數(shù)字測繪技術(shù)在建筑工程測量中應(yīng)用

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摘要：文中對數(shù)字測繪技術(shù)進(jìn)行論述，并結(jié)合大型商業(yè)辦公樓項目，深入探討了數(shù)字測繪技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工程測量；建筑工程；數(shù)字測繪技術(shù)

0引言

在建筑工程行業(yè)，工程測量一直都是一項重要的基礎(chǔ)性工作，任何施工環(huán)節(jié)的展開都必須要在放線測繪建立的工程網(wǎng)格中進(jìn)行。隨著電子全站儀等新型數(shù)字測繪技術(shù)的普及應(yīng)用，工程測量成圖方式正逐漸由白紙成圖法向數(shù)字化成圖發(fā)展，不僅可以有效解決傳統(tǒng)測量技術(shù)中成圖周期長、產(chǎn)品單一的問題，還可以進(jìn)一步提高工程測繪作業(yè)的數(shù)據(jù)精度。因此對于建設(shè)單位，無論是從成本效益方面，還是從工程質(zhì)量方面考量，數(shù)字測繪技術(shù)都具有傳統(tǒng)測繪技術(shù)無法比擬的應(yīng)用優(yōu)勢。

1數(shù)字測繪技術(shù)

數(shù)字測繪技術(shù)是一種相對于傳統(tǒng)模擬測繪技術(shù)的說法，它主要是指在數(shù)字化測繪儀器、計算機(jī)處理與測繪軟件的支持下，將傳統(tǒng)測繪技術(shù)中復(fù)雜的野外作業(yè)與手繪圖作業(yè)工序，以數(shù)字化信息采集與輸出來替代的一種新型計算機(jī)輔助測繪出圖技術(shù)。在建筑工程中主要采用以下兩種技術(shù)形式。

1.1數(shù)字化全站儀

它是一種集光學(xué)測距、高差測量、垂直角測量等測繪功能于一身的測繪儀器，其主要構(gòu)成有電子經(jīng)緯儀、光電測距儀、微處理器與電子手簿。讀數(shù)盤設(shè)計采用了光電掃描裝置，來替代傳統(tǒng)的光學(xué)度盤，不僅可以極大地提高工程測繪作業(yè)在采集讀數(shù)信息上的工作效率，且由這種掃描裝置替代人工讀數(shù)，在測微讀數(shù)上也可以進(jìn)一步避免讀數(shù)誤差問題。數(shù)字化全站儀在建筑工程中應(yīng)用最大的優(yōu)勢是測角計算，導(dǎo)線法、三角高程法等外業(yè)測量中包括了大量的測角作業(yè)內(nèi)容，傳統(tǒng)測量技術(shù)往往存在周期較長的問題。這種數(shù)字化測繪儀器的水平度盤與豎直度盤，均是由電子編碼盤或者光柵度盤與配套的讀數(shù)傳感器構(gòu)成的，按照不同的建筑工程測站需求，測角作業(yè)精度被分為0.5”、1”、2”、3”、5”、7”多個檔位［1］。按照各個電子構(gòu)件的實際功能，全站儀主要是由兩部分系統(tǒng)構(gòu)成的：一是測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分為電子測角系統(tǒng)、電子測距系統(tǒng)、自動補(bǔ)償裝置與物理存儲介質(zhì)幾部分。在測量人員的操作下，完成角度、距離、高程等測量工程數(shù)據(jù)信息的采集與存儲。另一部分是過程控制系統(tǒng)，主要是依靠一個集成安裝的微處理器，依照一定的編程邏輯，將上述測繪作業(yè)任務(wù)收集的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，最后輸出測繪數(shù)據(jù)結(jié)果。通過設(shè)備外部接口，也能夠?qū)崿F(xiàn)與外圍數(shù)字化測繪設(shè)備之間進(jìn)行信息共享傳輸，例如通過計算機(jī)軟件生成測繪圖紙。

1.2GPS測量技術(shù)

GPS（GlobalPositioningSystem）也稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在工程測量中的應(yīng)用主要是測距，GPS測量技術(shù)的原理并不復(fù)雜，主要依靠計算測定衛(wèi)星向測點(diǎn)接收機(jī)發(fā)射測距信號，通過回傳的時間，與電磁波的傳播速度相乘得到偽測距離，而這樣的通信測定衛(wèi)星，通常在4顆以上，這樣通過不同衛(wèi)星的測距電文得到多個接受點(diǎn)的偽測距離，再從衛(wèi)星導(dǎo)航中調(diào)出不同測定衛(wèi)星的瞬時坐標(biāo)，以距離交會法推算出流動接收站天線在“經(jīng)緯度-高度”空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。這種測繪技術(shù)在建筑工程中實際應(yīng)用時，具有如下幾方面優(yōu)點(diǎn)：一是外業(yè)測量效率極高，GPS測量技術(shù)在20km距離以內(nèi)，相對靜態(tài)物體的定位時長不超過15min。二是觀測精度較高，GPS測量技術(shù)在300~1500m2范圍內(nèi)進(jìn)行精密定位作業(yè)，靜態(tài)觀測市場1h以上可以將誤差修正至≤1mm，基本滿足所有大、中、小型建筑工程測繪需求［2］。三是施測條件寬松，自動化程度較高。以往建筑工程的測量作業(yè)中，經(jīng)常會出現(xiàn)儀器測線內(nèi)存在不可清除的視野遮擋物問題，導(dǎo)致測站布置工作難度較大。而利用GPS流動接收機(jī)進(jìn)行測距時，僅需要將接收天線精準(zhǔn)安置在測站測點(diǎn)，再用配套的通信線纜與天線進(jìn)行連接后，就可以進(jìn)行野外測量數(shù)據(jù)采集工作，極大地減輕了建筑工程測量的工作量與難度。

2數(shù)字測繪技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用

2.1工程概況

某市于2017年在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)一大型商業(yè)辦公樓，工程性質(zhì)為超高層建筑，層數(shù)為32層，其中地上30層，地下2層，總建筑面積約為38337.40m2，總高度為96.058m。工程整體為預(yù)制裝配鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，工程測量作業(yè)主要有兩方面：一是施工前對規(guī)劃用地及周邊1.5km范圍以內(nèi)的地形進(jìn)行測繪出圖；二是根據(jù)設(shè)計圖紙以及甲方標(biāo)定交樁的基準(zhǔn)點(diǎn)位，對該建筑工程進(jìn)行放線定位，并建立起施工控制網(wǎng)。

2.2地形圖測繪

2.2.1精度設(shè)計。根據(jù)該工程性質(zhì)與測區(qū)特點(diǎn)，將首級控制網(wǎng)設(shè)置為城市工程二級GPS網(wǎng)，測區(qū)內(nèi)平均邊長定義為不大于1.5km，其中最弱測量邊的對中誤差精度為不大于1/10000。地形圖比例誤差系數(shù)要求不高于20×10。選擇的設(shè)備為一款用于工程靜態(tài)觀測的Leica1200型單頻GPS接收機(jī)，這種GPS接收機(jī)標(biāo)稱誤差a不大于2.5mm，滿足該工程地形圖測繪需求。2.2.2測量基準(zhǔn)與網(wǎng)形設(shè)計。在整個測區(qū)內(nèi)共計規(guī)劃12處基準(zhǔn)控制點(diǎn)，其中4處為高程控制點(diǎn)，2處為聯(lián)測得到的已知控制點(diǎn)，各個控制點(diǎn)之間采用導(dǎo)線測量法的網(wǎng)形進(jìn)行側(cè)邊連接，構(gòu)成互相之間可以有效聯(lián)系的環(huán)形平差圖像。為了最大程度避免GPS測量結(jié)果受到電離層、負(fù)荷潮影響，實際施測前，根據(jù)衛(wèi)星可見預(yù)報圖進(jìn)行最佳外業(yè)測量時間規(guī)劃［3］。基本依據(jù)是測定衛(wèi)星的PDOP空間位置因子值，當(dāng)可用于測定衛(wèi)星數(shù)目超過6顆，空間位置因子值PDOP值不大于6，且處于負(fù)荷低谷期時，開始外業(yè)測量作業(yè)。采用3個同型號GPS接收器，依照測量環(huán)形導(dǎo)線，分別到達(dá)10個未知基準(zhǔn)控制點(diǎn)的設(shè)置測站進(jìn)行觀測，觀測時長不小于60min。2.2.3坐標(biāo)測量。在利用GPS接收機(jī)進(jìn)行外業(yè)測量時，由于衛(wèi)星的觀測坐標(biāo)是既定已知的，而GPS接收機(jī)的所處位置得到的觀測數(shù)據(jù)，也可作為單獨(dú)的已知控制點(diǎn)。那么單一測點(diǎn)的位置坐標(biāo)，可以采用后方交會法利用如下公式進(jìn)行計算：(2−1)2+(2−1)2式中：（X1,Y1）與（X2,Y2）分別代表了與wGs-84測點(diǎn)關(guān)聯(lián)的后方控制點(diǎn)與測站控制點(diǎn)的位置坐標(biāo)。2.2.4GPS測量注意事項。首先，在控制點(diǎn)選取時，應(yīng)當(dāng)考慮到周邊環(huán)境因素，在GPS接收機(jī)測點(diǎn)400m以內(nèi)的空間距離中不能出現(xiàn)任何高功率發(fā)射源，例如廣播天線、高壓輸電塔、通信基站等。其次，測點(diǎn)周邊不應(yīng)存在高度角大于15°以上的障礙物，盡可能地保障測點(diǎn)視野開闊。最后，GPS測點(diǎn)的固定標(biāo)記應(yīng)當(dāng)是永久有效的，地形圖成圖后，需將GPS測站環(huán)視圖與控制點(diǎn)網(wǎng)狀圖一同整理作為地形圖的選點(diǎn)測量資料。

2.3利用全站儀進(jìn)行施工控制網(wǎng)測繪

2.3.1平面控制網(wǎng)布設(shè)。根據(jù)設(shè)計單位的交樁圖紙，以2個已知測點(diǎn)為控制基準(zhǔn)，建立矩形平面控制網(wǎng)的軸線，應(yīng)當(dāng)注意在選取平面控制點(diǎn)位時，也要設(shè)置為固定可靠的定位標(biāo)記。在水準(zhǔn)點(diǎn)與對應(yīng)標(biāo)高找齊后，引測至建筑物外圍墻上以醒目的涂漆記號進(jìn)行標(biāo)注。各個控制點(diǎn)的上層對應(yīng)位置預(yù)留出20mm×20mm的孔洞，作為建筑物控制網(wǎng)傳遞軸線備用。平面控制網(wǎng)規(guī)劃測點(diǎn)為22個，其中8處為非水準(zhǔn)控制點(diǎn)，14處為水準(zhǔn)控制點(diǎn)2.3.2測角測距。利用全站儀分別對被測點(diǎn)進(jìn)行測角測距，在全站儀上按下角度測量鍵使其切換至角度測量模式，將全站儀照準(zhǔn)被測點(diǎn)后，將在測點(diǎn)方向的水平盤設(shè)置為0°0’0”。然后向另一處測點(diǎn)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，當(dāng)照準(zhǔn)第二處測點(diǎn)標(biāo)識時，通過手簿記錄水平盤的偏轉(zhuǎn)讀數(shù)，即為兩個測點(diǎn)方向之間的夾角。全站儀測距也是按下測距鍵切換模式，輸入測點(diǎn)的氣溫、氣壓條件，讓全站儀自動計算生成大氣改正值，目標(biāo)照準(zhǔn)至棱鏡中央約2.5s后，通過手簿記錄測點(diǎn)的斜距、平距與高差。2.3.3高程測量利用數(shù)字全站儀進(jìn)行高程測量時，根據(jù)測點(diǎn)地理環(huán)境與儀器架設(shè)需求，在確保儀器架設(shè)點(diǎn)后視方向無遮擋障礙的前提下，滿足所有測點(diǎn)均在水準(zhǔn)點(diǎn)上施測的要求。所以，在該工程施工控制網(wǎng)建立時，利用全站儀進(jìn)行高程測量主要分為如下兩種情況：（1）全站儀架設(shè)在水準(zhǔn)點(diǎn)上，高程的計算公式為H=h1+i+h2-I。其中：h1表示為觀測站的標(biāo)高；i為全站儀架設(shè)高度；h2為測點(diǎn)的高差；I為測點(diǎn)棱鏡高。（2）全站儀未架設(shè)在水準(zhǔn)點(diǎn)上，此時高程計算公式為H=h1-h2+h3+i-I。其中：h1表示為全站儀后視水準(zhǔn)點(diǎn)的高程；h2表示為后視點(diǎn)高差；h3表示為前視高差；i表示為后棱鏡高；I表示為前棱鏡高。

2.4原圖數(shù)字化技術(shù)測量

工程測量中的大多地圖資料雖然其都以圖文結(jié)合的方式加以展現(xiàn)，但依舊有很多重要細(xì)節(jié)并不直觀，傳統(tǒng)依靠人力尋找的方法又會極為耗費(fèi)時間，因此對于這些隱藏的有價值的信息，就可以通過數(shù)字化測繪技術(shù)，對原圖進(jìn)行處理，通過數(shù)字化技術(shù)來篩選出重要信息，并呈現(xiàn)其中各項圖形信息，提取出有價值的信息，讓其能夠直接被應(yīng)用。數(shù)字化測繪技術(shù)可以通過矢量掃描、手扶跟蹤等方式對工程原圖進(jìn)行掃描，并通過對比掃描信息，來加強(qiáng)信息篩選的精準(zhǔn)度，大幅度提升工作效率。但由于矢量掃描與原圖對比時，精準(zhǔn)度較低，因此也經(jīng)常作為工程測量的相關(guān)補(bǔ)救措施，很少直接主動使用。為了彌補(bǔ)矢量掃描的誤差，就需要結(jié)合修測與補(bǔ)測，展現(xiàn)原圖地形，提升原圖中的各項細(xì)節(jié)［4-5］。數(shù)字化測繪技術(shù)還可以依靠其測量方式，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)變形問題，如測量變形結(jié)構(gòu)的角度、高度等，降低工程的不穩(wěn)定性。傳統(tǒng)中依靠人力難以測量的變形結(jié)構(gòu)，都可以依靠數(shù)字測繪進(jìn)行修補(bǔ)，將變形區(qū)域通過二維圖像進(jìn)行呈現(xiàn)，進(jìn)而上傳并分析，而工作人員也可以通過數(shù)字化測量系統(tǒng)提取到這些數(shù)據(jù)，并與工程原圖進(jìn)行對比，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，并應(yīng)用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)，彌補(bǔ)工程漏洞，大幅度提高建筑工程的穩(wěn)定性與安全性。

3結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前建筑工程中主要采用的數(shù)字測繪技術(shù)有全站儀測量與GPS測量，利用數(shù)字化測繪儀器設(shè)備進(jìn)行外業(yè)測量數(shù)據(jù)采集與繪圖技術(shù)，不僅可以降低測量人員的實際工作量，提高建筑工程測量的效率并降低施測成本，同時還能顯著地提高測量精度。因此，在建筑工程測量工作中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)改進(jìn)測繪技術(shù)方案，根據(jù)實際工程性質(zhì)與測區(qū)需求來選擇合適的數(shù)字化測繪技術(shù)，進(jìn)一步提高工程測量作業(yè)的數(shù)據(jù)可靠性。

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作者:秦祖軍 單位:重慶市勘測院