工程測量新技術(shù)開發(fā)、設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張鑫楠 張洵

摘要：工程測量技術(shù)的服務(wù)領(lǐng)域主要包括水利、交通、建筑等行業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的進(jìn)步，現(xiàn)代的數(shù)字化技術(shù)、全球定位技術(shù)（GPS）、地理信息技術(shù)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）等各種新技術(shù)在工程測量中得以應(yīng)用和研究。

關(guān)鍵詞：工程測量；新技術(shù)；開發(fā)；設(shè)計(jì)

1.引言

在測繪界，人們把工程建設(shè)中的所有測繪工作統(tǒng)稱為工程測量。實(shí)際上它包括在工程建設(shè)勘測、設(shè)計(jì)、施工和管理階段所進(jìn)行的各種測量工作。它是直接為各項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目的勘測、設(shè)計(jì)、施工、安裝、竣工、監(jiān)測以及營運(yùn)管理等一系列工程工序服務(wù)的。可以這樣說，沒有測量工作為工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)和圖紙，并及時(shí)與之配合和進(jìn)行指揮，任何工程建設(shè)都無法進(jìn)展和完成。

2.工程測量的特性

2.1時(shí)效性

普通工程測量一般沒有明顯的時(shí)間效應(yīng)，但是某些工程測量確屬例外。例如基坑監(jiān)測通常是配合降水和開挖過程，有鮮明的時(shí)間性。測量結(jié)果是動態(tài)變化的，一天以前（甚至幾小時(shí)以前）的測量結(jié)果都會失去直接的意義，因此深基坑施工中監(jiān)測需隨時(shí)進(jìn)行，通常是1次/天，在測量對象變化快的關(guān)鍵時(shí)期，可能每天需進(jìn)行數(shù)次。 基坑監(jiān)測的時(shí)效性要求對應(yīng)的方法和設(shè)備具有采集數(shù)據(jù)快、全天候工作的能力，甚至適應(yīng)夜晚或大霧天氣等嚴(yán)酷的環(huán)境條件。

2.2高精度

普通工程測量中誤差限值通常在數(shù)毫米，例如60m以下建筑物在測站上測定的高差中誤差限值為2.5mm，而像基坑測量等精度要求高的測量則需要高精密儀器進(jìn)行測量。正常情況下基坑施工中的環(huán)境變形速率可能在0.1mm/d以下，要測到這樣的變形精度，普通測量方法和儀器部不能勝任，因此基坑施工中的測量通常采用一些特殊的高精度儀器。

2.3等精度

有些工程測量需要的是變化速率或者變化趨勢（有時(shí)要求實(shí)時(shí)監(jiān)測），而對于測量的值卻沒有多大的要求。例如，普通測量要求將建筑物在地面定位，這是一個(gè)絕對量坐標(biāo)及高程的測量，而在基坑邊壁變形測量中，只要求測定邊壁相對于原來基準(zhǔn)位置的位移即可，而邊壁原來的位置（坐標(biāo)及高程）可能完全不需要知道。

3.工程測量中新技術(shù)

3.1 工程測量中的地圖數(shù)字化技術(shù)

大比例尺地形圖和工程圖的測繪是傳統(tǒng)工程測量的重要內(nèi)容，常規(guī)的成圖方法野外工作量大，作業(yè)艱苦，作業(yè)程序復(fù)雜，同時(shí)還有繁瑣的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和繪圖工作，成圖周期長，產(chǎn)品單一，難以適應(yīng)社會飛速發(fā)展的需要。而數(shù)字化成圖技術(shù)具有精度高、勞動強(qiáng)度小、更新方便、便于保存管理及應(yīng)用、易于發(fā)布等特點(diǎn)。目前，數(shù)字化成圖技術(shù)有內(nèi)外業(yè)一體化和電子平板兩種模式。內(nèi)外業(yè)一體化是一種外業(yè)數(shù)據(jù)采集方法，主要設(shè)備是全站儀、電子手簿等，其特點(diǎn)是精度高、內(nèi)外業(yè)分工明確、便于人員分配，從而具有較高的成圖效率。

地圖數(shù)字化技術(shù)對原有地圖進(jìn)行數(shù)字化處理，在建庫工作中占據(jù)了相當(dāng)大的工作量，各工程測繪部門都投入相當(dāng)大的人力和財(cái)力。對于已有紙制地圖，若其現(xiàn)勢性、精度和比例尺能滿足要求，就可以利用數(shù)字化儀將其輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)編輯、修補(bǔ)后生成相應(yīng)的數(shù)字地圖。當(dāng)前有手扶跟蹤數(shù)字化和掃描矢量化兩大類儀器，針對大比例尺地形圖，大多數(shù)掃描矢量化軟件能自動提取多邊形信息，高效、便捷、保真的對地圖進(jìn)行數(shù)字化處理。

3.2工程測量中RTK技術(shù)

GPS是美國從20世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，于1994年全面建成，具有海、陸、空全方位實(shí)施三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS接收機(jī)的改進(jìn)，廣域差分技術(shù)、載波相位差分技術(shù)的發(fā)展，加之美國SA技術(shù)的解除，使得GPS技術(shù)在導(dǎo)航、運(yùn)載工具實(shí)時(shí)監(jiān)控、城市規(guī)劃、工程測量等領(lǐng)域有了更為廣泛的應(yīng)用。

RTK（Real Time Kinematics，實(shí)時(shí)動態(tài)）技術(shù)是在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、能夠?qū)崟r(shí)提供流動站在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并在一定范圍內(nèi)達(dá)到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。RTK測量是將l臺GPS接收機(jī)安裝在已知點(diǎn)上對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，將采集的載波相位觀測量調(diào)制到基準(zhǔn)站電臺的載波上，再通過基準(zhǔn)站電臺發(fā)射出去；流動站在對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測并采集載波相位觀測量的同時(shí)，也接收由基準(zhǔn)站電臺發(fā)射的信號，經(jīng)解調(diào)得到基準(zhǔn)站的載波相位觀測量；流動站的GPS接收機(jī)再利用0TF（運(yùn)動中求解整周模糊度）技術(shù)由基準(zhǔn)站的載波相位觀測量和流動站的載波相位觀測量來求解整周模糊度，最后求出厘米級精度流動站的位置。RTK測量可以不布設(shè)各級控制點(diǎn)，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，便可以高精度、快速地測定圖根控制點(diǎn)、界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，利用測圖軟件可以在野外一次生成電子地圖。同時(shí)，也可以根據(jù)已有的數(shù)據(jù)成果快速的進(jìn)行施工放樣。因此，RTK被廣泛應(yīng)用于圖根控制測量，地籍、房地產(chǎn)測繪、數(shù)字化測圖及施工放樣等各種工作中。

3.3工程測量中的地理信息（GIS）技術(shù)

GIS是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、空間信息科學(xué)、測繪遙感科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和管理科學(xué)等學(xué)科為一體的新興學(xué)科。已成為多學(xué)科集成并應(yīng)用于各領(lǐng)域的基礎(chǔ)平臺和地學(xué)空間信息顯示的基本手段與工具。其技術(shù)優(yōu)勢不僅在于它的集地理數(shù)據(jù)采集存儲、管理、分析、三維可視化顯示與成果輸出于一體的數(shù)據(jù)流程，還在于它的空間提示、預(yù)測預(yù)報(bào)和輔助決策功能。目前，GIS不僅發(fā)展成為一門較為成熟的技術(shù)科學(xué)，而且已經(jīng)成為一門新興的產(chǎn)業(yè)，在測繪、地質(zhì)礦產(chǎn)、農(nóng)林水利、氣象海洋、環(huán)境監(jiān)測、城市規(guī)劃土地管理、區(qū)域開發(fā)與國防建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。采用GIS、數(shù)據(jù)庫、內(nèi)外一體化測圖、掃描矢量化及全數(shù)字?jǐn)z影測量等技術(shù)，為專業(yè)信息系統(tǒng)提供及時(shí)、準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化的基礎(chǔ)空間信息，以建立各類專業(yè)信息系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)管理的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化。

3.4工程測量中的數(shù)字?jǐn)z影

測量技術(shù)數(shù)字?jǐn)z影測量是基于數(shù)字影像與攝影測量的基本原理，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字影像處理、影像匹配、模式識別等多學(xué)科的理論與方法。航空攝影測量是大面積、大比例尺地形測圖、地籍測量的重要手段與方法，可以提供數(shù)字的、影像的、線劃的等多種形式的地圖產(chǎn)品。全數(shù)字?jǐn)z影工作站的出現(xiàn)，加上GPS技術(shù)在攝影測量中的應(yīng)用，使得攝影測量向自動化、數(shù)字化方向邁進(jìn)。隨著全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的應(yīng)用，攝影測量產(chǎn)品已經(jīng)從影像圖等向4D產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，為建立各類專業(yè)的信息系統(tǒng)和基礎(chǔ)地理信息平臺提供了可靠的數(shù)據(jù)保證。

3.5工程測量中的遙感（RS）技術(shù)

遙感（RS）技術(shù)由于大面積的同步觀測、時(shí)效性、數(shù)據(jù)的綜合性和可比性及經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢，得到快速的普及，多光譜航空攝影和高分辨率的遙感衛(wèi)星將成為對地觀測獲取基礎(chǔ)地理信息的重要手段。各種中小比例尺地形圖都可以利用遙感影像來獲取，為應(yīng)用于工程測量領(lǐng)域的城市基本地形圖、地籍圖以及各種大、中、小比例地形圖的快速更新提供了十分便利的方法和手段。

3.6工程測量中的3S集成技術(shù)

3S（GPS、GIS、RS）技術(shù)的結(jié)合，取長補(bǔ)短，是一個(gè)自然的發(fā)展趨勢，三者之間的相互作用行成了“一個(gè)大腦，兩只眼睛”的框架，即GPS與RS為GIS提供區(qū)域信息及空間定位信息，而GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析以便從GPS和RS提供的海量數(shù)據(jù)中提取有用的信息并進(jìn)行綜合集成，使之成為科學(xué)的決策依據(jù)。諸如三峽工程、南水北調(diào)工程、西氣東輸、青藏鐵路等工程，其施工范圍大、物流量大、施工周期長等，而3S技術(shù)為該類大型工程提供了最有效的數(shù)據(jù)及信息采集、分析處理、表達(dá)決策的工具。

4.結(jié)語

伴隨著測繪新技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工程測量必將朝著測量內(nèi)外作業(yè)一體化、數(shù)據(jù)獲取及處理自動化、測量過程控制和系統(tǒng)行為智能化、測量成果和產(chǎn)品數(shù)字化、測量信息管理可視化、信息共享和傳播網(wǎng)絡(luò)化的趨勢發(fā)展。

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