浅谈我国工程测量技术的发展及未来展望.doc

中国石油大学（华东）远程教育学院毕业论文学生姓名: 柴均船学 号： 15810145069专 业： 土木工程指导老师： 目录一 概述 1二 工程测量在理论方法方面的发展 21工程测量的分类及其含义 22工程测量中常用的几种方法 3三 我国工程测量技术现状 51先进的地面测量仪器在工程测量中的应用 52 GPS定位技术在工程测量中的应用 53 数字化测绘技术在工程测量中的应用 64 摄影测量技术在工程测绘中的应用 7四 工程测量技术的发展展望 8 五 结束语 9六 参考书目 12七 致谢语 12工程测量新技术开发,设计及应用摘 要：工程测量这门学科经历了数十年的发展。近年来，测绘科技的飞速发展促进了工程测量技术的快速发展.工程技术的发展不断对测量工作提出新的要求，同时，现代科学技术和测绘新技术的发展，给直接为经济建设服务的工程测量带来了严峻的挑战和极好的机遇。本文首先阐述了工程测量在理论方法方面的发展,对几种常用的理论和方法进行了归纳和总结。其次，论述了我国工程测量技术的发展现状。最后，对工程测量技术的未来发展展望进行了探讨。关键词：工程测量技术 理论方法 发展现状 展望一、 概述工程测量通常是指在工程建设的勘测设计、施工和管理阶段中运用的各种测量理论、方法和技术的总称.传统工程测量技术的服务领域包括建筑、水利、交通、矿山等部门，其基本内容有测图和放样两部分。现代工程测量己经远远突破了仅仅为工程建设服务的概念，它不仅涉及工程的静态、动态几何与物理量测定，而且包括对测量结果的分析，甚至对物体发展变化的趋势预报。苏黎世高等工业大学马西斯教授指出:“一切不属于地球测量，不属于国家地图集的陆地测量,和不属于法定测量的应用测量都属于工程测量”.随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化，我国工程测量的发展可以概括为“四化和“十六字”，所谓“四化”是：工程测量内外业作业的一体化，数据获取及其处理的自动化,测量过程控制和系统行为的智能化，测量成果和产品的数字化。“十六字”是：连续、动态、遥测、实时、精确、可靠、快速、简便。二、工程测量在理论方法方面的发展工程测量是测绘科学与技术在国民经济和国防建设中的直接济和国防建设中的直接应用，是综合性的应用测绘科学与技术，要求计算理论严密，测量方法严密.1工程测量的分类及其含义工程测量的分类及其含义（1）按照工程建设的进行程序分类按照工程建设的进行程序分类按工程建设的进行程序，工程测量可分为规划设计阶段的测量,施工兴建阶段的测量和竣工后的运营管理阶段的测量。规划设计阶段的测量主要是提供地形资料。取得地形资料的方法是，在所建立的控制测量的基础上进行地面测图或航空摄影测量。施工兴建阶段的测量的主要任务是,按照设计要求在实地准确地标定建筑物各部分的平面位置和高程，作为施工与安装的依据。一般也要求先建立施工控制网，然后根据工程的要求进行各种测量工作。（2）按照工程测量所服务的工程种类分类按工程测量所服务的工程种类,也可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁与隧道测量、矿山测量、城市测量和水利工程测量等。此外，还将用于大型设备的高精度定位和变形观测称为高精度工程测量；将摄影测量技术应用于工程建设称为工程摄影测量;而将以电子全站仪或地面摄影仪为传感器在电子计算机支持下的测量系统称为三维工业测量。无论是工程进程各阶段的测量工作，还是不同工程的测量工作，都需要根据误差分析和测量平差理论选择适当的测量手段,并对测量成果进行处理和分析，也就是说,测量数据处理工程测量的重要内容。2 工程测量中常用的几种方法 （1）测量平差理论最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型，它是各种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上，主要包括：平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断；模型误差对参数估计的影响，对参数和残差统计性质的影响；病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网参考点稳定性检验的需要,导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论，以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。针对观测值存在粗差的客观实际，出现了稳健估计（或称抗差估计)；针对法方程系数阵存在病态的可能，发展了有偏估计.与最小二乘估计相区别，稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。(2)工程控制网优化设计理论和方法网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或极小值. 一般将网的质量指标作为目标函数或约束条件。网的质量指标主要有精度、可靠性和建网费用，对于变形监测网还包括网的灵敏度或可区分性。对于网的平差模型而言,按固定参数和待定参数的不同,网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计，涉及到网的基准设计，网形 观测值精度以及观测方案的设计。在工程测量中，施工控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。模拟法优化设计的软件功能和进行优化设计的步骤主要是:根据设计资料和地图资料在图上选点布网，获取网点近似坐标。模拟观测方案，根据仪器确定观测值精度，可进一步模拟观测值。计算网的各种质量指标如精度 可靠性、灵敏度、精度应包括点位精度、相邻点位精度、任意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度.进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵,协方差阵的主成份计算，特征值计算，点位误差椭圆、置信椭圆的计算等。可靠性包括每个观测值的多余观测分量和某一观测值的粗差界限值对平差坐标的影响.灵敏度包括灵敏度椭圆、在给定变形向量下的灵敏度指标以及观测值的灵敏度影响系数。将计算出的各质量指标与设计要求的指标比较，使之既满足设计要求,又不致于有太大的富余.通过改变观测值的精度或改变观测方案或局部改变网形等方法重新作上述设计计算，直到获取一个较好的结果。（3）变形观测数据处理传统的方法将变形观测数据处理分为变形的几何分析和物理解释.几何分析在于描述变形的空间及时间特性，主要包括模型初步鉴别、模型参数估计和模拟统计检验及最佳模型选取 3 个步骤。变形监测网的参考网、相对网在周期观测下，参考点的稳定性检验和目标点和位移值计算是建立变形模型的基础。变形的物理解释在于确定变形与引起变形的原因之间的关系,通常采用统计分析法和确定函数法 统计分析法包括多元回归分析、灰色系统理论中的关联度分析以及时间序列频域法分析中的动态响应分析等。用现代系统论为指导进行变形分析与预报是目前研究的一个方向。变形体是一个复杂的系统，它具有多层次高维的灰箱或黑箱.式结构，是非线性的,开放性（耗散）的，它还具有随机性,这种随机性除包括外界干扰的不确定性外,还表现在对初始状态的敏感性和系统长期行为的混沌性。此外，还具有自相似性、突变性、自组织性和动态性等特征. 三、我国工程测量技术现状1 先进的地面测量仪器在工程测量中的应用20 世纪 80 年代以来出现许多先进的地面测量仪器，为工程测量提供了先进的技术工具和手段，如：光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等，为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件，改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。三角网已被三边网、边角网、测距导线网所替代;光电测距三角高程测量代替三、四等水准测量；具有自动跟踪和连续显示功能的测距仪用于施工放样测量；无需棱镜的测距仪解决了难以攀登和无法到达的测量点的测距工作；电子速测仪为细部测量提供了理想的仪器;精密测距仪的应用代替了传统的基线丈量。2 GPS定位技术在工程测量中的应用 GPS是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年,耗资200亿美元，于1994年全面建成 , 具有海、陆、空进行全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。随着 GPS 定位技术的不断改进 , 软、硬件的不断完善 , 长期使用的测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术 , 正在逐步被以一次性确定三维坐标的高速度、高精度、费用省、操作简单的GPS技术代替。在我国 G P S 定位技术的应用已深入各个领域，国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用 G P S 技术,在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用 G P S 技术。随着D G P S 差分定位技术和 R T K 实时差分定位系统的发展和美国 A S 技术的解除，单点定位精度不断提高，G P S 技术在导航、运载工具实时监控、石油物探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测绘与放样等领域将有广泛的应用前景。3 数字化测绘技术在工程测量中的应用 数字化测绘技术在测绘工程领域得以广泛应用使大比例尺测图技术向数字化、信息化发展.大比例尺地形图和工程图的测绘 , 历来就是城市与工程测量的重要内容和任务。常规的成图方法是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作，同时还有大量的室内数据处理和绘图工作，成图周期长，产品单一，难以适应飞速发展的城市建设和现代化工程建设的需要。随着电子经纬仪、全站仪的应用和 GEOMAP 系统的出现，把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来，形成一个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。系统的开发研究主要是面向城市大比例尺基本图、工程地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图等各类图件的自动绘制.系统可直接提供纸图,也可提供软盘, 为专业设计自动化，建立专业数据库和基础地理信息系统打下基础. 20世纪8 0 年代以来，我国数字化测绘技术的开发研究应用发展很快，成效显着。由于技术标准和规范不同，国外研究成功的数字化测绘系统不适合国情，难以推广应用，只有依靠自己研究开发.1987 年北京市测绘设计研究院在国内首先完成了“大比例尺数字化测图系统（即 DGJ）的软件开发，并通过技术鉴定，1990 年被建设部列为第一批技术推广应用项目之一，在 80 多个城市及工程测量单位推广应用，同时又有十几个大专院校、仪器公司和工程测量单位，先后开发和研制出多个类似的数字测图系统软件。4 摄影测量技术在工程测绘中的应用 摄影测量技术已越来越广泛的在城市和工程测绘领域中得以应用,由于高质量、高精度的摄影测量仪器的研制生产,结合计算机技术中的应用，使得摄影测量能够提供完全的、实时的三维空间信息.不仅不需要接触物体，而且减少了外业工作量，具有测量高效、高精度，成果品种繁多等特点。在城市和工程大比例尺地形测绘、地籍测绘、公路、铁路以及长距离通讯和电力选线、描述被测物体状态、建筑物变形监测、文物保护和医学上异物定位中都起到了一般测量难以起到的作用，具有广泛的应用前景。由于全数字摄影测量工作站的出现，为摄影测量技术应用提供了新的技术手段和方法，该技术已在一些大中城市和大型工程勘察单位得以引进和应用。 航空摄影测量是进行城市大面积大比例尺地形图、地籍图测绘与更新以及大型工程勘测的重要手段与方法,它可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图成果。目前，我国有 100 多个城市或工测单位利用航测技术测制大比例尺地形图和地籍图，最大比例尺为 1/500 .采用的仪器除利用高精度的模拟测图仪和解析测图仪成图方法外，还用立体坐标测图仪与微机连接进行数据采集，经微机数据处理输入绘图机自动绘图. 四、工程测量技术的发展展望随着各个领域科学技术水平的发展，工程测量将向更加智能化、操作简单化方向发展，同时可以解决更多的复杂问题。工程测量与信息系统相结合,以大地测量、工程与水文地质、地球物理和土木建筑等学科为基础学科，可有效解决工程建设中的灾害防治、环境保护等问题.多传感器的混合测量系统的应用,可实现大区域甚至国家范围内的无控制网的各种测量工作.影像和数据处理方面的功能将会得到大幅度增强。工程测量将从传统的依赖于测量、三维工业测量延伸至人体科学测量。展望21世纪,工程测量将在以下方面将得到显著发展:（1）测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展,其应用范围将进一步扩大,影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强 （2）在变形观测数据处理和大型工程建设中,将发展基于知识的信息系统,并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。 （3)大型复杂结构建筑、设备的三维测量 , 几何重构及质量控制,以及由于现代工业生产对自动化流程,生产过程控制，产品质量检验与监控的数据与定位要求越来越高 , 将促使三维业测量技术的进一步发展。工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量。 （4)多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。 （5) GPS、GIS技术将紧密结合工程项目，在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。 (6)工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量，如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理。 五、结束语在人类活动中，工程测量是无处不在、无时不用，只要有建设就必然存在工程测量，因而其发展和应用的前景是广阔的。总之，测量技术方法更新换代是社会发展和科学进步的必然趋势，工程测量技术将向自动化、信息化、数字化方向不断迈进。参考文献:（1）张正禄. 工程测量学M。 武汉:武汉大学出版社，2002（2）张正禄等. 工程的变形分析与预报M. 北京:测绘出版社，2007（3)易庆林。 GPS在工程测量中的应用M。 北京:测绘出版社，2007（4）谭辉. 土木工程测量M。 上海：同济大学出版社，2004（5)卓健成. 工程控制测量建网理论M。 成都:西南交通大学出版社，1996 致谢语最后，我要感谢各位老师的辛勤付出，为了表达我对你们诚挚的谢意，在此真诚的说一声:谢谢!