测绘新技术在建筑工程测量中的应用思路研究

王恩伟 史毛毛

摘要：测绘工程的工作内容是测量和采集国家地理、空间分布等方面的数据信息，获取到完整有效的信息以后，对数据进行专业的分析和评价，得出最终的结论，这些结论大部分被国家工程建设所采用，成为工程建设的基础参考数据，从而让国家工程的建设质量得到保证，也能有效促进工程安全性的提升。本文研究质量管理和系统控制的内容，主要目的是增强测绘工程的质量、效率和水平。

关键词：测绘新技术;建筑工程;测量

1 基于测绘新技术的建筑工程测量设计

1.1 确定三维激光扫描入射角及扫描距离

为了确保建筑工程测量结果的有效性，在此次的研究中，引进三维激光扫描技术作为测绘新技术，通过新技术的使用，进行建筑工程现场施工的测量[1]。

在测量前，需要先进行扫描入射角度与扫描有效范围的确定，并明确扫描设备架设的几何空间位置决定了扫描行为的发生条件。在此基础上，设定一个正向向量P，P表示扫描设备在向前端发射激光束时，向量光束扫描到建筑物构件表面的方向向量。在上述提出的内容中，扫描物体与其表层光束之间的法向量关系可表示为如下所示的计算公式：

公式（1）中：αi表示为三维激光扫描入射角的有效范围，通常取值在[0～π/2]范围内;Pi表示为第i个正向向量;N表示为扫描点云数据量。考虑到使用激光光束进行建筑体的扫描可能出现受到发散现象对其的影响，因此可在入射扫描激光时，选择垂直入射的方式进行激光高斯发射。当入射角为0的条件下，扫描物体上将出现一个圆形图形，随着扫描轨迹的增加，得到的圆形图形覆盖范围随之增大[2]。当入射角的角度不等于0时，圆形将存在“留迹”现象，对应的扫描轨迹越长，留下的轨迹面积越大。因此，可在确定三维激光扫描入射角及扫描距离时，根据建筑工程施工现场条件，确定一个有效的扫描范围，并根据入射角角度与留迹范围之间的规律，进行工程的有效测量。

1.2 采集测绘数据的拼接配准

在完成对三维激光扫描入射角及扫描距离的确定与建筑施工现场测绘数据的获取后，应当对数据进行拼接配准处理。配准过程中，需要将现场获取的测绘点集中在一个坐标体系中，将对应的点云数据坐标与现场作业影像进行“套合”处理，即恢复在获取点云数据过程中不同建筑体的位置与呈现形态，确保每个光束采集的信息可与区域内物体形成对应[3]。在进行建筑工程现场全景拼接时，可根据获取的单张图像面阵，将其与点云数据进行空间映射，结合映射后的图像得到高精度现场作业图像。

按照上述流程，对三维激光测绘数据进行配准，在完成独立区域数据的配准处理后，根据建筑施工现场不同区域作业之间的联系性，进行配准数据的拼接。拼接过程中，参照图2所示的流程，将不同施工作业区域内的点云数据导入指定坐标系中，通过对接坐标系的方式，便可以实现对采集测绘数据的拼接配准。完成建筑工程现场测量数据的处理后，将数据指向的信息与图示导入计算机内，生成一张可用于描述建筑工程施工现场的测绘地质图。

1.3 建筑工程结构三维测量

完成对测绘数据的采集以及拼接配准后，通过实现建筑工程结构的三维建模实现对其整体测量。结合激光扫描设备对建筑工程结构进行扫描，并将仪器扫描的中心点看作三维模型的中心点。通过对扫描设备发出的射线水平方向与目标点到中心点构成的夹角，垂直方向与目标点到中心点构成的夹角的测量、对其之间的直线距离的测量，得到三维坐标当中的距离数值和角度数值。将上述得到的测量结果作为测量目标的阵列点云数据，并将其作为极坐标当中的数据。

在三维模型当中，可采用转换对极坐标与笛卡尔坐标的方式，在对应的三维模型中进行测点坐标的确定，转换过程的计算公式为：

公式（2）中，x、y、z表示为在极坐标当中测点的横轴坐标、纵轴坐标和空间坐标;r表示为转换系数;θ表示为横轴和目标点与中心点连线构成的夹角;φ表示为纵轴和目标点与中心点连线构成的夹角。根据上述公式（2）计算得出各个测量点在三维空间中的坐标，实现对其建筑工程结构的三维测量。同时，在实际应用中，根据测量精度的需要，为了进一步提高点云数据在三维模型当中的数据质量，可以利用相关三维处理软件对建筑工程结构细节部分进行处理和镶嵌。同时，完成测量后，将数据以不同的格式存储，将其提供给建筑工程空间数据库或对应的工程项目当中，最终完成对测量结果的输出。

2 对比实验

为进一步验证本文上述提出的测量方法在实际应用中的合理性，选择以某办公楼作为研究对象，分别利用本文提出的测量方法和传统测量方法对该办公楼进行测量。本文测量方法的基本流程为：获取不同测站的点云数据;对测绘数据进行采集并实现拼接配准;实现建筑工程结构三维测量。传统测量方法按照以往测量方式完成。在实验过程中所需的扫描仪为Riegl VZ-150-8645型号扫描仪，同时还需要反射片标靶两个和两个三脚架。首先通过现场实地测量的方式，确定在该建筑结构当中三个公共点的三维坐标，并将其记录如表1所示。

表1 实验中三个公共点的三维坐标

表1中X表示为公共点横坐标;Y表示为公共点纵坐标;Z表示为公共点空间坐标。在明确三个公共点的三维坐标后，分别利用本文测量方法和传统测量方法对公共点坐标进行测算，并计算得出其相应的坐标差以及坐标中误差。坐标差为公共点三维坐标实际值与测量结果的差值;坐标中误差为公共点三个方向上坐标差的平均值。按照上述论述，将计算结果绘制成表2。

表2 两种测量方法坐标差与坐标中误差（单位：mm）

从表2中得出的实验数据可知，本文方法在对三个公共点的坐标测量时，坐标差最大为1mm，最小为0mm，坐标中误差在0.33mm～0.67mm范围内;传统方法对三个公共点的坐标测量时，坐标差最大为5mm，最小為2mm，坐标中误差在3.00mm～4.00mm范围内。因此，通过上述得出的实验结果可以证明，本文提出的测量方法能够有效降低各个测点的测量误差，并且将其控制在合理范围内，充分满足建筑工程中对测量精度提出的误差小于2.00mm的要求，证明本文测量方法具有更高的应用合理性。

3 结论

本文引进三维激光扫描技术作为测绘新技术，对建筑工程测量作业的实施进行了设计，并在完成对作业方法的设计后，将对比实验作为依托，将本文设计的测量方法与传统测量方法进行实践应用比对，经过实践测试后证明，本文设计的测量方法，可以有效地降低建筑工程测量结果中的误差，从而提高测量的精度。但此次研究仅从外业作业层面进行了方法的设计，没有考虑到建筑内业作业施工测量中的相关问题，因此，可在后期的研究中，将建筑内业测量作为研究重点，通过规范测量流程的方式，为建筑工程内业与外业测量作业方法进行设计。希望通过此次的研究，为我国建筑行业在经济市场的稳定发展提供技术层面指导。

参考文献：

[1] 董昊锦.无人机测绘技术在城市建筑工程测量中的应用[J]科技创新与应用，2021，11（19）：167-169.

[2] 冯文娟，康宏民.无人机倾斜摄影在建筑立面测绘中的应用及工程实例[J].煤矿现代化，2021，30（04）：199-201.

[3] 邓珊.工程测绘中无人机测绘及遥感技术的应用[J].新疆有色金属，2021，44（03）：42-43.