工程測(cè)量技術(shù)是服務(wù)于工程建設(shè)的一種測(cè)繪技術(shù),它的發(fā)展與測(cè)繪科學(xué)技術(shù)和工程建設(shè)的發(fā)展密切相關(guān)。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(guó)自改革開(kāi)放以來(lái),國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng),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(lái)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)字化和實(shí)時(shí)化。下面分工程控制測(cè)量、大比例尺數(shù)字測(cè)圖與城
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。
1　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)?，F(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,也經(jīng)常應(yīng)用ＧＰＳ快速定位和ＲＴＫ技術(shù)來(lái)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)距的精度,目前全站儀測(cè)角精度達(dá)到 0.5ｓ,測(cè)距精度達(dá)到± (0.5ｍｍ +1×10- 6 Ｄ ),同時(shí)自動(dòng)化程度越來(lái)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(jiǎn)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)量和地下工程控制測(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(jiǎn)單。采用電子測(cè)距三角高程測(cè)量在起伏較大的地區(qū)代替三、四等幾何水準(zhǔn)測(cè)量,已得到實(shí)際應(yīng)用。ＧＰＳ高程測(cè)量近幾年來(lái)受到廣泛關(guān)注,建立三維ＧＰＳ控制網(wǎng) ,結(jié)合精化局部大地水準(zhǔn)面,改變了傳統(tǒng)的平面和高程控制網(wǎng)分別布設(shè)、分別施測(cè)和分別處理的狀況。從目前進(jìn)行的實(shí)踐可以認(rèn)為,在局部地區(qū)ＧＰＳ水準(zhǔn)能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的精度,可代替三、四等水準(zhǔn)測(cè)量。在我國(guó)一些城市和地區(qū),如香港、深圳、北京、上海、昆明、天津等地,已經(jīng)建立或正在建立連續(xù)運(yùn)行的ＧＰＳ參考網(wǎng)站系統(tǒng),為測(cè)繪部門提供測(cè)繪基準(zhǔn),并通過(guò)不同的通訊渠道提供不同精度檔次的定位信息和有關(guān)數(shù)據(jù),服務(wù)于不同的行業(yè),如城市建設(shè)、土地利用、交通導(dǎo)航、城市抗災(zāi)救災(zāi)和氣象預(yù)報(bào)等,這將使ＧＰＳ定位技術(shù)進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用階段。
2　大比例尺數(shù)字測(cè)圖與城市信息系統(tǒng)
　　工程建設(shè)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(kāi)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(chǎng)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連接,利用屏幕顯示點(diǎn)位 ,現(xiàn)場(chǎng)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。基于微機(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)繪后再經(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(guó)1∶500～ 1∶2000的大比例尺地形圖,在大面積測(cè)圖時(shí)基本上采用全數(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。數(shù)字測(cè)圖技術(shù)也應(yīng)用于地籍和房產(chǎn)測(cè)量中,由于全站儀采集數(shù)據(jù)具有較高的坐標(biāo)精度 ,因此,在地籍和房產(chǎn)測(cè)量中主要采用地面數(shù)字測(cè)圖方法。城市地下管線測(cè)量是地下管線探測(cè)和地面數(shù)字測(cè)圖相結(jié)合的測(cè)繪
工作,其作業(yè)程序是采用地下管線探測(cè)儀和地質(zhì)雷達(dá),確定管線的深度和在地面上的投影位置,然后采用全站儀測(cè)定管線點(diǎn)的位置和高程以及附近的地物,繪制地下管線圖。水下地形測(cè)量方法與陸地地形測(cè)量方法有較大差異。目前,水下地形測(cè)量主要采用組合測(cè)量系統(tǒng),該系統(tǒng)由ＧＰＳ接收機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位,回聲測(cè)深儀測(cè)量水深 ,數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理,生成水下數(shù)字地形模型和自動(dòng)繪制水下地形圖。地面數(shù)字測(cè)圖方法較傳統(tǒng)測(cè)圖方法已有較大的進(jìn)步,但仍然有較繁重的外業(yè)測(cè)量工作 ,因此,利用ＧＰＳ、慣導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等多種傳感器集成的地面移動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正在研究之中,并已在公路測(cè)量中得到初步應(yīng)用。在城市發(fā)展和工程建設(shè)中,為了提高管理水平,我國(guó)很多城市啟動(dòng)建立城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)、地籍管理系統(tǒng)、房地產(chǎn)管理系統(tǒng)和地下管線管理系統(tǒng)。各種工程建設(shè)如水利樞紐、大型橋梁、礦山開(kāi)采、高速公路和鐵路等,也建立起工程信息管理系統(tǒng)。數(shù)字地形圖為這些信息系統(tǒng)提供空間位置信息,但數(shù)字地形圖的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享及系統(tǒng)的更新還有待于進(jìn)一步研究。
3　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(wú)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(jiǎn)化了線路曲線放樣操作。在道路施工、管線架設(shè)中,除采用全站儀進(jìn)行樁點(diǎn)放樣外,利用ＧＰＳＲＴＫ技術(shù)直接放樣點(diǎn)位也已在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。在橋梁、港口工程施工中,水面上樁位測(cè)量也采用ＧＰＳＲＴＫ技術(shù),在打樁船上安置兩臺(tái)ＧＰＳＲＴＫ接收機(jī)和打樁機(jī)樁位構(gòu)成固定的幾何關(guān)系,實(shí)時(shí)測(cè)定打樁船的位置和方位進(jìn)行樁位放樣。全站儀的自動(dòng)跟蹤和遙測(cè)操作功能給施工的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)測(cè)量創(chuàng)造了條件。在城市地鐵
隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí),由一臺(tái)自動(dòng)照準(zhǔn)、觀測(cè)的全站儀實(shí)時(shí)地測(cè)量盾構(gòu)的位置,與設(shè)計(jì)位置進(jìn)行比較,自動(dòng)或人工調(diào)整盾構(gòu)的掘進(jìn)方向,使盾構(gòu)按隧道設(shè)計(jì)軸線掘進(jìn)。在大口徑曲線頂管工程施工中,將數(shù)臺(tái)自動(dòng)照準(zhǔn)、觀測(cè)的全站儀安置在自動(dòng)整平的基座上,在計(jì)算機(jī)控制下自動(dòng)進(jìn)行空間支導(dǎo)線測(cè)量,將起點(diǎn)坐標(biāo)、高程傳遞到頂管機(jī)頭上,實(shí)時(shí)地對(duì)機(jī)頭的位置進(jìn)行跟蹤測(cè)量,為調(diào)整機(jī)頭施工方向提供數(shù)據(jù),大大提高了頂管的施工質(zhì)量和進(jìn)度。在施工測(cè)量中有很多專用儀器,簡(jiǎn)化了測(cè)量操作,提高了工效。在地下工程和某些特殊的場(chǎng)合需要高精
度的方向測(cè)量,高精度陀螺經(jīng)緯儀可全程進(jìn)行全自動(dòng)化測(cè)量,在數(shù)分鐘內(nèi)得到 3″～5″的高精度定向。手持式激光測(cè)距儀可以在建筑工地替代普通鋼尺進(jìn)行距離測(cè)量。在高聳建筑物施工中,使用高精度天頂天底投點(diǎn)儀、激光鉛直儀進(jìn)行軸線測(cè)量,保證軸線的鉛直方向。在大面積平整場(chǎng)地中(如飛機(jī)場(chǎng)施工),使用激光掃平儀進(jìn)行水平測(cè)量。在礦山、隧道等地下工程施工中使用斷面儀進(jìn)行斷面測(cè)量。
4　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)、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. 02～ 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120
ｍ范圍內(nèi)可達(dá)到 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) (30～ 40ｍ)測(cè)距精度優(yōu)于 0.005ｍｍ/ｍ。徠卡公司最新推出的帶攝影測(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(guò)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(lái)很大的方便。激光跟蹤儀工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)具有很高的3維坐標(biāo)測(cè)量精度 (大約 0.01ｍｍ/ｍ),已用于飛機(jī)、汽車制

造的設(shè)備檢測(cè)和外形測(cè)量。工業(yè)近景攝影測(cè)量系統(tǒng)采用兩臺(tái)高分辨率的數(shù)碼相機(jī)對(duì)被測(cè)物體同時(shí)攝影,如對(duì)靜態(tài)物體可采用單臺(tái)相機(jī)在兩個(gè)位置上攝影,得到物體的數(shù)字影像,經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理后得到物體的空間坐標(biāo)。工業(yè)近景攝影測(cè)量系統(tǒng)主要用于復(fù)雜形狀測(cè)量,特別適用于動(dòng)態(tài)物體的快速坐標(biāo)測(cè)量。工業(yè)近景攝影測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度一般在1/10萬(wàn)左右。激光準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)可分為激光束準(zhǔn)直和波帶板激光準(zhǔn)直,前者受激光束漂移的影響,準(zhǔn)直距離一般在10ｍ范圍內(nèi) ,準(zhǔn)直精度一般為1/10萬(wàn)左右。后者采用3點(diǎn)測(cè)量方法,削弱了激光束漂移的影響 ,準(zhǔn)直精度可達(dá) 1/100萬(wàn)左右。激光準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)的探測(cè)器采用ＣＣＤ和ＰＳＤ光電位置傳感器,提高了探測(cè)的采樣率和靈敏度。激光準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)已應(yīng)用于大型汽輪發(fā)電機(jī)組、電子加速器、大型機(jī)械設(shè)備安裝和檢修中的軸線測(cè)量。靜力連通管高程測(cè)量系統(tǒng)采用電容、電感等位移傳感器自動(dòng)探測(cè)液面位置,可以得到高精度的基準(zhǔn)平面,主要應(yīng)用于大型柴油機(jī)、設(shè)備安裝平臺(tái)的水平面測(cè)量。
5　工程變形監(jiān)測(cè)
　　工程變形監(jiān)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(lái)極大的危害,因此工程變形監(jiān)測(cè)越來(lái)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)行正確的分析和預(yù)報(bào)。目前ＧＰＳ作為變形觀測(cè)的一種重要方法,已廣泛應(yīng)用于礦山開(kāi)采的地表、大壩壩頂、橋梁、滑坡的變形監(jiān)測(cè)。以跨江和跨海灣的大橋?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(kāi)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)監(jiān)測(cè)橋面的變形,測(cè)量精度為 1～2ｃｍ。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) 4～ 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3～ 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 3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(lái)大壩變形監(jiān)測(cè)中的引張線、波帶板激光準(zhǔn)直、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)的變形量,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。