工程測量中GIS技術和數字化測繪技術的應用研究

摘""要：工程測量是確保工程質量與進度的關鍵環節，其精度與效率直接關聯到項目的成功實施。隨著科技進步，地理信息系統（Geographic"Information"System，GIS）與數字化測繪技術正逐步成為工程測量領域的重要工具，這些技術通過高效的數據采集、處理與分析手段，極大地提升了測量的精確性和時效性。在實際應用中，GIS技術為工程提供了全面的空間信息支持，而數字化測繪技術則實現了測量數據的快速成圖與智能化管理。兩者在工程勘測、設計與施工等多個階段的融合應用，不僅優化了工作流程，還顯著增強了工程項目的決策支持與風險控制能力。

關鍵詞：工程測量""地理信息系統技術""數字化測繪技術""測量數據

中圖分類號：P271

Research"on"the"Application"of"GIS"Technology"and"Digital"Surveying"Technology"in"Engineering"Surveying

WU"BinSurvey"and"Design"Institute"of"Sinohydro"Engineering"Bureau"4"Co.，"Ltd.，"Xining，"Qinghai"Province，"810000"China

Abstract："Engineering"surveying"is"a"critical"link"in"ensuring"project"quality"and"progress，"and"its"accuracy"and"efficiency"are"directly"related"to"the"successful"implementation"of"the"project."With"the"progress"of"technology，"Geographic"Information"Systems"（GIS）"and"digital"surveying"technology"are"gradually"becoming"important"tools"in"the"field"of"engineering"surveying，"which"greatly"improve"the"accuracy"and"timeliness"of"measurements"through"efficient"data"collection，"processing，"and"analysis"methods."In"practical"applications，"GIS"technology"provides"comprehensive"spatial"information"support"for"engineering，"while"digital"surveying"technology"enables"rapid"mapping"and"intelligent"management"of"measurement"data."The"integration"and"application"of"the"two"in"multiple"stages"such"as"engineering"survey，"design，"and"construction"not"only"optimizes"the"workflow，"but"also"significantly"enhances"the"decision-making"support"and"risk"control"capabilities"of"engineering"projects.

Key"Words："Engineering"surveying;"Geographic"information"system"technology;"Digital"surveying"technology;"Measurement"data

隨著國家重大工程建設規模的不斷擴大和技術要求的持續提高，傳統工程測量方法面臨著諸多挑戰。一方面，大型工程項目往往跨越復雜地形地貌區，傳統人工測量方法在測量效率、覆蓋范圍和安全性等方面存在明顯局限；另一方面，工程建設對測量精度、實時性和智能化水平提出了更高要求，傳統測量技術難以滿足工程建設的迫切需求。近年來，以地理信息系統（Geographic"Information"System，GIS）技術和數字化測繪技術為代表的新型測繪技術體系快速發展，為解決上述問題提供了創新思路和技術方案。

1""工程概況

以我國西部某大型水利樞紐工程為研究對象，該工程總投資150億元，兼具防洪、灌溉、發電、供水等多功能。工程含175"m高堆石壩、18.5億m3水庫、1"200"MW地下廠房等，壩址地形復雜，地質條件不利。為高效建設，團隊引入GIS和數字化測繪技術。在勘測設計階段，利用GIS平臺綜合管理地形、地質、水文數據，無人機攝影獲取厘米級影像，構建1∶500三維模型。施工階段，基于激光雷達數據，實現大壩變形監測和滑坡體數字化建模，顯著提升了施工精準性。

2""GIS技術在工程測量中的應用

2.1""GIS技術在工程勘測階段的應用

在該水利樞紐工程的勘測設計階段，GIS技術發揮了關鍵性作用。項目團隊充分利用GIS平臺強大的數據管理與分析功能，高效完成了工程所需的地形、地質等關鍵信息的采集與處理工作[1]。一方面，技術人員通過GIS平臺對1∶10"000比例尺的數字線劃地圖（Digital"Line"Graphic，DLG）進行解析，提取了壩址區及庫區的高程、坡度、坡向等地形要素，并對疑似滑坡、崩塌、泥石流等不良地質體進行了精細標繪，獲得了全區5"m網格的數字高程模型（Digital"Elevation"Model，DEM）和1∶2"000的工程地質平面圖，為壩址優化選擇和水庫淹沒分析奠定了基礎。另一方面，技術人員還將鉆探、物探、試驗等多源勘察數據整合到GIS平臺，通過空間插值、屬性統計、關聯分析等手段，揭示了壩基、廠房、輸水隧洞等建筑物的工程地質條件，并采用GIS的空間分析模型對地基承載力、邊坡穩定性等進行了定量評價。結果表明：經過處理后的壩基巖體為較硬巖，巖體完整性指數在0.6以上，地基承載力特征值在1.2"MPa左右；廠房邊坡巖體以Ⅱ～Ⅲ類為主，穩定性指數均大于1.3，滿足開挖邊坡要求（見表1）。

2.2""GIS技術在工程設計階段的應用

在該水利樞紐工程設計階段，項目團隊開發了基于ArcGIS"Enterprise的工程設計與分析平臺，融合建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）與GIS技術優勢，實現了全要素三維設計[2]?；诟呔菵EM和工程地質模型，團隊構建了以工程投資最小、效益最優和環境影響最小為目標的多維優化模型：minF=w1·C（x）+w2·E（x）+w3·L（x），通過改進的NSGA-III算法進行求解，實現了壩址、壩型等關鍵要素的智能優化。優化結果表明，采用“S”型壩軸線布置較傳統直線型方案節約開挖量85.6萬m3，通過地下式廠房布置減少地表占地12.8"hm2；基于空間網絡分析技術，優化后的輸水系統縮短引水線路2.8"km，降低工程造價2.35億元。期間，項目組還開發了考慮運距、地形和施工工期的土石方智能調配模型，采用改進蟻群算法求解，實現了土石方就近調配率92.8%，平均運距較常規方案降低0.8"km。同時，利用GIS空間分析功能，對壩基防滲、邊坡支護等施工工序進行了精細化模擬分析，建立了完整的工程數字孿生系統，為后續施工組織和過程控制奠定了堅實基礎，充分體現了GIS技術在復雜水利樞紐工程設計中的創新價值與實踐意義。

2.3""GIS技術在工程施工階段的應用

在水利樞紐工程施工階段，項目團隊基于ArcGIS平臺構建了集“監測—分析—預警—處置”于一體的智能化施工管控系統，實現了工程建設全過程的數字化監管[3]。系統采用分布式微服務架構，集成了Leica"Nova"MS60多站儀、Trimble"SX12全站儀等高精度測量設備，同時對接了800余個各類傳感器，構成了覆蓋大壩、廠房、輸水系統等關鍵部位的智能傳感網絡。基于深度學習算法，開發了變形監測預警模型Deformation-Net，該模型融合了全球導航衛星系統（Global"Navigation"Satellite"System，GNSS）位移、應變、滲壓等多源監測數據，通過長短期記憶網絡（Long"Short-Term"Memory，LSTM）實現了毫米級變形預測，模型預測精度達到±1.2"mm。在邊坡監測方面，利用改進的PointNet++點云分割算法，實現了滑坡體的精確識別與體積計算，并基于時序干涉測量合成孔徑雷達（Interferometric"Synthetic"Aperture"Radar，InSAR）技術建立了邊坡穩定性評價模型，成功預警了3處潛在滑坡隱患。針對大壩填筑過程，開發了基于空間統計的質量控制系統，采用克里金插值法對碾壓遍數、壓實度等關鍵指標進行實時分析，壓實度合格率提升至98.2%。同時，系統還集成了基于Unity3D引擎的可視化平臺，實現了施工進度、質量、安全等多維數據的沉浸式展示，為工程管理決策提供了直觀、全面的數字化支撐，有效保障了這一特大型水利樞紐工程的安全、高效建設。

3""數字化測繪技術在工程測量中的應用

3.1""無人機傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術作為一種新興的數字化測繪手段，在該水利樞紐工程的測量中得到了廣泛應用，展現出了顯著的技術優勢和應用價值。測量團隊利用大疆經緯M300"RTK無人機搭載五鏡頭傳感器，對壩址區及庫區200"km2范圍內開展了航攝任務，獲取了分辨率優于3"cm的可見光影像數據，并通過智能攝影測量系統進行了空三加密處理，從而生成了包含7.85億個三維點的高精度點云模型和1∶1"000比例尺的真正射影像圖，整體平面、高程精度均優于10"cm。在此基礎上，測量人員采用建模軟件ContextCapture構建了覆蓋全區的三維實景模型，實現了地形地貌的真實再現和工程場景的沉浸式漫游。同時，針對渣場、料場等關鍵區域，測量人員還采用了智能攝影測量系統的智能測圖功能，實現了地物要素的快速采集和自動建模，大幅提升了測圖效率和成果精度，渣場堆量計算誤差控制在3%以內（見表2）。此外，在斷面布設、土石方計算、管線探測等方面，無人機傾斜攝影技術也發揮了重要作用，極大地促進了工程測量向數字化、智能化方向的轉變。

3.2""地面三維激光掃描技術

在水利樞紐工程測量中，項目團隊使用Leica"ScanStation"P50進行高密度掃描，完成1"250個測站數據采集，獲取186億個高精度空間點。通過改進ICP算法實現點云自動拼接，精度優于3"mm，并利用RANSAC算法優化數據。團隊開發CloudProcess軟件，集成多項功能實現智能化處理。針對地下工程，創新采用即時定位與地圖構建（Simultaneous"Localization"and"Mapping，SLAM）技術建模，建立變形預警模型，識別32處隱患。在土方計算上，改進Delaunay算法提升精度45%，處理160萬m3土石方。同時，利用點云數據建立偏差分析模型，實現毫米級施工放樣，有效指導施工。這些應用充分展示了三維激光掃描技術在復雜水利工程測量中的創新價值，為工程建設提供了高精度、全方位的測繪支持。

3.3""移動測量技術

移動測量技術是數字化測繪領域的一項重要技術手段，其在該水利樞紐工程測量中發揮了重要作用。[5]其中，施工單位引進了Trimble"R12"GNSS接收機和TSC7型號控制器等先進移動測量設備，組建了一支機動靈活的測量隊伍，大幅度提升了外業數據采集的效率和質量。通過在壩體、渣場、施工道路等區域布設60個CORS基站，實現了厘米級定位服務的全覆蓋，測量人員利用GNSS-RTK技術對關鍵施工點位進行放樣測設，三維坐標精度優于5"cm，有效指導了現場施工控制。同時，憑借4G/5G網絡優勢，項目部建立了野外數據實時傳輸與共享平臺，實現了外業測量成果的自動回傳和遠程質檢，現場數據處理時間從傳統的數小時縮短至10"min以內，進一步提高了測繪保障的時效性[4]。

在施工監測中，技術人員使用高精度移動監測終端自動化監測大壩、邊坡等位移。數據分析顯示（如表3所示），壩體變形符合設計要求，最大位移速率1.8"mm/月，累計位移量16.3"mm。滑坡易發區布設傳感器，結合GNSS數據建立預警模型，成功預警1起滑坡險情，避免了損失。這些措施有效保障了施工安全。

4""結語

GIS與數字化測繪技術在工程測量中顯著提升了效率、精度和智能化。以某水利樞紐工程為例，團隊利用GIS優勢實現全周期精細管控，并引入無人機攝影、三維激光掃描等先進技術，突破傳統局限，提供高精度測繪保障。隨著技術與信息的融合與智慧工程建設的推進，GIS與數字化測繪技術必將在工程測量中廣泛深入應用，成為現代工程建設的關鍵支撐，引領測繪行業邁向數字化、智能化新時代。

參考文獻

[1] 陳俞佐.GIS技術和數字化測繪技術的發展及其在工程測量中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2023（23）：175-177.

[2] 余學飛.多源數字化勘測技術在北京通州燃燈塔中的應用研究[D].北京：北京建筑大學，2020.

[3] 魏宛霖.基于三維數字化技術的杭州文瀾閣假山疊石工法研究[D].杭州：浙江大學，2022.

[4] 彭璇.基于可視化技術的景觀虛擬研究平臺感知差別研究[D].雅安：四川農業大學，2023.

[5] 任龍躍.數字化測繪技術在大型機場工程中的應用研究[D].濟南：山東建筑大學，2023.