虛擬仿真技術在工程測量中的應用

黃志劍

摘 要：工程測量作為應用領域廣泛的技術學科之一，主要應用在各種工程項目建設施工中，隨著現代社會的快速發展，我國城市建設的進度也在逐步加快，這也促進了工程測量技術的發展。虛擬仿真技術則是利用計算機虛擬現實技術和硬件的仿真技術模擬出實驗系統，不受儀器價格、體積和天氣的影響，虛擬仿真技術可以從理論和實踐上都促進工程測量的發展，本文介紹虛擬仿真技術在工程測量上的應用。

關鍵詞：虛擬仿真；工程測量；無人機

隨著社會經濟的快速發展，工程建設項目成為現代社會的主流，其中包括城市建設項目、土地整理項目、土地增減掛鉤試點項目等一系列建設項目，工程測量都是其中必不可少的一項，為了對工程項目更好的勘測、規劃和設計，第一步測量工作必須做到精益求精，但是不同地方的地理條件各不一樣，再加上天氣和人為因素，測量工作會變得困難一些，工程項目建設的發展也面臨著更加嚴峻的挑戰。為提高建筑施工的進度和質量，保證工程項目安全順利的實施，就需要考慮結合虛擬仿真技術來對工程測量進行完善和提高，用其技術來提升工程測量的質量，給工程施工提供準確、科學的信息數據，[1]本文概括工程測量結合虛擬仿真技術的應用，并分析虛擬仿真技術對工程測量的利弊。

1 虛擬仿真技術

1.1 虛擬仿真技術的概念

虛擬仿真又稱模擬技術或虛擬現實技術，其本質就是用一個虛擬的系統來模仿另一個真實系統的技術。[2]作為21世紀才步入社會的新技術，虛擬仿真技術主要利用三維圖形構造技術、多傳感交互技術以及可視化技術，生成三維的虛擬現實環境，使用者利用鍵盤、鼠標頭盔、數據手套等傳感設備作為輸入設備，進入虛擬環境，在虛擬環境中進行實時交互，同時能夠感知和操作三維虛擬現實環境中的各種對象，獲得身臨其境的體驗和感受。[3]

1.2 虛擬仿真技術的發展

近幾年來虛擬仿真技術主要向兩個方向發展：（1）高校實驗教學項目：為提高信息化背景下高等學校的實驗教學質量和實踐培養人才的水平，教育部從2017年起開展示規范性虛擬仿真實驗教學項目建設工作，以推動高等院校積極探索線上線下相結合的個性化、智能化實驗教學的新模式，形成專業布局合理、專業突出、開放共享的高等教育信息化實驗教學項目示范新體系。（2）工程訓練項目：虛擬仿真技術一直有效地應用在人類認識自然界客觀規律的歷程中，在計算機技術領域的發展中，其漸漸形成自己獨有的體系，為人類未來科技發展開辟新的發展路線。在工程測量、施工設計、施工人員培訓都有逐步加深的應用。在國內國外、工程測量使用虛擬仿真技術的例子屢見不鮮。上海浦東正大廣場的修建，通過建立三維模型，使用虛擬仿真技術對建筑施工測量實現可視化模擬，并提供相應的施工和安全控制參數。可見現代工程訓練項目中，虛擬仿真技術可以說是高速發展。

2 工程測量

2.1 工程測量的概念

工程測量學是測量學的一個分支，主要應用于國民經濟建設這一領域，工程測量作為一門應用學科，它從古代人們利用一些簡單的工具來記錄長度、寬度、面積等這些簡單的測量方式發展到現在，國民經濟快速發展，在一定程度上工程測量促進了國民經濟的發展，同時工程測量也經歷了從簡單到復雜、從手工操作到測量的自動化、從一般測量到精密測量的發展過程。

2.2 工程測量的發展

工程測量經過長時間的不斷發展和完善，我國的工程測量技術獲得了非常大的進步與升華，同時逐漸朝著數字化的方向進行創新和發展，許多具有突破性的工程測量測繪技術不斷涌現出來，例如數字攝影測量技術、三維激光掃描技術、全球定位系統實時動態測量技術以及數字化測圖技術。在當今以創新為主題的時代背景下，工程測量的一體化發展趨勢逐漸顯露出來，通過實現了對數據的自動化獲取與處理，來可以提高測量過程的智能化程度，從而獲得數字化的工程測量結果。

3 虛擬仿真技術在工程測量中的應用

3.1 虛擬仿真技術在工程測量教學中的應用

工程測量作為一門應用型學科，傳統的工程測量包括控制測量、地形測量、施工測量、竣工測量和變形監測五大部分。現代化的工程測量技術主要包括3S技術（GPS、GIS、RS）、數字攝影測量技術等，近年來，我國高校也慢慢建立虛擬仿真實驗中心，以武漢大學測繪地理信息虛擬仿真實驗教學中心的無人機攝影測量系統試驗為例：無人機是當今攝影測量工程作業中應用最廣泛的搭載平臺，能便捷高效地完成中低空航攝影像的獲取。由于測繪專用無人機操作門檻較高，且需要國家認證的資質才能合法飛行，不利于在校學生學習相關操作知識。虛擬無人機攝影測量系統能提供基本的無人機模擬操作功能，讓每個學生有機會進行模擬操作、學習基本原理和數據處理。此外，虛擬無人機系統還能直觀地展示攝影測量中的幾何概念和原理，用于輔助教學。

3.2 虛擬仿真技術在工程測量實踐中的應用

近年來，國內大力發展虛擬仿真技術，南方測繪技術有限公司和徠卡測量系統有限公司合作開發國內外著名品牌的GPS全球定位系統測量仿真技術并開始實踐，以GPS動態測量為例，為結合虛擬仿真技術進行動態測量并繪制地形圖。

4 工程測量結合虛擬仿真技術的利弊

在工程測量中，虛擬仿真技術有效克服了傳統實驗中的一些難以解決的問題，提升了技術人員實驗操作的參與度，將虛擬實驗與現代科學技術手段進行緊密結合，全面促進機械工程實驗的綜合發展。但是工程測量在結合虛擬仿真技術后也會帶來一些弊端，虛擬仿真實驗后數據的轉化都會成為一個問題，還有部分人群不習慣一種虛擬的環境，這樣虛擬仿真技術只能起反作用，這是我們都不愿意看到的，還有工程測量中最重要的就是用數據來反應該工程項目的可行性和建設性，[4]如果沒有準確的數據都會導致該工程項目的失敗。

5 結語

在現代化社會建設過程中，工程建設是至關重要的部分，虛擬現實技術是可以提高建設質量的重要技術手段，對工程測量的作用是巨大的，為了促進我國的現代化工程建設質量的提升，必須不斷研發全新的虛擬仿真技術，明確工程測量中虛擬仿真技術的發展方向，才能使我國的工程建設行業穩定、可持續發展，從而提高國民經濟水平。

參考文獻：

[1]徐則中，莊燕濱.三維建模系統的綜述[J].測繪通報，2008（2）：1619.

[2]劉倩宏.虛擬仿真技術的應用[J].黑龍江科學，2017，8（21）：124125.

[3]李翠超，凌芳.虛實結合的虛擬仿真技術在工程訓練中的應用[J].實驗室科學，2015，18（2）：128131.

[4]王晏民，洪立波，過靜珺，等.現代工程測量技術發展與應用[J].測繪通報，2007（4）：15.