淺談我國工程測量技術(shù)的發(fā)展及未來展望

1、中國石油大學（華東）遠程教育學院畢業(yè)論文 學生姓名： 柴均船學 號： 業(yè)： 土木工程指導老師： 目錄一 概述 1二 工程測量在理論方法方面的發(fā)展 21工程測量的分類及其含義 22工程測量中常用的幾種方法 3三 我國工程測量技術(shù)現(xiàn)狀 51先進的地面測量儀器在工程測量中的應(yīng)用 52 GPS定位技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用 53 數(shù)字化測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用 64 攝影測量技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用 7四 工程測量技術(shù)的發(fā)展展望 8 五 結(jié)束語 9六 參考書目 12七 致謝語 12工程測量新技術(shù)開發(fā)，設(shè)計及應(yīng)用摘 要：工程測量這門學科經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展。近年來，測繪科技的飛速發(fā)展

2、促進了工程測量技術(shù)的快速發(fā)展。工程技術(shù)的發(fā)展不斷對測量工作提出新的要求，同時，現(xiàn)代科學技術(shù)和測繪新技術(shù)的發(fā)展，給直接為經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)的工程測量帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)和極好的機遇。本文首先闡述了工程測量在理論方法方面的發(fā)展，對幾種常用的理論和方法進行了歸納和總結(jié)。其次，論述了我國工程測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。最后，對工程測量技術(shù)的未來發(fā)展展望進行了探討。關(guān)鍵詞：工程測量技術(shù) 理論方法 發(fā)展現(xiàn)狀 展望一、 概述工程測量通常是指在工程建設(shè)的勘測設(shè)計、施工和管理階段中運用的各種測量理論、方法和技術(shù)的總稱。傳統(tǒng)工程測量技術(shù)的服務(wù)領(lǐng)域包括建筑、水利、交通、礦山等部門，其基本內(nèi)容有測圖和放樣兩部分。現(xiàn)代工程測量己經(jīng)遠遠突

3、破了僅僅為工程建設(shè)服務(wù)的概念，它不僅涉及工程的靜態(tài)、動態(tài)幾何與物理量測定，而且包括對測量結(jié)果的分析，甚至對物體發(fā)展變化的趨勢預報。蘇黎世高等工業(yè)大學馬西斯教授指出：“一切不屬于地球測量，不屬于國家地圖集的陸地測量，和不屬于法定測量的應(yīng)用測量都屬于工程測量”。隨著傳統(tǒng)測繪技術(shù)向數(shù)字化測繪技術(shù)轉(zhuǎn)化，我國工程測量的發(fā)展可以概括為“四化”和“十六字”，所謂“四化”是：工程測量內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化，數(shù)據(jù)獲取及其處理的自動化，測量過程控制和系統(tǒng)行為的智能化，測量成果和產(chǎn)品的數(shù)字化。“十六字”是：連續(xù)、動態(tài)、遙測、實時、精確、可靠、快速、簡便。二、工程測量在理論方法方面的發(fā)展工程測量是測繪科學與技術(shù)在國民經(jīng)濟

4、和國防建設(shè)中的直接濟和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用，是綜合性的應(yīng)用測繪科學與技術(shù),要求計算理論嚴密，測量方法嚴密。1工程測量的分類及其含義工程測量的分類及其含義（1）按照工程建設(shè)的進行程序分類按照工程建設(shè)的進行程序分類按工程建設(shè)的進行程序，工程測量可分為規(guī)劃設(shè)計階段的測量，施工興建階段的測量和竣工后的運營管理階段的測量。規(guī)劃設(shè)計階段的測量主要是提供地形資料。取得地形資料的方法是，在所建立的控制測量的基礎(chǔ)上進行地面測圖或航空攝影測量。施工興建階段的測量的主要任務(wù)是，按照設(shè)計要求在實地準確地標定建筑物各部分的平面位置和高程，作為施工與安裝的依據(jù)。一般也要求先建立施工控制網(wǎng)，然后根據(jù)工程的要求進行各種測量工

5、作。（2）按照工程測量所服務(wù)的工程種類分類按工程測量所服務(wù)的工程種類，也可分為建筑工程測量、線路測量、橋梁與隧道測量、礦山測量、城市測量和水利工程測量等。此外，還將用于大型設(shè)備的高精度定位和變形觀測稱為高精度工程測量；將攝影測量技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)稱為工程攝影測量；而將以電子全站儀或地面攝影儀為傳感器在電子計算機支持下的測量系統(tǒng)稱為三維工業(yè)測量。無論是工程進程各階段的測量工作，還是不同工程的測量工作，都需要根據(jù)誤差分析和測量平差理論選擇適當?shù)臏y量手段，并對測量成果進行處理和分析，也就是說，測量數(shù)據(jù)處理工程測量的重要內(nèi)容。2 工程測量中常用的幾種方法 （1）測量平差理論最小二乘法廣泛應(yīng)用于測量平差

6、。最小二乘配置包括了平差、濾波和推估。附有限制條件的條件平差模型被稱為概括平差模型，它是各種經(jīng)典的和現(xiàn)代平差模型的統(tǒng)一模型。測量誤差理論主要表現(xiàn)在對模型誤差的研究上，主要包括：平差中函數(shù)模型誤差、隨機模型誤差的鑒別或診斷；模型誤差對參數(shù)估計的影響，對參數(shù)和殘差統(tǒng)計性質(zhì)的影響；病態(tài)方程與控制網(wǎng)及其觀測方案設(shè)計的關(guān)系。由于變形監(jiān)測網(wǎng)參考點穩(wěn)定性檢驗的需要，導致了自由網(wǎng)平差和擬穩(wěn)平差的出現(xiàn)和發(fā)展。觀測值粗差的研究促進了控制網(wǎng)可靠性理論，以及變形監(jiān)測網(wǎng)變形和觀測值粗差的可區(qū)分性理論的研究和發(fā)展。針對觀測值存在粗差的客觀實際，出現(xiàn)了穩(wěn)健估計(或稱抗差估計)；針對法方程系數(shù)陣存在病態(tài)的可能，發(fā)展了有偏估計

7、。與最小二乘估計相區(qū)別，穩(wěn)健估計和有偏估計稱為非最小二乘估計。（2）工程控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計理論和方法網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計方法有解析法和模擬法兩種。解析法是基于優(yōu)化設(shè)計理論構(gòu)造目標函數(shù)和約束條件，解求目標函數(shù)的極大值或極小值。 一般將網(wǎng)的質(zhì)量指標作為目標函數(shù)或約束條件。網(wǎng)的質(zhì)量指標主要有精度、可靠性和建網(wǎng)費用，對于變形監(jiān)測網(wǎng)還包括網(wǎng)的靈敏度或可區(qū)分性。對于網(wǎng)的平差模型而言，按固定參數(shù)和待定參數(shù)的不同，網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計又分為零類、一類、二類和三類優(yōu)化設(shè)計，涉及到網(wǎng)的基準設(shè)計，網(wǎng)形 觀測值精度以及觀測方案的設(shè)計。在工程測量中，施工控制網(wǎng)、安裝控制網(wǎng)和變形監(jiān)測網(wǎng)都需要作優(yōu)化設(shè)計。模擬法優(yōu)化設(shè)計的軟件功能和進行優(yōu)化設(shè)計

8、的步驟主要是：根據(jù)設(shè)計資料和地圖資料在圖上選點布網(wǎng)，獲取網(wǎng)點近似坐標。模擬觀測方案，根據(jù)儀器確定觀測值精度，可進一步模擬觀測值。計算網(wǎng)的各種質(zhì)量指標如精度 可靠性、靈敏度、精度應(yīng)包括點位精度、相鄰點位精度、任意兩點間的相對精度、最弱點和最弱邊精度、邊長和方位角精度。進一步可計算坐標未知數(shù)的協(xié)方差陣或部分點坐標的協(xié)方差陣，協(xié)方差陣的主成份計算，特征值計算，點位誤差橢圓、置信橢圓的計算等?？煽啃园總€觀測值的多余觀測分量和某一觀測值的粗差界限值對平差坐標的影響。靈敏度包括靈敏度橢圓、在給定變形向量下的靈敏度指標以及觀測值的靈敏度影響系數(shù)。將計算出的各質(zhì)量指標與設(shè)計要求的指標比較，使之既滿足設(shè)計要

9、求，又不致于有太大的富余。通過改變觀測值的精度或改變觀測方案或局部改變網(wǎng)形等方法重新作上述設(shè)計計算，直到獲取一個較好的結(jié)果。（3）變形觀測數(shù)據(jù)處理傳統(tǒng)的方法將變形觀測數(shù)據(jù)處理分為變形的幾何分析和物理解釋。幾何分析在于描述變形的空間及時間特性，主要包括模型初步鑒別、模型參數(shù)估計和模擬統(tǒng)計檢驗及最佳模型選取 3 個步驟。變形監(jiān)測網(wǎng)的參考網(wǎng)、相對網(wǎng)在周期觀測下，參考點的穩(wěn)定性檢驗和目標點和位移值計算是建立變形模型的基礎(chǔ)。變形的物理解釋在于確定變形與引起變形的原因之間的關(guān)系，通常采用統(tǒng)計分析法和確定函數(shù)法 統(tǒng)計分析法包括多元回歸分析、灰色系統(tǒng)理論中的關(guān)聯(lián)度分析以及時間序列頻域法分析中的動態(tài)響應(yīng)分析等。

10、用現(xiàn)代系統(tǒng)論為指導進行變形分析與預報是目前研究的一個方向。變形體是一個復雜的系統(tǒng)，它具有多層次高維的灰箱或黑箱。式結(jié)構(gòu)，是非線性的，開放性(耗散)的，它還具有隨機性，這種隨機性除包括外界干擾的不確定性外，還表現(xiàn)在對初始狀態(tài)的敏感性和系統(tǒng)長期行為的混沌性。此外，還具有自相似性、突變性、自組織性和動態(tài)性等特征。 三、我國工程測量技術(shù)現(xiàn)狀1 先進的地面測量儀器在工程測量中的應(yīng)用20 世紀 80 年代以來出現(xiàn)許多先進的地面測量儀器，為工程測量提供了先進的技術(shù)工具和手段，如：光電測距儀、精密測距儀、電子經(jīng)緯儀、全站儀、電子水準儀、數(shù)字水準儀、激光準直儀、激光掃平儀等，為工程測量向現(xiàn)代化、自動化、數(shù)字化方

11、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)、地形測量、道路測量和施工測量等的作業(yè)方法。三角網(wǎng)已被三邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)、測距導線網(wǎng)所替代；光電測距三角高程測量代替三、四等水準測量；具有自動跟蹤和連續(xù)顯示功能的測距儀用于施工放樣測量；無需棱鏡的測距儀解決了難以攀登和無法到達的測量點的測距工作；電子速測儀為細部測量提供了理想的儀器；精密測距儀的應(yīng)用代替了傳統(tǒng)的基線丈量。2 GPS定位技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用 GPS是美國從20世紀70年代開始研制,歷時20年,耗資200億美元,于1994年全面建成 , 具有海、陸、空進行全方位實施三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。隨著 GPS 定位技術(shù)的

12、不斷改進 , 軟、硬件的不斷完善 , 長期使用的測角、測距、測水準為主體的常規(guī)地面定位技術(shù) , 正在逐步被以一次性確定三維坐標的高速度、高精度、費用省、操作簡單的GPS技術(shù)代替。在我國 G P S 定位技術(shù)的應(yīng)用已深入各個領(lǐng)域，國家大地網(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 G P S 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、山體滑坡、地震的形變監(jiān)測、海島或海域測量等也已廣泛的使用 G P S 技術(shù)。隨著D G P S 差分定位技術(shù)和 R T K 實時差分定位系統(tǒng)的發(fā)展和美國 A S 技術(shù)的解除，單點定位精度不斷提高，G P S 技術(shù)在導航、運

13、載工具實時監(jiān)控、石油物探點定位、地質(zhì)勘查剖面測量、碎部點的測繪與放樣等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。3 數(shù)字化測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用 數(shù)字化測繪技術(shù)在測繪工程領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用使大比例尺測圖技術(shù)向數(shù)字化、信息化發(fā)展。大比例尺地形圖和工程圖的測繪 , 歷來就是城市與工程測量的重要內(nèi)容和任務(wù)。常規(guī)的成圖方法是一項腦力勞動和體力勞動結(jié)合的艱苦的野外工作,同時還有大量的室內(nèi)數(shù)據(jù)處理和繪圖工作,成圖周期長,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)采集的先進設(shè)備與微機及數(shù)控繪圖儀三者結(jié)合起來,形成一個從野外或室內(nèi)數(shù)據(jù)采集、

14、數(shù)據(jù)處理、圖形編輯和繪圖的自動測圖系統(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)計自動化,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)。 20世紀8 0 年代以來，我國數(shù)字化測繪技術(shù)的開發(fā)研究應(yīng)用發(fā)展很快，成效顯著。由于技術(shù)標準和規(guī)范不同，國外研究成功的數(shù)字化測繪系統(tǒng)不適合國情，難以推廣應(yīng)用，只有依靠自己研究開發(fā)。1987 年北京市測繪設(shè)計研究院在國內(nèi)首先完成了“大比例尺數(shù)字化測圖系統(tǒng)”(即 DGJ)的軟件開發(fā)，并通過技術(shù)鑒定，1990 年被建設(shè)部列為第一批技術(shù)推廣應(yīng)用項目之

15、一，在 80 多個城市及工程測量單位推廣應(yīng)用，同時又有十幾個大專院校、儀器公司和工程測量單位，先后開發(fā)和研制出多個類似的數(shù)字測圖系統(tǒng)軟件。4 攝影測量技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用 攝影測量技術(shù)已越來越廣泛的在城市和工程測繪領(lǐng)域中得以應(yīng)用，由于高質(zhì)量、高精度的攝影測量儀器的研制生產(chǎn)，結(jié)合計算機技術(shù)中的應(yīng)用，使得攝影測量能夠提供完全的、實時的三維空間信息。不僅不需要接觸物體，而且減少了外業(yè)工作量，具有測量高效、高精度，成果品種繁多等特點。在城市和工程大比例尺地形測繪、地籍測繪、公路、鐵路以及長距離通訊和電力選線、描述被測物體狀態(tài)、建筑物變形監(jiān)測、文物保護和醫(yī)學上異物定位中都起到了一般測量難以起到的作用，

16、具有廣泛的應(yīng)用前景。由于全數(shù)字攝影測量工作站的出現(xiàn)，為攝影測量技術(shù)應(yīng)用提供了新的技術(shù)手段和方法，該技術(shù)已在一些大中城市和大型工程勘察單位得以引進和應(yīng)用。 航空攝影測量是進行城市大面積大比例尺地形圖、地籍圖測繪與更新以及大型工程勘測的重要手段與方法，它可以提供數(shù)字的、影像的、線劃的等多種形式的地圖成果。目前，我國有 100 多個城市或工測單位利用航測技術(shù)測制大比例尺地形圖和地籍圖，最大比例尺為 1/500 。采用的儀器除利用高精度的模擬測圖儀和解析測圖儀成圖方法外，還用立體坐標測圖儀與微機連接進行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)微機數(shù)據(jù)處理輸入繪圖機自動繪圖。 四、工程測量技術(shù)的發(fā)展展望隨著各個領(lǐng)域科學技術(shù)水平的發(fā)

17、展，工程測量將向更加智能化、操作簡單化方向發(fā)展，同時可以解決更多的復雜問題。工程測量與信息系統(tǒng)相結(jié)合，以大地測量、工程與水文地質(zhì)、地球物理和土木建筑等學科為基礎(chǔ)學科，可有效解決工程建設(shè)中的災害防治、環(huán)境保護等問題。多傳感器的混合測量系統(tǒng)的應(yīng)用，可實現(xiàn)大區(qū)域甚至國家范圍內(nèi)的無控制網(wǎng)的各種測量工作。影像和數(shù)據(jù)處理方面的功能將會得到大幅度增強。工程測量將從傳統(tǒng)的依賴于測量、三維工業(yè)測量延伸至人體科學測量。展望21世紀,工程測量將在以下方面將得到顯著發(fā)展：（1）測量機器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進一步發(fā)展，其應(yīng)用范圍將進一步擴大，影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進一步增強 （2）在變形觀

18、測數(shù)據(jù)處理和大型工程建設(shè)中，將發(fā)展基于知識的信息系統(tǒng)，并進一步與大地測量、地球物理、工程與水文地質(zhì)以及土木建筑等學科相結(jié)合，解決工程建設(shè)中以及運行期間的安全監(jiān)測、災害防治和環(huán)境保護的各種問題。 （3）大型復雜結(jié)構(gòu)建筑、設(shè)備的三維測量 , 幾何重構(gòu)及質(zhì)量控制,以及由于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對自動化流程,生產(chǎn)過程控制,產(chǎn)品質(zhì)量檢驗與監(jiān)控的數(shù)據(jù)與定位要求越來越高 , 將促使三維業(yè)測量技術(shù)的進一步發(fā)展。工程測量將從土木工程測量、三維工業(yè)測量擴展到人體科學測量。 （4）多傳感器的混合測量系統(tǒng)將得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，如GPS接收機與電子全站儀或測量機器人集成，可在大區(qū)域乃至國家范圍內(nèi)進行無控制網(wǎng)的各種測量工作。 （5） GPS、GIS技術(shù)將緊密結(jié)合工程項目，在勘測、設(shè)計、施工管理一體化方面發(fā)揮重大作用。 （6）工程測量將從土木工程測量、三維工業(yè)測量擴展到人體科學測量，如人體各器官或部位的顯微測量和顯微圖像處理。 五、結(jié)束語在人類活動中，工程測量是無處不在、無時不用，只要有建設(shè)就必然存在工程測量，因而其