工程測量與三維測繪技術發展前景分析

許榮歡

（廣西立華測繪有限公司，廣西 崇左 532200）

開展工程測量主要涵蓋在現場施工以及工程完工時等所運用到的一系列測量技術，其中在進行測量的過程當中還會使用到數字化圖紙、監控設備等，所涉及范圍相對較廣。在應用科學領域工程測量技術尤為重要，不僅包括了整個工程項目中場地勘測、繪制圖紙、現場施工、施工管理、驗收等一系列工作環節中所開展的測量事項，甚至小到社會基礎設備建設，大到國防、航空等各個領域都有所觸及，在推動當下社會繁榮、經濟發展以及提高人們生活品質等方面都起到重要的作用，其影響不容小覷[1]。

1 現代工程測量技術的發展

20 世紀90 年代初，在各項工程中逐漸開始運用工程測量技術，直到后來地面測量儀器的出現提高了人們對于這項技術的關注，并廣泛地應用到工程當中，使得在工程中通過使用測量儀器的工程測量技術在短時間內得到快速發展。隨著國內信息技術的不斷完善與創新，在20 世紀90 年代末期，工程測量技術才融入了信息技術，以往在開展工程中所用到的各種傳統儀器被先進的電子測量設備所取代，并且大量應用在工程測量領域。直到21 世紀初期，國內已經全面建成北斗一號衛星定位系統，為國內的衛星定位測量系統的發展奠定了基礎和保障，以至于后期在開展工程測繪時經常使用國產的衛星定位系統?，F如今，隨著各項技術的不斷完善與發展，使得國內的工程測量技術開始邁向了數字化，當下各種自動化以及智能化的相關設備在不斷地推出，讓工程測量中的絕大多數環節基本實現了自動化和智能控制[2]。測量技術的迅猛發展拓寬了工程測量領域。從最基礎的地上正在開始朝著地下發展，甚至已經開始進行太空領域的探索。從當下實際情況來看，未來測量技術一定會更加完善、全面、便捷、智能，具有廣闊的發展前景。

2 工程測量應用三維測繪技術的必要性

現階段，隨著國內城市化進程的不斷加快，使得國內很多城市都開始在城市周邊加大了基礎設施建設，并且還針對城內老城區進行一系列的改造。目前，很多城市在進行建設的過程當中最常用到的是CAD 等三維設計軟件，由于每個城市的氣候、文化、地理、地貌不同，因此在城市規劃以及城市的布局上也具有一定的差異性。在規劃城市以及現有的工程時應該先開展工程測量，并且要根據測量所得到的各項參數以及實際情況選擇最為適宜的三維測繪技術。通常來說，要在原有的工程規劃方案上來開展三維度的繪制，能夠使圖紙更加具有表現力，還能夠將相關設計人員的設計理念充分地表現出來。在開展工程測量的過程當中要針對工程中的各個環節以及各個部件進行全方位、立體性的觀察。即便是現有的三維圖紙，不能夠滿足現階段一些相關工作人員在工程當中所提出的具體要求，也不能夠針對整個工程中的各項細節進行全方位的探討，從而得不到相對精準的數據，因此人們應該在測繪技術上進行創新，從多個維度來開展一系列的測量工作[3]。

3 三維測繪技術現狀

3.1 三維測繪技術概述

三維測繪是指在原有所謂“2+1”維度的理論基礎上針對測量體系進行不斷完善與優化所得到的技術。其中主要增設了高程系統三維測繪儀器，主要有GPS測量系統、全站儀、三維激光掃描儀等，這類儀器在進行測量繪制的過程當中具有一定的穩定性，不會輕易受到外界其他因素的影響[4]。其中GPS 的精度較高，能夠做到毫米級，但是當下有一種不正確的操作就是將GPS 定位得到的數據用在了大地的坐標系統當中，和“2+1”維度所得到的數據進行比對，在差值上還有一定的差距，這是由于在采用二維測量時受到地面因素的影響，使得精度不夠精準。這些精密、先進的高精端儀器是大中型工程在進行施工中在結構上確保安全、穩定的保障，因此在采用這些技術與設備時要求專業的技術人員與現場的施工人員加強溝通與合作，在了解整個建筑的具體細節之后要仔細、認真地排查可能存在的安全隱患，在此過程中就需要用到上述所談及的設備開展相應的工作，進而將所采集的數據信息進行上傳、加工、處理。隨著當下數字影音技術的不斷完善與發展，提升了攝影測量技術在工程測量中的使用頻率，并且在技術的發展下已經逐漸趨于成熟，通過三維測繪技術能夠為相關測量部門提供更為精準、穩定、科學的數據，并且這項技術的穩定性、抗干擾素力強，不會受到時間、空間、地形等相關因素的影響，從目前來看使用場景較為廣泛。

3.2 三維激光測量技術

現如今在進行工程測量時通常情況下會用到三維激光掃描，這是一種不需要直接對所需要測量的物體進行直接接觸就能夠獲得更加精準測量數據的技術，不會對所測量的物體造成破壞、損傷，主要應用的場景涵蓋了：隧道、橋體的三維測繪；相對大型的水利工程繪制大比例的圖紙；大中型建筑的測繪工作等。

3.3 全景真三維影像技術

全景真三維影像技術是通過在遙感技術當中加入最新攝影測量技術所開創的一種全新的測量技術，這種全新的測量技術具有下述幾個優勢：即便是范圍較大的領域依然能夠準確地獲取三維坐標；能夠給相關測量人員提供真實、準確、完整的測量體驗；將工程中的地理、地貌、自然景觀等通過三維數據的方式進行直觀的展示；通過將測量得到的數據和參數以圖標的形式為后續所開展的城市規劃、數字城市、基礎設施建設等相關工程提供數據上的支持[5]。

3.4 立體測圖衛星

隨著國內測繪衛星遙感衛星體系的正式使用，三維測繪技術也被廣泛應用到工程測量當中，使用這種技術能夠開展定位、測圖、反饋數據等相關功能，通過對衛星開展立體測繪進而對目前遍布在宇宙各處的衛星進行遙感、分辨，讓國內的相關部門能夠加深對于衛星探測工作的了解與研究，現階段國內在技術上已經逐漸在提高精度，與世界在測量領域走在前列的國家和地區相比，技術上的差距正在不斷地縮小。

4 三維測繪技術未來的發展

4.1 三維測量的標準與規范

對于三維測量技術來說，由于是新興的技術，并且國內的各個地區，甚至是世界相關領域也沒有針對這項做出明確規定。由于在開展測量時沒有相關技術理論以及相關制度作為保障，使得采用三維測量技術開展測量時時常會遇到一些問題。比如，在運用這項技術時并沒有相關的參考依據，也沒有相關的評判標準，給相關工作人員在開展測量工作時帶來了不小的難度，使得實際工期比預期要久。對于三維測量儀器來說，在具體的使用費用上沒有相關的標準，市場沒有針對費用進行統一規劃，并且三維測量儀器的品質無法得到有效的保障，在具體工程中并不能夠利用自身技術層面的優勢提升整個工程的質量[6]。

4.2 三維測量理論研究

從原有的“2+1”維度的理論基礎發展到現如今的三維系統，在目標測量的坐標上并沒有出現任何變化，反而對于系統的操作邏輯卻日益復雜。“2+1”維度從本質上來說就是一個俯瞰版空間，只是讓人們站在向上的視角開始俯視表面的情況，而三維空間則完全不同，是360°全方位、立體地進行測量，在工程測量技術發展至今還要針對三維系統理論應用結合具體的工程進行深入的探究，不僅要涵蓋空間目標測量、存儲，還包括搜索、瀏覽、傳送等。

4.3 三維地理信息系統研究

當下國內城市的眾多建筑在實際建設過程當中由于地理信息的不同，因此所展示出來的功能性也各不相同，在進行設計和規劃的過程當中要進行詳細分析，采用三維地理信息系統針對建筑的空間進行分析，以及利用三維可視化的功能來展示建筑中各個空間的功能性，有助于建筑設計和規劃中各項工作的開展。通過將地理信息進行真實的模擬能夠給人們展示一個三維的建筑模型，進而更加直觀地去了解建筑在所處的地理信息上所展示出來的功能與整體結構。三維數字城市是充分地運用當下先進的信息化技術、大數據技術、多媒體技術等作為開展一系列工作的前提保障，通過利用網絡作為連接的渠道，采用遙感、定位、地理信息、虛擬現實等相關技術手段來開展各個角度、各個層面的三維描述，使用信息技術還原城市的過去，展示城市的現在以及推演城市未來的發展，這些都能夠在當下的數字網絡中通過虛擬的方式一一實現，利用三維可視化技術，并根據建筑所處的地理信息來進行城市三維模型的構建：基礎設施、建筑外觀、道路分布、城市水系、城市綠化、城市地下規劃等，為日后城市整體的規劃與建設提供了一定的參考[7]。

例如，某工程的實際面積為10km2，其中建筑有廠房、施工設備、電線塔等，礦廠單位要獲取各個廠房以及周邊道路交通的詳細位置信息，根據所得到的數據進行礦區填挖方量的計算，并提供一定比例的數字地形圖。首先，要將多個坐標系中的三維空間數據點集中轉換到同一個坐標系統中，然后，使用三維激光掃描儀對該區域內部的廠房、電線塔等地面信息進行徹底掃描，并且對得到的掃描數據進行分析與處理，從而進行城市三維模型的構建，將非地貌的點進行排除，最后利用相關數據技術并結合現場的實際情況對出現缺失、模糊的地方進行校準與修改，標記之后生成圖廓。

4.4 精密工程與工程測量的發展

現如今國內經濟的日益繁榮，使得國內一些中大型工程在進行建設的過程當中絕大多數采用了相對先進和完善的自動化生產線，以及具有超高精度的測量設備，在施工和建設中加大了安全監測的力度，因此對于現階段所開展的工程測量工作來說也提出了更高的要求。為了確保這些先進的技術、高精尖的設備能夠在生產的過程當中有序地完成施工過程當中的各項工作，保證整體建筑工程質量的同時，還能夠最大程度地提高建筑整體以及施工過程當中的安全性，在此期間要采用高精度的測繪模式為所開展的工程測量工作提供技術層面的保障。由于技術層面的相關需求，衍生出了高精端工程測量的工作，就是利用現代化的三維測繪技術與以往計量學進行有效的結合，從而根據具體的工程施工情況、測繪技術理論以及專業的測繪技術，結合最新的理念和全新的技術，對一些精度較高的工程所開展的一種測量工作[8]。

5 三維測繪技術在工程測量工作中的用途

當下在開展城市建設、規劃等相關工作時基本上都用到了攝影測量技術，憑借著攝影測量的精細度較高、整體質量較好等優勢，特別是在具體的場景下還使用了當下先進的信息技術，能夠滿足現階段在開展三維空間測量時所提出的各項基本要求，通過采用攝影測量技術能夠得到全方位、精準的信息數據，并且整個工作過程不會直接接觸到所要測量的物體，不會給物體造成影響，也不會對所要測量的物體由于測量工作造成一定的損傷，這項技術操作簡單、便捷，能夠在一定程度上提高測繪工作效率，減少資金成本層面的投入，節約工作時間，所得到的數據能夠為接下來各項工作的開展提供數據上的參考。一些城市在進行市政工程中進行比例地形、道路、交通、地貌測繪時都在使用攝影測量技術，從實際的結果來看效果顯著，尤其是測量目標的具體情況、建筑的外觀、古董字畫的保護、醫療服務的開展都起到了至關重要的作用。隨著全數字攝影測量工作站的誕生，為各項工作在采用攝影測量技術時提供了更多的工作思路與理念，對于市政開展大型勘查工程也有著不錯的效果。與此同時，通過使用攝影測量技術，在減低野外測繪的工作量的基礎上，還大大提升了航測成圖的精度和細節，讓工程攝影測量工作實現了數字化、自動化。

綜上所述，隨著國內經濟的日益繁榮，城市化進程正在不斷發展，一些大中型工程項目也在隨之增加，與此同時對于工程測量的標準也隨著技術的發展在要求上越發的嚴格與精準。工程測量未來一定會加強在智能化管理技術、數字城市、三維測繪技術等領域的探究與發展，甚至在未來的幾十年內都將會成為技術研發與應用的熱門領域。當下技術的不斷優化與創新，工程測量技術所適用的范圍也在日益提升，并且在發展的過程中還勢必會出現新的機遇與挑戰，現階段針對工程測量與三維測繪技術進行探究與思考，一定會為接下來工作的開展提供更多技術層面的經驗與參考。