工程測量技術(shù)的應(yīng)用解析

何棟梁

摘 要 工程測量技術(shù)是服務(wù)于工程建設(shè)的一種測繪技術(shù)，它的發(fā)展與測繪科學(xué)技術(shù)和工程建設(shè)的發(fā)展密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞 控制測量 放樣測量 工業(yè)測量

一、工程控制測量

工程控制測量是各種工程測量的基礎(chǔ)和基準(zhǔn)。現(xiàn)代空間定位技術(shù)特別是GPS的發(fā)展，提供了一種嶄新的控制測量技術(shù)手段，使工程平面控制測量發(fā)生了革命性的變革。傳統(tǒng)的三角測量、三邊測量、邊角測量以及導(dǎo)線測量建立高等級控制測量的方法已被GPS測量所替代。在線路測量中，也經(jīng)常應(yīng)用GPS快速定位和RTK技術(shù)來進(jìn)行線路控制測量。全站儀的發(fā)展提高了測角和測距的精度，目前全站儀測角精度達(dá)到0.5 s，測距精度達(dá)到±（0.5 mm+1×10-6D），同時自動化程度越來越高。自動全站儀能自動識別、跟蹤和精確照準(zhǔn)目標(biāo)，因此大大簡化了儀器的觀測操作，在工程測量中得到廣泛應(yīng)用。在小范圍高精度的工程控制測量、控制測量加密、城市導(dǎo)線測量和地下工程控制測量中，還是主要采用全站儀布設(shè)工程控制網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行工程控制測量。幾何水準(zhǔn)測量仍舊是建立高精度高程工程控制測量的基本方法。電子水準(zhǔn)儀的出現(xiàn)，使幾何水準(zhǔn)測量向自動化、數(shù)字化方向邁進(jìn)。全站儀電子測距精度的提高和高靈敏度垂直度盤讀數(shù)的自動補(bǔ)償，使三角高程測量精度得到提高，操作更為簡單。采用電子測距三角高程測量在起伏較大的地區(qū)代替三、四等幾何水準(zhǔn)測量，已得到實際應(yīng)用。GPS高程測量近幾年來受到廣泛關(guān)注，建立三維GPS控制網(wǎng)，結(jié)合精化局部大地水準(zhǔn)面，改變了傳統(tǒng)的平面和高程控制網(wǎng)分別布設(shè)、分別施測和分別處理的狀況。

二、施工放樣測量

隨著大型工程建設(shè)的規(guī)模增大、工程結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜和機(jī)械化施工，加大了施工放樣的難度。目前，全站儀在施工放樣測量中發(fā)揮了極大的作用，放樣方法主要采用全站儀坐標(biāo)法放樣。在線路曲線放樣中，按測量坐標(biāo)系計算曲線點(diǎn)的測量坐標(biāo)，在測量控制點(diǎn)上由全站儀直接放樣曲線點(diǎn)，簡化了線路曲線放樣操作。

在道路施工、管線架設(shè)中，除采用全站儀進(jìn)行樁點(diǎn)放樣外，利用GPSRTK技術(shù)直接放樣點(diǎn)位也已在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。在橋梁、港口工程施工中，水面上樁位測量也采用GPSRTK技術(shù)，在打樁船上安置兩臺GPSRTK接收機(jī)和打樁機(jī)樁位構(gòu)成固定的幾何關(guān)系，實時測定打樁船的位置和方位進(jìn)行樁位樣。全站儀的自動跟蹤和遙測操作功能給施工的實時、動態(tài)測量創(chuàng)造了條件。在城市地鐵隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工時，由一臺自動照準(zhǔn)、觀測的全站儀實時地測量盾構(gòu)的位置，與設(shè)計位置進(jìn)行比較，自動或人工調(diào)整盾構(gòu)的掘進(jìn)方向，使盾構(gòu)按隧道設(shè)計軸線掘進(jìn)。在大口徑曲線頂管工程施工中，將數(shù)臺自動照準(zhǔn)、觀測的全站儀安置在自動整平的基座上，在計算機(jī)控制下自動進(jìn)行空間支導(dǎo)線測量，將起點(diǎn)坐標(biāo)、高程傳遞到頂管機(jī)頭上，實時地對機(jī)頭的位置進(jìn)行跟蹤測量，為調(diào)整機(jī)頭施工方向提供數(shù)據(jù)，大大提高了頂管的施工質(zhì)量和進(jìn)度。在施工測量中有很多專用儀器，簡化了測量操作，提高了工效。

在地下工程和某些特殊的場合需要高精度的方向測量，高精度陀螺經(jīng)緯儀可全程進(jìn)行全自動化測量，在數(shù)分鐘內(nèi)得到3″ 5″的高精度定向。手持式激光測距儀可以在建筑工地替代普通鋼尺進(jìn)行距離測量。在高聳建筑物施工中，使用高精度天頂天底投點(diǎn)儀、激光鉛直儀進(jìn)行軸線測量，保證軸線的鉛直方向。

三、工業(yè)測量

在飛機(jī)、造船、汽車、鋼鐵等工業(yè)生產(chǎn)，以及大型汽輪發(fā)電機(jī)組、電子加速器和大型拋物面天線等設(shè)備安裝中，需要進(jìn)行相對位置極高的精密測量工作。工業(yè)測量方法主要有：兩臺或多臺高精度電子經(jīng)緯儀的空間前方交會測量系統(tǒng)、單臺高精度全站儀（包括激光跟蹤儀）的極坐標(biāo)測量系統(tǒng)、采用數(shù)字量測相機(jī)的工業(yè)近景攝影測量系統(tǒng)，及用于直線測量的激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)和用于水平面測量的靜力連通管高程測量系統(tǒng)。經(jīng)緯儀空間前方交會測量系統(tǒng)采取高精度測角，在幾米到十幾米的測量范圍內(nèi)可達(dá)到0.02 mm～0.05 mm的點(diǎn)位精度，應(yīng)用于形狀測量、設(shè)備的安裝和檢修測量。高精度全站儀極坐標(biāo)測量系統(tǒng)的測距精度在120 m范圍內(nèi)可達(dá)到0.5 mm左右，因此在中等精度的工業(yè)測量中得到廣泛應(yīng)用。而激光跟蹤儀利用激光干涉法原理測距，在有效測量范圍內(nèi)（30 m～40 m）測距精度優(yōu)于0.005 mm/m。徠卡公司最新推出的帶攝影測量裝置的激光跟蹤儀工業(yè)測量系統(tǒng)，由LTD500和T-Cam構(gòu)成主機(jī)，配合T-Probe測量裝置構(gòu)成。該系統(tǒng)通過攝影測量裝置可確定測量裝置的3個轉(zhuǎn)動角，即可得到測量裝置下部觸針端點(diǎn)的精確位置，給測量帶來很大的方便。激光跟蹤儀工業(yè)測量系統(tǒng)具有很高的3維坐標(biāo)測量精度（大約0.01 mm/m），已用于飛機(jī)、汽車制造的設(shè)備檢測和外形測量。工業(yè)近景攝影測量系統(tǒng)采用2臺高分辨率的數(shù)碼相機(jī)對被測物體同時攝影，如對靜態(tài)物體可采用單臺相機(jī)在兩個位置上攝影，得到物體的數(shù)字影像，經(jīng)計算機(jī)圖像處理后得到物體的空間坐標(biāo)。工業(yè)近景攝影測量系統(tǒng)主要用于復(fù)雜形狀測量，特別適用于動態(tài)物體的快速坐標(biāo)測量。工業(yè)近景攝影測量系統(tǒng)的測量精度一般在1/10萬左右。激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)可分為激光束準(zhǔn)直和波帶板激光準(zhǔn)直，前者受激光束漂移的影響，準(zhǔn)直距離一般在10 m范圍內(nèi)，準(zhǔn)直精度一般為1/10萬左右。后者采用3點(diǎn)測量方法，削弱了激光束漂移的影響，準(zhǔn)直精度可達(dá)1/100萬左右。激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)的探測器采用CCD和PSD光電位置傳感器，提高了探測的采樣率和靈敏度。激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)已應(yīng)用于大型汽輪發(fā)電機(jī)組、電子加速器、大型機(jī)械設(shè)備安裝和檢修中的軸線測量。靜力連通管高程測量系統(tǒng)采用電容、電感等位移傳感器自動探測液面位置，可以得到高精度的基準(zhǔn)平面，主要應(yīng)用于大型柴油機(jī)、設(shè)備安裝平臺的水平面測量。

參考文獻(xiàn)

[1]寧津生，張祖勛等.高新技術(shù)測繪學(xué)科發(fā)展.中國測繪學(xué)會2003年藍(lán)皮書.北京：測繪出版社，2003.