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測繪地理信息    Program
測繪工程 發布時間:
2017-06-08
           來源:
昆明云金地科技有限公司
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發布時間:
2017-06-08
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昆明云金地科技有限公司
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測繪工程

      測繪工程---測量空間、大地的各種信息并繪制各種信息的地形圖 。以地球及其他行星的形狀、大小、重力場為研究對象,研究和測繪的對象十分廣泛,主要包括地表的各種地物、地貌和地下的地質構造、水文、礦藏等,如山川、河流、房屋、道路、植被等等。通常開發一片處女地或進行大型工程建設前,必須由測繪工程師測量繪制地形圖,并提供其他信息資料,然后才能進行決策、規劃和設計等工作,所以測繪工作非常重要,一般稱為測繪學。通常我們見到的地圖、交通旅游圖都是在測繪的基礎上完成的。從事測繪工作經常進行野外作業,要有面對艱苦環境的心理準備。

 1.測繪學介紹

1.1出現背景

   測繪學有著悠久的歷史。古代的測繪技術起源于水利和農業。古埃及尼羅河每年洪水泛濫,淹沒了土地界線,水退以后需要重新劃界,從而開始了測量工作。公元前2世紀,中國司馬遷在《史記·夏本紀》中敘述了禹受命治理洪水的情況:“左準繩,右規矩,載四時,以開九州、通九道 、陂九澤、度九山”。說明在公元前很久,中國人為了治水,已經會使用簡單的測量工具了。

   測繪學的研究對象是地球,人類對地球形狀認識的逐步深化,要求對地球形狀和大小進行精確的測定,因而促進了測繪學的發展。地圖制圖是測量的必然結果,所以地圖的演變及其制作方法的進步是測繪學發展的重要方面。測繪學是一門技術性較強的學科,它的形成和發展在很大程度上依賴于測繪方法和儀器工具的創造和變革。

 1.2 發展現狀

   測繪學的不同學科都在飛速發展:儀器制造業,已生產出了GPS接收機、各種測程的電磁波測距儀、全站儀、超站儀(測量機器人)等;作業對象,已從常規的地表(地球自然表面、地下一定深度范圍),發展到的多方面,例如:地下礦產資源的衛星遙感測量;其它星體的觀測;微粒子的質量、運行軌跡、速度等物理量的測量;偵察學中應用的犯罪痕跡測量(以攝影測量為主)等;作業方法,已從手工作業,發展到今天的行、測、記、算、繪自動化或者半自動化,大大地降低了勞動強度,加快了作業速度,減少了某些中間作業環節,提高了成果質量;理論研究方面,也日趨完善。

 2.主要分支及介紹

   大地測量,工程測量,航空攝影測量與遙感學, 地圖制圖學。其中大地測量又分為幾何大地測量,物理大地測量,空間大地測量;工程測量又分為地籍測量,橋梁測量,道路測量等。

2.1大地測量

   大地測量是指研究和測定地球形狀、大小和地球重力場,以及測定地面點幾何位置的學科。

大地測量工作是為大規模測制地形圖提供地面的水平位置控制網和高程控制網,為用重力勘探地下礦藏提供重力控制點,同時也為發射人造地球衛星、導彈和各種航天器提供地面站的精確坐標和地球重力場資料。

                               大地測量

2.2工程測量

   工程測量是研究地球空間(地面、地下、水下、空中)中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現的理論方法和技術的一門應用學科。它主要以建筑工程、機器和設備為研究服務對象。

2.3航空攝影測量與遙感學

        航空攝影測量指的是在飛機上用航攝儀器對地面連續攝取像片,結合地面控制點測量、調繪和立體測繪等步驟,繪制出地形圖的作業。

        測繪遙感就是以空間載體為基礎,對地面實地利用遙感器等傳感器進行掃描,通過各種內業處理,從而得到地面各地物的影像數據。

                             遙感航拍測繪

2.4地圖制圖學

   地圖制圖學是研究地圖及其編制和應用的一門學科,它研究用地圖圖形反應自然界和人類社會各種現象的空間分布,相互聯系及其動態變化,具有區域性學科和技術性學科的兩重性。亦稱地圖學。

 

3.測繪儀器

   測繪儀器,簡單講就是為測繪作業設計制造的數據采集、處理、輸出等儀器和裝置。

在工程建設中規劃設計、施工及經營管理階段進行測量工作所需用的各種定向、測距、測角、測高、測圖以及攝影測量等方面的儀器。

3.1測繪儀器種類

3.1.1經緯儀

   測量水平角和豎直角的儀器。由望遠鏡、水平度盤與垂直度盤和基座等部件組成。按讀數設備分為游標經緯儀、光學經緯儀和電子(自動顯示)經緯儀。經緯儀廣泛用于控制、地形和施工放樣等測量。中國經緯儀系列有:DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ60六個型號(“DJ”表示“大地測量經緯儀”,“07、1、2、……”分別為該類儀器以秒為單位表示的一測回水平方向的中誤差)。在經緯儀上附有專用配件時,可組成:激光經緯儀、坡面經緯儀等。此外,還有專用的陀螺經緯儀、礦山經緯儀、攝影經緯儀等。

3.1.2水準儀

   測量兩點間高差的儀器。由望遠鏡、水準器(或補償器)和基座等部件組成。按構造分:定鏡水準儀、轉鏡水準儀、微傾水準儀、自動安平水準儀。水準儀廣泛用于控制、地形和施工放樣等測量工作。中國水準儀的系列標準有:DS05、DS1、DS3、DS10、DS20等型號(“DS”表示“大地測量水準儀”,“05、1、3、……”分別為該類儀器以毫米為單位表示的每公里水準測量高差中數的偶然中誤差)。在水準儀上附有專用配件時,可組成激光水準儀。

3.1.3平板儀

   地面人工測繪大比例尺地形圖的主要儀器。由照準儀、平板和支架等部件組成。在照準儀上附加電磁波測距裝置,可使作業更為方便迅速。

3.1.4電磁波測距儀

   應用電磁波運載測距信號測量兩點間距離的儀器。測程在5~20公里的稱為中程測距儀,測程在5公里之內的為短程測距儀。精度一般為 5mm+5ppm,具有小型、輕便、精度高等特點。60年代以來,測距儀發展迅速。90年代年來,生產的雙色精密光電測距儀精度已達0.1mm+0.1ppm。電磁波測距儀已廣泛用于控制、地形和施工放樣等測量中,成倍的提高了外業工作效率和量距精度。

3.1.5全站儀

   根據JJG100規范,全站儀也稱為電子速測儀 由電子經緯儀、電磁波測距儀、微型計算機、程序模塊、存儲器和自動記錄裝置組成,快速進行測距、測角、計算、記錄等多功能的電子測量儀器。有整體式和組合式兩類。整體式電子速測儀為各功能部件整體組合,可自動顯示斜距、角度,自動歸算并顯示平距、高差及坐標增量,具有較高的自動化程度。組合式電子速測儀,即電子經緯儀,電磁波測距儀,計算機及繪圖設備等分離元件,按需要組合,既有較高的自動化特性,又有較大的靈活性。電子速測儀適用于工程測量和大比例尺地形測量。并能為建立數字地面模型提供解析數據,使地面測量趨于自動化,還可對活動目標做跟蹤測量,例如對于港口工程中的船舶進出港口的航跡觀測。

3.1.6陀螺經緯儀

   將陀螺儀和經緯儀組合在一起,用以測定真方位角的儀器。在地球上南北緯度75°范圍內均可使用。陀螺高速旋轉時,由于受地球自轉影響,其軸向子午面兩側往復擺動。通過觀測,可定出真北方向。陀螺經緯儀主要用于礦山和隧道地下導線測量的定向工作。有的陀螺經緯儀用微處理機進行控制,自動顯示測量成果,具有較高的測量精度。激光陀螺經緯儀則具有精度較高、穩定和成本低的特點。

3.1.7激光測量儀器

   裝有激光發射器的各種測量儀器。這類儀器較多,其共同點是將一個氦氖激光器與望遠鏡連接,把激光束導入望遠鏡筒,并使其與視準軸重合。利用激光束方向性好、發射角小、亮度高、紅色可見等優點,形成一條鮮明的準直線,做為定向定位的依據。在大型建筑施工,溝渠、隧道開挖,大型機器安裝,以及變形觀測等工程測量中應用甚廣。

常見的激光測量儀器有:

   ①激光準直儀和激光指向儀。兩者構造相近,用于溝渠、隧道或管道施工、大型機械安裝、建筑物變形觀測。目前激光準直精度已達10-5~10-6。

   ②激光垂線儀。將激光束置于鉛直方向以進行豎向準直的儀器。用于高層建筑、煙囪、電梯等施工過程中的垂直定位及以后的傾斜觀測,精度可達0.5×10-4 。

   ③激光經緯儀。用于施工及設備安裝中的定線、定位和測設已知角度。通常在200米內的偏差小于1厘米。

   ④激光水準儀。除具有普通水準儀的功能外,尚可做準直導向之用。如在水準尺上裝自動跟蹤光電接收靶,即可進行激光水準測量。

   ⑤激光平面儀。一種建筑施工用的多功能激光測量儀器,其鉛直光束通過五棱鏡轉為水平光束;微電機帶動五棱鏡旋轉,水平光束掃描,給出激光水平面,可達20□的精度。適用于提升施工的滑模平臺、網形屋架的水平控制和大面積混凝土樓板支模、灌筑及抄平工作,精確方便、省力省工。

3.1.8液體靜力水準儀

   利用連通管測定兩點間微小高差的儀器。主要是由測深儀和控制器組成的觀測系統。前者用微型電機作為動力,以測針自動跟蹤水位進行觀測,后者由電子設備部件經過測深儀與沉降點有線連接后,指揮任一沉降點進行工作,并由數碼管顯示逐點的觀測值。在良好條件下,觀測精度可達0.05mm左右。儀器主要用于精密測定建筑物沉降,建筑物安裝及地震預報中的傾斜觀測。

3.1.9攝影經緯儀

   由攝影機和經緯儀組裝而成的供地面攝影測量野外作業用的主要儀器。攝影機上有物鏡、暗箱、承片框、檢影器。在承片框上裝有精密的框標。經緯儀用來測定攝影站點和檢查點的坐標,并確定主光軸方向。主要用于地形和非地形攝影測量。

3.1.10立體坐標量測儀

   攝影測量中用于測定立體像對上同名點的像片平面直角坐標和坐標差(視差)的儀器。由觀測系統,導軌系統,像片盤,量測系統和照明設備等部分組成。有的儀器有自動坐標記錄裝置,還可直接獲得計算機使用的穿孔紙帶,或配有自動拍攝所量測像點影像的裝置。主要用于解析空中三角測量和地面立體攝影測量加密像控點。

3.1.11立體測圖儀

   航空攝影測量全能法測圖儀器的統稱。是攝影測量內業成圖的主要儀器。其結構原理是以攝影過程的幾何反轉為基礎。由投影系統、量測系統、觀察系統和繪圖系統組成。儀器按投影方式分為光學投影、機械投影和光學機械投影三種,按使用范圍分,有專為地面立體攝影經緯儀配套的儀器,也有既可供航測成圖又可供地面攝影成圖的全能儀器;有的限于測圖,有的還能用于空中三角測量。如今,發展的趨勢是主機結構趨于簡單,但增加各種外圍設備,如自動坐標記錄裝置,正射投影裝置、數控繪圖桌等,以擴大使用范圍,提高工作效率。另外,解析測圖儀也可歸于全能法測圖儀器,它由帶有反饋系統的高精度立體坐標量測儀、電子計算機、數控繪圖桌、控制臺及相應的軟件組成。新型解析測圖儀可以聯機或脫機測圖,其人機對話的數字攝影測量、信息庫、圖解系統用于地籍測量和空中三角測量,可獲取數字地面模型、斷面圖、進行地面攝影測量以及修測更新地圖等。

3.1.12正射投影儀

   將具有傾斜和地面起伏的中心投影像片變換成正射影像圖的攝影測量專用儀器。正射影像圖具有成圖快速、信息豐富、直觀易識等特點,正射投影儀一般分光學投影和電子投影兩類,可以聯機或脫機作業,制作正射影像。

4.工程測量介紹

4.1工程測量地位和研究領域應用

4.1.1 工程測量的定義

   當代人對工程測量學的定義是:工程測量技術指在工程建設的勘測設計、施工和管理階段中運用的各種測量理論、方法和技術的總稱。

傳統工程測量技術的服務領域包括建筑、水利、交通、礦山等部門,其基本內容有測圖和放樣兩部分。現代工程測量己經遠遠突破了僅僅為工程建設服務的概念,它不僅涉及工程的靜態、動態幾何與物理量測定,而且包括對測量結果的分析,甚至對物體發展變化的趨勢預報。蘇黎世高等工業大學馬西斯教授指出:“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用測量都屬于工程測量”。我國近代以來工程測量可追溯至  1932年,同濟大學工學院高等測量系正式成立,成為當時國立大學中惟一的測量系,并成為我國民用測繪高等教育事業的發祥地。隨著傳統測繪技術向數字化測繪技術轉化,我國工程測量的發展可以概括為“四化”和“十六字”,所謂“四化”是:工程測量內外業作業的一體化,數據獲取及其處理的自動化,測量過程控制和系統行為的智能化,測量成果和產品的數字化。“十六字”是:連續、動態、遙測、實時、精確、可靠、快速、簡便。

4.1.2 工程測量的地位

   測繪學是一門具有悠久歷史和現代發展的一級學科。該學科無論怎樣發展,服務領域無論怎樣拓寬,與其他學科的交叉無論怎樣增多或加強,學科無論出現怎樣的綜合和細分,學科名稱無論怎樣改變,學科的本質和特點都不會改變。總的來說,測繪學的二級學科仍應作如下劃分:

——大地測量學

——工程測量學

——攝影測量學

——地圖制圖學

——不動產測繪

   值得說明的是,隨著社會的發展、科技的進步,教育不斷改革,目前我國測繪本科只有“測繪工程”一個專業,且有60余所高校設有此專業,這對寬口徑培養人才無疑很有好處,但從就業角度來說,還需要將其二級學科作為專業方向進行培養。在這60余所高校中,大多數是以工程測量學這一學科方向為主。

 

4.1.3 研究應用領域

   目前國內把工程建設有關的工程測量按勘測設計、施工建設和運行管理三個階段劃分;也有按行業劃分成:線路(鐵路、公路等)工程測量、水利工程測量、橋隧工程測量、建筑工程測量、礦山測量、海洋工程測量、軍事工程測量、三維工業測量等,幾乎每一行業和工程測量都有相應的著書或教材。由Hennecke,Mueller,Werner 3個德國人所編著的工程測量學,主要按下述內容進行劃分和編寫:①測量儀器和方法;②線路、鐵路、公路建設測量;③高層建筑測量;④地下建筑測量;⑤安全監測;⑥機器和設備測量。   

   由于工程測量的研究應用領域非常廣泛,發展變化也很快,因此寫書十分困難。目前國內外沒有一本全面涉及工程測量學理論、技術、方法和實際應用的現代專著或教材。國際測量師聯合會(FIG)的第六委員會稱作工程測量委員會,過去它下設4個工作組:測量方法和限差;土石方計算;變形測量;地下工程測量。此外還設了一個特別組:變形分析與解釋。現在,下設了6個工作組和2個專題組。6個工作組是:大型科學設備的高精度測量技術與方法;線路工程測量與優化;變形測量;工程測量信息系統;激光技術在工程測量中的應用;電子科技文獻和網絡。2個專題組是:工程和工業中的特殊測量儀器;工程測量標準。德國、瑞士、奧地利3個德語語系國家自50年代發起組織每3~4年舉行一次的“工程測量國際學術討論會”。過去把工程測量劃分為以下幾個專題:測量儀器和數據獲取;數據解釋、處理和應用;高層建筑和設備安裝測量;地下和深層建筑測量;環境和工程建筑物變形監測。1992年第11屆討論會的專題是:測量理論與測量方案;測量技術和測量系統;信息系統和CAD;在建筑工程和工業中的應用。1996年的第12屆討論會的專題是:測量和數據處理系統;監測和控制;在工業和建筑工程中的質量問題;數據模型和信息系統;交叉學科的大型工程項目。      從以上可見,工程測量學的研究領域既有相對的固定性,又是不斷發展變化的。工程測量學主要包括以工程建筑為對象的工程測量和以設備與機器安裝為對象的工業測量兩大部分。在學科上可劃分為普通工程測量和精密工程測量。工程測量學的主要任務是為各種工程建設提供測繪保障,滿足工程所提出的要求。精密工程測量代表著工程測量學的發展方向,大型特種精密工程建設是促進工程測量學科發展的動力。

4.2工程測量的內容

4.2.1 工程測量的內容劃分

1.按階段劃分

(1)工程建設規劃設計階段

(2)工程建設施工階段的測量

(3)工程建設運營管理階段的測量

2.按照服務對象劃分

建筑、水利、線路、橋梁、地下、海洋、軍事、工業、礦山等。

4.2.2 工程測量的內容

(1)工程測量中的地形圖測繪

規劃階段用圖比例尺一般較小,按照工程的規模可直接使用1:1萬至1:10000的地形圖。在施工階段比例尺一般較大1:1000或1:500。

(2)工程控制網布設和優化設計

工程控制網包括測圖控制網、施工控制網、變形監測網和安裝控制網。目前除特高精度的工程專用網的和設備安裝控制網外,絕大多數控制網都可采用GPS定位技術建立。

(3)施工放樣技術和方法

將抽象的幾何實體放樣到實地上去,成為具體的幾何實體所采用的測量方法和技術稱為施工放樣,機器和設備的安裝也是一種放樣。放樣放樣可分為點、線、面、體的放樣。具體方法包括:極坐標、偏角法、偏距法、投點法、距離交會、方向交會。

(4)工程的變形監測分析和預報

工程建筑物的變形及與工程有關的災害監測、分析和預報是工程測量研究的重要內容。變形監測技術幾乎包括全部工程測量技術,除常規儀器外還包括各種傳感器和專用設備。變形模型的建立。其主要針對目標點上的時間序列進行數據處理,包括多元線性回規分析、時間序列等。

4.3 工程測量的發展歷史

   “測量”一詞來源于希臘字“γηδ?ιω”,是“土地劃分”的意思。古埃及尼羅河每年洪水泛濫,淹沒了土地界限,水退后需要重新劃界,從而開始了測量工作。

我國是世界文明古國,測繪方法出現很早,最早可以追溯到四千年以前。在《史記·夏本紀》中敘述了夏禹治理洪水的情況:“左準繩,右規矩。載四時,以開九州,通九道,坡九澤,度九山”。這說明在公元前21世紀已經使用簡單的測量工具進行了測量工作。春秋戰國時期,測繪有了新的發展。從《周髀算經》、《九章算術》、《管子·地圖篇》、《孫子兵法》等書的有關論述中都說明了我國的測量、計算技術和軍事地形圖的內容已經達到了相當高的水平。在長沙馬王堆漢墓出土的公元前2世紀的地形圖、駐軍圖和城邑圖,是迄今發現的最古老最翔實的地圖。魏晉時劉徽著《海島算經》,闡述了測算海島之間的距離和高度的方法。西晉的裴秀主持編制了反映晉十六州的郡國縣邑、山川原澤和境界的大型地圖集——《禹貢地域圖十八篇》,并總結出分率、準望、道里、高下、方斜、迂直的“制圖六體”,從此地圖制圖有了標準和原則。

在世界上,17世紀望遠鏡的發明和應用對測量技術的發展起到了很大的促進作用。1683年,法國進行了弧度測量,證明了地球是兩極略扁的橢球體。1794年德國高斯提出了最小二乘法原理,以后又提出了橫圓柱投影學說,對測量學的發展做出了很大貢獻。1903年飛機的發明對航空攝影測量的發展起到了決定性作用,并大大減小了測量的勞動強度。二十世紀以來,電子計算機的出現,不僅加快了計算速度,并且改變了測繪儀器和方法。特別是1957年人造地球衛星的發射,促使測繪工作有了新的飛躍,開辟了衛星大地測量學這一新領域。多普勒定位是空間技術用于大地測量并得到普遍應用的一種先進技術。到了70年代,又出現了全球定位系統(GPS),用它進行精密控制測量能達到厘米級精度。人們利用遙感、遙測技術獲得豐富的圖像信息,編制大區域的小比例尺影像地圖和專題地圖。同時還出現了慣性測量系統和長基線干涉測量,前者是根據慣性原理設計的測定地面點大地元素的裝置,后者是一種獨立站射電干涉測量技術,用來測定相距很遠地面點的相對位置。

4.4工程測量儀器的發展

   工程測量儀器可分通用儀器和專用儀器。通用儀器中常規的光學經緯儀、光學水準儀和電磁波測距儀將逐漸被電子全測儀、電子水準儀所替代。電腦型全站儀配合豐富的軟件,向全能型和智能化方向發展。帶電動馬達驅動和程序控制的全站儀結合激光、通訊及CCD技術,可實現測量的全自動化,被稱作測量機器人。測量機器人可自動尋找并精確照準目標,在1 s內完成一目標點的觀測,像機器人一樣對成百上千個目標作持續和重復觀測,可廣泛用于變形監測和施工測量。GPS接收機已逐漸成為一種通用的定位儀器在工程測量中得到廣泛應用。將GPS接收機與電子全站儀或測量機器人連接在一起,稱超全站儀或超測量機器人。它將GPS的實時動態定位技術與全站儀靈活的3維極坐標測量技術完美結合,可實現無控制網的各種工程測量。   

專用儀器是工程測量學儀器發展最活躍的,主要應用在精密工程測量領域。其中,包括機械式、光電式及光機電(子)結合式的儀器或測量系統。主要特點是:高精度、自動化、遙測和持續觀測。   

用于建立水平的或豎直的基準線或基準面,測量目標點相對于基準線(或基準面)的偏距(垂距),稱為基準線測量或準直測量。這方面的儀器有正、倒錘與垂線觀測儀,金屬絲引張線,各種激光準直儀、鉛直儀(向下、向上)、自準直儀,以及尼龍絲或金屬絲準直測量系統等。

在距離測量方面,包括中長距離(數十米至數公里)、短距離(數米至數十米)和微距離(毫米至數米)及其變化量的精密測量。以ME5000為代表的精密激光測距儀和TERRAMETER LDM2雙頻激光測距儀,中長距離測量精度可達亞毫米級;可喜的是,許多短距離、微距離測量都實現了測量數據采集的自動化,其中最典型的代表是銦瓦線尺測距儀DISTINVAR,應變儀DISTERMETER ISETH,石英伸縮儀,各種光學應變計,位移與振動激光快速遙測儀等。采用多譜勒效應的雙頻激光干涉儀,能在數十米范圍內達到0.01μm的計量精度,成為重要的長度檢校和精密測量設備;采用CCD線列傳感器測量微距離可達到百分之幾微米的精度,它們使距離測量精度從毫米、微米級進入到納米級世界。   

   高程測量方面,最顯著的發展應數液體靜力水準測量系統。這種系統通過各種類型的傳感器測量容器的液面高度,可同時獲取數十乃至數百個監測點的高程,具有高精度、遙測、自動化、可移動和持續測量等特點。兩容器間的距離可達數十公里,如用于跨河與跨海峽的水準測量;通過一種壓力傳感器,允許兩容器之間的高差從過去的數厘米達到數米。   與高程測量有關的是傾斜測量(又稱撓度曲線測量),即確定被測對象(如橋、塔)在豎直平面內相對于水平或鉛直基準線的撓度曲線。各種機械式測斜(傾)儀、電子測傾儀都向著數字顯示、自動記錄和靈活移動等方向發展,其精度達微米級。   

具有多種功能的混合測量系統是工程測量專用儀器發展的顯著特點,采用多傳感器的高速鐵路軌道測量系統,用測量機器人自動跟蹤沿鐵路軌道前進的測量車,測量車上裝有棱鏡、斜傾傳感器、長度傳感器和微機,可用于測量軌道的3維坐標、軌道的寬度和傾角。液體靜力水準測量與金屬絲準直集成的混合測量系統在數百米長的基準線上可精確測量測點的高程和偏距。   

綜上所述,工程測量專用儀器具有高精度(亞毫米、微米乃至納米)、快速、遙測、無接觸、可移動、連續、自動記錄、微機控制等特點,可作精密定位和準直測量,可測量傾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度,還可測振動頻率以及物體的動態行為。

4.5 大型特種精密工程測量

   大型特種精密工程建設和對測繪的要求是工程測量學發展的動力。這里僅簡單介紹國內外有關情況。  

4.5.1  國內覽勝   

   三峽水利樞紐工程變形監測和庫區地殼形變、滑坡、巖崩以及水庫誘發地震監測,其規模之大,監測項目之多,都堪稱世界之最。不僅采用目前國內外最成熟最先進的儀器、技術,在實踐中也在不斷發展新的技術和方法,如對滑坡體變形與失穩研究的計算機智能仿真系統;擬進行研究的三峽庫區滑坡泥石流預報的3S工程等,都涉及到精密工程測量。隔河巖大壩外部變形觀測的GPS實時持續自動監測系統,監測點的位置精度達到了亞毫米。該工程 用地面方法建立的變形監測網,其最弱點精度優于±1.5 mm。   

北京正負電子對撞機的精密控制網,精度達±0.3 mm。設備定位精度優于±0.2 mm,200 m直線段漂移管直線精度達±0.1 mm。大亞灣核電站控制網精度達±2 mm,秦山核電站的環型安裝測量控制網精度達±0.1 mm。      上海楊浦大橋控制網的最弱點精度達±0.2 mm,橋墩點位標定精度達±0.1 mm;武漢長江二橋全橋的貫通精度(跨距和墩中心偏差)達毫米級。高454 m的東方明珠電視塔對于長114 m、重300 t的鋼桅桿天線,安裝的垂準誤差僅±9 mm。   

長18.4 km的秦嶺隧道,洞外GPS網的平均點位精度優于±3 mm,一等精密水準線路長120多公里。目前輔助隧道已貫通,僅一個貫通面的情況下,橫向貫通誤差為12 mm,高程方向的貫通誤差只有3 mm。   

4.5.2  國外簡述   

   國外的大型特種精密工程更不勝枚舉。以大型粒子加速器為例,德國漢堡的粒子加速器研究中心,堪稱特種精密工程測量的歷史博物館。1959年建的同步加速器,直徑僅100 m,1978年的正負電子儲存環,直徑743 m,1990年的電子質子儲存環,直徑2000 m。為了減少能量損失,改用直線加速器代替環形加速器,正在建的直線加速器長達30 km,100~300 m的磁件相鄰精度要求優于±0.1 mm,磁件的精密定位精度僅幾個微米,并能以納米級的精度確定直線度。整個測量過程都是無接觸自動化的。用精密激光測距儀TC2002K距離測量,其測距精度與ME5000相當,對平均邊長為50m的3 800條邊,改正數小于0.1 mm的占95%。美國的超導超級對撞機,其直徑達27 km,為保證橢圓軌道上的投影變形最小且位于一平面上,利用了一種雙重正形投影。所作的各種精密測量,均考慮了重力和潮汐的影響。主網和加密網采用GPS測量,精度優于1×10-6 D。   

露天煤礦的大型挖煤機開挖量的動態測量計算系統(德國)。大型挖煤機長140 m,高65 m,自重8 000 t,其挖斗輪的直徑17.8 m,每天挖煤量可達10多萬噸。為了實時動態地得到挖煤機的采煤量,在上安置了3臺GPS接收機,與參考站無線電實時數據傳輸和差分動態定位,挖煤機上兩點間距離的精度可達±1.5 cm。根據3臺接收機的坐標,按一定幾何模型可計算出挖煤機挖斗輪的位置及采煤層截曲面,可計算出采煤量,經對比試驗,其精度達7%~4%。這是GPS,GIS技術相結合在大型特種工程中應用的一個典型例子。   

   核電站冷卻塔的施工測量系統。南非某一核電站的冷卻塔高165 m,直徑163 m。在整個施工過程中,要求每一高程面上塔壁中心線與設計的限差小于±50 mm,在塔高方向上每10 m的相鄰精度優于10 mm。由于在建造過程中發現地基地質構造不良,出現不均勻沉陷,使塔身產生變形。為此,要根據精密測量資料擬合出實際的塔壁中心線作為修改設計的依據。采用測量機器人用極坐標法作3維測量,對每一施工層,沿塔外壁設置了1 600多個目標點,在夜間可完成全部測量工作。對大量的測量資料通過恰當的數據處理模型使精度提高了一至數倍,所達到的相鄰精度遠遠超過了設計要求。精密測量不僅是施工的質量保證,也為整治工程病害提供了可靠的資料,同時也能對整治效果作出精確評價。   

瑞士阿爾卑斯山的特長雙線鐵路隧道哥特哈德長達57 km,為該工程特地重新作了國家大地測量(LV95),采用GPS技術施測的控制網,平面精度達±7 mm,高程精度約±2 cm。以厘米級的精度確定出了整個地區的大地水準面。為加快進度和避開不良地質段,中間設了3個豎井,共4個貫通面,橫向貫通誤差允許值為69~92 mm(較只設一個貫通面可縮短工期11年)。整個隧道的工程投資預計約15億瑞士法朗,計劃于2004年全線貫通。   

   高聳建筑物方面,有人設想,在21世紀將建造2 000 m乃至4 000 m的摩天大廈,這不僅是建筑師的夢想,也是對測量工程師的挑戰。

 5.測繪工程發展現狀及未來展望

 5.1發展現狀

 

   測繪學的不同學科都在飛速發展:儀器制造業,已生產出了GPS接收機、各種測程的電磁波測距儀、全站儀、超站儀(測量機器人)等;作業對象,已從常規的地表(地球自然表面、地下一定深度范圍),發展到的多方面,例如:地下礦產資源的衛星遙感測量;其它星體的觀測;微粒子的質量、運行軌跡、速度等物理量的測量;偵察學中應用的犯罪痕跡測量(以攝影測量為主)等;作業方法,已從手工作業,發展到今天的行、測、記、算、繪自動化或者半自動化,大大地降低了勞動強度,加快了作業速度,減少了某些中間作業環節,提高了成果質量;理論研究方面,也日趨完善。

5.2未來展望

   儀器制造業,將趨于重量輕、體積小、功能多、自動化程度高、易于安置和攜帶、能夠全天候作業、耗能低。

   作業對象,由于自然科學、人文科學及政府決策的需要,將出現越來越多的作業對象,例如:位于地球上的新的特種工程的施工;安裝大型或精密儀器設備;到其它某個星球上進行實地測量;在計算機上存儲、處理、輸出地理信息等。

   作業方法,隨著新的作業對象的出現,將要求人們研究出相應的新的作業方法,以便按照所需要的速度(即在規定的時間內)達到所要求的作業精度,完成設計工程的施工安裝或為政府決策提供所需要的數據、圖件等其它資料。

   理論研究,將針對新出現的作業對象和作業方法,研究其測量方案實施的可行性及可達到的精度,并對測量成果進行后處理。

   作業速度,將因自動化程度的提高,明顯提高作業速度。

   作業質量,將因自動化程度的提高,提高了作業速度,減少了某些作業環節,從而,減弱或消除了某些誤差對成果的影響,提高了作業質量。

   未來大地點的平面位置確定方法,將由衛星定位(或者說GPS定位)所取代,地圖編繪、地形圖測繪將由數字化測圖所取代,遙感(RS)技術將得到越來越廣泛的應用,地理信息系統(GIS)將成為未來人文、地理信息管理的主流。

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