刍议工程测量的拓展与实践

　　摘要:木文结合工程测量在当前工程建设中扮演的重要角色，详细介绍了工程控制测量、大比例尺数字测图与城市信息系统、工放样测量、工业测量以及工程变形监测等工程测量技术的发展现状。
　　关键词:工程测量;控制;监测
　　当前，以3S（GPS、RS、GIS）技术为代表的现代测绘技术迅猛发展，测绘科学技术在理论上、方法上和技术体系上正经历着巨大的变革。我国自改革开放以来，国民经济持续增氏，工程建设的投资和规模迅速发展，给工程测量技术的发展带来了机遇。日前，3S技术和数字化测绘技术以及测绘新仪器广泛应用十工程测量中，使工程测量趋向自动化、智能化、数字化和实时化。下面分工程控制测量、大比例尺数字测图与城市信息系统、施工放样测量、工业测量以及工程变形监测等方面介绍工程测量技术的发展现状。
　　1.工程控制测量
　　工程控制测量是各种工程测量的基础和基准。现代空间定位技术特别是GPS的发展，提供了一种崭新的控制测量技术手段，使工程平面控制测量发生了革命性的变革。传统的三角测量、三边测量、边角测量以及导线测量建立高等级控制测量的方法已被GPS测量所替代。在线路测量中，也经常应用GPS快速定位和RTK技术来进行线路控制测量。全站仪的发展提高了测角和测距的精度，目前全站仪测角精度达到0.5s测距精度达到，同时自动化程度越来越高。白动全站仪能自动识别、跟踪和精确照准目标，因此大大简化了仪器的观测操作，在工程测量中得到广泛应用。在小范围高精度的工程控制测量、控制测量加密、城市导线测量和地卜工程控制测量中，还是主要采用全站仪布设工程控制网和导线网进行工程控制测量。几何水准测量仍旧是建立高精度高程工程控制测量的基本方法。电子水准仪的出现，使几何水准测量向自动化、数字化方向迈进。全站仪电子测距精度的提高和高灵敏度垂直度盘读数的自动补偿，使三角高程测量精度得到提高，操作更为简单。采用电子测距三角高程测量在起伏较大的地区代替三、四等几何水准测量，已得到实际应用。GPS高程测量近几年来受到广泛关注，建立三维GPS控制网，结合精化局部大地水准面，改变了传统的平面和高程控制网分别布设、分别施测和分别处理的状况。从目前进行的实践可以认为，在局部地区GPS水准能实现厘米级的精度，可代三、四等水准测量。在我国一些发达城市和沿海地区，如厂州、武汉、香港、深圳、北京、上海、昆明、人津等地，已经建立或正在建立连续运行的.GPS参考网站系统，为测绘部门提供测绘基准，并通过不同的通讯渠道提供不同精度档次的定位信息和有关数据，服务于不同的行业，如城市建设、土地利用、交通导航、城市抗灾救灾和气象预报等，这将使GPS定位技术进入更广泛的应用阶段。
　　2大比例尺数字测图与城市信息系统
　　工程建筑设计、施工需要大比例尺地形图，大比例尺地形图测绘是工程测量最普遍的一项测绘工作。全站仪的发展和计算机测图软件的开发，使地面地形图测绘技术向数字测图技术转变。地面数字测图作业模式有两种类型，一种是全站仪采集数据，利用电子手簿或仪器自身的内存记录数据，再传至计算机，根据现场绘制的草图进行编码和编辑生成数字地图。另一种是全站仪与便携机或PDA连接，利用屏幕显示点位，现场进行编码，经编辑生成数字地图。随着全数字摄影测量的发展，摄影测量成图趋向自动化和数字化，使摄影测量技术发生了革命性的变革。基于微机的数字摄影测量系统能自动完成空中三角测量、建模、制作正射影像图以及交互生成数字线划图，经外业调绘后再经编辑生成数字地图。口前数字测图技术已替代了传统的平板仪白纸测图技术。我国1:500~1:2000的大比例尺地形图，在大比例尺地形图，在大面积测图时已广泛采用全数字摄影测量方法，而在小面积的工程勘测和城市更新测图中主要采用全站仪采集数据和计算机成图的地面数字测图方法。数字测图技术也应用于地籍和房产测量中，由于全站仪采集数据具有较高的坐标精度因此，在地籍和房产测量中主要采用地面数字测图方法。城市地下管线测量是地下管线探测和地面数字测图相结合的测绘工作，其作业程序是采用地下管线探测仪和地质雷达，确定管线的深度和在地面上的投影位置，然后采用全站仪测定管线点的位置和高程以及附近的地物，绘制地卜管线图。水下地形测量方法与陆地地形测量方法有较大差异。目前，水下地形测量主要采用组合测量系统，该系统由GPS接收机进行实时差分动态定位，回声测深仪测量水深，数据经计算机处理，生成水下数字地形模型和自动绘制水下地形图。地面数字测图方法较传统测图方法已有较大的进步，但仍然有较繁重的外业测量工作，因此，利用GPS、惯导测量系统、扫描仪、数码相机等多种传感器集成的地面移动测量数据采集系统正在研究之中，并已在公路测量中得到初步应用。在城市发展和工程建设中，为了提高管理水平，我国很多城市启动建立城市基础地理信息系统、地籍管理系统、房地产管理系统和地下管线管理系统。各种工程建设，如水利枢纽、大型桥梁、矿山开采、高速公路和铁路等，也建立起工程信息管理系统。数字地形图为这些信息系统提供空间位置信息，但数字地形图的数据标准、信息系统的数据共享及系统的更新还有待于进一步研究。
　　3施工放样测量
　　随着大型工程建设(如水利枢纽、大型桥梁、城市地铁、磁悬浮列车轨道、电视塔等)的规模增大、工程结构的日趋复杂和机械化施工，加大了施工放样的难度。目前，全站仪(包括无棱镜的漫反射测距)在施工放样测量中发挥了极大的作用，放样方法主要采用全站仪极坐标法放样。在线路曲线放样中，按测量坐标系汁算曲线点的测量坐标，在测量控制点上由全站仪直接放样曲线点，简化了线路曲线放样操作。在道路施工、管线架设中，除采用全站仪进行桩点放样外，利用GPSRTK技术直接放样点位也已在生产中广泛应用。在桥梁、港口工程施工中，水面上桩位测量也采用GPSRTK技术，在打桩船上安置两台GPSRTK接收机和打一桩机桩位构成固定的几何关系，实时测定打桩船的位置和方位进行桩位样。全站仪的自动跟踪和遥测操作功能给施工的实时、动态测量创造了条件。在城市地铁隧道盾构掘进施工时，由一台自动照准、观测的全站仪实时地测量盾构的位置，与设计位置进行比较，自动或人工调整盾构的掘进方向，使盾构按隧道设计轴线掘进。在大口径曲线顶管工程施工中，将数台自动照准、观测的全站仪安置在自动整平的基座上，在计算机控制F自动进行空间支导线测量，将起点坐标、高程传递到顶管机头上，实时地对机头的位置进行跟踪测量，为调整机头施工方向提供数据，大提高了顶管的施工质量和进度。在施工测量中有很多专用仪器，简化了测量操作，提高了工效。在地下工程和某些特殊的场合需要高精度的方向测量，高精度陀螺经纬仪可全程进行全目动化测量，在数分钟内得到3-5"的高精度定向。手持式激光测距仪可以在建筑工地替代普通钢尺进行距离测量。在高耸建筑物拖工中，使用高精度天顶天底投点仪之激光铅直仪进行轴线翔量，保证轴线的铅直方向。在大面积平整场地中(如飞机场施工.使用激光扫平仪进行水平测量。在矿山、隧道等地下工程施工中使用断面仪进行断面测量。
　　4工业测量
　　在飞机、造船、汽车、钢铁等工业生产，以及大型汽轮发电机组、电子加速器和大型抛物面天线等设备安装中，需要进行相对位置极高的精密测量工作。工业测量方法主要有:两台或多台高精度电子经纬仪的空问前方交会测量系统、单台高精度全站仪（包括激光跟踪仪)的极坐标测量系统、采用数字量测相机的工业近景摄影测量系统，及用于直线测量的激光准直测量系统和用于水平面测量的静力连通管高程测量系统。经纬仪空间前方交会测量系统采取高精度测角，在几米到十几米的测量范围内可达到0.02~0.05mm的点位精度，应用于形状测量、设备的安装和检修测量。高精度全站仪极坐标测量系统的测距精度在120m范围内可达到0.5mm左右，因此在中等精度的工业测量中得到广泛应用。而激光跟踪仪利用激光干涉法原理测距，在有效测量范围内(30~40m)测距精度优于0.005mm/m。徕卡公司最新推出的带摄影测量装置的激光跟踪仪工业测量系统，由LTD500和T-Cam构成主机，配合T-Probe测量装置构成。该系统通过摄影测量装置可确定测量装置的3个转动角，即可得到测量装置下部触针端点的精确位置，给测量带来很大的方便。激光跟踪仪工业测量系统具有很高的三维坐标测量精度(大约0.01mm/m)，已用于飞机、汽车制造的设备检测和外形测量。工业近景摄影测量系统采用两台高分辨率的数码相机对被测物体同时摄影，如对静态物体可采用单台相机在两个位置上摄影，得到物体的数字影像，经计算机图像处理后得到物体的空间坐标。工业近景摄影测量系统主要用于复杂形状测量，特别适用于动态物体的快速坐标测量。工业近景摄影测量系统的测量精度一般在1/10万左右。激光准直测量系统可分为激光束准直和波带板激光准直，前者受激光束漂移的影响，准直距离一般在10m范围内，准直精度一般为1/10万左右。后者采用3点测量方法，削弱了激光束漂移的影响，准直精度可达1/100万左右。激光准直测量系统的探测器采用CCD和PSD光电位置传感器，提高了探测的采样率和灵敏度。激光准直测量系统已应用于大型汽轮发电机组、电子加速器、大型机械设备安装和检修中的轴线测量。静力连通管高程测量系统采用电容、电感等位移传感器自动探测液面位置，可以得到高精度的基准平面，主要应用于大型柴油机、设各安装平台的水平面测量。
　　5工程变形监测
　　工程变形监测是指工程建筑物本身和工程施工造成的地表变形(如沉陷、滑坡)的监测。工程灾害给人们带来极大的危害，因此工程变形监测越来越受到重视。一方面改进观测仪器和方法，提高观测精度和使数据采集自动化，另一方面研究变形观测数据的处理方法，对工程变形进行正确的分析和预报。目前GPS作为变形观测的一种重要方法，已广泛应用于矿山开采的地表、大坝坝顶、桥梁、滑坡的变形监测。以跨汪和跨海湾的大桥为例，其桥型以悬索桥和斜拉桥为主，在温度、风力、荷载的作用下，变形较大。为确保大桥的安全通车，已有多座大桥开展了变形监测，其中采用GPSRTK方法实时、连续和全自动监测桥面的变形，测量精度为1-2cm。在大坝和滑坡的变形监测中采用静态GPS方法，连续观测4-6h可达到lmm左右的测量精度。在大坝、桥梁、滑坡的变形监测中，自动高精度全站仪(如LeicaTCA2003)也得到广泛应用。自动全站仪可以自动寻找目标，在计算机控制下可定时对一系列变形点自动观测，并将观测数据传输给监测中心处理。新型的激光扫描仪采用漫反射测距，测距精度为3--5mm，测量距离已达几百米之远，可在短时间内获得建筑物的影像和点阵的三维坐标，因此，在拱坝、桥梁、高边坡的变形监测中有较好的应用前景。原来大坝变形监测中的引张线、波带板激光准直、垂线和连通管等观测方法仍得到发展和应用，在计算机控制下多个测点装置连成一个系统，并实现了观测自动化、观测数据的目动传输和预处理。变形观测数据的处理和分析方法，除回归分析法和有限元分析法外，时间序列分析法、频谱分析法、卡尔曼滤波分析法、小波分析法以及人工神经网络分析法也已在一些工程变形监测中应用。工程建筑物的变形观测和数据分析，对了解工程建筑物的变形规律，预计可以出现的变形量，保证工程建筑物的安全运行及工程维护等方而有着重要作用。
　　6结束语
　　随着社会的发展，科学技术的进步，工程测量的理论和技术也得到了极大的发展，随之为现代社会的的各项测绘所需提供更高效、更全面、更精确技术支持。

《刍议工程测量的拓展与实践》

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