浅谈工程测量发展

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摘要 :众所周知，工程测量技术是服务于工程建设的一种测绘技术 ,它的发展与测绘科学技术和工程建设的发展密切相关。当前 ,以3S (GPS、RS、GIS)技术为代表的现代测绘技术迅猛发展 ,测绘科学技术在理论上、方法上和技术体系上正经历着巨大的变革。下面笔者根据多年工作经验基础上浅谈工程测量的发展。

关键词：工程控制测量、大比例尺数字测图、施工放样测量、工程监测测量

中图分类号：TB22文献标识码： A 文章编号：

1、工程控制测量

工程控制测量是各种工程测量的基础和基准。现代空间定位技术特别是GPS的发展 ,提供了一种崭新的控制测量技术手段 ,使工程平面控制测量发生了革命性的变革。传统的三角测量、三边测量、边角测量以及导线测量建立高等级控制测量的方法已被GPS测量所替代。在线路测量中 ,也经常应用GPS快速定位和ＲＴＫ技术来进行线路控制测量。全站仪的发展提高了测角和测距的精度 ,目前全站仪测角精度达到 0.5s,测距精度达到±(0.5mm +1×10) ,同时自动化程度越来越高。自动全站仪能自动识别、跟踪和精确照准目标 ,因此大大简化了仪器的观测操作 ,在工程测量中得到广泛应用。在小范围高精度的工程控制测量、控制测量加密、城市导线测量和地下工程控制测量中 ,还是主要采用全站仪布设工程控制网和导线网进行工程控制测量。几何水准测量仍旧是建立高精度高程工程控制测量的基本方法。电子水准仪的出现 ,使几何水准测量向自动化、数字化方向迈进。全站仪电子测距精度的提高和高灵敏度垂直度盘读数的自动补偿 ,使三角高程测量精度得到提高 ,操作更为简单。采用电子测距三角高程测量在起伏较大的地区代替三、四等几何水准测量 ,已得到实际应用。GPS高程测量近几年来受到广泛关注 ,建立三维GPS控制网 ,结合精化局部大地水准面 ,改变了传统的平面和高程控制网分别布设、分别施测和分别处理的状况。从目前进行的实践可以认为 ,在局部地区GPS水准能实现厘米级的精度 ,可代替三、四等水准测量。在我国一些城市和地区 ,如香港、深圳、北京、上海、昆明、天津等地 ,已经建立或正在建立连续运行的GPS参考网站系统 ,为测绘部门提供测绘基准 ,并通过不同的通讯渠道提供不同精度档次的定位信息和有关数据 ,服务于不同的行业 ,如城市建设、土地利用、交通导航、城市抗灾救灾和气象预报等 ,这将使GPS定位技术进入更广泛的应用阶段。

2、大比例尺数字测图

工程建设设计、施工需要大比例尺地形图 ,大比例尺地形图测绘是工程测量最普遍的一项测绘工作。全站仪的发展和计算机测图软件的开发 ,使地面地形图测绘技术向数字测图技术转变。地面数字测图作业模式有两种类型 ,一种是全站仪采集数据 ,利用电子手簿或仪器自身的内存记录数据 ,再传至计算机 ,根据现场绘制的草图进行编码和编辑生成数字地图。另一种是全站仪与便携机或PDA连接 ,利用屏幕显示点位 ,现场进行编码 ,经编辑生成数字地图。随着全数字摄影测量的发展 ,摄影测量成图趋向自动化和数字化 ,使摄影测量技术发生了革命性的变革。基于微机的数字摄影测量系统能自动完成空中三角测量、建模、制作正射影像图以及交互生成数字线划图 ,经外业调绘后再经编辑生成数字地图。目前数字测图技术已替代了传统的平板仪白纸测图技术。我国 1∶500～ 1∶2000的大比例尺地形图 ,在大面积测图时基本上采用全数字摄影测量方法 ,而在小面积的工程勘测和城市更新测图中主要采用全站仪采集数据和计算机成图的地面数字测图方法。数字测图技术也应用于地籍和房产测量中 ,由于全站仪采集数据具有较高的坐标精度 ,因此 ,在地籍和房产测量中主要采用地面数字测图方法。城市地下管线测量是地下管线探测和地面数字测图相结合的测绘工作 ,其作业程序是采用地下管线探测仪和地质雷达 ,确定管线的深度和在地面上的投影位置 ,然后采用全站仪测定管线点的位置和高程以及附近的地物 ,绘制地下管线图。水下地形测量方法与陆地地形测量方法有较大差异。目前 ,水下地形测量主要采用组合测量系统 ,该系统由GPS接收机进行实时差分动态定位 ,回声测深仪测量水深 ,数据经计算机处理 ,生成水下数字地形模型和自动绘制水下地形图。地面数字测图方法较传统测图方法已有较大的进步 ,但仍然有较繁重的外业测量工作 ,因此 ,利用GPS、惯导测量系统、扫描仪、数码相机等多种传感器集成的地面移动测量数据采集系统正在研究之中 ,并已在公路测量中得到初步应用。

3、施工放样测量

随着大型工程建设 (如水利枢纽、大型桥梁、城市地铁、磁悬浮列车轨道、电视塔等 )的规模增大、工程结构的日趋复杂和机械化施工 ,加大了施工放样的难度。目前 ,全站仪 (包括无棱镜的漫反射测距 )在施工放样测量中发挥了极大的作用 ,放样方法主要采用全站仪坐标法放样。在线路曲线放样中 ,按测量坐标系计算曲线点的测量坐标 ,在测量控制点上由全站仪直接放样曲线点 ,简化了线路曲线放样操作。在道路施工、管线架设中 ,除采用全站仪进行桩点放样外 ,利用GPSRTK技术直接放样点位也已在生产中广泛应用。在桥梁、港口工程施工中 ,水面上桩位测量也采用GPSRTK技术 ,在打桩船上安置两台GPSRTK接收机和打桩机桩位构成固定的几何关系 ,实时测定打桩船的位置和方位进行桩位放样。全站仪的自动跟踪和遥测操作功能给施工的实时、动态测量创造了条件。在城市地铁隧道盾构掘进施工时 ,由一台自动照准、观测的全站仪实时地测量盾构的位置 ,与设计位置进行比较 ,自动或人工调整盾构的掘进方向 ,使盾构按隧道设计轴线掘进。在大口径曲线顶管工程施工中 ,将数台自动照准、观测的全站仪安置在自动整平的基座上 ,在计算机控制下自动进行空间支导线测量 ,将起点坐标、高程传递到顶管机头上 ,实时地对机头的位置进行跟踪测量 ,为调整机头施工方向提供数据 ,大大提高了顶管的施工质量和进度。在施工测量中有很多专用仪器 ,简化了测量操作 ,提高了工效。在地下工程和某些特殊的场合需要高精度的方向测量 ,高精度陀螺经纬仪可全程进行全自动化测量 ,在数分钟内得到 3 ～ 5 的高精度定向。手持式激光测距仪可以在建筑工地替代普通钢尺进行距离测量。在高耸建筑物施工中 ,使用高精度天顶天底投点仪、激光铅直仪进行轴线测量 ,保证轴线的铅直方向。在大面积平整场地中 (如飞机场施工 ),使用激光扫平仪进行水平测量。在矿山、隧道等地下工程施工中使用断面仪进行断面测量。

4、工程变形监测

工程变形监测是指工程建筑物本身和工程施工造成的地表变形 (如沉陷、滑坡 )的监测。工程灾害给人们带来极大的危害 ,因此工程变形监测越来越受到重视。一方面改进观测仪器和方法 ,提高观测精度和使数据采集自动化 ,另一方面研究变形观测数据的处理方法 对工程变形进行正确的分析和预报。目前GPS作为变形观测的一种重要方法 ,已广泛应用于矿山开采的地表、大坝坝顶、桥梁、滑坡的变形监测。以跨江和跨海湾的大桥为例 ,其桥型以悬索桥和斜拉桥为主 ,在温度、风力、荷载的作用下 ,变形较大。为确保大桥的安全通车 ,已有多座大桥开展了变形监测 ,其中采用GPSRTK方法实时、连续和全自动监测桥面的变形 ,测量精度为 1～ 2cm。在大坝和滑坡的变形监测中采用静态GPS方法 ,连续观测 4～ 6h可达到 1mm左右的测量精度。在大坝、桥梁、滑坡的变形监测中 ,自动高精度全站仪 (如LeicaTca2003)也得到广泛应用。自动全站仪可以自动寻找目标 ,在计算机控制下可定时对一系列变形点自动观测 ,并将观测数据传输给监测中心处理。新型的激光扫描仪采用漫反射测距 ,测距精度为3～ 5mm ,测量距离已达几百米之远 ,可在短时间内获得建筑物的影像和点阵的 3维坐标 ,因此 ,在拱坝、桥梁、高边坡的变形监测中有较好的应用前景。原来大坝变形监测中的引张线、波带板激光准直、垂线和连通管等观测方法仍得到发展和应用 ,在计算机控制下多个测点装置连成一个系统 ,并实现了观测自动化、观测数据的自动传输和预处理。变形观测数据的处理和分析方法 ,除回归分析法和有限元分析法外 ,时间序列分析法、频谱分析法、卡尔曼滤波分析法、小波分析法以及人工神经网络分析法也已在一些工程变形监测中应用。工程建筑物的变形观测和数据分析 ,对了解工程建筑物的变形规律 ,预计可能出现的变形量 ,保证工程建筑物的安全运行及工程维护等方面有着重要作用。

结束语：计算机技术的迅速发展和信息革命浪潮的冲击 测绘必然由自动化、数字化、信息化方向发展。

参考文献：

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中华人民共和国国家标准.工程测量规范（GB50026-93，北京：中国计划出版社，1994

杨洪国,我国工程测量技术发展现状与应用.民营科技,2009

洪立波,我国工程测量技术发展成就[J]，测绘现状与通报,1999