淺談我國工程測量技術(shù)的發(fā)展及未來展望

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流淺談我國工程測量技術(shù)的發(fā)展及未來展望.精品文檔.中國石油大學(xué)（華東）遠(yuǎn)程教育學(xué)院畢業(yè)論文學(xué)生姓名： 柴均船學(xué) 號： 業(yè)： 土木工程指導(dǎo)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(jìn)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

2、程測量新技術(shù)開發(fā)，設(shè)計(jì)及應(yīng)用摘 要：工程測量這門學(xué)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)展促進(jìn)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(xué)技術(shù)和測繪新技術(shù)的發(fā)展，給直接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的工程測量帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和極好的機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jì)、施工和管理階段中運(yùn)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

3、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?，F(xiàn)代工程測量己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)突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(yù)報。蘇黎世高等工業(yè)大學(xué)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?！笆帧笔牵哼B續(xù)、動態(tài)、遙測

4、、實(shí)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(xué)與技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的直接濟(jì)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(xué)與技術(shù),要求計(jì)算理論嚴(yán)密，測量方法嚴(yán)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(jìn)行程序分類按照工程建設(shè)的進(jìn)行程序分類按工程建設(shè)的進(jìn)行程序，工程測量可分為規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測量，施工興建階段的測量和竣工后的運(yùn)營管理階段的測量。規(guī)劃設(shè)計(jì)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(jìn)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(jì)要求在實(shí)地準(zhǔn)確地標(biāo)定建筑物各部分的

5、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(jìn)行各種測量工作。（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(jì)算機(jī)支持下的測量系統(tǒng)稱為三維工業(yè)測量。無論是工程進(jìn)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(dāng)?shù)臏y量手段，并對測量成果進(jìn)行處理和分析，也就是說，測量數(shù)據(jù)處

6、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。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(jī)模型誤差的鑒別或診斷；模型誤差對參數(shù)估計(jì)的影響，對參數(shù)和殘差統(tǒng)計(jì)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(jì)的關(guān)系。由于變形監(jiān)測網(wǎng)參考點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)的需要，導(dǎo)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(jìn)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

7、存在粗差的客觀實(shí)際，出現(xiàn)了穩(wěn)健估計(jì)(或稱抗差估計(jì))；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(jì)。與最小二乘估計(jì)相區(qū)別，穩(wěn)健估計(jì)和有偏估計(jì)稱為非最小二乘估計(jì)。（2）工程控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有解析法和模擬法兩種。解析法是基于優(yōu)化設(shè)計(jì)理論構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)和約束條件，解求目標(biāo)函數(shù)的極大值或極小值。 一般將網(wǎng)的質(zhì)量指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù)或約束條件。網(wǎng)的質(zhì)量指標(biāo)主要有精度、可靠性和建網(wǎng)費(fèi)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(jì)又分為零類、一類、二類和三類優(yōu)化設(shè)計(jì)，涉及到網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，網(wǎng)形 觀測值精度以及觀測方案的設(shè)計(jì)。在工程

8、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(jì)。模擬法優(yōu)化設(shè)計(jì)的軟件功能和進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟主要是：根據(jù)設(shè)計(jì)資料和地圖資料在圖上選點(diǎn)布網(wǎng)，獲取網(wǎng)點(diǎn)近似坐標(biāo)。模擬觀測方案，根據(jù)儀器確定觀測值精度，可進(jìn)一步模擬觀測值。計(jì)算網(wǎng)的各種質(zhì)量指標(biāo)如精度 可靠性、靈敏度、精度應(yīng)包括點(diǎn)位精度、相鄰點(diǎn)位精度、任意兩點(diǎn)間的相對精度、最弱點(diǎn)和最弱邊精度、邊長和方位角精度。進(jìn)一步可計(jì)算坐標(biāo)未知數(shù)的協(xié)方差陣或部分點(diǎn)坐標(biāo)的協(xié)方差陣，協(xié)方差陣的主成份計(jì)算，特征值計(jì)算，點(diǎn)位誤差橢圓、置信橢圓的計(jì)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(biāo)的影響。靈敏度包括靈敏度橢圓、在給定變形向量下

9、的靈敏度指標(biāo)以及觀測值的靈敏度影響系數(shù)。將計(jì)算出的各質(zhì)量指標(biāo)與設(shè)計(jì)要求的指標(biāo)比較，使之既滿足設(shè)計(jì)要求，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(jì)計(jì)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(jì)和模擬統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)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(diǎn)的穩(wěn)定性檢驗(yàn)和目標(biāo)點(diǎn)和位移值計(jì)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(jì)分析法和確定函數(shù)法

10、 統(tǒng)計(jì)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。用現(xiàn)代系統(tǒng)論為指導(dǎo)進(jìn)行變形分析與預(yù)報是目前研究的一個方向。變形體是一個復(fù)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(jī)性，這種隨機(jī)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(jìn)的地面測量儀器在工程測量中的應(yīng)用20 世紀(jì) 80 年代以來出現(xiàn)許多先進(jìn)的地面測量儀器，為工程測量提供了先進(jìn)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

11、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，為工程測量向現(xiàn)代化、自動化、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(dǎo)線網(wǎng)所替代；光電測距三角高程測量代替三、四等水準(zhǔn)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(dá)的測量點(diǎn)的測距工作；電子速測儀為細(xì)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(jì)70年代開始研制,歷時20年,耗資200億美元,于1994年全面建成 ,

12、具有海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)施三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。隨著 GPS 定位技術(shù)的不斷改進(jìn) , 軟、硬件的不斷完善 , 長期使用的測角、測距、測水準(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三維坐標(biāo)的高速度、高精度、費(fèi)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

13、實(shí)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(diǎn)定位精度不斷提高，G P S 技術(shù)在導(dǎo)航、運(yùn)載工具實(shí)時監(jiān)控、石油物探點(diǎn)定位、地質(zhì)勘查剖面測量、碎部點(diǎn)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(xiàng)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

14、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(jì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)研究院在國內(nèi)首先完成了“大比例尺數(shù)字化測

15、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(xiàng)目之一，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(jì)算機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用，使得攝影測量能夠提供完全的、實(shí)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(diǎn)。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

16、選線、描述被測物體狀態(tài)、建筑物變形監(jiān)測、文物保護(hù)和醫(yī)學(xué)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(yīng)用前景。由于全數(shù)字?jǐn)z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(jìn)和應(yīng)用。 航空攝影測量是進(jìn)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(biāo)測圖儀與微機(jī)連接進(jìn)行數(shù)

17、據(jù)采集，經(jīng)微機(jī)數(shù)據(jù)處理輸入繪圖機(jī)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(xué)技術(shù)水平的發(fā)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(fù)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(xué)科為基礎(chǔ)學(xué)科，可有效解決工程建設(shè)中的災(zāi)害防治、環(huán)境保護(hù)等問題。多傳感器的混合測量系統(tǒng)的應(yīng)用，可實(shí)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(qiáng)。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(xué)測量。展望21世紀(jì),工程測量將在以下方面將得到顯著發(fā)展：（1）測量機(jī)器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方

18、面得到進(jìn)一步發(fā)展，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進(jìn)一步增強(qiáng) （2）在變形觀測數(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(jìn)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(xué)科相結(jié)合，解決工程建設(shè)中以及運(yùn)行期間的安全監(jiān)測、災(zāi)害防治和環(huán)境保護(hù)的各種問題。 （3）大型復(fù)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(yàn)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(jìn)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(kuò)展到人體科學(xué)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(jī)與電子全站儀或測量機(jī)器人集成，可在大區(qū)域乃至國家范圍內(nèi)進(jìn)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(xiàng)目，在勘測、設(shè)計(jì)、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(kuò)展到人體科學(xué)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，