)量上出現(xiàn)差錯(cuò)。通過(guò)主觀臆斷的方式來(lái)對(duì)舊城的方位信息進(jìn)行推斷，容易在改造的過(guò)程中給舊城帶來(lái)負(fù)面影響。因此，在測(cè)繪特殊地形時(shí)，要重視對(duì)測(cè)量精度的把握，通過(guò)對(duì)恰當(dāng)測(cè)繪技術(shù)的選擇，來(lái)對(duì)誤差進(jìn)行更好的控制，避免出現(xiàn)測(cè)繪精度不夠的現(xiàn)象。

2.3 GPS測(cè)量與定位

GPS是測(cè)繪工程中一項(xiàng)非常基礎(chǔ)的技術(shù)，尤其是在一些特殊的地形情況下，必須對(duì)其進(jìn)行合理地運(yùn)用，以促進(jìn)各項(xiàng)測(cè)繪工作的有序進(jìn)行。在工程測(cè)繪中對(duì)GPS的應(yīng)用，可以極大地提高測(cè)量精度，保證測(cè)繪質(zhì)量，并縮短測(cè)繪時(shí)間。在使用GPS的過(guò)程中，可以利用其監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)地貌的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而對(duì)測(cè)量的精準(zhǔn)度進(jìn)行提升。

2.4 合理使用數(shù)字測(cè)繪

數(shù)字化測(cè)繪也是一種十分重要的技術(shù)手段，在特殊地形測(cè)繪中對(duì)該技術(shù)的使用，能夠?qū)⑺占降膱D像進(jìn)行融合，提高測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化程度，同時(shí)也是保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的重要方式。利用數(shù)字化制圖技術(shù)，可以將所有的實(shí)物資料進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化[2]。在計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的幫助下，將測(cè)繪信息轉(zhuǎn)化為地形圖，并通過(guò)顯示器直觀地展示出對(duì)應(yīng)的三維立體圖像，幫助測(cè)繪人員更加清楚地把握測(cè)量對(duì)象的具體特征。

2.5 制定前期測(cè)繪草圖

要分析特殊地形區(qū)域的實(shí)際情況，測(cè)繪工作者還需要對(duì)目標(biāo)區(qū)域的地理結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行觀察，確定要測(cè)量的重點(diǎn)地物，并繪制相應(yīng)的地理環(huán)境觀察圖。在確定勘測(cè)目的以后，測(cè)繪人員要對(duì)勘測(cè)地區(qū)的地形圖進(jìn)行細(xì)致分析，根據(jù)地下數(shù)據(jù)選擇適宜的測(cè)繪方法，通常采用土壤數(shù)據(jù)校驗(yàn)、定點(diǎn)勘測(cè)等方法。來(lái)分析河道周圍的具體情況，對(duì)測(cè)繪時(shí)可能出現(xiàn)的安全隱患進(jìn)行判斷，在分析過(guò)程中要采用系統(tǒng)分析和局部分析兩種方式來(lái)進(jìn)行。在對(duì)被測(cè)地區(qū)進(jìn)行地理環(huán)境監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，必須對(duì)該地區(qū)的環(huán)境特征、人文歷史進(jìn)行綜合考慮，了解當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境的變化情況，做好前期準(zhǔn)備工作。

3 測(cè)繪技術(shù)在特殊地形測(cè)繪工程中的具體應(yīng)用

3.1 山地區(qū)域

植被茂盛、地貌復(fù)雜是山地區(qū)域的主要特征，并且會(huì)對(duì)儀器信號(hào)形成一定的干擾，所以，GPS、RTK等技術(shù)無(wú)法正常使用。如果使用全站儀測(cè)繪方法，很可能會(huì)被高大的植物所遮擋，從而影響視線。為了對(duì)測(cè)繪質(zhì)量進(jìn)行有效提升，可以讓測(cè)繪工作者對(duì)特殊的測(cè)繪方法進(jìn)行使用，從而對(duì)目標(biāo)測(cè)區(qū)的直線距離進(jìn)行測(cè)定，在使用測(cè)設(shè)導(dǎo)線、放樣點(diǎn)坐標(biāo)、距離角度等資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)公式計(jì)算的方式，來(lái)推算出相應(yīng)的待測(cè)點(diǎn)和測(cè)量方向，然后將測(cè)繪信息同步輸入[3]。對(duì)這一特殊測(cè)量方式的使用，可以有效擴(kuò)大測(cè)量范圍，確保測(cè)量信息的準(zhǔn)確性。

3.2 泥濘、灘涂區(qū)域

在面對(duì)沙漠、灘涂以及泥濘等復(fù)雜地形時(shí)，如果測(cè)繪工作者不了解泥濘區(qū)域的實(shí)際情況，不僅不能對(duì)測(cè)繪質(zhì)量進(jìn)行保證，其后期建設(shè)施工也會(huì)受到一定的影響。因此，測(cè)繪工作者要對(duì)標(biāo)界線進(jìn)行合理使用，并對(duì)各個(gè)測(cè)繪工作環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化[4]。當(dāng)淤泥區(qū)地面積較大時(shí)，應(yīng)以淤泥區(qū)為圓心，科學(xué)布置各個(gè)待測(cè)點(diǎn)。并通過(guò)對(duì)近景攝影和全站儀測(cè)量技術(shù)的使用，來(lái)確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而提高測(cè)量質(zhì)量。

在測(cè)量灘涂區(qū)域時(shí)，其工作開(kāi)展可以按照以下步驟來(lái)進(jìn)行：①對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。將激光雷達(dá)系統(tǒng)安裝在小型飛行器上，在起飛之前，要對(duì)飛機(jī)的飛行路徑、高度進(jìn)行合理計(jì)劃，并確定航線附近的高級(jí)別控制點(diǎn)。為保證空中攝影作業(yè)符合潮位情況，應(yīng)布設(shè)一定數(shù)目的 GPS基站，以最大限度地?cái)U(kuò)大攝影范圍。②對(duì)資料進(jìn)行預(yù)處理。基于對(duì)GPS、IMU和系統(tǒng)參數(shù)的獲取，就能對(duì)激光點(diǎn)數(shù)據(jù)和方位元素等進(jìn)行聯(lián)合解算。采用空間校正方法，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分析，識(shí)別出關(guān)鍵性的目標(biāo)。根據(jù)結(jié)果準(zhǔn)則，將其轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系統(tǒng)。為了對(duì)后期產(chǎn)品生產(chǎn)需要的滿足，還要分割好點(diǎn)云數(shù)據(jù)。③建立高程模型；按照作業(yè)需求，點(diǎn)云數(shù)據(jù)可分為航帶重合點(diǎn)、植被、水體以及地面等不同的地物。但是對(duì)于一些不能進(jìn)行識(shí)別的地方，要通過(guò)人工的方式進(jìn)行提取，并對(duì)周圍地形和圖形進(jìn)行深度分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水體情況的準(zhǔn)確判定。自動(dòng)篩選航路重合點(diǎn)，采用手工與自動(dòng)化相結(jié)合的方法，使地表與建筑具有較高的識(shí)別精度。自動(dòng)分類這一操作結(jié)束后，就能獲得基本的地形地貌。為保證高程模型的高精度，還需要使用TIN來(lái)對(duì)噪點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾。④采用數(shù)字化的方式對(duì)線劃圖和正射影像圖進(jìn)行繪制。

3.3 林地茂盛區(qū)域

林地茂盛地區(qū)的森林覆蓋率高，通視差，一般的全站儀測(cè)量方法不能達(dá)到理想的測(cè)繪結(jié)果。受樹(shù)木遮擋影響，測(cè)繪結(jié)果存在很大的誤差，若采用人工方法進(jìn)行清理，不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，還會(huì)增加測(cè)繪工作的難度。針對(duì)以上問(wèn)題，可以從兩個(gè)方面著手，即引進(jìn)更先進(jìn)的地面測(cè)量設(shè)備和利用航空攝影測(cè)量技術(shù)。以往的測(cè)量設(shè)備功能單一，并且具有較高的通視要求，而將其更換為精密的測(cè)量設(shè)備，就可以對(duì)基線測(cè)量方法進(jìn)行迭代升級(jí)，通過(guò)對(duì)免棱鏡測(cè)距方式的使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊位置的距離測(cè)定[5]，在細(xì)節(jié)測(cè)量工作中，對(duì)電子測(cè)速儀和具有自動(dòng)跟蹤功能的測(cè)距裝置進(jìn)行使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)繪模式的升級(jí)。

在應(yīng)用航空攝影測(cè)量技術(shù)時(shí)，對(duì)無(wú)人機(jī)設(shè)備的選擇，要具有速度快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，利用遙控的方式，讓飛行器在低空飛行的過(guò)程中，能夠?qū)Φ孛娴奈矬w進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，并獲得相應(yīng)的視頻信息。要保證攝影過(guò)程中沒(méi)有死角和盲區(qū)的出現(xiàn)，可對(duì)航線的數(shù)量進(jìn)行增加。對(duì)激光雷達(dá)的安裝，可以對(duì)植被層下方的地形進(jìn)行有效定位和監(jiān)測(cè)。例如，美國(guó)研制的TRACER植被穿透雷達(dá)，可以濾去地面雜波與被測(cè)目標(biāo)的回波，從而對(duì)隱藏地點(diǎn)的森林物體進(jìn)行更為精確、全面的探測(cè)。

3.4 人口密集區(qū)域

對(duì)人口稠密地區(qū)進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，通常采用全站儀這一測(cè)繪方式，全站儀具有鏡頭操作靈活、不受時(shí)空約束等諸多優(yōu)點(diǎn)。利用全站儀，不僅可以提高資料收集的精度與完備性，而且有益于后期施工項(xiàng)目的有序進(jìn)行。但它也有缺點(diǎn)，那就是會(huì)降低測(cè)量的精度。如果被測(cè)地區(qū)是一個(gè)人口密集的地區(qū)，則應(yīng)對(duì)其具體特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致分析，并據(jù)此選擇合適的測(cè)量方法。

要真正保證測(cè)繪成果的精度，必須對(duì)測(cè)繪草圖的質(zhì)量進(jìn)行重視。草圖在測(cè)繪工作中起著舉足輕重的作用，如果不能引起足夠的重視，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)測(cè)繪結(jié)果出現(xiàn)偏差。在繪制草圖的過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員需要在使用信息化技術(shù)的基礎(chǔ)上，來(lái)提高自身對(duì)數(shù)據(jù)采集和分析的能力，優(yōu)化成果的產(chǎn)出品質(zhì)[6]。在人口密集地區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要正確運(yùn)用全站儀，使其功能和優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。對(duì)于無(wú)法利用GPS/RTK進(jìn)行資料收集的地方，必須充分利用全站儀的優(yōu)勢(shì)，來(lái)對(duì)資料收集的準(zhǔn)確性和全面性進(jìn)行保證。

3.5 大地理區(qū)域

工作人員在測(cè)繪大地理區(qū)域的時(shí)，要從不同狀況出發(fā)來(lái)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行細(xì)致分析，從而選擇出最佳的測(cè)量方法。例如，在面對(duì)大面積的沙漠、沼澤和海洋等特殊地貌時(shí)，其測(cè)量結(jié)果多多少少都存在一定的誤差，要想提高測(cè)量精度，就需要有效擴(kuò)大其技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。在對(duì)這類地區(qū)進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，可以通過(guò)對(duì)GPS·RTK系統(tǒng)的使用，來(lái)對(duì)大范圍的地理區(qū)域進(jìn)行測(cè)繪，然后建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)基站，擴(kuò)大測(cè)繪范圍，盡量避免遺漏。

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，大量的現(xiàn)代科技被應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域，有效解決了大范圍測(cè)繪所面臨的各種難題，這對(duì)測(cè)繪工作效率進(jìn)行了有效提升。例如，利用無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)來(lái)測(cè)繪大面積地理區(qū)域時(shí)，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)、自動(dòng)檢測(cè)的功能，來(lái)降低信息獲取的難度。

4 結(jié)語(yǔ)

測(cè)繪工作的好壞直接關(guān)系到整個(gè)工程的施工效果。隨著我國(guó)對(duì)測(cè)繪工作需求的越來(lái)越高，人們?yōu)榭刂茰y(cè)繪質(zhì)量，制定了新的標(biāo)準(zhǔn)和要求。尤其是在對(duì)特定地形進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，要根據(jù)地形特征選擇合適的測(cè)量方法，并通過(guò)對(duì)多種先進(jìn)測(cè)量方法的使用，來(lái)優(yōu)化以往的測(cè)繪方式，從而使測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和完備性得到進(jìn)一步保障。