工程測量中GIS技術和數字化測繪技術的應用

文／時華彬 江西省地質局地理信息工程大隊 江西南昌 330001

江西空間地信工程集團有限公司 江西南昌 330001

引言：

隨著現代化技術以及信息化手段的飛速發展，社會已經全面進入到了科技時代當中，這也為各大行業的發展起到了良好的促進作用，特別是在工程項目的開展過程當中，如果能夠科學合理的運用各類高科技成果，就能夠穩步提升工程效率以及工程質量，在最大程度上縮短整體工程的施工期限，而在具體的工程項目施工建設階段中，工程測量屬于其中的基礎工作環節，不僅能夠為整體施工過程提供必要的數據信息，對于后續工作的開展也起到了良好的促進作用。因此，文章首先對工程測量數據的重要性加以明確；其次，對GIS 技術在工程測量工作當中的應用展開深入分析；在此基礎上，提出數字化測繪技術在工程測量中的應用措施[1]。

1、GIS 技術和數字化測繪技術的應用價值

1．1 保證數據完整

從我國以往的工程測量工作來看，雖然我國建筑工程取得了十足的發展，但是在相關的數據上，往往受到測量工作的限制而無法獲得更好的數據，最終使建筑工程的整體數據受到一定影響，無法為其他行業提供更加有價值的參考數據。因此加強對數字化測繪技術的使用，首先是能夠大大提高收集數據信息的效率性，方便在進行建筑工程建設時，能夠隨時進行測量。其次在工作價值上，能夠有效彌補傳統測繪技術上的不足，從而增強工程數據的使用價值。最后從整體效果來看，加強對數字化測繪技術上的使用，能夠為多方面建筑工作提供有效且最有價值的數據信息，對推動我國建筑工程行業的發展有著極大的促進作用[2]。

1．2 確保測量結果精準

在實際的測量工作過程中，利用數字化測繪技術，能夠將建筑工程的網絡技術以及圖像處理技術進行有效結合，通過這兩種處理技術的結合能夠大大提高工程測量的準確度，幫助測量人員收集更加有效的數據信息。另外，在傳統的建筑工程測繪活動中，各類測量結果很容易受到人為因素的影響，若相關人員在測量時存在測量工具操作不當、手動測量讀數不準、測量角度有所偏差等問題，都會導致測量精度的降低。相比之下，數字化測繪技術以預設的操作程序和可觀的數據信息作為實踐支持，在采集建筑工程相關數據時可表現出很強的抗干擾能力，從而在根本上保證測量結果的精度。在此基礎上，相關數據上傳至計算機系統后，便可實現平面、立體、整體、細節等多種形式圖像與模型的呈現。這種技術功能也在很大程度上避免了人工繪制工程圖紙可能出現的偏誤問題，進一步確保測量結果的精準性。

1．3 自動化程度較高

施工人員要想獲得最后的數字化成圖，就必須對RTK 測量圖的根點、全站儀測量碎部點以及RTK 測量碎部點進行控制，通過以上數字化測圖作業流程可以得出，加強對數字化測繪技術上的使用，能夠提高工程測量的自動化程度，始終保持著高度的自動化水平。

加強對測量工作的總結與評價施工團隊在進行工程測量的工作過程中，不光是要提高對測量工作的準確性，還需要對測量工作實行工作總結。而加強對數字化測繪技術上的使用，能夠為測量人員提供準確的施工數據，快速幫助施工人員對工作進行總結，同時測量人員根據數字化測繪技術所提供的數據信息進行快速分析，找到測量工作所遇到的問題以及阻礙，并實行有效的解決措施，最終有效提高測量工作的工作效率，確保建筑工程施工能夠順利開展[3]。

2、工程測量的特點

2．1 較強的政策性

根據我國相關的工程政策來看，需要施工單位建立起相關的測量檢測機構，同時在國家建筑政策的指導下，對建筑工程的市場起到一定的影響作用。其次在調整結構上，需要測量單位的測量資質能夠得到政府部門的認可，同時在政府相關政策的引導下進行有效調整，最后在測量工作的質量上，根據測量市場上的規模進而受到政府質量控制政策的決定。因此從上述內容來看，我國建筑行業的工程測量工作具有較強的政策性，開放的程度受到政府部門一定的限制。

2．2 較強的地域性

雖然現如今測量工作的具體流程大致相同，但是在不同地區由于受到氣候地形因素等影響，導致相關的測量工作內容也就有很大的差異性。根據不同地區的差異性，具體的解決方法如下：首先在管理上，測量單位需要根據各個地區的地形氣候實際進行出發，深入進行調查，保證整個測量工作能夠深入實際，有效提高安全性，同時制定出科學合理的測量管理計劃。其次在考試資格的制度上，相關的管理部門需要建立起規范的資格考試制度，以保證測量工作流程的規范性。最后在對大型設備的使用上進行格外的重視，確保測量效果能夠顯著提升，加強測量效果的準確性。

2．3 技術門檻較低

當前我國建筑行業的測量技術，整體呈較低的趨勢，一方面是由于長期受到政府的限制，使得測量技術不能夠有效地提升發展，同時在市場環境中沒有得到大規模的廣泛使用，最終使得我國測量行業中的技術門檻較低。另一方面在測量技術的路程上，沒有建立起一套先進的技術體系，另外在測量考核的管理制度上以及測量工作的經驗上，與國外進行技術相比仍然有著較大的差異性。從上述的原因來看，由于受到各種因素的阻礙，使得我國測量行業中的測量技術長期得不到發展，相關的培訓較少，最終造成了現在這種現象。

2．4 較強的單一性

單一性指的是測量行業中的經濟體制，存在一定程度上的單一性。造成這種情況是由于政府本身的屬性特點，使得測量工作行業一般在國有企業或者政府單位中，而根據國有企業單一的經濟特點來看，使得測量行業的經濟體制同樣存在著較強的單一性[4]。

3、案例分析

3．1 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。

3．2 地形圖測繪

3．2．1 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Leica 1200 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。

3．2．2 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。基本依據是測定衛星的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。

3．2．3 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：K= 2（2-1）-（2-1）+ 12-21（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。

3．2．4 GIS 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GIS 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。

3．3 利用全站儀進行施工控制網測繪

3．3．1 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[5]。

3．3．2 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。

3．3．3 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[6]。

3．4 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。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。

4、強化GIS 技術和數字化測繪技術的應用措施

4．1 數據信息采集的應用

自進入21世紀以來，隨著互聯網技術的不斷發展，使得我國在建筑工程的過程中，越來越注重對數據信息采集的應用。同時為了提高建筑工程的整體安全性和保證數據信息的準確性，需要對數字化測繪技術不斷地應用，利用相關的數字化測繪技術，首先在信息采集工作的準備上，能夠使相關的測量工作人員，加強對信息數據采集的效率性，同時利用相關的計算機技術以及結合現有的數據進行分析，最后為整體建筑物建立起一個完善的模型，為之后的施工工作提供了最有效的施工基礎。其次在建筑墻體信息的采集上，測量人員需要進行仔細地分析研究，加強對建筑墻體的數據檢查，為建筑物整體的安全性提供一份合理的保證。最后在吊板的數據采集上，測量工作人員需要加強對建筑物天花板的數據分析，注重對吊板信息的確認，同時促進建筑工程能夠順利開展。

4．2 加強原圖數字化的應用

加強對原圖數字化的應用，主要分為三個步驟。首先在實際的測量工作中，通過圖片掃描等處理方法，將數字化測繪技術所提供的原圖進行處理，同時將其中的地形圖進行有效結合，通過對原圖中的信息數據以及圖像效果進行提取分析，最終將數字化地圖一種清晰的效果展現出來。一方面可以提升數字化地圖的準確可靠性，另一方面能夠提高測量工作單位的工作效率，大大提升測量工作的效率性。其次在成本的控制上，利用數字化測繪技術上的能力，將測量工作中的圖片處理技術以及信息數據進行有效結合，通過高科技技術手段，能夠將其中不確定的圖像進行修復，使其變得完整起來，最終通過對測繪效率的提升，能夠有效減少相關的測量成本，提高經濟效益。最后加強對圖層劃分方式上的使用，一方面能夠增加測繪工作的效率，同時提升對信息數據的采集，通過對測量信息數據的儲存，能夠為以后的測量工作形成較好的鋪墊。

4．3 加強對變形測量中的應用

變形中的測量應用，主要依據的是數字化測繪技術的不斷應用，以及范圍上的不斷擴大化。尤其是變形測量中的數字成像技術，在實際的建筑變形測量中，有著極其巨大的發揮作用。另外由于傳統的測量方法具有一定的局限性，使得無法對建筑測量有著更好的效果，這個時候就需要加強對GIS 數字化測繪技術方面的應用，不僅能夠有效提高測量數據的精準度，同時在數據信息上，進行及時的更新，大大提高了測量工作人員的工作效率。因此從整體來看，加強對變形測量中的應用，不僅能夠為數字成像技術進行頂力的支持，同時在互聯網信息技術的應用上，進行及時的補強，在保證測量人員工作效率的同時，大大提高建筑工程整體的安全質量，促進整個建筑行業的發展。

結語：

綜上所述，無論何種工程項目的施工建設，其都十分依賴工程測量工作所得出的數據信息，一旦缺乏這部分數據信息，就很難確保后續工作的正常開展。同時，在工程測量中所獲取的數據信息，如果采用人工處理的方式不僅整體工作效率比較低，也會影響對數據信息的處理質量，這就使得數據人工建模成為了其中的難點所在。因此，為了更好的促進工程測量技術的開展，就應當在實際工作過程當中科學合理的引入數字化測繪技術以及GIS 技術，通過計算機設備來對數據信息進行處理建模，從而更好的提升工程測量工作的開展效率。