测绘新技术在建筑工程规划竣工测量中的应用研究_马少涛.pdf

108工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工0 引言建筑工程项目高层化、结构复杂化、结构异形化等趋势，给其竣工测量工作的规范化实施带来了较大挑战。与此同时，传统的建筑测绘技术已经无法满足现代化工程项目的发展需要，针对建筑工程项目的规划与竣工测量技术开始向着数字化、现代化、智能化等方向发展1。将全景测绘技术与三维测量技术与建筑测绘工作进行对接，不仅可以丰富测绘数据类型，提高测绘效率，还可以为工程验收方提供更加直观、更加具体、更加形象的建筑施工成果。1 测绘新技术在建筑工程规划竣工测量中的应用1.1 建筑工程规划竣工区域三维激光扫描为实现对建筑工程规划竣工的测量，确保竣工成效符合设计阶段各项要求，先完成对规划区域内三维激光的扫描。将扫描仪作为三维极坐标的中心点，通过对三维激光发射装置的光束水平方向和数值方向的角度以及测量对象到装置之间的距离，实现对测点三维坐标的测定2。每一个测点都可以在极坐标当中表示，同时也能够获取到测点的激光反射强度数值信息。在进行坐标转换时，可将下述公式 作为转换依据：（1）式中：x代表原始测点横轴坐标；y代表原始测点纵轴坐标；z代表原始测点空间轴坐标；r代表原始测点到中心点距离；代表原始测点与中心点连线与横轴构成的相位角；代表原始测点与中心点连线与纵轴构成的相位角。利用上述公式，完成对测点从原始坐标到三维极坐标的转换3。完成对测站上假设扫描设备的选定后，利用软件平台实现对三维光扫描装置对被测对象进行扫描的实时控制，并获取到实体数据信息4。完成对数据的采集后，还需对其进行处理，将原始点云数据当中存在的粗差点去除，并对通过三维激光扫描获取到的影像数据进行几何纠正处理。1.2 基于四元数算法的点云配准利用三维激光扫描技术完成对建筑工程规划竣工区域各个测点云数据的采集后，引入四元数算法，完成点云的配准5。在对两组点云数据的配准时，需要确保存在一个相互重叠区域，同时还需完成在有标靶和无标靶情况下特征点云的配准。图 1 为测量区域与测量节点转换示意图。按照图 1 所示在两个测站上对相同的测量区域进行扫描，以此得到两组不同的点云数据。通过利用四元数算法，计算两组点云数据的旋转矩阵和平移矩阵，并将两个测量区域统一到一个相同坐标系当中6。假设在该坐标系当中存在某一点A，而在测站 I 坐标系和测站 II 坐标系当中，三维坐标可分别表示为（xn+1，yn+1，zn+1）和（xn，yn，zn），则在配准的过程中，其过程可用下述公式表示：（2）测绘新技术在建筑工程规划竣工测量中的应用研究马少涛摘要：针对当前建筑工程规划竣工测量精度较低，对建筑工程建设可持续发展造成不利影响的问题，引入测绘新技术，开展对其在测量方法中的应用研究。基于无人机倾斜摄影测量技术的现场影像采集，建筑工程规划竣工轮廓测量与面积核算，提出一种新的测量方法。通过对比证明，新的测量方法测量精度更高，可实现对测量误差的有效控制，将其控制到不会影响到测量精度的范围内，为后续建筑工程规划工作开展提供重要数据依据。关键词：测绘新技术；规划；应用；测量；竣工（广东易佳测绘工程有限公司，广东揭阳 522000）图1 测量区域与测量节点转换测区测点测点CM&M 2023.01109式中，Rn+1代表旋转矩阵表达式；Tn+1代表平移矩阵表达式。利用四元数算法，将两个测点的坐标系绕同一向量转动一次。在求解过程中，先对配电点集进行中心化处理，在此基础上构造一个协方差矩阵和一个对称矩阵，对特征值进行分解，并完成对四元数的构建。1.3 基于无人机倾斜摄影测量技术的现场影像采集完成对点云数据配准后，还需结合无人机倾斜摄影测量技术，完成对建筑工程规划区域现场影像资料的采集7。图 2 为现场影像采集具体流程。无人机航飞之前，需结合建筑工程规划竣工成果，计算飞机飞行作业的航摄因子，并对无人机的飞行路线进行规划8。在易受测区进行航拍时，由于地形起伏的影响，尤其是在航拍范围大、地形起伏明显的航拍作业中，仅靠一架或两架飞机已无法适应测区的要求，因此合理的航摄区域划分就显得尤为重要。合理地划分，既可以保证无人机的航拍和图像处理效果达到要求，又可以减少飞行次数，缩短拍摄时间，节约人力和物力。航空摄影分区是指按照航空摄影分区的基本原理，在已采集的地形图或 DEM 中，将摄影区分成多个航拍区，再按照由左至右、由上至下依次编号的方法。在划分阶段，由于地表分辨率、摄像机参数等基本保持不变，因此，对航空摄影区域的划分主要是对地形的影响。地形起伏会影响航空摄影图像的交叠程度，从而影响成像的准确性，根据地形起伏情况，将航空摄影区域划分为平地区域和山地区域。所有的影像控制点都是在外场进行测量的，而在一些地方，则是在外场进行测量的。一般采用全现场布点进行高精度、地形条件好、面积小的测绘，但在实际应用中需要大量的外业作业。非完全现场布置是指只需测量很少的外部控制点，在室内使用空间三加密技术，通过平差，得到各布点的平面及高度坐标。1.4 建筑工程规划竣工轮廓测量与面积核算对建筑工程规划竣工测量现场影像信息的采集后，还需结合上述所有操作得到的信息，实现对建筑工程竣工轮廓的测量以及对面积的核算。在进行面积核算时，要考虑建筑总建筑面积、分栋建筑面积、各楼层建筑面积，并说明建筑的建筑功能。检查建筑物的边长，不能有任何冲突。整个建筑物的外框边长和套内轴边长必须符合其几何形状的封闭几何关系，各部分测量的边长和与总边长必须保持一致，对于因过多而造成的边长差，必须先进行配赋处理。此外，建筑面积的测量应符合现行城市规划部门的相关法规。在编制地区地图时，要注重建筑层次的划分，并按照协议中图层管理要求，明确范围线的总建筑规模、范围线的计算。可通过测量仪获取建筑物各个特征点，并对特征点进行连线，构成的区域即为建筑工程规划竣工测量区域，采用几何面积计算的方式，即可得到建筑面积测量结果。将得到的结果与设计阶段制定的设计方案中的数据进行对比，以此实现对建筑工程规划竣工的测量，对建筑结构偏差或建筑覆盖范围不合理等问题的测定。2 实证研究2.1 项目概况将某地区科研中心建筑作为研究实例，该项目所在地就有地理位置优越的特点，是该地区经济拓宽战略中的重要工程项目。此建筑主要由两个部分构成，分别为科研综合楼与展示楼，预期竣工后，该项目具有单体 12 栋建筑，结合设计图纸，该建筑的总占地面积为 17.4 万 m2。科研综合楼建筑的设计高度为 175.2m。建筑的整体外观采用弧线三角形设计形成，建筑主体结构外部轮廓由复杂的曲线构成，不同结构层的轮廓曲线各不相同，建筑的曲率半径随着建筑层数的增加而呈现减少的趋势；厂房建筑整体采用倒弧设计，建筑中的外墙结构由玻璃幕墙与金属钢筋支撑构成，此种设计方式可以更好地凸显建筑结构外形曲线。该建筑中弧形结构占总体建筑的 80%以上，建筑内部空间布局也较为复杂，因此使用原始的测量手段与测绘技术根本无法实现对此建筑的高精度测量。2.2 测绘技术线路设计考虑到该建筑项目的穹顶最高点难以直接采用测量的方式得到数据，同时，建筑外墙上集中了大量的幕墙结构，幕墙会在光线的折射下出现反光等方面的问题，影响测绘结果精度。加之该建筑的外形整体为弧状，从而导致测绘过程中的外业数据采集难度较高。在综合研究后，根据上文设计的内容，提出以下的竣工测量步骤：审核工程设计图纸；设计现场控制测量方式；测量建筑工程项目所在空间内的平面位置；自身长度尺寸等结构图2 基于无人机倾斜摄影测量技术现场影像采集流程影响畸变改正像控点布设空三加密处理影像生成影像质量航飞质量分析原因重新规划质量检查合格NY航空摄影航线规划测区踏勘110工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工性要素；测量建筑工程项目高度、高程高度等结构性要素；对建筑物的面积进行综合测量与计算；根据建筑所在地的地形图，绘制测绘图纸；规划并标注测绘作业现场中不同设施与辅助性建筑结构的空间位置；对建筑物的平面布局与空间布局进行规划测量；对比测量结果与技术性文件要求，评价测绘结果是否满足需求。2.3 测绘面积对比参照建设工程规划许可证，使用设计方法与传统方法进行此建筑的测绘。测绘过程中，扫描建筑结构外形，确定建筑在测绘中的特征点，绘制建筑俯视图，如图 3 所示。根据建筑俯视图，进行采集点位在建筑轮廓结构中的拟合，如图 4 所示。根据点云数据的分布，圈定建筑有效测绘面积，进行建筑测绘面积的核算。使用其他两种测绘方法，对建筑面积进行测绘，统计面积核算结果见表 1。2.4 测量高度对比使用本文方法与传统方法、传统方法，进行建筑竣工后高度的测量，统计高度测量核算结果，见表 2。3 结论对设计的测绘方法在实践中的应用效果进行检验，得到如下几个方面的结论：从表 1 中的实验结果可知，本文方法核算建筑工程竣工面积差值为 13.64m2，传统方法核算建筑工程竣工面积差值为 17.79m2、15.21m2，即本文方法核算的建筑工程竣工面积差值最小，说明本文方法在实际应用中对于建筑面积的核算精度更高。从表 2 中的实验结果可知，本文方法核算建筑工程竣工规划高度差值为 0.08m，传统方法核算建筑工程竣工规划高度差值为 2.08m、0.25m，即本文方法核算的建筑工程竣工规划高度差值最小，说明本文方法在实际应用中对于建筑高度的核算精度更高。综合上述两个方面的实验结果，证实了此次设计的方法可以有效提高建筑测绘精度，保证建筑工程项目测绘工作的实施具有规范化、高精度等优势。测绘新技术在工程中的应用是具有较高经济效益的，满足建筑工程项目竣工后的测量作业需求，为竣工规划与后续相关工作的实施给予了较为直接的技术支持。参考文献1 熊剑飞,王扉,林宇辉,等.车载三维激光扫描技术在道路竣工 测量中的应用 J.河南科技,2022,41(1):29-32.2 王福丽,韦铖,纪海英,等.低空无人机倾斜摄影测量在城区综 合竣工测量中的应用 J.黑龙江科学,2022,13(4):150-151.3 余章蓉,王友昆,潘俊华,等.Trimble X7 三维激光扫描仪在建 筑工程竣工测量中的应用 J.测绘通报,2021(4):160-163.4 葛文,井发明,徐长虹,等.自由设站法在地铁竣工测量中的应 用研究 J.地理空间信息,2021,19(10):65-68+150.5 林祥峰,牟会芬,徐玉臻,等.无人机倾斜摄影测量技术在规划 竣工测量中的有效应用 J.城市建筑,2020,17(15):120-121.6 王恒.倾斜摄影测量技术在竣工测量地形图中的应用研究 J.测绘与空间地理信息,2020,43(10):188-190+194.7 梁士英,苏循波.提升建筑工程地下管线竣工测量成果质量探 讨以青岛市为例 J.城建档案,2020(7):54-56.8 谢宏全,张镇,王嘉楠,等.激光点云数据在异形建筑物竣工 测量中的应用 J.江苏海洋大学学报(自然科学版),2020,29(1):67-70.图3 建筑俯视结构图4 建筑轮廓点位拟合 表 1 建筑工程竣工面积核算成果统计分析 m2方法实际规划面积测量面积差值本文方法1987.931973.2913.64传统方法1987.931970.1417.79传统方法1987.931972.7215.21 表 2 建筑工程竣工面积核算成果统计分析 m方法实际规划高度测量高度差值本文方法175.2175.280.08传统方法175.2173.122.08传统方法175.2175.450.25