基于工程測量技術的發展及其工程應用研究

（福建省船政交通職業學院，福建 福州 350000）

0 引言

工程測量技術是運用在各類建筑工程勘察測量、規劃設計、建設以及運用管理等各個環節的測量理論技術。傳統的工程測量技術需要運用大量的測量人員、測量設備現場實地測量，并將測量的數據整理、分析、總結后，提供給設計單位。傳統的工程測量技術受到自然環境、地形地貌等影響，測量人員無法對工程建設區域以及周圍進行詳細的勘測，存在一定的局限性。隨著現代工程測量技術的發展，尤其是無人機遙感技術的應用，打破了自然環境、氣候變化對勘測結果的限制，提高了工程測量技術的準確性和實效性。不僅可以對現場環境、地形地貌、地質條件等進行測量，而且還可以對工程未來變化趨勢做出預測，極大地拓展了工程測量技術的服務內容、測量可靠性、精確性、便捷性。

1 工程測量技術的作用

工程測量技術是為各類工程項目勘測設計、建設、安裝、竣工、監測以及運營管理等工程服務的一門測繪技術，是現代測繪學的分支，是各類建筑施工的基礎工作，關系到工程順利建設。工程測量技術的本質是將各類測量技術應用在客觀物體，根據測量結果明確測量對象的位置在某一個坐標系的三維坐標、高程隨著時間變化而不斷發生變化，從而了解觀測區域的地貌特征[1]。在不同的階段，工程測量技術對工程的作用也不同。在工程規劃設計階段，主要通過地質勘探、測量，了解工程建設區域的地貌信息、水文信息、地質信息，從而判斷區域范圍的地質信息是否符合工程建設的要求；工程設計方案經過業主單位、設計單位、施工單位和監理單位的討論審核以及相關部門的批準則進入施工階段，在施工階段，工程測量技術主要是按照施工要求、施工方案將現場的坐標進行標定，作為工程建設的依據。按照工程性質、地形，建立施工控制網，控制網作為放樣測量的基礎，逐漸將設計圖紙轉變為地面實物坐標；工程建設投入使用后，為了確保工程的安全性，驗證工程設計是否合格，需要對建筑物、構筑物的沉陷、傾斜、位移等情況進行監測，并將監測數據進行分析，確保工程運行的安全性。

2 工程測量技術的發展

工程測量技術的應用時間比較早，遠古時期大禹治水的時候采用的測繩、羅盤儀就是早期的測量設備。經過幾千年的發展，工程測量技術從測繩、羅盤儀設備逐漸發展到全站儀、視距儀、GPS、GIS、RS、無人機遙感技術等現代工程測量設備，并從傳統的人工測量技術向自動化測量方向發展[2]。

2.1 測量技術的初始階段

工程測量技術發展的比較早，早在公元前300多年前，中國人已經發明了羅盤，用羅盤判斷地理位置的方向。司馬遷《史記》中記載了大禹治水的時候，采用了準繩和規尺進行測量工具。但是古代的測量技術相對比較落后，測量速度慢、測量精度低、測量強度大，需要大量的人員進行配合。

2.2 工程測量的發展階段

十八世紀的第一工業革命，掀起了深刻的社會變革。大量機器設備的使用，一定程度上促進了測量技術的發展，平板儀、水準儀等設備先后應用在工程測量領域。進入二十世紀，隨著光學理論的發展，科學家根據光學理論研發了光學經緯儀，光學經緯儀與傳統的游標經緯儀相比，體積輕、操作簡單、測量速度快，測量的精度高[3]。1963年第一臺編碼電子經緯儀的出現，標志著測量技術進入到自動化時代，并先后研發了全站儀、電子水準儀、激光準直儀、激光掃描儀等電子測量設備，改變了傳統的測量精度控制網、道路測量等方法存在的局限性。電子經緯儀可以自動記錄測量的數據信息，使用過程中，自動修正測量儀器的度盤分劃誤差、偏心差，減少了測量的誤差；全站儀具有自動記錄、顯示讀數等功能，通過數字接口，可以自動效驗測量參數，有效減少讀數誤差。通過數字接口將測量的數據傳輸到計算機，利用計算機對采集的數據信息進行處理，還可以將跟蹤設備安裝在全站儀上，對測量目標進行自動測量，減少人工效驗的誤差，提高工程測量的精度；激光準直儀、激光掃描儀等電子測量設備在測量過程中，設備自動進行安平、核準測量的數據，減少人工效驗的次數，大大提高了測量結果的精度。因此，激光準直儀、激光掃描儀等電子測量設備

可以為高層建筑軸線測控、構筑物與設備的安裝進行放線控制[4]。

2.3 現代測量技術

隨著工業轉型升級，我國工業制造逐漸向工業智造方向發展，工業生產自動化、生產過程控制、產品質量檢測等各個環節對測量的精度、速度提出了新的要求，傳統的光電設備、機械設備已經無法完成測量定位要求，平面測量技術無法滿足機械設備高精度制造生產需求，促使測量技術向三維立體高精度方向發展。與平面測量技術相比，三維測量技術在測量過程中，可以同時完成三個方向的探測，并采用非接觸方式向測量對象發送信號，信號發射到目標對象后反射到接收器，接收器將接收的數據信息發送到計算機，計算機軟件對數據進行分析，并得出各個坐標系的數值[5]。三維測量影像儀具有良好的圖像識別能力，改變傳統的手動測量方式，測量精度從毫米級達到了微米級。因此，三維測量技術廣泛應用在汽車、飛機、輪船、大型機器設備的設計、生產、試驗以及安裝過程的測量和定位，工業自動化生產過程控制、產品質量檢測以及工程邊坡穩定性進行檢測，然后通過電磁波等傳輸設備自動傳輸到計算機，計算機應用軟件對數據信息進行自動識別、計算、處理，并繪制出規范、精確、美觀的數字地形圖和結構圖，如果輸出的信息存在錯誤，系統還具備自動糾錯功能，確保數據信息的精確度。

3 工程測量技術的應用

3.1 GPS技術在工程測量中的應用

GPS也稱全球衛星定位系統，最早應用在美國軍方導彈的航道定位過程中。隨著GPS技術的發展，逐漸向民用領域應用。與其他測量技術相比，GPS技術可以實現全天候24小時不間斷的進行測量定位，并實時將定位信息反饋到用戶設備，從而實現高精度、全方位的定位，可以實現三維、速度、時間等精確定時。GPS系統主要由全球通信衛星、地面監控系統和用戶設備構成，通信衛星是距離地表2萬公里的上空運行的24顆衛星，用于接受、存儲地面監控設備發出導航信息，并將導航信息發送到用戶設備；地面監控系統主要由監測站、主控制站、地面天線等構成，地面監控系統主要負責跟蹤衛星，地面天線并收集衛星傳遞的信號，測量衛星與地面距離，從而確定衛星運動軌跡；用戶設備主要相對于接收機。接收衛星在一定角度的衛星信號，根據衛星信號計算機衛星與天線的距離，從而明確衛星軌道的相關參數，進一步計算出用戶所在位置的經緯度、高度、速度和時間等信息。GPS與傳統的工程測量技術相比，可以實現工程項目的精準定位，控制建筑[6]，提高工程測量速度。GPS技術可以用來測量時間、速度、大壩、大型建筑物變形以及土地測繪等環節，將GPS技術應用在房屋建筑前期勘測過程中，可以縮短測量的時間，利用GPS系統在房屋建筑周圍設置控制網，每一個觀測站觀測時間控制在30分鐘左右，采集周圍建筑物、構筑物的三維數據信息，將采集的數據信息傳輸到計算機，計算機軟件對數據進行分析，并繪制地形圖，為房屋建筑的設計提供參考。

3.2 GIS技術在工程測量中的應用

GIS技術也稱地理信息技術，通過計算機硬件設備和軟件系統，對地球表層的空間地理數據信息進行采集、存儲、分析、計算、管理的技術系統。GIS技術必須建立計算機基礎上，利用計算機對采集的空間地理信息數據進行分析處理。因此，GIS技術是一門集計算機科學、地理學、空間信息學等綜合學科。

將GIS技術應用在水利工程地質勘察過程中，可以全面采集施工現場的植被、構筑物、水文信息、地質構造，從而為水利工程的建設施工提供參考[7]。GIS技術一般需要與GPS技術結合起來，通過GPS系統接收到測量區域的坐標信息，然后按照預設的時間間隔發送定位信息到無線裝置，無線裝置接收到定位信息后將數據信息傳輸到計算機軟件，計算機軟件將采集的數據需坐標繪制平面、剖面圖等圖文信息，為水利工程的設計提供有效的參考，從而避免軟土、土體不穩定結構，提高水利工程設計水平。

3.3 RS技術

RS也稱為遙感技術，是一種非接觸式、遠距離的探測技術。通過傳感器或者遙感器向探測目標發送電磁波信號，電磁波通過掃描、攝影、傳感等設備采集地表的數據信息，并將采集的數據傳輸到計算機，計算機軟件將采集的圖形信息、圖像信息進行分析，提取有效的數據信息，為工程建設提供參考。遙感技術是以航空攝影為基礎，是現代三維測量技術發展的結果，它測量范圍廣、不受到自然環境、地形地貌的影響，可以更加前面的采集施工周圍的各類信息。經過幾十年的發展，遙感技術取得了巨大的進步，并應用在工程測量、天氣預報等領域。將遙感技術應用在礦山資源的開采與保護環節，通過無人機打在遙感設備、高清攝像機、成像儀等設備，采集到礦山周圍的地貌信息、植被信息、構筑物等信息，對礦山的開采、生態環境的影響以及地質災害進行實時監測。遙感設備對礦山周圍的礦產開采、回收、礦產品味等進行監測，可以了解礦山的開采率，資源存儲量，從而制定礦山開采方案；遙感設備根據同一區域不同時間采集的圖像信息和光譜差異，采集礦山的植被覆蓋率、固體廢棄物堆放、地面沉降等信息，從時間、空間和數量方面分析礦山的變化，從而為礦山未來可能發生的地質災害做出預測，并根據礦山開采的土壤污染、植被破壞程度等信息，及時采取有效的措施，防止土地荒漠化[8]。

4 結束語

隨著工程測量技術的發展，單一的測量技術已經無法滿足工程測量的需求，當前工程測量工作中，往往采用多種測量技術結合，充分利用各種測量技術的優勢，提高了工程測量的精度和效率，進一步完善我國工程勘測數據信息內容，為建筑工程設計提供全面、詳細的內容。