線路工程測量中數(shù)字化測量技術(shù)的運(yùn)用

周新良

（新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院（有限公司），新疆 克拉瑪依 834000）

計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生至今的每一個技術(shù)變革，都深刻的影響著社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域的技術(shù)革新。近些年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也逐漸的應(yīng)用于線路工程的測量工作中。最主要的表現(xiàn)是各種智能化測量儀器的產(chǎn)生和應(yīng)用大幅度的提高了數(shù)字化測量技術(shù)的水平，同時(shí)也開辟了數(shù)字化測量技術(shù)在線路工程中的應(yīng)用。目前來看，全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、攝影測量與遙感(RS)以及數(shù)字化測繪和地面測量先進(jìn)技術(shù)都已經(jīng)在我國的線路工程的測量工作中發(fā)揮著巨大的作用。

線路工程測量是一門十分實(shí)用的學(xué)科，它和我們國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)緊緊相連，各類鐵路、公路、管道運(yùn)輸?shù)裙こ痰拈_展都離不開線路測量，都要根據(jù)線路測量所得信息和數(shù)據(jù)制定和調(diào)整工程計(jì)劃。同時(shí)，線路工程測量還是一門可以和社會生產(chǎn)緊密結(jié)合的學(xué)科，因?yàn)榫€路工程測量的技術(shù)和儀器可以為我國的工業(yè)生產(chǎn)提供相關(guān)的技術(shù)和設(shè)備支持。所以，做好線路工程的測量工作不僅能夠服務(wù)于工程建設(shè)，還能夠間接的作用于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隨著高新技術(shù)在工程建設(shè)中的不斷應(yīng)用，各種數(shù)字化技術(shù)在線路工程測量中也得到了廣泛的應(yīng)用，使線路工程測量取得了一系列的進(jìn)步與發(fā)展,還使線路工程測量的技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。這種變化主要集中在線路工程測量中使用的先進(jìn)測量儀器和測量中使用的數(shù)字化技術(shù)，下文中筆者就從這兩個方面談?wù)勛约旱恼J(rèn)識。

1 線路工程測量中使用的先進(jìn)測量儀器

二十世紀(jì)八十年代以后，我國的改革開放政策帶領(lǐng)了社會生產(chǎn)進(jìn)入了一個新的歷史階段，社會經(jīng)濟(jì)得到了全面的發(fā)展和提升，國際上的一些先進(jìn)技術(shù)和儀器也被逐漸的引入和應(yīng)用到國內(nèi)的社會生產(chǎn)中。這種形勢下，線路工程測量中對于先進(jìn)技術(shù)和儀器的使用也占有了便利的條件，各種先進(jìn)的測量儀器，如光電測距儀、精密測距儀、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、激光掃平儀等一系列的先進(jìn)儀器的采用為我國的線路工程測量走向現(xiàn)代化、自動化、數(shù)字化提供了良好的外部環(huán)境，有效的推動了我國的工程測量的數(shù)字化進(jìn)程。

設(shè)備的革新給我國的線路工程測量工作帶來的影響是多方面的，我國傳統(tǒng)的人工測量技術(shù)是采用三角網(wǎng)對地形、道路和施工進(jìn)行測量，這種方法不僅施工起來比較繁瑣，其測量所得的結(jié)果精度也不夠高，所以這類技術(shù)已經(jīng)不能夠適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要了。因此，我們必須做出適當(dāng)?shù)母淖?，來適應(yīng)現(xiàn)代工程的測量需要。先進(jìn)的測量儀器的應(yīng)用為這種測量方法的變革的創(chuàng)造了有利的條件。我們看到，新型的三邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)和測距導(dǎo)線網(wǎng)代替了原來的三角網(wǎng)測量技術(shù)，而傳統(tǒng)的三和四等水準(zhǔn)測量也被光電測距三角高程測量所替代。這種儀器的更新?lián)Q代不僅標(biāo)志著測量儀器的進(jìn)步，也是整個工程測量水平提升的一個重要標(biāo)志，還是推動測量方式變革的一個重要動力。

新型的數(shù)字化測距儀在功能上較傳統(tǒng)的測量儀器還是有著非常明顯的優(yōu)勢的，首先數(shù)字化測距儀器可以做到在對施工放樣進(jìn)行測量的時(shí)候進(jìn)行自動的跟蹤和連續(xù)顯示功能，這也就從根本上避免了由于定位不準(zhǔn)導(dǎo)致的測量誤差的產(chǎn)生。以前人工測量的時(shí)代中，是存在盲點(diǎn)的，因?yàn)閱慰咳斯な菬o法對難以攀登和無法到達(dá)的這類測量點(diǎn)進(jìn)行測量的，所以測量人員受到儀器和自身的限制無法完成較為全面的測距工作。但是，現(xiàn)在有了無需棱鏡的測距儀就可以完美的解決這類問題了，新型的測距儀可以在測量人員工作的過程中完成自動的跟蹤和連續(xù)的顯示，使線路工程測距能夠更加的準(zhǔn)確和方便。

電子速測儀可以讓線路工程測量在細(xì)節(jié)處變得更加精確，對于一些人眼和傳統(tǒng)工具無法進(jìn)行具體測量的位置，電子速測儀可以通過電子掃面迅速而準(zhǔn)確的獲取該位置的相關(guān)信息，不僅避免了測量中死角的形成，也間接提高了整體測量精度。人工時(shí)代所廣泛使用的傳統(tǒng)基線丈量的方法也因?yàn)楝F(xiàn)代化的精密測距儀的使用而結(jié)束，傳統(tǒng)的基線丈量主要應(yīng)用于各種線路的具體長度的丈量過程中，而受到人工測量的精確度的限制，其結(jié)果往往都存在著較大的誤差，精密測距儀的產(chǎn)生不僅有效的克服了這一誤差問題，還從根本上改變了基線丈量的方式，使基線丈量從原來的工程測量中耗時(shí)最長、工程量最大的測量工作變?yōu)楣ぷ餍首罡?、精?zhǔn)度最高的測量工作之一。此外，對于大地水準(zhǔn)面和基本水準(zhǔn)面的測量中，激光水準(zhǔn)儀、全自動數(shù)字水準(zhǔn)儀和記錄式精密補(bǔ)償水準(zhǔn)儀這些儀器的應(yīng)用有效的改變了傳統(tǒng)的以繁瑣的公式計(jì)算為主的測量結(jié)果產(chǎn)生形式。在幾何水準(zhǔn)測量的過程中實(shí)現(xiàn)對安平、讀數(shù)和記錄、檢核測量中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)做到同步精確記錄，這些儀器都讓幾何水準(zhǔn)測量遠(yuǎn)離了傳統(tǒng)的人工走向了自動化和數(shù)字化，同樣大幅度的提高了測量的效率。通過上文的舉例分析我們看到，以上幾種先進(jìn)的測量儀器的應(yīng)用不僅大大的提高了作業(yè)效率，還節(jié)省了人力，使得傳統(tǒng)測量中需要人力完成的工作被機(jī)械取代，降低了勞動者的工作強(qiáng)度，有利于人力資源的合理配置。

除了以上常見的測量儀器外，一些特殊工程項(xiàng)目中的測量儀器也在工程建筑的過程中起到了重要的作用。在現(xiàn)代化社會主義建設(shè)過程中需要建設(shè)越來越多的高層建筑和對大面積的鋼筋混泥土進(jìn)行施工，這些施工也就需要激光準(zhǔn)直儀和掃描儀。隨著我國工程技術(shù)的不斷發(fā)展，目前我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了激光準(zhǔn)直儀的自主研發(fā)和生產(chǎn)，最著名的產(chǎn)品有JDA激光準(zhǔn)直儀，這個激光準(zhǔn)直儀可以對基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以分為六種不同的精度進(jìn)行自動保持，便于施工單位在不同的項(xiàng)目施工中進(jìn)行使用，目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各種高層建筑的測量活動中。除了高層建筑的測量外，JDA激光準(zhǔn)直儀的使用范圍也十分的廣泛，不僅可以對軸線測控、滑模測偏、測扭、水平測控和對建筑施工的項(xiàng)目安裝設(shè)備的時(shí)候放線控測，還可以檢查工程在施工過程中是否平整，施工結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)了變形，這種應(yīng)用功能使其能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)建筑工程施工中的各種肉眼不易觀測到的問題。再如，陀螺經(jīng)緯儀是礦山和隧道施工過程中進(jìn)行線路工程測量的重要儀器，由于隧道施工過程中的能見度比較低，且地質(zhì)情況比較復(fù)雜，所以采用陀螺經(jīng)緯儀可以較為客觀的掌握隧道線路中的各種地質(zhì)信息。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，陀螺經(jīng)緯儀也在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了更新，新型的陀螺經(jīng)緯儀由計(jì)算機(jī)自動系統(tǒng)直接控制，這樣就避免了由人工控制導(dǎo)致的各種人為誤差的發(fā)生，同時(shí)這類現(xiàn)代化陀螺經(jīng)緯儀可以做到在連續(xù)對陀螺的轉(zhuǎn)動進(jìn)行監(jiān)控和測量，如果陀螺經(jīng)緯儀在測量的過程中受到了外部的干擾，陀螺經(jīng)緯儀可以自動的對這類外部干擾進(jìn)行補(bǔ)償，這樣就會能到更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

我們看到，現(xiàn)代化的線路工程的測量工作已經(jīng)離不開各種先進(jìn)的測量儀器，無論是光電測距儀、精密測距儀、電子經(jīng)緯儀、全站儀，還是電子水準(zhǔn)儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀、激光準(zhǔn)直儀、激光掃平儀，都在我國的鐵路、公路、管道工程的工程測量中發(fā)揮著不可替代的重要作用，他們以其高效率和高精度的測量優(yōu)勢取代了傳統(tǒng)的人工操作儀器和設(shè)備，為我國的線路工程的測量做出重要的貢獻(xiàn)。

2 線路工程測量中使用的數(shù)字化技術(shù)

2.1 數(shù)字化地圖技術(shù)

為了更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化系統(tǒng)在線路工程中的應(yīng)用，工程中的各種地形圖紙也逐漸實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的管理。GIS系統(tǒng)就是這樣的一種地形圖管理系統(tǒng)，它的建立需要對原先所持有的地圖進(jìn)行數(shù)字化改變，但是這份把原始地圖變成數(shù)字化地圖的工作是十分復(fù)雜和艱巨的，需要工作人員手動的錄入大量相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，不僅耗費(fèi)了大量的人力物力，還造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，并且極易產(chǎn)生誤差。所以，為了克服這種地圖數(shù)字化的弊端，隨著信息化的發(fā)展，就出現(xiàn)了數(shù)字化地圖掃描儀，這個儀器可以讓原有現(xiàn)勢性、精度和比例尺能夠?yàn)閿?shù)字化儀識別的地圖，進(jìn)過編輯和修補(bǔ)后自動生成數(shù)字化地圖。大比例的地圖在以前數(shù)字化儀沒有出現(xiàn)的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行數(shù)字化處理是非常困難的工作，現(xiàn)在掃描矢量化軟件可以對這些大比例的地圖提取多邊形，這些都是自動完成的，數(shù)字化地圖的建立變得更加的簡單和高效。地圖作為測量工作中的重要資料，不僅影響著測量工程的開展，也是測量結(jié)果的重要展現(xiàn)形式，將地圖系統(tǒng)數(shù)字化，不僅便利了地圖上信息與數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用，還提高了地圖的精度，增強(qiáng)了多維性。

2.2 數(shù)字化成圖技術(shù)

在采用傳統(tǒng)人工進(jìn)行線路工程測量的工作時(shí)，最重要的工作內(nèi)容在于大比例尺地形圖和工程圖的測繪。用傳統(tǒng)的繪圖方法完成大比例尺地形圖和工程圖的測繪，需要工作人員在前期進(jìn)行大量的野外實(shí)地測量和觀察工作，作業(yè)員在獲取地圖信息的過程中需要面臨各種艱苦的作業(yè)環(huán)境，還要進(jìn)行復(fù)雜的操作，同時(shí)還需要收集大量的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)從而進(jìn)行繪圖，這種繪圖工作的難度和強(qiáng)度是相當(dāng)大的，雖然做到了數(shù)據(jù)和資料的人工搜集，但是這種繪圖工作在工作效果上還存在著很大的弊端，即每一張地形圖的形成都需要耗費(fèi)很長的時(shí)間，并且同時(shí)一次只能進(jìn)行一個地圖的繪制工作，無法做到資源的重復(fù)使用。隨著數(shù)字化技術(shù)在成圖工作中的應(yīng)用，數(shù)字化成圖技術(shù)取代了傳統(tǒng)人工技術(shù)，克服了上述繪圖作業(yè)中的缺陷和不足，新型的數(shù)字化技術(shù)有著人工測繪無法比擬的精度，同時(shí)也不需要很大的勞動強(qiáng)度，對于地圖的修改只要是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行作業(yè)不需要人工重新畫圖。另外，新的技術(shù)使各種地圖信息的保存也十分容易，避免了因?yàn)榧垙埖膿p壞影響地圖的閱覽和數(shù)據(jù)的提取等一系列問題。就目前來看，數(shù)字化成圖技術(shù)一般有兩種模式，即內(nèi)外業(yè)一體化和電子平板。所謂內(nèi)外業(yè)一體化，就是將內(nèi)外業(yè)的相關(guān)技術(shù)結(jié)合起來共同應(yīng)用到地圖的繪制過程中，使用全站儀和電子手簿這些電子設(shè)備來進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。這種內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)最突出的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)就是這種方式可以大大的提高測繪的精度，而參與繪制的員工的任務(wù)和角色的分配也更加的明確，而且能夠獲得很高的成圖效率。所謂電子平板繪圖，就是在地圖繪制的過程中，依據(jù)已有的地質(zhì)信息資料，根據(jù)地圖的繪制要求和成圖標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)自動對各種信息進(jìn)行綜合形成一個新的電子地圖的繪制形式。由于缺少對外部環(huán)境和實(shí)際地形地貌的考察，使得電子平板繪圖的可靠性要弱于內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)。

3 數(shù)字化測繪技術(shù)在線路工程測量中的應(yīng)用

3.1 原圖的數(shù)字化

在線路工程的測量中，最理想的狀態(tài)是擁有該地區(qū)和該工程相關(guān)的數(shù)字地形圖，但是受到各種因素的影響，不是所有的地區(qū)都有完整的數(shù)字地形圖，地區(qū)可能出現(xiàn)一些突發(fā)的狀況例如經(jīng)費(fèi)困難或者沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行來進(jìn)行數(shù)字土地的采集工作，那么如果想獲得數(shù)字地形圖的效果，就必須對已有的傳統(tǒng)地圖實(shí)行數(shù)字化處理，即原圖的數(shù)字化。這項(xiàng)技術(shù)是使用現(xiàn)有的地形圖，通過計(jì)算機(jī)、數(shù)字化掃描儀和繪圖儀制成一個和原圖內(nèi)容相同而形式不同的數(shù)字地圖。在具備了以上資料和設(shè)備的情況下，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行數(shù)字化軟件就可以輕松實(shí)現(xiàn)原圖的數(shù)字化處理，這項(xiàng)工作最主要的特點(diǎn)和優(yōu)勢就是不需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，也不會產(chǎn)生過多的經(jīng)費(fèi)，這個特點(diǎn)大大的降低了其使用局限性，是其能夠廣泛的應(yīng)用于各種線路工程的測量中的主要原因之一。在配齊了所需的原有地形圖、計(jì)算機(jī)、數(shù)字化掃描儀、繪制儀后，就可以開始對原圖進(jìn)行數(shù)字化處理工作了。啟動軟件后，掃描儀會將原圖的各種地理信息通過掃描的形式錄入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)字化處理軟件在接收到地圖信息后就會對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)字化處理，然后再經(jīng)由繪制儀對其重新進(jìn)行繪制。手扶跟蹤數(shù)字化及掃描矢量化是兩種主要的進(jìn)行原圖的數(shù)據(jù)化的方法。相比較而言掃描矢量化比手扶跟蹤數(shù)字化產(chǎn)生的地圖無論是精度還是效率都比手扶跟蹤數(shù)字化更好。但是這一種方法也不是完美無缺的。掃描矢量化的地圖所有的工作都是建立在原圖的基礎(chǔ)上的，所以原圖的精度會對建立原圖的數(shù)據(jù)化產(chǎn)生很大的影響，如果原圖的精度的不好的話，原圖的數(shù)字化的精度會比原圖還要差。所以掃描矢量化的地圖只能作為一個輔助的措施不能完全依靠這個掃描矢量化。所以一個地區(qū)如果需要獲得一個完整和詳細(xì)的數(shù)字化地圖就需要對掃描矢量化的地圖進(jìn)行修測和補(bǔ)測。修測和補(bǔ)測就是對一些地物的坐標(biāo)進(jìn)行師弟的測量從而得到一個精確的坐標(biāo)。用這些新的坐標(biāo)代替原來掃描矢量化所做數(shù)據(jù)化地圖的錯誤坐標(biāo)，這樣也就可以進(jìn)一步的提高數(shù)字化地圖的精度了。

3.2 地面數(shù)字測圖

如果線路工程的施工地區(qū)沒有精度相對來說比較高的大比例尺地圖，這時(shí)就可以使用地面數(shù)字測圖來獲取較為準(zhǔn)確和可靠的地理信息。所謂地面數(shù)字測圖技術(shù)，又稱內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測圖，是目前在我國線路工程測量中使用最多的地圖測繪方法，這種方法的最主要的優(yōu)勢是可以獲得精度非常高的數(shù)字地圖，并且操作也極為簡便，只要測量員工在測量方法上進(jìn)行正確控制就可以，在重要地物相對于鄰近控制點(diǎn)的精度控制在五米之內(nèi)即可。上文中我們已經(jīng)詳細(xì)對比了內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)和電子平壩技術(shù)在地圖測繪中的應(yīng)用，本節(jié)不再贅述。

綜上所述，隨著各種數(shù)字化技術(shù)在線路工程測量活動中的應(yīng)用，線路工程測量技術(shù)的發(fā)展趨勢逐漸由測量數(shù)據(jù)采集和處理及時(shí)自動實(shí)時(shí)向數(shù)字化方向發(fā)展，測量數(shù)據(jù)管理更加的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，測量數(shù)據(jù)傳播與應(yīng)用更加面向社會，更加多樣化。GPS技術(shù)、RS技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)字化測繪技術(shù)以及先進(jìn)地面測量儀器等將廣泛應(yīng)用于工程測量中，并發(fā)揮其主導(dǎo)作用。文中筆者從線路工程測量中使用的先進(jìn)測量儀器和測量中使用的數(shù)字化技術(shù)兩個方面對我國的線路工程測量中數(shù)字化技術(shù)的影響狀況進(jìn)行了簡要分析，希望能夠?yàn)橥苿游覈こ虦y量的數(shù)字化發(fā)展盡自己的一份力，諸多不足，還望批評指正。

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