工程測量中GIS技術(shù)和數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用研究

摘""要：工程測量是確保工程質(zhì)量與進(jìn)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其精度與效率直接關(guān)聯(lián)到項(xiàng)目的成功實(shí)施。隨著科技進(jìn)步，地理信息系統(tǒng)（Geographic"Information"System，GIS）與數(shù)字化測繪技術(shù)正逐步成為工程測量領(lǐng)域的重要工具，這些技術(shù)通過高效的數(shù)據(jù)采集、處理與分析手段，極大地提升了測量的精確性和時(shí)效性。在實(shí)際應(yīng)用中，GIS技術(shù)為工程提供了全面的空間信息支持，而數(shù)字化測繪技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)的快速成圖與智能化管理。兩者在工程勘測、設(shè)計(jì)與施工等多個(gè)階段的融合應(yīng)用，不僅優(yōu)化了工作流程，還顯著增強(qiáng)了工程項(xiàng)目的決策支持與風(fēng)險(xiǎn)控制能力。

關(guān)鍵詞：工程測量""地理信息系統(tǒng)技術(shù)""數(shù)字化測繪技術(shù)""測量數(shù)據(jù)

中圖分類號：P271

Research"on"the"Application"of"GIS"Technology"and"Digital"Surveying"Technology"in"Engineering"Surveying

WU"BinSurvey"and"Design"Institute"of"Sinohydro"Engineering"Bureau"4"Co.，"Ltd.，"Xining，"Qinghai"Province，"810000"China

Abstract："Engineering"surveying"is"a"critical"link"in"ensuring"project"quality"and"progress，"and"its"accuracy"and"efficiency"are"directly"related"to"the"successful"implementation"of"the"project."With"the"progress"of"technology，"Geographic"Information"Systems"（GIS）"and"digital"surveying"technology"are"gradually"becoming"important"tools"in"the"field"of"engineering"surveying，"which"greatly"improve"the"accuracy"and"timeliness"of"measurements"through"efficient"data"collection，"processing，"and"analysis"methods."In"practical"applications，"GIS"technology"provides"comprehensive"spatial"information"support"for"engineering，"while"digital"surveying"technology"enables"rapid"mapping"and"intelligent"management"of"measurement"data."The"integration"and"application"of"the"two"in"multiple"stages"such"as"engineering"survey，"design，"and"construction"not"only"optimizes"the"workflow，"but"also"significantly"enhances"the"decision-making"support"and"risk"control"capabilities"of"engineering"projects.

Key"Words："Engineering"surveying;"Geographic"information"system"technology;"Digital"surveying"technology;"Measurement"data

隨著國家重大工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和技術(shù)要求的持續(xù)提高，傳統(tǒng)工程測量方法面臨著諸多挑戰(zhàn)。一方面，大型工程項(xiàng)目往往跨越復(fù)雜地形地貌區(qū)，傳統(tǒng)人工測量方法在測量效率、覆蓋范圍和安全性等方面存在明顯局限；另一方面，工程建設(shè)對測量精度、實(shí)時(shí)性和智能化水平提出了更高要求，傳統(tǒng)測量技術(shù)難以滿足工程建設(shè)的迫切需求。近年來，以地理信息系統(tǒng)（Geographic"Information"System，GIS）技術(shù)和數(shù)字化測繪技術(shù)為代表的新型測繪技術(shù)體系快速發(fā)展，為解決上述問題提供了創(chuàng)新思路和技術(shù)方案。

1""工程概況

以我國西部某大型水利樞紐工程為研究對象，該工程總投資150億元，兼具防洪、灌溉、發(fā)電、供水等多功能。工程含175"m高堆石壩、18.5億m3水庫、1"200"MW地下廠房等，壩址地形復(fù)雜，地質(zhì)條件不利。為高效建設(shè)，團(tuán)隊(duì)引入GIS和數(shù)字化測繪技術(shù)。在勘測設(shè)計(jì)階段，利用GIS平臺綜合管理地形、地質(zhì)、水文數(shù)據(jù)，無人機(jī)攝影獲取厘米級影像，構(gòu)建1∶500三維模型。施工階段，基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)大壩變形監(jiān)測和滑坡體數(shù)字化建模，顯著提升了施工精準(zhǔn)性。

2""GIS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

2.1""GIS技術(shù)在工程勘測階段的應(yīng)用

在該水利樞紐工程的勘測設(shè)計(jì)階段，GIS技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵性作用。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)充分利用GIS平臺強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理與分析功能，高效完成了工程所需的地形、地質(zhì)等關(guān)鍵信息的采集與處理工作[1]。一方面，技術(shù)人員通過GIS平臺對1∶10"000比例尺的數(shù)字線劃地圖（Digital"Line"Graphic，DLG）進(jìn)行解析，提取了壩址區(qū)及庫區(qū)的高程、坡度、坡向等地形要素，并對疑似滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)體進(jìn)行了精細(xì)標(biāo)繪，獲得了全區(qū)5"m網(wǎng)格的數(shù)字高程模型（Digital"Elevation"Model，DEM）和1∶2"000的工程地質(zhì)平面圖，為壩址優(yōu)化選擇和水庫淹沒分析奠定了基礎(chǔ)。另一方面，技術(shù)人員還將鉆探、物探、試驗(yàn)等多源勘察數(shù)據(jù)整合到GIS平臺，通過空間插值、屬性統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)分析等手段，揭示了壩基、廠房、輸水隧洞等建筑物的工程地質(zhì)條件，并采用GIS的空間分析模型對地基承載力、邊坡穩(wěn)定性等進(jìn)行了定量評價(jià)。結(jié)果表明：經(jīng)過處理后的壩基巖體為較硬巖，巖體完整性指數(shù)在0.6以上，地基承載力特征值在1.2"MPa左右；廠房邊坡巖體以Ⅱ～Ⅲ類為主，穩(wěn)定性指數(shù)均大于1.3，滿足開挖邊坡要求（見表1）。

2.2""GIS技術(shù)在工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在該水利樞紐工程設(shè)計(jì)階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于ArcGIS"Enterprise的工程設(shè)計(jì)與分析平臺，融合建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）與GIS技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了全要素三維設(shè)計(jì)[2]。基于高精度DEM和工程地質(zhì)模型，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了以工程投資最小、效益最優(yōu)和環(huán)境影響最小為目標(biāo)的多維優(yōu)化模型：minF=w1·C（x）+w2·E（x）+w3·L（x），通過改進(jìn)的NSGA-III算法進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)了壩址、壩型等關(guān)鍵要素的智能優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明，采用“S”型壩軸線布置較傳統(tǒng)直線型方案節(jié)約開挖量85.6萬m3，通過地下式廠房布置減少地表占地12.8"hm2；基于空間網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，優(yōu)化后的輸水系統(tǒng)縮短引水線路2.8"km，降低工程造價(jià)2.35億元。期間，項(xiàng)目組還開發(fā)了考慮運(yùn)距、地形和施工工期的土石方智能調(diào)配模型，采用改進(jìn)蟻群算法求解，實(shí)現(xiàn)了土石方就近調(diào)配率92.8%，平均運(yùn)距較常規(guī)方案降低0.8"km。同時(shí)，利用GIS空間分析功能，對壩基防滲、邊坡支護(hù)等施工工序進(jìn)行了精細(xì)化模擬分析，建立了完整的工程數(shù)字孿生系統(tǒng)，為后續(xù)施工組織和過程控制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，充分體現(xiàn)了GIS技術(shù)在復(fù)雜水利樞紐工程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新價(jià)值與實(shí)踐意義。

2.3""GIS技術(shù)在工程施工階段的應(yīng)用

在水利樞紐工程施工階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于ArcGIS平臺構(gòu)建了集“監(jiān)測—分析—預(yù)警—處置”于一體的智能化施工管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)全過程的數(shù)字化監(jiān)管[3]。系統(tǒng)采用分布式微服務(wù)架構(gòu)，集成了Leica"Nova"MS60多站儀、Trimble"SX12全站儀等高精度測量設(shè)備，同時(shí)對接了800余個(gè)各類傳感器，構(gòu)成了覆蓋大壩、廠房、輸水系統(tǒng)等關(guān)鍵部位的智能傳感網(wǎng)絡(luò)。基于深度學(xué)習(xí)算法，開發(fā)了變形監(jiān)測預(yù)警模型Deformation-Net，該模型融合了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global"Navigation"Satellite"System，GNSS）位移、應(yīng)變、滲壓等多源監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（Long"Short-Term"Memory，LSTM）實(shí)現(xiàn)了毫米級變形預(yù)測，模型預(yù)測精度達(dá)到±1.2"mm。在邊坡監(jiān)測方面，利用改進(jìn)的PointNet++點(diǎn)云分割算法，實(shí)現(xiàn)了滑坡體的精確識別與體積計(jì)算，并基于時(shí)序干涉測量合成孔徑雷達(dá)（Interferometric"Synthetic"Aperture"Radar，InSAR）技術(shù)建立了邊坡穩(wěn)定性評價(jià)模型，成功預(yù)警了3處潛在滑坡隱患。針對大壩填筑過程，開發(fā)了基于空間統(tǒng)計(jì)的質(zhì)量控制系統(tǒng)，采用克里金插值法對碾壓遍數(shù)、壓實(shí)度等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，壓實(shí)度合格率提升至98.2%。同時(shí)，系統(tǒng)還集成了基于Unity3D引擎的可視化平臺，實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全等多維數(shù)據(jù)的沉浸式展示，為工程管理決策提供了直觀、全面的數(shù)字化支撐，有效保障了這一特大型水利樞紐工程的安全、高效建設(shè)。

3""數(shù)字化測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

3.1""無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)作為一種新興的數(shù)字化測繪手段，在該水利樞紐工程的測量中得到了廣泛應(yīng)用，展現(xiàn)出了顯著的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值。測量團(tuán)隊(duì)利用大疆經(jīng)緯M300"RTK無人機(jī)搭載五鏡頭傳感器，對壩址區(qū)及庫區(qū)200"km2范圍內(nèi)開展了航攝任務(wù)，獲取了分辨率優(yōu)于3"cm的可見光影像數(shù)據(jù)，并通過智能攝影測量系統(tǒng)進(jìn)行了空三加密處理，從而生成了包含7.85億個(gè)三維點(diǎn)的高精度點(diǎn)云模型和1∶1"000比例尺的真正射影像圖，整體平面、高程精度均優(yōu)于10"cm。在此基礎(chǔ)上，測量人員采用建模軟件ContextCapture構(gòu)建了覆蓋全區(qū)的三維實(shí)景模型，實(shí)現(xiàn)了地形地貌的真實(shí)再現(xiàn)和工程場景的沉浸式漫游。同時(shí)，針對渣場、料場等關(guān)鍵區(qū)域，測量人員還采用了智能攝影測量系統(tǒng)的智能測圖功能，實(shí)現(xiàn)了地物要素的快速采集和自動建模，大幅提升了測圖效率和成果精度，渣場堆量計(jì)算誤差控制在3%以內(nèi)（見表2）。此外，在斷面布設(shè)、土石方計(jì)算、管線探測等方面，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)也發(fā)揮了重要作用，極大地促進(jìn)了工程測量向數(shù)字化、智能化方向的轉(zhuǎn)變。

3.2""地面三維激光掃描技術(shù)

在水利樞紐工程測量中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用Leica"ScanStation"P50進(jìn)行高密度掃描，完成1"250個(gè)測站數(shù)據(jù)采集，獲取186億個(gè)高精度空間點(diǎn)。通過改進(jìn)ICP算法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云自動拼接，精度優(yōu)于3"mm，并利用RANSAC算法優(yōu)化數(shù)據(jù)。團(tuán)隊(duì)開發(fā)CloudProcess軟件，集成多項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)智能化處理。針對地下工程，創(chuàng)新采用即時(shí)定位與地圖構(gòu)建（Simultaneous"Localization"and"Mapping，SLAM）技術(shù)建模，建立變形預(yù)警模型，識別32處隱患。在土方計(jì)算上，改進(jìn)Delaunay算法提升精度45%，處理160萬m3土石方。同時(shí)，利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立偏差分析模型，實(shí)現(xiàn)毫米級施工放樣，有效指導(dǎo)施工。這些應(yīng)用充分展示了三維激光掃描技術(shù)在復(fù)雜水利工程測量中的創(chuàng)新價(jià)值，為工程建設(shè)提供了高精度、全方位的測繪支持。

3.3""移動測量技術(shù)

移動測量技術(shù)是數(shù)字化測繪領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)手段，其在該水利樞紐工程測量中發(fā)揮了重要作用。[5]其中，施工單位引進(jìn)了Trimble"R12"GNSS接收機(jī)和TSC7型號控制器等先進(jìn)移動測量設(shè)備，組建了一支機(jī)動靈活的測量隊(duì)伍，大幅度提升了外業(yè)數(shù)據(jù)采集的效率和質(zhì)量。通過在壩體、渣場、施工道路等區(qū)域布設(shè)60個(gè)CORS基站，實(shí)現(xiàn)了厘米級定位服務(wù)的全覆蓋，測量人員利用GNSS-RTK技術(shù)對關(guān)鍵施工點(diǎn)位進(jìn)行放樣測設(shè)，三維坐標(biāo)精度優(yōu)于5"cm，有效指導(dǎo)了現(xiàn)場施工控制。同時(shí)，憑借4G/5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，項(xiàng)目部建立了野外數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸與共享平臺，實(shí)現(xiàn)了外業(yè)測量成果的自動回傳和遠(yuǎn)程質(zhì)檢，現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理時(shí)間從傳統(tǒng)的數(shù)小時(shí)縮短至10"min以內(nèi)，進(jìn)一步提高了測繪保障的時(shí)效性[4]。

在施工監(jiān)測中，技術(shù)人員使用高精度移動監(jiān)測終端自動化監(jiān)測大壩、邊坡等位移。數(shù)據(jù)分析顯示（如表3所示），壩體變形符合設(shè)計(jì)要求，最大位移速率1.8"mm/月，累計(jì)位移量16.3"mm。滑坡易發(fā)區(qū)布設(shè)傳感器，結(jié)合GNSS數(shù)據(jù)建立預(yù)警模型，成功預(yù)警1起滑坡險(xiǎn)情，避免了損失。這些措施有效保障了施工安全。

4""結(jié)語

GIS與數(shù)字化測繪技術(shù)在工程測量中顯著提升了效率、精度和智能化。以某水利樞紐工程為例，團(tuán)隊(duì)利用GIS優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)全周期精細(xì)管控，并引入無人機(jī)攝影、三維激光掃描等先進(jìn)技術(shù)，突破傳統(tǒng)局限，提供高精度測繪保障。隨著技術(shù)與信息的融合與智慧工程建設(shè)的推進(jìn)，GIS與數(shù)字化測繪技術(shù)必將在工程測量中廣泛深入應(yīng)用，成為現(xiàn)代工程建設(shè)的關(guān)鍵支撐，引領(lǐng)測繪行業(yè)邁向數(shù)字化、智能化新時(shí)代。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳俞佐.GIS技術(shù)和數(shù)字化測繪技術(shù)的發(fā)展及其在工程測量中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2023（23）：175-177.

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[3] 魏宛霖.基于三維數(shù)字化技術(shù)的杭州文瀾閣假山疊石工法研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2022.

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[5] 任龍躍.數(shù)字化測繪技術(shù)在大型機(jī)場工程中的應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2023.