數字測量技術在建筑工程測量的應用

王春和

摘要：隨著科學技術的不斷進步，工程測量技術也有了本質上的飛躍，作為建筑工程的重要環節，工程測量的準確性將直接影響到建筑工程的施工質量和施工安全。為了有效提高建筑工程的質量，保證建筑工作的順利進行，在施工過程中必須給予測量工作足夠的重視。現代測量技術已實現了數字化、自動化、實時化，“3S”（GPS、GIS、RS）技術、測量機器人、地面三維激光掃描、數字近景攝影測量以及現代傳感器測量等數字測量技術在建筑工程測量中被廣泛應用。

Abstract： With the continuous progress of science and technology， engineering measurement technology has also made an essential leap. As an important part of construction engineering， the accuracy of engineering measurement will directly affect the construction quality and safety of construction engineering. In order to effectively improve the quality of construction projects and ensure the smooth progress of construction work， sufficient attention must be paid to the measurement work during the construction process. Modern measurement technology has realized digitization， automation， real-time， "3S" （GPS， GIS， RS） technology， measurement robot， ground three-dimensional laser scanning， digital close-range photogrammetry and modern sensor measurement and other digital measurement technology in construction engineering survey are widely used.

關鍵詞：數字測量技術;建筑工程測量;應用

Key words： digital measurement technology;construction engineering measurement;application

中圖分類號：TU198 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）17-0197-02

0 ?引言

建筑工程測量工作始終貫穿于建筑工程規劃、建設和運營管理階段。工程規劃階段主要任務是建立測圖控制網和進行地形圖測繪，所獲取的測量成果是編寫施工組織設計和施工方案的重要組成部分;工程建設階段主要任務是建立施工控制網、施工放樣、設備安裝測量和竣工測量;工程運營管理階段主要任務建立變形監測網和變形監測。隨著我國現代化工程測量技術的日益進步以及建筑結構的不斷改革和創新，為了確保地形圖、控制點等測繪工程的質量精度能夠滿足建筑工程順利進行，數字測量技術在建筑工程中應用范圍越來越廣泛。數字化測量技術是在計算機、互聯網以及測量儀器的飛速發展基礎上產生的新興測量技術，其中數字化測量技術主要為“3S”（GPS、GIS、RS）技術、RTK技術、數字化繪圖技術、三維可視化技術。在傳統的建筑工程測量技術中，隨著數字化測量技術的深入應用，我國的建筑工程測量技術得到了發展和完善。

數字測量技術與傳統的測量技術相比，特點十分明顯，主要表面在四個方面：①數字測量技術的自動化程度很高，不僅能夠自動讀數，還能自動進行數據處理，大幅度減少測量人員的工作量。②數字測量技術的測量精度很高，數字測量技術運用“3S”（GPS、GIS、RS）技術，能夠進行高精度測量。③數字測量技術的測量數據豐富。傳統測量技術往往只是對所需數據進行了測量，其他一些相關數據則被忽略。但是數字測量技術在測量目標數據時，還可以對一些相關數據進行測量，比如坐標、海拔等其他信息。④測量數據容易編輯。利用數字測量技術得出的測量數據信息，通常使用計算機顯示，可以通過相關處理軟件對測量數據進行編輯。

1 ?數字測量概述

數字化測量技術是集眾多現代化技術于一體的現代化測量技術，可以實現數據的數字化、自動化管理。可以將數據在計算機中進行加工分析，并在計算機中顯示出相應的圖像，方便相關人員進行研究分析。傳統地形圖測繪主要采用模擬法，如平板儀測圖、經緯儀測圖等地面測圖方法，勞動強度大、精度低且顯示不直觀。隨著電子水準儀、全站儀、GPS（RTK）儀器等測繪儀器的應用和發展，數字地面測圖（常用全站儀測圖、GPS（RTK）測圖）逐步取代了傳統地形圖測繪。數字地面測圖的野外觀測數據可傳輸到計算機，檢查、修改數據錯誤，生成圖形數據，然后根據工作草圖，采用人機交互方式編輯圖形數據，利用繪圖軟件生成圖形文件，經過裁切編輯、圖幅修飾可制作成工作人員所需的分幅地形圖。紙質地形圖、地籍圖通過掃描矢量化變為數字化數據，經過矢量化之后的圖形再進行編輯、修改、注記形成矢量化數字地圖，便于作業人員儲存、使用和管理。應用GPS、地理信息系統、遙感等數字測量技術，對有關地理空間數據進行輸入、存儲、檢索、更新、顯示、制圖、綜合分析，以多種形式輸出數據或圖形產品，建立數據庫。在控制測量方面，衛星定位測量（GPS技術）通過衛星定位和導航技術，并結合現代通訊方法，向測量人員提供精確的二維坐標和速度，同時還能提供相關的時間等參數信息。衛星定位測量（GPS技術）靜態觀測的原理為若干臺儀器同時觀測若干顆定位衛星的測距信號和導航電文，通過后差分的方式計算出觀測儀器的坐標，具有測站之間無需通視、全天候、實時快速、定位精度高的特點，減少了常規測量中手工記錄計算檢查的工作量，降低了外業勞動時間和強度，因此衛星定位測量（GPS技術）逐漸取代了傳統的三角測量、導線測量、三邊測量。

2 ?數字測量技術在建筑工程測量中的應用

2.1 原圖數字化測繪技術的應用

以往測繪工作人員需要收集大量的資料進行測量與分析，最終將地物地貌繪制于圖紙中，工作流程復雜繁瑣，精度也難以達到要求，有可能因經費困難或受到時間因素的限制，此時常采用原圖數字化測繪技術。原圖數字化測圖法是對已有地圖數字化，現階段仍是獲取地理信息系統空間數據的主要方式之一。原圖數字化測圖主要有掃描矢量化和手扶跟蹤數字化兩種方式，由于手扶跟蹤數字化作業方法效率和成圖精度比較低、對作業人員的作業水平要求較高，逐步被掃描矢量化方式所取代。

掃描矢量化合理利用現有的紙質地形圖，并將計算機、數字化掃描儀及繪圖儀等設備與數字化軟件相結合，對圖像數據進行掃描，然后對其進行矢量跟蹤，通過數字軟件對數據進行處理，將數據轉換成數字化地形圖，并獲取建筑工程所在的空間位置。但掃描矢量化法還存在一些技術問題，如：①掃描矢量化后的數字化地形圖精度較原地形圖低;②需人工干預完成矢量化工作，自動化程度不高;③對地形圖中文字注記和數字的識別較弱;④圖形中的屬性數據較難提取;⑤所獲取的相關數據信息并非當前最新的數據信息，存在一定的滯后性，需對相關數據進行補測或者修測，盡量完善測量數據信息，使其能夠符合建筑工程需求。

2.2 地面數字測圖技術的應用

當所測繪地區的經費比較充足或工程項目所在地區沒有符合要求的大比例尺地圖時，可直接采用地面數字測圖的方法進行該地區大比例尺地圖的測繪。該法也稱為內外業一體化數字測圖法，是目前我國各測繪單位應用最多的數字測圖方法。

與傳統的手工繪制方法相比，數字測圖技術具有顯示更直觀、精度更高的特點。利用計算機組合繪圖軟件，可以對被測元素和數據進行智能化處理，處理后的數據可以轉換成內容豐富的電子地圖，需要時可利用計算機的圖形輸出設備（顯示器、繪圖儀）顯示或繪出符合不同比例尺大小的地形圖或各種專題地圖，并且可以借助計算機進行分析，能夠快速有效地掌握所測地區地上地下信息。不僅可以避免測繪人力、物力和財力的浪費，提升經濟效益;而且可以提高地形圖的使用率、滿足了不同專業工程人員的需求。

2.3 數字測量技術在位移變形中的應用

變形監測是利用專用的儀器和方法對監測對象或物體（簡稱“變形體”）進行周期或連續測量，以確定其空間位置隨時間的變化特征，對變形體變形形態進行分析、物理解釋和變形體變形的發展態勢進行預測。對建筑工程而言，變形體一般包括建筑物及其附屬設施、以及其他與建設有關的人工或自然對象，如高層建筑、隧道、橋梁、大壩、邊坡、基坑等。在工程建設、運營管理階段通過對建筑物、邊坡、基坑等變形體進行變形監測，了解掌握變形體以及與建設工程有關的地質構造變形，經過回歸分析、因素作用分析、相關分析、時序分析和統計檢驗等確定變形過程和趨勢。然后根據處理后的數據進行作圖分析、統計分析、對比分析和建立數學模型（統計模型、確定性模型和混合模型），確定變形顯性、規律和成因等，對變形體變形的發展趨勢進行預測，避免發生建筑安全事故或人員傷亡事故。變形監測可分為動態與靜態變形測量，利用實時動態GPS測量、近景攝影測量、地面三維激光掃描的連續性觀測進行動態變形監測，利用專用傳感器應力應變測量、GPS測量、常規大地測量的周期性觀測進行靜態變形監測。根據監測方案與監測目的的不同要求，監測時所采用的測量儀器與設備、測量方式及測量技術也不盡相同。周期性測量是在監測方案所確定的時間間隔對變形體進行監測，如出現異常情況可加密測量，將原始觀測數據經數據處理后按時間順序繪制成變形過程線，可以反映變形體的累計變形量和兩相鄰觀測周期的相對變形量，而連續性測量是在監測方案所確定的時間內對變形體進行連續不間斷的監測，將原始觀測數據經數據處理后繪制成一條連續型的曲線。如在沉降測量中，在變形體上設置具有代表性的變形觀測點，既可采用連續性的測量方式，也可采用周期性的測量方式，但具體采用何種測量方式是由監測方案和監測目的所決定的。對變形觀測數據進行處理，確定變形的影響因素，分析變形的周期性、相關性，對其發展趨勢進行預測，并向有關單位提交變形監測、分析和預報的技術報告，以便及時采取應對措施，將存在的安全隱患盡可能排除，防止建筑工程安全事故的發生。變形監測報告和總結作為竣工資料的重要組成部分，由建設單位進行歸檔保存，為以后的建設施工積累經驗及提供科學依據。所以在建筑工程的設計、施工以及運營管理階段需重視變形監測這項工作。

2.4 在建筑變形監測中的應用

安全越來越成為建筑行業關注的焦點，而傳統的變形監測技術經常無法瞬間獲取建筑安全信息的弱點，已經很難滿足建筑安全的需要。隨著我國社會經濟的發展和變形監測工作在建筑工程的設計、施工及運營管理階段的重要作用，數字測量技術所具有的優勢和特點也越來越被建設單位廣泛應用。除了傳統的位置、高程數據提取分析，數字測量技術還能通過計算機對觀測對象的外形、輪廓等任何部位的影像和數據進行提取，對建筑變形的參數以及深基坑施工結構與周圍的邊坡等監測數據進行分析，能夠對建筑沉降、水平位移和傾斜程度等進行全方位評測，確保建筑工程的安全運營。例如：在武漢長江二橋采用智能型全站儀TCA2003自動尋找、精確照準目標并自動讀數測定高塔柱的擺動。

3 ?結論

總而言之，數字測量技術在建筑工程測量中的應用和發展，不僅提升了建設單位的測量水準和工作效率，而且減少了建設單位的施工成本，為以后的建設施工積累了豐富的經驗。相關人員還應加強測量專業知識的學習和測量儀器的操作及應用，提升自身的整體素質，讓其在以后的推廣和應用中，發揮其更大的作用和價值。

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