工程測量研究現(xiàn)狀與發(fā)展探討

岳建平，方 露

(1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210098;2.揚州環(huán)境資源職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源科學(xué)系，江蘇揚州225127)

工程測量研究現(xiàn)狀與發(fā)展探討

岳建平1，方 露2

(1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210098;2.揚州環(huán)境資源職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源科學(xué)系，江蘇揚州225127)

總結(jié)現(xiàn)代工程測量的主要研究成果，分析該研究領(lǐng)域存在的主要問題，探討該領(lǐng)域的主要方向和技術(shù)增長點。

工程測量;研究現(xiàn)狀;發(fā)展方向;技術(shù)增長點

一、引 言

工程測量是與建設(shè)工程密切聯(lián)系的應(yīng)用型學(xué)科，是由測量學(xué)、大地測量學(xué)、攝影測量學(xué)等學(xué)科派生并發(fā)展起來的專業(yè)學(xué)科，為國民經(jīng)濟的建設(shè)和發(fā)展起著重要的技術(shù)服務(wù)作用。前幾年，教育部根據(jù)形勢發(fā)展的需要，對測繪類專業(yè)進行了調(diào)整，將工程測量、大地測量、攝影測量的本科專業(yè)合并為測繪工程專業(yè)，以滿足提高學(xué)生綜合適應(yīng)能力的需要。雖然工程測量本科專業(yè)不復(fù)存在，但工程測量工作仍然是測繪行業(yè)不可或缺的重要工作，也是測繪行業(yè)中畢業(yè)生需求量最大的技術(shù)工種之一，該領(lǐng)域的研究和發(fā)展一直是測繪工作者關(guān)注的重點。

然而，工程測量在工程建設(shè)中的重要性與之受到的關(guān)注程度很不相稱，大部分的測繪工程研究人員把目光投向了GIS、遙感等高新技術(shù)研究領(lǐng)域，致使傳統(tǒng)的工程測量研究領(lǐng)域研究人員缺少，發(fā)展緩慢。如何改變目前的不利狀況，加快前進步伐，提高研究水平和學(xué)術(shù)地位，是當(dāng)前廣大工程測量研究技術(shù)人員面對的一個重要問題。本文根據(jù)工程測量的特點和要求，在當(dāng)前測繪理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討工程測量今后的發(fā)展方向，以及可能的技術(shù)增長點。

二、主要研究成果

工程測量學(xué)科在近半個多世紀(jì)的發(fā)展中，取得了顯著的成果。該學(xué)科依托大地測量、攝影測量等相關(guān)學(xué)科的理論和技術(shù)，在大量的工程建設(shè)實踐中，總結(jié)成功的經(jīng)驗，逐步形成和發(fā)展成為具有完整理論體系和鮮明工程應(yīng)用特色的學(xué)科，其主要成就有如下幾個方面:

1)基礎(chǔ)理論研究。工程測量的主要工作包括施工放樣和變形監(jiān)測。在施工測量中，建立滿足實際工作需要的施工控制網(wǎng)是一個重要的研究內(nèi)容，在這方面，形成了控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計理論、控制網(wǎng)可靠性分析、控制網(wǎng)靈敏度分析和控制網(wǎng)平差處理等完善的理論體系;同時，根據(jù)施工測量的特殊需要，采用特殊投影面和自由投影帶等方法，有效地減小了控制網(wǎng)的投影變形，使放樣結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確性得到更好的保障。在變形監(jiān)測中，變形監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計理論和方法得到完善和提高，在此基礎(chǔ)上，變形監(jiān)測的內(nèi)容更加全面，變形分析的理論和安全評判方法的研究取得了豐碩成果，從而形成了較為完善的安全監(jiān)控理論體系。目前，人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)方法，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等新的數(shù)學(xué)方法也在不斷地提高和完善著安全監(jiān)測的理論體系。精密工程測量作為工程測量的一個研究方向也取得了不少的成就，如用于大型粒子加速器施工測量的控制網(wǎng)建立理論，由于其不但精度要求高，而且有特殊的計算要求，從而形成了獨特的計算方法;另外，由于大型天線、大型船舶等工業(yè)產(chǎn)品建造的需要，形成了適合于小范圍高精度測量的工業(yè)測量理論體系，其主要特點是范圍小、精度高、測量點密集，對測量數(shù)據(jù)后續(xù)處理有特殊要求，從而形成了一整套的工業(yè)測量理論和方法。其中，數(shù)字建模和造型技術(shù)以及三維可視化分析技術(shù)是其重要的應(yīng)用技術(shù)。

2)儀器設(shè)備的發(fā)展。工程測量儀器改進的典型代表當(dāng)屬全站儀、電子水準(zhǔn)儀和GPS，這些儀器的應(yīng)用不但降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，而且改變了生產(chǎn)作業(yè)方法，提高了測繪產(chǎn)品的質(zhì)量，同時對作業(yè)人員的操作技能要求也有所降低。近年來，測量機器人在變形監(jiān)測和精密工程測量中得到廣泛的應(yīng)用，三維激光掃描儀在工程測量中的應(yīng)用研究得到一定的進展，該設(shè)備可用于變形監(jiān)測、地形測量和古建筑修復(fù)測繪等。

3)生產(chǎn)技術(shù)的改進。生產(chǎn)技術(shù)的改進與儀器設(shè)備的發(fā)展密不可分。傳統(tǒng)的白紙測圖技術(shù)被全站儀數(shù)字化測圖技術(shù)所代替;控制網(wǎng)的建立由原來的經(jīng)緯儀三角網(wǎng)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿緝x或GPS觀測的建網(wǎng)技術(shù);施工放樣由原來的經(jīng)緯儀加鋼尺改進為全站儀坐標(biāo)法放樣和GPS RTK實時放樣;變形監(jiān)測也由原來的經(jīng)緯儀交會和水準(zhǔn)測量改進為測量機器人、GPS以及各種傳感器的自動化測量模式，在測量實時性、精確性、同步性等方面都得到了明顯的提高。

三、存在的主要問題

雖然工程測量學(xué)科在理論和技術(shù)方面都得到了較大的發(fā)展，但存在的問題仍很明顯，主要問題如下:

1)數(shù)據(jù)獲取方法沒有優(yōu)勢。雖然GPS和全站儀等儀器設(shè)備在一定程度上減低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，但這只是部分的改進，并沒有從根本上將測繪工作者從繁重的野外工作中解放出來，為了獲取數(shù)據(jù)，測繪工作者必須親臨現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)。相對于工程測量領(lǐng)域，其他專業(yè)(如GIS、遙感等)在數(shù)據(jù)采集技術(shù)方面有明顯的優(yōu)勢，它們大多采用衛(wèi)星、雷達(dá)等高科技的傳感技術(shù)，自動獲取所需要的數(shù)據(jù)資料，大大降低了研究人員的勞動強度，其信息的內(nèi)容也更加豐富和全面。

2)生產(chǎn)技術(shù)傳統(tǒng)單一。在生產(chǎn)技術(shù)方面，傳統(tǒng)的工程測量技術(shù)和方法并沒有得到革命性的改進，如大比例尺地形圖由于測量精度要求高，其測繪主要采用全站儀全野外數(shù)字化測圖，而在其他領(lǐng)域，可采用遙感圖像、衛(wèi)星像片、航空攝影像片和三維點云等自動生成各種比例的專題地圖;在施工放樣中，仍需采用全站儀或GPS逐點在現(xiàn)場測設(shè)點位;在變形監(jiān)測中，監(jiān)測點的位移大多采用傳統(tǒng)方法獲得，且基本是按點測量，分辨率較低，在其他領(lǐng)域，可采用合成孔徑雷達(dá)等技術(shù)進行監(jiān)測，自動獲取數(shù)據(jù)，且分辨率高。

3)理論方法發(fā)展緩慢。最小二乘法是工程測量領(lǐng)域傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理理論和方法，雖然近年來有一些新的理論方法得到研究和應(yīng)用，但生產(chǎn)實踐中最小二乘法仍然是最主要的實用方法，新的理論方法在實踐中的應(yīng)用并沒有得到普及應(yīng)用，這一方面說明新的理論方法較少，同時也說明了新理論和技術(shù)不夠完善，還有待提高。

四、發(fā)展趨勢

工程測量理論和技術(shù)的發(fā)展與工程建設(shè)的需求密切相關(guān)，因此，其發(fā)展規(guī)律應(yīng)遵循國民經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展規(guī)律，其趨勢也應(yīng)和國民經(jīng)濟發(fā)展的趨勢相一致。根據(jù)工程測量技術(shù)的現(xiàn)狀和我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展趨勢，筆者認(rèn)為下列幾個方面將是未來發(fā)展的重點。

1)測量技術(shù)將從數(shù)字化向信息化發(fā)展。目前的工程測量工作大多實現(xiàn)了數(shù)字化，如數(shù)字化測圖，采用全站儀或GPS實現(xiàn)數(shù)字化放樣，變形監(jiān)測也采用數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集和自動化的數(shù)據(jù)處理，但這僅是單一工作的數(shù)字化或一體化;如水準(zhǔn)測量可采用電子手簿進行記錄，再將記錄結(jié)果傳輸?shù)接嬎銠C進行數(shù)據(jù)處理，但處理結(jié)果被其他測繪工作直接自動利用就很困難，原因是數(shù)據(jù)格式等的不一致，需要手工進一步加工處理成所需要的格式。數(shù)字化測繪僅是信息化測繪的基本要求，信息化測繪還要求一個完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。如在勘測設(shè)計階段，測繪工作者為設(shè)計部門提供地形圖，設(shè)計人員在此基礎(chǔ)上進行工程建筑物等的設(shè)計工作，然后，再將設(shè)計結(jié)果交施工單位進行施工建設(shè)，這時施工測量作業(yè)人員已經(jīng)很難拿到滿足施工放樣要求的圖紙了，這種獨立化生產(chǎn)模式使數(shù)據(jù)不能共享，生產(chǎn)效率也受到影響。為此，施工測量須提出符合施工放樣要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以直接利用設(shè)計結(jié)果。信息化測繪應(yīng)貫穿工程建設(shè)的全過程，為此，需要勘測、設(shè)計、施工、管理等各部門相互協(xié)調(diào)、共同研究。

2)高新技術(shù)的綜合應(yīng)用。在相關(guān)的許多學(xué)科中，高新技術(shù)被廣泛采用，從而也促使了該學(xué)科的進一步發(fā)展，而在工程測量領(lǐng)域，這些技術(shù)的應(yīng)用相對較少，其原因當(dāng)然與工程測量的特殊要求有一定的關(guān)系，也與該領(lǐng)域研究人員的缺乏相關(guān)，因此，在未來的幾年中，如何將遙感技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)、衛(wèi)星測高技術(shù)等高新的衛(wèi)星對地觀測技術(shù)應(yīng)用于工程測量，并在此基礎(chǔ)上緊跟科技發(fā)展的形勢，根據(jù)工程測量的特點和要求，進一步發(fā)展新興技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用，是研究工作的一個重要內(nèi)容，也是工程測量的重要技術(shù)增長點。

3)針對新型工程研究相應(yīng)的理論和方法。由于工程測量理論和技術(shù)與建設(shè)工程的類型和特點有關(guān)，不同類型的工程其測量的要求和方法也不盡相同。我國當(dāng)今正處在基礎(chǔ)工程建設(shè)的高速發(fā)展時期，不同類型的工程對測繪技術(shù)提出了不同要求，因此，施工測量技術(shù)也應(yīng)根據(jù)工程的具體變化進行相應(yīng)的調(diào)整和發(fā)展。例如，傳統(tǒng)施工控制網(wǎng)的特點是范圍小、精度高，采用特殊的投影面，在當(dāng)前高速公路、高速鐵路建設(shè)中，這種特征將不復(fù)存在，因此，針對這類超長距離的線型工程，如何建立既滿足整體精度要求，又符合局部特殊要求的施工控制網(wǎng)將成為新的研究內(nèi)容。

4)服務(wù)范圍的進一步拓展。傳統(tǒng)的工程測量理論和技術(shù)主要是針對土木工程建設(shè)的，由于我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，特別是制造業(yè)的崛起和發(fā)展，許多新興的行業(yè)對測繪技術(shù)也提出了相應(yīng)的要求，例如，在船舶建造行業(yè)，我國每年的船舶建造總噸位位居世界前列，但建造中所采用的測控技術(shù)仍是最原始的基本方法，因此，該行業(yè)迫切需要符合船舶建造特點和要求的測控理論和技術(shù)，以滿足數(shù)字化造船的要求。

五、結(jié)束語

任何一個學(xué)科的發(fā)展都要經(jīng)過產(chǎn)生、提高和完善等階段，在每一個階段的發(fā)展過程中，都需要長期的積淀，以積累邁向新的更高階段的能量。工程測量學(xué)科曾經(jīng)有著相當(dāng)輝煌的歷史，目前的沉寂只是為了達(dá)到更高層次的蓄勢，相信在不遠(yuǎn)的將來，在廣大測繪工作者的共同努力下，工程測量學(xué)科會得到一個快速的發(fā)展。

［1］張正祿.工程測量學(xué)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2005.

［2］李青岳.工程測量學(xué)［M］.北京:測繪出版社，1995.

［3］岳建平，田林亞.變形監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2006.

［4］陳永奇，等.變形監(jiān)測分析與預(yù)報［M］.北京:測繪出版社，1998.

Research Status and Development Discussion for Engineering Surveying

YUE Jianping，F(xiàn)ANG Lu

0494-0911(2011)03-0020-02

P25

B

2010-02-25

岳建平(1963—)，男，江蘇溧陽人，教授、博士生導(dǎo)師，主要從事精密工程測量及變形監(jiān)測的教學(xué)和研究工作。