線路工程測量中數字化測量技術的運用

周新良

（新疆石油勘察設計研究院（有限公司），新疆 克拉瑪依 834000）

計算機的產生至今的每一個技術變革，都深刻的影響著社會生產的各個領域的技術革新。近些年來，隨著我國經濟的飛速發展，計算機網絡技術也逐漸的應用于線路工程的測量工作中。最主要的表現是各種智能化測量儀器的產生和應用大幅度的提高了數字化測量技術的水平，同時也開辟了數字化測量技術在線路工程中的應用。目前來看，全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)、攝影測量與遙感(RS)以及數字化測繪和地面測量先進技術都已經在我國的線路工程的測量工作中發揮著巨大的作用。

線路工程測量是一門十分實用的學科，它和我們國家的經濟建設緊緊相連，各類鐵路、公路、管道運輸等工程的開展都離不開線路測量，都要根據線路測量所得信息和數據制定和調整工程計劃。同時，線路工程測量還是一門可以和社會生產緊密結合的學科，因為線路工程測量的技術和儀器可以為我國的工業生產提供相關的技術和設備支持。所以，做好線路工程的測量工作不僅能夠服務于工程建設，還能夠間接的作用于社會經濟發展。隨著高新技術在工程建設中的不斷應用，各種數字化技術在線路工程測量中也得到了廣泛的應用，使線路工程測量取得了一系列的進步與發展,還使線路工程測量的技術發生了巨大的變化。這種變化主要集中在線路工程測量中使用的先進測量儀器和測量中使用的數字化技術，下文中筆者就從這兩個方面談談自己的認識。

1 線路工程測量中使用的先進測量儀器

二十世紀八十年代以后，我國的改革開放政策帶領了社會生產進入了一個新的歷史階段，社會經濟得到了全面的發展和提升，國際上的一些先進技術和儀器也被逐漸的引入和應用到國內的社會生產中。這種形勢下，線路工程測量中對于先進技術和儀器的使用也占有了便利的條件，各種先進的測量儀器，如光電測距儀、精密測距儀、電子經緯儀、全站儀、電子水準儀、數字水準儀、激光準直儀、激光掃平儀等一系列的先進儀器的采用為我國的線路工程測量走向現代化、自動化、數字化提供了良好的外部環境，有效的推動了我國的工程測量的數字化進程。

設備的革新給我國的線路工程測量工作帶來的影響是多方面的，我國傳統的人工測量技術是采用三角網對地形、道路和施工進行測量，這種方法不僅施工起來比較繁瑣，其測量所得的結果精度也不夠高，所以這類技術已經不能夠適應現代化建設的需要了。因此，我們必須做出適當的改變，來適應現代工程的測量需要。先進的測量儀器的應用為這種測量方法的變革的創造了有利的條件。我們看到，新型的三邊網、邊角網和測距導線網代替了原來的三角網測量技術，而傳統的三和四等水準測量也被光電測距三角高程測量所替代。這種儀器的更新換代不僅標志著測量儀器的進步，也是整個工程測量水平提升的一個重要標志，還是推動測量方式變革的一個重要動力。

新型的數字化測距儀在功能上較傳統的測量儀器還是有著非常明顯的優勢的，首先數字化測距儀器可以做到在對施工放樣進行測量的時候進行自動的跟蹤和連續顯示功能，這也就從根本上避免了由于定位不準導致的測量誤差的產生。以前人工測量的時代中，是存在盲點的，因為單靠人工是無法對難以攀登和無法到達的這類測量點進行測量的，所以測量人員受到儀器和自身的限制無法完成較為全面的測距工作。但是，現在有了無需棱鏡的測距儀就可以完美的解決這類問題了，新型的測距儀可以在測量人員工作的過程中完成自動的跟蹤和連續的顯示，使線路工程測距能夠更加的準確和方便。

電子速測儀可以讓線路工程測量在細節處變得更加精確，對于一些人眼和傳統工具無法進行具體測量的位置，電子速測儀可以通過電子掃面迅速而準確的獲取該位置的相關信息，不僅避免了測量中死角的形成，也間接提高了整體測量精度。人工時代所廣泛使用的傳統基線丈量的方法也因為現代化的精密測距儀的使用而結束，傳統的基線丈量主要應用于各種線路的具體長度的丈量過程中，而受到人工測量的精確度的限制，其結果往往都存在著較大的誤差，精密測距儀的產生不僅有效的克服了這一誤差問題，還從根本上改變了基線丈量的方式，使基線丈量從原來的工程測量中耗時最長、工程量最大的測量工作變為工作效率最高、精準度最高的測量工作之一。此外，對于大地水準面和基本水準面的測量中，激光水準儀、全自動數字水準儀和記錄式精密補償水準儀這些儀器的應用有效的改變了傳統的以繁瑣的公式計算為主的測量結果產生形式。在幾何水準測量的過程中實現對安平、讀數和記錄、檢核測量中出現的數據做到同步精確記錄，這些儀器都讓幾何水準測量遠離了傳統的人工走向了自動化和數字化，同樣大幅度的提高了測量的效率。通過上文的舉例分析我們看到，以上幾種先進的測量儀器的應用不僅大大的提高了作業效率，還節省了人力，使得傳統測量中需要人力完成的工作被機械取代，降低了勞動者的工作強度，有利于人力資源的合理配置。

除了以上常見的測量儀器外，一些特殊工程項目中的測量儀器也在工程建筑的過程中起到了重要的作用。在現代化社會主義建設過程中需要建設越來越多的高層建筑和對大面積的鋼筋混泥土進行施工，這些施工也就需要激光準直儀和掃描儀。隨著我國工程技術的不斷發展，目前我國已經實現了激光準直儀的自主研發和生產，最著名的產品有JDA激光準直儀，這個激光準直儀可以對基準進行調節，可以分為六種不同的精度進行自動保持，便于施工單位在不同的項目施工中進行使用，目前已經被廣泛的應用于各種高層建筑的測量活動中。除了高層建筑的測量外，JDA激光準直儀的使用范圍也十分的廣泛，不僅可以對軸線測控、滑模測偏、測扭、水平測控和對建筑施工的項目安裝設備的時候放線控測，還可以檢查工程在施工過程中是否平整，施工結構是否出現了變形，這種應用功能使其能夠及時的發現建筑工程施工中的各種肉眼不易觀測到的問題。再如，陀螺經緯儀是礦山和隧道施工過程中進行線路工程測量的重要儀器，由于隧道施工過程中的能見度比較低，且地質情況比較復雜，所以采用陀螺經緯儀可以較為客觀的掌握隧道線路中的各種地質信息。隨著數字化技術的發展，陀螺經緯儀也在技術上實現了更新，新型的陀螺經緯儀由計算機自動系統直接控制，這樣就避免了由人工控制導致的各種人為誤差的發生，同時這類現代化陀螺經緯儀可以做到在連續對陀螺的轉動進行監控和測量，如果陀螺經緯儀在測量的過程中受到了外部的干擾，陀螺經緯儀可以自動的對這類外部干擾進行補償，這樣就會能到更加準確的數據。

我們看到，現代化的線路工程的測量工作已經離不開各種先進的測量儀器，無論是光電測距儀、精密測距儀、電子經緯儀、全站儀，還是電子水準儀、數字水準儀、激光準直儀、激光掃平儀，都在我國的鐵路、公路、管道工程的工程測量中發揮著不可替代的重要作用，他們以其高效率和高精度的測量優勢取代了傳統的人工操作儀器和設備，為我國的線路工程的測量做出重要的貢獻。

2 線路工程測量中使用的數字化技術

2.1 數字化地圖技術

為了更好的實現數字化系統在線路工程中的應用，工程中的各種地形圖紙也逐漸實現了數字化的管理。GIS系統就是這樣的一種地形圖管理系統，它的建立需要對原先所持有的地圖進行數字化改變，但是這份把原始地圖變成數字化地圖的工作是十分復雜和艱巨的，需要工作人員手動的錄入大量相關信息和數據，不僅耗費了大量的人力物力，還造成了嚴重的資源浪費，并且極易產生誤差。所以，為了克服這種地圖數字化的弊端，隨著信息化的發展，就出現了數字化地圖掃描儀，這個儀器可以讓原有現勢性、精度和比例尺能夠為數字化儀識別的地圖，進過編輯和修補后自動生成數字化地圖。大比例的地圖在以前數字化儀沒有出現的時候對其進行數字化處理是非常困難的工作，現在掃描矢量化軟件可以對這些大比例的地圖提取多邊形，這些都是自動完成的，數字化地圖的建立變得更加的簡單和高效。地圖作為測量工作中的重要資料，不僅影響著測量工程的開展，也是測量結果的重要展現形式，將地圖系統數字化，不僅便利了地圖上信息與數據的管理和應用，還提高了地圖的精度，增強了多維性。

2.2 數字化成圖技術

在采用傳統人工進行線路工程測量的工作時，最重要的工作內容在于大比例尺地形圖和工程圖的測繪。用傳統的繪圖方法完成大比例尺地形圖和工程圖的測繪，需要工作人員在前期進行大量的野外實地測量和觀察工作，作業員在獲取地圖信息的過程中需要面臨各種艱苦的作業環境，還要進行復雜的操作，同時還需要收集大量的內業數據從而進行繪圖，這種繪圖工作的難度和強度是相當大的，雖然做到了數據和資料的人工搜集，但是這種繪圖工作在工作效果上還存在著很大的弊端，即每一張地形圖的形成都需要耗費很長的時間，并且同時一次只能進行一個地圖的繪制工作，無法做到資源的重復使用。隨著數字化技術在成圖工作中的應用，數字化成圖技術取代了傳統人工技術，克服了上述繪圖作業中的缺陷和不足，新型的數字化技術有著人工測繪無法比擬的精度，同時也不需要很大的勞動強度，對于地圖的修改只要是在計算機上進行作業不需要人工重新畫圖。另外，新的技術使各種地圖信息的保存也十分容易，避免了因為紙張的損壞影響地圖的閱覽和數據的提取等一系列問題。就目前來看，數字化成圖技術一般有兩種模式，即內外業一體化和電子平板。所謂內外業一體化，就是將內外業的相關技術結合起來共同應用到地圖的繪制過程中，使用全站儀和電子手簿這些電子設備來進行外業數據采集。這種內外業一體化技術最突出的應用優點就是這種方式可以大大的提高測繪的精度，而參與繪制的員工的任務和角色的分配也更加的明確，而且能夠獲得很高的成圖效率。所謂電子平板繪圖，就是在地圖繪制的過程中，依據已有的地質信息資料，根據地圖的繪制要求和成圖標準，系統自動對各種信息進行綜合形成一個新的電子地圖的繪制形式。由于缺少對外部環境和實際地形地貌的考察，使得電子平板繪圖的可靠性要弱于內外業一體化技術。

3 數字化測繪技術在線路工程測量中的應用

3.1 原圖的數字化

在線路工程的測量中，最理想的狀態是擁有該地區和該工程相關的數字地形圖，但是受到各種因素的影響，不是所有的地區都有完整的數字地形圖，地區可能出現一些突發的狀況例如經費困難或者沒有足夠的時間進行來進行數字土地的采集工作，那么如果想獲得數字地形圖的效果，就必須對已有的傳統地圖實行數字化處理，即原圖的數字化。這項技術是使用現有的地形圖，通過計算機、數字化掃描儀和繪圖儀制成一個和原圖內容相同而形式不同的數字地圖。在具備了以上資料和設備的情況下，通過計算機運行數字化軟件就可以輕松實現原圖的數字化處理，這項工作最主要的特點和優勢就是不需要耗費大量的人力和時間，也不會產生過多的經費，這個特點大大的降低了其使用局限性，是其能夠廣泛的應用于各種線路工程的測量中的主要原因之一。在配齊了所需的原有地形圖、計算機、數字化掃描儀、繪制儀后，就可以開始對原圖進行數字化處理工作了。啟動軟件后，掃描儀會將原圖的各種地理信息通過掃描的形式錄入計算機，計算機系統中的數字化處理軟件在接收到地圖信息后就會對其進行實時的數字化處理，然后再經由繪制儀對其重新進行繪制。手扶跟蹤數字化及掃描矢量化是兩種主要的進行原圖的數據化的方法。相比較而言掃描矢量化比手扶跟蹤數字化產生的地圖無論是精度還是效率都比手扶跟蹤數字化更好。但是這一種方法也不是完美無缺的。掃描矢量化的地圖所有的工作都是建立在原圖的基礎上的，所以原圖的精度會對建立原圖的數據化產生很大的影響，如果原圖的精度的不好的話，原圖的數字化的精度會比原圖還要差。所以掃描矢量化的地圖只能作為一個輔助的措施不能完全依靠這個掃描矢量化。所以一個地區如果需要獲得一個完整和詳細的數字化地圖就需要對掃描矢量化的地圖進行修測和補測。修測和補測就是對一些地物的坐標進行師弟的測量從而得到一個精確的坐標。用這些新的坐標代替原來掃描矢量化所做數據化地圖的錯誤坐標，這樣也就可以進一步的提高數字化地圖的精度了。

3.2 地面數字測圖

如果線路工程的施工地區沒有精度相對來說比較高的大比例尺地圖，這時就可以使用地面數字測圖來獲取較為準確和可靠的地理信息。所謂地面數字測圖技術，又稱內外業一體化數字測圖，是目前在我國線路工程測量中使用最多的地圖測繪方法，這種方法的最主要的優勢是可以獲得精度非常高的數字地圖，并且操作也極為簡便，只要測量員工在測量方法上進行正確控制就可以，在重要地物相對于鄰近控制點的精度控制在五米之內即可。上文中我們已經詳細對比了內外業一體化技術和電子平壩技術在地圖測繪中的應用，本節不再贅述。

綜上所述，隨著各種數字化技術在線路工程測量活動中的應用，線路工程測量技術的發展趨勢逐漸由測量數據采集和處理及時自動實時向數字化方向發展，測量數據管理更加的科學化、標準化、規范化，測量數據傳播與應用更加面向社會，更加多樣化。GPS技術、RS技術、GIS技術、數字化測繪技術以及先進地面測量儀器等將廣泛應用于工程測量中，并發揮其主導作用。文中筆者從線路工程測量中使用的先進測量儀器和測量中使用的數字化技術兩個方面對我國的線路工程測量中數字化技術的影響狀況進行了簡要分析，希望能夠為推動我國工程測量的數字化發展盡自己的一份力，諸多不足，還望批評指正。

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