工程測量中現代測繪技術的應用分析

李發升

（南通市測繪院有限公司，江蘇 南通 226000）

1 引言

在步入工業4.0時代后，信息化、數字化、科技化成為我國工程領域變革發展的主要方向。結合國內外研究成果及行業市場發展現狀來看，現代工程測繪領域已涌現出了大量的新技術和新工具，如遙感技術、衛星定位技術、無人機技術、三維建模技術等。這些技術能夠從空間定位、影像采集、圖像繪制等角度出發，在突破傳統人工限制、淡化傳統人為風險的基礎上，賦予測量信息、測繪成果以更高的利用價值，從而實現工程測量綜合效益的大幅度提升。基于此，有必要對現代測繪技術在工程測量中的應用路徑展開探究。

2 工程測量中現代測繪技術應用的基本思路

在工程測量中，可以全面提升測量效率與測量效果為導向，實現多種現代測繪手段、測繪工具的綜合運用，并具體分為“測”與“繪”兩個方面。在“測”的過程中，可運用無人機技術、衛星定位技術、遙感技術對現實場景的數據信息進行全面化、精細化采集。

在現階段的工程測量中，無人機航攝是一種應用廣泛、功能全面的新技術類型。在實際應用中，無人機能夠為工程測量提供移動靈活、操控自如的工具載體，可滿足不同高度、不同角度的數據信息采集需求。在此基礎上，無人機設備可通過搭載多種設備裝置實現測量功能的拓展與強化。例如，在搭載衛星定位設備后，無人機可通過信號接收裝置與衛星之間的交互通信，實現各測量點坐標參數的確定。在搭載高精度攝像機、光學掃描儀、電磁傳感器等傳感設備后，無人機可對測量對象的多種信息進行采集與記錄。在外業數據采集結束后，可將無人機航攝獲取到的工程測量信息導入信息化測繪軟件，進而實現工程測量結果的生成與進一步應用。

本文以某海邊偏遠地區的房屋建筑工程為例，分析現代測繪技術中的無人機航攝技術的應用。

工程測量思路為：首先，對房屋建筑工程的現場情況進行調查分析，并做好測量范圍選取、測量航線設計、設備設施配置調試等工作。然后，按照預設的測量航線、測量角度、測量高度及布點機制，操控無人機進行移動作業，并通過無人機搭載的GPS定位器、遙測傳感器進行圖像、空間、坐標等現實信息的采集獲取。最后，將實測信息輸入BIM建模軟件，進行房屋建筑及周圍環境三維模型的立體化繪制，并據此開展后續的圖像處理與工程分析工作[1]。BIM建模軟件可根據多維度的實測數據生成數字化、立體化的仿真模型，進而將房建工程場景如實呈現在計算機虛擬環境中。

3 工程測量中現代測繪技術的應用分析

3.1 前期準備環節的技術把控

在正式開展基于現代測繪技術的工程測量工作之前，需要做好多方面的準備工作。具體如下：

首先，需要對工程測量區域進行前期調查分析。一方面，應對測量區域的基本情況進行全面的了解，如測區范圍、分區結構、設施分布等，從而為無人機航區、航線、測點等方面的規劃設計提供依據基礎。另一方面，應掌握測量區域的環境現狀、氣候條件，并對工程測量周期內的氣象變化進行提前預知。做好這一方面的準備工作，無論是對于無人機選型而言，還是對于航攝參數、測量方案的編制設置而言，都有著基礎性、關鍵性的支持作用。

其次，在測量區域調查分析工作結束后，需要依據相關結果選擇測量設備。選擇時，應把控好以下幾點：（1）無人機材質的選擇。若為應急性工程測量，或測量成本相對有限，可使用木質無人機進行測量作業。若工程測量環境相對惡劣，存在高海拔、大風力等情況，則應選擇碳纖維、玻璃鋼等強材質的無人機設備，以確保測量作業的安全性與穩定性。由于案例工程地處海邊困難地區，所以，選擇碳纖維無人機作為航攝設備；（2）無人機載重性能的選擇。通常情況下，無人機載質量為6~10 kg，可滿足定位器、攝影機等設備裝置的搭載需求。但由于案例工程處于海邊困難地區（交通不便，風力影響大），故而將無人機的設計載重量提升至15 kg，以應對特殊的環境影響；（3）電源、油箱的選擇。一般來講，無人機的單次工程作業時間在2~3 h，機載電源、機載油箱必須滿足該時長區間的供能要求，以保證無人機能源消耗與能源補充的可靠性；（4）無人機飛行穩定性與操控可靠性的檢驗。選擇無人機設備時，應保證無人機在航攝操控中持續做到飛行平穩、航線規范，航線、高度、速度偏差應小于5%，水平偏差應小于3%；（5）機載設備裝置的選擇。在GPS定位器方面，無人機飛行定位的垂直誤差、水平誤差應分別小于0.5 m、1.0 m，無人機機器視覺定位的垂直誤差、水平誤差應分別小于0.1 m、0.3 m。在影像傳感器方面，為了獲取高精度的測量信息，案例工程選擇CCD分辨率為2 000×3 000的航拍攝影機。同時，將影像信息采集的平面精度控制在0.2~0.5μm，以免像素點結構偏差對后期測繪效果產生負面影響。此外，以保證測量信息的畫面質量與獲取連續性為目的，還應對傳感器的感光度、快門速度、曝光間隔、工作溫度等選擇指標進行嚴格把控。一般來講，快門速度以高于1/1 000 s為宜，曝光間隔應約為3 s，感光度處在100~200區間內即可。在快速飛行、高空作業的背景下，傳感器應具備良好的耐寒性，因此，應保證其在-20~50℃的環境中穩定運行[2]。

最后，需要對無人機的測量作業參數進行設置，并做好測點、測區的布控工作。在參數設置方面，可將無人機飛行速度控制在80~120 km/h，既能防止航速過快影響測量信息的采集質量，又能避免無人機因航速過慢而產生姿態失穩風險。在此基礎上，結合房屋建筑工程測量區域的調查結果，對航向、航線、飛行高度、測區邊界進行針對性設置。完成作業參數設置后，應對測量區最小地面分辨率與最高點重疊度進行計算，公式為：

進行測點、測區的布控時，按照4×4的網格結構進行設置。在此基礎上，為了提高測量精度、豐富測量數據，還可在網格內自由設置多個檢查點、精測點。

3.2 航攝測量環節的技術把控

圖1 航攝作業基本流程

在完成飛行計劃制訂、飛行參數設置、設備裝置調試檢查等工作后，即可開展正式的航測作業。在外業數據采集環節中，需要按照高度、航向、航速、測區等已制訂的飛行計劃內容，操控無人機設備進行飛行航攝。在此過程中，應依托基站監控系統對無人機的飛行軌跡、飛行高度、傾斜角度、能耗情況等信息進行密切關注，并對動態傳回的空間坐標信息、平面影像信息、光譜掃描信息進行提取查看，若發現無人機設備存在飛行異常，或測量信息存在定位不準、影像模糊等問題，應及時停止測量作業，并對相關設備裝置的運行參數、系統狀態及硬件情況進行全面檢查與調試維修。檢修完成且確保無人機及機載設備性能完全恢復后，需要先進行小范圍的試飛與試測。試驗結果達到工程標準后，方可繼續投入測量作業。在此基礎上，如果無人機航攝連續性不佳，或前期飛行計劃、測點布控缺乏合理性，將有可能引發“孤島化”的測量信息采集問題，常見表現包括相鄰坐標點位移過大、實測影像重疊度過小等。此時，為了提高圖像、模型的后期繪制質量，保證工程測量結果的可靠性與完整性，還需要進行補飛處理。補飛時，無須完全按照原方案開展航攝作業，僅需以具體的“孤島化”信息為準，對其所處的測點區間、測量區域實施信息采集即可。外業數據采集工作基本完成后，需要基于不同測點的基礎信息，對多視點云數據進行配準處理。

處理完成后，需要剔除部分精度低、偏移大、質量差或冗余性的測量信息，并運用數字化手段對數據信息實施預處理，通常處理環節包括勻光處理、均色處理、噪點過濾、影像鑲嵌、影像糾正等。預處理結束后，便可將工程測量信息輸入到BIM軟件當中，實現模型圖像的繪制生成。

3.3 圖像繪制環節的技術把控

在圖像繪制環節，BIM軟件首先會基于內置的數據信息處理模塊，對已輸入的工程測量信息實施再處理，主要包括分類整理、濾波加工、圖形修整等。在此基礎上，軟件建模平臺便可依據大量的定位、圖像、控制線等信息，自動生成初步的三維仿真模型。其后，相關人員便可根據工程基礎資料、前期調查結果與無人機采集影像，對建模參數實施進一步的精確調節，從而獲得與真實場景高度一致的測繪模型。最后，一方面可將立體三維模型、多視圖平面模型導出，以此作為重要的工程建設資料。另一方面，也可進一步運用BIM軟件平臺中的碰撞測試、虛擬漫游、人行模擬、趨勢預測等模塊，對模型內容進行深層次的處理與應用[3]。

3.4 無人機航攝技術的應用分析

在案例工程中，無人機航攝測繪技術主要有如下優勢：

1）傳統人工測繪會受到人為因素的限制，存在測量效率低、測繪耗時長、測繪精度不穩定等問題。在應用無人機航攝技術后，此類問題得到了有效解決。一方面，無人機設備在搭載影像傳感器后，可對真實工程場景影像進行快速、連續、高精度的拍攝采集，從根本上保證了測量的效率與精度。在此基礎上，由于測繪圖像采用數字化生成方式，所以，能省去大量的人工繪圖時間，并大幅度提升繪制成果對真實場景的復現性。另一方面，無人機飛行時速高達80~120 km，遠遠優于人工作業，進一步實現了提高效率、縮短工期的測繪效果。

2）案例工程地處復雜地區，環境基礎條件相對惡劣，若長時間開展人工測繪作業，將形成一定的安全隱患。相比之下，無人機設備具有絕對性的材質性能優勢，可滿足高空、高寒、高壓等苛刻環境下的作業需求。這既有助于提升工程測繪的完整性，也有助于實現測繪風險的有效規避。

3）傳統工程測繪成果以平面圖為主，難以滿足動態化、前瞻化的工程資料應用需求。相比之下，以無人機航攝為來源、以BIM建模為手段的測繪成果更具立體性與實用性，能夠為測繪資料的深層次、多元化應用提供有力支持。

4 結論

綜上所述，將無人機技術、遙感技術、BIM技術等現代測繪技術應用到工程測量當中，能夠達到高水平的“技術賦能”效果，全方位、深層次地促成工程測量作業的模式優化與質量提升。但需要注意的是，現代測繪技術對設備工具有著較高的依賴性，在開展相關工程測量作業時，必須要做好無人機、傳感器、定位器、建模平臺等工具的類型選擇與參數設置，既要保證設備工具的技術功能滿足測量需求，也要充分與測量區域的環境情況相適應。在此基礎上，還應做好流程規劃、控點布置、數據處理等工作，以確保最大化地提高測量信息的完整性、精確性，實現現代測繪技術價值的最大化發揮，進而為后續工程作業提供優質、可靠的依據基礎。