工程测量中现代测绘技术的应用分析

李发升

（南通市测绘院有限公司，江苏 南通 226000）

1 引言

在步入工业4.0时代后，信息化、数字化、科技化成为我国工程领域变革发展的主要方向。结合国内外研究成果及行业市场发展现状来看，现代工程测绘领域已涌现出了大量的新技术和新工具，如遥感技术、卫星定位技术、无人机技术、三维建模技术等。这些技术能够从空间定位、影像采集、图像绘制等角度出发，在突破传统人工限制、淡化传统人为风险的基础上，赋予测量信息、测绘成果以更高的利用价值，从而实现工程测量综合效益的大幅度提升。基于此，有必要对现代测绘技术在工程测量中的应用路径展开探究。

2 工程测量中现代测绘技术应用的基本思路

在工程测量中，可以全面提升测量效率与测量效果为导向，实现多种现代测绘手段、测绘工具的综合运用，并具体分为“测”与“绘”两个方面。在“测”的过程中，可运用无人机技术、卫星定位技术、遥感技术对现实场景的数据信息进行全面化、精细化采集。

在现阶段的工程测量中，无人机航摄是一种应用广泛、功能全面的新技术类型。在实际应用中，无人机能够为工程测量提供移动灵活、操控自如的工具载体，可满足不同高度、不同角度的数据信息采集需求。在此基础上，无人机设备可通过搭载多种设备装置实现测量功能的拓展与强化。例如，在搭载卫星定位设备后，无人机可通过信号接收装置与卫星之间的交互通信，实现各测量点坐标参数的确定。在搭载高精度摄像机、光学扫描仪、电磁传感器等传感设备后，无人机可对测量对象的多种信息进行采集与记录。在外业数据采集结束后，可将无人机航摄获取到的工程测量信息导入信息化测绘软件，进而实现工程测量结果的生成与进一步应用。

本文以某海边偏远地区的房屋建筑工程为例，分析现代测绘技术中的无人机航摄技术的应用。

工程测量思路为：首先，对房屋建筑工程的现场情况进行调查分析，并做好测量范围选取、测量航线设计、设备设施配置调试等工作。然后，按照预设的测量航线、测量角度、测量高度及布点机制，操控无人机进行移动作业，并通过无人机搭载的GPS定位器、遥测传感器进行图像、空间、坐标等现实信息的采集获取。最后，将实测信息输入BIM建模软件，进行房屋建筑及周围环境三维模型的立体化绘制，并据此开展后续的图像处理与工程分析工作[1]。BIM建模软件可根据多维度的实测数据生成数字化、立体化的仿真模型，进而将房建工程场景如实呈现在计算机虚拟环境中。

3 工程测量中现代测绘技术的应用分析

3.1 前期准备环节的技术把控

在正式开展基于现代测绘技术的工程测量工作之前，需要做好多方面的准备工作。具体如下：

首先，需要对工程测量区域进行前期调查分析。一方面，应对测量区域的基本情况进行全面的了解，如测区范围、分区结构、设施分布等，从而为无人机航区、航线、测点等方面的规划设计提供依据基础。另一方面，应掌握测量区域的环境现状、气候条件，并对工程测量周期内的气象变化进行提前预知。做好这一方面的准备工作，无论是对于无人机选型而言，还是对于航摄参数、测量方案的编制设置而言，都有着基础性、关键性的支持作用。

其次，在测量区域调查分析工作结束后，需要依据相关结果选择测量设备。选择时，应把控好以下几点：（1）无人机材质的选择。若为应急性工程测量，或测量成本相对有限，可使用木质无人机进行测量作业。若工程测量环境相对恶劣，存在高海拔、大风力等情况，则应选择碳纤维、玻璃钢等强材质的无人机设备，以确保测量作业的安全性与稳定性。由于案例工程地处海边困难地区，所以，选择碳纤维无人机作为航摄设备；（2）无人机载重性能的选择。通常情况下，无人机载质量为6~10 kg，可满足定位器、摄影机等设备装置的搭载需求。但由于案例工程处于海边困难地区（交通不便，风力影响大），故而将无人机的设计载重量提升至15 kg，以应对特殊的环境影响；（3）电源、油箱的选择。一般来讲，无人机的单次工程作业时间在2~3 h，机载电源、机载油箱必须满足该时长区间的供能要求，以保证无人机能源消耗与能源补充的可靠性；（4）无人机飞行稳定性与操控可靠性的检验。选择无人机设备时，应保证无人机在航摄操控中持续做到飞行平稳、航线规范，航线、高度、速度偏差应小于5%，水平偏差应小于3%；（5）机载设备装置的选择。在GPS定位器方面，无人机飞行定位的垂直误差、水平误差应分别小于0.5 m、1.0 m，无人机机器视觉定位的垂直误差、水平误差应分别小于0.1 m、0.3 m。在影像传感器方面，为了获取高精度的测量信息，案例工程选择CCD分辨率为2 000×3 000的航拍摄影机。同时，将影像信息采集的平面精度控制在0.2~0.5μm，以免像素点结构偏差对后期测绘效果产生负面影响。此外，以保证测量信息的画面质量与获取连续性为目的，还应对传感器的感光度、快门速度、曝光间隔、工作温度等选择指标进行严格把控。一般来讲，快门速度以高于1/1 000 s为宜，曝光间隔应约为3 s，感光度处在100~200区间内即可。在快速飞行、高空作业的背景下，传感器应具备良好的耐寒性，因此，应保证其在-20~50℃的环境中稳定运行[2]。

最后，需要对无人机的测量作业参数进行设置，并做好测点、测区的布控工作。在参数设置方面，可将无人机飞行速度控制在80~120 km/h，既能防止航速过快影响测量信息的采集质量，又能避免无人机因航速过慢而产生姿态失稳风险。在此基础上，结合房屋建筑工程测量区域的调查结果，对航向、航线、飞行高度、测区边界进行针对性设置。完成作业参数设置后，应对测量区最小地面分辨率与最高点重叠度进行计算，公式为：

进行测点、测区的布控时，按照4×4的网格结构进行设置。在此基础上，为了提高测量精度、丰富测量数据，还可在网格内自由设置多个检查点、精测点。

3.2 航摄测量环节的技术把控

图1 航摄作业基本流程

在完成飞行计划制订、飞行参数设置、设备装置调试检查等工作后，即可开展正式的航测作业。在外业数据采集环节中，需要按照高度、航向、航速、测区等已制订的飞行计划内容，操控无人机设备进行飞行航摄。在此过程中，应依托基站监控系统对无人机的飞行轨迹、飞行高度、倾斜角度、能耗情况等信息进行密切关注，并对动态传回的空间坐标信息、平面影像信息、光谱扫描信息进行提取查看，若发现无人机设备存在飞行异常，或测量信息存在定位不准、影像模糊等问题，应及时停止测量作业，并对相关设备装置的运行参数、系统状态及硬件情况进行全面检查与调试维修。检修完成且确保无人机及机载设备性能完全恢复后，需要先进行小范围的试飞与试测。试验结果达到工程标准后，方可继续投入测量作业。在此基础上，如果无人机航摄连续性不佳，或前期飞行计划、测点布控缺乏合理性，将有可能引发“孤岛化”的测量信息采集问题，常见表现包括相邻坐标点位移过大、实测影像重叠度过小等。此时，为了提高图像、模型的后期绘制质量，保证工程测量结果的可靠性与完整性，还需要进行补飞处理。补飞时，无须完全按照原方案开展航摄作业，仅需以具体的“孤岛化”信息为准，对其所处的测点区间、测量区域实施信息采集即可。外业数据采集工作基本完成后，需要基于不同测点的基础信息，对多视点云数据进行配准处理。

处理完成后，需要剔除部分精度低、偏移大、质量差或冗余性的测量信息，并运用数字化手段对数据信息实施预处理，通常处理环节包括匀光处理、均色处理、噪点过滤、影像镶嵌、影像纠正等。预处理结束后，便可将工程测量信息输入到BIM软件当中，实现模型图像的绘制生成。

3.3 图像绘制环节的技术把控

在图像绘制环节，BIM软件首先会基于内置的数据信息处理模块，对已输入的工程测量信息实施再处理，主要包括分类整理、滤波加工、图形修整等。在此基础上，软件建模平台便可依据大量的定位、图像、控制线等信息，自动生成初步的三维仿真模型。其后，相关人员便可根据工程基础资料、前期调查结果与无人机采集影像，对建模参数实施进一步的精确调节，从而获得与真实场景高度一致的测绘模型。最后，一方面可将立体三维模型、多视图平面模型导出，以此作为重要的工程建设资料。另一方面，也可进一步运用BIM软件平台中的碰撞测试、虚拟漫游、人行模拟、趋势预测等模块，对模型内容进行深层次的处理与应用[3]。

3.4 无人机航摄技术的应用分析

在案例工程中，无人机航摄测绘技术主要有如下优势：

1）传统人工测绘会受到人为因素的限制，存在测量效率低、测绘耗时长、测绘精度不稳定等问题。在应用无人机航摄技术后，此类问题得到了有效解决。一方面，无人机设备在搭载影像传感器后，可对真实工程场景影像进行快速、连续、高精度的拍摄采集，从根本上保证了测量的效率与精度。在此基础上，由于测绘图像采用数字化生成方式，所以，能省去大量的人工绘图时间，并大幅度提升绘制成果对真实场景的复现性。另一方面，无人机飞行时速高达80~120 km，远远优于人工作业，进一步实现了提高效率、缩短工期的测绘效果。

2）案例工程地处复杂地区，环境基础条件相对恶劣，若长时间开展人工测绘作业，将形成一定的安全隐患。相比之下，无人机设备具有绝对性的材质性能优势，可满足高空、高寒、高压等苛刻环境下的作业需求。这既有助于提升工程测绘的完整性，也有助于实现测绘风险的有效规避。

3）传统工程测绘成果以平面图为主，难以满足动态化、前瞻化的工程资料应用需求。相比之下，以无人机航摄为来源、以BIM建模为手段的测绘成果更具立体性与实用性，能够为测绘资料的深层次、多元化应用提供有力支持。

4 结论

综上所述，将无人机技术、遥感技术、BIM技术等现代测绘技术应用到工程测量当中，能够达到高水平的“技术赋能”效果，全方位、深层次地促成工程测量作业的模式优化与质量提升。但需要注意的是，现代测绘技术对设备工具有着较高的依赖性，在开展相关工程测量作业时，必须要做好无人机、传感器、定位器、建模平台等工具的类型选择与参数设置，既要保证设备工具的技术功能满足测量需求，也要充分与测量区域的环境情况相适应。在此基础上，还应做好流程规划、控点布置、数据处理等工作，以确保最大化地提高测量信息的完整性、精确性，实现现代测绘技术价值的最大化发挥，进而为后续工程作业提供优质、可靠的依据基础。