淺談工程測(cè)量的拓展與實(shí)踐

秦毅

【摘 要】本文綜合工程測(cè)量在當(dāng)前工程設(shè)計(jì)中扮演的重要角色，詳細(xì)介紹了工程控制量，大比例尺數(shù)字制圖與城市信息系統(tǒng)，工業(yè)測(cè)量以及工程變形監(jiān)測(cè)等工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】工程測(cè)量；控制；監(jiān)測(cè)

當(dāng)前，以3S（GPS、RS、GIS）技術(shù)為代表的現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)迅猛發(fā)展，測(cè)繪科學(xué)技術(shù)在理論上、方法上和技術(shù)體系上正經(jīng)歷著巨大的變革。我國自改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，工程建設(shè)的投資和規(guī)模迅速發(fā)展，給工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展帶來了機(jī)遇。目前，3S技術(shù)和數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)以及測(cè)繪新儀器廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量中，使工程測(cè)量趨向自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化。下面從工程控制測(cè)量、大比例尺數(shù)字測(cè)繪與城市信息系統(tǒng)，施工放樣測(cè)量、工業(yè)測(cè)量以及工程變形監(jiān)測(cè)等方面介紹工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

一、工程控制測(cè)量

工程控制測(cè)量是各種工程測(cè)量的基礎(chǔ)和基準(zhǔn)。現(xiàn)代空間定位技術(shù)特別是GPS的發(fā)展，提供了一種嶄新的控制測(cè)量技術(shù)手段，使工程平面控制測(cè)量發(fā)生了革命性的變革。傳統(tǒng)的三角測(cè)量、三邊測(cè)量、邊角測(cè)量以及導(dǎo)線測(cè)量建立高等級(jí)控制測(cè)量的方法已被GPS測(cè)量所替代。在線路測(cè)量中，已經(jīng)常應(yīng)用GPS快定位和RTK技術(shù)來進(jìn)行線路控制測(cè)量。全站儀的發(fā)展提高了測(cè)角和測(cè)距精度。目前全站儀測(cè)角精度達(dá)到0.5S，同時(shí)自動(dòng)化程度越來越高。自動(dòng)全站儀能自動(dòng)識(shí)別，跟蹤和精確照準(zhǔn)目標(biāo)，因此大大簡化了儀器的觀測(cè)操作，在工程測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。在小范圍高精度的工程控制測(cè)量、控制測(cè)量加密、城市導(dǎo)線測(cè)量和工程控制測(cè)量中，還是主要采用全站儀布設(shè)工程控制網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行工程控制測(cè)量。幾何水準(zhǔn)測(cè)量仍舊是建立高精度高程工程控制測(cè)量的基本方法。電子水準(zhǔn)儀的出現(xiàn)。使幾何水準(zhǔn)測(cè)量向自動(dòng)化、數(shù)字化方向邁進(jìn)。全站儀電子測(cè)距精度的提高和高靈敏度垂直度盤讀數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償，使三角高程測(cè)量精度得到提高，操作更為簡單。

二、大比例尺數(shù)字測(cè)圖與城市信息系統(tǒng)

工程建筑設(shè)計(jì)，施工需要大比例尺地形圖，大比例尺地形圖測(cè)繪是工程測(cè)量最普遍的一項(xiàng)測(cè)繪工作。全站儀的發(fā)展和計(jì)算機(jī)測(cè)圖軟件的開發(fā)，使地面地形圖測(cè)繪技術(shù)向數(shù)字測(cè)圖技術(shù)轉(zhuǎn)變。地面數(shù)字測(cè)圖作業(yè)模式有兩種類型，一種是全站儀采集數(shù)據(jù)，利用電子手簿或儀器自身的內(nèi)存記錄數(shù)據(jù)，再傳至計(jì)算機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場繪制的草圖進(jìn)行編碼和編輯生成數(shù)字地圖。另一種是全站儀與便攜機(jī)或PDA鏈接，利用屏幕顯示點(diǎn)位，現(xiàn)場進(jìn)行編碼，經(jīng)編輯生成數(shù)字地圖。隨著全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展。攝影測(cè)量成圖趨向自動(dòng)化和數(shù)字化，使攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)生了革命性的變革?；谖C(jī)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)能自動(dòng)完成空中三角測(cè)量、建模、制作正射影像圖以及交互生成數(shù)字線劃圖，經(jīng)外業(yè)調(diào)控后再經(jīng)編輯生成數(shù)字地圖。目前數(shù)字測(cè)圖技術(shù)已替代了傳統(tǒng)的平板儀白紙測(cè)圖技術(shù)。我國1：500～1：2000的大比例尺地形圖，在大面積測(cè)圖時(shí)已廣泛采用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法，而在小面積的工程勘測(cè)和城市更新測(cè)圖中主要采用全站儀采集數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)成圖的地面數(shù)字測(cè)圖方法。

三、施工放樣測(cè)量

隨著大型工程建設(shè)（如水利樞紐、大型橋梁、城市地鐵、磁懸浮列車軌道、電視塔等）的規(guī)模增大，工程結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜和機(jī)械化施工，加大了施工放樣的難度。目前，全站儀（包括無棱鏡的漫反射測(cè)距）在施工放樣測(cè)量中發(fā)揮了極大的作用，放樣方法主要采用全站儀極坐標(biāo)法放樣。在線路曲線放樣中，按測(cè)量坐標(biāo)系計(jì)算曲線點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)，在測(cè)量控制點(diǎn)上由全站儀直接放樣曲線點(diǎn)，簡化了線路曲線放樣操作。

四、工業(yè)測(cè)量

在飛機(jī)、造船、汽車、鋼鐵等工業(yè)生產(chǎn)，以及大型汽輪發(fā)電機(jī)組、電子加速器和大型拋物面天線等設(shè)備安裝中，需要進(jìn)行相對(duì)位置極高的精密測(cè)量工作。工業(yè)測(cè)量方法主要有：兩臺(tái)或多臺(tái)高精度電子經(jīng)緯儀的空間前方交會(huì)測(cè)量系統(tǒng)，單臺(tái)高精度全站儀（包括激光跟蹤儀）的極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)、單臺(tái)高精度全站儀（包括激光跟蹤儀）的極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，采用數(shù)字量測(cè)相機(jī)的工業(yè)近景攝影測(cè)量系統(tǒng)，及用于直線測(cè)量的激光準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)和用于水平面測(cè)量的靜力連通管高程測(cè)量系統(tǒng)。經(jīng)緯儀空間前方交會(huì)測(cè)量系統(tǒng)采取高精度測(cè)角，在幾米到十幾米的測(cè)量范圍內(nèi)可達(dá)到0.02mm～0.05mm的點(diǎn)位精度，應(yīng)用于形狀測(cè)量，設(shè)備的安裝和檢修測(cè)量。高精度全站儀極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)距精度在120m范圍內(nèi)可達(dá)0.5mm左右，因此在中等精度的工業(yè)測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。而激光跟蹤儀利用激光干涉法原理測(cè)距，在有效測(cè)量范圍內(nèi)（30m～40m）測(cè)距精度優(yōu)于0.005mm/m。市場上推出了的一種帶攝影測(cè)量裝置的激光跟蹤儀工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)。由LTD500和T-Cam構(gòu)成主機(jī)，配合T-Probe測(cè)量裝置構(gòu)成。該系統(tǒng)通過攝影測(cè)量裝置可確定測(cè)量裝置的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角，即可得到測(cè)量裝置下部觸針端點(diǎn)的精確位置，給測(cè)量帶來很大的方便。

五、工程變形監(jiān)測(cè)

工程變現(xiàn)檢測(cè)是指工程建筑物本身和工程施工造成的地表變形（如沉陷、滑坡）的監(jiān)測(cè)。工程災(zāi)害給人們帶來極大的危害，因此工程變形監(jiān)測(cè)越來越受到重視。一方面改進(jìn)觀測(cè)儀器和方法，提高觀測(cè)精度和使數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化，另一方面研究變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法，對(duì)工程變形進(jìn)行正確地分析和預(yù)報(bào)。目前GPS作為變形觀測(cè)的一種重要方法，已廣泛用于礦山開采的地表、大壩壩頂、橋梁、滑坡的變形監(jiān)測(cè)。以跨汪和跨海灣的大橋?yàn)槔?，其橋型以懸索橋和斜拉橋?yàn)橹?，在溫度、風(fēng)力、荷載的作用下，變形較大。為確保大橋的安全通車，已有多座大橋開展了變形監(jiān)測(cè)，其中采用GPSRTK方法實(shí)時(shí)、連續(xù)和全自動(dòng)檢測(cè)橋面的變形，測(cè)量精度為1cm～2cm。在大壩和滑坡的變形監(jiān)測(cè)中采用靜態(tài)GPS方法，連續(xù)觀測(cè)4h～6h可達(dá)到1mm左右的測(cè)量精度。在大壩、橋梁、滑坡的變形監(jiān)測(cè)中，自動(dòng)高精度全站儀（如LeicaTCA2003）也得到廣泛應(yīng)用。自動(dòng)全站儀可以自動(dòng)尋找目標(biāo)，在計(jì)算機(jī)控制下可定時(shí)對(duì)一系列變形點(diǎn)自動(dòng)觀測(cè)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測(cè)中心處理。新型的激光掃描儀采用漫反射測(cè)距，測(cè)距精度為3mm～5mm，測(cè)量距離已達(dá)幾百米之遠(yuǎn)，可在短時(shí)間內(nèi)獲得建筑物的影像和點(diǎn)陣的三維坐標(biāo)，因此，在拱壩、橋梁、高邊坡的變形監(jiān)測(cè)中有較好的應(yīng)用前景。原來大壩變形監(jiān)測(cè)中的引張線、波帶板激光準(zhǔn)值、垂線和連通管等觀測(cè)方法仍得到發(fā)展和應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)控制下多個(gè)測(cè)點(diǎn)裝置連成一個(gè)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)自動(dòng)化、觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸和 預(yù)處理。變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理和分析方法，除回歸分析法和有限元分析法外，時(shí)間序列分析法、頻譜分析法、卡爾曼濾波分析法、小波分析法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法也已在一些工程變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用。工程建筑物的變形觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析，對(duì)了解工程建筑物的變形規(guī)律，預(yù)計(jì)可能出現(xiàn)變形量，保證工程建筑物的安全運(yùn)行及工程維護(hù)等方面有著重要作用。

六、結(jié)束語

隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工程測(cè)量的理論和技術(shù)也得到了極大的發(fā)展，為現(xiàn)代社會(huì)的各項(xiàng)測(cè)繪所需提供了更高效、更全面、更精確的技術(shù)支持。