淺論我國工程測量技術的發(fā)展和未來展望

1、.wd.wd.wd.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)： 土木工程指導教師： 目錄一 概述 1二 工程測量在理論方法方面的開展 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 我國工程測量技術現(xiàn)狀 51先進的地面測量儀器在工程測量中的應用 52 GPS定位技術在工程測量中的應用 53 數(shù)字化測繪技術在工程測量中的應用 64 攝影測量技術在工程測繪中的應用 7四工程測量技術的開展展望 8五完畢語 9六參考書目 12七致謝語 12工程測量新技術開發(fā)，設計及應用摘 要：工程測量這門學科經歷了數(shù)十年的開展。近年來，測繪科技的飛速

2、開展促進了工程測量技術的快速開展。工程技術的開展不斷對測量工作提出新的要求，同時，現(xiàn)代科學技術和測繪新技術的開展，給直接為經濟建設服務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開展，對幾種常用的理論和方法進展了歸納和總結。其次，論述了我國工程測量技術的開展現(xiàn)狀。最后，對工程測量技術的未來開展展望進展了探討。關鍵詞：工程測量技術 理論方法 開展現(xiàn)狀 展望概述工程測量通常是指在工程建設的勘測設計、施工和管理階段中運用的各種測量理論、方法和技術的總稱。傳統(tǒng)工程測量技術的服務領域包括建筑、水利、交通、礦山等部門，其 根本內容有測圖和放樣兩局部。現(xiàn)代工程測量己經遠遠突

3、破了僅僅為工程建設服務的概念，它不僅涉及工程的靜態(tài)、動態(tài)幾何與物理量測定，而且包括對測量結果的分析，甚至對物體開展變化的趨勢預報。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用測量都屬于工程測量。隨著傳統(tǒng)測繪技術向數(shù)字化測繪技術轉化，我國工程測量的開展可以概括為“四化和“十六字，所謂“四化是：工程測量內外業(yè)作業(yè)的一體化，數(shù)據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，測量成果和產品的數(shù)字化。“十六字是：連續(xù)、動態(tài)、遙測、實時、準確、可靠、快速、簡便。二、工程測量在理論方法方面的開展工程測量是測繪科學與技術在國民經濟和國防建設

4、中的直接濟和國防建設中的直接應用，是綜合性的應用測繪科學與技術,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按照工程建設的進展程序分類按照工程建設的進展程序分類按工程建設的進展程序，工程測量可分為規(guī)劃設計階段的測量，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，在所建設的控制測量的根基上進展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是，按照設計要求在實地準確地標定建筑物各局部的平面位置和高程，作為施工與安裝的依據。一般也要求先建設施工控制網，然后根據工程的要求進展各種測量工作。2按照工程

5、測量所服務的工程種類分類按工程測量所服務的工程種類，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；將攝影測量技術應用于工程建設稱為工程攝影測量；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，并對測量成果進展處理和分析，也就是說，測量數(shù)據處理工程測量的重要內容。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用于測量平差。最小二乘配置包括了平差

6、、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)計性質的影響；病態(tài)方程與控制網及其觀測方案設計的關系。由于變形監(jiān)測網參考點穩(wěn)定性檢驗的需要，導致了自由網平差和擬穩(wěn)平差的出現(xiàn)和開展。觀測值粗差的研究促進了控制網可靠性理論，以及變形監(jiān)測網變形和觀測值粗差的可區(qū)分性理論的研究和開展。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，開展了有偏估計。與最小二乘估計相區(qū)別，

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

8、地圖資料在圖上選點布網，獲取網點近似坐標。模擬觀測方案，根據儀器確定觀測值精度，可進一步模擬觀測值。計算網的各種質量指標如精度 可靠性、靈敏度、精度應包括點位精度、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)方差陣或局部點坐標的協(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)。將計算出的各質量指標與設計要求的指標對比，使之既滿足設計要求，又不致于有太大的充裕。通

9、過改變觀測值的精度或改變觀測方案或局部改變網形等方法重新作上述設計計算，直到獲取一個較好的結果。3變形觀測數(shù)據處理傳統(tǒng)的方法將變形觀測數(shù)據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)計檢驗及最正確模型選取 3 個步驟。變形監(jiān)測網的參考網、相對網在周期觀測下，參考點的穩(wěn)定性檢驗和目標點和位移值計算是建設變形模型的根基。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)理論中的關聯(lián)度分析以及時間序列頻域法分析中的動態(tài)響應分析等。用現(xiàn)代系統(tǒng)論為指導進展變形分析

10、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。式構造，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、我國工程測量技術現(xiàn)狀1 先進的地面測量儀器在工程測量中的應用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工具和手段，如：光電測距儀、精細測距儀、電子經緯儀、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)字化方向開展創(chuàng)造了有利的條件，改變了傳

11、統(tǒng)的工程控制網布網、地形測量、道路測量和施工測量等的作業(yè)方法。三角網已被三邊網、邊角網、測距導線網所替代；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；精細測距儀的應用代替了傳統(tǒng)的基線丈量。2 GPS定位技術在工程測量中的應用 GPS是美國從20世紀70年代開場研制,歷時20年,耗資200億美元,于1994年全面建成 , 具有海、陸、空進展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 定位技術的不斷改良 , 軟、硬件的不斷完善

12、 , 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 , 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技術代替。在我國 G P S 定位技術的應用已深入各個領域，國家大地網、城市控制網、工程控制網的建設與改造已普遍地應用 G P S 技術，在石油勘探、高速公路、通信線路、地下鐵路、隧道貫穿、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。隨著D G P S 差分定位技術和 R T K 實時差分定位系統(tǒng)的開展和美國 A S 技術的解除，單點定位精度不斷提高，G P S 技術在導航、運載工具實時監(jiān)控、石油物探點定位、

13、地質勘查剖面測量、碎部點的測繪與放樣等領域將有廣泛的應用前景。3 數(shù)字化測繪技術在工程測量中的應用 數(shù)字化測繪技術在測繪工程領域得以廣泛應用使大比例尺測圖技術向數(shù)字化、信息化開展。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容和任務。常規(guī)的成圖方法是一項腦力勞動和體力勞動結合的艱辛的野外工作,同時還有大量的室內數(shù)據處理和繪圖工作,成圖周期長,產品單一,難以適應飛速開展的城市建設和現(xiàn)代化工程建設的需要。隨著電子經緯儀、全站儀的應用和 GEOMAP 系統(tǒng)的出現(xiàn),把野外數(shù)據采集的先進設備與微機及數(shù)控繪圖儀三者結合起來,形成一個從野外或室內數(shù)據采集、數(shù)據處理、圖形編輯和繪圖的自動測

14、圖系統(tǒng)。系統(tǒng)的開發(fā)研究主要是面向城市大比例尺 根本圖、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)設計自動化,建設專業(yè)數(shù)據庫和根基地理信息系統(tǒng)打下根基。 20世紀8 0 年代以來，我國數(shù)字化測繪技術的開發(fā)研究應用開展很快，成效顯著。由于技術標準和標準不同，國外研究成功的數(shù)字化測繪系統(tǒng)不適合國情，難以推廣應用，只有依靠自己研究開發(fā)。1987 年北京市測繪設計研究院在國內首先完成了“大比例尺數(shù)字化測圖系統(tǒng)(即 DGJ)的軟件開發(fā)，并通過技術鑒定，1990 年被建設部列為第一批技術推廣應用工程之一，在 80 多個城市及工程測量

15、單位推廣應用，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 攝影測量技術在工程測繪中的應用 攝影測量技術已越來越廣泛的在城市和工程測繪領域中得以應用，由于高質量、高精度的攝影測量儀器的研制生產，結合計算機技術中的應用，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，具有廣泛的應用前景。由于全數(shù)字攝

16、影測量工作站的出現(xiàn)，為攝影測量技術應用提供了新的技術手段和方法，該技術已在一些大中城市和大型工程勘察單位得以引進和應用。 航空攝影測量是進展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展數(shù)據采集，經微機數(shù)據處理輸入繪圖機自動繪圖。 四、工程測量技術的開展展望隨著各個領域科學技術水平的開展，工程測量將向更加智能化、操作

17、簡單化方向開展，同時可以解決更多的復雜問題。工程測量與信息系統(tǒng)相結合，以大地測量、工程與水文地質、地球物理和土木建筑等學科為根基學科，可有效解決工程建設中的災害防治、環(huán)境保護等問題。多傳感器的混合測量系統(tǒng)的應用，可實現(xiàn)大區(qū)域甚至國家范圍內的無控制網的各種測量工作。影像和數(shù)據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開展：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開展，其應用范圍將進一步擴大，影像、圖形和數(shù)據處理方面的能力進一步增強 2在變形觀測數(shù)據處理和大型工程建設中，將開展基于知

18、識的信息系統(tǒng)，并進一步與大地測量、地球物理、工程與水文地質以及土木建筑等學科相結合，解決工程建設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大型復雜構造建筑、設備的三維測量 , 幾何重構及質量控制,以及由于現(xiàn)代工業(yè)生產對自動化流程,生產過程控制,產品質量檢驗與監(jiān)控的數(shù)據與定位要求越來越高 , 將促使三維業(yè)測量技術的進一步開展。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)將得到迅速開展和廣泛應用，如GPS接收機與電子全站儀或測量機器人集成，可在大區(qū)域乃至國家范圍內進展無控制網的各種測量工作。 5 GPS、GIS技術將嚴密結合工程工程，在勘測、設計、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、完畢語在人類活動中，工程測量是無處不在、無時不用，只要有建設就必然存