一種工程測量新方法的研究

韓飛落

【摘要】采用GPS技術、BIM+VR技術，在VR設備中植入GPS差分定位芯片，實現在空曠地區VR設備精確定位。同時，將操作者精確定位于BIM模型中，實現VR設備中BIM模型的精確定位。在BIM模型及VR設備的精確定位之后，操作人員通過穿戴VR眼鏡，在視界中的地面上直接顯示待放樣點位置，操作人員直接做好點位標記即可完成放樣工作，實現可視化放樣。該裝置還適用于狹窄、遮擋嚴重等區域，克服了傳統測量設備的短板。

【關鍵詞】GPS;VR;CORS;網絡;可視化

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.096

1、概況

目前，國內、外工程測量定位方法主要有GPS-RTK、全站儀+棱鏡、經緯儀+鋼卷尺等。GPS-RTK雖然能保證工作效率，不受通視條件限制，但是對于精密工程，無法保證測量精度，且當有障礙物遮擋時，對精度影響較大;全站儀+棱鏡法雖然能保證精密工程測量精度，但是效率較低，且受通視條件影響較大;經緯儀+鋼卷尺法僅適用于小范圍作業，且作業效率低、精度較差、受通視條件影響大等。

以上方法均不能兼顧精度、效率和成本，使用條件限制因素較多。隨著社會和科學技術的不斷發展和進步，基礎設施建設呈規模化、綜合化和復雜化發展趨勢，傳統工程測量方法已日趨不能滿足需求。當前規模較大的綜合性工程，基本上綜合使用了上述三種傳統測量方法。但是，上述測量方法本身存在的弊端同工程施工越來越高的要求之間的矛盾越來越突出。隨著建筑施工市場競爭日趨激烈，亟需一種新的測量方法和設備用來保證測量施工工藝的適用性和先進性。

2、新方法研究思路

限于當前計算機技術、VR技術和互聯網等技術的發展速度，BIM+VR測量技術目前還無法實現實際應用，本研究思路作為未來工程測量新方法的探索，以期在未來能夠實現或為行業內人員突破現有測量方法提供參考。

2.1 新設備的研發

該新技術需要使用GPS差分定位技術和VR技術，因此，需要對VR設備進行重新設計并植入高精度測地型雙頻GNSS接收機芯片（兼容GPS、BDS、GLONASS等定位系統），GNSS接收機具備靜態和實時動態定位測量功能。GNSS接收機既可以植入到VR后臺設備，也可以植入到VR移動終端設備。

VR移動終端與后臺主機通過無線網絡（兼容5G及以上網絡技術，保證數據傳輸的實時性、連續性、準確性和保密性）連接，數據傳輸距離不宜小于50km。VR移動終端設備設計成便攜式眼鏡裝置。鏡片既可以當作模型顯示的屏幕，也應具有普通眼鏡的透視性，保證穿戴人員行走時的安全和便利。

VR設備能夠實現大型BIM模型載入及模型輕量化處理功能。BIM模型事先通過Revit軟件進行全區域建模并保證建筑結構位置、尺寸的準確性。模型中應將場區內、外測量控制點包含在內，并保證其位置的準確性。

為了實現測量功能和人機交互，還需要開發手持終端設備，內置專業測量系統。支持BIM模型導入、數據傳輸、模型數據提取、常規工程測量所需功能等。手持終端設備還需兼容VR手柄功能，支持操作人員在模型中自由漫游。

為了實現智能化測量，在手持終端設備中嵌入智能AI芯片，輔助操作人員完成大量復雜而又重復的工作。比如，自動識別現場標記的測量點并采集坐標后反饋到模型中，與模型相應位置的理論坐標進行對比并生成測量誤差數據對比表格，供操作人員復核測量成果。

2.2 新方法工作原理

新方法工作原理主要由以下三部分構成：

2.2.1模型定位

在Revit軟件中，通過Autodesk Point Layout插件，利用施工坐標系控制點坐標將BIM模型定位至施工坐標系中。這樣，BIM模型中任意位置的空間坐標即為施工坐標系坐標。

2.2.2 VR終端設備（VR眼鏡）定位

為了保證操作者能夠以第一視角準確地“看清”BIM模型中各部位的位置，VR眼鏡必須準確地定位至BIM模型場景中。因此，需要將VR眼鏡通過測量基座與測量三腳架連接在一起，并準確地架設在現場施工控制點上。利用CORS網絡進行GPS-RTK點校正，依次校正至少3個均勻分布的控制點，其中高程控制點至少3個。VR眼鏡只需要進行一次全區域點校正，之后每次測量前及結束后均需校核1個控制點。

2.2.3放樣

操作者戴上VR眼鏡，通過手持終端設備打開模型后，可以切換模型場景是否投影到VR眼鏡。在手持終端設備上可根據模型構件的類型和特征批量選擇并生成特征點坐標，同時在模型中顯示點名。根據需要，選擇需要測量的點，則VR設備上閃爍顯示（或其他形式）當前需要測量的點的位置。操作人員根據VR眼鏡中的提示，在施工現場的場地上可以直接“看到”該測量點，只需將該點在工作面上標記出來就能完成該點測量。以此類推，即可完成其他位置的測量工作。

對于隱蔽、遮擋嚴重或者通視條件差的區域，該測量新技術都可以適用。該測量新技術數據傳輸及交換全部通過互聯網實現，只要有互聯網的地方，均可應用該技術。操作人員在BIM模型中的空間位置，隨著人員的移動，人員在現實與虛擬空間上的位置實時動態同步變化并保持一致、比例尺相同。

2.2.4測量及復核

通過VR眼鏡的測量技術，將所有放樣完成的點采集至設備中，并與模型中該點的理論位置進行自動匹配和校核。最后，以測量誤差表格的形式導出，供測量人員檢查、核對。實現數據來自于模型，最終又回到模型，達到測量數據閉合驗證、復核測量成果的目的。

3、新方法優勢

將現實世界與虛擬空間結合在一起，以虛實結合的方式實現了真正意義上的可視化測量。實現了戴上VR眼鏡就能在待測量區域“看到”需要測量的點的實際位置，操作人員直接做好點標記即可。大幅度地提高了測量效率，降低了測量出錯率。新方法采用一套模型、一次性定位，避免了誤差累積。

整個過程只需要一個人、一套設備，節約了至少50%的人力資源。實現了平面和高程同步測量，節省了大量的常規測量儀器設備，新方法大幅度地降低了施工成本。

結語：

該測量新方法一舉打破了傳統工程測量格局，可以為整個行業大大減輕對進口設備及零部件的依賴，加快了傳統測量技術和設備淘汰及轉型的步伐。

參考文獻：

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