數字化測繪技術在建筑工程測量中的應用

2022-01-01 00:00:00梁標麗

工程機械與維修 2022年6期

摘要：為縮短建筑工程測量時間，提高建筑工程測量精度，在引入數字化測繪技術的基礎上，開展對其在建筑工程測量中的應用研究。首先，確定建筑工程項目的基本情況；其次，確定建筑工程測量坐標轉換規則；再次，利用數字化測繪技術完成GPS高程擬合；最后，實現建筑工程實時動態定位及RTK測量作業。通過實例證明，新的測量方法在實際應用中能夠有效縮短工程測量時間，并在很大程度上促進了測量精度的提升，為建筑工程的規范、安全工作實施提供有利條件。

關鍵詞：數字化；測繪；建筑；測量；工程技術

0" "引言

數字化測繪技術屬于網絡技術與計算機技術聯合發展衍生的高新技術產物，此項技術具有高精度、快速出圖、高自動化等優勢[1]。與傳統的測量技術相比，采用此項技術可以簡化現場測繪工作流程、縮短測繪數據統計時間、提高工作效率、減少系統誤差[2]。同時，應用此項技術，可以有效地改善測繪工程項目的整體質量，減少建設費用，從而使企業獲得較大的經濟效益。因此，建筑工程單位必須充分認識到在項目中運用數字化測繪技術的重要意義。

1" "工程項目概述

本次測量工作的覆蓋范圍為5.8km2，根據現場調研與勘查，統計、整理該建筑工程所在測區的概況如表1所示。

2" "數字化測繪技術的應用

2.1" " 建筑工程測量坐標轉換

在對建筑工程進行數字化測繪測量時，后續GPS定位需要采用WGS-84坐標體系，通過數字化測繪技術獲取到的測量結果，也是對應這一坐標體系中的基線向量。將得到的向量結果通過三維平差得到最終的測量成果。在進行建筑工程測量時，實際使用的坐標為平面直角坐標[3]。上述兩種坐標分別隸屬于不同的坐標體系，因此為確保測量結果的統一，需要對測量坐標進行轉換。在轉換的過程中，引入布爾莎模型，該模型的基本結構如圖1所示。

圖1中包含了兩個空間指標坐標系，分別為O1-X1Y1Z1和O2-X2Y2Z2，兩個坐標系中O1與O2不重合，并且O1在O2-X2Y2Z2坐標系當中的坐標為（x0B，y0B，z0B），對應的坐標軸之間存在三個較小的旋轉角度，分別為圖1中的εx、εy和εz。兩個坐標系的尺度不一致，其中O1-X1Y1Z1的尺度為1；O2-X2Y2Z2的尺度為1+μ，μ可以為任何常數。結合圖1所示的布爾莎模型得出，已知任意一點Pi，其在兩個坐標系當中的坐標分別為（xi'，yi'，zi'）和（xi''，yi''，zi''），則二者之間的關系可用下述公式表示：

（1）

將上述公式（1）作為轉換模型，將后續測量得到的數據代入到上述轉換模型當中，即完成對兩個坐標系中坐標數據的相互轉換。

2.2" " 基于數字化測繪技術的GPS高程擬合

確定工程測量坐標的轉換規則后，引入數值化測繪技術，對建筑工程測量得到的GPS結果進行高程擬合[4]。由數字化測繪技術相對定位得到的三維基線向量，對其進行GPS網平差計算，得到各個測量點之間高精度大地高差。若某一測量點或多個測量點滿足WGS-84坐標體系中的大地高精度，則可得到各個GPS點的精確測量結果[5]。圖2為大地高與正常高之間的關系。

圖2中HN代表某一測量點的正常高度；HG代表某一測點的大地高。結合圖2可得出下述關系：

x=HG-HN" " " "（2）

在公式（2）中，x代表該測量位置上的大地水準面到WGS-84坐標的高差，即高程異常數值。進一步分析得出，GPS測得的地面高程、高程異常的準確性，很大程度上依賴于GP[6]。假設在測量工程中存在某一點（x，y），引入加權平均法，則其高程異常與對應加權Pi之間存在懸殊關系：

（3）

在公式（3）中，Xi代表高程異常數值。Pi可以根據數據已知測量點的水平距離計算得出，其表達式為：

（4）

在公式（4）中，di代表數據已知測量點到內插點之間的水平距離。從公式（4）中兩個變量之間的關系可以看出：當插點較近，則Pi值越大，高程異常對于內插點的影響也越大；當插點較遠，則Pi值越小，高程異常對于內插點的影響也越小。根據上述論述確定兩個參數之間的變化關系，并以此為依據完成對GPS高程的擬合[7]。

2.3" " 建筑工程實時動態定位及RTK測量作業

在上述作業基礎上，對建筑工程進行實時動態定位。在測量急轉站上設置一臺GPS接收裝置，并對可觀測的 GPS衛星進行持續的監測。采集到的資料由無線設備實時傳送至流動監測點[8]。采取上述定位方式，僅能夠得到理想的定位結果，再根據一個或多個歷元觀測資料，即可得到厘米級精度的定位結果。

為了克服衛星時鐘和接收時鐘間的時差，本文提出了一種利用雙差法進行弱化的方法。采用上述定位方式，需要4顆及以上分布良好的衛星實現同步觀測。在運行過程中，需要保證各個觀測衛星的連續跟蹤，一旦出現失鎖情況，則初始化設置需要重新設置。然后對建筑工程各個測量點進行RTK測量即可。圖3為RTK測量工作原理示意圖。

在移動臺上，GPS接收機在接收衛星信號時，由無線電發射裝置從參考臺發送的測量數據，并按照差動相對定位原理，計算出被測點的三維坐標和精度。在確定了整個周期的模糊性之后，必須保證4個或更多衛星的行為觀察和必要的數據集，并在運行期間提供一個厘米級位置，從而實現對施工的測量。

3" "實證分析

3.1" " 建筑工程測量軟件環境與硬件環境

為滿足現場測繪工作需求，按照表2、表3設計建筑工程測量工作中的軟件環境與硬件環境。

3.2" " 準備方案與設計

準備方案流程為：從地上物體的外形→圖形信息數據→處理、編輯，產生類似于地表的圖像→以數碼方式存儲光盤。測繪過程中，外業所有采集的數據都需要通過EPSW進行編碼統計。同時，所有采集的測量成果需要以文件的方式提供，提供前將文件進行重命名，將其表示為EPSW，主要文件編碼方式如表4所示。

3.3" " 測量數據初步處理與初步檢驗

將多種格式的現場測量資料，使用轉換工具對其進行轉化，按照資料進行數據整理。將整理的測量圖像資料按照屬性的方式進行錄入，完成對資料的分層處理后，按圖層的需求，將屬性內容進行錄入，包括建筑的樓層、結構、宗地、宗地編號等。

完成數據的采集后，采用分級存儲和分級轉換的方法，利用KqGIS軟件，對數據進行全面的質量檢驗。檢驗中，使用KqGIS軟件自帶的圖表實體檢查函數，詳細地檢查數據并修正圖表。同時，檢查測量數據屬性，包括屬性欄的正確性檢驗，屬性欄次序檢查，所有數據記錄的完整性、正確性、屬性邊界檢驗，圖層中的元素和屬性元素的表達方式是否符合實際等。

3.4" " 測量時間檢驗

使用本文方法與兩種傳統方法進行建筑工程現場測量，將測量所需的時間作為指標，統計結果見表5。

3.5" " 測量結果偏差值檢驗

在上述設計內容的基礎上，將測量結果偏差值作為檢驗指標，使用本文方法與兩種傳統方法進行建筑工程現場測量，對比測量結果的偏差，如表6所示。

4" "結論

本次研究以某建筑工程項目為例，設計了建筑測量方法。通過上表5對建筑工程測量所需時間的檢驗可知，本文方法測量所需時間＜傳統方法①測量所需時間＜傳統方法②測量所需時間，說明在現場測量中，本文方法所需要的作業時間更短，即測量工作效率更高。

通過上表6對建筑工程測量結果偏差的檢驗可知，本文方法測量結果偏差＜傳統方法①測量結果偏差和傳統方法②測量結果偏差。說明在現場測量中，本文方法測量的精度更高，符合或滿足工程測量實際需求。

綜合表5與表6的結果可知，該方法具有推廣使用的能力。相比傳統方法而言，該方法有效降低了現場測繪工作強度，優化了工作流程，為建筑測量相關工作的規范化實施提供了全面的決策支撐與技術指導。

參考文獻

[1] 沈冰玨，李昊辰，嚴凡輝.基于南京建筑遺產數字化測繪的文創產品設計研究及應用[J].今古文創，2022（25）：73-75.

[2] 閔建平.提升測繪地理信息服務水平全力支撐數字化改革應用——從浙江全面推進數字化改革探索測繪地理信息新發展[J].中國測繪，2022（1）：52-57.

[3] 李忠軍，王子盟.基于惠州市仲愷高新區大比例尺數字化地形圖測繪的應用研究[J].信息系統工程，2021（10）：126-128.