淺談測(cè)量新技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

黑龍江 劉東娜

淺談測(cè)量新技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

黑龍江 劉東娜

21世紀(jì)是數(shù)字化和信息化的時(shí)代，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)給工程測(cè)量的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，它已將當(dāng)前測(cè)繪工作的核心技術(shù)：全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)很好地利用于工程測(cè)量的工作中，使得它的技術(shù)不是單一的，而是多種技術(shù)間互相滲透、互相補(bǔ)充、互相促進(jìn)。

數(shù)字化；攝影測(cè)量技術(shù)；遙感技術(shù)

隨著工程測(cè)量自動(dòng)化程度和測(cè)量精度的提高，工程測(cè)量技術(shù)和方法已經(jīng)在大型設(shè)備安裝、巨型實(shí)驗(yàn)設(shè)備建設(shè)以及航空、航天工業(yè)、汽車、船舶和天線制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，出現(xiàn)了工程測(cè)量應(yīng)用新的學(xué)科方向；大型水工建筑物的建設(shè)、水利樞紐和電站工程的建設(shè)，使工程建筑物的安全監(jiān)測(cè)、變形分析和預(yù)報(bào)成為工程測(cè)量研究和應(yīng)用的主要方向。接下來就當(dāng)前測(cè)量的新技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用談一下我的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

一、數(shù)字化技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的地形測(cè)量是利用測(cè)量?jī)x器對(duì)地球表面局部區(qū)域內(nèi)的各種地物、地貌特征點(diǎn)的空間位置進(jìn)行測(cè)定，以一定的比例尺并按圖式符號(hào)將其繪制在圖紙上，其采用的測(cè)圖方法實(shí)質(zhì)是圖解法測(cè)圖。在測(cè)圖過程中，數(shù)字的精度由于刺點(diǎn)、繪圖、圖紙伸縮變形等因素的影響會(huì)大大降低，而且工序多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、質(zhì)量管理難。在當(dāng)今的信息時(shí)代，紙制地形圖已難承載諸多圖形信息，更新也極不方便，難以適應(yīng)信息時(shí)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展及其向各個(gè)領(lǐng)域的滲透，以及電子全站儀、GPS-RTK技術(shù)等先進(jìn)測(cè)量?jī)x器和技術(shù)的應(yīng)用，地形測(cè)量向自動(dòng)化和數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字測(cè)圖與圖解法測(cè)圖相比，以其特有的高自動(dòng)化、全數(shù)字化、高精度的顯著優(yōu)勢(shì)而具有廣闊的發(fā)展前景。

數(shù)字測(cè)圖實(shí)質(zhì)上是一種全解析機(jī)助測(cè)圖方法，在地形測(cè)量發(fā)展過程中這是一次根本性的技術(shù)變革。這種變革主要表現(xiàn)在，它的地形信息的載體是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)，其提交的成果是可供計(jì)算機(jī)處理、遠(yuǎn)距離傳輸、多方共享的數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)文件，通過數(shù)控繪圖儀可輸出地形圖。另外，利用數(shù)字地形圖可生成電子地圖和數(shù)字地面模型（DTM）。更具有深遠(yuǎn)意義的是，數(shù)字地形信息作為地理空間數(shù)據(jù)的基本信息之一，成為地理信息系統(tǒng)（GIS）的重要組成部分。

數(shù)字測(cè)圖包括：利用全站儀或其他測(cè)量?jī)x器進(jìn)行野外數(shù)字化測(cè)圖；利用手扶數(shù)字化儀或掃描數(shù)字化儀對(duì)紙制地形圖的數(shù)字化；利用航攝、遙感像片進(jìn)行數(shù)字化測(cè)圖等技術(shù)。利用上述技術(shù)將采集到的地形數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，由數(shù)字成圖軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過編輯、圖形處理，生成數(shù)字地形圖。

借用武漢大學(xué)張正祿教授的話，他對(duì)工程測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)高度概括為“六化”和“十六字”?！傲笔牵簻y(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化；數(shù)據(jù)獲取及處理的自動(dòng)化；測(cè)量過程控制和系統(tǒng)行為的智能化；測(cè)量成果和產(chǎn)品的數(shù)字化；測(cè)量信息管理的可視化；信息共享和傳播的網(wǎng)絡(luò)化。“十六字”是：精確、可靠、快速、簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)、持續(xù)、動(dòng)態(tài)、遙測(cè)。

測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化系指測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)和外業(yè)工作已無明確的界線，過去只能在內(nèi)業(yè)處理和完成的事，現(xiàn)在在外業(yè)可以很方便地完成。如測(cè)圖時(shí)可在野外編輯修改圖形，控制測(cè)量時(shí)可在測(cè)站上平差和得到坐標(biāo)，施工放樣數(shù)據(jù)可在放樣過程中隨時(shí)計(jì)算等。

數(shù)據(jù)獲取及處理的自動(dòng)化主要指數(shù)據(jù)的自動(dòng)化流程。電子全站儀、電子水準(zhǔn)儀、GPS接收機(jī)都是自動(dòng)化地進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，大比例尺測(cè)圖系統(tǒng)、水下地形測(cè)量系統(tǒng)、大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等都可實(shí)現(xiàn)或都已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取及處理的自動(dòng)化。

二、攝影測(cè)量技術(shù)與遙感的結(jié)合對(duì)工程測(cè)量的影響

攝影測(cè)量的基本含義是基于像片的量測(cè)和解譯，它是利用光學(xué)或數(shù)碼攝像機(jī)得到的影像，研究和確定被攝像物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相互關(guān)系的一門科學(xué)和技術(shù)。它包括：被攝物體的影像獲取方法，影像信息的記錄和存儲(chǔ)方法，基于單張或多張像片的信息提取方法，數(shù)據(jù)的處理與傳輸，產(chǎn)品的表達(dá)與應(yīng)用等方面的理論、設(shè)備和技術(shù)。

遙感泛指通過非接觸傳感器遙測(cè)物體的幾何與物理特性的技術(shù)。因此，攝影測(cè)量就是遙感的前身。遙感技術(shù)主要建立在物體反射或發(fā)射電磁波的原理基礎(chǔ)之上。它在距離地物幾千米到幾百千米甚至上千千米的飛機(jī)、飛船、衛(wèi)星上，使用各種傳感器接收物體反射或發(fā)射的電磁波信號(hào)，并以圖像膠片或數(shù)據(jù)磁帶記錄下來，傳送到地面，經(jīng)過信息處理、判讀分析和野外實(shí)地驗(yàn)證，最終服務(wù)于資源勘探、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和其他規(guī)劃決策。

隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，它對(duì)攝影測(cè)量產(chǎn)生了巨大的沖擊作用。首先在于它打破了攝影測(cè)量長(zhǎng)期以來過分局限于測(cè)繪物體形狀與大小等數(shù)據(jù)的幾何處理，尤其是航空攝影測(cè)量長(zhǎng)期以來只偏重于測(cè)制地形圖的局面。

攝影測(cè)量與遙感的結(jié)合，還體現(xiàn)在解析攝影測(cè)量尤其是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量對(duì)遙感技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)作用。遙感圖像的高精度幾何定位和幾何糾正就是解析攝影測(cè)量現(xiàn)代理論的重要應(yīng)用；數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的影像匹配理論可用來實(shí)現(xiàn)多時(shí)相、多傳感器、多種分辨率遙感圖像的復(fù)合和幾何配準(zhǔn)；自動(dòng)定位理論可用來快速、及時(shí)地提供具有“地學(xué)編碼”的遙感影像；攝影測(cè)量的主要成果，如DEM、地形測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)和專題圖數(shù)據(jù)庫(kù)，乃是支持和改善遙感圖像分類效果的有效信息；像片判讀和影像分類的自動(dòng)化和智能化則是攝影測(cè)量和遙感技術(shù)共同研究的課題。兩者的有機(jī)結(jié)合已成為地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)中的數(shù)據(jù)采集和更新的重要手段。

三、在測(cè)量新技術(shù)的影響下，工程測(cè)量的未來發(fā)展趨勢(shì)

從工程測(cè)量整個(gè)學(xué)科的發(fā)展看，精密工程測(cè)量的理論技術(shù)與方法、工程形變監(jiān)測(cè)分析與災(zāi)害預(yù)報(bào)、工程信息系統(tǒng)的建立與應(yīng)用將是今后一段時(shí)間內(nèi)工程測(cè)量研究的主要方向。

在先進(jìn)的測(cè)量新技術(shù)的影響下，預(yù)計(jì)工程測(cè)量將在以下方面得到顯著發(fā)展：

（一）測(cè)量機(jī)器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進(jìn)一步發(fā)展，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進(jìn)一步增強(qiáng)。

（二）在變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理和大型工程建設(shè)中，將發(fā)展基于知識(shí)的信息系統(tǒng)，并進(jìn)一步與大地測(cè)量、攝影測(cè)量和遙感技術(shù)以及土木建筑等學(xué)科相結(jié)合，解決工程建設(shè)中以及運(yùn)行期間的安全監(jiān)測(cè)、災(zāi)害防治和環(huán)境保護(hù)的各種問題。

（三）工程測(cè)量將從土木工程測(cè)量、三維工業(yè)測(cè)量擴(kuò)展到人體科學(xué)測(cè)量，如人體各器官或各部位的顯微測(cè)量和顯微圖像處理。

（四）多傳感器的混合測(cè)量系統(tǒng)將得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，如GPS接收機(jī)與電子全站儀或測(cè)量機(jī)器人集成，可在大區(qū)域乃至國(guó)家范圍內(nèi)進(jìn)行無控制網(wǎng)的各種測(cè)量和定位工作；在小尺度范圍內(nèi)，經(jīng)緯儀、激光跟蹤測(cè)量?jī)x和攝影測(cè)量系統(tǒng)的集成可用于機(jī)器人的動(dòng)態(tài)檢校和設(shè)備在線檢測(cè)等。

綜上所述，工程測(cè)量的發(fā)展，主要表現(xiàn)在從一維、二維到三維乃至四維，從點(diǎn)信息到面信息獲取，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從后處理到實(shí)時(shí)處理，從大型特種工程到人體測(cè)量工程，從高空到地面、地下以及水下，從人工量測(cè)到無接觸遙測(cè)，從周期觀測(cè)到持續(xù)測(cè)量。測(cè)量精度從毫米級(jí)到微米級(jí)乃至納米級(jí)。一方面，隨著人類文明的進(jìn)步，對(duì)工程測(cè)量的要求越來越高，服務(wù)范圍不斷擴(kuò)大；另一方面，現(xiàn)代科技新成就為工程測(cè)量學(xué)提供了新的工具和手段，從而推動(dòng)了工程測(cè)量學(xué)的不斷發(fā)展。而工程測(cè)量的發(fā)展又將直接對(duì)改善人們的生活環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量起到重要作用。

四、結(jié)束語

隨著數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的提高,GIS技術(shù)的不斷成熟、GPS技術(shù)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用,現(xiàn)代工程測(cè)量必將朝著測(cè)量數(shù)字工程化的方向發(fā)展。大力開展數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用與研究將是測(cè)繪單位提升自身競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的首要任務(wù)。

（作者單位：哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

（編輯 李艷華）