工程测量与三维测绘技术的发展探讨

刘志刚 任照东 宋健

潍坊东信勘察测绘有限公司

摘要：工程测量设计的内容非常广泛，随着近年来我国工程建设的快速发展，工程测量技术手段和理论研究均取得了显著的提升。本文在分析工程测量技术发展特点的基础上，重点探讨了三维测绘技术在工程测量中的应用，对于该领域工作人员具有积极的指导意义。

关键字：工程测量，三维测绘技术

工程测量是一门以工程建设过程中测量理论与技术为研究对象的应用学科，是我国现代化建设和工程施工中的基础技术。在实际应用环节，工程测量的主要研究对象是城市建设、工业生产和资源开发领域的地形及其相关信息的采集、处理、观测、分析与预报等环节，现阶段的工程测量还应包括对于上述信息的管理和使用。工程测量作为一门历史悠久的学科，随着人类社会进入工业社会而迅速发展壮大。

1 工程测量技术发展特点分析

近年来工程建设规模和体量增长迅速，对工程测量工作效率和工作精度的要求也逐步提升。与之相对应的，工程测量的技术发展也呈现出了新的趋势，首先，工程测量技术从光学和机械一体化的常规测量仪器，向光学、机械、微电子技术和计算机技术一体化的自动化和智能化测量系统方向发展。传统的测量采用布设三角网、导线网、三角高程网、三四等水准测量等方法，通过测量角度、距离、高差来计算大地平面坐标和高程。GPS技术应用可直接获取平面和高程的三维坐标，在高程放样、地形测量、定点放样和直线放样的过程中，科技助于水准仪、经纬仪、全站仪、激光测量仪、电子经纬仪和光电测距仪等多种设备完成。其次，工程测量的发展与其他相关技术呈现互相促进的趋势。测绘各学科之间相互渗透、相互促进、相互融合的趋势越来越明显，在工程测量与其他学科共同发展的过程中，产生了新的信息采集与处理系统，诸如GPS定位系统和GIS地理信息系统等。最后，工程测量在21世纪的发展，表现出典型的自动化和数字化发展趋势，同时在数据管理中呈现出标准化和规格化要求，在数据的传播和应用环节，要求其具备网络化和多样化的能力。

2 三维测绘技术在工程测量中的应用

2.1 三维测绘技术提出的背景

三维测绘指的是通过测量得到目标区块或者物体的空间三维坐标，进而确定空间姿态和空间位置等信息，在此基础上，借助于计算机等技术实现目标的三维重建。三维测绘是在2+1维测绘理论的基础上发展而来的。传统的2+1维测绘理论无法满足社会经济发展的工程建设的需求，与居民的日常生活环境差别较大，具体表现在，2+1维测绘实质上是从空中俯瞰的效果，与日常生活中地面观测的习惯不同。其次，在城市规划过程中，尤其是旧城改造项目中，急需三维测绘以提升测绘精度。

加之与三维测绘相关的工程软件相继投入使用，三维CAD软件的应用为三维测绘提供了切实可行的工具。同时，现阶段的建筑施工已经不仅仅是按照传统的一层一层方式施工，在立体吊装施工中，2+1维测绘理论存在明显缺陷。

2.2 三维测绘技术发展现状

社会生产和居民生活对于三维测绘的需求非常迫切，但是在实际应用环节，三维测绘技术还存在较多需要改进和提升的问题。在三维测绘工程中，常用的仪器包括：激光跟踪仪、摄影测量仪器、卫星定位系统和三维激光扫描仪等。激光跟踪仪和关节臂三坐标量测仪多用于工业生产中，三维激光扫描仪是近年来新兴的三维测绘仪器。

（1）卫星定位测量系统。通过卫星定位测量系统获得的目标点位坐标数据是真正意义上的三维测量数据，主要是该种方式得到的数据是在地心直角坐标系中的数据。该种测量方式的测量精度非常高，如使用双频GPS点差法进行测量，数据精度可以到毫米级。但是在使用中，部分操作人员经常将卫星定位测量系统得到的数据转化到大地坐标系中，两者的差值较大，分析误差产生的原因，主要是二维测量受到大地水准面取值不精确的影响，故而测量精度难以保证。

（2）全站仪。使用全站仪进行测量，能够同时得到距离和角度数据，因此，全站仪属于标准的三维测绘工具。但是，部分工作人员使用2+1维中使用的水准面作为全站仪测量的基准面，测量结果必然受到大地水准面的影响而导致精度难以保证。

（3）三维激光扫描仪。三维激光扫描仪是近年来兴起的三维测绘仪器，主要的技术优势在于点位测量精度高、测量点密集、扫描速度快，在实际应用中普及较为迅速。同时该仪器在使用中不收大地水准面精度选取的影响。

2.3 三维测绘技术发展方向

通过上文的分析可以看到，三维测绘技术在仪器研究和应用中已经取得了突破性的进展，但是结合作者的调研，发现三维测绘技术在标准和理论研究等方面还存在较多问题，同时，三维测绘技术软件研制未能跟上硬件发展的步伐，上述问题正是三位测绘技术的发展方向。

（1）三维地理信息系统研究。测绘工作作为GIS的前端系统，是实现三维GIS测量的基础条件。为配合三维GIS技术发展，需要加强三维测绘与GIS系统的协同。

（2）加强三维测量理论研究。三维测绘与2+1维测绘相比，虽然测量的维度并没有增加，但是系统复杂度却显著提升。2+1维系统只是实现了从上向下看的俯视视角问题，但是三维测绘不仅仅需要实现从上向下看，还需要实现从下向上、从内到外和从外到内的观察，即实现全方位，全角度的目标描述。同时，还需要着力解决数据的存储、传输、查询和展示等多个方面的问题。

3 摄影测量技术在工程测绘中的应用

摄影测量技术已经广泛应用于工程测量和城市测绘领域，摄影测量技术的主要优势在于测量精度高，测量速度快，同时，该技术与计算机处理软件相结合，能够实现实时三维空间的展示，可实现多种形式的结果表达。在不接触目标物的基础上，实现了目标的观测。该技术能够极大地降低室外作业工作量，提升工作效率。摄影测量技术在长距离、大比例尺的城市测绘或者通讯线路测绘，保护文物测绘和医学测绘中具有明显优势，在常规测绘技术无法实现的场景中，具有广阔的应用前景。近年来，随着全数字摄影测量工作站的研制，摄影测量技术实现手段更加简便，在野外测量中及降低了测量控制点联测工作强度，还提升了测量精度，在一定程度上实现了数字化测量和自动化测量。

4 测绘传感器研究分析

三维测绘中经常使用的传感器包括GPS接收器、CCD数码相机和工程岩土位移伸缩机等，在复杂、大型工程施工中，实时性和高精度是保证工程质量的必要条件，这就要求使用能够实时测量的高进度传感器，并在此基础上，实现数据的自动采集和快速传输，满足大型工程快速测绘的工作需求。

5 大型精密工程测量与工业测量发展分析

近年来，我国国民经济取得快速发展，大型工程建设较多，对于超高精度测绘设备和自动化测量的需求不断增加，对三维测绘提出了更高的要求。为保证大规模、高精度、高度自动化的生产过程，需要结合精度更高的测绘技术，特种精密工程测量技术应运而生。该技术是在现代大地测量、计量学等相关技术的基础上发展起来的，配合专用仪器设备使用。

6 结语

近年来，各种复杂环境下、大规模和高精度的测绘场景逐渐增多，对测绘技术的要求越来越高，三维测绘能够从多个角度对目标物进行描绘和展示，在城市建设和工业生产中的应用更加广泛。通过上文的分析，可以看到三维测绘与传统的2+1维测绘有着显著的不同，三维测绘技术的测绘精度和工作效率显著提升，具有广阔的发展空间。同时也应注意到，现阶段的三维测绘技术自动化、数字化和智能化还有较大的提升空间，需要科研人员在这几个方面加大科技创新。

参考文献：

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[3]熊雁.工程测量与三维测绘技术的发展探索[J].居舍,2019(28):198.