数字化测绘技术在工程测量中的应用

引言

在信息化时代背景下，工程测量正面临着前所未有的机遇与挑战。传统的测绘方法已难以满足现代工程项目对精度、效率和实时性的高要求。因此，数字化测绘技术的引入与发展成为必然趋势。数字化测绘技术以计算机为核心，融合了地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感（RS）等多种先进技术手段，实现了测量过程的自动化、智能化和精确化。

1 数字化测绘技术定义

数字化测绘技术的工作原理是依托先进的传感器和数据处理技术，通过将实地测量数据数字化并转化为三维模型，实现精准测绘。该技术通常采用无人机、激光扫描仪等设备，以快速收集广泛区域的地形、建筑和环境数据。这些设备通过高精度传感器获取大量点云数据，形成密集的空间信息点集。随后，这些数据通过数据处理软件进行滤波、拼接和配准，形成精确的三维图像和模型。整个过程依赖实时的定位技术和高精度测距设备，确保测量数据的精准性与可靠性。此外，数据处理过程中的算法优化和大数据处理技术也使数字化测绘技术可以在短时间内完成对复杂场景的全面分析与建模。数字化测绘技术不仅能够生成传统的二维地图，还能够实现三维立体成像，通过与 GIS 和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）集成，呈现更加丰富的地理与建筑信息，为工程规划、设计和施工管理提供全方位的支持。这种技术将测量数据、模型构建和信息共享有机结合，从而形成高效、集成的工作流，为工程项目的各个阶段提供了精确和高效的支持。

2 数字化测绘技术的特点

2.1 测量效能高

数字化测绘技术采用先进的传感器和数据处理算法，能够快速、准确地获取地形地貌、建筑设施等空间数据。与传统测绘方法相比，数字化测绘技术具有更高的测量效能，能够在短时间内完成大规模的测量任务。

2.2 信息易于存储

数字化测绘技术将测量数据转化为数字信号，存储在计算机或数据库中。这种存储方式不仅方便了数据的查询和管理，还大大提高了数据的安全性和可靠性。同时，数字化测绘技术还支持数据的共享和交换，促进了不同领域和部门之间的信息交流与合作。

2.3 图形属性丰富

数字化测绘技术生成的数字地图具有极为丰富的图形属性。这些地图不仅精确标注了各类地物的位置信息，更融合了详尽的地理空间属性数据，包括地物类型、材质、高程、权属、属性值等多元信息。这种多维度的数据集成，使得用户能够更加直观、深入地理解地理空间的分布特征、相互关系及其内在属性，为规划、设计、管理及决策等环节提供了坚实的数据基础和有力的可视化支持。

3 数字化测绘技术的主要技术内容

3.1 数据采集技术

数据采集技术是一项至关重要的工作，它涉及运用各种先进的仪器设备来获取地理空间数据。这些设备包括全站仪、GPS 接收器、激光扫描仪等，它们在数据采集过程中发挥着关键作用。全站仪是一种集角度测量、距离测量和数据处理于一体的精密测量设备，能够高精度地测量地面点的三维坐标。GPS 接收器则利用全球定位系统，通过接收卫星信号来确定地面点的精确位置。激光扫描仪通过发射激光束并接收反射信号，能够快速获取地表的三维坐标信息。

3.2 数据处理技术

数据处理技术是指通过计算机软件对采集到的各种数据进行一系列的处理和分析的过程。这一过程涵盖了多个关键步骤，包括数据的整理、编辑、转换和存储等。通过这些步骤，数据能够被有效地组织和优化，以便于后续的分析和应用。在数据处理技术中，常用的软件工具包括 GIS（地理信息系统）软件和 CAD（计算机辅助设计）软件等。这些软件工具在数据处理中扮演着至关重要的角色。GIS 软件能够将地理空间数据转化为直观的可视化地图，使得用户能够更直观地理解和分析地理信息。而 CAD 软件则主要用于工程设计领域，它能够将复杂的工程图纸和设计数据转化为精确的二维或三维图形，极大地提高了设计和绘图的效率。

3.3 数据管理技术

随着数据量的不断增长和膨胀，如何有效地存储、检索和管理这些数据成为一个至关重要的问题。数据库管理系统和数据仓库技术在这里发挥了不可或缺的作用，它们能够帮助用户高效地管理和维护大量的测绘数据，确保数据的安全性和完整性。通过这些先进的技术，用户可以轻松地存储和检索海量数据，同时还能确保数据的完整性和一致性。数据仓库技术则通过整合来自不同来源的数据，为用户提供了一个统一的数据视图，使得数据的分析和决策支持变得更加高效和准确。

3.4 数据应用技术

通过将测绘数据应用于各个领域，例如城市规划、交通管理、环境保护等，可以发挥出巨大的社会和经济效益。地理信息系统（GIS）在这一过程中起到了桥梁的作用，它能够将测绘数据与其他领域的数据进行整合，提供综合的决策支持。GIS 不仅能够帮助城市规划者更好地理解城市的空间布局，还能为交通管理部门提供实时的交通流量数据，从而优化交通信号灯的设置和道路规划。

4 工程测量数字化测绘技术类型分析

4.1 无人机遥感测绘

无人机遥感测绘技术依赖无人机的灵活性和高机动性，能够在短时间内覆盖大面积的区域，获取精细的地形和环境数据。在飞行过程中，无人机按照预设的航线和高度进行自动飞行，实时收集地面上的影像和数据，摄像头和传感器会连续捕捉地形的高清图像，并记录各种光谱信息，形成可见光、红外等多种波段的遥感数据。这些数据通过遥控或自动传输系统传回地面站后，经过专门的数据处理软件进行拼接、配准和校正，从而生成精确的数字正射影像和数字地形模型。无人机遥感测绘能够在不接触地面的情况下获取高分辨率的三维模型和地形信息，尤其在难以进入或危险区域的测绘作业中表现出色。

4.2 激光雷达测绘

激光雷达测绘技术通过发射激光束并接收其反射信号来测量目标物体与测量设备之间的距离，从而构建高精度的三维模型。激光雷达设备通常由激光发射器、接收器和精密的定位系统组成，它能够每秒发射数十万次甚至百万次的激光脉冲，这些脉冲在碰到物体后反射回接收器，系统通过计算脉冲返回的时间差来测定距离。为了确保测量的精度，通常将激光雷达与全球定位系统（Global PositioningSystem，GPS）和惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）结合使用，通过这些辅助设备记录激光雷达设备的位置和姿态，以精确地确定每个激光点的空间坐标。激光雷达测绘可以在各种复杂地形中使用，无论是地面、建筑物还是植被覆盖区，它都能够通过激光穿透特性，精确捕捉到物体的表面形态和高度信息。经过数据处理后，激光雷达所生成的点云数据能被整合成三维地形模型或数字表面模型（Digital Surface Model，DSM），为工程设计、城市规划、地形监测等提供详细的地理信息支持。

4.3 GIS 技术

GIS 技术，是在地理数字化系统的基础上，对各类数据、信息加以处理、分析，搭建数据库，结合工程具体数据展开探究，以此来提升工程测量效果，具体应用方式如下：对工程地理变化展开动态监察，模拟地理变化趋势；发生突发事件时，通过 GIS 模拟功能，迅速给出处理方案；可搭建工程测

量信息数据库，为工程测量提供便利；利用 GIS 对各类信息、数据加以全面筛查，确保道路、河流分布准确；在确定数据信息后，以 GIS 中的结构化查询语言（SQL）功能筛查，设置筛选选项，自动开展筛查工作，对筛查信息分类、归纳，剔除其中不符合规定的数据。

4.4 GPS 技术

GPS 技术主要用于外业观察，制订适宜工程实际的观测计划，考虑工程地处经纬度、卫星高度角、观测时间等因素，选定观测点位、时间，配以测量仪器、辅助构件等，提升测量准确度。在利用 GPS技术开展工程外业观察时，还需满足以下要点：观测时间，结合工程所在地天气状况，选择最佳时段观测，每个时段至少有 4 颗卫星跟踪检测，精度因子 PDOP 值低于 6；天线要求，保持天线朝北，测前、测后检查天线高度，要求高差≤3mm；观测时间要求，结合测量基线长度设定观测时间，若基线长度 <20km ，则要求观测时间≥90min，数据采集间隔 10~60s；观测位置、态度，要求观测人员能严格遵守工程测量标准，保持在接收机指定位置，头顶不可超出天线；在测量时结合观测边长度、周边环境，设定观测时间。

4.5 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术在工程测量中有以下应用。（1）绘制地形图。利用激光扫描技术获取土壤特征点，寻找高大树木、房屋一角、电线杆等特征明显的点，固定图征，绘出，再以数位插图 App 绘制，萃取已测量的点云资料，与大比例尺数位测量 App 结合，自动生成等高线。（2）利用添加、调整已识别的地形图、等高线提升等高线的完整度、平滑性。（3）计算计量，建立日期，将点云资料、坐标系统结合，执行最小平方计算，保证资料准确度，将点云资料、实际资料范围结合，建立日期。（4）清理地形图中的类似于植被、地形基础设施等非地形数据，创建三角网曲面，进行坐标、三角网数据合并，建立数字模型，结合模型数据计算填方体积、挖方体积等，进而提升工程测量数据。

5 数字化测绘技术在建筑工程测量中的应用路径

5.1 搭建数字化测绘坐标系统，保障测量精度

在建筑项目启动之初，精确的测量坐标是后续所有工作的基础。传统坐标测量系统因人为操作误差及环境干扰限制，难以满足现代复杂建筑对高精度的严格要求。数字化测绘坐标系统随之出现，利用先进的全球导航卫星系统（GNSS），例如北斗、GPS 等多星座联合定位技术，可迅速获取测量点的三维精确坐标[3]。以我国自主研发并具有全球影响力的北斗三号系统为例，其凭借多频段信号传输和广泛、科学布局的地基增强站提供的校正信息，在理想观测条件下，定位精度可达厘米级，为建筑测量带来了变革性提升。项目筹备阶段，专业测量团队根据工程规模和地形复杂度，使用专业地理信息系统软件，精心设计每个基准控制点的位置。控制点硬件选用稳定性高、能抵抗施工现场电磁和物理震动的强制对中观测墩，确保控制点空间位置稳定。随后，高精度 GNSS 接收机被安装于选定位置并启动，遵循卫星系统提供的精密星历，按预设采样频率持续接收多颗卫星信号，每次观测不少于 15分钟，以最大限度减少电离层、对流层延迟等自然因素造成的误差。采集的大量原始数据随即导入如Bernese 等专业数据处理软件，采用成熟的最小二乘平差算法进行深入分析，构建覆盖施工区域的平面与高程控制网络，形成统一、精确的数字化坐标体系。此后，现场人员使用配备差分定位模块的智能移动测量设备，通过差分技术实时接收基准站的高精度修正数据，实现每秒 1 次的坐标更新，准确定位每个测量点，为桩基础施工中的桩位标定、主体结构放线等关键步骤提供坚实的精度基础，确保建筑结构从起始阶段就稳固可靠。

5.2 启用卫星遥感测绘，勾勒地貌特征

在大型建筑项目筹备的初期阶段，对施工区域进行全面、高精度的地貌勘测至关重要，它直接关乎项目后续规划的科学合理。当下，高分辨率光学遥感卫星技术崭露头角，其中WorldView 系列卫星尤为突出，其全色波段分辨率高达 0.3 米，多光谱波段覆盖从可见光到近红外的广泛范围，凭借卓越的光谱分辨力，能敏锐捕捉地面地物的细微光谱差异。卫星按轨道完成目标区域影像采集后，专业遥感图像处理软件 ENVI 发挥核心作用，运用先进的光谱角分类算法，对影像像素进行精确识别，清晰区分植被区、建设用地、水域等地物类型，生成高精度、可靠的地貌分类图。同时，合成孔径雷达（SAR）卫星，如欧洲空间局的 Sentinel-1，利用微波主动遥感特性，微波信号穿透植被冠层，探测浅层地质。通过复杂的干涉 SAR（InSAR）技术，对多时相 SAR 影像进行干涉分析，依据相位变化反演地表形变，预先划定滑坡、地面沉降等地质灾害高风险区，为工程安全预警。最终，将光学遥感与 SAR 遥感的多源数据集成至地理信息系统（GIS）平台，进行深度融合，采用不规则三角网（TIN）模型表征地形起伏，经克里金插值算法优化，生成高精度数字高程模型（DEM）。这为场地平整的土方量计算、建筑选址避开地质灾害区提供关键数据，确保工程规划贴合实地地貌，实现科学布局、因地制宜。

5.3 开展实时动态测绘，追踪施工进程

实时动态测绘是一种先进的数据采集与处理技术，它能够在施工过程中持续、即时地获取现场测量信息。在建筑工程领域，运用实时动态测绘技术能够对施工进展进行精准追踪和有效监测。通过在现场布设测量站点，利用全球导航卫星系统（GNSS）或全站仪等设备，可以实时采集关键结构部位的空间坐标、高程等数据，并进行快速处理与分析。这种即时反馈机制有助于工程管理人员准确掌握施工进度，及时发现因沉降、位移或施工偏差可能引发的问题，迅速采取调整措施，从而有效规避质量隐患和进度风险，确保工程按照预定计划和质量标准顺利推进。

5.4 引入三维建模测绘，助力方案决策

三维建模测绘技术是一种先进的空间信息处理方法，它通过系统性地采集目标物体的多维度测量数据，并运用专业软件进行精确处理与重构，最终生成逼真的三维模型。在建筑工程领域，引入这一技术能够显著提升方案决策的科学性和设计优化的效率。通过构建建筑物的精细三维模型，可以直观、立体地展示其复杂的空间形态、内部结构特征以及与周边环境的相互关系。这为设计师、工程师以及业主提供了更为准确、全面且可视化的设计依据和信息支持，有助于在项目早期阶段更深入地理解设计意图，发现潜在问题，评估不同方案的效果，从而做出更优的决策，有效避免后期设计变更带来的成本与工期风险。

5.5 配备便携全站仪，强化实地勘测

便携全站仪是一种高度集成化的精密测量仪器，它巧妙地融合了水平角、垂直角测量、距离测量以及自动化数据记录与处理等多项关键功能于一体。在建筑工程测量实践中，为测量团队配备便携全站仪，能够极大地强化实地勘测工作的效能。利用全站仪，测量人员可以在现场快