测绘新技术在建筑工程规划竣工测量中的应用分析

任鑫磊

摘要：伴隨社会经济快速发展，超高层建筑数量不断增加，建筑材料、轮廓等给竣工测量工作提出了更高要求。信息技术快速发展，测量工作的新技术、新手段、新方法为建筑工程测量提供了数字化、智能化、多维化、动态化发展方向。文章客观分析了CORS 技术在规划竣工测量中的应用，以及三维激光扫描技术、无人机倾斜摄影测量技术在规划竣工测量中的应用，包括工作原理、作业流程、规划竣工测量应用的具体操作，并举例说明测绘新技术在规划竣工测量中的具体应用。其中CORS 技术可以提高控制点不测作业效率，提高测量控制的自动化程度，三维激光扫描技术可有效解决数据值采集困难及获取数据效率低下问题，无人机倾斜摄影测量技术可以获取正射影响及倾斜影响，提高数据采集效率。

关键词：规划竣工测量  CORS技术  三维激光扫描技术  无人机倾斜测量技

中图分类号：K909    文献标识码：A

Analysis of the Application of New Surveying and Mapping Technologies in the Planning Completion Survey of Building Engineering

REN Xinlei

（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.，Jinan，Shandong Province，250100 China）

Abstract： With the rapid development of social economy， the number of super high-rise buildings is increasing， and building materials and contours have put forward higher requirements for the completion survey. With the rapid development of information technology， the new technology， new means and new methods of surveying work provide a digital， intelligent， multi-dimensional and dynamic development direction for building engineering survey. This paper objectively analyzes the application of CORS technology in the planning completion survey， as well as the application of 3D laser scanning technology and UAV tilt photogrammetry technology in the planning completion survey， including the working principle， operation process， and the specific operation for the planning completion survey， and gives examples to explain the specific application of new mapping technologies in the planning completion survey. Among them， CORS technology can improve the efficiency of the surveying operation of control points and improve the automation degree of measurement control， 3D laser scanning technology can effectively solve the problems of the difficulty of data value acquisition and low efficiency of data acquisition， and UAV tilt photogrammetry technology can obtain the orthographic effect and tilt effect and improve the efficiency of data acquisition.

Key Words： Planning completion survey; CORS technology; 3D laser scanning technology; UAV tilt measurement technology

建筑工程规划竣工测量能够检验工程施工现状，对建设情况进行全面记录，是城市规划管理的关键程序，也是城市规划监督及执法监察数据的基础。当前建筑工程规划竣工测量存在控制点布测未能实现自动化技术，影响作业效率，测绘技术人员获取参数困难、不规则建筑物、异形建筑物数据获取效率低、规划竣工测量成果表达不具体、不直观等问题。因此，城市建设工程要引入现代化测绘新技术，引用三维激光扫描技术、无人机倾斜摄影测量技术等，严格按照城市规划部门要求，明确平面图、红线图以及规划界线与周边建筑之间关系等，直观了解城市规划控制、建筑工程与周边建筑物之间关系及土地使用情况。城市规划部门要严格对照审批图纸，对超面积建设、建筑移位等情况按照国家及行业法律法规做好相应的处置。

1 CORS技术在规划竣工测量中的应用

1.1 CORS技术在规划竣工测量中的作业模式

• 工作原理。CORS系统需要引用主辅站技术和Trimble虚拟基准站技术，虚拟基准站技术需要借助信息化技术，在数据通信线作用下，将收集到的数据信息传输至控制中心，省略了向用户直接发送信息的步骤。虚拟基准站技术在开展业务前，需要构建数据处理中心，为数据信息高效传递搭建基础。工作人员要科学预设基准站，精准计算轨道误差、电离层和对流层之间数据误差，并将各项参数整合汇总发送至移动站，对RTK网络实现定位服务，保障测量精准度，用户只需要借助GPS技术，在接收机端即可实现毫米级精度、厘米级定位。MAC技术一般以多频和多个信号、基站、系统，运行过程中能够实现非差分处理，应用过程中，技术人员挑选其中一个基准站作为测绘主站，通过信息化技术获取测绘主站坐标，并计算出主站与其他基准站之间的坐标差，同时获取改正数的变更与MAC技术优化区域改正值，运用先进技术使坐标数据更加精准[1]。第二，CORS网络背景下RTK的竣工测量作业模式。建筑工程规划竣工采用全站仪导线测量技术，可以布设首级控制网点，再布设加密与图根控制点。导线测量受到多种因素影响，包括控制点密度、地形、精度、通视等情况，耗费大量人力、物力及时间。CORS网络背景下RTK技术应用可不借助基准站，需要对流动站手簿设置，根据工作需要及时转换参数，固定解后采集历元应控制在10以下，平面精度保持在2 cm以下，高程精度保持在3 cm以下，PDOP保持在6.0以内。图根点选点应避免在密集楼群，选择空旷区域，需要同时接收5颗以上卫星，流动站才能保持正常观测工作[2]。

1.2 CORS技术在建筑工程测绘中的作业流程

• 作业条件。为了确保规划竣工测量中CORS技术有效应用，系统运行中，参考需要具备连续锁定卫星，并确保GPS数据保持数据传递功能，参考站之间可以接受5颗以上卫星，系统可利用性达到95%以上，确保运行可靠性。参考站接收到信息请求后，能够迅速提供网络PTK改正數据，差分数据需要提供多种格式。流动站作业条件要保持正常接受无线数据，并在收到网络改正数后，求得改正数的固定解[3]。第二，作业流程。第一，要进行卫星预报，编制预报表。第二，选择并配置流动站，流动站应选择空旷位置，测量前要设置参考站及流动站的通信模式及作业方式[4]。第三，初始化RTK测量采用静态方式。第四，流动站观测要查看测站信息，包括卫星信噪比、参考站数据中心与流动站之间的通信情况等，采用间隔、分时段观测方式，两次观测成果差数小于3 cm，确保数据符合限差[5]。
• 1.3 CORS技术在建筑工程测绘中的精度分析

• CORS技术在工程规划竣工测量中精度影响因素较多，其中有卫星星历误差、电离层及对流层延迟误差、多路径效应误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心偏差。第二，竣工测量精度影响因素主要是信号质量与控制网点分布，其中控制网点分布有关的误差与测区高等级控制点、控制点数量、测区范围大小、观测区地形等有直接关系。信号质量有关误差包括卫星空间分布、流动站及基准站之间的距离、卫星信号被干扰程度等有之间关系。第三，竣工测量精度评定。测量精度评定需要做精度测试，包括内符合精度和外符合精度。其中内符合精度要设置采样间隔，对测得的坐标信息在3个空间方向求算术平均值，并将测量结果与算术平均值做差，计算误差改正数计算内符合精度。外符合精度测试需要使用流动站接收机设定采样间隔，对测试点连续观测[6]。

2 三维激光扫描技术在规划竣工测量中的应用

2.1 三维激光扫描系统的作业流程

第一，工作原理。测量三维坐标获得面阵列点云数据。每个点表示成极坐标或笛卡尔坐标，反射强度值信息。第二，工作流程。三维激光扫描工作流程首先要利用软件平台对被测对象扫描，获取到实体数据信息。其次获取到的数据剔除原始点云数据粗差点，并进一步实施几何纠正，处理测站点云数据，将各站点数据文件拼接，并作为公共参照的标靶，实现扫描点云数据和影像数据定位并匹配，确保统一转换到相同坐标系中。第三，三维建模。模型建立需要确保数据质量精准，并借助软件对数据进行细节处理及镶嵌。测绘数据输出与评价环节是将数据处理为同一格式上传至数据库，根据数据用途，为建筑工程应用提供精准输出，确保提高数据评价科学性与可靠性[7]。

2.2 三维激光扫描系统在建筑工程测绘过程中的精度影响因素

第一，三维激光扫描系统精度影响。三维激光扫描系统在扫描中难以控制外界环境，系统及随机误差逐渐增加也会适当增加3D模型误差，对三维激光扫描技术精准性造成一定影响，其中扫描几何条件、测绘物体属性、测绘设施内部装置等尤为重要。扫描几何条件是扫描仪架设位置对角度、距离、点云密度等，对精度有一定影响，扫描物体属性主要是反射物体表面的粗糙程度、辐射率、波长匹配度等，仪器内部装置主要是考核扫描距离及分辨率。第二，扫描几何条件对点云质量影响。测量仪器内部装置参数直接影响工程规划竣工测量质量，扫描几何条件是对竣工测量精度的优化控制，包括入射角、扫描距离、光照强度等影响。扫描仪扫描物体时，激光光束垂直入射物体表面，当入射角度与激光距离服从正态分布，高斯射束能量服从正态分布。扫描仪与物体越远，信号反射强度越低。如果高斯光入射角大于零，能量分布将会出现椭圆形状。相同距离扫描角度增加，拟合平面中位数也随之增加，表明数据处于点到拟合平面距离集上限占比较大。第三，光照强度对点云质量影响。工程规划竣工测量需要对光照强度及点云质量因素做出分析，不断优化扫描方案，其中光照强度较高环境下，一般架设扫描仪距离在20 m处，通过扫描木板获取点云数据，分别取30 m、40 m数据，并对数据分别拟合，计算每组数据误差，如果缺乏光照强度，会重新拟合点云数据。结果证实不同距离下点云拟合误差与光照强度呈负相关关系，证实扫描点云质量不受弱光条件影响[8]。

2.3 四元数算法点云配准可行性分析

为了提高四元数算法点云配准，排除环境、位置、区域等因素影响，可以运用拼接方式“复原”物体，应建立点云模型，实行多站点拼接，优化拼接方案，避免出现误差传播，提高点云模型质量。首先，点云配准原理。多占拼接是改变扫描仪几何位置，精确测量目标物体，对点云坐标进行旋转和平移，使不同坐标系之间刚体转换。点云级配准需要高精度配准及无标靶特征的点云配准，通过计算数据矩阵和平移矩阵，使测站点数据处于相同坐标系中。配准算法可以选择应用六参数配准算法、四元数配准算法、ICP配准算法3种。其中四元数算法流程是需要配对点集重心化、构造协方差矩阵和对称矩阵、对特征值分解并构建四元数，最后构建旋转矩阵、计算平移向量。其中四元数算法电源配准误差传播模型包括两站配准误差传播模型、多站配准的误差传播模型。四元数点云配准的算法及误差传播模型，能够推导出两站点云和多占配准误差传播规律，促进配准精度，为工程规划竣工测量多站拼接提供参考依据[9]。

3 无人机倾斜摄影测量技术在规划竣工测量中的应用

3.1 无人机倾斜摄影测量系统

建筑工程领域无人机倾斜摄影技术应用日趋成熟，可以提高测量精准性。第一，系统构成。该技术应用系统运行需要无人机飞行必备的平台、测绘所需的数码相机、导航控制系统、地面站、数据处理系统。第二，无人机倾斜摄影测量技术特征。无人机倾斜摄影不需要专业升降长度，影像分辨率较高，操作便捷，升空准备时间短，很少受到天气情况影响[10]。

3.2 无人机倾斜摄影测量的作业流程与关键技术

3.2.1 无人机倾斜摄影测量作业流程

为测区踏勘与技术设计→航线规划设计→航空摄影→数据质量检查（受到航飞及影像质量影响较大）→影像畸变改正→像控点布设与测量→空三加密→模型处理（根据生成的DOM、DEM、DLG等编辑相应的产品）。

3.2.2 航线规划设计

需要划分航摄过程中应明确分区界限及图廓线，严格控制分区地形高差，确保不超过1/6航高，如果高差出现变化，需要跨图廓划分航摄分区，分区内的景物反差及地形类别尽量与地貌类型保持一致，分区跨度要根据成图比例，数据控三加密处理与像控点布点方案也应一并考虑。划分拍摄分区，要考虑到无人机的安全距离与高度，避免对分区划分及基准面造成影响。另外，还要确定摄影比例尺，根据测图比例确定；航高设计需要根据作业任务的成图比例尺；航速设计是确保无人机作业时放慢速度，保持影像清晰度；航线设计一般按照东西方向分型，精准计算航线首末摄站坐标，提高像点精度，航向覆盖要超出2条基线；航摄时间确定应选择晴天且透明度好的季节，选择阳光充足，正午前后1 h航拍效果最佳。

3.2.3 外业数据采集

外业数据采集流程需要确定好航拍架次及顺序，起降场地应选择平坦无树桩位置，仔细检查动力系统、电力系统、路点状态，并将航线设计导入无人机系统，按照预定航线起飞。当无人机飞到一定高度以后，需要按照规定航高设计航线，确保将航线数据存储至系统内并传输至地面监控系统。地面人员要密切监控航高、航速、飞行轨迹，检查影片数量和质量，如果出现数据异常，应及时更改飞行计划。

3.2.4 像控点布设与施测

像控点布设应遵循联测成平高点、按照航线在整个测区统一布设、在地面上设置明显标记、像控点布设在相邻航线之间重叠部位、像片边缘不足1 cm的位置不设置控制点、尽量布设在标准位置上。布点方案包括航带网法、区域网法等。

3.3 无人机倾斜摄影测量的精度影响因素

• 影像畸变误差，包括镜头畸变差、外方位元素影响、地形起伏影响。第二，影像采集中误差包括巡航速度引起的误差、飞行质量引起的误差。第三，像控点引起误差包括布设方案引起误差、像控点测量引起误差、像控点刺点引起的误差。第四，空三加密引起的誤差包括测量精度、像控点影像分辨率和像控点精度、平差计算精度。第五，内业立体量测引起的误差。生产人员的技术水平、工作态度等干预影响，平面精度影响方面是否出现建筑物边线误差、影响质量是否存在阴影等，地貌线、地类界限像素、高程获取的精准度。通过分析影响因素，为建设工程竣工测量精度提供参考与指导。

4 測绘新技术在规划竣工测量中的应用实例

4.1 项目概况与作业依据

黑龙江省大庆市高新技术开发区建设大厦建设工程项目，由综合楼与汽车城两部分，建筑面积为16.2万㎡，建筑造型采用流线型，项目建筑设计高度174 m，采用三角形设计，每层轮廓曲线不同，标准层向上逐层缩小，外墙运用玻璃幕墙和金属幕墙，适应弧形曲线设计，弧形结构占建筑整体的80%，其中内连梁采用圆心控制的多曲线弧形梁，空间布局较为繁杂。作业依据需要根据国家《测绘作业人员安全规范》《城市测量规范》《测绘技术设计规定》《建设工程建筑面积计算规范》《测绘成果质量检查与验收》《数字测绘成果质量检查与验收》《建设工程规划许可证》等。

4.2 技术路线及与工作流程

4.2.1 技术路线

根据建筑工程规划竣工测量内容，需要对图纸进行审核，控制测量，构建平面位置、长宽尺寸相关要素测量，构建高程、高度等相关要素，建筑面积测量与计算，对地形及其他附属设施进行测绘，平面布局与其他规划要素测量，与规划指标对比及说明，结合我国现今工程测量施工经验，构建技术流程方案。

4.2.2 工作流程

1. 施工作业前对已知控制点进行检测，检测已知平面位置，运用LeicaGS12型GPS接收机，架设三脚架，对该施工区域参数配置，建立观测控制点应大于3个，观测间隔时间应大于60S，GPS卫星数为5～10颗，间隔为1S，观测历元数不少于30个，误差控制在1/10 000，做好现场的标志。竣工规划测量平面控制起算点应参照邻近城市，高程控制起算点应参照城市测量规范要求，高程控制测量需要符合线路，先行检核高程的正确性。采用固定解进行结算，解算成果测回间平面坐标最大值为0.017 m，高程最大值较差0.027 m，平面点位精准度差异0.020 m，高程精度最大值为0.030 m，数据需要满足国家及行业规范要求。作业人员要对控制点距离和左边运用全站仪定向检测，平面坐标分量最大差量值为0.019 m，实量边长与反算边长误差应控制在1/10 000以内，符合技术设计书要求。
2. 高度测量。利用钢尺、水准、激光测距仪三角高程、全站仪对边、无人机低空摄影多种方式相结合的测量方式，对建筑物层高、楼高、室内坪进行测量。建筑物较高，测量过程中需要借助新技术，运用电磁波测距三角高程测量，无人机低空摄影、全站仪对边测量，可以测量到建筑物高度。为了提高测量精准度，需要对变换仪器高测量两次，两次均值为最终测量结果。全站仪对边测量要选择最佳观测角度，避免测站与目标间存在高差，提高测量精准度。无人机低空摄影测量要对相机检校，并获取高分辨率影像，采用航测方进行空三加密，生成实景三维模型，获取该建筑物高度。
3. 轮廓测量与面积核算。应对建设用地科学规划，保留建筑物周边道路、配套设施、绿化用地，并记住图中标注相关信息。在对建筑物面积核算时，应细化到每栋和分层，标注建筑功能。绘制面积图要注意竣工建筑物分层图形信息应按照约定涂层管理要求，明确建筑规模范围线。

4.3 技术难点与创新

建筑结构施测难度最大的是穹顶最高点，采用变换仪器高法进行多余观测，求得平均值，采用最佳观测角度实施对边测量，运用无人机倾斜摄影测量。建筑物轮廓提取复杂，全站仪可以拟合建筑物轮廓，实现逐层踩点，利用三维激光扫描点云技术获取建筑物轮廓，无人机正射影响提取建筑物轮廓，数据处理效率低，数据入库复杂。充分利用EPS2008，利用VBScript脚本开发提高作图质量、效率。利用南方CASS 9.0进行二次开发，形成生产自动化解决方案——CASS竣工测量版。进行辅助软件开发，提高工作效率。

5 结语

建筑工程结构追求新颖、独特、建筑风格日趋复杂，新的测绘技术应用探索越来越被重视，文章分析了CORS技术、三维激光扫描技术、无人机倾斜摄影测量技术，总结了3种技术的工作原理和作业流程，并对精度影响因素进行全面阐述，并以黑龙江大庆高新区建筑为例，验证了CORS技术、三维激光扫描技术、无人机倾斜摄影测量技术在具体测量作业中的实用性，为测绘新技术在建筑工程规划测量中提供理论与实践基础。

参考文献[1] 褚福侠，蔡大成，赵新童.无人机遥感技术在工程测量中的应用分析[J].科技创新与应用，2022，12（26）：186-189.