數(shù)字化測量技術用于工程測量中的探究

徐娜平

（宜利勘測（北京）有限公司，北京 100010）

在當今工程實踐中，準確的測量數(shù)據(jù)是確保工程質(zhì)量和安全的基礎，而數(shù)字化測量技術正是為了滿足這一需求而生。數(shù)字化測量技術通過高精度的儀器和先進的數(shù)據(jù)處理能力，能夠提供更為精確和全面的測量結果。在現(xiàn)代建筑工程、大型基礎設施建設、環(huán)境監(jiān)測和城市規(guī)劃等領域，數(shù)字化測量技術不僅改變了工程測量的方式，也為工程設計和施工提供了更加可靠的數(shù)據(jù)支持。隨著技術的不斷發(fā)展和完善，數(shù)字化測量技術在工程測量中的應用正變得越來越廣泛，為工程領域帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)[1]。

1 數(shù)字化測量技術概述

數(shù)字化測量技術的核心在于其高度的精確性和效率，通過電子化的手段，對測量數(shù)據(jù)進行快速而準確的采集、處理和分析。例如，全站儀結合了角度和距離測量功能，能夠對測量點進行快速定位，其數(shù)據(jù)直接輸入計算機系統(tǒng)中，提高了數(shù)據(jù)處理的效率和準確性；三維激光掃描技術，則能夠捕捉到被測物體的精確三維形態(tài)，為工程設計提供了詳細的空間數(shù)據(jù)支持；GNSS 技術利用衛(wèi)星信號，對大范圍的地理位置進行高精度測量，尤其適用于大型和開闊區(qū)域的工程項目[2]。在數(shù)據(jù)處理方面，專門的軟件能夠對采集到的大量數(shù)據(jù)進行高效處理，不僅支持復雜的計算和分析，還能生成直觀的圖形和模型，為工程設計和施工提供有力支撐；攝影測量和遙感技術通過分析從不同角度和高度拍攝的圖片，可以獲取地表和結構物的詳細信息，這對于無法直接接觸的區(qū)域尤為重要。總的來說，數(shù)字化測量技術在現(xiàn)代工程建設中的應用正日益深入和廣泛，對推動工程技術的發(fā)展起到了關鍵作用。

2 工程測量中數(shù)字化測量技術的優(yōu)勢

2.1 精度高

數(shù)字化測量技術的高精度性能主要來源于其使用的先進電子測量設備和精細的數(shù)據(jù)處理算法。傳統(tǒng)的測量方法受限于人為操作的精準度和測量工具的局限性，而數(shù)字化測量技術通過使用高精度儀器，如全站儀、三維激光掃描儀和高級GNSS 系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)毫米級乃至更高精度的測量，這些設備通過精密的光學、電子組件，可準確地捕捉和記錄測量點的位置數(shù)據(jù)。例如，全站儀結合角度和距離測量，可以精確計算出測量點之間的相對位置，而三維激光掃描儀則能捕獲被測物體的精確三維形狀。在數(shù)據(jù)處理方面，這些技術通過使用高級算法和軟件進行數(shù)據(jù)的后期處理和分析，能夠有效地減少數(shù)據(jù)誤差，提高結果的準確性，這種精確的測量結果對于工程設計的準確性和工程質(zhì)量的保證至關重要，尤其在那些要求極高精度的復雜工程項目中，數(shù)字化測量技術的應用可以顯著提高工程的整體質(zhì)量和可靠性。

2.2 效率快

在工程測量中應用數(shù)字化測量技術之所以工作效率快，主要是因為它結合了先進的電子設備和自動化的數(shù)據(jù)處理流程。與傳統(tǒng)的手動測量方法相比，數(shù)字化測量技術能夠迅速收集和傳輸數(shù)據(jù)，減少了大量的人工輸入和紙質(zhì)記錄過程。例如，使用全站儀或GNSS設備進行現(xiàn)場測量時，測量數(shù)據(jù)可以實時被捕捉并自動傳輸至計算機系統(tǒng)，這大大減少了從數(shù)據(jù)采集到處理的時間。同時，三維激光掃描技術可以在短時間內(nèi)對復雜結構進行全面掃描，生成詳細的三維模型，這一過程比傳統(tǒng)的手動繪圖快得多。數(shù)字化測量技術還包括了高效的數(shù)據(jù)處理軟件，這些軟件可以快速處理和分析大量測量數(shù)據(jù)，生成各種需要的報表和圖紙，而這些工作如果采用手工方式進行將耗費更多時間。在數(shù)據(jù)共享和協(xié)作方面，數(shù)字化技術也表現(xiàn)出極高的效率，相關人員可以通過網(wǎng)絡實時訪問和共享測量數(shù)據(jù)，加快了決策和溝通的過程[3]。

2.3 安全性高

數(shù)字化測量技術的安全性高，主要歸因于其減少了人員直接接觸危險區(qū)域的需求和提高了作業(yè)環(huán)境的安全管理能力。在許多工程項目中，特別是在高風險環(huán)境如高架橋梁、大型建筑物或不穩(wěn)定的地形中，傳統(tǒng)的測量方法往往要求測量人員直接進入這些潛在危險的區(qū)域進行作業(yè)，這不僅增加了人身安全風險，也提高了項目的整體安全管理難度。而數(shù)字化測量技術，如三維激光掃描和遠程操作的GNSS 系統(tǒng)，使得測量人員可以在安全距離外完成精確的數(shù)據(jù)采集，有效避免了直接進入危險區(qū)域的風險。同時，這些技術在進行大范圍測量時，可以覆蓋廣泛區(qū)域，減少了現(xiàn)場人員的往返次數(shù)，降低了因長時間暴露在復雜環(huán)境中而帶來的安全隱患。數(shù)字化測量技術在數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中的自動化程度高，減少了因人為操作失誤而導致的安全問題。在測量數(shù)據(jù)的處理和分析過程中，高效的軟件能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題和錯誤，及時進行糾正，進一步提高了工程的安全性。

2.4 可視化強

數(shù)字化測量技術的可視化能力主要是通過高級的圖形處理和數(shù)據(jù)展示技術實現(xiàn)的，使得復雜的測量數(shù)據(jù)能夠以直觀、易于理解的方式呈現(xiàn)。例如，三維激光掃描技術能夠生成精確的三維模型，這些模型不僅呈現(xiàn)了被測對象的實際尺寸和形態(tài)，還能以圖形化的形式展示復雜的空間關系。同時，數(shù)字化測量技術中的數(shù)據(jù)處理軟件提供了強大的圖形展示功能，如熱圖、等高線圖和動態(tài)模擬，這些功能使得測量數(shù)據(jù)能以生動形象的圖形呈現(xiàn)，極大地增強了數(shù)據(jù)的可讀性和可理解性。進一步來說，這種可視化能力在協(xié)調(diào)和溝通方面也非常有效，設計和施工團隊可以更容易地理解項目的具體要求和潛在問題。在呈現(xiàn)大量復雜數(shù)據(jù)時，傳統(tǒng)的二維圖紙往往無法全面展現(xiàn)，而數(shù)字化測量技術則通過高效的可視化手段，使得這些數(shù)據(jù)變得容易理解和操作。數(shù)字化測量技術不僅使得工程測量結果更加直觀和生動，也極大地促進了工程項目各階段人員之間的有效溝通和協(xié)作，有助于提高整個項目的工作效率和質(zhì)量。

3 數(shù)字化測量技術在工程測量中的具體應用

3.1 全站儀測量

全站儀作為數(shù)字化測量技術中的重要工具，結合了角度和距離的測量功能，適用于多種工程測量任務。在建筑工程中，全站儀被廣泛用于定位、布線和控制測量，通過全站儀可以精確地確定建筑物的基礎位置，確保施工過程中各個部分的準確對齊。在道路和橋梁建設中，全站儀用于測量路線的曲線、坡度和其他關鍵參數(shù)，確保道路和橋梁的設計符合規(guī)劃標準。在地形測量中，全站儀可以測量出地形的細節(jié)，為后續(xù)的工程設計提供重要數(shù)據(jù)，在進行這些測量時，全站儀通過其精密的光學和電子系統(tǒng)快速準確地收集數(shù)據(jù)，再通過內(nèi)置或外接的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行初步分析。全站儀的另一個重要應用是在建筑物的裝修和改造過程中，它可以用于精確測量現(xiàn)有結構，為改造工作提供準確的參考數(shù)據(jù)。為了確保全站儀測量的準確性，通常需要對儀器進行定期校準，并在使用前后進行嚴格的檢查。操作人員需要接受專業(yè)培訓，確保能夠正確使用全站儀并理解其測量數(shù)據(jù)。

3.2 三維激光掃描

三維激光掃描技術通過高速激光掃描捕捉目標物體的細節(jié)，生成精確的三維模型，廣泛應用于多個領域。在建筑工程中，這項技術用于捕捉建筑物的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，為建筑的設計、改造或擴建提供精確的參考，通過對建筑物內(nèi)外部的全面掃描，能夠獲得墻體、梁柱、管線等的精確位置和尺寸，確保后續(xù)設計與現(xiàn)狀完美契合。在文物保護和歷史建筑的修復工作中，三維激光掃描能夠無接觸地獲取建筑的精確三維信息，對于那些不允許物理觸碰的古跡尤其重要[4]。在大型基礎設施項目，如隧道、橋梁和水壩的建設中，三維激光掃描用于監(jiān)測結構在建設過程中的變化，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題，保障工程安全。在施工現(xiàn)場，通過快速掃描得到的三維數(shù)據(jù)，還可以用于施工進度的監(jiān)控和后期維護工作的規(guī)劃。為了確保掃描數(shù)據(jù)的準確性和高效性，操作人員需要對掃描設備進行精準設置，合理規(guī)劃掃描路徑以覆蓋所有關鍵區(qū)域，并進行適當?shù)暮筇幚恚詢?yōu)化數(shù)據(jù)質(zhì)量[5]。

3.3 GNSS（全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)）測量

GNSS（全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)）測量技術通過利用多個衛(wèi)星系統(tǒng)，如GPS、GLONASS、BeiDou 等，為各類工程提供高精度、高效率的定位服務。在大型土地開發(fā)和基礎設施建設項目中，GNSS 測量用于確定精確的地塊界限和工程位置，確保工程按照規(guī)劃準確實施。例如，在道路建設中，GNSS 技術用于測定路線和地形，為道路設計提供重要的地理信息。在橋梁和高速公路的建設過程中，通過GNSS 進行實時監(jiān)控，可以及時調(diào)整施工方案，確保工程精度。在大規(guī)模土地測繪和環(huán)境監(jiān)測項目中，GNSS 技術能夠迅速而準確地收集大范圍的地理數(shù)據(jù)。為了提高GNSS 測量的精度和可靠性，通常需要進行精確的設備設置和校準。操作人員需要根據(jù)具體項目的要求，選擇合適的衛(wèi)星系統(tǒng)和測量模式，并進行適當?shù)默F(xiàn)場校正，以消除可能的誤差源，如大氣延遲、多路徑效應等。同時，為了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，還需要結合其他測量技術和輔助設備，如差分GPS（DGPS）和實時運動測量系統(tǒng)（RTK），來提高定位的準確性。通過這些技術和方法的綜合應用，GNSS 測量在工程測量中不僅提高了測量效率，還大幅提升了測量的準確性和可靠性。

3.4 攝影測量和遙感

攝影測量和遙感技術在工程測量中通過使用航空器或衛(wèi)星搭載的相機和傳感器，捕捉地表的圖像和其他數(shù)據(jù)，適用于各種環(huán)境和大尺度的工程項目。在城市規(guī)劃和建設中，攝影測量能夠提供城市地貌的高分辨率影像，幫助規(guī)劃者準確理解城市空間結構，指導城市的發(fā)展和擴張。在環(huán)境和地質(zhì)監(jiān)測方面，遙感技術能夠迅速捕捉到地表的變化，如土地覆蓋、植被狀態(tài)和水文變化，對于災害預警、環(huán)境保護和資源管理具有重要意義。在大型基礎設施建設，如水壩、道路和橋梁項目中，攝影測量和遙感為工程提供了重要的地形和地貌數(shù)據(jù)，支持工程設計和施工的各個階段。為了確保數(shù)據(jù)的準確性和有效性，需要對采集設備進行精準的校準，并選擇合適的時間和天氣條件進行拍攝，以獲取清晰、可靠的圖像。數(shù)據(jù)處理方面，需要使用高級的圖像處理和解析軟件，對捕獲的圖像進行精確的幾何糾正和分析，從而提取出有用的信息。此外，為了提高數(shù)據(jù)的應用價值，常常需要將攝影測量和遙感數(shù)據(jù)與其他類型的測量數(shù)據(jù)結合使用，如與GNSS 數(shù)據(jù)或地面測量數(shù)據(jù)結合，以增強結果的準確性和綜合性。

3.5 數(shù)據(jù)處理和建模軟件

數(shù)據(jù)處理和建模軟件在數(shù)字化測量技術的應用中發(fā)揮著關鍵作用，它們不僅能處理和分析由各種測量設備收集的大量數(shù)據(jù)，還能將這些數(shù)據(jù)轉化為可用的模型和圖形，極大地提高了工程設計和分析的效率與精確度。在工程項目中，這類軟件被用于處理從全站儀、GNSS 系統(tǒng)、激光掃描儀等收集的數(shù)據(jù)，通過高級算法進行精確的校正、計算和可視化，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。在大型工程項目中，如大型基礎設施建設和城市規(guī)劃，這些軟件能夠處理復雜的地理信息和空間數(shù)據(jù)，生成詳細的三維模型，幫助工程師和設計師更好地理解和規(guī)劃工程。同時，這些軟件還提供了模擬和預測功能，可以用于模擬建筑或基礎設施的性能，如承載力、耐久性和環(huán)境影響，為工程決策提供科學依據(jù)。為了確保軟件的效果，需要定期更新軟件，以適應新的技術和標準，并進行定期維護和調(diào)試，以確保其穩(wěn)定運行。同時，操作人員也需要接受專業(yè)培訓，掌握這些軟件的高級功能，以便充分利用其在工程項目中的潛力。

4 結語

數(shù)字化測量技術已成為現(xiàn)代工程實踐中的關鍵因素。從全站儀測量到三維激光掃描，從GNSS 測量到攝影測量和遙感，再到數(shù)據(jù)處理和建模軟件，每項技術都以其獨特的方式貢獻于工程項目的成功實施。這些技術的融合和應用，不僅優(yōu)化了工程測量流程，還推動了工程行業(yè)向更高效、精確和智能的方向發(fā)展。展望未來，隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，數(shù)字化測量技術在工程測量中的應用將更加廣泛和深入，為工程領域帶來更多變革和可能。