工程測量與三維測繪技術發展探討

劉兵兵

（新余市規劃設計院，江西 新余 338000）

1 三維測繪技術在工程測量領域中的應用

1.1 滿足三維視圖需求

在工程測量領域早期發展階段中，受到技術限制，多數工程項目普遍采取2+1維地圖形式，僅能以高空向地面俯瞰的視角顯示工程現場地面情況與測量目標信息，難以直觀地呈現工程地勢地貌與建筑體的立體構造情況。為解決這一問題，部分企業選擇重復開展工程測量作業，從多個角度切入，做到對建筑結構、工程各部件構造的立體化觀察，但測量工作量較大。簡而言之，2+1維地圖形式較為落后，無法準確表達全部測量信息，且部分測量數據的真實性有待考究。

應用三維測繪技術，有效克服了以上技術難點，可以從三維角度切入，直觀、立體、全面地展示工程現場情況、建筑物構造形式與工程各部位情況，在工程測量領域中得到廣泛應用和普及，可開展河道測繪、基礎地形測繪、隧道地下工程結構測繪、體積計算等工作。同時，在應用三維測繪技術時，還可以輔助人工對工程現場情況與建筑內部結構進行精準測量，構建三維現場虛擬模型，從而降低人為因素對工程測繪質量、測量數據準確性造成的影響系數。

1.2 工程設計施工

隨著施工技術體系的不斷完善，各類建筑工程的結構普遍呈現出復雜化發展趨勢，不但對施工技術水平有著較高要求，高空作業量與吊裝作業量有所增大，而且對工程測量質量提出了更高的要求。在這一工程背景下，應用三維測繪技術可以直觀地呈現建筑立體結構與現場情況，或是構建三維建筑模型、打造設計平臺，為工程施工方案的設計提供信息支持。此外，在工程施工階段中，運用新型測繪技術可以加強施工質量與技術管理水平、效率。例如，在國家體育場（鳥巢）、中央電視臺等工程建設施工過程中，由于建筑結構較為復雜、造型獨特，因此需要開展大量的高空與吊裝作業。應用三維測繪技術，可以快速、精細地獲取各項工程測量數據，為具體施工活動的開展提供明確的參照。

1.3 城市規劃

近年來，我國城市化發展進程加快，部分老舊城區的城市規劃不合理、與城市發展情況和需求不符，或是選擇規劃全新的城市中心區域。因此，各級地方政府往往會制訂舊城區改造規劃方案與新建規劃方案。在規劃方案制訂環節和規劃圖紙繪制的過程中，對各項三維測繪技術的應用，可以快速、準確地獲取規劃城區范圍內的各項測量信息，如地勢地貌結構、河流水域走向、障礙物與建筑物分布位置等，為城市規劃方案的編制提供相關測量信息。同時，工作人員還可以選擇直接在舊有設計規劃圖紙上開展三維繪制作業，在短時間內即可完成圖紙繪制工作，且圖紙具有極為優異的表現能力。

2 三維測繪技術發展現狀

2.1 電子經緯儀

電子經緯儀是一種應用較為廣泛的測量設備，也是將計算、光、電、機進行一體化處理、且具有較高測量精度的光學儀器。與傳統的光學經緯儀等設備相比，電子經緯儀充分融入了電子細分技術及濾波技術，讀數系統得到明顯改進，可以根據工作人員提前輸入的控制指令，或是基于程序運行準則，對測量數據進行智能化與自動化讀取。同時，電子經緯儀還具有自動修正等功能，在工程測量過程中，當儀器測量精度受到環境因素影響而出現指標差、橫軸誤差或是視準軸誤差等問題時，電子經緯儀可以自動對所產生誤差進行修正處理。

在應用這項測繪技術時，工作人員僅需提前向電子經緯儀中輸入所設置的距離角度等測定值，電子經緯儀即可自動開展各項工程測量作業、快速在屏幕上顯示測量結果。隨后，系統還將自動對所獲取測量數據進行記錄備份，多數測量步驟均可由設備自動完成，并將工程測量作業時間縮短在較短范圍內。

2.2 三維激光掃描

三維激光掃描系統由配套軟件、三維激光掃描儀等設備組成，具有測繪效率高、測量精度高、無接觸性、主動化程度高等技術優勢，做到了對單點測量方式的有效轉變，采取高速激光掃描測量方式，可以在短時間內獲取工程測量區內的各處點位三維空間坐標，隨后，將已知三維空間點位信息導入配套數據庫與軟件中，即可構建測量對象的三維影像模型。

掃描儀將基于激光測距原理，對測量對象的相關信息進行采集記錄。隨后，在所構建模型中復制各項數據點，直觀地呈現測量對象的空間信息。與傳統測繪技術相比，三維激光掃描儀可以同時對大量數據點進行采集、復制，還可以在無文檔工作條件下，將測量對象的各類數據信息進行整合與編輯處理，將其轉換為曲線數字模型。目前來看，三維激光掃描技術在城市建筑測量、大型結構測量、隧道工程測量、橋梁結構改建、地形測繪等領域中得到廣泛應用。同時，隨著技術體系的不斷完善，逐漸呈現出移動化發展趨勢，所配置三維激光掃描儀可根據工程測量需求，快速對設備朝向進行調整。

2.3 近景攝影測量

在對物距小于300m的測量對象開展攝影測量作業時，工作人員普遍選擇運用近景攝影測量技術。例如，在工程施工中，在施工現場固定安裝適當型號的量測攝影機，持續對施工現場中工程各部位的施工情況、造型結構進行監測，并將所拍攝測量對象的圖像信息進行加工處理，準確顯示對象的幾何空間位置與形態尺寸，這一過程即為近景攝影測量。在工程測量領域中，這項測繪技術主要適用于對復雜環境下對象物體運動狀態的測量，在測量過程中，無需將量測攝影機設備與測量對象進行直接接觸，也不會對測量對象的運動狀態造成干擾影響。與其他三維測繪技術相比，近景攝影測量技術具有配套軟硬件完善、無需接觸測量對象、可瞬時間獲取對象物理幾何信息、具備自控功能等優勢[1]。

2.4 全景真三維影像技術

隨著信息化時代的到來，全景真三維影像技術體系不斷完善，已逐漸成為工程測繪領域中一項應用較為常見的測繪技術，做到了對遙感技術以及遠近景攝影測量技術應用優勢的高度融合。在技術應用過程中，可以快速獲取測量目標的物理幾何信息以及目標的運動軌跡。同時，還可以基于所拍攝的實景照片與測量數據，針對性地營造擬真虛擬環境，為用戶提供虛擬觀測體驗，根據觸覺反饋，了解工程測量區域的實際情況。同時，也可直接在軟件上繪制三維全景圖（見圖1），用戶向軟件下達特定控制指令，即可從不同角度、方向與距離來觀測測量區域現場情況。

圖1 南昌市三維全景虛擬圖

3 三維測繪技術的未來發展趨勢

3.1 構建三維地理信息系統

三維地理信息系統是一種具有軟硬系統支持、可以實時對地球表層空間地理數據加以采集、運算分析與傳輸的空間信息系統，簡稱三維GIS系統，主要用于開展地形測量、工程變形量觀測、測量各點位三維空間坐標等作業。同時，三維GIS系統不僅具有二維GIS系統的各項使用功能，如數據自動采集、運算分析等，還具有空間信息直觀化程度高、空間信息可視化、多維空間信息分析性能優異、測量效率高等諸多優勢[2]。從發展角度來看，三維地理信息系統的構建是信息化與數字化時代背景下，三維測繪技術體系主要發展趨勢，可以將測量方式由靜態測量發展至動態測量，對三維測繪技術的集成化發展起到積極影響，還能夠有效集成數據庫操作、地圖視覺效果以及地理分析功能。

3.2 完善三維測繪技術體系

雖然三維測繪技術自問世以來便在工程測量領域得到廣泛應用，但是作為一種全新的技術體系，在實際應用過程中，面臨著技術標準規范模糊、缺乏理論基礎等諸多問題，無法為各項具體工程測量作業的開展提供明確參照，工作人員也難以準確判斷測量過程規范性、測量結果準確性，無法充分發揮三維測繪技術的應用效能。為此，相關部門機構應結合三維測繪技術的實際應用情況，積極借鑒國外成熟的技術體系與應用標準，并根據我國實際國情、各類工程測量需求，不斷完善和補充三維測繪技術的規范標準，如明確各項技術的流程步驟、適用條件、操作要點、測量數據準確度評估依據等。同時，加強對各項三維測繪技術的研發力度，及早克服各項技術難點，進一步推動配套軟硬件系統的國產化發展。

3.3 2+1測量與三維測量共存

從理論角度來看，與2+1維測量方式相比，三維測繪技術具有極為顯著的應用優勢。但在工程測量作業實際開展過程中，部分企業綜合考慮到測繪成本、人員專業素養要求、設備采購成本等因素，仍會時常采取各項傳統測繪技術，三維測量系統無法徹底取代傳統的2+1維測量系統[3]。因此，現階段相關部門機構既要加強對各項三維測繪技術的應用程度與研發力度，同時在特定情況下，也需靈活運用2+1維測量系統，將工程測量成本控制在合理范圍內。例如，可選擇運用2+1維測量系統開展路面橫斷面水平線測量作業、承重墻測量作業等等。

4 結束語

綜上所述，在信息化時代背景下，各企業機構必須加強對三維測繪技術的應用力度，不斷積累技術應用經驗、完善技術理論體系、構建配套軟硬件系統，為三維測繪技術的大規模推廣普及提供基礎條件。