工程測量與三維測繪技術發展分析

龍為

（粵水電軌道交通建設有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

工程項目建設中需要對工程設計、施工等各項環節進行測量，為工程項目提供更為精準的數據支持，而三維測繪技術是工程測量的重要技術，且隨著科學技術的不斷發展，三維測繪技術的類型及應用都在不斷廣泛，已經為工程測量提供了巨大的幫助，為此相關人員應對三維測繪的各項技術加以掌握，提升工程測量工作的質量。

1 工程測量與三維測繪技術的概念

施工項目建設中需要對設計、施工及管理等階段通過工程測量工作提供更為有力的理論與數據參考，特別是在國民經濟、城市建設與國防項目中，也是一項綜合性的技術。工程測量可分為規劃設計測量、建設測量、竣工驗收測量與運營管理測量，在建設項目的各個階段中，工程測量可以被運用到在各個步驟，為各個階段中獲取地形環境信息，確保設計圖紙及工程檢測的準確性，發揮著越來越重要的作用。

而三維測繪技術則是對被測物體進行全面的測量，確定被測物體的三維坐標數據，更為精細化地測量出被測物體的尺寸、定位、輪廓等方面的數據，降低傳統中測量任務的復雜程度以及所需時間，還可以與計算機技術相互融合，提升其立體性及科學性，將被測物體的各個方面更為直觀地進行表達，滿足設計工作者的相關訴求，提升項目質量。

2 工程測量與三維測繪技術的優勢

首先，三維測繪技術在工程測量中應用可以對原本的測量步驟進行優化，確保測量結果的精準性，并為后續設計及施工等工作提供更為有力的支持。測量過程中，三維測繪技術也是一項數字化技術，通過該技術的應用可以對一些較大的、難以測量的對象完成更為高質量的測量工作，例如可通過全站儀對待測物體的坐標等進行測量，降低人為因素的測量誤差，且可通過其自動化進程，對于需要借助網絡通信及計算機技術的技術進行實現，讓測量人員借助自動化軟件實現實時的操作處理，大幅度提升工程測量工作的工作效率，并確保測量數據的精準性與安全性，保證后續相關工作的穩定進行[1]。

另外，在工程測量工作中需要對施工現場環境信息、周邊地質信息等進行采集，通過數字化測量技術可對周邊環境進行分析，并將各項環境信息通過數字圖像進行呈現，還可在立體圖像中對待測地點中的重要地形、地貌等進行標注，直觀展現各項數據之間的差異性，還可以繪制出更為復雜也更為精準的工程圖，完善各項所得信息，大幅度提升測量結果的全面性，為建設項目提供有力保障。

3 三維測繪技術的類型

3.1 三維激光掃描儀

三維激光掃描儀可對各項數據進行三維重構計算，可通過掃描儀的激光輻射在物體表面創建幾何點，將各個點連接獲得物體表面形狀，再將獲取到的數據信息在虛擬世界中創建對象的數字化模型，其全過程屬于一種非接觸式檢測，可以對待測物體的各項數據進行定位，并通過高速構建的三維坐標進行測量，提升工作效率，同時在檢測過程中也難以受到其他因素的干擾，其測量精度較高，同時這種裝置還便于攜帶，只需要一個手提箱便可被攜帶到各個工廠及施工現場中（圖1）。另外該項裝置也擁有極為廣泛的應用，不僅可以針對建筑地形圖測算，還可以對工業設計進行瑕疵檢測、醫學生物信息鑒定、刑事鑒定、電影游戲制作、逆向工程等多個領域進行運用。

圖1 三維激光掃描儀

3.2 數字化全站儀

數字化全站儀可通過光學測距、高差測量、垂直角測量等多角度對被測物體進行測量，主要通過電子經緯儀、光電測距儀與處理器構成，而通過光電掃描替代傳統的光學讀盤的方式，更加可以大幅度提高測量工作的數據采集效率，還可以避免人工讀數出現數字誤差的問題，且數字化全站儀還是通過電子編碼盤與光柵度盤結合的讀數傳感器，擁有更高的測量精度，可擁有0.5”、1”、2”、3”、5”、7”等多個檔位。

而在電子構件功能的角度來看，全站儀主要通過測量數據采集系統與過程控制系統構成。其中數據采集系統還包括電子測距、角度測量、自動補償與存儲裝置進行構成，可為工作人員測量工程數據提供便利；而過程控制系統則是通過微處理器，按照一定的編程邏輯后將各項功能板塊所收集到的數據信息進行計算，并將其輸出，通過各項外部接口，實現對各個外圍數字化測繪設備的信息傳輸，例如可通過計算機生成測量圖紙等，大幅度提升測繪工作智能化水平[2]。

3.3 近景攝影測量

近景攝影測量是對物距小于300m的待測物體所進行的攝影測量，可分為建筑攝影測量、工業攝影測量或醫學攝影測量等。而在建筑施工中，這種近景攝影測量技術可被運用在亭臺樓閣等古建筑的等值線圖統計、立體與平面圖的制作等，還可以被運用在古遺跡遺址與歷史文物的挖掘工作等對精度要求較高的現場工作。

近景攝影測量在處理方式上分為解析法與模擬法，其中解析法是最為常用的方法，可處理各類攝影機的相片，且借助計算機、繪圖儀等設備，可提供高精度的等值線圖、斷面圖及立體透視圖，或輸出工程設計人員所需要的各類參數，例如待測對象的面積、體積、周長、半徑、速度等，而模擬法卻僅僅能測試物體的等值線圖與立面圖，效果較為單一。近景攝影測量的技術可通過軟件平臺對待測物體的數字影像進行分析，是一項發展前景較為廣闊的新型測量技術。

4 三維測繪技術的應用

4.1 城市規劃設計

近年來，隨著城市化建設規模及建設進程的加快，當前社會對于城市的科學規劃提出了更為嚴格的要求，不應僅僅注重建設數量，還應注重規劃質量，為此就應提升測量的實用性，例如針對老城區改造、老城區拆遷等項目中，就應配合完善的工程測繪措施，為規劃設計工作提供精確度更高且更為全面性的數據支持，而在工程測量中合理運用三維測繪技術，就可以對建筑物的基本特性、商業結構、綠化布局、工業生產區域等進行更為科學的劃分，從而有效滿足當前社會群眾對城市建設提出的要求，降低規劃成本。通過三維測繪技術的應用，可以通過大面積的三維激光掃描等結合RS遙感及計算機VR技術，可以為城市在虛擬空間構建出城市模型，向設計人員呈現出更為多元化、更為高質量的建設模型，促進現代化城市規劃水平的提高[3]。

4.2 施工管理

在項目建設中，管理人員也需要立足于工程測量所提供的各項數據指標進行施工管理，而三維測繪技術的應用，可以比傳統的人力測量或二維測繪發揮出更大的優勢，也擁有更為廣闊的應用范圍，綜合效率較高。在項目的平行施工、順序施工等過程中應用三維測繪技術可以有效構建出待測物體的空間形態，降低構件碰撞而導致的返工維修，例如在市政排水管網設計規劃中，就可以通過三維測繪技術，對管路管線繪制出空間模型，并向設計人員直觀展現，而項目管理人員也可以通過三維模型，對于碰撞、扭曲或有矛盾的管路進行優化，并在后續施工中實時通過空間模型進行管理，提升施工質量與效率，且隨著施工規模的擴大，現場管理的難度也在不斷增加，因此三維測繪技術便可發揮出更大的優勢，通過集中化、實時化的管理，確保各項施工活動的順利進行。

4.3 四維建模

在項目施工中，三維建模是可以真正確保工程測量質量的重要技術，也是當前信息化時代中，項目建設的一項重要工作。通過CAD作圖軟件的應用，已經可以在計算機中通過各項基礎信息繪制出施工圖紙，而通過VR技術的應用，便可以實現更多場景的立體建模（圖2）。

圖2 BIM工程測量模型

例如，當前BIM技術中便可以將建筑項目的整體模型進行展現，并可以在三維模型的基礎上，統計項目在各個時間段中的建設樣貌，繪制出依據不同施工階段且實時變化的四維設計圖，不僅僅可以在原本立體建模的情況下進行建筑邊角、體積、外觀的展現，還可以對前一施工階段進行考察，對當前施工進行管理，對下一階段施工進行提前布局，實現實時化的圖紙制作，提高工程項目質量。

5 工程測量與三維測繪技術的發展

5.1 工程測量與三維測繪技術的應用案例

北京故宮是我國的標志性建筑，由于其建設規模與歷史意義較大，因此故宮每天都在進行著完善與創新。故宮也是我國的古建筑代表，在翻新與重建工作初期，很多施工設計人員礙于技術水平的限制，人工標尺測量難以對這種古建筑出具有效的設計參數，因此工作效率極低，而隨著科學技術的發展，各項工程測量新技術被不斷運用，當前的三維測繪技術已經在故宮的建設中得到了應用，例如背景建筑工程學院院長就曾帶領團隊，通過三維激光技術對故宮古建筑進行了測繪，提供了極為準確的測量精度，并將太和殿的重要文物進行了1:1的還原采集，為后續維修工作提供了便利[4]。

另外，在我國國家體育館鳥巢的建設中，也運用了三維測繪技術，由于這項建筑結構復雜，精度要求較高，施工難度較大，因此也運用了數字全站儀、三維激光掃描等將建筑目標進行了模型建立，將復雜的鋼結構設計進行拆解，通過計算機對各項數據進行分析，直觀展現了設計途徑，為鳥巢體育館的有序施工提供了保障。

5.2 工程測量與三維測繪技術的發展前景

隨著城市建設的不斷發展，傳統的工程測量已經難以滿足當前社會的要求，當前社會也已經對城市建設提出了更高的要求，這就需要相關人員積極做好技術創新工作，應通過更為完善、更為準確的定位測量技術，滿足城市建設的發展需求，提升工作質量，為此就應積極將數字化、信息化、智能化技術等運用在測量技術中，例如GPS、GIS定位技術，原圖數字技術等。

GPS技術在工程測量中可通過環繞地球的衛星發射信號，通過地面接收裝置進行接收，計算衛星信號的回傳時間，與電磁波的傳播速度相乘得到測試距離，而為了確保計算精度，一般應通過4顆以上的衛星進行數據抓取，并通過流動接收站的經緯度與高度的坐標系，測算出不同的瞬時坐標，這種方式擁有較高的測量效率，可以對20km內的相對靜態物體進行定位，其測試結果不超過10min，同時還有較高的觀測精度，對于1000m2的測定物體，其誤差可控制在1mm以內，滿足多種建筑的測繪需求。

另外，當前測繪技術中，也應進行原圖數字化技術的運用。很多工程設計圖紙都是通過圖文結合的方式展現，但依舊有很多細節信息并未直觀展現，而通過人力尋找又會浪費時間，為此就應通過原圖數字化技術，在三維測量中融合數字信息技術，對原圖進行處理，將其中的各項信息進行呈現，并直接被運用，加強信息篩選的精準度，提升工作效率，還可以促使原圖中的各項細節的精度有所提升，彌補工程的各類漏洞，保障工程的穩定性[5]。

6 結語

總而言之，工程測量是當前建筑項目不可或缺的基礎工作，為此就應做好技術的創新。當前工程測量與三維測繪技術主要可通過三維激光掃描、數字化全站儀、近景攝影測量等技術進行城市規劃設計、施工管理、立體建模等工作，而隨著時代的發展，就應在三維測繪中融合數字與信息技術，進行GPS定位技術及原圖數字化技術的創新，提升施工項目建設質量。