淺談工程測量的拓展與實踐

秦毅

【摘 要】本文綜合工程測量在當前工程設(shè)計中扮演的重要角色，詳細介紹了工程控制量，大比例尺數(shù)字制圖與城市信息系統(tǒng)，工業(yè)測量以及工程變形監(jiān)測等工程測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】工程測量；控制；監(jiān)測

當前，以3S（GPS、RS、GIS）技術(shù)為代表的現(xiàn)代測繪技術(shù)迅猛發(fā)展，測繪科學(xué)技術(shù)在理論上、方法上和技術(shù)體系上正經(jīng)歷著巨大的變革。我國自改革開放以來，國民經(jīng)濟持續(xù)增長，工程建設(shè)的投資和規(guī)模迅速發(fā)展，給工程測量技術(shù)的發(fā)展帶來了機遇。目前，3S技術(shù)和數(shù)字化測繪技術(shù)以及測繪新儀器廣泛應(yīng)用于工程測量中，使工程測量趨向自動化、智能化、數(shù)字化。下面從工程控制測量、大比例尺數(shù)字測繪與城市信息系統(tǒng)，施工放樣測量、工業(yè)測量以及工程變形監(jiān)測等方面介紹工程測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

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。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，已經(jīng)常應(yīng)用GPS快定位和RTK技術(shù)來進行線路控制測量。全站儀的發(fā)展提高了測角和測距精度。目前全站儀測角精度達到0.5S，同時自動化程度越來越高。自動全站儀能自動識別，跟蹤和精確照準目標，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)進行工程控制測量。幾何水準測量仍舊是建立高精度高程工程控制測量的基本方法。電子水準儀的出現(xiàn)。使幾何水準測量向自動化、數(shù)字化方向邁進。全站儀電子測距精度的提高和高靈敏度垂直度盤讀數(shù)的自動補償，使三角高程測量精度得到提高，操作更為簡單。

二、大比例尺數(shù)字測圖與城市信息系統(tǒng)

工程建筑設(shè)計，施工需要大比例尺地形圖，大比例尺地形圖測繪是工程測量最普遍的一項測繪工作。全站儀的發(fā)展和計算機測圖軟件的開發(fā)，使地面地形圖測繪技術(shù)向數(shù)字測圖技術(shù)轉(zhuǎn)變。地面數(shù)字測圖作業(yè)模式有兩種類型，一種是全站儀采集數(shù)據(jù)，利用電子手簿或儀器自身的內(nèi)存記錄數(shù)據(jù)，再傳至計算機。根據(jù)現(xiàn)場繪制的草圖進行編碼和編輯生成數(shù)字地圖。另一種是全站儀與便攜機或PDA鏈接，利用屏幕顯示點位，現(xiàn)場進行編碼，經(jīng)編輯生成數(shù)字地圖。隨著全數(shù)字攝影測量的發(fā)展。攝影測量成圖趨向自動化和數(shù)字化，使攝影測量技術(shù)發(fā)生了革命性的變革。基于微機的數(shù)字攝影測量系統(tǒng)能自動完成空中三角測量、建模、制作正射影像圖以及交互生成數(shù)字線劃圖，經(jīng)外業(yè)調(diào)控后再經(jīng)編輯生成數(shù)字地圖。目前數(shù)字測圖技術(shù)已替代了傳統(tǒng)的平板儀白紙測圖技術(shù)。我國1：500～1：2000的大比例尺地形圖，在大面積測圖時已廣泛采用全數(shù)字攝影測量方法，而在小面積的工程勘測和城市更新測圖中主要采用全站儀采集數(shù)據(jù)和計算機成圖的地面數(shù)字測圖方法。

三、施工放樣測量

隨著大型工程建設(shè)（如水利樞紐、大型橋梁、城市地鐵、磁懸浮列車軌道、電視塔等）的規(guī)模增大，工程結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜和機械化施工，加大了施工放樣的難度。目前，全站儀（包括無棱鏡的漫反射測距）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極坐標法放樣。在線路曲線放樣中，按測量坐標系計算曲線點的測量坐標，在測量控制點上由全站儀直接放樣曲線點，簡化了線路曲線放樣操作。

四、工業(yè)測量

在飛機、造船、汽車、鋼鐵等工業(yè)生產(chǎn)，以及大型汽輪發(fā)電機組、電子加速器和大型拋物面天線等設(shè)備安裝中，需要進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）的極坐標測量系統(tǒng)、單臺高精度全站儀（包括激光跟蹤儀）的極坐標測量系統(tǒng)，采用數(shù)字量測相機的工業(yè)近景攝影測量系統(tǒng)，及用于直線測量的激光準直測量系統(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)可達到0.02mm～0.05mm的點位精度，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測量系統(tǒng)的測距精度在120m范圍內(nèi)可達0.5mm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)（30m～40m）測距精度優(yōu)于0.005mm/m。市場上推出了的一種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，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的精確位置，給測量帶來很大的方便。

五、工程變形監(jiān)測

工程變現(xiàn)檢測是指工程建筑物本身和工程施工造成的地表變形（如沉陷、滑坡）的監(jiān)測。工程災(zāi)害給人們帶來極大的危害，因此工程變形監(jiān)測越來越受到重視。一方面改進觀測儀器和方法，提高觀測精度和使數(shù)據(jù)采集自動化，另一方面研究變形觀測數(shù)據(jù)的處理方法，對工程變形進行正確地分析和預(yù)報。目前GPS作為變形觀測的一種重要方法，已廣泛用于礦山開采的地表、大壩壩頂、橋梁、滑坡的變形監(jiān)測。以跨汪和跨海灣的大橋為例，其橋型以懸索橋和斜拉橋為主，在溫度、風力、荷載的作用下，變形較大。為確保大橋的安全通車，已有多座大橋開展了變形監(jiān)測，其中采用GPSRTK方法實時、連續(xù)和全自動檢測橋面的變形，測量精度為1cm～2cm。在大壩和滑坡的變形監(jiān)測中采用靜態(tài)GPS方法，連續(xù)觀測4h～6h可達到1mm左右的測量精度。在大壩、橋梁、滑坡的變形監(jiān)測中，自動高精度全站儀（如LeicaTCA2003）也得到廣泛應(yīng)用。自動全站儀可以自動尋找目標，在計算機控制下可定時對一系列變形點自動觀測，并將觀測數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測中心處理。新型的激光掃描儀采用漫反射測距，測距精度為3mm～5mm，測量距離已達幾百米之遠，可在短時間內(nèi)獲得建筑物的影像和點陣的三維坐標，因此，在拱壩、橋梁、高邊坡的變形監(jiān)測中有較好的應(yīng)用前景。原來大壩變形監(jiān)測中的引張線、波帶板激光準值、垂線和連通管等觀測方法仍得到發(fā)展和應(yīng)用。在計算機控制下多個測點裝置連成一個系統(tǒng)，并實現(xiàn)了觀測自動化、觀測數(shù)據(jù)的自動傳輸和 預(yù)處理。變形觀測數(shù)據(jù)的處理和分析方法，除回歸分析法和有限元分析法外，時間序列分析法、頻譜分析法、卡爾曼濾波分析法、小波分析法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法也已在一些工程變形監(jiān)測中應(yīng)用。工程建筑物的變形觀測和數(shù)據(jù)分析，對了解工程建筑物的變形規(guī)律，預(yù)計可能出現(xiàn)變形量，保證工程建筑物的安全運行及工程維護等方面有著重要作用。

六、結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步，工程測量的理論和技術(shù)也得到了極大的發(fā)展，為現(xiàn)代社會的各項測繪所需提供了更高效、更全面、更精確的技術(shù)支持。