數字測繪技術在建筑工程測量中應用

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摘要：文中對數字測繪技術進行論述，并結合大型商業辦公樓項目，深入探討了數字測繪技術在建筑工程測量中的應用。

關鍵詞：工程測量；建筑工程；數字測繪技術

0引言

在建筑工程行業，工程測量一直都是一項重要的基礎性工作，任何施工環節的展開都必須要在放線測繪建立的工程網格中進行。隨著電子全站儀等新型數字測繪技術的普及應用，工程測量成圖方式正逐漸由白紙成圖法向數字化成圖發展，不僅可以有效解決傳統測量技術中成圖周期長、產品單一的問題，還可以進一步提高工程測繪作業的數據精度。因此對于建設單位，無論是從成本效益方面，還是從工程質量方面考量，數字測繪技術都具有傳統測繪技術無法比擬的應用優勢。

1數字測繪技術

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

1.1數字化全站儀

它是一種集光學測距、高差測量、垂直角測量等測繪功能于一身的測繪儀器，其主要構成有電子經緯儀、光電測距儀、微處理器與電子手簿。讀數盤設計采用了光電掃描裝置，來替代傳統的光學度盤，不僅可以極大地提高工程測繪作業在采集讀數信息上的工作效率，且由這種掃描裝置替代人工讀數，在測微讀數上也可以進一步避免讀數誤差問題。數字化全站儀在建筑工程中應用最大的優勢是測角計算，導線法、三角高程法等外業測量中包括了大量的測角作業內容，傳統測量技術往往存在周期較長的問題。這種數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傳感器構成的，按照不同的建筑工程測站需求，測角作業精度被分為0.5”、1”、2”、3”、5”、7”多個檔位［1］。按照各個電子構件的實際功能，全站儀主要是由兩部分系統構成的：一是測量數據采集系統，分為電子測角系統、電子測距系統、自動補償裝置與物理存儲介質幾部分。在測量人員的操作下，完成角度、距離、高程等測量工程數據信息的采集與存儲。另一部分是過程控制系統，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，將上述測繪作業任務收集的信息數據進行計算處理，最后輸出測繪數據結果。通過設備外部接口，也能夠實現與外圍數字化測繪設備之間進行信息共享傳輸，例如通過計算機軟件生成測繪圖紙。

1.2GPS測量技術

GPS（GlobalPositioningSystem）也稱全球衛星定位系統，在工程測量中的應用主要是測距，GPS測量技術的原理并不復雜，主要依靠計算測定衛星向測點接收機發射測距信號，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星，通常在4顆以上，這樣通過不同衛星的測距電文得到多個接受點的偽測距離，再從衛星導航中調出不同測定衛星的瞬時坐標，以距離交會法推算出流動接收站天線在“經緯度-高度”空間坐標系中的三維坐標。這種測繪技術在建筑工程中實際應用時，具有如下幾方面優點：一是外業測量效率極高，GPS測量技術在20km距離以內，相對靜態物體的定位時長不超過15min。二是觀測精度較高，GPS測量技術在300~1500m2范圍內進行精密定位作業，靜態觀測市場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中，經常會出現儀器測線內存在不可清除的視野遮擋物問題，導致測站布置工作難度較大。而利用GPS流動接收機進行測距時，僅需要將接收天線精準安置在測站測點，再用配套的通信線纜與天線進行連接后，就可以進行野外測量數據采集工作，極大地減輕了建筑工程測量的工作量與難度。

2數字測繪技術在建筑工程測量中的應用

2.1工程概況

某市于2017年在當地建設一大型商業辦公樓，工程性質為超高層建筑，層數為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。工程整體為預制裝配鋼筋混凝土剪力墻結構，工程測量作業主要有兩方面：一是施工前對規劃用地及周邊1.5km范圍以內的地形進行測繪出圖；二是根據設計圖紙以及甲方標定交樁的基準點位，對該建筑工程進行放線定位，并建立起施工控制網。

2.2地形圖測繪

2.2.1精度設計。根據該工程性質與測區特點，將首級控制網設置為城市工程二級GPS網，測區內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要求不高于20×10。選擇的設備為一款用于工程靜態觀測的Leica1200型單頻GPS接收機，這種GPS接收機標稱誤差a不大于2.5mm，滿足該工程地形圖測繪需求。2.2.2測量基準與網形設計。在整個測區內共計規劃12處基準控制點，其中4處為高程控制點，2處為聯測得到的已知控制點，各個控制點之間采用導線測量法的網形進行側邊連接，構成互相之間可以有效聯系的環形平差圖像。為了最大程度避免GPS測量結果受到電離層、負荷潮影響，實際施測前，根據衛星可見預報圖進行最佳外業測量時間規劃［3］?；疽罁菧y定衛星的PDOP空間位置因子值，當可用于測定衛星數目超過6顆，空間位置因子值PDOP值不大于6，且處于負荷低谷期時，開始外業測量作業。采用3個同型號GPS接收器，依照測量環形導線，分別到達10個未知基準控制點的設置測站進行觀測，觀測時長不小于60min。2.2.3坐標測量。在利用GPS接收機進行外業測量時，由于衛星的觀測坐標是既定已知的，而GPS接收機的所處位置得到的觀測數據，也可作為單獨的已知控制點。那么單一測點的位置坐標，可以采用后方交會法利用如下公式進行計算：(2−1)2+(2−1)2式中：（X1,Y1）與（X2,Y2）分別代表了與wGs-84測點關聯的后方控制點與測站控制點的位置坐標。2.2.4GPS測量注意事項。首先，在控制點選取時，應當考慮到周邊環境因素，在GPS接收機測點400m以內的空間距離中不能出現任何高功率發射源，例如廣播天線、高壓輸電塔、通信基站等。其次，測點周邊不應存在高度角大于15°以上的障礙物，盡可能地保障測點視野開闊。最后，GPS測點的固定標記應當是永久有效的，地形圖成圖后，需將GPS測站環視圖與控制點網狀圖一同整理作為地形圖的選點測量資料。

2.3利用全站儀進行施工控制網測繪

2.3.1平面控制網布設。根據設計單位的交樁圖紙，以2個已知測點為控制基準，建立矩形平面控制網的軸線，應當注意在選取平面控制點位時，也要設置為固定可靠的定位標記。在水準點與對應標高找齊后，引測至建筑物外圍墻上以醒目的涂漆記號進行標注。各個控制點的上層對應位置預留出20mm×20mm的孔洞，作為建筑物控制網傳遞軸線備用。平面控制網規劃測點為22個，其中8處為非水準控制點，14處為水準控制點2.3.2測角測距。利用全站儀分別對被測點進行測角測距，在全站儀上按下角度測量鍵使其切換至角度測量模式，將全站儀照準被測點后，將在測點方向的水平盤設置為0°0’0”。然后向另一處測點進行偏轉，當照準第二處測點標識時，通過手簿記錄水平盤的偏轉讀數，即為兩個測點方向之間的夾角。全站儀測距也是按下測距鍵切換模式，輸入測點的氣溫、氣壓條件，讓全站儀自動計算生成大氣改正值，目標照準至棱鏡中央約2.5s后，通過手簿記錄測點的斜距、平距與高差。2.3.3高程測量利用數字全站儀進行高程測量時，根據測點地理環境與儀器架設需求，在確保儀器架設點后視方向無遮擋障礙的前提下，滿足所有測點均在水準點上施測的要求。所以，在該工程施工控制網建立時，利用全站儀進行高程測量主要分為如下兩種情況：（1）全站儀架設在水準點上，高程的計算公式為H=h1+i+h2-I。其中：h1表示為觀測站的標高；i為全站儀架設高度；h2為測點的高差；I為測點棱鏡高。（2）全站儀未架設在水準點上，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點的高程；h2表示為后視點高差；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原圖數字化技術測量

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

3結語

綜上所述，當前建筑工程中主要采用的數字測繪技術有全站儀測量與GPS測量，利用數字化測繪儀器設備進行外業測量數據采集與繪圖技術，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，相關技術人員應當改進測繪技術方案，根據實際工程性質與測區需求來選擇合適的數字化測繪技術，進一步提高工程測量作業的數據可靠性。

參考文獻

［1］郭元勛.建筑工程測量中的數字測繪技術應用［J］.江西建材，2021（7）：75，78.

［2］劉興勝.建筑工程測量中現代測繪技術的應用分析［J］.居舍，2020（23）：32-33.

［3］王龍洋.數字化測繪技術在建筑工程測量中的應用分析［J］.住宅與房地產，2019（31）：157.

［4］呂超迪.現階段數字化測繪技術在工程測量中的研究［J］.科學技術創新，2019（22）：155-156.

［5］孟煒浩.數字化測繪技術在工程測量中的應用探析［J］.建材與裝飾，2019（24）：237-238.

作者:秦祖軍 單位:重慶市勘測院