测绘技术在工程建设中的应用

1、测绘工程概述

测绘是采集、量测、处理、分析、解释、描述、利用和评价与地理和空间分布有关数据的一门科学、工艺、技术和经济实体,具有基础性、前期性和公益性和特点。测绘产品是反映地表上的自然、人工要素及其在地理空间的位置和属性信息的,而这些信息是社会发展和经济建设的各行各业需要利用和必须依赖的基础。而工程测绘是把工程地区各种地面物体的位置和形状,以及地面的起伏状态,用各种图例符号,依照规定的比例尺测绘成地形图,或者用数字表示出来,为工程建设的规划设计提供必要的图纸和资料。要测绘的地球表面形态以及地物地貌虽然复杂多样,但其形状和大小均可看作是由一些特征点的平面位置和高程所决定的。测绘工程的主要任务有控制测量,碎部测绘,线路测绘,施工放样,数据处理等工作。

1.1 控制测量。控制测量就是在测区范围内建立统一的控制网,以便统一各局部的地形测量工作,使所测的地形图能相互拼接构成整体,而且精度均匀。控制网分为平面控制网和高程控制网两类都遵循从整体到局部、分级布网,逐级加密的原则进行布设。平面控制网常规布设方法有两种,即GPS测量和导线测量。高程控制网常规布设方法有三种,即GPS测量,三角高程测量和水准测量。

平面控制点点位应选在土质坚实的地方或坚固稳定的高建筑物顶面上,便于造标、埋石和观测,并能永久保存。埋高永久性的标石坑底填以砂石,捣固夯实或浇灌混凝土底层。标志中心应具有明显、耐久的中心点。GPS点宜取村名、山名、地名、单位名作为点名,并应向当地政府和人民群众进行仔细调查后确定。同一测区有相同的点名应加以区别。

高程控制网布设范围应与平面控制网相适应。测区内只应建立一个统一的高程系统,应采用1985年国家高程基准或沿用1956年黄海高程系统。首级网应布设成闭合环线,加密网可布设成附合路线、结点网和闭合环。水准路线直以起止地点的简称为线名,起止地名的顺序为“起西止东”或“起北止南”。环线名称取环线内最大的地名后加“环”字命名。水准路线的等级,分别以II,III,IV书写于线名之前表示。水准点编号应自路线的起点开始,按1,2,3……顺序编定点号。

1.2 碎部测绘。碎部测绘就是在测区内用精密的仪器和方法测量地形地物特征点的三维坐标,然后绘制出图形来。现代碎部测绘以数字测绘为主,即数据的采集,存储,传输,计算,绘图等以计算机为核心,人工干预为辅。数据采集过程是一个多源数据集成的过程。外业数据的采集与作业区的自然环境、人文环境、经济发展状况有着密切的关系。地形数据的采集遵循“先控制,后碎部”的原则,范围的划定应尽量以自然线状地物的中心以及行政界线进行划分,确保实地的测绘不重不漏,以保证地形图数据的完整性和准确性。

地形图的绘图要求:第一、绘制轮廓符号应符合下列规定:依比例绘制的轮廓符号,应保持轮廓位置的精度,轮廓内的说明符号,应按图式规定配置。第二、图面注记的配置,应符合下列规定:文字注记应使所指示的地物能明确判读。一般情况下,字头应朝北。道路河流名称,可随线状弯曲的方向排列。第三、居民地的绘制,应符合下列的规定:城镇和农村的街区、房屋,均应按外轮廓线准确绘制;街区与道路的衔接处,应0.2mm的间隔。第四、水系的绘制,应符合下列规定:水系应先绘桥、闸,其次绘双线河、湖泊、渠、海岸线、单线河,然后绘堤岸、陡岸、沙滩和渡口等;当河流遇桥梁时应中断;单线沟渠与双线河相交时,应将水涯线断开,弯曲交于一点。第五、道路网的绘制,应符合下列规定:当绘制道路时,应先绘铁路,再绘公路及大车路等;当实线道路与虚线道路、虚线道路与虚线道路相交时,应实部相交;当公路遇桥梁时,公路与桥梁应0.2mm的间隔。第六、等高线的绘制,应符合下列规定:必须保证精度,不得跑线变形。当单色图上的等高线遇双线河、渠和不依比例绘制的符号时,应中断;当多色图上的等高线遇双线河、渠时,应中断,遇其他地物时,不得中断。第七、境界线的绘制,应符合下列规定:凡绘制有国界线的图,必须符合国务院批准的有关国境界线的绘制规定;境界线的转角处,不得有间断,并应在转角上绘出点或曲折线。

1.3 线路测绘。“线路”是管道、道路、渠道及输电线路等的总称。线路测量包括两方面的任务:一是为线路工程设计提供地形图和断面图;二是进行线路工程施工测量。具体内容有:中线测量,根据规划设计的平面位置,将线路工程的中线包括起点、转折点和终点标定于实地,并测定其转向角,设置里程桩,有的还要测设曲线;纵横断面图,以了解其纵向及横向的地面起伏情况;测绘线路沿线一定宽度的带状地形图,供设计和施工用;施工测量,根据施工要求,为不同的施工阶段提供各种测量定位标志;测绘竣工图,供日后管理和维修用。

1.4 施工放样。施工放样是把图纸上己设计好的建筑物等按设计要求在现场标定出来,作为施工的依据。

1.5 数据处理。数据处理包括控制测量的观测数据的整理,计算,平差等;碎部测绘的原始数据的整理,计算,修改等;属性数据采集后的整理等。

2、测绘工程的特点及发展趋势

2.1 现代测绘工程的特点。现代测绘工程的主要特点概括起来就是“六化”和“十六字”。“六化”即测量内外业作业的一体化、数据获取及处理的自动化、测量过程控制和系统行为的智能化、测量成果和产品的数字化、测量信息管理的可视化、信息共享和传播的网络化。“十六字”是精确、快速、可靠、实时(动态)、遥测(遥控、遥传)、集成、简便、安全。组织测绘工作应遵循的原则是“从整体到局部”、“先控制后碎部”,这样可以减少误差的累积,保证测图的精度,可以分幅或分区测绘,加快测图进度。

2.2 现代测绘工程的发展趋势。现代测绘工程的发展趋势: 

　　以测量机器人为代表的智能和自动化系统的广泛应用;2)基于知识和数据挖掘的工程信息系统;3)从土木工程测量和三维工业测量到人体医学测量;4)多传感器的集成和混合系统;5)GPS、GIS、RS,TPS和激光扫描系统等多S技术集成与融合;6)大面积空间数据的快速采集和处理;7)精密数据处理和海量数据处理方面的数学物理建模;8)信息服务的网络化和可视化。

传统工程测量技术的服务领域主要包括水利、交通、建筑等行业,随着计算机、网络技术的发展、测量仪器的智能化,数字化测绘技术得到了广泛的应用,而全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、摄影测量与遥感(RS)以及数字化测绘和地面测量先进技术的发展,测量数据采集和处理的逐渐自动化、实时化和数字化,工程测量的服务领域也应进一步延伸,以满足不断提高的社会需要。

一、数字化技术在原图处理中的应用

(一)原图数字化处理

在建立各种GIS 系统时,需要对原有地图进行数字化处理,对于原始地图,若其现势性、精度和比例尺能满足要求,就可以利用数字化仪对其进行数字化处理工作。当前主要有手扶跟踪数字化和扫描矢量化、GPS数据输入三种方法,手扶跟踪数字化需要的仪器为计算机,数字化仪及相关软件,是较早的一种数字化输入方法,输入速度较慢,劳动强度也较大。扫描矢量化是通过扫描仪输入扫描图像,然后通过矢量跟踪,确定实体的空间位置。随着扫描仪的普及和矢量化软件的不断升级,其作业方法越来越趋于自动化,它是一种省时,高效的数据输入方法。GPS输入是依据GPS工具能确定地球表面图形精确位置, 由于它测定的是三维空间位置的数字,因此不需作任何转换,可直接输入数据库,目前主要是应用RTK(Real Time Kinematics-实时动态)技术,它是在GPS 基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS 定位测量方式,通过将1台GPS 接收机安装在已知点上对GPS 卫星进行观测,将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上,再通过基准站电台发射出去;流动站在对GPS 卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时,也接收由基准站电台发射的信号,经解调得到基准站的载波相位观测量,流动站的GPS 接收机再利用0TF(运动中求解整周模糊度)技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度,最后求出厘米级精度流动站的位置。应用这种测量方法测量可以不布设各级控制点,仅依据一定数量的基准控制点,便可以高精度快速地测定图根控制点、界址点、地形点、地物点的坐标,利用测图软件可以在野外一次生成电子地图。同时,也可以根据已有的数据成果快速地进行施工放样。而实际应用得较多的主要是数字扫描矢量化软件,针对大比例尺地形图,大多数扫描矢量化软件能自动提取多边形信息,高效、便捷、保真的对地图进行数字化处理。下面简单介绍MAPCAD软件的原图数字化处理作业流程。

(二)数字化原图作业流程

由于MAPCAD软件扫描矢量化输入方法具有图像清晰、编辑方便、易于转换等特点一般外设精度都能满足,所以地形图的精度主要取决于人工跟踪精度和输出设备精度,而人工跟踪精度主要取决于作业人员的技能掌握熟练程度和工作态度,所以必须在加强作业人员基本技能培训上下工夫,要求工作人员严格按矢量化方案作业,确保图件的精度和质量高于国家现行数字化测图规范所规定的数字化精度和质量。在工程测量实践中,要做好地形图外业测点与数字化图缩放相结合、符号图层的划分子图、线型符号库的设计等工作保证满足工程进度的同时又节约项目经费,设计出的数字地图简单易用、美观整洁、易于使用地形图的工作人员判读。

二、数字化绘图

(一)数字化绘图的特点

大比例尺地形图和工程图的测绘是传统工程测量的重要内容,数字化绘图克服了手工绘图存在的许多弊端,如工作量大,作业艰苦,作业程序复杂,烦琐的内业数据处理和绘图工作,成图周期长,产品单一等缺点,符合现代飞速发展的工程需要。目前,数字化成图技术主要有内外业一体化和电子平板两种模式。内外业一体化是一种外业数据采集方法,主要设备是全站仪、电子手簿等,其特点是精度高、内外业分工明确、便于人员分配,从而具有较高的成图效率。

具有以下的特点：

1、一测多用：如在一些综合性较强的工程中需要对同一地形图绘制不同比例尺的地形图,过去的平板测图方法则需要重复工作,而数字化测图则可以同时根据完成的地形图绘制不同比例尺的多个地形图,因为往往小比例尺包含了大比例尺地形图测图范围。仅需先测大比例尺图范围,再补充小比例尺测图范围即可满足各不同专业人员对不同比例尺的地形图的需要。

2、精度高：数字化成图系统在外业采集数据时,利用全站仪现场自动采集地形地物点的三维坐标,并自动存储,在内业数据处理时,完全保持了外业测量的精度,消除了人为的错误及误差来源,而且外业工作省略了读数、计算、展点绘图等外业工序,减少了作业人员,外业工效大大提高,时间缩短,直接生产成本大幅度下降。

3、劳动强度：小数字化成图的过程,减轻了作业人员的劳动强度,使生产周期大大缩短,能及时满足用户的要求。

4、便于保存管理及更新方便：数字化产品既可以存储在软盘上,也可以通过绘图仪绘在所需的图纸上,线条、线划粗细均匀,注记、字体工整,图面整齐、美观。且便于修改,能更好地保证图形的现势性和不变形性,避免重复测绘造成的浪费,增加地形图的实用性和用户的广泛性。

(二)外业数据的采集

在采集数据时,数据采集人员要准确应用地物代码,以免在内业成图时出现错误;在观测开始时,相关工作人员需严格按照要求应对测站点进行检查,跑尺人员应严格按照自动成图的要求作业,确保能完整地描述地形地貌的特征点,必须通过绘制草图来表明各个地物碎部点的属性及相互关系,测量坎子时,要量取坎子比高,坎下也要进行地形点采集。当一个测区完成后,如果有必要可把数据备份。

(三)绘制内业数据处理

无论是工程进程各阶段的测量工作,还是不同工程的测量工作,都需要根据误差分析和测量平差理论选择适当的测量手段,并对测量成果进行处理和分析。

三、工程测量中的数字摄影测量技术

数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理,应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法。就摄影测量本身而言,从测绘的角度上来看数字摄影测量还是利用影像来进行测绘的科学与技术;而从信息科学和计算机视觉科学的角度来看,它是利用影像来重建三维表面模型的科学与技术,也就是在“室内”重建地形的三维表面模型,然后在模型上进行测绘,从本质上来说, 它与原来的摄影测量没有区别。因而,在数字摄影测量系统中,整个的生产流程与作业方式,和传统的摄影测量差别似乎不大,但是它给传统的摄影测量带来了重大的变革。

目前通过在空中利用数字摄影机所获得的数字影像,内业使用专门的航测软件处理,进行的航空摄影测量是大面积、大比例尺地形测图、地籍测量的重要手段与方法,在计算机上对数字影像进行像对匹配,建立地面的数字模型,再通过专用的软件来获得数字地图。该方法的特点是可将大量的外业测量工作移到室内完成,它具有成图速度快、精度高而均匀、成本低,不受气候及季节的限制等优点。特别适合于城市密集地区的大面积成图。但是该方法的初期投入较大,如果一个测区较小,它的成本就显得较高。但可以说是今后数字测图的一个重要发展方向,未来社会要求的是可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图产品。并且随着全数字摄影工作站的出现,加上GPS 技术在摄影测量中的应用,使得摄影测量向自动化、数字化方向迈进。

四、结语

随着数字化测绘技术的提高,GIS技术的不断成熟、GPS技术在各行各业的广泛应用,现代工程测量必将朝着测量数字工程化的方向发展。大力开展数字化测绘技术的应用与研究将是测绘单位提升自身竞争实力和创造经济效益的首要任务。