關于現代精密工程測量技術及其發展的探討

胡開承（湖南交通規劃勘察設計院，湖南　長沙　410000）

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關于現代精密工程測量技術及其發展的探討

胡開承（湖南交通規劃勘察設計院，湖南長沙410000）

在現代工程測量中，工程各項技術指標要求日益增多，對測量作業提出了更好的要求，傳統的工程測量技術已經無法滿足現代化測量作業需求。此背景下，本文首先分析了現代精密測量方法、儀器及數據處理，之后對現代精密工程測量新發展情況進行了一定的闡述，以供參考。

工程測量；現代精密工程測量技術；發展情況

1　引言

就當前情況來看，現代工程測量主要發展方向為工程信息系統、工程測量儀器、精密工程測量、工程度形變監測分析與災害預報。其中，精密工程測量是發展活力最強盛、影響力最突出的一種測量工藝，要想確保現代社會背景下精密工程測量的良好發展，必須對其進行深入的分析與研究。

2　現代精密測量方法、儀器及數據處理

2.1全球定位系統測量法

GPS是現代社會中應用作為廣泛的、最先進的、最新的全球定位信息系統。對于其具體應用情況，主要體現在以下方面：

（1）GPS接收機的衛星信號具有同樣的誤差性，其中，基線邊短一般不會超過5km，涉及的測量范圍也相對較小。例如電離層折射誤差、衛星鐘差及對流層等，利用差分解算，在很大程度上產生的誤差能夠相互抵消。想要成功的獲得高精度的觀測數據結果就需要通過合理的方案制定與觀測設計。

（2）通過GPS系統的應用，可快速獲得高精度數據。在WGS-84坐標中，GPS測量系統的基準線相對精度可以達到10-5-10-8的程度，從企業測量儀器中幾乎無法獲得此種相對精度極高的數據。通過采用更加科學的觀測方式與數據處理方式，能夠實現毫米級和亞毫米級的GPS點的相對定位精度，從而更好的完成精密測量的任務。

（3）GPS測量技術是一種較為靈活的測量方法，不需要通視。通常情況下，在進行測量作業時，工作點之間均需要滿足相互通視的需求，一般測量方式的缺陷在于需增加連接點，從而在一定程度上增加了有關作業人員的工作量，并且還會導致測量精度降低，工作技術與環境等方面也存在一定的限制。但采用GPS進行測量作業，不需要通視，可更加靈活的進行相關作業。

（4）通過GPS系統的應用，可實現全天觀測的目的，并具備較高強度的自動化。GPS系統數據單程系統，也就是不論外面天氣如何，都能夠實現全天候觀測目的，用戶僅需要接收GPS衛星發射的信號就可。同時，GPS系統還具備信息化程度高、操作便捷、效率高、成本低特征，通過計算機，其還可以自動完成信號的內業處理，可大面積大范圍使用和推廣。

2.2精密測量所使用的儀器

為了全面提升精密測量水平，在進行實際測量作業時，常采用的精密測量儀器主要包括激光掃描儀、激光跟蹤儀、探測機器人、電子全站儀、水準儀、GPS接收機、多傳感器集成測繪系統與其他各種精密測量儀器。其中，通過車載激光掃描測和機載激光掃描測量的方式是地面數據采集過程中最為常用的一種方式。

在對不同位置進行掃描與建模，并將其轉換至CAD成圖中，一般采用激光掃描儀進行，此類儀器在土木工程、路橋設計、工業設計、GIS數據采集等獲得了較為廣泛的應用。此外，激光測距儀與GPS接收機組成的遠程位移測量系統常用于無人監控遠距離遙控測量作業。

我國當前高速鐵路軌道測量系統主要為由激光測距斷面儀、激光掃描儀、測量機器人、軌道里程傳感器構成的傳感系統，實現了鐵路軌道自動化測量目的。在不同的測量工作中，通過專業儀器的使用，可有效提升精密測量的牢靠性，從而為當代精密測量奠定堅實的基礎。

2.3精密測量中變形觀測數據處理

2.3.1典型變形觀測數據處理方法

在進行變形過程曲線的繪制時，通常需要以變形觀測數據作為參考進行繪圖，通過此種最為簡單的數據處理方式，能夠對變形過程曲線進行一定的分析與研究，從而實現數據處理目的。對變形觀測數據和其影響因素進行逐步回歸計算和多元回歸分析時，可發現影響因子和變形數據的相互關系不僅能夠用于變形報告，還可用于物理解釋。

但如果僅需要對變形數據進行分類與歸納，可采用時間序列分析理論建模與灰色系統理論，而多元回歸分析通常需要較長時間的數據處理。對于原始數據數列運用累加生成法更具有靈活隨機性。通常可將變形數據處理看作動態過程，然后再選用卡爾曼濾波模型來處理系統狀態，最后再利用Fourier變換將具有周期性變化的變形觀測時間序列的信息轉化成頻域內的數據處理。

2.3.2傳統變形幾何分析與物理解釋方法

在進行實際測量作業時，通常采用將變形數據分類為變形物理解釋與變形幾何分析的方式進行。其中，變形物理解釋主要采用的是傳統的函數方法和計算進行數據分析，一般需要確定引起變形和變形的原因的相互關系。而對于變形的幾何分析，紙質時間與空間的變形，最佳模型選擇需分三個步驟，即為：初步模型鑒別、參數估計與模擬統計檢驗。

在周期觀測下，變形監測網下的相對網和參考網的穩定性檢測是建立在變形模型的基礎之上的。選取變形模型的方法既可以根據點場的矢量和變形過程曲線選取，又能依據變形體的物理力學性質的信息選取。此外，以上描述的時間序列分析、卡爾曼濾波、時間序列頻域法以及灰色理論建模中的主頻率與振幅計算等都能夠看作是變形的幾何分析。

3　現代精密工程測量的新進展

3.1精密工程測量技術的新進展

就當前情況來看，現代精密工程測量技術正在不斷快速的發展，當前主要進展情況為：①人工智能測量機器人大多以傳感器集成系統的方式獲得了較為廣泛的應用，具體應用范圍不斷擴大，圖形、數據與影響處理能夠也在穩步提升。②大型工程建設與變形觀測數據處理方面大多是在知識信息系統基礎上發展的，并緊密關聯著地球物理、土木建筑、工程與水文地質、大地測量等學科。同時，通過精密工程測量技術的應用，可有效解決工程建設與其運行期間所涉及的環境保災害防治與安全監測等方面的問題。③工程測量范圍已逐步擴展至人體科學測量，例如對人體各部位或各器官進行顯微測量或顯微圖像處理。④多傳感器混合測量系統發展速度不斷加快，應用范圍也日益廣泛，例如測量機器人或電子全站儀與GPS接收機集成的應用，可實現國家范圍內無控制網測量目的。⑤實時攝影測量系統與合成孔徑雷達干涉系統目前已獲得了一定的應用。

3.2精密工程測量儀器的新進展

通常來說，精密測量技術屬于綜合型較差學科，主要包括圖像、傳感器、光學、制造、電子與計算機技術，因此，只有高度關注各學科領域的發展，才可實現該項技術的發展。基于現代工業制造技術研究情況，測量儀器發展趨勢為集成精密化與智能化方向，例如三坐標測量機（CMM）。三坐標測量機是測量儀器新進展的重要體現，其能夠對工業生產范圍內的所有三維復雜零件的形狀、尺寸與相互位置進行高精準度測量，主要測量方法如圖1所示。此外，世界各國目前正在不斷增加對于微（納）米測量技術領域應用的研究。

圖1　三坐標測量機主要測量方法

3.3精密工程測量技術應用的新進展

近年來，隨著國防建設與國民經濟的迅速發展，現代精密工程測量技術的應用范圍也越來越大，其應用新進展主要包括以下內容：①軋鋼廠切割厚板。②管理碼頭集裝箱。③測量高層建筑的風振，即為立足于RTK模式，然后在待測建筑物周圍較穩定的地基面與待測建筑物樓頂部位各自安裝1臺GPS接收機，將其分別作為基準站與流動站，通過此種模式，能夠對高層建筑物的振動頻率與頂部位移情況進行動態監測。④減災防災的監測與科學防汛。⑤特種精密工程測量技術逐漸應用于軍事領域。此外，特種精密工程測量技術也在工業設備安裝與運行、大型建筑物變形觀測等方面的檢校工作中獲得了良好的應用。

4　結語

綜上所述，近年來，隨著我國國民經濟的迅速發展，以及工程建設要求的日益提高，精密工程測量技術逐漸向著系統化、智能化、自動化、實時化方向發展，精密工程測量精度也能夠達到納米量級。此情況下，要想確保現代精密工程測量的良好、持續發展，必須對其實際應用情況與發展趨勢進行詳細的分析與研究。

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胡開承（1976-），男，高級工程師，本科，主要負責工程測量工作。

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2095-2066（2016）19-0090-02

2016-6-20