数字化测绘技术在建筑施工中的应用研究_薛治平.pdf

江西建材规划设计与勘察1552023年1 月作者简介：薛治平（1988-），男，山西朔州人，本科，助理工程师，主要研究方向为工程测绘。数字化测绘技术在建筑施工中的应用研究薛治平中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西 太原 030032摘 要：测绘云图的坐标系与原始设计图的坐标系存在差异，无法为实际应用提供准确的建筑数据。文中提出数字化测绘技术在建筑施工中的应用技术，采用脉冲式地面三维激光扫描仪 Riegl VZ-400 与手持扫描仪 Artec Eva 3D相结合的方式，采集建筑的基础数据，利用基准点坐标与原始设计图中对应点坐标之间的关系，对采集结果的坐标系进行校正，按照最小点间距法对数据进行拼接融合，完成对建筑云图的绘制。结果表明，数字化测绘技术绘制的云图数据误差均在允许范围内，实现了为实际建筑施工提供准确数据的目的。关键词：数字化测绘技术；基准点坐标；最小点间距法中图分类号：TU198.2 文献标志码：A文章编号：1006-2890（2023）01-0155-02Application of Digital Surveying and Mapping Technology in ConstructionXue ZhipingChina Building Materials Industrial Geological Exploration Center,Taiyuan,Shanxi 030032Abstract:Due to the difference between the coordinate system of surveying and mapping cloud map and the original design map,it is impossible to provide accurate building data for the practical application.Therefore,the application research of digital surveying and mapping technology in building construction is put forward.The combination of the pulsed ground 3 D laser scanner Riegl VZ-400 and the handheld scanner Artec Eva 3D,After the coordinate system of the acquisition results is corrected by using the relationship between the reference point coordinate information and the corresponding point coordinates in the original design map,the data is spliced and fused according to the minimum point spacing method to complete the drawing of the building cloud map.In the actual engineering case,the data error of the cloud map drawn by the digital mappingtechnology is within the allowable range,realizing the purpose of improving the accurate data for the actual building construction.Key words:Digital mapping technology;Reference point coordinates;Minimum point spacing method0 引言当前，数字化测绘技术的运用，使建筑项目分析不再单纯依赖传统人工计算，而可通过较高的自动化程度实现1。本文通过对数字化测绘技术在建筑施工中的应用研究，对具体的应用方式和效果进行了分析，以期为拓展数字化测绘技术的应用范围提供帮助。1 数字化测绘技术在建筑施工中的应用1.1 建筑数据采集数字化测绘技术在辅助建筑施工时，主要作用为对施工数据进行采集，保障施工效果满足要求，并及时发现存在的问题。在具体的应用过程中，依靠三维激光扫描技术采集目标建筑的基础数据，精确获取建筑的三维空间数据信息。本文通过研究探析，发现该技术主要存在几个问题。（1）建筑高度存在较大差异时，特别是高层建筑随着施工进程整体高度持续增加时，一定程度上提升了数据采集的难度；（2）由于建筑结构基本施工单元的大小、精细程度存在差异，单一的三维扫描方式无法充分获取全方位数据信息；（3）基于建筑结构本身的遮挡作用，扫描时存在部分死角2，导致采集到的数据不完整。针对上述问题，本文充分考虑了精度指标和规模参数，以Riegl VZ-400 扫描仪为数据采集装置。该装置为脉冲式地面三维激光扫描仪，可以执行的最大扫描距离为500m，扫描精度可以达到3.0mm，激光发射频率为30000点/s，可以实现对大场景数据的快速精准采集。在具体的数据采集过程中，将手持式Artec Eva 3D扫描仪作为辅助装置，以实现对建筑死角数据的采集。与 Riegl VZ-400相比，Artec Eva 3D的测量精度更高，扫描角的分辨率可以达到 0.0005，在100m范围内，单点数据采集精度可以达到2.0mm，借助多重回波技术可直接将测量到的标靶数据传输至数据中心。通过建立周边基准点坐标之间的关联，可为后续的建筑点云数据拼接以及建筑云图的绘制奠定基础1。1.2 数据坐标系校准利用采集到的原始点云数据信息绘制建筑云图之前，首先需将数据转换为建筑专业软件可处理的形式，本文直接利用转换工具完成该操作。由于周边环境等因素的干扰，采集数据信息时往往存在噪声，因此，在绘制建筑云图前，需对数据进行去噪处理，其目的是对坐标系进行纠正，保证最终绘制的云图与原始设计图处于相同的尺度空间条件下，具体的计算公式为（1）（3）所示：江西建材规划设计与勘察1562023年1 月 （1）（2）（3）式中，x、y和 z分别表示采集数据对应坐标系的校正参数；x、y和 z分别表示原始设计图下对应基准点的坐标信息；xc、yc和 zc分别表示采集到的基准点坐标信息；nx、ny和 nz分别表示基准点在不同坐标系下的数据总量。利用式（1）（3）对采集数据的坐标信息进行纠正后，通过点云进行拼接处理，即可得到目标建筑的云图。本文以一个采集点作为基准站，其余作为辅助站，根据数据的共同的特征点对云点数据进行校准处理。具体计算公式可以表示为：（4）式中，表示校准后的点云数据；和 表示任意两个不同云点信息。按此方式，对采集到的信息进行两两匹配，即可得到可靠的建筑云点坐标。将其与原始建筑设计图进行对比，找出偏差，即可实现对建筑异常情况的判断，为建筑施工提供指导 3。1.3 绘制建筑云图结合上述校准后的坐标系参数，可获取高精度三维激光扫描点云数据。本文将其与手持扫描仪获得的建筑三维坐标进行融合，实现对建筑云图的绘制，避免死角和测绘精度较低问题。在对建筑三维场景进行构建时，充分考虑了建筑自身和周边环境的实际情况，将复杂度和覆盖范围作为分类指标，分别从三个角度进行。（1）建筑的精细部分，主要包括建筑的内部主体结构和外部主体结构，以及建筑表面的纹理；（2）较精细部分，主要包括建筑体以及建筑顶部的纹理形状；（3）粗略部分，主要是指建筑顶部的施工辅助构件。按此原则，融合定点扫描数据和手持动态扫描数据时，需根据建筑不同部分的具体精度分类结果，精准分类建模，利用TIN模型按照最小点间距法进行差异化结合，得到拼接组合后的建筑云图，其具体计算公式可以表示为：（5）式中，表示和任意两个不同云点的拼接关系。此外，以数据融合的精度作为影响云图在坐标系表达效果的重要因素，利用专业软件 PhotoScan对数据进行解算后，进行针对性的控制。考虑到建筑设计要求一般在毫米尺度上，本文将1.2 部分计算数据作为同名点的数据拼接结果在 TS30 观测控制坐标中进行过滤，同时利用软件photogrammetry and LiDAR，将标靶点的位置信息输入拼接结果对应的坐标系中，以此将误差控制在毫米级别，确保建筑数据的测试精度和实测标靶点之间保持吻合4。2 应用分析2.1 工程案例为了直观地分析数字化测绘技术在建筑施工中的应用，本文以某住宅建筑作为测试对象，其结构共分为三层，采用装配式的方法实施建筑主要应力结构的施工。在完成对整体框架的安装后，采用本文设计的方法对建筑的施工效果进行分析。在实施阶段，将Solidworks作为生成IGES 格式（.igs）的导入目标，利用Solidworks软件的自动识别功能，对云点的拼接错误进行修补，对于修复后建筑云图，按照.sat 格式存储，并最终导入到 ABAQUS有限元软件中，完成对建筑实际施工情况数据的采集5。2.2 测试结果与分析上述案例采用本文设计的方法实施对建筑数据的分析，考虑到建筑自身的结构特点，共设置了2 个基准测站，以确保数据采集结果的完整性，绘制的建筑云图如图1 所示。图1 测试建筑测绘图由图1 可以看出，本文绘制的建筑云图全方位地展示了建筑的具体细节，能够为实际的施工提供指导。为了进一步分析云图的可靠性，本文分别在2 个测站中选择了5 个标靶点进行了分析，结合建筑的实际允许误差范围，对绘制云图中的数据误差进行比较，其误差均在允许范围内，并未出现明显差异。测试结果表明，本文提出的数字化测绘技术能够实现对建筑数据的准确获取，为实际施工提供可靠的数据信息6。3 结语综上所述，建筑施工作为系统化工作流程的组成部分，由多个基本单元组成，确保每个阶段的施工准确性是保障最终施工效果的基础。本文提出数字化测绘技术在建筑施工中的应用，通过全方位采集建筑的云点数据信息，借助各个点在坐标系中的位置关系，实现了对云点数据的拼接，完成了对建筑云图的绘制，通过对比分析其与原始设计图之间的关系，实现了对建筑施工情况的准确判断，希望可以为数字化测绘技术在实际建筑施工中的广泛应用提供帮助。参考文献 1 闵建平.提升测绘地理信息服务水平全力支撑数字化改革应用：从浙江全面推进数字化改革探索测绘地理信息新发展J.中国测绘，2022（1）：52-57.2 陈万基，赵阳，阿布都布热汗苏力坦，等.3S 技术在校园基础测绘与数字化建设中的应用：以伊犁师范大学为例J.测绘与空间地理信息，2022，45（7）：19-22.3 夏晓艳.数字化测绘技术在工程测量中的应用研究J.居业，2022（8）：91-93.4 孔繁慧.数字化测绘技术在工程测量中的应用J.黑龙江科学，2022，13（14）：109-111.5 刘雄，侯吉鹰.浅析数字化测绘技术在建筑工程测量中的应用J.建筑，2022（13）：77-78.6 刘诗鑫.数字化测绘技术在建筑工程测量中的应用J.江苏建材，2022（2）：92-94.