郭舜强

（宁夏回族自治区水文地质工程地质环境地质勘察院 宁夏 银川 750021）

0 引言

目前对地下建筑物测量技术是一项比较新的测量技术，国内外对该领域研究的很少，大部分的研究都集中在地下矿井、地下管道等的测量以及地下铁路、地下隧道的施工测量，而对于我们常见的地下建筑物的测量技术的研究却没有一个比较系统的总结与实践。

1 地下建筑物测量技术特点

1.1 全站仪测量技术

地下建筑物的数据可以由全站仪测量，全站仪测量技术可以获取三维的空间数据(即包括Z坐标值)，并且全站仪对于高程数据Z坐标值的获取精度较高。全站仪测量技术是采集地物特征点、线最理想的手段，且能够测量地物的高度，它较适用于小范围、大比例尺且精度要求高的地图。全站仪定位测量有以下五点优势:

1.1.1 布点灵活:不像三角锁/网要求良好的通视条件和有利的几何图形，因此适合地下建筑物、地下矿井等复杂条件下的定位测量；

1.1.2 精度高:全站仪比同等级的三角锁/网的点位精度提高一倍，适用于小范围、大比例尺且精度要求高的区域测量和空间数据更新；

1.1.3 可靠性高:由于全站仪测量对每条边长都要观测，增加了多余观测因而提高了抵抗粗差的能力；

1.1.4 效率高:所采集的全部测量数据能够自动传输到计算机上自动成图，相比原来人工采集方法大大提高了工作效率；

1.1.5 经济性好:实时、自动化的完成地表3D坐标数据的测量，工作量提高的同时花费较小。

由于地下建筑物的特殊条件，很大程度上要采用全站仪的优势，全站仪测量能满足测量的精度以及需求。

1.2 勘丈法技术

勘丈法指利用钢尺量测的距离及直线、直角的特性测算出待定点的坐标。钢尺的长度宜用50m和30m，并且最好有毫米刻度。因为地下空间的特殊条件影响，勘丈法技术在地下建筑物的测量中也占很大一部分。下面是我们经常要用到的几种常见方法:

1.2.1 直角坐标法

直角坐标法又称为正交法，它是借助测线和垂直短边支距测定目标点的方法。正交法使用钢尺丈量距离，配以直角棱镜作业。支距长度不得超过一个尺长。

1.2.2 距离交会法

图1 距离交会法

如图1所示。已知碎部点A、B欲测碎部点P，则可分别量取P至A、B点距离D1、D2，即可求得P点的坐标。

先根据己知边 DAB和 D1、D2，求出角 α、β。

1.2.3 距离直线交会法

图2 直线交会法

如图 2 所示，A、B、C 为已知碎部点。 欲测 1，2，3，…，i，量取C点至各待测点的距离，即可求出各点的坐标:

1.2.4 线内插法

图3 线内插法

如图 3所示，已知 A、B 两点，欲测定 AB 直线上 1，2，3，…，i各点，可分别量取相邻点间的距离 DAi、D12、D23……等，从而求出各内插点的坐标。

1.3 激光测量技术

随着激光技术和电子技术的发展，激光测量已经从静态的点测量发展到动态的跟踪测量和3D立体测量领域。上个世纪末，美国的CYRA公司和法国的MENSI公司率先将激光技术发展到三维测量领域。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，其应用推广很有可能会像GPS一样引起测量技术的又一次革命。激光测量技术具有以下六方面优势:

1.3.1 快速性:激光测量技术能够实现大范围内目标空间数据的快速采集，测得地物目标的空间立体结构。

1.3.2 不接触性:能够不接触测量的目标对象就实现其空间信息的获取，解决测量人员难以到达的区域、高危险区域的测量困难。

1.3.3 穿透性:激光扫描技术能够在一瞬间获取某区域大量的采样点，这些采样点能够反映目标地物不同层面上的采样信息。

1.3.4 实时、动态、主动性:激光测量技术通过探测自身发射出的光的反射来获取目标地物的空间信息，不受时间和空间的限制。

1.3.5 高精度、高密度:激光扫描技术通过直接扫描地物目标来获取其空间信息特征，得到的采样点不仅十分密集而且采样点点距很小。

1.3.6 数字化、自动化:激光扫描技术采用全数字特征，可靠性良好。

1.4 地下建筑物测量技术的特点

在地面上，三维数字地形图受环境影响相对来说较小，而地下建筑物的测量的起始数据是由地面上引过来，因此精度已经较低，而且在用仪器测量碎步点的数据时，受条件限制(很多地下建筑物形状曲折)，没有较宽阔的视野，对采集三维数据造成了很大的困难。因此，地下建筑物三维空间数据具有以下的特点:

1.4.1 相对狭窄的地下空间测量环境不同于地面，比如不能接受到GPS信号使得测量技术应用受到限制；

1.4.2 不受天气影响；

1.4.3 测量数据误差较大，因此对精度要求降低；

1.4.4 地下建筑物的底面高程注记应加圆括号；

1.4.5 需要测量地下建筑物的高度。

2 三维数据的获取

2.1 地面控制测量

地面控制测量的基本任务是根据地下工程的特点和需要，在地面布设一定形状的控制网，并且精密其地面位置，地面控制测量的目的是为地下控制测量传递地面坐标，建立整体控制基础。

2.1.1 地下建筑物的地面平面控制测量

根据地下工程的特点、范围、地形条件，采取精密导线、三角测量以及GPS技术进行测量。地下空间建筑物的控制测量根据其工程范围(或者长度)、工程类型、工程的施工方法可以分为三类:

①直接法

②精密导线法

③GPS定位技术

2.1.2 地下建筑物的地面高程控制测量

高程控制测量的任务是在出入口(洞口)附近设立2到3个水准基点，以便于向入口或传递高程，高程控制测量方法可以采用等级水准测量、光电测距三角高程测量。一般在地势较平坦的地区采取等级水准测量，在地势复杂的地区采用光电测距三角高程测量。

2.2 联系测量

在城市地下铁道、地下建筑物工程以及各种地下采矿工程中，应该通过平硐、斜井以及立井将地面的平面坐标系统以及高程系统传递到地下，使地面与地下建立统一的坐标系统，该项工作成为联系测量。通过平硐、斜井的联系测量可以采用导线测量、水准测量、三角高程测量完成、而立井的联系测量分为平面联系测量和高程联系测量。平面联系测量分为一井定向和两井定向和陀螺经纬仪定向。立井平面联系测量的任务是测定地下导线起始边的坐标方位角和地下导线地算点的平面坐标。高程联系测量的任务是确定地下高程测量的任务是确定地下高程基点的高程。

3 结束语

总之，建立城市地下建筑物测绘信息管理系统是提高城市地下空间资源规划、开发和管理能力和决策效率的必要途径。在对地下空间测量技术的研究条件下，对地下建筑物实现可视化和信息化，并对勘察、设计、施工及城市规划、管理中各种地下空间地理分布信息进行数据采集、存储、管理和分析，能够对庞杂的工程资料进行综合动态管理，提高数据可视化程度，为建筑、城市规划及岩土工程勘察等相关领域提供有力的决策依据。

［1］王超领，岳东杰，王瑞，等.城市地下空间三维地籍的建立研究[J].测绘科学，2009，11.

［2］郑文华.地下工程测量[M].煤炭工业出版社，2007.