三維測(cè)繪技術(shù)及應(yīng)用研究

賈佳 蚌埠市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)的科學(xué)研究領(lǐng)域也不斷拓寬研究范圍。但是現(xiàn)在科技水平提高的同時(shí)，在現(xiàn)代工程建設(shè)領(lǐng)域中，對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度要求標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，在質(zhì)量控制以及集合構(gòu)建方面對(duì)于各種數(shù)據(jù)的把控標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)高。因此，在工程建設(shè)中使用三維測(cè)繪技術(shù)能夠獲得有效的測(cè)量數(shù)據(jù)，為了以后的長(zhǎng)久發(fā)展，三維測(cè)繪技術(shù)應(yīng)該融合更多視角以及多源數(shù)據(jù)。

一、三維數(shù)據(jù)的采集方法

比較常見(jiàn)的三維測(cè)量?jī)x器有衛(wèi)星定位測(cè)量系統(tǒng)、全站儀以及三維激光掃描儀，其中衛(wèi)星定位測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精確度非常高，而全站儀和三維激光掃描儀不受大地水平面的影響，避免了測(cè)量的誤差。除了上述三種測(cè)量?jī)x器之外，在工業(yè)領(lǐng)域，還經(jīng)常使用激光跟蹤儀和關(guān)節(jié)臂三角坐標(biāo)量測(cè)儀測(cè)量工業(yè)數(shù)據(jù)。

（一）衛(wèi)星定位測(cè)量系統(tǒng)

衛(wèi)星定位測(cè)量系統(tǒng)是一種比較常見(jiàn)的三維測(cè)量?jī)x器，使用這種系統(tǒng)所獲得的點(diǎn)位坐標(biāo)是地心直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，是真正的三維測(cè)量系統(tǒng)。在衛(wèi)星定位系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用時(shí)，存在將衛(wèi)星定位的結(jié)果轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系內(nèi)的錯(cuò)誤做法，這造成了測(cè)量結(jié)果與傳統(tǒng)的2+1維測(cè)量結(jié)果相比，差距比較大的情況。因此，正確使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)是非常重要的，能夠使測(cè)量結(jié)果更加精確，測(cè)量精度可達(dá)到毫米級(jí)。

（二）全站儀

全站儀能夠是一種能夠同時(shí)測(cè)量角度和距離的標(biāo)準(zhǔn)的三維測(cè)量?jī)x器，也是一種常見(jiàn)三維數(shù)據(jù)采集方法儀器，被廣泛應(yīng)用于三維測(cè)繪工作中。在傳統(tǒng)的2+1維測(cè)量工作中，通常采用水準(zhǔn)面作為基準(zhǔn)面，這就造成了測(cè)量結(jié)果很容易收到大地水準(zhǔn)面的影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不夠精確。而全站儀的應(yīng)用避免了大地水準(zhǔn)面的影響，能夠使三維測(cè)繪結(jié)果更加準(zhǔn)確，有利于工程建設(shè)的順利實(shí)施[1]。

（三）三維激光掃描儀

在三維數(shù)據(jù)的采集工作中，還有另外一種比較常見(jiàn)的測(cè)量?jī)x器，叫做三維激光掃描儀。三維激光掃描儀是近些年來(lái)不斷興起的測(cè)量?jī)x器，能夠標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量三維數(shù)據(jù)。它不僅具有掃描速度快、點(diǎn)位精度高、點(diǎn)密度高得優(yōu)點(diǎn)，而且不依賴于大地水準(zhǔn)面，不受大地水準(zhǔn)面的影響，因此在三維數(shù)據(jù)測(cè)量中，普及速度非常快。

二、三維測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用

（一）礦山開(kāi)采

隨著工程測(cè)量的不斷發(fā)展，三維測(cè)繪技術(shù)首先應(yīng)用于礦山開(kāi)采工作中。在進(jìn)行礦山開(kāi)采時(shí)，需要首先對(duì)地表以下的開(kāi)采區(qū)進(jìn)行一定的勘測(cè)、檢查和測(cè)繪，這時(shí)三維測(cè)繪技術(shù)能夠精密地對(duì)采空區(qū)全方位地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再利用計(jì)算機(jī)技術(shù)根據(jù)已經(jīng)收集到的數(shù)據(jù)信息，建立精確的數(shù)字模型。這種測(cè)繪技術(shù)能夠?qū)⒄鎸?shí)的采空區(qū)的實(shí)際情況，完整準(zhǔn)確的傳送到計(jì)算機(jī)的設(shè)備中，能夠很大程度的幫助工作人員進(jìn)行后續(xù)的研究探索。三維測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，使原本復(fù)雜的礦山開(kāi)采工作，變得簡(jiǎn)單易操作，并且還能夠得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，減少了人力資源，因此這項(xiàng)技術(shù)在礦山開(kāi)采的應(yīng)用上有一定的使用價(jià)值和發(fā)展空間。

（二）測(cè)量計(jì)算體積量以及土方量

傳統(tǒng)的三維激光技術(shù)在使用時(shí)具有一定的局限性，在測(cè)量一般的土方量時(shí)可以直接使用三維激光技術(shù)，對(duì)土方量進(jìn)行掃描，從而得到模型。但是對(duì)于體積巨大的物體在測(cè)量時(shí)，測(cè)量工作往往比較困難，當(dāng)然三維激光根本無(wú)法測(cè)量，因此，需要使用更加先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。三維測(cè)繪技術(shù)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量并且將其建模，再通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，利用該物體的數(shù)據(jù)與信息模型計(jì)算出這種物體的以及或者密度、質(zhì)量、重量等其他測(cè)量值，從而達(dá)到精確測(cè)量結(jié)果的目的。

（三）保護(hù)文物

在保護(hù)文物的工作中，傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)是通過(guò)影響對(duì)物體進(jìn)行測(cè)繪，這種測(cè)繪技術(shù)往往只能描述物體大致的外觀，不能夠具體描述物體的結(jié)構(gòu)和各個(gè)部分的數(shù)據(jù)，這種現(xiàn)象導(dǎo)致了后續(xù)工作不夠精確，無(wú)法建立正確的物體模型。因此，三維測(cè)繪技術(shù)在保護(hù)文物的實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)文物進(jìn)行三維掃描測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)建立精確的三維模型，然后將建立的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中。在保護(hù)文物中應(yīng)用三維測(cè)繪技術(shù)，使原本復(fù)雜的工作變得精確簡(jiǎn)單，能夠直觀清晰地描繪出文物的外觀結(jié)構(gòu)，并且讓我們能夠更加了解文物的數(shù)據(jù)信息。另外，三維測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，能夠在文物受到損害導(dǎo)致殘缺時(shí)，能夠及時(shí)精確的對(duì)文物進(jìn)行修復(fù)，從而盡可能的保存文物的完整[2]。

（四）水利水電工程

由于水利工程的建設(shè)地點(diǎn)通常情況下都在峽谷、深山、叢林地帶，這種地點(diǎn)的特征就是位置偏僻、地勢(shì)陡峭、地貌險(xiǎn)峻，這種地理環(huán)境給工程測(cè)量帶來(lái)了非常大的不便，影響工程測(cè)量工作的順利實(shí)施。因此，想要在這種地勢(shì)不平坦的地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，首先需要對(duì)水利水電工程進(jìn)行施工和設(shè)計(jì)，然后以精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)作為支撐，最后搭建準(zhǔn)確度最高的建設(shè)模型。三維測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，能夠降低水利水電工程的測(cè)量工作的難度，使測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果更加精確，一方面避免了測(cè)繪工作中可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題，同時(shí)提高了測(cè)量工作的精度和效率。

（五）對(duì)建筑物是否變形進(jìn)行勘測(cè)

眾所周知，建筑物在完工之后，可能會(huì)由于人為因素或者自然因素造成一定程度的磨損或者變形，這種現(xiàn)象不僅影響建筑物的美觀，還會(huì)形成安全隱患。由此可見(jiàn)，對(duì)建筑物的精確測(cè)量、搭建出精確的建筑模型，從安全的角度來(lái)看是非常必要的。通過(guò)三維測(cè)繪技術(shù)，能夠解決采用近景拍攝或者GPS留影等方法的弊端，測(cè)量不夠準(zhǔn)確、測(cè)量過(guò)程復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理困難等問(wèn)題都能夠得到有效的解決。因此，利用三維測(cè)繪技術(shù)測(cè)量的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控建筑物的實(shí)際情況，有效的避免事故的發(fā)生。

三、結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代工程建設(shè)水平不斷提高和發(fā)展的背景下，三維測(cè)繪技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有重大的意義，不僅能夠給居民和用戶帶來(lái)全新的功能和體驗(yàn)，還能夠?yàn)槠髽I(yè)的日常工作或者政府單位的管理活動(dòng)提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息。綜上所述，在以后的科研工作的更新和發(fā)展中，應(yīng)該不斷擴(kuò)大三維技術(shù)的應(yīng)用范圍，盡可能地開(kāi)發(fā)出三維測(cè)繪技術(shù)的新功能，讓其更好地應(yīng)用于更多領(lǐng)域，從而為人們的生活帶來(lái)便利。