對(duì)工程測(cè)量在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的探討

程相兵

摘要:以工程測(cè)量的理論為基礎(chǔ),以先進(jìn)地面測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用到數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)為主線,闡述了工程測(cè)量的基本理論和應(yīng)用的基本技能。

關(guān)鍵詞:工程測(cè)量 應(yīng)用領(lǐng)域

0 引言

以工程測(cè)量的理論為基礎(chǔ),以先進(jìn)地面測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用到數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)為主線,闡述了工程測(cè)量的基本理論和應(yīng)用的基本技能。近年來,測(cè)量新技術(shù)、新設(shè)備的不斷出現(xiàn),給工程測(cè)量帶來了全新的工作模式。結(jié)合工程實(shí)際的發(fā)展,增加了與新設(shè)備和新技術(shù)緊密結(jié)合的內(nèi)容,如地面測(cè)量?jī)x、三維工業(yè)測(cè)量、GPS定位技術(shù)、數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)等,以期用盡量簡(jiǎn)潔的語言和典型的工程實(shí)例,使大家在道路工程測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)面能得到進(jìn)一步的拓展。僅供參考。

1 先進(jìn)的地面測(cè)量?jī)x器在工程測(cè)量中的應(yīng)用

80年代以來出現(xiàn)許多先進(jìn)的地面測(cè)量?jī)x器。為工程測(cè)量提供了先進(jìn)的技術(shù)工具和手段。如:光電測(cè)距儀、精幫測(cè)距儀、電子經(jīng)緯儀、全站儀、電子水準(zhǔn)儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀、激光準(zhǔn)直儀、激光掃平儀等,為工程測(cè)量向現(xiàn)代化、自動(dòng)化、數(shù)字化方向發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件,改變了傳統(tǒng)的工程控制網(wǎng)布網(wǎng)、地形測(cè)量、道路測(cè)量和施工測(cè)量等的作業(yè)方法。三角網(wǎng)已被三邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)、測(cè)距導(dǎo)線網(wǎng)所替代:光電測(cè)距三角高程測(cè)量代替三、四等水準(zhǔn)測(cè)量;具有自動(dòng)跟蹤和連續(xù)顯示功能的測(cè)距儀用于施工放樣測(cè)量;無需棱鏡的測(cè)距儀解決了難以攀登和無法到達(dá)的測(cè)量點(diǎn)的測(cè)距工作;電子速測(cè)儀為細(xì)部測(cè)量提供了理想的儀器;精密測(cè)距儀的應(yīng)用代替了傳統(tǒng)的基線丈量。電子經(jīng)緯儀和全站儀的應(yīng)用。是地面測(cè)量技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志之一。電子經(jīng)緯儀具有自動(dòng)記錄、自動(dòng)改正儀器軸系統(tǒng)差、自動(dòng)歸化計(jì)算、角度測(cè)量自動(dòng)掃描、消除度盤分劃誤差和偏心差等優(yōu)點(diǎn)。全站儀測(cè)量可以利用電子手簿把野外測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄下來,通過接13設(shè)備傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。利用“人機(jī)交互”方式進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和圖彤編輯,還可以把由微機(jī)控制的跟蹤設(shè)備加到全站儀上,能對(duì)一系列目標(biāo)自動(dòng)測(cè)量。即所謂“測(cè)地機(jī)器人”或“電子平板”野外直接圖形編輯,為測(cè)圖和工程放樣向數(shù)字化發(fā)展開辟了道路激光水準(zhǔn)儀、全自動(dòng)數(shù)字水準(zhǔn)儀、記錄式精密補(bǔ)償水準(zhǔn)儀等儀器的出現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了在幾何水準(zhǔn)測(cè)量中自動(dòng)安平、自動(dòng)讀數(shù)和記錄、自動(dòng)檢核測(cè)量數(shù)據(jù)等功能,使幾何水準(zhǔn)測(cè)量向自動(dòng)化、數(shù)字化方向邁進(jìn)。激光準(zhǔn)直儀和激光掃描儀在高層建筑施工和大面積混凝土施工中是必不可少的儀器。國(guó)產(chǎn)JDA系列多功能 自動(dòng)激光準(zhǔn)直儀,具有 6種自動(dòng)保持精度的基準(zhǔn),可用于高層和高聳建筑的軸線測(cè)控;滑模測(cè)偏、測(cè)扭、水平測(cè)控;構(gòu)筑物與設(shè)備安裝放線控測(cè);各類工程測(cè)平,結(jié)構(gòu)變形觀測(cè)等。

陀螺經(jīng)緯儀是用于礦山、隧道等工程測(cè)量的另一類主要的地面測(cè)量?jī)x器,新一代的陀螺經(jīng)緯儀是由微機(jī)控制,儀器自動(dòng)、連續(xù)地觀測(cè)陀螺的搖動(dòng)并能補(bǔ)償外部的干擾,觀測(cè)時(shí)間短、精度高, 如Cro mad陀螺經(jīng)緯儀在7min左右的觀測(cè)時(shí)間能獲取3”的精度,比傳統(tǒng)陀螺經(jīng)緯儀精度提高近7倍,作業(yè)效率提高近10倍,標(biāo)志著陀螺經(jīng)緯儀向自動(dòng)化方向邁進(jìn)。

2 三維工業(yè)測(cè)量技術(shù)的興起和應(yīng)用

80年代以來, 隨著高新技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步。 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入了一個(gè)新的階段,許多新的工業(yè)生產(chǎn)要求對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)化流程、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)等工作進(jìn)行快速、高精度的測(cè)點(diǎn)、定位,并給出運(yùn)行軌道或復(fù)雜形體的數(shù)字模型等,這是傳統(tǒng)的光學(xué)、機(jī)械方法所無法完成的。3維工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)是以電予經(jīng)緯儀或近景攝影儀為傳感器,在電子計(jì)算機(jī)的支持下而形成的三維測(cè)量系統(tǒng)。主要應(yīng)用于以下的工業(yè)領(lǐng)域:

2.1 汽車、飛機(jī)、造船工業(yè)及空間技術(shù)等方面設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造、組裝過程中的測(cè)量和定位。

2.2 工業(yè)用機(jī)器人的檢測(cè)。

2.3 衛(wèi)星接收天線安裝和維護(hù)的精度檢測(cè)。

2.4 生產(chǎn)自動(dòng)化過程、生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)與檢測(cè)的動(dòng)態(tài)測(cè)量。

2.5 負(fù)荷試驗(yàn)中變形與應(yīng)變測(cè)定。

2.6 欄水與邊坡穩(wěn)定性的檢測(cè)等。

三維工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)分為兩大類,以電子經(jīng)緯儀為傳感器的工業(yè)大地測(cè)量系統(tǒng)和以近景攝影機(jī)為傳感器的工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)。工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng),通常是以近景攝影的方式實(shí)現(xiàn)的,其優(yōu)點(diǎn)是通過像片提供大量信息,施測(cè)周期短,可在瞬間完成測(cè)量全過程,可對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量,可以多重?cái)z影,有多余觀測(cè)值。西歐北美一些國(guó)家的高精度工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng),最好的相對(duì)測(cè)量精度已達(dá)到百萬分之一。在我國(guó)的工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)一般精度較低。但也較多地得到應(yīng)用并取得顯著成效。如北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院用于測(cè)繪大型飛機(jī)外型;建設(shè)部綜勘院用于香港寶蓮寺天壇大佛建造工程;武漢測(cè)繪科技大學(xué)用于葛洲壩船閘變形監(jiān)測(cè)、 龍口及上下游水面流速動(dòng)態(tài)測(cè)量; 武鋼“4號(hào)高爐”煤氣管道變形監(jiān)測(cè)等。

3 GPS定位技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

80年代以來,隨著GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善。使測(cè)繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革,為工程測(cè)量提供了嶄新的技術(shù)手段和方法。長(zhǎng)期以來用測(cè)角、測(cè)距、測(cè)水準(zhǔn)為主體的常規(guī)地面定位技術(shù),正在逐步被以一次性確定3

維坐標(biāo)的、高速度、高效率、高精度的GPS技術(shù)所代替。同時(shí)定位范圍已從陸地和近海擴(kuò)展到海洋和宇宙空間;定位方法已從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài);定位服務(wù)領(lǐng)域已從導(dǎo)航和測(cè)繪領(lǐng)域擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的廣闊領(lǐng)域。

在我國(guó)GPS定位技術(shù)的應(yīng)用已深入各個(gè)領(lǐng)域,國(guó)家大地網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)的建立與改造已普遍地應(yīng)用GPS技術(shù)。在石油勘探、高速公路、通信線路、地下鐵路、隧道貫通、建筑變形、大壩監(jiān)測(cè)、山體滑坡、地震的形變監(jiān)測(cè)、海島或海域測(cè)量等也已廣泛的使用GPS技術(shù)。隨著 DGPS差分定位技術(shù)和RIK實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)的發(fā)展和美國(guó)AS技術(shù)的解除,單點(diǎn)定位精度不斷提高,GPS技術(shù)在導(dǎo)航、運(yùn)載工具實(shí)時(shí)監(jiān)控、石油物探點(diǎn)定位、地質(zhì)勘查剖面測(cè)量、碎部點(diǎn)的測(cè)繪與放樣等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。

4 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

大比例尺地形圖和工程圖的測(cè)繪,是城市與工程測(cè)量的重要內(nèi)容和任務(wù)。常規(guī)的成圖方法是一項(xiàng)腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)結(jié)合的艱苦的野外工作,同時(shí)還有大量的室內(nèi)數(shù)據(jù)處理和繪圖工作, 成圖周期長(zhǎng),產(chǎn)品單一,難以適應(yīng)飛速發(fā)展的城市建設(shè)和現(xiàn)代化工程建設(shè)的需要。

隨著電子經(jīng)緯儀、全站儀的應(yīng)用和GEOMAP系統(tǒng)的出現(xiàn),把野外數(shù)據(jù)采集的先進(jìn)設(shè)備與微機(jī)及數(shù)控繪圖儀三者結(jié)合起來,形成一個(gè)從野外或室內(nèi)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形編輯和繪圖的自動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)。系統(tǒng)的開發(fā)研究主要是面向城市大比例尺基本圖、工程地形圖、帶狀地形圖、縱橫斷面圖、地籍圖、地下管線圖等各類圖件的自動(dòng)繪制。系統(tǒng)可直接提供紙圖,也可提供軟盤,為專業(yè)設(shè)計(jì)自動(dòng)化,建立專業(yè)數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

綜上所述,我國(guó)工程測(cè)量科技進(jìn)步很大,發(fā)展很快,取得了顯著成績(jī);但是發(fā)展還很不平衡, 尚跟不上國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的需要。擺在我們面前的任務(wù)是:大力促進(jìn)工程測(cè)量技術(shù)方法與手段的更新?lián)Q代,積極推動(dòng)新技術(shù)的推廣與應(yīng)用。把傳統(tǒng)的手工測(cè)量向電子化、數(shù)字化、自動(dòng)化方向發(fā)展;同時(shí)加強(qiáng)相關(guān)學(xué)科的研究。不斷拓寬工程測(cè)量服務(wù)新領(lǐng)域, 開創(chuàng)工程測(cè)量發(fā)展新局面,為推動(dòng)我國(guó)工程測(cè)量科技進(jìn)步而努力奮斗。