分析精密工程測量及其應(yīng)用

■黎勝粦 ■廣東水電二局股份有限公司測繪公司，廣東 廣州 510623

1 精密工程測量

精密工程測量以不同的大型工程測量為主，按照工程對精度的需求進(jìn)行劃分，一般分為普通精密工程及特種精密工程測量兩種。精密工程測量應(yīng)用在設(shè)備的安裝和檢測上，精度在計量級，甚至是納米，變形觀測的過程中，精度有可能在亞毫米級，在軍事領(lǐng)域及質(zhì)量控制測量等方面也屬于精密工程測量。

由于工程的復(fù)雜性和特殊性，使得工程的作業(yè)環(huán)境較差，進(jìn)行測量的過程中，對于精度的需求是必然的;對精密工程測量的可靠性要求也很高，對測量的設(shè)備、儀器的要求也很高，像儀器的鑒定、測量方法的嚴(yán)密性及測量方案的選擇等，在進(jìn)行精密工程測量時，要提高對儀器的要求，控制網(wǎng)布設(shè)時，要在上級網(wǎng)對下級網(wǎng)控制點進(jìn)行選取，一般情況下，精密工程測量只選取一個控制點和一個參考方向，為測區(qū)點的精度提供重要保障。

2 分析精密工程測量

2.1 GPS 測量

GPS測量是全球定位系統(tǒng)，是比較先進(jìn)的定位系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域，像軍事領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、工程領(lǐng)域等，得到人們的關(guān)注和青睞。

采用GPS測量，一般所涉及的范圍不大，且中基線邊比較短，通過GPS接受的衛(wèi)星信號存在一定的誤差，需要憑借差分解算，即可消除衛(wèi)星信號所存在的誤差，并制定最佳方案，進(jìn)行合理的觀測設(shè)計，以獲得最高精度的觀測數(shù)據(jù)信息;憑借GPS，可以很方便的獲取高精度的數(shù)據(jù)，在設(shè)定的坐標(biāo)中，通過GPS測量，就可以獲取較高精度的數(shù)據(jù)，在這種情況下，一旦結(jié)合合理的觀測方法和數(shù)據(jù)的處理方法，就可以實現(xiàn)GPS點的相對定位精度的毫米級的突破，滿足精密測量技術(shù)的需要;傳統(tǒng)的測量方法必須要在觀測工作點之間進(jìn)行互相的通視，致使測量工作受到工作條件和測量技術(shù)的影響，在這種形勢下，不得不增加連接點，增加連接點就會增加工作人員的工作量，無法確保測量的精度。而采用GPS進(jìn)行測量，則不要進(jìn)行互相通視，由于測量方法的靈活性和多變性，降低了工作人員的工作量，使人員的勞動強度也得到降低，并很好的提高了測量的精度;GPS作為全球最先進(jìn)的定位系統(tǒng)，其自動化程度較高，可以輕松實現(xiàn)全天候的觀察目標(biāo)，它是一種單程的系統(tǒng)，用戶只需進(jìn)行信號的接受，就可以進(jìn)行日夜觀測，不受大霧、雨等外界環(huán)境的影響;GPS在進(jìn)行測量的過程中，操作較簡單，成本較低，信息化程度和效率都較高，使得應(yīng)用的范圍越來越廣。

2.2 測量儀器

2.2.1 全站儀

全站儀兼具電子測角、電子測距、數(shù)據(jù)自動記錄和計算的功能，且具有自動化、數(shù)字化的功能，是一種三維坐標(biāo)測量及定位系統(tǒng)，無論是測角，還是測距功能，都具有高精度的特點，在控制測量、地形測量及施工放樣等方面得到了較廣泛的應(yīng)用，最新的全站儀具有自動目標(biāo)照準(zhǔn)和跟蹤的功能，是一種快速的、精確的單人測量系統(tǒng)。

2.2.2 激光跟蹤儀

現(xiàn)階段，激光跟蹤儀具有干涉法距離測量和絕對距離測量模式，其中，干涉法距離測量憑借激光器發(fā)出一束激光，經(jīng)過半透半反鏡及在垂直和水平方向轉(zhuǎn)動的雙軸轉(zhuǎn)鏡，射向目標(biāo)反射器，半透半反鏡會干涉光路，并與參考光束進(jìn)行相應(yīng)的干涉;另外一束光進(jìn)入位置檢測器，將逆反射器主光軸和逆反射器入射光束的偏差信號輸入控制電路，驅(qū)動雙軸轉(zhuǎn)鏡，確保激光始終入射在反射器上，促進(jìn)激光跟蹤儀對目標(biāo)的連續(xù)跟蹤，如果激光被打斷，就要進(jìn)行重新測量;絕對測量模式憑借相位偏移的技術(shù)，計算出雙軸轉(zhuǎn)鏡與斷光處的距離，一旦反射器接受到激光，就會將距離參數(shù)進(jìn)行自動初始化，開始測量。

2.2.3 激光掃描儀

激光掃描儀可在不同的位置對被測對象進(jìn)行掃描，經(jīng)過建模，轉(zhuǎn)換成CAD圖，可應(yīng)用在建筑監(jiān)測、土木工程及三維建模等方面;車載的激光掃描測量作為地面采集數(shù)據(jù)的主要手段，具有較廣的應(yīng)用前景。目前，由測量小車、激光掃描儀、激光測距斷面儀、測量機(jī)器人及軌道里程傳感器等共同組成一種多傳感器集成測量系統(tǒng)，已經(jīng)可以實現(xiàn)鐵道軌道的自動化測量。

2.2.4 電子水準(zhǔn)儀

電子水準(zhǔn)儀測量系統(tǒng)是在普通光學(xué)水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上，融合了圖像獲取、處理技術(shù)及最新計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字條形編碼水準(zhǔn)標(biāo)尺等。水準(zhǔn)儀將攝取的標(biāo)尺圖像與內(nèi)部編碼進(jìn)行匹配，實現(xiàn)水準(zhǔn)儀自動化讀數(shù)，減少人工讀數(shù)產(chǎn)生的誤差，通過電子水準(zhǔn)儀測量，可以實現(xiàn)較高的測量精度。

2.3 精密工程測量軟件包

2.3.1 機(jī)器人變形監(jiān)測軟件包

測量機(jī)器人變形監(jiān)測軟件包具有非常多的功能，例如:系統(tǒng)初始化、自動測量、數(shù)據(jù)處理、學(xué)習(xí)測量及數(shù)據(jù)查詢、工具等。將該軟件包安裝在便攜機(jī)上，并把測量機(jī)器人和便攜機(jī)進(jìn)行連接，憑借軟件包控制測量機(jī)器人進(jìn)行測量工作，把測量機(jī)器人的位置作為基準(zhǔn)，根據(jù)已知點定向與另已知點檢查，利用極坐標(biāo)的原理，獲取各個測點的坐標(biāo)，這種測量方法簡單，節(jié)省時間，工作效率較高，數(shù)據(jù)處理自動化程度高，例如:一般情況下，對某滑坡進(jìn)行監(jiān)測，傳統(tǒng)的測量方法一般需要3天左右，但采用該方法只需要2個小時，大大提高了測量工作的效率。

2.3.2 機(jī)器人控制網(wǎng)觀測軟件包

測量機(jī)器人控制網(wǎng)自動觀測軟件包一般具有工程管理、測站設(shè)置、自動觀測等功能。測量機(jī)器人控制網(wǎng)自動觀測軟件包是直接將測量機(jī)器人植入，使測量機(jī)器人自動觀測，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，然后進(jìn)行初始觀測，測量機(jī)器人可憑借設(shè)定的精度和測回數(shù)等實現(xiàn)全自動化觀測，此方法不僅節(jié)省了人力，還節(jié)省了時間。

3 精密工程測量的應(yīng)用

隨著社會的發(fā)展，工程建設(shè)和國防建設(shè)工程越來越多，使得精密工程測量得到快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。例如:軍事領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、建筑工程測量、防災(zāi)監(jiān)測、科學(xué)防汛等，也可應(yīng)用于大型建筑物的變形觀測，考古領(lǐng)域及工程質(zhì)量的施工管理過程中等。

將測量機(jī)器人轉(zhuǎn)為多傳感系統(tǒng)，有利于人工智能的發(fā)展，使影像、圖形及數(shù)據(jù)的處理能力不斷提高，擴(kuò)大應(yīng)用的范圍;在數(shù)據(jù)處理時，發(fā)展相應(yīng)的信息系統(tǒng)，把大地測量、水文地質(zhì)和土木建筑等知識進(jìn)行有效的融合，對工程建設(shè)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)測，減少或避免環(huán)境污染，防治災(zāi)害的發(fā)生;將傳感器進(jìn)行科學(xué)的混合使用，可完成各種測量工作;針對復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，采用質(zhì)量控制和幾何重構(gòu)，完成工程的最佳測量工作;精密工程測量也可以被應(yīng)用在航空事業(yè)上，汽車制造和核電站領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，具有很好的發(fā)展前景;合成孔徑雷達(dá)是一種新興的技術(shù)，可對農(nóng)作物進(jìn)行監(jiān)測，測量生態(tài)環(huán)境等。

［1］袁康，毛勇.精密工程測量控制網(wǎng)布設(shè)原則及設(shè)計［J］.采礦技術(shù)，2013(05).

［2］陳允芳，成樞.精密工程測量研究現(xiàn)狀及教學(xué)探討［J］.礦山測量，2012(03).