基于我國測(cè)繪儀器現(xiàn)狀和發(fā)展上的幾點(diǎn)思考

摘要結(jié)合我國測(cè)繪儀器現(xiàn)階段發(fā)展情況，分析國內(nèi)測(cè)繪儀器發(fā)展方向，提出幾點(diǎn)關(guān)于國內(nèi)測(cè)繪儀器的發(fā)展思路:一是注重發(fā)展常規(guī)儀器;二是研制新型測(cè)繪儀器，三是注重專業(yè)人才的培養(yǎng)。

中圖分類號(hào):TH7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1 國內(nèi)測(cè)繪儀器現(xiàn)狀

測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展，很大程度上取決于測(cè)繪儀器的更新?lián)Q代。從公元1730年英國人西森成功研制第一臺(tái)游標(biāo)經(jīng)緯儀至今，測(cè)繪儀器已廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)基礎(chǔ)建設(shè)。目前，國內(nèi)測(cè)量上應(yīng)用比較廣泛的測(cè)繪儀器有數(shù)字水準(zhǔn)儀、電子經(jīng)緯儀、全站儀、GPS以及各種工程激光類儀器。我國測(cè)繪儀器制造業(yè)起步較晚，但發(fā)展速度較快，在改革開放政策的正確引導(dǎo)下，通過引進(jìn)新設(shè)備、新技術(shù)，大大促進(jìn)了我國測(cè)繪儀器新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和質(zhì)量的提高。我國測(cè)繪儀器正向著自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。

(1)水準(zhǔn)儀，出現(xiàn)于望遠(yuǎn)鏡和水準(zhǔn)器之后，按結(jié)構(gòu)分為微傾水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、激光水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀。20世紀(jì)初，在制造出內(nèi)調(diào)焦距的望遠(yuǎn)鏡和符合水準(zhǔn)器的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出微傾水準(zhǔn)儀，50年代研制出自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，60年代研制出激光水準(zhǔn)儀，90年代研制出數(shù)字水準(zhǔn)儀，本世紀(jì)初電腦型水準(zhǔn)儀也已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)踐。目前，國內(nèi)生產(chǎn)最多，銷售量最大的要數(shù)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀。自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀在規(guī)模工程乃至建筑、交通建設(shè)中仍是簡(jiǎn)易、高效、性價(jià)比較高的儀器，市場(chǎng)上需求量最大。數(shù)字水準(zhǔn)儀配合專門的條碼水準(zhǔn)尺，通過儀器中的內(nèi)置數(shù)字成像系統(tǒng)，自動(dòng)獲取水準(zhǔn)尺的條碼讀數(shù)，能夠有效的減少測(cè)量時(shí)間和人為的讀數(shù)誤差，提高了測(cè)量效率，因此在國內(nèi)市場(chǎng)占有率也很高。

(2)經(jīng)緯儀，由早期的游標(biāo)經(jīng)緯儀、光學(xué)經(jīng)緯儀、發(fā)展到現(xiàn)在的激光經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀并逐步向智能型經(jīng)緯儀發(fā)展。目前市場(chǎng)上電子經(jīng)緯儀需求量最大，光學(xué)經(jīng)緯儀已較少使用，游標(biāo)經(jīng)緯儀早已被淘汰。電子經(jīng)緯儀采用光柵增量式數(shù)字角度測(cè)量系統(tǒng)，使用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算、顯示、存儲(chǔ)等多項(xiàng)功能，可廣泛應(yīng)用于國家和城市的三角控制測(cè)量、鐵路、公路、橋梁、水利、礦山等方面的工程測(cè)量，以及建筑、大型設(shè)備安裝和地籍、地形等多種工程測(cè)量。激光經(jīng)緯儀利用激光這種方向性極強(qiáng)、能量十分集中的光輻射進(jìn)行測(cè)量工作，適用于精度要求較高的角度坐標(biāo)測(cè)量和定向準(zhǔn)直測(cè)量，對(duì)于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程的高精度、方便性及自動(dòng)化是十分有利的。然而，隨著全站儀的普遍使用及其測(cè)角精度的逐漸提高，經(jīng)緯儀面臨著越來越巨大的挑戰(zhàn)。

(3)全站儀是一種集光、機(jī)、電為一體的高新技術(shù)測(cè)量?jī)x器，廣泛應(yīng)用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測(cè)量或變形監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。全站儀的發(fā)展經(jīng)歷了從組合式到整體式的發(fā)展過程，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，全站儀擁有了全新的發(fā)展方向--電腦型全站儀。電腦型全站儀使用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠快速辨別、鎖定、跟蹤、自動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo)和高精度測(cè)量，具有更加完備的測(cè)量軟件和足夠大的數(shù)據(jù)內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)、圖形和文本顯示功能，即可遠(yuǎn)距離遙控運(yùn)行，也可以在機(jī)載應(yīng)用控制程序下使用。全站儀發(fā)展的另一個(gè)方向是適用于礦井下黑暗、潮濕、多粉塵等惡劣環(huán)境的防爆型全站儀。防爆型全站儀能夠在多種惡劣環(huán)境中對(duì)變形體實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，是普通全站儀所不能及的。防爆型全站儀的誕生與應(yīng)用大大降低了井下作業(yè)的危險(xiǎn)系數(shù)，更有利于生產(chǎn)的順利進(jìn)行?？上覈蟛糠譁y(cè)繪儀器制造商還不具有獨(dú)立研制、生產(chǎn)防爆型全站儀的能力。即使少數(shù)企業(yè)能夠生產(chǎn)防爆型全站儀，但產(chǎn)品的防塵、防水、內(nèi)部光學(xué)器件的穩(wěn)定性以及測(cè)量精度、使用壽命同全進(jìn)口的儀器相比還是存在很大差距。

(4)GPS定位技術(shù)從誕生之初到現(xiàn)在已廣泛滲入工程測(cè)量、地籍測(cè)量、高程控制測(cè)量等領(lǐng)域。RTK采用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分(Real - time kinematic)方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。它的出現(xiàn)為公路控制測(cè)量、電子線路控制測(cè)量、水利工程控制測(cè)量、大地測(cè)量等外業(yè)作業(yè)帶來了新曙光。RTK實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)高精度定位，沒有白天與黑夜的限制，不必選點(diǎn)、造標(biāo)，可以在一個(gè)瞬間獲得厘米級(jí)精度的測(cè)站坐標(biāo)，測(cè)一個(gè)控制點(diǎn)在幾分鐘甚至于幾秒鐘內(nèi)就可完成，不僅大大減少人力強(qiáng)度，而且節(jié)省測(cè)量費(fèi)用和測(cè)量時(shí)間。RTK最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)檢測(cè)測(cè)量成果。一般情況下，在外業(yè)測(cè)設(shè)過程中不能實(shí)時(shí)知道定位精度，如果測(cè)設(shè)完成后，回到內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求，還必須返測(cè)。采用RTK來進(jìn)行控制測(cè)量，能夠?qū)崟r(shí)知道定位精度，如果點(diǎn)位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測(cè)了，而且知道觀測(cè)質(zhì)量如何，這樣可以大大提高作業(yè)效率。目前，在GPS技術(shù)開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用方面，國際上較為知名的生產(chǎn)廠商有美國Trimble(天寶)導(dǎo)航公司、瑞士Leica Geosystems(徠卡測(cè)量系統(tǒng))、日本Topcon(拓普康)公司。國內(nèi)少數(shù)測(cè)繪儀器制造商如廣州中海達(dá)，上海華測(cè)導(dǎo)航和南方測(cè)繪等已具備生產(chǎn)GPS接收機(jī)的能力，但產(chǎn)品性能還有待進(jìn)一步提高。GPS由靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)RTK將在高級(jí)控制測(cè)量中逐步取代全站儀測(cè)量，逐步發(fā)展成為常規(guī)測(cè)量的基本手段。

2 基于發(fā)展上的思考

2.1 發(fā)展常規(guī)儀器

測(cè)繪儀器研制和開發(fā)周期長、難度大，目前只有歐洲、日本、美國等極少數(shù)公司具有生產(chǎn)高性能測(cè)繪儀器的能力，世界市場(chǎng)還很大。進(jìn)口儀器因其較高的可靠性和穩(wěn)定性，深受廣大使用者的青睞。在公路、鐵路、橋梁、水利、以及大型設(shè)備安裝、變形監(jiān)測(cè)等工程中，價(jià)格較高的進(jìn)口儀器依然占主導(dǎo)地位。國產(chǎn)儀器價(jià)格一般為進(jìn)口儀器價(jià)格的四分之一到十分之一不等，因價(jià)格便宜，也具有較好的市場(chǎng)占有率。受儀器測(cè)量精度的限制，大部分國產(chǎn)儀器局限于精度要求不是很高的普通測(cè)量。同進(jìn)口儀器相比表現(xiàn)出的劣勢(shì)，使得國產(chǎn)儀器很難進(jìn)一步提高市場(chǎng)占有率，因此國內(nèi)測(cè)繪儀器在一定程度上還具有很大的發(fā)展空間。

筆者于2010年春做過一項(xiàng)關(guān)于測(cè)繪儀器的市場(chǎng)調(diào)查，就調(diào)查反饋情況來看，國產(chǎn)測(cè)繪儀器主要存在的問題有:儀器易出現(xiàn)卡軸現(xiàn)象，導(dǎo)致儀器無法制動(dòng);補(bǔ)償器氣泡不穩(wěn)定，誤差增大，難以保證測(cè)量所需精度;輕微的地面搖晃就會(huì)影響儀器正常讀數(shù)，電子系列儀器反應(yīng)速度慢，延誤測(cè)量進(jìn)度;儀器接口與電腦接口不匹配，測(cè)量的數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)诫娔X，造成數(shù)據(jù)白白丟失。國內(nèi)儀器制造商可從以上幾個(gè)方面著手，以提高儀器的精度、可靠性、穩(wěn)定性以及自動(dòng)排除干擾能力作為發(fā)展的第一步，不斷提高儀器的質(zhì)量、改善儀器性能、提高儀器的反應(yīng)速度、增強(qiáng)儀器的環(huán)境適應(yīng)能力、豐富測(cè)量軟件的功能，使國產(chǎn)測(cè)繪儀器走出中國，逐漸占領(lǐng)國際常規(guī)測(cè)繪儀器市場(chǎng)。

2.2 研制新型測(cè)繪儀器

測(cè)繪科學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬化測(cè)繪到數(shù)字化測(cè)繪階段，并逐步向信息化測(cè)繪階段過渡。信息時(shí)代測(cè)繪學(xué)科最鮮明的特征是測(cè)繪和大地測(cè)量已從單純的幾何測(cè)量發(fā)展成為研究空間數(shù)據(jù)的信息科學(xué)。所謂空間數(shù)據(jù)，即包括事物的空間特性還包括屬性特征。也就是說信息時(shí)代測(cè)繪學(xué)科不僅需要解決空間定位問題，還要采集空間屬性數(shù)據(jù)。三維激光掃描儀的誕生滿足了快速、準(zhǔn)確、有效的獲取空間三維信息的要求。

三維激光掃描儀采用非接觸主動(dòng)測(cè)量方式直接獲得高精度三維數(shù)據(jù)，能夠?qū)θ我馕矬w進(jìn)行掃描，且沒有白天黑夜的限制。能夠快速將現(xiàn)實(shí)世界的信息轉(zhuǎn)換成可以處理的數(shù)據(jù)。利用三維激光掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建實(shí)體三維幾何模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用于災(zāi)害評(píng)估、建立3D城市模型、大型建筑變形監(jiān)測(cè)。測(cè)量上利用三維激光掃描儀進(jìn)行大范圍數(shù)字高程模型的高精度實(shí)時(shí)獲取、城市三維模型重建、局部區(qū)域的地理信息獲取，對(duì)促進(jìn)信息化社會(huì)的發(fā)展起了很好的推動(dòng)作用。

生產(chǎn)三維激光掃描儀技術(shù)要求很高，只有少數(shù)幾家測(cè)繪儀器生產(chǎn)企業(yè)能夠規(guī)?；a(chǎn)三維激光掃描儀。目前，國內(nèi)還沒有任何測(cè)繪儀器制造企業(yè)自主研制和生產(chǎn)高性能三維激光掃描儀。因此，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型測(cè)量?jī)x器成為我國測(cè)繪儀器發(fā)展的又一重點(diǎn)。

2.3 培養(yǎng)測(cè)繪儀器研究、開發(fā)人才

測(cè)繪儀器是高科技產(chǎn)品，但是大多數(shù)國內(nèi)儀器制造企業(yè)缺乏核心技術(shù)，專業(yè)人才流失嚴(yán)重，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利不多，創(chuàng)新少，雷同產(chǎn)品多，國產(chǎn)測(cè)繪儀器市場(chǎng)占有率不高。國產(chǎn)測(cè)繪儀器要想走出國門，占領(lǐng)世界市場(chǎng)就不能完全靠效仿，而要另辟蹊徑，研究新技術(shù)，攻克新課題，發(fā)展自主產(chǎn)業(yè)。

產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開高素質(zhì)人才。在測(cè)繪科學(xué)發(fā)展的不同階段，社會(huì)對(duì)測(cè)繪人才的需要也不同。21世紀(jì)測(cè)繪事業(yè)已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，培養(yǎng)符合社會(huì)要求的高素質(zhì)、高技能的復(fù)合型人才成為促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

培養(yǎng)符合社會(huì)要求的高素質(zhì)、高技能人才最重要的是提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量。高校是培養(yǎng)人才的倉庫，高校測(cè)繪教育工作者要根據(jù)社會(huì)對(duì)不同人才的需要而不斷調(diào)整和改變教學(xué)計(jì)劃，注重學(xué)生基礎(chǔ)技術(shù)素質(zhì)的訓(xùn)練，加強(qiáng)學(xué)生的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

其次是在人才的培養(yǎng)過程中加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。測(cè)繪教育工作者有序組織、安排學(xué)生參加工廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)，幫助工廠攻關(guān)，突破一些關(guān)鍵技術(shù)。學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)習(xí)中，因此掌握了更多儀器知識(shí)和生產(chǎn)技術(shù)。理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，促進(jìn)了學(xué)生自我素質(zhì)的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維以及想問題、解決問題的能力，進(jìn)一步鞏固和加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。工廠方面不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本也可以通過購買學(xué)生的專利技術(shù)來提高產(chǎn)品的檔次，逐步提升企業(yè)實(shí)力。

3 展望

測(cè)繪業(yè)是集空間技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的行業(yè)，在空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)和數(shù)字地球發(fā)展中占領(lǐng)了不可替代的重要位置。測(cè)繪業(yè)的發(fā)展極大的依賴于儀器設(shè)備的進(jìn)步。隨著信息化社會(huì)的不斷發(fā)展，測(cè)繪儀器在構(gòu)建信息化社會(huì)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。市場(chǎng)對(duì)測(cè)繪儀器的要求也越來越高。近年來世界各國測(cè)繪儀器制造商正在不斷的創(chuàng)造更多方便、快捷的測(cè)繪儀器，國內(nèi)測(cè)繪行業(yè)也在全球信息化的大浪潮中勵(lì)精圖治、改革創(chuàng)新，在近幾年的發(fā)展中積累了不少經(jīng)驗(yàn)。雖然我國測(cè)繪業(yè)起步晚，但筆者相信在不久的將來，中國測(cè)繪儀器必將走出國門，走向世界，以嶄新的姿態(tài)迎接世界人民的考驗(yàn)。

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