工程測量在土木工程中的應用

宋 亮

江西省地礦局贛西北大隊，江西 九江 332000

1 GPS 定位與RTK 測量技術

1.1 技術原理

GPS 定位系統以衛星系統為核心，由地面監控系統與終端信號接收系統實現對物體所處空間位置的定位分析。當前GPS定位技術面向靜態定位、動態定位兩個應用領域劃分為以下兩種類型：其一是差分GPS 技術，通過確定某一基準點架設基站、設置GPS 接收機，計算出該點位的信號差并進行定位結果的修正處理，提高定位精度。其二是RTK 測量技術，由基準站、流動站、無線電通信裝置組成RTK 系統，以觀測建筑物位置為基準點完成基站的架設，在其周圍設置觀測點，結合信號接收機接收到的衛星信號與時間、位置數據進行疊加處理，建立時程曲線，獲取三維坐標、速度等參數，實現對觀測點位移的動態監測。

1.2 具體應用

將GPS 定位技術應用于橋梁測量中，通過采集橋梁受力點的坐標值繪制出橋梁剖面圖、建立橋梁模型，結合施工現場實際情況借助高斯投影進行模型轉化，獲取橋梁結構關鍵點位的三維坐標，有效提高橋梁測量精度。將該技術應用于水壩等大型構筑物的測量中，需預先在構筑物外部確定測量點、設置信號接收設備，再在壩體中心部位設置觀測點，采集60min 內接收到的衛星定位數據建立時程曲線，以此實現對壩體振幅的動態觀測，配合蓄水、排洪等措施進行隨機振動檢測。利用該技術測量機場跑道，收集不同軸線的位置坐標、方位角等參數，通過數據重疊與比較實現對跑道軸線平直度的檢測，通常可將測量精度控制在±1″～6″范圍內。

2 地面三維激光掃描技術

2.1 技術原理

地面三維激光掃描技術包含固定式、移動式兩種類型，其中固定式三維激光掃描技術通過獲取點云數據實現工程測量，測量精度高、速率快，可適應野外作業需求；移動式三維激光掃描技術則以車載平臺為載體，使用頻率相對較低。該技術的應用原理是利用激光進行測距，以三維激光掃描儀為主要測量工具，在工作狀態下完成數據采集與處理，對照反射后的激光強度匹配相應的顏色灰度，獲取測點在X、Y、Z 三個方向上的三維坐標。

2.2 具體應用

將地面三維激光掃描技術應用于隧道變形測量中，選取Leica C10 激光掃描儀作為測量工具，該激光掃描儀的角度精度為12″、50m 處的距離精度為4mm，待測量隧道采用盾構法施工，內外徑分別為13.8m 和15.0m、管道寬度為2m，沿隧道橫斷面方向設有3 道混凝土板墻將其劃分為5 個空間，僅設置單獨測站無法獲得該隧道所有斷面的點云數據，對此可以隧道為基準布設6 個測站、設置12 個標靶，相鄰兩測站間設有3 個標靶，以逃生通道作為通視條件，利用Cyclone 軟件進行點云數據的拼接，構成全斷面點云，以此實現對隧道相對變形量的精確測量，配合二次曲面函數的建立實現對變形量較大隧道的空間幾何形態描述。將該技術應用于道路竣工測量中，利用激光掃描技術可獲得道路的縱橫斷面樣圖，同比傳統測量方式可將測量效率增大4 倍，在提取點云數據后完成坐標系轉換，結合點的三維坐標生成等高線，完成縱橫斷面樣圖的繪制。將該技術應用于建立復雜構筑物的精細三維模型，利用三維激光掃描技術獲得構筑物的三維點云數據及影像數據，通過紋理映射生成三角網面片，待完成邊緣處理后整合成為彩色三維模型，可實現對復雜構筑物距離、凹凸紋理等數據的測量，優化建模效果、提高三維建模的精細化水平。

3 無人機傾斜攝影測量技術

3.1 技術原理

無人機傾斜攝影測量技術主要利用無人機裝載紅外相機與數碼相機，通過低空攝影采集地面信息、保證測量成圖精度。該技術的實現包含以下五個流程：其一是相機標定，采用預檢校方式復原相片與鏡頭的位置關系，在室內設有標定板、標定場，依據主距變化的方位元素獲取畸變系數，實現對相機的標定處理，保證獲取真實的地面圖像；其二是圖像定位，可基于PhotoModler Scanner等軟件自動完成圖像定位，選用濾波器進行圖像預處理，保證獲取圖像間的相對位姿；其三是制定飛行計劃，基于人工魚群算法與DJI GO4 軟件導入具體的點坐標值，確定飛行高度、速度、路線、拍攝角度、拍攝頻率等參數，由此規劃出最優飛行線路，生成精確度較高的飛行區域邊界值；其四是影像采集，可引入四旋翼無人機系統提高平臺負載能力，支持多種高精度導航設備，優化地面分辨率等數據，提高影像采集質量；其五是表面三維重建與4D 產品生成，在完成外方位元素的確認后，基于自動圖像匹配技術重新建構場景，輸出點云數據、調整點云密度，配合圖像匹配算法自動選取特征點，保證生成精確點云［1］。

3.2 具體應用

將該技術應用于橋梁檢測中，能夠為橋梁損傷的自動檢測提供技術支持，支持懸停定點觀測、準穩定飛行與畫面實時傳輸，提高橋梁監測與維護質量。將該技術應用于數字城市建設中，可生成高精度實景三維模型，引入Pictometry系統完成建筑物三維模型的重建，基于相距標定、紋理映射等自動生成建筑物紋理、完成損傷檢測，為建筑物質量提供保障。將該技術應用于滑坡調查中，借助md4-200 微型無人機執行航拍任務，收集監測區域范圍內的多組相片，通過后期影像分析掌握滑坡表面裂縫、位移等具體滑坡信息，配合圖像分析技術建立三維數字模型，更好地為滑坡調查及加固措施的編制提供數據支持。

4 結論

當前土木工程行業與市政工程、道路橋梁、水利項目的施工建設存在密切關聯，引入GPS、RTK、三維激光掃描、傾斜攝影測量等先進技術手段，能夠進一步提升工程測量精度與智能化水平，為土木工程建設與質量控制提供數據與技術支持。