數(shù)字化測量技術(shù)用于工程測量中的探究

徐娜平

（宜利勘測（北京）有限公司，北京 100010）

在當(dāng)今工程實踐中，準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)是確保工程質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)，而數(shù)字化測量技術(shù)正是為了滿足這一需求而生。數(shù)字化測量技術(shù)通過高精度的儀器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理能力，能夠提供更為精確和全面的測量結(jié)果。在現(xiàn)代建筑工程、大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測和城市規(guī)劃等領(lǐng)域，數(shù)字化測量技術(shù)不僅改變了工程測量的方式，也為工程設(shè)計和施工提供了更加可靠的數(shù)據(jù)支持。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，數(shù)字化測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用正變得越來越廣泛，為工程領(lǐng)域帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[1]。

1 數(shù)字化測量技術(shù)概述

數(shù)字化測量技術(shù)的核心在于其高度的精確性和效率，通過電子化的手段，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的采集、處理和分析。例如，全站儀結(jié)合了角度和距離測量功能，能夠?qū)y量點(diǎn)進(jìn)行快速定位，其數(shù)據(jù)直接輸入計算機(jī)系統(tǒng)中，提高了數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性；三維激光掃描技術(shù)，則能夠捕捉到被測物體的精確三維形態(tài)，為工程設(shè)計提供了詳細(xì)的空間數(shù)據(jù)支持；GNSS 技術(shù)利用衛(wèi)星信號，對大范圍的地理位置進(jìn)行高精度測量，尤其適用于大型和開闊區(qū)域的工程項目[2]。在數(shù)據(jù)處理方面，專門的軟件能夠?qū)Σ杉降拇罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，不僅支持復(fù)雜的計算和分析，還能生成直觀的圖形和模型，為工程設(shè)計和施工提供有力支撐；攝影測量和遙感技術(shù)通過分析從不同角度和高度拍攝的圖片，可以獲取地表和結(jié)構(gòu)物的詳細(xì)信息，這對于無法直接接觸的區(qū)域尤為重要?？偟膩碚f，數(shù)字化測量技術(shù)在現(xiàn)代工程建設(shè)中的應(yīng)用正日益深入和廣泛，對推動工程技術(shù)的發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。

2 工程測量中數(shù)字化測量技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 精度高

數(shù)字化測量技術(shù)的高精度性能主要來源于其使用的先進(jìn)電子測量設(shè)備和精細(xì)的數(shù)據(jù)處理算法。傳統(tǒng)的測量方法受限于人為操作的精準(zhǔn)度和測量工具的局限性，而數(shù)字化測量技術(shù)通過使用高精度儀器，如全站儀、三維激光掃描儀和高級GNSS 系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級乃至更高精度的測量，這些設(shè)備通過精密的光學(xué)、電子組件，可準(zhǔn)確地捕捉和記錄測量點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)。例如，全站儀結(jié)合角度和距離測量，可以精確計算出測量點(diǎn)之間的相對位置，而三維激光掃描儀則能捕獲被測物體的精確三維形狀。在數(shù)據(jù)處理方面，這些技術(shù)通過使用高級算法和軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的后期處理和分析，能夠有效地減少數(shù)據(jù)誤差，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，這種精確的測量結(jié)果對于工程設(shè)計的準(zhǔn)確性和工程質(zhì)量的保證至關(guān)重要，尤其在那些要求極高精度的復(fù)雜工程項目中，數(shù)字化測量技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高工程的整體質(zhì)量和可靠性。

2.2 效率快

在工程測量中應(yīng)用數(shù)字化測量技術(shù)之所以工作效率快，主要是因為它結(jié)合了先進(jìn)的電子設(shè)備和自動化的數(shù)據(jù)處理流程。與傳統(tǒng)的手動測量方法相比，數(shù)字化測量技術(shù)能夠迅速收集和傳輸數(shù)據(jù)，減少了大量的人工輸入和紙質(zhì)記錄過程。例如，使用全站儀或GNSS設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場測量時，測量數(shù)據(jù)可以實時被捕捉并自動傳輸至計算機(jī)系統(tǒng)，這大大減少了從數(shù)據(jù)采集到處理的時間。同時，三維激光掃描技術(shù)可以在短時間內(nèi)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面掃描，生成詳細(xì)的三維模型，這一過程比傳統(tǒng)的手動繪圖快得多。數(shù)字化測量技術(shù)還包括了高效的數(shù)據(jù)處理軟件，這些軟件可以快速處理和分析大量測量數(shù)據(jù)，生成各種需要的報表和圖紙，而這些工作如果采用手工方式進(jìn)行將耗費(fèi)更多時間。在數(shù)據(jù)共享和協(xié)作方面，數(shù)字化技術(shù)也表現(xiàn)出極高的效率，相關(guān)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)實時訪問和共享測量數(shù)據(jù)，加快了決策和溝通的過程[3]。

2.3 安全性高

數(shù)字化測量技術(shù)的安全性高，主要?dú)w因于其減少了人員直接接觸危險區(qū)域的需求和提高了作業(yè)環(huán)境的安全管理能力。在許多工程項目中，特別是在高風(fēng)險環(huán)境如高架橋梁、大型建筑物或不穩(wěn)定的地形中，傳統(tǒng)的測量方法往往要求測量人員直接進(jìn)入這些潛在危險的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，這不僅增加了人身安全風(fēng)險，也提高了項目的整體安全管理難度。而數(shù)字化測量技術(shù)，如三維激光掃描和遠(yuǎn)程操作的GNSS 系統(tǒng)，使得測量人員可以在安全距離外完成精確的數(shù)據(jù)采集，有效避免了直接進(jìn)入危險區(qū)域的風(fēng)險。同時，這些技術(shù)在進(jìn)行大范圍測量時，可以覆蓋廣泛區(qū)域，減少了現(xiàn)場人員的往返次數(shù)，降低了因長時間暴露在復(fù)雜環(huán)境中而帶來的安全隱患。數(shù)字化測量技術(shù)在數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中的自動化程度高，減少了因人為操作失誤而導(dǎo)致的安全問題。在測量數(shù)據(jù)的處理和分析過程中，高效的軟件能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題和錯誤，及時進(jìn)行糾正，進(jìn)一步提高了工程的安全性。

2.4 可視化強(qiáng)

數(shù)字化測量技術(shù)的可視化能力主要是通過高級的圖形處理和數(shù)據(jù)展示技術(shù)實現(xiàn)的，使得復(fù)雜的測量數(shù)據(jù)能夠以直觀、易于理解的方式呈現(xiàn)。例如，三維激光掃描技術(shù)能夠生成精確的三維模型，這些模型不僅呈現(xiàn)了被測對象的實際尺寸和形態(tài)，還能以圖形化的形式展示復(fù)雜的空間關(guān)系。同時，數(shù)字化測量技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理軟件提供了強(qiáng)大的圖形展示功能，如熱圖、等高線圖和動態(tài)模擬，這些功能使得測量數(shù)據(jù)能以生動形象的圖形呈現(xiàn)，極大地增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可讀性和可理解性。進(jìn)一步來說，這種可視化能力在協(xié)調(diào)和溝通方面也非常有效，設(shè)計和施工團(tuán)隊可以更容易地理解項目的具體要求和潛在問題。在呈現(xiàn)大量復(fù)雜數(shù)據(jù)時，傳統(tǒng)的二維圖紙往往無法全面展現(xiàn)，而數(shù)字化測量技術(shù)則通過高效的可視化手段，使得這些數(shù)據(jù)變得容易理解和操作。數(shù)字化測量技術(shù)不僅使得工程測量結(jié)果更加直觀和生動，也極大地促進(jìn)了工程項目各階段人員之間的有效溝通和協(xié)作，有助于提高整個項目的工作效率和質(zhì)量。

3 數(shù)字化測量技術(shù)在工程測量中的具體應(yīng)用

3.1 全站儀測量

全站儀作為數(shù)字化測量技術(shù)中的重要工具，結(jié)合了角度和距離的測量功能，適用于多種工程測量任務(wù)。在建筑工程中，全站儀被廣泛用于定位、布線和控制測量，通過全站儀可以精確地確定建筑物的基礎(chǔ)位置，確保施工過程中各個部分的準(zhǔn)確對齊。在道路和橋梁建設(shè)中，全站儀用于測量路線的曲線、坡度和其他關(guān)鍵參數(shù)，確保道路和橋梁的設(shè)計符合規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)。在地形測量中，全站儀可以測量出地形的細(xì)節(jié)，為后續(xù)的工程設(shè)計提供重要數(shù)據(jù)，在進(jìn)行這些測量時，全站儀通過其精密的光學(xué)和電子系統(tǒng)快速準(zhǔn)確地收集數(shù)據(jù)，再通過內(nèi)置或外接的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行初步分析。全站儀的另一個重要應(yīng)用是在建筑物的裝修和改造過程中，它可以用于精確測量現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，為改造工作提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。為了確保全站儀測量的準(zhǔn)確性，通常需要對儀器進(jìn)行定期校準(zhǔn)，并在使用前后進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。操作人員需要接受專業(yè)培訓(xùn)，確保能夠正確使用全站儀并理解其測量數(shù)據(jù)。

3.2 三維激光掃描

三維激光掃描技術(shù)通過高速激光掃描捕捉目標(biāo)物體的細(xì)節(jié)，生成精確的三維模型，廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。在建筑工程中，這項技術(shù)用于捕捉建筑物的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，為建筑的設(shè)計、改造或擴(kuò)建提供精確的參考，通過對建筑物內(nèi)外部的全面掃描，能夠獲得墻體、梁柱、管線等的精確位置和尺寸，確保后續(xù)設(shè)計與現(xiàn)狀完美契合。在文物保護(hù)和歷史建筑的修復(fù)工作中，三維激光掃描能夠無接觸地獲取建筑的精確三維信息，對于那些不允許物理觸碰的古跡尤其重要[4]。在大型基礎(chǔ)設(shè)施項目，如隧道、橋梁和水壩的建設(shè)中，三維激光掃描用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)在建設(shè)過程中的變化，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題，保障工程安全。在施工現(xiàn)場，通過快速掃描得到的三維數(shù)據(jù)，還可以用于施工進(jìn)度的監(jiān)控和后期維護(hù)工作的規(guī)劃。為了確保掃描數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和高效性，操作人員需要對掃描設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)置，合理規(guī)劃掃描路徑以覆蓋所有關(guān)鍵區(qū)域，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，以?yōu)化數(shù)據(jù)質(zhì)量[5]。

3.3 GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）測量

GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）測量技術(shù)通過利用多個衛(wèi)星系統(tǒng)，如GPS、GLONASS、BeiDou 等，為各類工程提供高精度、高效率的定位服務(wù)。在大型土地開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目中，GNSS 測量用于確定精確的地塊界限和工程位置，確保工程按照規(guī)劃準(zhǔn)確實施。例如，在道路建設(shè)中，GNSS 技術(shù)用于測定路線和地形，為道路設(shè)計提供重要的地理信息。在橋梁和高速公路的建設(shè)過程中，通過GNSS 進(jìn)行實時監(jiān)控，可以及時調(diào)整施工方案，確保工程精度。在大規(guī)模土地測繪和環(huán)境監(jiān)測項目中，GNSS 技術(shù)能夠迅速而準(zhǔn)確地收集大范圍的地理數(shù)據(jù)。為了提高GNSS 測量的精度和可靠性，通常需要進(jìn)行精確的設(shè)備設(shè)置和校準(zhǔn)。操作人員需要根據(jù)具體項目的要求，選擇合適的衛(wèi)星系統(tǒng)和測量模式，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)默F(xiàn)場校正，以消除可能的誤差源，如大氣延遲、多路徑效應(yīng)等。同時，為了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，還需要結(jié)合其他測量技術(shù)和輔助設(shè)備，如差分GPS（DGPS）和實時運(yùn)動測量系統(tǒng)（RTK），來提高定位的準(zhǔn)確性。通過這些技術(shù)和方法的綜合應(yīng)用，GNSS 測量在工程測量中不僅提高了測量效率，還大幅提升了測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.4 攝影測量和遙感

攝影測量和遙感技術(shù)在工程測量中通過使用航空器或衛(wèi)星搭載的相機(jī)和傳感器，捕捉地表的圖像和其他數(shù)據(jù)，適用于各種環(huán)境和大尺度的工程項目。在城市規(guī)劃和建設(shè)中，攝影測量能夠提供城市地貌的高分辨率影像，幫助規(guī)劃者準(zhǔn)確理解城市空間結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)城市的發(fā)展和擴(kuò)張。在環(huán)境和地質(zhì)監(jiān)測方面，遙感技術(shù)能夠迅速捕捉到地表的變化，如土地覆蓋、植被狀態(tài)和水文變化，對于災(zāi)害預(yù)警、環(huán)境保護(hù)和資源管理具有重要意義。在大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如水壩、道路和橋梁項目中，攝影測量和遙感為工程提供了重要的地形和地貌數(shù)據(jù)，支持工程設(shè)計和施工的各個階段。為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，需要對采集設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的校準(zhǔn)，并選擇合適的時間和天氣條件進(jìn)行拍攝，以獲取清晰、可靠的圖像。數(shù)據(jù)處理方面，需要使用高級的圖像處理和解析軟件，對捕獲的圖像進(jìn)行精確的幾何糾正和分析，從而提取出有用的信息。此外，為了提高數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，常常需要將攝影測量和遙感數(shù)據(jù)與其他類型的測量數(shù)據(jù)結(jié)合使用，如與GNSS 數(shù)據(jù)或地面測量數(shù)據(jù)結(jié)合，以增強(qiáng)結(jié)果的準(zhǔn)確性和綜合性。

3.5 數(shù)據(jù)處理和建模軟件

數(shù)據(jù)處理和建模軟件在數(shù)字化測量技術(shù)的應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們不僅能處理和分析由各種測量設(shè)備收集的大量數(shù)據(jù)，還能將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用的模型和圖形，極大地提高了工程設(shè)計和分析的效率與精確度。在工程項目中，這類軟件被用于處理從全站儀、GNSS 系統(tǒng)、激光掃描儀等收集的數(shù)據(jù)，通過高級算法進(jìn)行精確的校正、計算和可視化，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在大型工程項目中，如大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市規(guī)劃，這些軟件能夠處理復(fù)雜的地理信息和空間數(shù)據(jù)，生成詳細(xì)的三維模型，幫助工程師和設(shè)計師更好地理解和規(guī)劃工程。同時，這些軟件還提供了模擬和預(yù)測功能，可以用于模擬建筑或基礎(chǔ)設(shè)施的性能，如承載力、耐久性和環(huán)境影響，為工程決策提供科學(xué)依據(jù)。為了確保軟件的效果，需要定期更新軟件，以適應(yīng)新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行定期維護(hù)和調(diào)試，以確保其穩(wěn)定運(yùn)行。同時，操作人員也需要接受專業(yè)培訓(xùn)，掌握這些軟件的高級功能，以便充分利用其在工程項目中的潛力。

4 結(jié)語

數(shù)字化測量技術(shù)已成為現(xiàn)代工程實踐中的關(guān)鍵因素。從全站儀測量到三維激光掃描，從GNSS 測量到攝影測量和遙感，再到數(shù)據(jù)處理和建模軟件，每項技術(shù)都以其獨(dú)特的方式貢獻(xiàn)于工程項目的成功實施。這些技術(shù)的融合和應(yīng)用，不僅優(yōu)化了工程測量流程，還推動了工程行業(yè)向更高效、精確和智能的方向發(fā)展。展望未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，數(shù)字化測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用將更加廣泛和深入，為工程領(lǐng)域帶來更多變革和可能。