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我國工程測量技術的發(fā)展現(xiàn)狀
閱讀：1584 發(fā)布時間：2022-6-12 一、前 言
工程測量學科是一門應用學科，它是直接為國民經濟建設和國防建設服務，緊密與生產實踐相結合的學科，是測繪學中的一個分支學科。工程測量有著悠久的歷史，近20年來，隨著測繪科技的飛速發(fā)展，工程測量的技術面貌發(fā)生了深刻的變化，并取得很大的成就。主要原因有：一是科學技術的新成就，電子計算機技術、微電子技術、激光技術、空間技術等新技術的發(fā)展與應用，以及測繪科技本身的進步，為工程測量技術進步提供新的方法和手段；二是改革開放以來，城市建設不斷擴大，各種大型建筑物和構筑物的建設工程、特種精密建設工程等不斷增多，對工程測量不斷提出新的任務、新課題和新要求，使工程測量的服務領域不斷拓寬，有力地推動和促進工程測量事業(yè)的進步與發(fā)展。
隨著傳統(tǒng)測繪技術向數(shù)字化測繪技術轉化，面向21世紀的我國工程測量技術的發(fā)展趨勢和方向是：測量數(shù)據采集和處理的自動化、實時化、數(shù)字化；測量數(shù)據管理的科學化、標準化、規(guī)格化；測量數(shù)據傳播與應用的網絡化、多樣化、社會化。GPS技術、RS技術、GIS技術、數(shù)字化測繪技術以及*地面測量儀器等將廣泛應用于工程測量中，并發(fā)揮其主導作用。
二、*的地面測量儀器在工程測量中的應用
80年代以來出現(xiàn)許多*的地面測量儀器，為工程測量提供了*的技術工具和手段，如：光電測距儀、精密測距儀、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)字化方向發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件，改變了傳統(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；精密測距儀的應用代替了傳統(tǒng)的基線丈量。
電子經緯儀和全站儀的應用，是地面測量技術進步的重要標志之一。電子經緯儀具有自動記錄、自動改正儀器軸系統(tǒng)差、自動歸化計算、角度測量自動掃描、消除度盤分劃誤差和偏心差等優(yōu)點。全站儀測量可以利用電子手簿把野外測量數(shù)據自動記錄下來，通過接口設備傳輸?shù)接嬎銠C，利用“人機交互"方式進行測量數(shù)據的自動數(shù)據處理和圖形編輯，還可以把由微機控制的跟蹤設備加到全站儀上，能對一系列目標自動測量，即所謂“測地機器人"或“電子平板"野外直接圖形編輯，為測圖和工程放樣向數(shù)字化發(fā)展開辟了道路。
激光水準儀、全自動數(shù)字水準儀、記錄式精密補償水準儀等儀器的出現(xiàn)，實現(xiàn)了在幾何水準測量中自動安平、自動讀數(shù)和記錄、自動檢核測量數(shù)據等功能，使幾何水準測量向自動化、數(shù)字化方向邁進。激光準直儀和激光掃描儀在高層建筑施工和大面積混凝土施工中是的儀器。國產JDA系列多功能自動激光準直儀，具有6種自動保持精度的基準，可用于高層和高聳建筑的軸線測控；滑模測偏、測扭、水平測控；構筑物與設備安裝放線控測；各類工程測平，結構變形觀測等。
陀螺經緯儀是用于礦山、隧道等工程測量的另一類主要的地面測量儀器，新一代的陀螺經緯儀是由微機控制，儀器自動、連續(xù)地觀測陀螺的搖動并能補償外部的干擾，觀測時間短、精度高，如Cromad陀螺經緯儀在7min左右的觀測時間能獲取3″的精度，比傳統(tǒng)陀螺經緯儀精度提高近7倍，作業(yè)效率提高近10倍，標志著陀螺經緯儀向自動化方向邁進。
三、3維工業(yè)測量技術的興起和應用
80年代以來，隨著*的發(fā)展和社會的進步，現(xiàn)代工業(yè)生產進入了一個新的階段，許多新的工業(yè)生產要求對生產的自動化流程、生產過程控制、產品質量檢驗與監(jiān)測等工作進行快速、高精度的測點、定位，并給出運行軌道或復雜形體的數(shù)字模型等，這是傳統(tǒng)的光學、機械方法所無法完成的。3維工業(yè)測量系統(tǒng)是以電子經緯儀或近景攝影儀為傳感器，在電子計算機的支持下而形成的三維測量系統(tǒng)，主要應用于以下的工業(yè)領域。
1．汽車、飛機、造船工業(yè)及空間技術等方面設計、試驗、制造、組裝過程中的測量和定位；
2．工業(yè)用機器人的檢測；
3．衛(wèi)星接收天線安裝和維護的精度檢測；
4．生產自動化過程、生產過程控制、生產質量檢驗與檢測的動態(tài)測量；
5．負荷試驗中變形與應變測定；
6．欄水與邊坡穩(wěn)定性的檢測等。
三維工業(yè)測量系統(tǒng)分為兩大類，以電子經緯儀為傳感器的工業(yè)大地測量系統(tǒng)和以近景攝影機為傳感器的工業(yè)攝影測量系統(tǒng)。
工業(yè)大地測量系統(tǒng)目前在市場上推廣與應用的有：如美國K＋E廠制造的AIMSRT，即解析工業(yè)測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)已成功地用于歐洲宇航局（ESA）在無塵空調車間內5m×5m×5m的宇航儀表作聲振試驗的3維測量，其精度達0.05mm要求；瑞士和法國聯(lián)合研制的RMS 2000，即無接觸遠測大目標工業(yè)測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對多種大小形狀、不可接觸、不便設置標志的目標進行快速測量，已成功地用于拋物面天線3維測量，測量拋物面焦距值與設計值之差為±lmm，滿足要求，工效提高3～4倍；由德國制造的Zeiss（蔡司網站，蔡司社區(qū)，蔡司產品一覽，蔡司應用案例） IMS工業(yè)測量系統(tǒng)，曾用于飛機制造成品檢驗，直接測量飛機表面上的離散點的實際和應有位置之差，測量飛機的對稱性，扭轉及傾斜，其位置與高程精度達±0.lmm；還有瑞士制造的SPACE，即全自動工業(yè)測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)自動化程度高，在經緯儀的制動、微動螺旋、望遠鏡調焦等部件均是自動部件，望遠鏡內裝有一個影像采集的微型CCD攝影機，能進行數(shù)字圖像處理，該系統(tǒng)每小時可測500點3維坐標，點位精度小于0.1mm，是目前3維工業(yè)測量系統(tǒng)中效益系統(tǒng)。
工業(yè)攝影測量系統(tǒng)，通常是以近景攝影的方式實現(xiàn)的，其優(yōu)點是通過像片提供大量信息，施測周期短，可在瞬間完成測量全過程，可對動態(tài)目標進行測量，可以多重攝影，有多余觀測值，精度可靠。西歐北美一些國家的高精度工業(yè)攝影測量系統(tǒng)，相對測量精度已達到百萬分之一。在我國的工業(yè)攝影測量系統(tǒng)一般精度較低，但也較多地得到應用并取得顯著成效。如北京市測繪設計研究院用于測繪大型飛機外型；建設部綜勘院用于香港寶蓮寺天壇大佛建造工程；武漢測繪科技大學用于葛洲壩船閘變形監(jiān)測、龍口及上下游水面流速動態(tài)測量；武鋼“4號高爐"煤氣管道變形監(jiān)測等。
四、GPS定位技術在工程測量中的應用
80年代以來，隨著GPS定位技術的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使測繪定位技術發(fā)生了革命性的變革，為工程測量提供了嶄新的技術手段和方法。長期以來用測角、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3維坐標的、高速度、高效率、高精度的GPS技術所代替，同時定位范圍已從陸地和近海擴展到海洋和宇宙空間；定位方法已從靜態(tài)擴展到動態(tài)；定位服務領域已從導航和測繪領域擴展到國民經濟建設的廣闊領域。
在我國GPS定位技術的應用已深入各個領域，國家大地網、城市控制網、工程控制網的建立與改造已普遍地應用GPS技術，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GPS技術。隨著DGPS差分定位技術和RTK實時差分定位系統(tǒng)的發(fā)展和美國AS技術的解除，單點定位精度不斷提高，GPS技術在導航、運載工具實時監(jiān)控、石油物探點定位、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。
五、數(shù)字化
測繪技術在工程測量中的應用
大比例尺地形圖和工程圖的測繪，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苦的野外工作，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，難以適應飛速發(fā)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*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)設計自動化，建立專業(yè)數(shù)據庫和基礎地理信息系統(tǒng)打下基礎。
80年代以來，我國數(shù)字化測繪技術的開發(fā)研究和應用發(fā)展很快，成效顯著。由于技術標準和規(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年被建設部列為批技術推廣應用項目之一，在80多個城市及工程測量單位推廣應用，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。目前投入使用的數(shù)字化測圖軟件主要有以下類型：
1．使用全站儀或半站儀，在野外數(shù)據采集采用編碼和繪制草圖，利用各類記錄器或微型計算機記錄，數(shù)據輸入計算機進行數(shù)據處理和圖形編輯，繪圖儀輸出成圖，所采集的數(shù)據可以繪制成不同比例尺地形圖或專業(yè)圖，也可進入數(shù)據庫，如北京市測繪設計研究院研制的DGJ系統(tǒng)、南方測繪公司研制的****系統(tǒng)、瑞得公司研制的RPMS系統(tǒng)等。
2．利用全站儀和便攜機（即電子平板）相結合，在野外采集數(shù)據，無需編碼，測量數(shù)據直接進入電子平板繪圖，現(xiàn)場修改編輯顯示，最后由繪圖儀輸出成果，其特點是電子平板在測站代替常規(guī)測圖板直觀，便于修改。另一種是便攜機由跑尺人員操作，測點觀測數(shù)據通過遙控信號轉換，自動送到便攜機，測點實時顯示在屏幕上，跑尺人員進行圖形編輯，更能保證成圖質量。前者如清華山維公司研制的EPSW電子平測圖系統(tǒng)。后者如廣州開思公司研制的SCS遙感電子平板系統(tǒng)。
根據調研的不*統(tǒng)計，目前我國有60％城市與工程測量單位已不同程度的應用數(shù)字化測繪技術。目前存在的難題是數(shù)字化測繪系統(tǒng)的數(shù)據規(guī)格、標準還不能滿足GIS的要求，所以，要制定一套標準化數(shù)據格式，使得數(shù)字化測繪成果既能滿足地形圖和專業(yè)圖的需求，同時又能通過數(shù)據交換滿足各類GIS的應用，才能更好地推動數(shù)字化測繪技術的發(fā)展。
六、攝影測量技術的應用
攝影測量由于高質量的攝影機，高精度測量儀器和GPS以及計算機技術的應用，加上軟件的不斷改進和完善，測量精度和效率顯著提高。攝影測量技術由于可以提供實時的3維空間信息，無需接觸被測物體，以及野外工作量少、效率高和成果品種多等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。
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測制大比例尺地形圖和地籍圖，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)據采集，經微機數(shù)據處理輸入繪圖機自動繪圖。近幾年由于全數(shù)字攝影測量工作站的出現(xiàn)，為攝影測量技術應用提供了嶄新的技術手段和方法。同時，由于GPS技術在攝影測量中的應用，大量減少野外控制點的連測，大大提高了航測的效率與效益，開創(chuàng)了攝影測量向自動化、數(shù)字化方向邁進。在國際上，如瑞士、美國、加拿大一些儀器廠商都先后研制和推出全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，并得到有效的推廣與應用。在我國以武漢測繪科技大學張祖勛教授為首的適普有限公司和中國測繪科學研究院劉先林院士的研制組等也先后成功地研制出全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，有些技術指標超過水平，前者全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)為Virtuo－Zo（有NT版和工作站版本），后者為JX－4A。產品已在國內推廣，并銷往美國及東南亞各國，具有很好的應用前景。適普公司在全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)上還開發(fā)出“城市建模與景觀可視化系統(tǒng)"，將為城市規(guī)劃舊城改造，災情評估及通訊等方面開拓了非常誘人的應用前景。隨著全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的應用，攝影測量的產品將從影像圖、線劃圖向數(shù)字化系列產品——4D產品轉化。產品應用與服務領域更廣，并為建立各類專業(yè)信息系統(tǒng)和基礎地理信息系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據保障。
近景攝影測量或非地形攝影測量已廣泛應用于文物、考古、園林、古建等的測繪，在物體運動過程、建筑物變形、物體外表、滑坡監(jiān)測，甚至醫(yī)療、生物、農業(yè)、偵破等方面都得到應用。80年代以來，北京市園林局借助北京地區(qū)有關測繪單位的技術力量和設備，測制了大量園林古建筑圖，得到建筑學家和文物專家的認可，認為采用近景攝影測量技術進行文物古跡和古建筑測繪是高效、優(yōu)質的好方法。武漢測繪科技大學在開發(fā)研究近景攝影測量軟件包，對推動近景攝影測量技術的發(fā)展與應用起了積極作用。
七、數(shù)據庫技術與GIS技術的應用
隨著測量數(shù)據采集和數(shù)據處理的逐步自動化、數(shù)字化，測量工作者如何更好地使用和管理好長期積累或收集的大量測繪信息，更好地為經濟建設和國防建設服務，其的方法是利用數(shù)據庫技術或GIS技術建立數(shù)據庫或信息系統(tǒng)。如城市或工程控制網數(shù)據庫、管線數(shù)據庫、礦山測量數(shù)據庫、大壩變形觀測數(shù)據庫、地形圖數(shù)據庫、城市基礎地理信息系統(tǒng)等，其目的是把大量的測量數(shù)據或信息進行科學的存儲，以便于檢索、分析、分發(fā)和利用，以實現(xiàn)管理和服務的科學化、現(xiàn)代化。
我國國民經濟建設飛速發(fā)展和社會進步，有力地推動了GIS技術的應用與發(fā)展，已成為當前新技術應用的“熱點"之一。90年代初我國一些城市測繪單位或城建規(guī)劃部門就開始引進美國的ARC/INFO及澳大利亞GENAMAP等*GIS軟件，進行二次開發(fā)，建立有關的數(shù)據庫或信息系統(tǒng)。北京市測繪設計研究院和上海市測繪院利用GIS技術建立了《北京市基礎地理信息系統(tǒng)》、《上海城市建設信息系統(tǒng)》。在有關院校、中科院研究所的支持下，深圳、?？诘瘸鞘幸草^早地建立了城市基礎地理信息系統(tǒng)，廣州、天津、武漢、重慶、南京、鄭州、大連、廈門、中山、常州、十堰等城市也先后建立了《城市基礎地理信息系統(tǒng)》、《城市土地管理信息系統(tǒng)》、《城市規(guī)劃管理系統(tǒng)》以及各種專業(yè)數(shù)據庫，有力地推動和促進城市規(guī)劃建設與經濟發(fā)展。我國有關高等院校或科研部門也積極開發(fā)GIS技術的應用研究，研制具有我國特色的GIS軟件，北京林業(yè)大學、中國地質大學、武漢測繪科技大學、北京大學等研制的GIS軟件具有較高水平，獲得國家科委等主管部門的好評，結束了我國沒有自己GIS軟件的歷史，標志著我國GIS技術研究與應用進入新階段。目前武漢測繪科技大學的GEOSTAR和中國地質大學的MAPGIS軟件在測繪部門具有很好的應用前景。城市GIS的建設是一項復雜的系統(tǒng)工程，信息量大，數(shù)據復雜，技術性高，涉及面廣，周期長，投入大，短期內很難產生顯著經濟效益，對此，要有充分的估計和思想準備。由于資金投入的渠道不通與困難，據了解許多城市GIS系統(tǒng)的建設和發(fā)展受到不同程度影響。但從事GIS建設的科技工作者，克服困難，不斷開發(fā)GIS的技術應用領域，積極向各有關專業(yè)部門提供信息服務和技術服務，建立了有關專業(yè)系統(tǒng)，取得較好的社會與經濟效益。北京、廣州、深圳、中山等城市的基礎地理信息中心已開始走向良性循環(huán)。GIS作為信息科學和信息產業(yè)的一部分，在面向21世紀這個信息社會里的價值是不容懷疑的。為了使GIS技術在國民經濟建設和社會進步中更好地發(fā)揮作用，政府和有關主管部門應給予重視和支持，各有關專業(yè)部門要加強合作，努力開創(chuàng)地理信息產業(yè)發(fā)展的新局面，去迎接信息時代的到來。
八、大型與精密工程測量成績顯著
改革開放以來，隨著國民經濟建設的飛速發(fā)展，大型工程建設、超高層建筑物與構筑物建設、大壩變形監(jiān)測以及自動化生產線和超高精度的設備安裝等愈來愈多，對工程測量工作者來說是實踐的機會，也是極大的挑戰(zhàn)。許多工程測量科技人員發(fā)揮了自己的聰明才智，以創(chuàng)造性的勞動，大膽地進行技術革新或技術攻關，解決各種技術難題，為各項大型和精密工程建設提供了可靠的測繪技術保障，出色地完成各項工程測量任務。1996年工程測量分會組織召開“全國精密工程測量研討會"及編印的論文集，充分說明了這方面取得的成就。
北京正負電子對撞機是我國高能物理的國家重點實驗室，工程復雜，質量要求高，工程控制網的點位精度要求±0.01mm，設備安裝精度要求小于±0.2mm。武漢測繪科技大學、總參測繪大隊、國家、北京城勘院等單位的測繪科技工作者，經過精心測繪，特別是武漢測繪科技大學潘正風教授等創(chuàng)造性地采用波帶板激光準直系統(tǒng)用于加速器的管位安裝測定，精度均滿足工程的要求，確保了工程的質量。
近十幾年來長江流域新出現(xiàn)許多座新大橋（如上海揚浦大橋、武漢長江二橋）。這些橋都是大跨度的斜拉橋，技術復雜，精度要求高。如上海揚浦大橋長602m，一跨過江，兩座主墩塔高202m，主塔設計要求其縱向相對誤差為1/6萬，橫向誤差±6mm。上海測繪院等測繪單位，經過精心設計和精心測量，橋墩點放樣精度：南北主橋墩間縱向相對精度為1/17萬，橫向偏差南主橋墩為±2.18mm、北主橋墩為±3.92mm，優(yōu)于設計的精度要求，保證了大橋高質量地建成通車。
上海東方明珠電視塔、北京電視塔、天津電視塔、深圳帝王大廈、廣州國際大廈等超高建筑物或構筑物在全國不斷涌現(xiàn)，表明我國建筑設計、施工水平已達到水平，也表明為設計、施工提供測繪保障的工程測量也達到*水平。如上海東方明珠電視塔高454m，為亞洲塔、三塔，塔身垂準測定與天線安裝測量都達到很高精度。塔身垂準測量偏差為±2.5mm，塔長114m、自重大于300t的電視塔鋼桅桿天線安裝，其垂準測量偏差為±9mm。廣州國際大廈為63層，主層建筑物高200.18m，經過工程測量工作者的努力，各層中心偏差均在0～9mm，保證了大廈的建筑質量。
大亞灣核電站、秦山核電站的建設與設備精密安裝測量中，精密工程測量在核電站建設中起了重要保證作用。大亞灣核電站和秦山核電站工程測量網精度分別為±2mm及±4mm，在電站主廠房直徑為36m、高73m，內部結構相當復雜的密封圓柱體，其內環(huán)形控制網的實測精度為±0.1mm。
綜上所述，我國工程測量科技進步很大，發(fā)展很快，取得了顯著成績；但是發(fā)展還很不平衡，尚跟不上國民經濟建設發(fā)展和社會進步的需要。擺在我們面前的任務是：大力促進工程測量技術方法與手段的更新?lián)Q代，積極推動新技術的推廣與應用，充分利用GPS技術、GIS技術、數(shù)字化測繪技術、攝影測量技術、RS技術、“3S"集成技術及地面測量*技術設備，把傳統(tǒng)的手工測量向電子化、數(shù)字化、自動化方向發(fā)展；同時加強相關學科的研究，不斷拓寬工程測量服務新領域，開創(chuàng)工程測量發(fā)展新局面，為推動我國工程測量科技進步而努力奮斗。