任鑫磊
摘要:伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,超高層建筑數(shù)量不斷增加,建筑材料、輪廓等給竣工測(cè)量工作提出了更高要求。信息技術(shù)快速發(fā)展,測(cè)量工作的新技術(shù)、新手段、新方法為建筑工程測(cè)量提供了數(shù)字化、智能化、多維化、動(dòng)態(tài)化發(fā)展方向。文章客觀分析了CORS?技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中的應(yīng)用,以及三維激光掃描技術(shù)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中的應(yīng)用,包括工作原理、作業(yè)流程、規(guī)劃竣工測(cè)量應(yīng)用的具體操作,并舉例說(shuō)明測(cè)繪新技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中的具體應(yīng)用。其中CORS?技術(shù)可以提高控制點(diǎn)不測(cè)作業(yè)效率,提高測(cè)量控制的自動(dòng)化程度,三維激光掃描技術(shù)可有效解決數(shù)據(jù)值采集困難及獲取數(shù)據(jù)效率低下問(wèn)題,無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以獲取正射影響及傾斜影響,提高數(shù)據(jù)采集效率。
關(guān)鍵詞:規(guī)劃竣工測(cè)量??CORS技術(shù)??三維激光掃描技術(shù)??無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)量技
中圖分類號(hào):K909????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
Analysis?of?the?Application?of?New?Surveying?and?Mapping?Technologies?in?the?Planning?Completion?Survey?of?Building?Engineering
REN?Xinlei
(China?Railway?Fifth?Survey?and?Design?Institute?Group?Co.,?Ltd.,Jinan,Shandong?Province,250100?China)
Abstract:?With?the?rapid?development?of?social?economy,?the?number?of?super?high-rise?buildings?is?increasing,?and?building?materials?and?contours?have?put?forward?higher?requirements?for?the?completion?survey.?With?the?rapid?development?of?information?technology,?the?new?technology,?new?means?and?new?methods?of?surveying?work?provide?a?digital,?intelligent,?multi-dimensional?and?dynamic?development?direction?for?building?engineering?survey.?This?paper?objectively?analyzes?the?application?of?CORS?technology?in?the?planning?completion?survey,?as?well?as?the?application?of?3D?laser?scanning?technology?and?UAV?tilt?photogrammetry?technology?in?the?planning?completion?survey,?including?the?working?principle,?operation?process,?and?the?specific?operation?for?the?planning?completion?survey,?and?gives?examples?to?explain?the?specific?application?of?new?mapping?technologies?in?the?planning?completion?survey.?Among?them,?CORS?technology?can?improve?the?efficiency?of?the?surveying?operation?of?control?points?and?improve?the?automation?degree?of?measurement?control,?3D?laser?scanning?technology?can?effectively?solve?the?problems?of?the?difficulty?of?data?value?acquisition?and?low?efficiency?of?data?acquisition,?and?UAV?tilt?photogrammetry?technology?can?obtain?the?orthographic?effect?and?tilt?effect?and?improve?the?efficiency?of?data?acquisition.
Key?Words:?Planning?completion?survey;?CORS?technology;?3D?laser?scanning?technology;?UAV?tilt?measurement?technology
建筑工程規(guī)劃竣工測(cè)量能夠檢驗(yàn)工程施工現(xiàn)狀,對(duì)建設(shè)情況進(jìn)行全面記錄,是城市規(guī)劃管理的關(guān)鍵程序,也是城市規(guī)劃監(jiān)督及執(zhí)法監(jiān)察數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。當(dāng)前建筑工程規(guī)劃竣工測(cè)量存在控制點(diǎn)布測(cè)未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù),影響作業(yè)效率,測(cè)繪技術(shù)人員獲取參數(shù)困難、不規(guī)則建筑物、異形建筑物數(shù)據(jù)獲取效率低、規(guī)劃竣工測(cè)量成果表達(dá)不具體、不直觀等問(wèn)題。因此,城市建設(shè)工程要引入現(xiàn)代化測(cè)繪新技術(shù),引用三維激光掃描技術(shù)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)等,嚴(yán)格按照城市規(guī)劃部門要求,明確平面圖、紅線圖以及規(guī)劃界線與周邊建筑之間關(guān)系等,直觀了解城市規(guī)劃控制、建筑工程與周邊建筑物之間關(guān)系及土地使用情況。城市規(guī)劃部門要嚴(yán)格對(duì)照審批圖紙,對(duì)超面積建設(shè)、建筑移位等情況按照國(guó)家及行業(yè)法律法規(guī)做好相應(yīng)的處置。
1?CORS技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中的應(yīng)用
1.1?CORS技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中的作業(yè)模式
1.2?CORS技術(shù)在建筑工程測(cè)繪中的作業(yè)流程
2?三維激光掃描技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中的應(yīng)用
2.1?三維激光掃描系統(tǒng)的作業(yè)流程
第一,工作原理。測(cè)量三維坐標(biāo)獲得面陣列點(diǎn)云數(shù)據(jù)。每個(gè)點(diǎn)表示成極坐標(biāo)或笛卡爾坐標(biāo),反射強(qiáng)度值信息。第二,工作流程。三維激光掃描工作流程首先要利用軟件平臺(tái)對(duì)被測(cè)對(duì)象掃描,獲取到實(shí)體數(shù)據(jù)信息。其次獲取到的數(shù)據(jù)剔除原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)粗差點(diǎn),并進(jìn)一步實(shí)施幾何糾正,處理測(cè)站點(diǎn)云數(shù)據(jù),將各站點(diǎn)數(shù)據(jù)文件拼接,并作為公共參照的標(biāo)靶,實(shí)現(xiàn)掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)定位并匹配,確保統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到相同坐標(biāo)系中。第三,三維建模。模型建立需要確保數(shù)據(jù)質(zhì)量精準(zhǔn),并借助軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)節(jié)處理及鑲嵌。測(cè)繪數(shù)據(jù)輸出與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)是將數(shù)據(jù)處理為同一格式上傳至數(shù)據(jù)庫(kù),根據(jù)數(shù)據(jù)用途,為建筑工程應(yīng)用提供精準(zhǔn)輸出,確保提高數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)科學(xué)性與可靠性[7]。
2.2?三維激光掃描系統(tǒng)在建筑工程測(cè)繪過(guò)程中的精度影響因素
第一,三維激光掃描系統(tǒng)精度影響。三維激光掃描系統(tǒng)在掃描中難以控制外界環(huán)境,系統(tǒng)及隨機(jī)誤差逐漸增加也會(huì)適當(dāng)增加3D模型誤差,對(duì)三維激光掃描技術(shù)精準(zhǔn)性造成一定影響,其中掃描幾何條件、測(cè)繪物體屬性、測(cè)繪設(shè)施內(nèi)部裝置等尤為重要。掃描幾何條件是掃描儀架設(shè)位置對(duì)角度、距離、點(diǎn)云密度等,對(duì)精度有一定影響,掃描物體屬性主要是反射物體表面的粗糙程度、輻射率、波長(zhǎng)匹配度等,儀器內(nèi)部裝置主要是考核掃描距離及分辨率。第二,掃描幾何條件對(duì)點(diǎn)云質(zhì)量影響。測(cè)量?jī)x器內(nèi)部裝置參數(shù)直接影響工程規(guī)劃竣工測(cè)量質(zhì)量,掃描幾何條件是對(duì)竣工測(cè)量精度的優(yōu)化控制,包括入射角、掃描距離、光照強(qiáng)度等影響。掃描儀掃描物體時(shí),激光光束垂直入射物體表面,當(dāng)入射角度與激光距離服從正態(tài)分布,高斯射束能量服從正態(tài)分布。掃描儀與物體越遠(yuǎn),信號(hào)反射強(qiáng)度越低。如果高斯光入射角大于零,能量分布將會(huì)出現(xiàn)橢圓形狀。相同距離掃描角度增加,擬合平面中位數(shù)也隨之增加,表明數(shù)據(jù)處于點(diǎn)到擬合平面距離集上限占比較大。第三,光照強(qiáng)度對(duì)點(diǎn)云質(zhì)量影響。工程規(guī)劃竣工測(cè)量需要對(duì)光照強(qiáng)度及點(diǎn)云質(zhì)量因素做出分析,不斷優(yōu)化掃描方案,其中光照強(qiáng)度較高環(huán)境下,一般架設(shè)掃描儀距離在20?m處,通過(guò)掃描木板獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù),分別取30?m、40?m數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)分別擬合,計(jì)算每組數(shù)據(jù)誤差,如果缺乏光照強(qiáng)度,會(huì)重新擬合點(diǎn)云數(shù)據(jù)。結(jié)果證實(shí)不同距離下點(diǎn)云擬合誤差與光照強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,證實(shí)掃描點(diǎn)云質(zhì)量不受弱光條件影響[8]。
2.3?四元數(shù)算法點(diǎn)云配準(zhǔn)可行性分析
為了提高四元數(shù)算法點(diǎn)云配準(zhǔn),排除環(huán)境、位置、區(qū)域等因素影響,可以運(yùn)用拼接方式“復(fù)原”物體,應(yīng)建立點(diǎn)云模型,實(shí)行多站點(diǎn)拼接,優(yōu)化拼接方案,避免出現(xiàn)誤差傳播,提高點(diǎn)云模型質(zhì)量。首先,點(diǎn)云配準(zhǔn)原理。多占拼接是改變掃描儀幾何位置,精確測(cè)量目標(biāo)物體,對(duì)點(diǎn)云坐標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移,使不同坐標(biāo)系之間剛體轉(zhuǎn)換。點(diǎn)云級(jí)配準(zhǔn)需要高精度配準(zhǔn)及無(wú)標(biāo)靶特征的點(diǎn)云配準(zhǔn),通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)矩陣和平移矩陣,使測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)處于相同坐標(biāo)系中。配準(zhǔn)算法可以選擇應(yīng)用六參數(shù)配準(zhǔn)算法、四元數(shù)配準(zhǔn)算法、ICP配準(zhǔn)算法3種。其中四元數(shù)算法流程是需要配對(duì)點(diǎn)集重心化、構(gòu)造協(xié)方差矩陣和對(duì)稱矩陣、對(duì)特征值分解并構(gòu)建四元數(shù),最后構(gòu)建旋轉(zhuǎn)矩陣、計(jì)算平移向量。其中四元數(shù)算法電源配準(zhǔn)誤差傳播模型包括兩站配準(zhǔn)誤差傳播模型、多站配準(zhǔn)的誤差傳播模型。四元數(shù)點(diǎn)云配準(zhǔn)的算法及誤差傳播模型,能夠推導(dǎo)出兩站點(diǎn)云和多占配準(zhǔn)誤差傳播規(guī)律,促進(jìn)配準(zhǔn)精度,為工程規(guī)劃竣工測(cè)量多站拼接提供參考依據(jù)[9]。
3?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中的應(yīng)用
3.1?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)
建筑工程領(lǐng)域無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用日趨成熟,可以提高測(cè)量精準(zhǔn)性。第一,系統(tǒng)構(gòu)成。該技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行需要無(wú)人機(jī)飛行必備的平臺(tái)、測(cè)繪所需的數(shù)碼相機(jī)、導(dǎo)航控制系統(tǒng)、地面站、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。第二,無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)特征。無(wú)人機(jī)傾斜攝影不需要專業(yè)升降長(zhǎng)度,影像分辨率較高,操作便捷,升空準(zhǔn)備時(shí)間短,很少受到天氣情況影響[10]。
3.2?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的作業(yè)流程與關(guān)鍵技術(shù)
3.2.1?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量作業(yè)流程
為測(cè)區(qū)踏勘與技術(shù)設(shè)計(jì)→航線規(guī)劃設(shè)計(jì)→航空攝影→數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查(受到航飛及影像質(zhì)量影響較大)→影像畸變改正→像控點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量→空三加密→模型處理(根據(jù)生成的DOM、DEM、DLG等編輯相應(yīng)的產(chǎn)品)。
3.2.2?航線規(guī)劃設(shè)計(jì)
需要?jiǎng)澐趾綌z過(guò)程中應(yīng)明確分區(qū)界限及圖廓線,嚴(yán)格控制分區(qū)地形高差,確保不超過(guò)1/6航高,如果高差出現(xiàn)變化,需要跨圖廓?jiǎng)澐趾綌z分區(qū),分區(qū)內(nèi)的景物反差及地形類別盡量與地貌類型保持一致,分區(qū)跨度要根據(jù)成圖比例,數(shù)據(jù)控三加密處理與像控點(diǎn)布點(diǎn)方案也應(yīng)一并考慮。劃分拍攝分區(qū),要考慮到無(wú)人機(jī)的安全距離與高度,避免對(duì)分區(qū)劃分及基準(zhǔn)面造成影響。另外,還要確定攝影比例尺,根據(jù)測(cè)圖比例確定;航高設(shè)計(jì)需要根據(jù)作業(yè)任務(wù)的成圖比例尺;航速設(shè)計(jì)是確保無(wú)人機(jī)作業(yè)時(shí)放慢速度,保持影像清晰度;航線設(shè)計(jì)一般按照東西方向分型,精準(zhǔn)計(jì)算航線首末攝站坐標(biāo),提高像點(diǎn)精度,航向覆蓋要超出2條基線;航攝時(shí)間確定應(yīng)選擇晴天且透明度好的季節(jié),選擇陽(yáng)光充足,正午前后1?h航拍效果最佳。
3.2.3?外業(yè)數(shù)據(jù)采集
外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程需要確定好航拍架次及順序,起降場(chǎng)地應(yīng)選擇平坦無(wú)樹樁位置,仔細(xì)檢查動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、路點(diǎn)狀態(tài),并將航線設(shè)計(jì)導(dǎo)入無(wú)人機(jī)系統(tǒng),按照預(yù)定航線起飛。當(dāng)無(wú)人機(jī)飛到一定高度以后,需要按照規(guī)定航高設(shè)計(jì)航線,確保將航線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至系統(tǒng)內(nèi)并傳輸至地面監(jiān)控系統(tǒng)。地面人員要密切監(jiān)控航高、航速、飛行軌跡,檢查影片數(shù)量和質(zhì)量,如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常,應(yīng)及時(shí)更改飛行計(jì)劃。
3.2.4?像控點(diǎn)布設(shè)與施測(cè)
像控點(diǎn)布設(shè)應(yīng)遵循聯(lián)測(cè)成平高點(diǎn)、按照航線在整個(gè)測(cè)區(qū)統(tǒng)一布設(shè)、在地面上設(shè)置明顯標(biāo)記、像控點(diǎn)布設(shè)在相鄰航線之間重疊部位、像片邊緣不足1?cm的位置不設(shè)置控制點(diǎn)、盡量布設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)位置上。布點(diǎn)方案包括航帶網(wǎng)法、區(qū)域網(wǎng)法等。
3.3?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的精度影響因素
4?測(cè)繪新技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例
4.1?項(xiàng)目概況與作業(yè)依據(jù)
黑龍江省大慶市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)大廈建設(shè)工程項(xiàng)目,由綜合樓與汽車城兩部分,建筑面積為16.2萬(wàn)㎡,建筑造型采用流線型,項(xiàng)目建筑設(shè)計(jì)高度174?m,采用三角形設(shè)計(jì),每層輪廓曲線不同,標(biāo)準(zhǔn)層向上逐層縮小,外墻運(yùn)用玻璃幕墻和金屬幕墻,適應(yīng)弧形曲線設(shè)計(jì),弧形結(jié)構(gòu)占建筑整體的80%,其中內(nèi)連梁采用圓心控制的多曲線弧形梁,空間布局較為繁雜。作業(yè)依據(jù)需要根據(jù)國(guó)家《測(cè)繪作業(yè)人員安全規(guī)范》《城市測(cè)量規(guī)范》《測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定》《建設(shè)工程建筑面積計(jì)算規(guī)范》《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》《數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》《建設(shè)工程規(guī)劃許可證》等。
4.2?技術(shù)路線及與工作流程
4.2.1?技術(shù)路線
根據(jù)建筑工程規(guī)劃竣工測(cè)量?jī)?nèi)容,需要對(duì)圖紙進(jìn)行審核,控制測(cè)量,構(gòu)建平面位置、長(zhǎng)寬尺寸相關(guān)要素測(cè)量,構(gòu)建高程、高度等相關(guān)要素,建筑面積測(cè)量與計(jì)算,對(duì)地形及其他附屬設(shè)施進(jìn)行測(cè)繪,平面布局與其他規(guī)劃要素測(cè)量,與規(guī)劃指標(biāo)對(duì)比及說(shuō)明,結(jié)合我國(guó)現(xiàn)今工程測(cè)量施工經(jīng)驗(yàn),構(gòu)建技術(shù)流程方案。
4.2.2?工作流程
4.3?技術(shù)難點(diǎn)與創(chuàng)新
建筑結(jié)構(gòu)施測(cè)難度最大的是穹頂最高點(diǎn),采用變換儀器高法進(jìn)行多余觀測(cè),求得平均值,采用最佳觀測(cè)角度實(shí)施對(duì)邊測(cè)量,運(yùn)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量。建筑物輪廓提取復(fù)雜,全站儀可以擬合建筑物輪廓,實(shí)現(xiàn)逐層踩點(diǎn),利用三維激光掃描點(diǎn)云技術(shù)獲取建筑物輪廓,無(wú)人機(jī)正射影響提取建筑物輪廓,數(shù)據(jù)處理效率低,數(shù)據(jù)入庫(kù)復(fù)雜。充分利用EPS2008,利用VBScript腳本開發(fā)提高作圖質(zhì)量、效率。利用南方CASS?9.0進(jìn)行二次開發(fā),形成生產(chǎn)自動(dòng)化解決方案——CASS竣工測(cè)量版。進(jìn)行輔助軟件開發(fā),提高工作效率。
5?結(jié)語(yǔ)
建筑工程結(jié)構(gòu)追求新穎、獨(dú)特、建筑風(fēng)格日趨復(fù)雜,新的測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用探索越來(lái)越被重視,文章分析了CORS技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù),總結(jié)了3種技術(shù)的工作原理和作業(yè)流程,并對(duì)精度影響因素進(jìn)行全面闡述,并以黑龍江大慶高新區(qū)建筑為例,驗(yàn)證了CORS技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在具體測(cè)量作業(yè)中的實(shí)用性,為測(cè)繪新技術(shù)在建筑工程規(guī)劃測(cè)量中提供理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)[1] 褚福俠,蔡大成,趙新童.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2022,12(26):186-189.