淺談我國工程測量技術(shù)現(xiàn)狀

摘 要：通過對比測繪儀器的變化，簡單介紹GPS、GIS、RS等工具在工程測量領(lǐng)域的應(yīng)用，綜合評述工程測繪技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：工程測量 GPS GIS RS

中圖分類號：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）010-109-02

1 引言

工程測量通常是指在工程建設(shè)的勘測設(shè)計(jì)、施工和管理階段中運(yùn)用的各種測量理論、方法和技術(shù)的總稱。工程測量技術(shù)是服務(wù)于工程建設(shè)的一種測繪技術(shù)，它的發(fā)展與測繪科學(xué)技術(shù)和工程建設(shè)的發(fā)展密切相關(guān)。傳統(tǒng)工程測量技術(shù)的服務(wù)領(lǐng)域包括建筑、水利、交通、礦山等部門，它的內(nèi)容包括測定和測設(shè)兩個部分。然而隨著測繪科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)代工程測量己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了僅僅為工程建設(shè)服務(wù)的概念，它不僅涉及工程的靜態(tài)、動態(tài)幾何與物理量測定，而且包括對測量結(jié)果的分析，甚至對物體發(fā)展變化的趨勢預(yù)報(bào)。

由于傳統(tǒng)測繪技術(shù)向著數(shù)字化測繪技術(shù)轉(zhuǎn)化，我國工程測量的發(fā)展方向?qū)⑹牵汗こ虦y量的內(nèi)、外業(yè)作業(yè)融為一體；測量數(shù)據(jù)的獲取和處理自動化，在數(shù)據(jù)采集的同時(shí)即可進(jìn)行自動處理工作，并將測量結(jié)果以數(shù)字化的形式展現(xiàn)出來；測量結(jié)果將以網(wǎng)絡(luò)作為載體進(jìn)行快速的傳播和應(yīng)用。GPS 技術(shù)、GIS 技術(shù)、RS技術(shù)、數(shù)字化測繪技術(shù)以及先進(jìn)地面測量儀器等將廣泛應(yīng)用于工程測量中，并發(fā)揮其主導(dǎo)作用，對傳統(tǒng)的測量技術(shù)帶來革命性的變革。

2 地面測量技術(shù)

自上世紀(jì)80年代以來，地面測量儀器發(fā)生了很大的變化：以前用的地面測量儀器是集光學(xué)和機(jī)械為一體的經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、模擬測圖儀這些常規(guī)的測量儀器。而現(xiàn)在隨著微電子技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)等高技術(shù)互相綜合，地面測量儀器正向著自動化、智能化的測量設(shè)備發(fā)展，如光電測距儀、精密測距儀、電子經(jīng)緯儀、全站儀、激光準(zhǔn)直儀、激光掃描儀、數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)等等。這些新設(shè)備的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的工程測量的作業(yè)方法。三邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)、測距導(dǎo)線網(wǎng)替代了傳統(tǒng)的三角網(wǎng)；光電測距三角高程測量代替三、四等水準(zhǔn)測量；具有自動跟蹤和連續(xù)顯示功能的測距儀用于施工放樣測量；陀螺儀的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的幾何定向，有效的減少了誤差積累，提高了導(dǎo)線測量的精度，而且新一代的陀螺經(jīng)緯儀是由微機(jī)控制的，儀器可以自動、連續(xù)的觀察陀螺的搖動并可以補(bǔ)償外部的干擾等等。

全站儀和電子經(jīng)緯儀的應(yīng)用是地面測量技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的主要標(biāo)志之一。全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，它是由光電測距儀、電子經(jīng)緯儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成的，能在一個測站自動測距、測角并同時(shí)完成平距、斜距、高差、坐標(biāo)以及放樣等方面的數(shù)據(jù)計(jì)算。而且全站儀中所儲存的數(shù)據(jù)可以通過接口設(shè)備傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)中的軟件將測量的數(shù)據(jù)自動處理和圖形編輯，同時(shí)，還可以把由微機(jī)控制的跟蹤設(shè)備添加到全站儀上，能對一系列目標(biāo)自動測量，即所謂的“測地機(jī)器人”或“電子平板”野外直接圖形編輯，為測圖和工程放樣向數(shù)字化發(fā)展開辟了新的道路。

3 GPS空間定位技術(shù)

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，是最近發(fā)展起來的一項(xiàng)應(yīng)用于測繪的新技術(shù)。GPS起始于1958年美國軍方的一個項(xiàng)目，1964年投入使用。到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。GPS的兩大組成部分分別是空間的衛(wèi)星群和地面上的監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)，使用GPS技術(shù)的用戶還應(yīng)具有衛(wèi)星信號的接收設(shè)備。

隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，近些年來它受到人們的廣泛關(guān)注，通過建立三維GPS控制網(wǎng)，結(jié)合精化局部大地水準(zhǔn)面，改變了傳統(tǒng)的平面和高程控制網(wǎng)分別布設(shè)、分別施測和分別處理的復(fù)雜狀況。另外，和傳統(tǒng)的測量儀器和測量技術(shù)相比，GPS的優(yōu)點(diǎn)還在于它的高效益、低費(fèi)用，而且不受時(shí)間、氣候條件和地表通視條件的限制，同時(shí)不會造成誤差累積，可以隨時(shí)提供三維位置信息等。正是有于GPS技術(shù)擁有諸多優(yōu)于傳統(tǒng)測量技術(shù)的特點(diǎn)，所以測繪工作者們將這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于工程測量、變形測量以及大地測量等測繪領(lǐng)域，而且獲得了可喜的效果。應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50km以內(nèi)可達(dá)10-6m，100-500km可達(dá)10-7m，1000km可達(dá)10-9m。在300-1500m工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測時(shí)解其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測距儀測定的邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm，校差中誤差為0.3mm。GPS定位技術(shù)完全可以取代常規(guī)的測角，測距手段。在工程測量的其他方面，可以應(yīng)用靜態(tài)GPS定位技術(shù)布設(shè)精密工程控制網(wǎng)，應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行地面沉降監(jiān)測、大壩變形監(jiān)測、高層建筑變形監(jiān)測、隧道貫通測量等精密工程。在線路測量中也經(jīng)常用GPS快速定位技術(shù)來進(jìn)行線路控制測量。

4 三維GIS技術(shù)

GIS是Geographic Information System或 Geo-Information system的縮寫，翻譯為中文是地理信息系統(tǒng)，有時(shí)又稱為地學(xué)信息系統(tǒng)或者資源與環(huán)境信息系統(tǒng)，它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或者部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。同時(shí)，GIS作為一個技術(shù)系統(tǒng)，借助強(qiáng)大的地理空間數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用地理模型分析，提供了多種空間的、動態(tài)的提示和預(yù)測，這為地理研究和決策服務(wù)提供了依據(jù)。

一個典型的GIS主要由以下幾個部分組成：

（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分。硬件的性能直接關(guān)系到軟件對數(shù)據(jù)的處理速度，使用是否方便以及可能的輸出方式。軟件則除了GIS軟件之外還包含各種數(shù)據(jù)庫，繪圖、統(tǒng)計(jì)、影像處理和其它相關(guān)程序。

（2）GIS的應(yīng)用人員。除了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外，GIS專業(yè)人員的操作水平?jīng)Q定了應(yīng)用這個系統(tǒng)的能否成功。

通過應(yīng)用GIS，可以在原圖的基礎(chǔ)上把圖像進(jìn)行數(shù)字化處理；可以數(shù)字化繪圖，在傳統(tǒng)的工程測繪中，以手工繪圖為主，這樣不僅工作強(qiáng)度大而且圖紙的準(zhǔn)確度低。而數(shù)字化繪圖克服了傳統(tǒng)的繪圖的缺點(diǎn)，有效的提高了工作效率，同時(shí)也保證了所繪圖紙的精準(zhǔn)度。對于一些對精度要求較高的土木建筑結(jié)構(gòu)，數(shù)字化繪圖更能滿足要求，而且圖紙美觀、線條均勻、字體統(tǒng)一。同時(shí)，數(shù)字化所繪圖紙更便于保存和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)傳遞。

4 RS技術(shù)

RS是Remote Sensing縮寫，RS技術(shù)即遙感技術(shù)。遙感技術(shù)的定義為從高空或外層空間接收來自地球表層各類地理電磁波信息，通過對這些信息進(jìn)行掃描、攝影、傳輸和處理，進(jìn)而對地表各類地物和現(xiàn)象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制和識別的現(xiàn)代綜合技術(shù)。遙感技術(shù)包括傳感器技術(shù)、信息傳輸技術(shù)，信息處理、提取和應(yīng)用技術(shù)，目標(biāo)信息特征的分析與測量技術(shù)等。RS技術(shù)可以對大面積地理范圍進(jìn)行同步觀測，所以它的測量效率高，測得的數(shù)據(jù)的綜合性和可比性強(qiáng)，所以得到了快速的普及。通過多光譜航空攝影和高分辨率的遙感衛(wèi)星，可以快速的獲取各種中小比例尺的地形圖。這為一些城鎮(zhèn)或地區(qū)的地形圖的快速更新提供了非常便捷的手段和技術(shù)。

除此之外，遙感技術(shù)還廣泛應(yīng)用于陸地水資源調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、海洋資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測和規(guī)劃管理等領(lǐng)域。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和對測繪理論與作業(yè)方法研究的不斷進(jìn)展，將全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感緊密結(jié)合起來的“3S”一體化技術(shù)已經(jīng)顯示出更為廣闊的應(yīng)用前景。在工程測量領(lǐng)域，將GPS技術(shù)、GIS技術(shù)、RS技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用已經(jīng)成為一種必然的發(fā)展趨勢，因?yàn)镚PS和RS可以為GIS提供區(qū)域的地理信息和空間的定位信息，而GIS可以對這些大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和綜合集成，為工程的建設(shè)實(shí)施、工程的可行性論證提供科學(xué)依據(jù)，尤其在一些大型或者特大型的工程項(xiàng)目中，比如：三峽工程、南水北調(diào)工程和西氣東輸工程等等。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對建筑物安全、美觀等要求的提高，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)已經(jīng)不能滿足多樣化的工程測量需求。所以這給新型測量設(shè)備和作業(yè)方法帶來了前所未有的機(jī)遇，以GPS技術(shù)、 GIS技術(shù)、RS技術(shù)或者將三者進(jìn)行結(jié)合利用的“3S”技術(shù)等為代表高科技的測繪技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個測量領(lǐng)域中，如土木、水利、電信、礦業(yè)等。這些先進(jìn)的測繪設(shè)備和作業(yè)方法將傳統(tǒng)的測量技術(shù)進(jìn)行了革命性的變革，取得了質(zhì)的飛躍。在肯定這些業(yè)績的同時(shí)，也應(yīng)該更加注重測繪理論、技術(shù)和作業(yè)方法的研究與創(chuàng)新，開發(fā)出更為完備的軟硬件，改進(jìn)和完善這些高科技的測繪技術(shù)。相信在廣大測繪工作者的努力下，中國的工程測量技術(shù)會得到一個快速的發(fā)展。