孟德周 關(guān)增然 趙 坤
山東衛(wèi)測(cè)地理信息科技有限公司 山東 濱州 251900
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,測(cè)繪新技術(shù)不斷更新和進(jìn)步,可以將建筑工程的空間數(shù)據(jù)以數(shù)字化形式進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。這樣可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新、多維分析和動(dòng)態(tài)調(diào)整,為規(guī)劃竣工測(cè)量提供更靈活、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持,有助于城市規(guī)劃工作的信息化、規(guī)范化和科學(xué)化。因此,本文對(duì)測(cè)繪新技術(shù)在建筑工程規(guī)劃竣工測(cè)量中的應(yīng)用研究,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快,高層、超高層和異形建筑層出不窮,傳統(tǒng)的測(cè)繪手段已經(jīng)在規(guī)劃竣工測(cè)量中遇到了困難和瓶頸。與此同時(shí),在信息技術(shù)的快速發(fā)展下測(cè)繪新技術(shù)的進(jìn)步為測(cè)量工作提供了新的手段和方法,使得建筑工程空間數(shù)據(jù)的獲取方式向著實(shí)時(shí)化、數(shù)字化、多維化和動(dòng)態(tài)化發(fā)展。例如,CORS技術(shù)是一種基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的實(shí)時(shí)差分測(cè)量技術(shù)。通過(guò)在不同位置布置多個(gè)參考站,可以實(shí)時(shí)獲取高精度的位置數(shù)據(jù),并通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綔y(cè)量設(shè)備,從而提高測(cè)量的精度和效率。CORS技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中可以用于獲取建筑物的準(zhǔn)確位置和空間坐標(biāo)。三維激光掃描技術(shù)是一種快速獲取建筑物或場(chǎng)景三維信息的測(cè)量方法。通過(guò)激光掃描儀發(fā)射激光束,利用激光在建筑物表面的反射來(lái)測(cè)量距離和角度,從而獲取建筑物的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這種技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確地捕捉建筑物的形狀、結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié),為規(guī)劃竣工測(cè)量提供詳細(xì)的空間數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是利用無(wú)人機(jī)配備傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行航拍測(cè)量的方法。傾斜攝影系統(tǒng)可以同時(shí)獲取垂直和斜向的影像,通過(guò)圖像處理和三維重建算法,可以生成高精度的建筑物模型和紋理貼圖。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有高效、靈活和成本較低的特點(diǎn),適用于大范圍的建筑物測(cè)繪和監(jiān)測(cè)。這些測(cè)繪新技術(shù)的應(yīng)用可以提高規(guī)劃竣工測(cè)量的效率和精度,為城市規(guī)劃工作提供更具體、直觀和詳盡的空間數(shù)據(jù)。通過(guò)采用CORS技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)和無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù),可以更好地滿足復(fù)雜建筑物的測(cè)量需求,促進(jìn)城市規(guī)劃工作的信息化、規(guī)范化和科學(xué)化發(fā)展[1]。
在規(guī)劃竣工測(cè)量中,CORS技術(shù)可以為建筑工程規(guī)劃竣工測(cè)量提供高精度的位置數(shù)據(jù)。首先,需要布置多個(gè)參考站,這些參考站分布在測(cè)量區(qū)域的不同位置,用于實(shí)時(shí)獲取位置數(shù)據(jù)。參考站之間應(yīng)距離適中,以保證測(cè)量范圍內(nèi)的信號(hào)覆蓋和數(shù)據(jù)連續(xù)性。其次,參考站通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)傳輸給測(cè)量設(shè)備。測(cè)量設(shè)備可以是移動(dòng)的GPS接收器,也可以是激光掃描儀、無(wú)人機(jī)等測(cè)量設(shè)備。這些設(shè)備通過(guò)接收參考站的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)差分測(cè)量。再次,測(cè)量設(shè)備根據(jù)參考站的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行差分計(jì)算,得到高精度的測(cè)量結(jié)果。差分計(jì)算可以利用時(shí)間差分或相位差分等方法進(jìn)行。最后,測(cè)量結(jié)果可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理和分析,生成建筑物的空間數(shù)據(jù),如坐標(biāo)、高程、形狀等。這些數(shù)據(jù)可以用于建筑工程的規(guī)劃和竣工測(cè)量,提供更具體、直觀、詳盡的成果。
CORS技術(shù)在建筑工程測(cè)繪中的作業(yè)流程主要包括以下幾個(gè)步驟:第一,確定測(cè)量區(qū)域和參考站的布置。根據(jù)建筑物的大小和復(fù)雜程度,確定參考站的數(shù)量和位置,以保證信號(hào)覆蓋和數(shù)據(jù)連續(xù)性。參考站的布置要考慮遮擋物、多路徑效應(yīng)等因素,以提高測(cè)量的精度和穩(wěn)定性。第二,部署測(cè)量設(shè)備和接收器。根據(jù)測(cè)量任務(wù)的要求,選擇合適的測(cè)量設(shè)備和接收器,如GPS接收器、激光掃描儀、無(wú)人機(jī)等。設(shè)備的設(shè)置和校準(zhǔn)要按照廠商的要求進(jìn)行,確保測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。第三,進(jìn)行實(shí)時(shí)差分測(cè)量。測(cè)量設(shè)備接收參考站的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù),進(jìn)行差分計(jì)算,得到高精度的測(cè)量結(jié)果。這些結(jié)果可以直接用于建筑工程的規(guī)劃和竣工測(cè)量,也可以作為后續(xù)數(shù)據(jù)處理的輸入。第四,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。測(cè)量結(jié)果可以導(dǎo)入測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件,進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析。這包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、高程調(diào)整、形狀重建等過(guò)程,最終生成建筑物的空間數(shù)據(jù),為建筑工程的規(guī)劃和竣工提供支持。
三維激光掃描系統(tǒng)在建筑工程測(cè)繪過(guò)程中的精度受到多個(gè)因素的影響,包括:其一,掃描儀的精度。掃描儀的精度會(huì)直接影響掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度。因此,在選擇掃描儀時(shí)要注意其測(cè)量精度和穩(wěn)定性,以滿足測(cè)量任務(wù)的要求。其二,掃描儀的定位和標(biāo)定精度。掃描儀的定位和標(biāo)定精度會(huì)影響掃描儀的位置和姿態(tài)的準(zhǔn)確性,進(jìn)而影響掃描結(jié)果的精度。因此,在進(jìn)行掃描之前要進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和標(biāo)定操作。其三,測(cè)量環(huán)境的影響。測(cè)量環(huán)境中的光線、遮擋物、反射率等因素會(huì)對(duì)掃描結(jié)果產(chǎn)生影響。例如,光線強(qiáng)烈或過(guò)弱時(shí),會(huì)導(dǎo)致掃描儀的測(cè)量精度下降;遮擋物會(huì)阻擋激光束的傳播,導(dǎo)致掃描結(jié)果不完整;反射率不一致時(shí),會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)云密度和質(zhì)量的不均勻。其四,數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)處理包括點(diǎn)云的配準(zhǔn)、濾波、網(wǎng)格化等過(guò)程,處理的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響最終的測(cè)量結(jié)果。因此,在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中要注意選擇合適的算法和參數(shù),減少誤差的累積。
在建筑工程規(guī)劃竣工測(cè)量中,三維激光掃描系統(tǒng)的作業(yè)流程主要包括以下幾個(gè)步驟:首先,設(shè)置掃描儀的參數(shù)。根據(jù)測(cè)量任務(wù)的要求,設(shè)置激光掃描儀的測(cè)量范圍、分辨率、掃描速度等參數(shù)。這些參數(shù)的設(shè)置會(huì)直接影響掃描的效果和精度。其次,進(jìn)行掃描儀的定位與標(biāo)定。在進(jìn)行掃描之前,需要對(duì)掃描儀進(jìn)行定位和標(biāo)定,以確定掃描儀的位置和姿態(tài)。定位通常使用全站儀或GPS等儀器進(jìn)行,標(biāo)定則是通過(guò)掃描標(biāo)定板或控制點(diǎn)進(jìn)行。再次,進(jìn)行掃描操作。將激光掃描儀放置在測(cè)量區(qū)域的不同位置,通過(guò)掃描儀的旋轉(zhuǎn)和激光束的掃描,獲取物體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。掃描過(guò)程中需要保證掃描儀的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的連續(xù)性。最后,數(shù)據(jù)處理和分析。將掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維建模軟件,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。這包括點(diǎn)云的配準(zhǔn)、濾波、網(wǎng)格化、特征提取等過(guò)程,最終生成建筑物的三維模型和相關(guān)數(shù)據(jù),用于建筑工程的規(guī)劃和竣工測(cè)量。
無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)是一種利用無(wú)人機(jī)搭載傾斜攝影儀進(jìn)行航拍的測(cè)量技術(shù)。該系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)、傾斜攝影儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、GNSS接收器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備等組成。傾斜攝影儀可以同時(shí)獲取地面影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù),通過(guò)后期處理和配準(zhǔn),可以生成建筑物的三維模型和相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。
無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的作業(yè)流程主要包括:第一,航線規(guī)劃設(shè)計(jì)是無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的第一步。在航線規(guī)劃設(shè)計(jì)中,需要確定航線的飛行高度、航向、航速等參數(shù),以及攝影儀的傾角和方位角等參數(shù)。航線規(guī)劃設(shè)計(jì)的目標(biāo)是保證航拍的覆蓋率和重疊度,以獲取足夠的數(shù)據(jù)支持后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。第二,外業(yè)數(shù)據(jù)采集是無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的核心步驟。在外業(yè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中,無(wú)人機(jī)按照事先設(shè)計(jì)的航線進(jìn)行飛行,通過(guò)傾斜攝影儀獲取地面影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。同時(shí),慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和GNSS接收器可以提供無(wú)人機(jī)的位置和姿態(tài)信息,用于后期的數(shù)據(jù)處理和配準(zhǔn)。第三,像控點(diǎn)布設(shè)與施測(cè)是無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量中的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)布設(shè)像控點(diǎn),在地面上測(cè)量其坐標(biāo),然后進(jìn)行像控點(diǎn)的施測(cè),即在航拍過(guò)程中對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行攝影,獲取其影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過(guò)像控點(diǎn)的布設(shè)與施測(cè),可以提高后續(xù)數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確性,同時(shí)用于后期的數(shù)據(jù)處理和配準(zhǔn)。
無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的精度受到多個(gè)因素的影響:首先,傾斜攝影儀的精度。傾斜攝影儀的精度會(huì)直接影響航拍得到的地面影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度。因此,在選擇傾斜攝影儀時(shí),要考慮其像素分辨率、光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量、姿態(tài)測(cè)量的準(zhǔn)確性等因素,以滿足測(cè)量任務(wù)的要求。其次,航線規(guī)劃設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。航線規(guī)劃設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響航拍數(shù)據(jù)的覆蓋率和重疊度,進(jìn)而影響后續(xù)數(shù)據(jù)處理和分析的精度。因此,在航線規(guī)劃設(shè)計(jì)中,要充分考慮地形、建筑物的高度和形狀等因素,提高航線的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。再次,像控點(diǎn)的精度。像控點(diǎn)的精度會(huì)直接影響無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的精度。像控點(diǎn)的布設(shè)和施測(cè)需要精確測(cè)量其地面坐標(biāo),并在航拍過(guò)程中進(jìn)行影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集。如果像控點(diǎn)的位置測(cè)量不準(zhǔn)確或者在航拍過(guò)程中未能正確記錄和采集像控點(diǎn)的數(shù)據(jù),將導(dǎo)致后續(xù)數(shù)據(jù)處理和配準(zhǔn)的誤差,從而影響測(cè)量結(jié)果的精度。此外,外業(yè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的環(huán)境條件也會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的精度產(chǎn)生影響。例如,光線的強(qiáng)弱和角度的變化會(huì)影響地面影像的質(zhì)量和清晰度,從而影響測(cè)量的精度。同時(shí),風(fēng)力和氣溫的變化也會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行穩(wěn)定性和航跡的精度產(chǎn)生影響。最后,數(shù)據(jù)處理的方法和算法也會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的精度產(chǎn)生影響。數(shù)據(jù)處理包括點(diǎn)云的配準(zhǔn)、濾波、網(wǎng)格化等過(guò)程,處理的準(zhǔn)確性和參數(shù)選擇會(huì)直接影響最終的測(cè)量結(jié)果。因此,在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中需要選擇合適的算法和參數(shù),減少誤差的累積,提高測(cè)量的精度。
本文以一座大型商業(yè)綜合體的規(guī)劃竣工測(cè)量任務(wù)為例,該商業(yè)綜合體包含多棟建筑物和豐富的地形地貌,測(cè)量任務(wù)的目標(biāo)是獲取建筑物的三維模型和相關(guān)數(shù)據(jù),以支持規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作。同時(shí),該工程作業(yè)依據(jù)包括項(xiàng)目的測(cè)量要求和要求的精度要求,以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。測(cè)量要求包括建筑物的外部輪廓、高度、面積等參數(shù)的測(cè)量,以及地形地貌的測(cè)量。精度要求包括建筑物的高精度測(cè)量和模型重建,以及地形地貌的精度要求。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況包括建筑物的復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)、地形地貌的復(fù)雜性等[3]。
該項(xiàng)目采用了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃竣工測(cè)量,首先在航線規(guī)劃中,根據(jù)建筑物的布局和地形地貌的特點(diǎn),確定航線的飛行高度、航向、航速等參數(shù)。同時(shí),考慮到建筑物的復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)合適的傾斜攝影儀的傾角和方位角,以保證航拍數(shù)據(jù)的覆蓋率和重疊度。其次,通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍。無(wú)人機(jī)按照事先設(shè)計(jì)的航線進(jìn)行飛行,傾斜攝影儀同時(shí)獲取地面影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和GNSS接收器提供無(wú)人機(jī)的位置和姿態(tài)信息,用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和配準(zhǔn)。再次,對(duì)航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。數(shù)據(jù)處理包括點(diǎn)云的配準(zhǔn)、濾波、網(wǎng)格化等過(guò)程,以及地面影像的拼接和校正。數(shù)據(jù)分析包括建筑物的三維模型重建、地形地貌的提取和分析等。最后,對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和精度評(píng)定。通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析,驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度,并根據(jù)測(cè)量要求的精度要求進(jìn)行評(píng)定。
工作流程:第一,在航線規(guī)劃設(shè)計(jì)中,根據(jù)建筑物的布局和地形地貌的特點(diǎn),設(shè)計(jì)合適的航線和航拍參數(shù),以保證數(shù)據(jù)的覆蓋率和重疊度。第二,在外業(yè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中,無(wú)人機(jī)按照設(shè)計(jì)的航線進(jìn)行航拍,獲取地面影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。同時(shí),記錄像控點(diǎn)的位置和采集像控點(diǎn)的數(shù)據(jù)。第三,在像控點(diǎn)布設(shè)與施測(cè)中,通過(guò)布設(shè)像控點(diǎn)并測(cè)量其地面坐標(biāo),然后在航拍過(guò)程中對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行攝影,獲取其影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。第四,在數(shù)據(jù)處理和分析中,對(duì)航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,包括點(diǎn)云的配準(zhǔn)、濾波、網(wǎng)格化等過(guò)程,以及地面影像的拼接和校正。然后,通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析,進(jìn)行建筑物的三維模型重建和地形地貌的提取和分析??梢允褂命c(diǎn)云處理軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、濾波和網(wǎng)格化,得到高精度的建筑物模型和地形地貌模型。第五,在結(jié)果驗(yàn)證和精度評(píng)定階段,將測(cè)量結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析,驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度。根據(jù)測(cè)量要求的精度要求,對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)定,確保測(cè)量的精度達(dá)到要求。
在該項(xiàng)目中,技術(shù)難點(diǎn)主要包括建筑物的復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)、地形地貌的復(fù)雜性以及數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和效率。對(duì)于建筑物的復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu),需要設(shè)計(jì)合適的航線和傾斜攝影儀的傾角和方位角,以保證航拍數(shù)據(jù)的覆蓋率和重疊度。同時(shí),對(duì)于高層建筑和復(fù)雜形狀的建筑物,需要考慮遮擋和陰影對(duì)影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的影響,采用合適的處理方法和算法,提高測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性。對(duì)于地形地貌的復(fù)雜性,需要充分考慮地形起伏和地物的高程變化等因素,設(shè)計(jì)合適的航線和航拍參數(shù),以獲取全面準(zhǔn)確的地形地貌數(shù)據(jù)。同時(shí),需要使用合適的數(shù)據(jù)處理方法和算法,對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、配準(zhǔn)和網(wǎng)格化,以提高地形地貌模型的精度和準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)處理中,需要充分利用現(xiàn)代測(cè)繪新技術(shù),如機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等方法,對(duì)大量的航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。需要選擇合適的算法和參數(shù),減少誤差的累積,提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和效率。同時(shí),需要進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證和精度評(píng)定,確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度。
在創(chuàng)新方面,可以使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃竣工測(cè)量,以替代傳統(tǒng)的測(cè)量方法和手段。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量具有高效、精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn),可以快速獲取大量的航拍數(shù)據(jù),并進(jìn)行高精度的數(shù)據(jù)處理和分析。同時(shí),可以充分利用現(xiàn)代測(cè)繪新技術(shù),如機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等方法,對(duì)大量的航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,提高測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性[4]。
綜上所述,測(cè)繪新技術(shù)在建筑工程規(guī)劃竣工測(cè)量中具有重要的作用和價(jià)值。其可以提高測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性,促進(jìn)施工的精細(xì)化和智能化,優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)和空間布局,提供綜合管理和運(yùn)維支持。通過(guò)測(cè)繪新技術(shù)的應(yīng)用,可以實(shí)現(xiàn)精確的建筑物測(cè)量和定位,減少誤差和數(shù)據(jù)不一致性,提高建筑工程的質(zhì)量和精度。同時(shí),測(cè)繪新技術(shù)可以幫助建筑師優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)和空間布局,使得建筑物的功能和布局更加合理和舒適。