基于工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展及其工程應(yīng)用研究

（福建省船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350000）

0 引言

工程測(cè)量技術(shù)是運(yùn)用在各類(lèi)建筑工程勘察測(cè)量、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)以及運(yùn)用管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)量理論技術(shù)。傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)需要運(yùn)用大量的測(cè)量人員、測(cè)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量，并將測(cè)量的數(shù)據(jù)整理、分析、總結(jié)后，提供給設(shè)計(jì)單位。傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)受到自然環(huán)境、地形地貌等影響，測(cè)量人員無(wú)法對(duì)工程建設(shè)區(qū)域以及周?chē)M(jìn)行詳細(xì)的勘測(cè)，存在一定的局限性。隨著現(xiàn)代工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，尤其是無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，打破了自然環(huán)境、氣候變化對(duì)勘測(cè)結(jié)果的限制，提高了工程測(cè)量技術(shù)的準(zhǔn)確性和實(shí)效性。不僅可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、地形地貌、地質(zhì)條件等進(jìn)行測(cè)量，而且還可以對(duì)工程未來(lái)變化趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)，極大地拓展了工程測(cè)量技術(shù)的服務(wù)內(nèi)容、測(cè)量可靠性、精確性、便捷性。

1 工程測(cè)量技術(shù)的作用

工程測(cè)量技術(shù)是為各類(lèi)工程項(xiàng)目勘測(cè)設(shè)計(jì)、建設(shè)、安裝、竣工、監(jiān)測(cè)以及運(yùn)營(yíng)管理等工程服務(wù)的一門(mén)測(cè)繪技術(shù)，是現(xiàn)代測(cè)繪學(xué)的分支，是各類(lèi)建筑施工的基礎(chǔ)工作，關(guān)系到工程順利建設(shè)。工程測(cè)量技術(shù)的本質(zhì)是將各類(lèi)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在客觀物體，根據(jù)測(cè)量結(jié)果明確測(cè)量對(duì)象的位置在某一個(gè)坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)、高程隨著時(shí)間變化而不斷發(fā)生變化，從而了解觀測(cè)區(qū)域的地貌特征[1]。在不同的階段，工程測(cè)量技術(shù)對(duì)工程的作用也不同。在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，主要通過(guò)地質(zhì)勘探、測(cè)量，了解工程建設(shè)區(qū)域的地貌信息、水文信息、地質(zhì)信息，從而判斷區(qū)域范圍的地質(zhì)信息是否符合工程建設(shè)的要求；工程設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位和監(jiān)理單位的討論審核以及相關(guān)部門(mén)的批準(zhǔn)則進(jìn)入施工階段，在施工階段，工程測(cè)量技術(shù)主要是按照施工要求、施工方案將現(xiàn)場(chǎng)的坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定，作為工程建設(shè)的依據(jù)。按照工程性質(zhì)、地形，建立施工控制網(wǎng)，控制網(wǎng)作為放樣測(cè)量的基礎(chǔ)，逐漸將設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛鎸?shí)物坐標(biāo)；工程建設(shè)投入使用后，為了確保工程的安全性，驗(yàn)證工程設(shè)計(jì)是否合格，需要對(duì)建筑物、構(gòu)筑物的沉陷、傾斜、位移等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保工程運(yùn)行的安全性。

2 工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展

工程測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間比較早，遠(yuǎn)古時(shí)期大禹治水的時(shí)候采用的測(cè)繩、羅盤(pán)儀就是早期的測(cè)量設(shè)備。經(jīng)過(guò)幾千年的發(fā)展，工程測(cè)量技術(shù)從測(cè)繩、羅盤(pán)儀設(shè)備逐漸發(fā)展到全站儀、視距儀、GPS、GIS、RS、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)等現(xiàn)代工程測(cè)量設(shè)備，并從傳統(tǒng)的人工測(cè)量技術(shù)向自動(dòng)化測(cè)量方向發(fā)展[2]。

2.1 測(cè)量技術(shù)的初始階段

工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展的比較早，早在公元前300多年前，中國(guó)人已經(jīng)發(fā)明了羅盤(pán)，用羅盤(pán)判斷地理位置的方向。司馬遷《史記》中記載了大禹治水的時(shí)候，采用了準(zhǔn)繩和規(guī)尺進(jìn)行測(cè)量工具。但是古代的測(cè)量技術(shù)相對(duì)比較落后，測(cè)量速度慢、測(cè)量精度低、測(cè)量強(qiáng)度大，需要大量的人員進(jìn)行配合。

2.2 工程測(cè)量的發(fā)展階段

十八世紀(jì)的第一工業(yè)革命，掀起了深刻的社會(huì)變革。大量機(jī)器設(shè)備的使用，一定程度上促進(jìn)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，平板儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備先后應(yīng)用在工程測(cè)量領(lǐng)域。進(jìn)入二十世紀(jì)，隨著光學(xué)理論的發(fā)展，科學(xué)家根據(jù)光學(xué)理論研發(fā)了光學(xué)經(jīng)緯儀，光學(xué)經(jīng)緯儀與傳統(tǒng)的游標(biāo)經(jīng)緯儀相比，體積輕、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快，測(cè)量的精度高[3]。1963年第一臺(tái)編碼電子經(jīng)緯儀的出現(xiàn)，標(biāo)志著測(cè)量技術(shù)進(jìn)入到自動(dòng)化時(shí)代，并先后研發(fā)了全站儀、電子水準(zhǔn)儀、激光準(zhǔn)直儀、激光掃描儀等電子測(cè)量設(shè)備，改變了傳統(tǒng)的測(cè)量精度控制網(wǎng)、道路測(cè)量等方法存在的局限性。電子經(jīng)緯儀可以自動(dòng)記錄測(cè)量的數(shù)據(jù)信息，使用過(guò)程中，自動(dòng)修正測(cè)量?jī)x器的度盤(pán)分劃誤差、偏心差，減少了測(cè)量的誤差；全站儀具有自動(dòng)記錄、顯示讀數(shù)等功能，通過(guò)數(shù)字接口，可以自動(dòng)效驗(yàn)測(cè)量參數(shù)，有效減少讀數(shù)誤差。通過(guò)數(shù)字接口將測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，還可以將跟蹤設(shè)備安裝在全站儀上，對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，減少人工效驗(yàn)的誤差，提高工程測(cè)量的精度；激光準(zhǔn)直儀、激光掃描儀等電子測(cè)量設(shè)備在測(cè)量過(guò)程中，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行安平、核準(zhǔn)測(cè)量的數(shù)據(jù)，減少人工效驗(yàn)的次數(shù)，大大提高了測(cè)量結(jié)果的精度。因此，激光準(zhǔn)直儀、激光掃描儀等電子測(cè)量設(shè)備

可以為高層建筑軸線測(cè)控、構(gòu)筑物與設(shè)備的安裝進(jìn)行放線控制[4]。

2.3 現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)

隨著工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，我國(guó)工業(yè)制造逐漸向工業(yè)智造方向發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程控制、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)測(cè)量的精度、速度提出了新的要求，傳統(tǒng)的光電設(shè)備、機(jī)械設(shè)備已經(jīng)無(wú)法完成測(cè)量定位要求，平面測(cè)量技術(shù)無(wú)法滿足機(jī)械設(shè)備高精度制造生產(chǎn)需求，促使測(cè)量技術(shù)向三維立體高精度方向發(fā)展。與平面測(cè)量技術(shù)相比，三維測(cè)量技術(shù)在測(cè)量過(guò)程中，可以同時(shí)完成三個(gè)方向的探測(cè)，并采用非接觸方式向測(cè)量對(duì)象發(fā)送信號(hào)，信號(hào)發(fā)射到目標(biāo)對(duì)象后反射到接收器，接收器將接收的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并得出各個(gè)坐標(biāo)系的數(shù)值[5]。三維測(cè)量影像儀具有良好的圖像識(shí)別能力，改變傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)量方式，測(cè)量精度從毫米級(jí)達(dá)到了微米級(jí)。因此，三維測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、飛機(jī)、輪船、大型機(jī)器設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)以及安裝過(guò)程的測(cè)量和定位，工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程控制、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)以及工程邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，然后通過(guò)電磁波等傳輸設(shè)備自動(dòng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、計(jì)算、處理，并繪制出規(guī)范、精確、美觀的數(shù)字地形圖和結(jié)構(gòu)圖，如果輸出的信息存在錯(cuò)誤，系統(tǒng)還具備自動(dòng)糾錯(cuò)功能，確保數(shù)據(jù)信息的精確度。

3 工程測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

3.1 GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

GPS也稱(chēng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，最早應(yīng)用在美國(guó)軍方導(dǎo)彈的航道定位過(guò)程中。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，逐漸向民用領(lǐng)域應(yīng)用。與其他測(cè)量技術(shù)相比，GPS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全天候24小時(shí)不間斷的進(jìn)行測(cè)量定位，并實(shí)時(shí)將定位信息反饋到用戶(hù)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)高精度、全方位的定位，可以實(shí)現(xiàn)三維、速度、時(shí)間等精確定時(shí)。GPS系統(tǒng)主要由全球通信衛(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶(hù)設(shè)備構(gòu)成，通信衛(wèi)星是距離地表2萬(wàn)公里的上空運(yùn)行的24顆衛(wèi)星，用于接受、存儲(chǔ)地面監(jiān)控設(shè)備發(fā)出導(dǎo)航信息，并將導(dǎo)航信息發(fā)送到用戶(hù)設(shè)備；地面監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)站、主控制站、地面天線等構(gòu)成，地面監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)跟蹤衛(wèi)星，地面天線并收集衛(wèi)星傳遞的信號(hào)，測(cè)量衛(wèi)星與地面距離，從而確定衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌跡；用戶(hù)設(shè)備主要相對(duì)于接收機(jī)。接收衛(wèi)星在一定角度的衛(wèi)星信號(hào)，根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算機(jī)衛(wèi)星與天線的距離，從而明確衛(wèi)星軌道的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算出用戶(hù)所在位置的經(jīng)緯度、高度、速度和時(shí)間等信息。GPS與傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)相比，可以實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的精準(zhǔn)定位，控制建筑[6]，提高工程測(cè)量速度。GPS技術(shù)可以用來(lái)測(cè)量時(shí)間、速度、大壩、大型建筑物變形以及土地測(cè)繪等環(huán)節(jié)，將GPS技術(shù)應(yīng)用在房屋建筑前期勘測(cè)過(guò)程中，可以縮短測(cè)量的時(shí)間，利用GPS系統(tǒng)在房屋建筑周?chē)O(shè)置控制網(wǎng)，每一個(gè)觀測(cè)站觀測(cè)時(shí)間控制在30分鐘左右，采集周?chē)ㄖ?、?gòu)筑物的三維數(shù)據(jù)信息，將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并繪制地形圖，為房屋建筑的設(shè)計(jì)提供參考。

3.2 GIS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

GIS技術(shù)也稱(chēng)地理信息技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，對(duì)地球表層的空間地理數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析、計(jì)算、管理的技術(shù)系統(tǒng)。GIS技術(shù)必須建立計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)對(duì)采集的空間地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。因此，GIS技術(shù)是一門(mén)集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、空間信息學(xué)等綜合學(xué)科。

將GIS技術(shù)應(yīng)用在水利工程地質(zhì)勘察過(guò)程中，可以全面采集施工現(xiàn)場(chǎng)的植被、構(gòu)筑物、水文信息、地質(zhì)構(gòu)造，從而為水利工程的建設(shè)施工提供參考[7]。GIS技術(shù)一般需要與GPS技術(shù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)GPS系統(tǒng)接收到測(cè)量區(qū)域的坐標(biāo)信息，然后按照預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔發(fā)送定位信息到無(wú)線裝置，無(wú)線裝置接收到定位信息后將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)軟件，計(jì)算機(jī)軟件將采集的數(shù)據(jù)需坐標(biāo)繪制平面、剖面圖等圖文信息，為水利工程的設(shè)計(jì)提供有效的參考，從而避免軟土、土體不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提高水利工程設(shè)計(jì)水平。

3.3 RS技術(shù)

RS也稱(chēng)為遙感技術(shù)，是一種非接觸式、遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)。通過(guò)傳感器或者遙感器向探測(cè)目標(biāo)發(fā)送電磁波信號(hào)，電磁波通過(guò)掃描、攝影、傳感等設(shè)備采集地表的數(shù)據(jù)信息，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)軟件將采集的圖形信息、圖像信息進(jìn)行分析，提取有效的數(shù)據(jù)信息，為工程建設(shè)提供參考。遙感技術(shù)是以航空攝影為基礎(chǔ)，是現(xiàn)代三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，它測(cè)量范圍廣、不受到自然環(huán)境、地形地貌的影響，可以更加前面的采集施工周?chē)母黝?lèi)信息。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，遙感技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，并應(yīng)用在工程測(cè)量、天氣預(yù)報(bào)等領(lǐng)域。將遙感技術(shù)應(yīng)用在礦山資源的開(kāi)采與保護(hù)環(huán)節(jié)，通過(guò)無(wú)人機(jī)打在遙感設(shè)備、高清攝像機(jī)、成像儀等設(shè)備，采集到礦山周?chē)牡孛残畔?、植被信息、?gòu)筑物等信息，對(duì)礦山的開(kāi)采、生態(tài)環(huán)境的影響以及地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。遙感設(shè)備對(duì)礦山周?chē)牡V產(chǎn)開(kāi)采、回收、礦產(chǎn)品味等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以了解礦山的開(kāi)采率，資源存儲(chǔ)量，從而制定礦山開(kāi)采方案；遙感設(shè)備根據(jù)同一區(qū)域不同時(shí)間采集的圖像信息和光譜差異，采集礦山的植被覆蓋率、固體廢棄物堆放、地面沉降等信息，從時(shí)間、空間和數(shù)量方面分析礦山的變化，從而為礦山未來(lái)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害做出預(yù)測(cè)，并根據(jù)礦山開(kāi)采的土壤污染、植被破壞程度等信息，及時(shí)采取有效的措施，防止土地荒漠化[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，單一的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足工程測(cè)量的需求，當(dāng)前工程測(cè)量工作中，往往采用多種測(cè)量技術(shù)結(jié)合，充分利用各種測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高了工程測(cè)量的精度和效率，進(jìn)一步完善我國(guó)工程勘測(cè)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，為建筑工程設(shè)計(jì)提供全面、詳細(xì)的內(nèi)容。