胡開承（湖南交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南　長沙　410000）

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關(guān)于現(xiàn)代精密工程測量技術(shù)及其發(fā)展的探討

胡開承（湖南交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南長沙410000）

在現(xiàn)代工程測量中，工程各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求日益增多，對(duì)測量作業(yè)提出了更好的要求，傳統(tǒng)的工程測量技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化測量作業(yè)需求。此背景下，本文首先分析了現(xiàn)代精密測量方法、儀器及數(shù)據(jù)處理，之后對(duì)現(xiàn)代精密工程測量新發(fā)展情況進(jìn)行了一定的闡述，以供參考。

工程測量；現(xiàn)代精密工程測量技術(shù)；發(fā)展情況

1　引言

就當(dāng)前情況來看，現(xiàn)代工程測量主要發(fā)展方向?yàn)楣こ绦畔⑾到y(tǒng)、工程測量儀器、精密工程測量、工程度形變監(jiān)測分析與災(zāi)害預(yù)報(bào)。其中，精密工程測量是發(fā)展活力最強(qiáng)盛、影響力最突出的一種測量工藝，要想確?，F(xiàn)代社會(huì)背景下精密工程測量的良好發(fā)展，必須對(duì)其進(jìn)行深入的分析與研究。

2　現(xiàn)代精密測量方法、儀器及數(shù)據(jù)處理

2.1全球定位系統(tǒng)測量法

GPS是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用作為廣泛的、最先進(jìn)的、最新的全球定位信息系統(tǒng)。對(duì)于其具體應(yīng)用情況，主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）GPS接收機(jī)的衛(wèi)星信號(hào)具有同樣的誤差性，其中，基線邊短一般不會(huì)超過5km，涉及的測量范圍也相對(duì)較小。例如電離層折射誤差、衛(wèi)星鐘差及對(duì)流層等，利用差分解算，在很大程度上產(chǎn)生的誤差能夠相互抵消。想要成功的獲得高精度的觀測數(shù)據(jù)結(jié)果就需要通過合理的方案制定與觀測設(shè)計(jì)。

（2）通過GPS系統(tǒng)的應(yīng)用，可快速獲得高精度數(shù)據(jù)。在WGS-84坐標(biāo)中，GPS測量系統(tǒng)的基準(zhǔn)線相對(duì)精度可以達(dá)到10-5-10-8的程度，從企業(yè)測量儀器中幾乎無法獲得此種相對(duì)精度極高的數(shù)據(jù)。通過采用更加科學(xué)的觀測方式與數(shù)據(jù)處理方式，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)和亞毫米級(jí)的GPS點(diǎn)的相對(duì)定位精度，從而更好的完成精密測量的任務(wù)。

（3）GPS測量技術(shù)是一種較為靈活的測量方法，不需要通視。通常情況下，在進(jìn)行測量作業(yè)時(shí)，工作點(diǎn)之間均需要滿足相互通視的需求，一般測量方式的缺陷在于需增加連接點(diǎn)，從而在一定程度上增加了有關(guān)作業(yè)人員的工作量，并且還會(huì)導(dǎo)致測量精度降低，工作技術(shù)與環(huán)境等方面也存在一定的限制。但采用GPS進(jìn)行測量作業(yè)，不需要通視，可更加靈活的進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。

（4）通過GPS系統(tǒng)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)全天觀測的目的，并具備較高強(qiáng)度的自動(dòng)化。GPS系統(tǒng)數(shù)據(jù)單程系統(tǒng)，也就是不論外面天氣如何，都能夠?qū)崿F(xiàn)全天候觀測目的，用戶僅需要接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)就可。同時(shí)，GPS系統(tǒng)還具備信息化程度高、操作便捷、效率高、成本低特征，通過計(jì)算機(jī)，其還可以自動(dòng)完成信號(hào)的內(nèi)業(yè)處理，可大面積大范圍使用和推廣。

2.2精密測量所使用的儀器

為了全面提升精密測量水平，在進(jìn)行實(shí)際測量作業(yè)時(shí)，常采用的精密測量儀器主要包括激光掃描儀、激光跟蹤儀、探測機(jī)器人、電子全站儀、水準(zhǔn)儀、GPS接收機(jī)、多傳感器集成測繪系統(tǒng)與其他各種精密測量儀器。其中，通過車載激光掃描測和機(jī)載激光掃描測量的方式是地面數(shù)據(jù)采集過程中最為常用的一種方式。

在對(duì)不同位置進(jìn)行掃描與建模，并將其轉(zhuǎn)換至CAD成圖中，一般采用激光掃描儀進(jìn)行，此類儀器在土木工程、路橋設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、GIS數(shù)據(jù)采集等獲得了較為廣泛的應(yīng)用。此外，激光測距儀與GPS接收機(jī)組成的遠(yuǎn)程位移測量系統(tǒng)常用于無人監(jiān)控遠(yuǎn)距離遙控測量作業(yè)。

我國當(dāng)前高速鐵路軌道測量系統(tǒng)主要為由激光測距斷面儀、激光掃描儀、測量機(jī)器人、軌道里程傳感器構(gòu)成的傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鐵路軌道自動(dòng)化測量目的。在不同的測量工作中，通過專業(yè)儀器的使用，可有效提升精密測量的牢靠性，從而為當(dāng)代精密測量奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3精密測量中變形觀測數(shù)據(jù)處理

2.3.1典型變形觀測數(shù)據(jù)處理方法

在進(jìn)行變形過程曲線的繪制時(shí)，通常需要以變形觀測數(shù)據(jù)作為參考進(jìn)行繪圖，通過此種最為簡單的數(shù)據(jù)處理方式，能夠?qū)ψ冃芜^程曲線進(jìn)行一定的分析與研究，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理目的。對(duì)變形觀測數(shù)據(jù)和其影響因素進(jìn)行逐步回歸計(jì)算和多元回歸分析時(shí)，可發(fā)現(xiàn)影響因子和變形數(shù)據(jù)的相互關(guān)系不僅能夠用于變形報(bào)告，還可用于物理解釋。

但如果僅需要對(duì)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與歸納，可采用時(shí)間序列分析理論建模與灰色系統(tǒng)理論，而多元回歸分析通常需要較長時(shí)間的數(shù)據(jù)處理。對(duì)于原始數(shù)據(jù)數(shù)列運(yùn)用累加生成法更具有靈活隨機(jī)性。通?？蓪⒆冃螖?shù)據(jù)處理看作動(dòng)態(tài)過程，然后再選用卡爾曼濾波模型來處理系統(tǒng)狀態(tài)，最后再利用Fourier變換將具有周期性變化的變形觀測時(shí)間序列的信息轉(zhuǎn)化成頻域內(nèi)的數(shù)據(jù)處理。

2.3.2傳統(tǒng)變形幾何分析與物理解釋方法

在進(jìn)行實(shí)際測量作業(yè)時(shí)，通常采用將變形數(shù)據(jù)分類為變形物理解釋與變形幾何分析的方式進(jìn)行。其中，變形物理解釋主要采用的是傳統(tǒng)的函數(shù)方法和計(jì)算進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，一般需要確定引起變形和變形的原因的相互關(guān)系。而對(duì)于變形的幾何分析，紙質(zhì)時(shí)間與空間的變形，最佳模型選擇需分三個(gè)步驟，即為：初步模型鑒別、參數(shù)估計(jì)與模擬統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。

在周期觀測下，變形監(jiān)測網(wǎng)下的相對(duì)網(wǎng)和參考網(wǎng)的穩(wěn)定性檢測是建立在變形模型的基礎(chǔ)之上的。選取變形模型的方法既可以根據(jù)點(diǎn)場的矢量和變形過程曲線選取，又能依據(jù)變形體的物理力學(xué)性質(zhì)的信息選取。此外，以上描述的時(shí)間序列分析、卡爾曼濾波、時(shí)間序列頻域法以及灰色理論建模中的主頻率與振幅計(jì)算等都能夠看作是變形的幾何分析。

3　現(xiàn)代精密工程測量的新進(jìn)展

3.1精密工程測量技術(shù)的新進(jìn)展

就當(dāng)前情況來看，現(xiàn)代精密工程測量技術(shù)正在不斷快速的發(fā)展，當(dāng)前主要進(jìn)展情況為：①人工智能測量機(jī)器人大多以傳感器集成系統(tǒng)的方式獲得了較為廣泛的應(yīng)用，具體應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，圖形、數(shù)據(jù)與影響處理能夠也在穩(wěn)步提升。②大型工程建設(shè)與變形觀測數(shù)據(jù)處理方面大多是在知識(shí)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展的，并緊密關(guān)聯(lián)著地球物理、土木建筑、工程與水文地質(zhì)、大地測量等學(xué)科。同時(shí)，通過精密工程測量技術(shù)的應(yīng)用，可有效解決工程建設(shè)與其運(yùn)行期間所涉及的環(huán)境保災(zāi)害防治與安全監(jiān)測等方面的問題。③工程測量范圍已逐步擴(kuò)展至人體科學(xué)測量，例如對(duì)人體各部位或各器官進(jìn)行顯微測量或顯微圖像處理。④多傳感器混合測量系統(tǒng)發(fā)展速度不斷加快，應(yīng)用范圍也日益廣泛，例如測量機(jī)器人或電子全站儀與GPS接收機(jī)集成的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)國家范圍內(nèi)無控制網(wǎng)測量目的。⑤實(shí)時(shí)攝影測量系統(tǒng)與合成孔徑雷達(dá)干涉系統(tǒng)目前已獲得了一定的應(yīng)用。

3.2精密工程測量儀器的新進(jìn)展

通常來說，精密測量技術(shù)屬于綜合型較差學(xué)科，主要包括圖像、傳感器、光學(xué)、制造、電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此，只有高度關(guān)注各學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，才可實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。基于現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)研究情況，測量儀器發(fā)展趨勢為集成精密化與智能化方向，例如三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）。三坐標(biāo)測量機(jī)是測量儀器新進(jìn)展的重要體現(xiàn)，其能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)范圍內(nèi)的所有三維復(fù)雜零件的形狀、尺寸與相互位置進(jìn)行高精準(zhǔn)度測量，主要測量方法如圖1所示。此外，世界各國目前正在不斷增加對(duì)于微（納）米測量技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究。

圖1　三坐標(biāo)測量機(jī)主要測量方法

3.3精密工程測量技術(shù)應(yīng)用的新進(jìn)展

近年來，隨著國防建設(shè)與國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代精密工程測量技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越大，其應(yīng)用新進(jìn)展主要包括以下內(nèi)容：①軋鋼廠切割厚板。②管理碼頭集裝箱。③測量高層建筑的風(fēng)振，即為立足于RTK模式，然后在待測建筑物周圍較穩(wěn)定的地基面與待測建筑物樓頂部位各自安裝1臺(tái)GPS接收機(jī)，將其分別作為基準(zhǔn)站與流動(dòng)站，通過此種模式，能夠?qū)Ω邔咏ㄖ锏恼駝?dòng)頻率與頂部位移情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。④減災(zāi)防災(zāi)的監(jiān)測與科學(xué)防汛。⑤特種精密工程測量技術(shù)逐漸應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。此外，特種精密工程測量技術(shù)也在工業(yè)設(shè)備安裝與運(yùn)行、大型建筑物變形觀測等方面的檢校工作中獲得了良好的應(yīng)用。

4　結(jié)語

綜上所述，近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，以及工程建設(shè)要求的日益提高，精密工程測量技術(shù)逐漸向著系統(tǒng)化、智能化、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化方向發(fā)展，精密工程測量精度也能夠達(dá)到納米量級(jí)。此情況下，要想確?，F(xiàn)代精密工程測量的良好、持續(xù)發(fā)展，必須對(duì)其實(shí)際應(yīng)用情況與發(fā)展趨勢進(jìn)行詳細(xì)的分析與研究。

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胡開承（1976-），男，高級(jí)工程師，本科，主要負(fù)責(zé)工程測量工作。

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2095-2066（2016）19-0090-02

2016-6-20