工程測量技術(shù)分析與探討

嚴召進

（貴州地質(zhì)工程勘察院，貴州 貴陽 550008）

工程測量技術(shù)分析與探討

嚴召進

（貴州地質(zhì)工程勘察院，貴州 貴陽 550008）

隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各種復(fù)雜的、特殊的、精密的工程建設(shè)不斷增多，相應(yīng)對工程測量技術(shù)的要求也越來越高。21世紀是知識經(jīng)濟的信息時代，推進數(shù)字測繪技術(shù)的發(fā)展及其在工程測量中的廣泛應(yīng)用，大力促進工程測量技術(shù)方法和手段的更新?lián)Q代，使工程測量技術(shù)向電子化、自動化、數(shù)字化、信息化方向邁進是工程測量技術(shù)發(fā)展的基本目標(biāo)。

工程測量；技術(shù)；測繪

1 前言

在工程建設(shè)的設(shè)計、施工和管理各階段中進行測量工作的理論、方法和技術(shù)，稱之為“工程測量”。工程測量是測繪科學(xué)與技術(shù)在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用，是綜合性的應(yīng)用測繪科學(xué)與技術(shù)。

以測繪城市和區(qū)域地物、地貌為目的大比例尺地形測量最近若干年來得到了迅猛發(fā)展。測繪方式的多樣化和集成化、測繪過程的自動化和實時化、測繪成果的數(shù)字化和可視化是其最主要的特點。

2 控制測量技術(shù)

GPS已成為建立平面控制網(wǎng)的一種常用手段。可以說，GPS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是本世紀測繪領(lǐng)域最輝煌的成就之一。隨著差分GPS定位技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，不僅是高等級的首級網(wǎng)和加密網(wǎng)，就連圖根點和航空攝影測量像控點的測定也廣泛采用了GPS。在許多地形測量項目中，光電測距導(dǎo)線早已成為一種最基本的控制測量方法。特別是當(dāng)使用全站儀時，可以將低等級的圖根控制與細部地形測量同步進行，從而提高總體作業(yè)效率。徠卡公司最新推出的全站儀與GPS完美結(jié)合，是集成了GPS功能的高性能全站儀(超站儀)，無需控制點、長導(dǎo)線和后方交會等工作，直接使用GPS確定該點的三維坐標(biāo)，然后就可以使用全站儀進行測圖、放樣等工作。高程控制測量過去一直沿用幾何水準測量的方法，這種方法耗時費力，效率較低。本世紀六七十年代以來，隨著電磁波測距技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了電子測距三角高程測量，國內(nèi)外在這方面均做了大量的理論研究和實驗論證工作，目前電子測距三角高程測量已可以代替三、四等水準測量，大部分規(guī)范也已采納了這些成果。電子測距三角高程測量無疑是幾何水準測量很好的補充手段。同時，隨著GPS在平面控制測量上日益廣泛的應(yīng)用，關(guān)于GPS在高程控制測量領(lǐng)域的應(yīng)用研究也掀起了熱潮。GPS擬合高程已可達到厘米級精度，許多單位已先后發(fā)表了相應(yīng)的生產(chǎn)或試驗成果。

3 地形圖測繪技術(shù)

大比例尺地形圖主要指的是 1∶500～1∶10000比例尺的地形圖。傳統(tǒng)的地形圖一般均是指線劃圖，這里不僅指線劃圖，而且還包括另一種極具應(yīng)用潛力的圖種:影像圖(DEM、DOM、DTM等)。目前，數(shù)字地形圖(包括數(shù)字線劃圖、數(shù)字正射影像圖等)已取代傳統(tǒng)的模擬地形圖，成為地形測量的主要產(chǎn)品。

3.1 全站儀野外數(shù)字測圖

全站儀大比例尺數(shù)字測圖實現(xiàn)了從野外數(shù)據(jù)采集、處理到繪圖過程的自動化和一體化。國內(nèi)已研制和開發(fā)了許多各具特色的大比例尺野外成圖軟件，比較有代表性的包括清華山維公司的EPSW系統(tǒng)、南方測繪公司的CASS系統(tǒng)、廣州開思測繪軟件有限公司的SCSG系統(tǒng)。這些系統(tǒng)已在國內(nèi)生產(chǎn)單位中得到比較廣泛的應(yīng)用。

近年來測繪界提出的“高端全站儀”，要求它不僅能適用于各種測量工作，而且還能用作“單人全站儀”，即只需一人便可進行測圖作業(yè)，而且在觀測點處作業(yè)。在這種情況下，為獲得高質(zhì)量的觀測成果，對儀器就要提出新的要求。

3.2 攝影測量技術(shù)的發(fā)展及其在大比例尺地形圖中的應(yīng)用

當(dāng)測繪的面積較大或測區(qū)條件困難時，使用攝影測量技術(shù)(包括航空攝影測量和地面攝影測量)進行地形測繪是一種常用的方法。最近若干年來，攝影測量技術(shù)有了兩個重大突破，第一是數(shù)字攝影測量技術(shù)趨于成熟并實際投入應(yīng)用；第二是GPS的出現(xiàn)使得攝影測量的外業(yè)控制變得簡單。它們都使得攝影測量方法的經(jīng)濟性和效率大大提高，競爭力和生命力進一步加強。

數(shù)字攝影測量也稱為軟拷貝攝影測量，它從根本上改變了攝影測量對價格昂貴、光機結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專門測圖儀器的依賴，是攝影測量領(lǐng)域的一次革命。基于微機的數(shù)字攝影測量系統(tǒng)目前可以高效率、高質(zhì)量地完成自動定向、空中三角測量、自動數(shù)字地面模型生成、自動正射影像圖制作和交互式數(shù)字測圖以及三維景觀模型采集等一系列作業(yè)，精度與通常的解析測圖儀相當(dāng)。雖然現(xiàn)在的系統(tǒng)尚存在不少缺陷，但數(shù)字攝影測量已成為攝影測量的技術(shù)主流。其代表的產(chǎn)品有:武漢適普工程系統(tǒng)公司和中國測繪科學(xué)研究院的國產(chǎn)數(shù)字攝影測量系統(tǒng)Virtuo ZoNT和JX-4ADPW，這兩個系統(tǒng)在國內(nèi)都已有一定數(shù)量的用戶，前者還有一批國外用戶。應(yīng)用數(shù)字攝影測量，除了獲得數(shù)字線劃圖、三維景觀模型外，還可以方便地獲得數(shù)字地面模型(DTM)和數(shù)字正射影像圖(DOM)。

3.3 高分辨率遙感技術(shù)在大比例尺測圖中的應(yīng)用

遙感技術(shù)在資源與環(huán)境、災(zāi)害監(jiān)測、小比例尺制圖等領(lǐng)域均有成功的應(yīng)用。但由于遙感圖像的分辨率較低，難以用于大比例尺制圖。近年來，由于新型高分辨率衛(wèi)星遙感圖片的出現(xiàn)，為城市或區(qū)域大比例尺制圖提供了一種新的數(shù)據(jù)源。IKONOS衛(wèi)星于1999年9月24日發(fā)射成功，是世界上第一顆提供高分辨率衛(wèi)星影像的商業(yè)遙感衛(wèi)星。可以提供地面分辨率達1m的IKONOS數(shù)字圖像，該圖像可以用于制作1∶10000比例尺的數(shù)字正射影像圖、數(shù)字地面模型和數(shù)字線劃圖。QuickBird是DigitalGlobel公司于2001年10月18日在美國發(fā)射成功的高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星，QuickBird在地面的分辨率為0.61m，能夠滿足更專業(yè)、更廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的遙感用戶，為用戶提供更好、更快的遙感信息源服務(wù)。2007年9月18日，DigitalGlobel公司宣布在加州的范登堡空軍基地成功發(fā)射了一顆0.5m級分辨率的商業(yè)衛(wèi)星:WorldView-1，WorldView-1為當(dāng)今世界最具敏捷性的一顆商業(yè)衛(wèi)星，這是2007年波音航空公司為Digital－Globel公司繼QuickBird后成功發(fā)射的第二顆商業(yè)衛(wèi)星，該圖像完全滿足制作1∶10000比例尺的數(shù)字正射影像圖、數(shù)字地面模型和數(shù)字線劃圖，也可望在1∶5000地形圖的修測中發(fā)揮積極的作用。

3.4 其它的地形測圖技術(shù)

其它的地形測圖技術(shù)主要是指將GPS與其它傳感器集成于一定運載工具上而形成的數(shù)字測圖技術(shù)及直接利用GPS測圖的技術(shù)。主要包括:

(1)機載激光雷達系統(tǒng)。激光雷達技術(shù)是近數(shù)十年來攝影測量與遙感領(lǐng)域最具革命性的成就之一，是目前最先進的對地攝影測量系統(tǒng)。在DGPS、IMU支持下，激光掃描系統(tǒng)通過激光掃描器和距離傳感器，經(jīng)由微計算機對測量資料進行內(nèi)部處理，顯示或存儲、輸出距離和角度等資料，并與距離傳感器獲取的數(shù)據(jù)相匹配，經(jīng)過相應(yīng)軟件進行一系列處理來獲取被測目標(biāo)的表面形態(tài)和三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而進行各種量算或建立立體模型。該技術(shù)的最初目的主要是獲取困難地區(qū)的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)。在這些困難地區(qū)，例如森林，沙灘等，使用常規(guī)攝影測量方法費時、費力，很難獲取高精度的地面高程模型數(shù)據(jù)。使用機載激光雷達系統(tǒng)，可以高效、高精度地直接獲取地面的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。

(2)水下測繪系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種移動測繪系統(tǒng)，主要由GPS接收機、自動測深儀、數(shù)據(jù)采集軟件和通訊設(shè)備等組成，平面測繪精度取決于GPS的作業(yè)方式和接收機的性能，高程精度則與測深儀有關(guān)。它們已在大比例尺水下地形測量實踐中得到了廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)代表的產(chǎn)品有中海達水下測繪系統(tǒng)、南方水下測繪系統(tǒng)。

(3)RTK數(shù)字測圖技術(shù)。隨著實時動態(tài)差分RTK技術(shù)的進一步完善，人們提出了RTK測圖的設(shè)想，就是將RTK當(dāng)成全站儀，配置相應(yīng)的支持軟件直接用于測圖，該方法在地物稀少、植被覆蓋不厚的測區(qū)中具有良好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語

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(jīng)濟建設(shè)發(fā)展和社會進步的需要。擺在我們面前的任務(wù)是：大力促進工程測量技術(shù)方法與手段的更新?lián)Q代，積極推動新技術(shù)的推 廣與應(yīng)用，充分利用控制測量技術(shù)、地形圖測繪技術(shù)、全站儀野外數(shù)字測圖、攝影測量技術(shù)、高分辨率遙感技術(shù)等等，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(guān)學(xué)科的研究，不斷拓寬工程測量服務(wù)新領(lǐng)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。

[1]韓有文.基于RTK技術(shù)的鐵路工程測量技術(shù)研究[J].科技資訊，2009-07-13.