淺析工程測量學的研究應用及發展

高征團 楊 妮

(陜西省核工業地質調查院，陜西 西安710199)

1 工程測量學的研究應用領域

從應用的角度看，工程測量是一門服務性技術。除了其本身的理論與技術體系外，主要面向廣泛的工程應用，為工程建設服務。比如：（1）工業與民用建筑工程測量。它是指建筑工業與民用建筑工程在勘測、設計施工和竣工驗收、運營管理過程中的測量工作。（2）線路工程測量。其包括公路、鐵路、輸電線、輸油管道、灌渠以及各種地下管線等工程。（3）地質礦山工程測量。通常將配合地質找礦、礦物開采工作的各種測量工作系統稱為地質礦山工程測量。（4）軍事工程測量。是在軍事工程建設的勘測設計，施工建設和運營管理階段唆進行的測量工作，為各種軍事工程建設提供精確數據、地形圖等。保障工程建設按照設計竣工和安全有效地使用等，多方面的應用。

工程測量學的研究領域既有相對的固定性，又是不斷發展變化的。工程測量學主要包括以工程建筑為對象的工程測量和以設備與機器安裝為對象的工業測量兩大部分。在學科上可劃分為普通工程測量和精密工程測量。工程測量學的主要任務是為各種工程建設提供測繪保障，滿足工程所提出的要求。精密工程測量代表著工程測量學的發展方向，大型特種精密工程建設是促進工程測量學科發展的動力。

2 工程測量儀器的發展

工程測量儀器可分通用儀器和專用儀器。通用儀器中常規的光學經緯儀、光學水準儀和電磁波測距儀將逐漸被電子全測儀、電子水準儀所替代。電腦型全站儀配合豐富的軟件，向全能型和智能化方向發展。帶電動馬達驅動和程序控制的全站儀結合激光、通訊及CCD 技術，可實現測量的全自動化，被稱作測量機器人。測量機器人可自動尋找并精確照準目標，在1s 內完成一目標點的觀測，像機器人一樣對成百上千個目標作持續和重復觀測，可廣泛用于變形監測和施工測量。GPS 接收機已逐漸成為一種通用的定位儀器在工程測量中得到廣泛應用。將GPS 接收機與電子全站儀或測量機器人連接在一起，稱超全站儀或超測量機器人。它將GPS 的實時動態定位技術與全站儀靈活的三維極坐標測量技術完美結合，可實現無控制網的各種工程測量。

專用儀器是工程測量學儀器發展最活躍的，主要應用在精密工程測量領域。其中，包括機械式、光電式及光機電(子)結合式的儀器或測量系統。主要特點是：高精度、自動化、遙測和持續觀測。

用于建立水平的或豎直的基準線或基準面，測量目標點相對于基準線(或基準面)的偏距(垂距)，稱為基準線測量或準直測量。這方面的儀器有正、倒錘與垂線觀測儀，金屬絲引張線，各種激光準直儀、鉛直儀(向下、向上)、自準直儀，以及尼龍絲或金屬絲準直測量系統等。

高程測量方面，最顯著的發展應數液體靜力水準測量系統。這種系統通過各種類型的傳感器測量容器的液面高度，可同時獲取數十乃至數百個監測點的高程，具有高精度、遙測、自動化、可移動和持續測量等特點。兩容器間的距離可達數十公里，如用于跨河與跨海峽的水準測量；通過一種壓力傳感器，允許兩容器之間的高差從過去的數厘米達到數米。

與高程測量有關的是傾斜測量(又稱撓度曲線測量)，即確定被測對象(如橋、塔)在豎直平面內相對于水平或鉛直基準線的撓度曲線。各種機械式測斜(傾)儀、電子測傾儀都向著數字顯示、自動記錄和靈活移動等方向發展，其精度達微米級。

具有多種功能的混合測量系統是工程測量專用儀器發展的顯著特點，采用多傳感器的高速鐵路軌道測量系統，用測量機器人自動跟蹤沿鐵路軌道前進的測量車，測量車上裝有棱鏡、斜傾傳感器、長度傳感器和微機，可用于測量軌道的三維坐標、軌道的寬度和傾角。液體靜力水準測量與金屬絲準直集成的混合測量系統在數百米長的基準線上可精確測量測點的高程和偏距。

工程測量專用儀器具有高精度(亞毫米、微米乃至納米)、快速、遙測、無接觸、可移動、連續、自動記錄、微機控制等特點，可作精密定位和準直測量，可測量傾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，還可測振動頻率以及物體的動態行為。

3 工程測量現階段的發展狀況

3.1 空間技術在工程測量中的應用與發展

GPS 的出現使定位、導航發生了革命性的變革。目前GPS 偽距單點定位的精度為2-10m；載波相位單點定位為厘米到分米級；差分GPS 定位為亞米級到米級；實時動態定位為亞厘米到厘米級，而載波靜態相對定位為毫米級。

目前，美國正在進行GPS 現代化改造，俄羅斯也在進一步加強全球衛星導航系統，歐盟委員會正在研制GALLIEO 系統，還有其他國家，包括我國，日本和印度，是衛星定位有單一GPS 向全球導航衛星系統。導航衛星的組合使將來衛星定位精度更高，整周模糊度解算更方便，勢必為工程測量的發展提供有力保證。

3.2 數字測繪與空間信息的系統技術的應用與發展

我國數測繪技術從20 世紀90 年代處開始，經歷十幾年的發展已日漸成熟，形成了自己的方法和多個具有自主版權的國產軟件。現在的數字測繪正在從二維向三維發展，形成三維測繪技術。

3.3 變形檢測理論和方法的發展

變形檢測是一項跨學科的研究，它是研究變形信息的獲取、分析和解釋，以及預報變形的理論和方法。

變形分析包括變形的幾何分析和物理解釋。前者用于模擬時空的特征，后者用于解釋變形和引起變形原因之間的關系。

3.4 工業測量

現代工業生產要求對產品的設計、仿真、生產的自動化流程，生產過程控制，產品質量檢驗與監控等進行快速的、高精度的測量和定位，并給出復雜形體的數字模型或運算軌跡等，這對工程測量提出了新的任務，興起了工業測量。工業測量技術發展飛速，技術設備向自動化、智能化、信息化的方向邁進。

3.5 工程測量學的發展展望

（1）測量機器人將作為多傳感器集成系統在人工智能方面得到進一步發展，其應用范圍將進一步擴大，影像、圖形和數據處理方面的能力進一步增強；

（2）在變形觀測數據處理和大型工程建設中，將發展基于知識的信息系統，并進一步與大地測量、地球物理、工程與水文地質以及土木建筑等學科相結合，解決工程建設中以及運行期間的安全監測、災害防治和環境保護的各種問題。

（3）工程測量將從土木工程測量、三維工業測量擴展到人體科學測量，如人體各器官或部位的顯微測量和顯微圖像處理。

（4）多傳感器的混合測量系統將得到迅速發展和廣泛應用，如GPS 接收機與電子全站儀或測量機器人集成，可在大區域乃至國家范圍內進行無控制網的各種測量工作。

（5）GPS、GIS 技術將緊密結合工程項目，在勘測、設計、施工管理一體化方面發揮重大作用。

（6）大型和復雜結構建筑、設備的三維測量、幾何重構以及質量控制將是工程測量學發展的一個特點。

（7）數據處理中數學物理模型的建立、分析和辨識將成為工程測量學專業教育的重要內容。

工程測量學的發展，主要表現在從一維、二維到三維、四維，從點信息到面信息獲取，從靜態到動態，從后處理到實時處理，從人眼觀測操作到機器人自動尋標觀測，從大型特種工程到人體測量工程，從高空到地面、地下以及水下，從人工量測到無接觸遙測，從周期觀測到持續測量。測量精度從毫米級到微米乃至納米級。工程測量學的上述發展將直接對改善人們的生活環境，提高人們的生活質量起重要作用。