浅析工程测量与三维测绘技术的发展

刘亚鹏 廖敏

一、工程测量应用三维测绘技术必要性

调查研究表明，在目前我国工程的测量技术包括：控制测量；数字化的测图；工程施工的测量；工程竣工的测量；变形监测；城市测量；交通工程的测量；管线测量。通过大量的实践，工作人员发现三维的测绘技术对工程测量科技发展具有现实意义。其在工程测量应用中的必要性包括以下几点：

1.12+1维地图无法满足人们需要 2+1维地图是一种从空中向下俯瞰地面的一种地图形式，为人们提供观察工程地面的情况，由于人视觉的特殊性，人们在认识了解事物的时候都是采用三维的视角。工程测量需要从多角度对工程各部件进行观察，2+1维地图无法有效的表达出工作人员的需要，没有全面的观察便不能测量出真实的数据，因此人们迫切需要一种可以从多维度进行观察测量的测绘技术。

1.2城市规划工程设计 为迎合我国快速发展的要求，许多城市开始进行新建或者旧城改造规划，现代的规划设计图已经开始应用CAD等三维设计软件，三维工程设计具有其特殊性，为保证城市规划和工程规划的顺利进行，工作人员需要再进行工程测量使用相对应的三维测绘。具体是在原有的工程设计图上进行三维度的绘制，加强图纸的表现能力，充分表达出设计师的设计思路。

1.3工程施工 为增加我国土地的利用率，许多建筑开始多功能的设计与建设，城市中的建筑内部结构都十分复杂，现代建筑的建造方式开始有别于传统的从地面向空中延伸，开始进行立体的吊装式施工，我国比较具有代表性的建筑物均是如此，例如：鸟巢、国家大剧院、中央电视台。复杂的构造需要使用更加精细的测量工具，三维测绘工具是我国目前最为先进与合理的工程测量工具。

1.4改造与建模 厂矿拥有大量配套设备，因此厂矿内部的管理系统非常复杂，这既加重了管理层的管理难度，还给厂矿工作带来技术改造方面的难题，改造初期，需要对设计图进行详细的绘制，可以多维度的展示厂矿的各方面构造。飞机、汽车、轮船这些结构复杂的工具在设计初期也需要经过测量后建立直观、清晰的模型来指导这些物品的制造。因此，需要三维工具来进行模型的测绘。

二、三维测绘技术现状

2.1三维测绘技术概述 三维测绘是在2+1维理论基础上沿用测量体系进行发展。增加了高程系统三维测绘仪器包括：GPS测量系统；全站仪；三维激光扫描仪。此仪器稳定性强，不容易受到其它因素的影响。摄影测量由于数字摄影测量技术普及和应用，已经发展得趋于完善，可以高效、合理、科学、精确的进行三维测绘的数据。甚至在某些时候不受地形限制，因此已经在多项工程中应用。

2.2三维激光测量技术 三维激光扫描是一种不需要直接对探测物体进行接触便可以获取相关信息的测量技术，一般应用范围包括：隧洞断面三维测绘；水电站工程绘制大比例尺地形图；大型建筑的变形监测等。

2.3全景真三维影像技术 全景真三维影像技术是将摄影测量技术与遥感技术进行有机结合二创造出的一种新型测量技术，其优点包括以下几个方面：大范围内获得三维坐标；提供用户拟真型、高精度、完整性、一致性的观测体验；以三维数据形式将工程地形、景观、水文、质进行详细展现；使用图像与图表的方式向规划管理、数字城市、城市建设等工程提供测量数据。

2.4立体测图卫星 三维测绘技术在我国开始测绘卫星遥感卫星体系后便被投入使用，利用三维测绘技术中定位、测图、反馈数据等优势来制造立体测绘卫星对分布在宇宙各地的卫星进行遥感、分辨、测图、反馈，促使我国研究人员了解所观测卫星的情况，目前我国的立体测图卫星达到了1：50000的精确度，逐渐与世界先进技术缩小距离。

三、三维测量技术发展方向

三维测量技术仪器在基础构件与功能方面已经趋于完善，足够满足现代人民的需要，为迎合我国人民未来的需要，相关工作人员依然在继续坚持不懈的研究，经过大量资料的整理分析，发现三维测量技术的发展方向包括以下几点：标准与规范的制定；软件理论的研究；三维地理信息系统研究；三维测量与2+1维测量的关系。

3.1三维测量的标准与规范 由于三维测量技术出现的时间比较短，世界没有建立有关其各项的标准和规范。没有理论指导与制度规范导致三维测量实施时遭遇许多障碍。例如：技术施用没有标准，没法有效的进行判断合格情况，增加施工人员的作业难度与施工单位的作业时间。三维测量仪器收费没有依据，造成市场收费混乱，质量参差不齐。无法达到使用三维测量测绘仪为人们生活服务的目的。

3.2三维测量的理论研究 三维测量系统是在2+1维系统上发展而成，其坐标维数在没有增加的情况下提升了内部的复杂性。三维空间则是多角度、全方位、无死角的展现着目标工程的信息。目前我国没有关于这种系统对工程测量的各项数据的管理。为了良好的对测量数据进行存储、查询、传输，需要建立系统的有关三维测量的理论研究。并将大地（控制）测量软件与数字化测图软件在三维测量理论的基础上研制三维测量软件系统。

3.3三维地理信息系统研究 采用三维测量工具来实现三维GIS，将其与GPS进行结合，形成三维空间高精度全站仪控制网，在进行工程测量时使用高精密的数字水准仪可以完成地形测图、工程放样、工程变形观测等作业，将数字化与自动化有机结合，促使三维工程测量向智能化和自动化方向发展，以便达到具有时代性、简易性、快捷性、科学性。精确性的工程测量。

3.4三维测量与2+1维测量和谐共处 尽管三维系统是2+1维系统的升级版与完善版，但在实际应用中，工作人员发现，三维系统并不能取代2+1维系统。人们生活中需要面对各种客观的物理与地理参数值的影响，现实中进行工程施工时需要面对路面的横断面水平线、桥梁桥墩主轴线垂直、承重墙或柱都必须垂直等问题。这些问题有带于2+1维系统进行解决。因此，后期工作人员可以从调整三维系统和2+1维系统的兼容性，达到两者和谐共处。

四、结束语

总之，2+1维地图无法满足人们需要、城市规划工程设计、工程施工、改造与建模几个方面促使三维测绘技术在工程测量的应用变得十分必要，目前我国使用最为广泛的是三维激光测量技术、全景真三维影像技术、立体测图卫星这三种测量技术。这些技术虽然已经构成系统，但为了精益求精，使得三维测绘技术能够更好的服务于我们的生活，相关工作人员依然可以从制定三维测绘技术的标准与规范、加强其软件理论的研究与三维地理信息系统研究、调节三维测量与2+1维测量的关系几个方面来完善三维测绘技术。