测绘工程中三维城市测量技术的应用探究

测绘工程中三维城市测量技术的应用探究

杨清艳

山西省测绘地理信息院  山西省太原市 030000

摘要：随着我国科学技术的快速发展，先进的科学技术给我们的基础建设带来了便捷，在基础建设方面的投入不断增加，铁路、公路、建筑以及水利水电等工程行业进入高速发展阶段，同时由于工程量大、施工难度大、精度要求高等因素，对工程测绘精度及效率也提出了更高的要求，如何提升工程测绘质量、精度、效率以及安全性成为工程测绘领域面临的主要问题。以三维城市测量技术为研究对象，分析三维城市测量技术在当前测绘工程中的应用价值，重点对技术展开研究。

关键词：测绘工程；三维城市测量技术

引言

以前测量工具受时间和地理位置的限制无法有效完成某些测量作业，随着科学技术的快速发展，在使用三维激光扫描技术进行城市测量方面有了很大的突破发展。这种方法是采集某个城市具体位置的空间三维坐标和其相关的位置尺度信息，使用激光点云数据处理技术获取城市各类要素的空间信息及属性信息，实现这个城市位置的三维空间展现。

1三维城市测量技术的应用价值

1.1有助于提升工程测绘精度

在城市建筑、隧道桥梁、公路铁路等工程建设过程中，要确保工程项目顺利实施，必须建立在具备全面、准确的测绘数据的前提下，这就意味着工程测绘作业必须满足高精度的要求。而三维城市测量技术的发展以及广泛应用有效解决了传统测绘作业精度不足的问题。以三维激光扫描技术为例，其采用逆向三维数据采集与模型重构技术，通过获取扫描对象的三维坐标数据与数码照片的方式准确、快速地获取扫描对象的三维立体信息，然后利用计算机搭建三维模型，全面、客观、准确地再现扫描对象的真实形态或者特性，可以有效确保测绘精度。

1.2有助于提升工程测绘效率

传统的工程测绘多依赖于人工作业，所采用的测绘设备相对简单，因此，整体效率不高，在很大程度上延长了工程建设周期，增加了工程建设成本。目前，无论是城市建筑，还是道路、桥梁等基础设施的建设，都进入了新的发展阶段，最为突出的特点就是工程规模大、涉及范围广，使工程测绘作业量大幅增加，若无法解决传统测绘作业效率低的问题，无疑会延缓工程进度[2]。相较于传统依赖于人工作业的测绘手段，三维城市测量技术可以更好地满足当前工程测绘领域的需求。以三维激光扫描测量技术为例，其可以实现可视化、全面、精准的测量，减少了测绘作业过程中野外采集数据的时间以及工作量，并且可以避免数据失真的情况，缩短了工程测绘作业周期，有助于提高工程建设效率。

2测绘工程中常见的三维城市测量技术

2.1三维激光扫描技术

2.1.1绘制地形图

绘制地形图是工程测绘的重要内容，采用传统测绘手段绘制地形图需要大量的作业人员，并且部分复杂地形无法勘测，但三维激光扫描技术并无这方面的限制，并且绘制的地形图精度更高，作业效率也明显优于传统测绘手段。利用传统测绘手段时，受环境因素的影响，易导致实时动态差分法（PTK）手段失效，因此，测量效率不高，需要反复选择测量点，并且如何合理控制测量点的数量也是主要难点之一，若控制不当易影响后期地形图的生成。而三维激光扫描技术具备非接触扫描以及快速采集点云数据等优势，针对一些复杂地形不需要架设测绘仪器，测绘人员也不需要进入危险区域采集数据。利用三维激光扫描技术绘制地形图的步骤如下：（1）数据采集完成后，利用互联网完成数据传输工作；（2）利用软件程序完成数据拼接、点云数据缩减等工作，目前比较常用的软件是莱卡公司的Cyclone8.03，该软件处理数据效率较高；（3）去噪处理，由于扫描过程中可能会出现行人、车辆等，因此，必须对采集的基础信息做去噪处理；（4）对选择的区域进行部分功能赋予，在软件中建立三角高程网格；（5）根据测绘要求设置抽稀百分比，做抽稀处理；（6）生成等高线等特征线或者其他关键特征点，并在此基础上绘制成地形图。

2.1.2土方与体积测量

在工程项目施工中，土方与体积测量也是测绘作业的重要内容之一，相较于传统的计算方法，三维激光扫描技术的计算效率更高且更为精确。传统的测量与计算手段在数据采集方面与三维激光扫描技术相差不大，但三维激光扫描技术的优势在于耗费时间更短，需要的人力更少。这主要是由于三维激光扫描技术采用的是面试数据采集，能够获取地表全部可视点信息，覆盖更加全面，并且是自动化作业，数据采集效率更高。此外，三维激光扫描技术在数据采集过程中虽然会因为环境干扰或者植被遮挡等因素导致精度损失，但是可以通过对采集数据进行去噪处理来提升计算精度，而传统手段容易在测图过程中出现漏掉测区关键特征点，从而导致精度损失，而且若需要提高精度就必须重新进行测绘，费时费力，会直接影响作业效率。

2.2卫星定位测量技术

卫星定位测量技术具备测量时间短、定位精度高、操作简单、测点间无须通视、全天候作业、能够提供三维坐标以及自动化程度高等优势，因此，其在工程测绘领域中被广泛应用。卫星定位测量技术的基本原理是结合数学与物理学科的原理，利用卫星进行遥感测量，然后将测量数据信息传输至地面接收设备，并由接收设备对测量数据进行处理，最终得到需要的测绘数据信息。目前，卫星定位测量技术在工程测绘领域中的应用主要包括两方面，分别是静态相对定位与实时相对定位，其中，静态相对定位操作较为简单，对于人员、设备等方面的要求较低；而实时相对定位对于点位选取、设备选择以及人员素质等方面要求较高，并且若对测量精度要求较高，还需要配合使用惯性导航技术。卫星定位测量技术在工程测绘中的应用流程如下：1）外业测绘。进行外业测绘时，关键在于选点，这是确保测绘结果准确性的基础前提，因此，在进行选点工作前必须做好必要的准备工作，包括采集测绘区域地理位置信息、标架、标型完好情况等相关信息。此外，采用卫星定位测量技术还要做好无线安全与开机观测等工作，这与传统测绘手段有明显区别。2）布网工作。这主要与工程类型有关，若为线路或者带状工程测绘工作，其多采用边连式或者点连式组成连续发展的三角锁同步图形；若为施工控制网或者变形监测网，则多采用网连式或者边连式布设。3）结果输出。由流动站负责接收卫星信号，并通过网络接收基准站传输数据信息，根据相对定位原理进行差分结算，计算出两观测点相对位置，最终输出流动站的三维坐标。

2.3控制测量

全站仪的基本功能是控制测量，需要按照要求布设导线，适用于线路或者带状工程以及隐蔽地区，比如，城市控制测量、线路控制测量、引水工程等。其优势是导线网与边角网的布设相对比较灵活，测量精度高，观测便捷，而且能够与卫星定位测量技术配合使用。需要注意的是，开展控制测量作业时必须根据相应等级的测量规范进行观测、计算，不能采用坐标测量功能。一般来说，可以将高程控制与平面控制测量同时进行，能够完全替代四等水准测量；将全站仪放置在两个观测点间，保持两个棱镜高度一致，可以保证较高的测量精度。

结束语

综上所述，以三维激光扫描测量技术、卫星定位测量技术以及全站仪测量技术为代表的三维城市测量技术是当前工程测绘领域的重要手段，在地形图绘制、卫星定位测量技术、控制测量等方面具有明显优势。

参考文献

[1]臧伟,钱林,孙宝军,等.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J].北京测绘,2015(3):130-135.

[2]徐义燕,曹益天.测绘新技术在测绘工程测量中的应用分析[J].建筑工程技术与设计,2018(21):290-291.

[3]高明允.测绘新技术在测绘工程测量中的应用研究[J].中国室内装饰装修天地,2018(19):66-67