城市工程測量的技術發展初探

摘要:本文從不同技術類別探討了城市工程測量的技術發展狀況，并對未來的發展態勢做出展望分析。

關鍵詞:工程測量 技術 發展

0 引言

城市工程測量是在工程建設的設計、施工和管理各階段中進行測量工作的理論、方法和技術的總稱，屬于城市測量(城市測繪)的重要組成部分。城市工程測量的應用范圍非常廣，包括城建、地質、鐵路、交通、房地產管理、水利電力、能源、航天和國防等各種工程建設部門，是在國民經濟和建設中被直接運用的綜合性測繪科學與測繪技術。

在科學技術日益發展革新的現代，隨著電子計算機技術、微電子技術、激光技術、空間技術等新技術的發展與應用，測繪科技得以飛速發展，工程測量技術也在科學技術不斷取得進步的同時獲得新的成就。此外，隨著國家經濟水平的提高，城市建設的需求日益增加，各種建筑工程和建設項目層出不窮，不但給工程測量帶來了新的挑戰，也使工程測量在建設活動中的覆及率不斷提高，促進工程測量技術的發展和進步。

1 工程測量的技術發展

1.1 地面測量儀器 先進的地面測量儀器為工程測量的現代化和數字化發展提供了先進的技術工具和手段，不但加快了工程測量的自動化進程，也打破了傳統作業方法，為現代城市工程測量打開了創新的局面。

在實際應用中，地面測量儀器的更新換代顯示了測量技術的飛速進步。比如具有自動跟蹤和連續顯示功能的測距儀，除了不需棱鏡外，還能完成以往難以攀和到達的測量點的測距任務;傳統的基線丈量方式已經被精密測距儀替代，成為細部測量的一個常用儀器;電子經緯儀帶來了利用光電技術測角的新高峰，除了能進行數據自動歸算和存儲外，還能自動改正儀器軸系統差、消除度盤分劃誤差和偏心差，與能“人機交互”進行測量數據的全站儀共同成為地面測量技術進步的重要標志之一。此外，激光水準儀、全自動數字水準儀、記錄式精密補償水準儀、激光準直儀和激光掃描儀等儀器實現了幾何水準測量中的自動化、數字化的功能，已被廣泛用于城市規劃、工程測量之中。

1.2 地圖數字化技術 地圖數字化是將地圖圖形或圖像的模擬量轉換成離散的數字量的過程。地圖數字化主要有跟蹤數字化和掃描數字化兩種。前者使用跟蹤數字化儀將地圖圖形要素(點、線、面)進行定位跟蹤，并測量和記錄運動軌跡的坐標值，進而獲取矢量式地圖數據。后者使用掃描數字化儀對地圖進行連續掃描，獲取二維矩陣的象元要素，形成柵格數據結構。

數字化地圖可的內容可人工編碼輸入，也可使用程序代替輸入，在計算機控制下實現數據的存儲、轉換、顯示和、編輯和糾錯。數字化地圖的使用使電子地圖數據庫的建立更為便利，不但縮短了數據處理的時間和繪圖周期，大大減少了使用紙制地圖的工程測繪工作量，也能保證地圖信息提取的高保真度和準確性，管理和發布更為方便，是一種相當高效的技術。

1.3 GPS衛星定位系統 GPS衛星定位系統所獲得的點位坐標是地心直角坐標系中的三維坐標。是真正的三維測量系統。其測量精度非常高，雙頻GPS的點差分測量精度可到亞毫米級。自上個世紀80年代以來，GPS定位技術不斷發展完善，使測繪定位技術發生了革命性的變更，為工程測量提供了嶄新的技術手段和方法。高速、高效和高精度的GPS定位技術逐漸取代了常規地面定位技術，并從導航和測繪功能發展到國民經濟建設的其他服務領域，不但在國家大地網、城市控制網、工程控制網等的建立和改造中得到普遍應用，在石油勘探、通信通路貫通測量、地質勘查測量、碎部點的測繪與放樣、運載工具實時監控等方面也有廣泛的應用。

RTK(實時動態差分法)是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK載波相位動態實時差分方法，能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量結果，是GPS應用的重大里程碑。RTK的出現為工程放樣、地形測圖及其他各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。在不同的地形地勢下，RTK受能見度、氣候、季節等因素的影響和限制比較小，高質量的RTK只需一次設站即可獲取4km半徑的測區數據，而且只需一人操作。此外，RTK本身有自動化控制系統，不需人工干預也可實現多種測繪功能，不但定位精度高，數據也安全可靠。因此，RTK被廣泛應用于圖根控制測量、地籍、房地產測繪、數字化測圖及施工放樣等各種工作中。

1.4 GIS技術 GIS(地理信息系統)是集計算機科學、空間科學信息科學、測繪遙感科學、環境科學和管理科學等學科為一體的新興產物，近年來迅速發展興起，在資源與環境應用領域發揮技術先導的作用。GIS以地理空間為基礎，采用地理模型分析方法，實施提供多種空間和動態的地理信息，是一種為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統。其基本功能是將表格型數據轉換為地理圖形顯示，然后對顯示結果進行瀏覽，操作和分析。GIS的顯示范圍可以從洲際地圖到非常詳細的街區地圖，是有效管理具有空間屬性的各種資源環境信息的新興技術。

GIS的技術優勢除了集地理數據采集存儲、管理、分析、三維可視化顯示與成果輸出于一體外，還在于它能對資源環境管理和實踐模式進行快速和重復的分析測試，能有效地對多時期的資源環境狀況及生產活動變化進行動態監測和分析比較，便于進行動態預測和管理決策，極大提高工作效率和經濟效益，為解決資源環境問題及保障可持續發展提供技術支持。目前，GIS在測繪、地質礦產、農林水利、氣象海洋、環境監測，城市規劃土地管理、區域開發與國防建設等領域發揮越來越重要的作用。

1.5 RS技術 RS技術即遙感技術，是指從高空或外層空間接收來自地球表層各類地物的電磁波信息，并通過對這些信息進行掃描、攝影、傳輸和處理，從而對地表各類地物和現象進行遠距離控測和識別的現代綜合技術。大中小比例尺地形圖都可以利用遙感影像來獲取，它為應用于工程測量領域的城市基本地形圖、地籍圖以及各種大、中、小比例地形圖的快速更新提供了十分便利的方法和手段。RS技術由于具有大面積的同步觀測、時效性、數據的綜合性和可比性及經濟性等優勢，得到快速的普及，目前被應用于陸地水資源調查、土地資源調查、植被資源調查、地質調查、城市遙感調查、海洋資源調查、測繪、考古調查、環境監測和規劃管理等多種范疇。

1.6 三維工業測量技術 無論是針對工程各階段中進行測量工作，還是針對不同工程的測量工作，都需要適當的測量手段。隨著高新技術的發展和現代工業生產技術的進步，新的工業生產要求測量能體現出生產的自動化流程、生產控制、產品質量監測檢驗等結果，具有高速、高精度的特點，三維工業測量技術就是符合這樣的要求的測量手段，它以電子經緯儀或近景攝影儀為傳感器，在電子計算機的支持下而形成的三維測量系統，可在瞬間完成測量全過程，并可對動態目標進行測量和多重攝影，產生多項觀測值，精度可靠，大大超越傳統的光學、機械方法所達到的測繪水平。

2 工程測量技術的發展趨勢

2.1 發展維度與范圍 工程測量的技術革新，從一維漸次向四維發展，在獲取手段上，信息的獲取從點到面，信息狀態從靜態到動態，測量處理從后處理到實時處理。現在的測量范圍，由于已不再局限于以往的技術和條件，從高空到地面，地下到水下，都可以實現人工乃至遙控式的高精度測量。可以說，工程測量技術在過去的不斷革新中實現了飛躍性的發展，并將不斷擴展技術維度和范圍。

2.2 應用技術的擴展 高精度實時動態GPS定位和全新的RTK定位方法，為測量工程帶來重大的變革—VIES虛擬參考站。它集新興計算機網絡管理技術、突破性的GPS系統和RTK技術于一體，不需要建立參考站，節省接收機的采購費用，應用效率非常高，能使同一地區所有測繪工作成為一個有機的整體。在這種技術應用前景下，GPS網絡建設和RTK技術將高速發展，為各項大型和精密工程建設提供可靠的測繪技術保障，更出色完成各項工程測量任務。

2.3 介質與相關系統 在目前的工程測量中，從人眼觀測操作轉換為機器人自動尋標觀測的現象越來越多，這就意味著，測量機器人作為多傳感器集成系統在工程測量中運用有很大的發展空間，人工智能的開發應用將會使影像、圖形、數據的獲取和處理更便捷，由此也擴大測量機器人的應用范圍。

在各種大型工程建設中，工程測量的發展將與信息系統相結合，如大地測量、地球物理、工程與水文地質以及土木建筑等學科，共同組成工程測量和建設的龐大應用系統，解決安全監測、工程監控、環境保護等各種問題。

2.4 3S集成技術 3S(GPS、GIS、RS)技術的結合，是一個工程測量技術因取長補短需要而產生的發展趨勢。在三者結合的情況下，GPS與RS為GIS提供區域信息及空間定位信息，而GIS進行相應的空間分析以便從GPS和RS提供的海量數據中提取有用的信息并進行綜合集成，使之成為科學的決策依據。因此，3S集成技術是工程測量功能優化適配的一個綜合框架，將為各類工程，尤其是大型工程提供最有效的數據及信息采集、分析處理結果，是未來工程測量發展中值得關注的整合型技術。

3 結語

我國工程測量技術在發展中取得了很大的進步，但在國民經濟建設飛速發展和社會需求日益提升的今天，我們仍需大力發展工程測量技術，積極促進技術革新和推廣應用，加快傳統測量的電子化、數字化和自動化發展。伴隨新技術的不斷進步，現代工程測量將朝著作業一體化、測量及處理自動化、測量和控制手段智能化、高端技術集成化的趨勢發展，我們要把握工程技術的發展方向，不斷研究工程測量的新領域，為開創工程測量發展新局面而努力奮斗。

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