福建省工程測量學科發展研究報告

福建省測繪學會工程測量專業委員會

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福建省工程測量學科發展研究報告

福建省測繪學會工程測量專業委員會

介紹福建省工程測量學科發展的現狀，總結福建省工程測量學科發展存在的問題和差距，進一步分析本省工程測量的發展及面臨的機遇和挑戰。提出隨著我省連續運行衛星定位服務系統的建設，將對測量方式產生革命性影響，同時在無人機的引進和推廣、2000國家大地坐標系的推廣和應用、區域似大地水準面精化技術大規模應用、城市GIS的發展、精密工程測量和變形觀測工作的開展、工程測量人才的培養等方面提出我省的發展方向。

福建省 工程測量 發展現狀 發展趨勢

1 引言

工程測量學是研究地球空間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性學科。它主要以建筑工程、機器和設備為研究服務對象。

工程測量學是一門歷史悠久的學科，是從人類生產實踐中逐漸發展起來的。在古代，它與測量學并沒有嚴格的界限。早在公元前27世紀建設的埃及大金字塔，其形狀與方向都很準確，這說明當時就已有了放樣的工具和方法。我國早在夏商時代，為了治水就開始了水利工程測量工作。到20世紀初，由于西方的第一、二次技術革命和工程建設規模的不斷擴大，工程測量學開始受到人們的重視，并發展成為測繪學的一個重要分支。它的發展經歷了一條從簡單到復雜、從手工操作到測量自動化，從常規測量到精密測量的發展道路，它的發展始終與時代的生產力水平相同步。

隨著改革開放和社會主義建設事業的飛速發展，隨著傳統的測繪技術已經向數字化測繪技術轉化，正向信息化測繪體系發展，模擬的測繪產品向4D產品轉化，傳統的測繪業向地理信息產業轉化，我國工程測量技術得到快速的發展。其發展的趨勢和特點是：測量方案追求科學化、合理化；數據采集和處理趨向自動化、智能化、實時化、數字化；數據管理趨向集成化、標準化、可視化；數據傳輸與應用呈現網絡化、多樣化、社會化。3S技術、數字測繪技術、網絡技術以及先進的測量儀器等廣泛地應用于工程測量中，并發揮其主導作用。

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。工程測量的研究應用領域非常廣泛，發展變化也很快。在學科上可劃分為普通工程測量和精密工程測量。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。

目前國內對與工程建設有關的工程測量的劃分爭議比較大，各有各的道理，有按勘測設計、施工建設和運行管理三個階段劃分的；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、軍事工程測量、3維工業測量等。

2 福建省工程測量學科發展現狀

2.1 城市及工程控制測量

城市及工程控制測量是進行各種工程測量的基礎與基準。根據不同的需要和任務建立的控制網包括城市控制網、工程控制網、形變監控網等。新中國成立以來，我省工程控制測量技術隨著科技進步和新成就，特別是電子計算機技術、激光技術、空間技術等科技成就與應用，極大地推動工程控制測量技術的進步與發展，發生了翻天覆地的變化，從三角測量、邊角測量發展為衛星定位測量（GPS）和CORS站網測量等。

2.1.1 GPS定位技術已在城市與工程控制網的建設中占主導地位

全球衛星定位技術（GPS）是美國從20世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有海、陸、空進行全方位實施三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。 1990年，我國只有個別城市與工程控制網采用GPS定位技術，隨著GPS定位技術的不斷改進，軟、硬件的不斷完善，到目前為止，我省所有的城市控制網的建立與改造，都是采用GPS定位技術完成的，相當多的大型工程控制，以及鐵路、公路建設和隧道工程控制網也采用GPS定位技術。GPS定位技術在工程控制網中的重要地位及其良好的精度與經濟效益已為工程測量界所公認，可以認為，GPS定位技術在城市與工程控制網的建立與改造中已占主導地位，GPS定位技術在我國已經發展到了較高水平。

2.1.2 電子水準儀在高程測量上得到普遍應用

電子水準儀又稱數字水準儀，它是以自動安平水準儀為基礎，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器（CCD）,并采用條碼標尺和圖象處理電子系統二構成的光機電測一體化的高科技產品。它具有精度高，沒有人為讀數誤差、誤記問題，其測量時間與傳統儀器相比可以節省1/3左右。由于只需調焦和按鍵就可以自動讀數、自動記錄、檢核，省去了報數、聽記、現場計算的工作量，水準測量現場測量人員可以節省1名，可以大幅提高水準測量的生產效率，目前在我省得到普遍的應用。

2.1.3 區域似大地水準面精化工作初步開展

眾所周知，采用GPS技術可以很容易得到高精度的三維坐標，但是GPS技術測量得到的是大地高，要得到我們平常使用的85高程值（正常高），需要知道參考橢球面到似大地水準面差距（即高程異常），大地高等于正常高與高程異常之和。在GPS技術測量大地高精度很容易達到厘米級的情況下，高程異常值的測量精度將直接決定正常高的測量精度。近年來，我省經濟發達地區，對厘米級似大地水準面的需求十分迫切。高精度的似大地水準面結合GPS定位技術可以得到高精度的正常高，使GPS直接測定正常高成為可能，不但節約大量人力物力，產生巨大的經濟效益，而且具有特別重要的科學意義和社會效益。

2004年，福建省測繪局開始全省區域似大地水準面精化工作，經過二等、三等水準聯測，結合全省重力資料，經數據處理，全省似大地水準面內符合精度：平原地區為5.6cm，丘陵地區為6.7 cm，山區為5.7 cm。這是我省第一次開展似大地水準面精化工作。近年來，我省的廈門市、泉州市、漳州市、龍巖市、福州市、莆田市、寧德市和晉江、石獅等部分地區陸續開展了小面積的區域似大地水準面精化工作，其內符合精度在±1.0cm～±5.0 cm之間，為當地的測繪工作提供了極大的便利。

2.2 大比例尺地形圖測繪

大比例尺地形圖是城市工程建設、管理的重要基礎資料，是城市工程建設中一項重要基礎工作和技術內容。大比例尺地形圖測繪是工程測量的重要內容和任務。隨著科技進步和國民經濟飛速發展，我省的大比例尺地形圖測繪技術也在不斷發展。

2.2.1 數字化測圖已經全面取代模擬法測圖

傳統的模擬法測圖是用儀器在野外測量角度、距離、高差，作記錄，在室內作計算、處理，繪制地形圖，屬于純手工作業，內容繁瑣，勞動強度巨大，測繪人員十分辛苦，測圖精度在繪圖過程中損耗嚴重，難以適應飛速發展的城市建設和現代化工程建設的需要。隨著全站儀的廣泛應用和數字化測圖軟件的成熟，把野外數據采集的先進設備與微機及數控繪圖儀三者結合起來，形成一個從野外或室內數據采集、數據處理、圖形編輯和繪圖的數字化測圖系統。與傳統的模擬法測圖相比，數字化測圖具有測圖用圖自動化、圖形數字化、點位精度高、便于成果更新、能以各種形式輸出成果、方便成果的深加工利用、可作為GIS的重要信息源等優點。我國數字化測繪技術從1985左右開始發展，到目前已經是非常成熟的技術。目前，在我省，大比例尺地形圖測繪方面，數字化測圖已經全面取代傳統的模擬法測圖，占據主流地位，據了解，我省有80％以上的大比例尺地形圖都是用數字化測圖技術完成的。

2.2.2 基于數碼航攝的大比例尺地形圖航測成圖逐步興起

傳統的航空攝影測量使用的是普通相機，其拍攝的膠卷需要經過沖洗、放大，再進行掃描，才能進行航測成圖，由于影像的分辨率有限，故傳統的航空攝影測量很難滿足大比例地形圖的精度要求，主要用于1：5000、1：10000以上的小比例尺地形圖的生產。而近年來，隨著數字相機的不斷發展，利用先進的數字相機進行航空攝影從而獲得高分辨率的數碼影像，生產大比例尺地形圖成為可能，其基本原理與傳統的航空攝影測量相似，也是基于攝影測量的基本原理，應用計算機技術、數字影像處理、影像匹配、模式識別等多學科的理論與方法，生產數字地形圖。不同的是，所獲取的原始航片數據是數碼影像，無需經過沖洗、放大、掃描，可以直接使用，不會有精度損失，其地面分辨率高，可以滿足大比例尺地形圖生產的需要。

與全野外數字化測量相比，基于數碼航攝的大比例尺地形圖航測成圖具有成本低廉、成圖周期短、可以生產多種產品的優點，在我省已經成為大面積生產大比例尺地形圖的一種重要手段。泉州、廈門、龍巖、南平、福州、晉江、石獅等縣市已經開展了從1：500、1：2000比例尺地形圖的生產實踐，在滿足相應比例尺地形圖精度要求的前提下，節省了大量的經費，同時可以提供DLG、DOM、DEM等多種產品，為建立各類專業的信息系統和基礎地理信息平臺提供了可靠的數據保證，為當地經濟建設提供有力的保障。

不足之處在于，由于福建省是個多山的省份，很多地市、縣市規劃區附近的山比較高，限制了航空攝影比例尺，從而限制了1:500比例尺的地形圖的生產。另外，福建的下雨天數很多，雨季較長，航空攝影也受到較大的影響。

2.3 線路測量

線路測量是指鐵路、公路、管道、輸電線路、水渠、河道等線狀工程在勘測設計、施工建造和運營管理三個階段中所進行的測量工作的總稱。線路測量的主要任務是：①在勘測設計階段：為線路工程的各設計階段提供充分、詳細的地形資料。②在施工建造階段，配合施工的進度，將線路中線及其構筑物按設計文件要求的位置、形狀和規格，正確地放樣于地面。③在運營管理階段：檢查、監測線路的運營狀態，并為線路上各種構筑物維修、養護、改建、擴建提供資料。

線路測量一般為線狀，其控制測量一般由GPS點和導線網構成，要求全線貫通水準，地形圖獲取一般采取航測成圖方法，城市市政道路一般采取現場數字化測量方法。施工放樣的測量主要由全站儀，采用極坐標法進行，在測量中由于全站儀不斷發展，內置多種實用的小程序，簡化了測量操作，提高測量工效。

另外，GPS RTK技術開始用于線路測量的多個方面。GPS RTK技術具有作業效率高、定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累，作業自動化、集成化程度高，操作簡便，容易使用，數據處理能力強等優點，在近年來得到很大的發展。在福建省的線路測量的中樁測量、碎部測量、施工放樣、低等級控制測量、征地測量、竣工測量等方面，都開始應用GPS RTK技術，其僅需一人操作，流動站利用內裝式軟件控制系統，無需人工干預便可自動實現多種測繪功能，幾秒鐘即得一點坐標，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了勞動效率。

我省的線路測量十分普遍。先后開展了福廈漳高速公路、京福高速公路、沈海高速公路、溫福鐵路、福廈高速鐵路、LNG燃氣管道、廈門—高集220千伏高壓輸電線路工程、500千伏水口—泉州輸電線路工程等線路測量工作，廣大測繪工作者辛勤勞動，保證了項目的順利開展，有力地促進了我省經濟發展和社會進步。

2.4 地下管線測量

城市地下管線包括給水、排水、燃氣、電信、電力、熱力、工業管道等，是城市基礎設施的重要組成部分，被稱為城市的“生命線”。地下管線的圖紙、資料是城市規劃管理的重要基礎信息。

20世紀90年代前，受探測技術、設備發展水平的限制，城市地下管線測量基本上是采用開井或開挖少量樣洞進行探測，實地對照核實調查，以傳統的測繪方法測定管線點三維坐標，室內編制管線圖。開井探測技術既費工費力，成本高，還經常破壞路面、綠地，是限于當時技術條件的一種無奈之舉。20世紀90年代初，隨著電磁探測技術進步和地下管線探測儀器引進，物理探測方法成為地下管線普查探測的主要技術手段。21世紀以來，物探技術結合數字化測繪技術、3S技術，“內外業一體化”探測技術成為城市地下管線普查探測的主要技術手段，有條件的城市還建立了城市地下管線數據庫。地下管線探測基本實現了數據采集和處理數字化、自動化，數據規格的標準化、規范化，數據管理的信息化、可視化。

2000年以來，我省的所有地級市和部分縣級市也開展地下管線測量工作，福州、廈門、泉州和莆田等應用“內外業一體化”探測技術進行測量，建立了城市地下管線數據庫。

2.5 變形監測

變形監測是指對建筑物、構筑物及其地基由于荷重和地質條件變化等外界因素引起的各種變形（空間位移）的測定工作。其目的在于了解建筑物的穩定性，監視它的安全情況，研究變形規律，檢驗設計理論及其所采用的計算方法和經驗數據，是工程測量學的重要內容之一。主要涉及以下內容：變形信息的獲取、變形信息的分析與解釋、變形預報。

變形監測主要包括沉降觀測、位移觀測、撓度觀測、轉動角觀測和振動觀測等。

目前，災害的監測與防治已越來越受到全社會、全人類的普遍關注，政府及主管部門十分重視，福建省近年來也開始了變形觀測的工作，主要集中在大型橋梁、隧道、大壩、大堤、高層建筑、滑坡等的監測方面。例如，為保證人民群眾的生命財產安全，福建省測繪院在永泰縣城峰鎮東門旗山進行了大型滑坡監測，每天24小時隨時監測，連續觀測近一個月；福州市勘測院為福州閩江1－6橋、市區部分高架橋定期進行變形觀測；福建省地質測繪院為福州地鐵、世茂茶亭等項目進行了基坑監測等等。

觀測時主要采用精密水準儀、全站儀、激光準直儀、自動傾斜儀、測斜儀等進行，有的甚至采用光電傳感技術，實現了觀測的自動化。

變形觀測的難點在數據整理和分析方面。由于福建省在變形觀測方面起步不久，在資料分析方面很薄弱，與國內比，有相當的差距。通常只是將各種變形值編繪成各種圖表，如變形值過程線和建筑物變形分布圖等。這些圖表只能初步了解建筑物的狀況、變形規律，判斷建筑物的運營是否正常，而沒有進行進一步的分析。

2.6 隧道工程測量

隧道屬于地下工程，且大多數與交通相關。隨著現代化建設和交通的快速發展，我省地下隧道工程項目也日益增多，包括公路隧道、鐵路隧道、水利工程輸水隧道、礦山隧道、城市地下鐵道工程、人防工程以及地下廠房倉庫（洞室）等等，例如京福高速公路的金雞山隧道、沈海高速公路的飛鸞嶺隧道、溫福鐵路的雞面山隧道、福州二水源的引水隧道、福州地鐵工程、龍巖地區礦山測量等。隧道工程測量是工程測量的分支,是測繪科學在地下工程建設中的應用。

隧道工程測量是由地面測量、地面和地下聯系測量（豎井聯系測量）、地下測量三部分組成,以地下為主。①地面部分工作與常規的測量一樣，主要是在地面上建立平面和高程控制網，各種比例尺地形圖獲取及運營時的變形監測等。②豎井聯系測量：將地面上的坐標、方向和高程等數據傳到地下，建立地面、地下統一的坐標系統。③地下測量：為洞內施工測量建立地下平面和高程控制網，并根據隧道設計數據進行放樣、指導開挖及襯砌等的中線及高程測量。

隧道工程測量的工作環境主要是地下或封閉的空間,其作業方法,作業程序等與常規的地面測量存在一定的差別,其主要特點如下：（1）測量空間狹窄,測量條件差,并有煙塵,滴水,人和機械干擾的可能；（2）施測對象灰暗,一般無自然光,照度不理想；（3）工程精度要求高,而且允許耗時短,有時需要現場提交成果；（4）測量的網型受地下條件限制,成果的可靠性主要依靠重復測量來保證。

根據隧道工程施工的特點和需要，防震動、防潮濕、防干擾的全站儀在地下導線測量和施工放樣中得到廣泛應用。全站儀利用電子手簿，通過人機交互，可實現地下測量數據自動處理和圖形編輯，還可以把由微機控制的跟蹤設備加到全站儀上，能對地下一系列目標實現自動測量，即所謂測地機器人，為地下工程測量實現自動化開辟了道路。無棱鏡測距儀的應用解決了地下人無法到達的測量點的測量工作，保障了地下測量人員的安全。激光指向儀在地鐵、隧道、水道的掘進導向中發揮重要作用。陀螺經緯儀在地下工程定向中取代傳統的定向方法，尤其是新一代陀螺儀和全站儀組合，形成了陀螺全站儀，采用微機控制，能自動、連續地觀測陀螺擺動并能補償外部條件的干擾，并且觀測時間短，精度高，標志著地下工程陀螺定向將向自動化方向邁進。

2.7 精密工程測量

精密與大型工程測量是指測量精度達到毫米級以及相對精度達到1×10-5以上的精密工程和體量大、結構復雜的大型、特大型工程，如離子加速器、核電站等精密施工測量、大壩和大型電站施工測量、特長隧道貫通測量、特大橋梁施工測量、高聳和特大型建筑物的施工與安裝測量等，都以其技術難度大、施測復雜、精度要求高、技術手段先進而聞名于世。所以，精密與大型工程測量始終是工程測量技術發展的原動力和閃光點。

在精密工程測量領域，應用最多的是專用儀器，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。

激光掃描儀可在短時間內獲得物體密集的高精度三維點云，建立三維模型，可用于土木工程、工廠改建、建筑測量、文物保護等項目。

激光準直測量系統有激光束準直和波帶板激光準直，前者受激光束漂移的影響，準直距離一般在十米范圍內，準直精度一般為 1/100000左右。后者采用三點測量方法，削弱了激光束漂移的影響，準直精度可達 1/1000000左右。激光準直測量系統的探測器采用CCD和PSD光電位置傳感器，提高了探測的采樣率和靈敏度。激光準直測量系統已在大型汽輪發電機組、電子加速器、大型機械設備等安裝和檢修中進行軸線測量。

將智能全站儀和自由設站測量方法相結合（成為CPⅢ）成為高速鐵路建設中快速高精度建立控制網的主要設備和方法。

流體靜力水準是一種高精度、自動化、長期多點同時測量的高程測量系統,它安裝簡單,能達到十幾個微米的精度。因此,在精密工程測量中一直都得到廣泛應用。近年來,將流體靜力水準系統應用于高程測量,特別是高程變形測量的例子越來越多,主要原因歸結于其獨有的特點:測量頻率高、穩定、精度高、長期自動化、無須點間相互通視、完全同時測量多個測點等。

福建省開展的精密工程測量項目不多，主要是市場需求不足，零星開展的精密工程測量項目有：福州世茂外灘、君臨閩江等高層建筑的施工測量，青州大橋、廈門大橋的施工測量，廈漳跨海大橋的高精度控制網，寧德、福清核電站施工放樣測量等。

2.8 其它方面

福建省目前開展比較多的還有：①包括城鄉規劃定線測量、城鄉用地測量、規劃檢測測量、竣工測量等類型的法定測量，一般由各城市的勘測院完成，例如，福州市勘測院就承擔著福州市的規劃放樣、核樣、竣工測量等工作；②建筑工程測量，普通建筑測量主要由施工單位承擔；③水利工程測量，主要由水利部門承擔，其主要工作內容，包括為滿足水利水電開發、水資源利用保護、流域綜合治理規劃、防汛減災、科研、水利工程建設等領域需求，提供與地理位置有關的各種綜合或專題信息；④市政建設測量；⑤城市拆遷測量；等等。其所包含的內容和所采取的技術手段無非也是建立控制網、獲取大比例尺地形圖、施工放樣、安全監測等，在前面已經都有敘述，此處就不一一展開闡述了。

3 福建省工程測量學科發展的不足之處

綜觀我省工程測量系統的隊伍、儀器設備使用、技術發展水平、測繪成果管理狀況，仍存在亟待解決的問題。

3.1 測繪隊伍技術力量差異很大，高端測繪人才匱乏

我省從事工程測量的隊伍非常多，有資質的隊伍總數360家，其中甲級隊伍15家，乙級隊伍34家，丙級隊伍100家，丁級隊伍211家。但是測繪隊伍之間技術力量差異很大，相對來說，少量的甲級和乙級的測繪隊伍比較正規，各類人才比較齊全，生產的成果質量比較有保證，而大量的丙級和丁級隊伍有相當部分的公司技術力量薄弱，有很多作業人員的文化水平低，缺乏專業知識，只經過簡單的培訓就參加生產，生產的成果質量很差。另外，由于種種原因，福建省的高端測繪人才缺乏，能夠熟練應用、掌握現代測繪高新技術（如地理信息系統、遙感影像技術）的人才不多，能從測繪理論指導生產實踐的人才尤其稀缺。

3.2 測繪發展水平不一，大量山區縣市的基礎數據落后，成果現勢性不強

在我省沿海地區，如福州、莆田、泉州、廈門等，測繪發展水平的水平較高，在當地財政的支持下，其測繪成果資料能基本滿足當地經濟建設需要。而在我省的大量山區縣市，由于財政投入不足，其基礎數據落后，成果現勢性不強，很多縣市所使用的圖件是很多年前的，其基礎控制網不完善或者多年沒有復測，所使用的平面坐標系統大部分采用54北京坐標系統或以某地區為參心的近似54北京坐標系統或稱工程獨立坐標系統，有些縣市坐標系選擇不當，投影變形嚴重超限。

在高程系統方面，多種高程系統（如羅零高程系統、石壟高程系統、馬肚底高程系統、1956年黃海高程系統、1985年國家高程基準等）長期并存，雖有換算系數，但其精度不一，資料陳舊，造成規劃、設計、監測等部門使用不便和混亂。

3.3 新技術應用滯后，科研投入不足

一方面，我省大多數測繪隊伍的基礎設施建設與國內發展較快的測繪隊伍相比較，仍處在較低的水平，對國內、國際新技術的引進較慢，對科研的投入近乎空白。另一方面，發展不平衡現象十分突出，在大多數地縣級測繪部門，設備落后、手段陳舊，高精尖的儀器設備投入不足，在現代測繪技術的投入上更顯得薄弱，大大影響了現代化測繪技術更新改造的步伐。

3.4 精密工程測量很少開展

由于需求不足，福建省開展的精密工程測量項目很少，而零星開展的精密工程測量項目也多是由外省的隊伍來完成的，本省專業測繪隊伍很少開展精密工程測量工作，在精密工程測量的專業人員培養、儀器設備引進等方面嚴重不足。

3.5 數據共享機制尚未完善

目前，福建省出臺了測繪成果匯交、共享的制度，但在執行上存在很多問題，難于落實，市縣之間，各地方的規劃、土地、建設、房產等部門仍處于各自為政的局面，而各測繪單位間也缺少交流平臺，成果未能做到共享，造成重復測繪的浪費。

4 福建省工程測量學科面臨的發展趨勢和任務

通過總結工程測量學科技術取得的進步、存在的問題和差距，進一步分析本省工程測量的發展及面臨的機遇和挑戰。

4.1 測繪理論發展

在測量平差理論方面，最小二乘法廣泛應用于測量平差。最小二乘配置包括了平差、濾波和推估。附有限制條件的條件平差模型被稱為概括平差模型，它是各種經典的和現代平差模型的統一模型。測量誤差理論主要表現在對模型誤差的研究上，主要包括：平差中函數模型誤差、隨機模型誤差的鑒別或診斷；模型誤差對參數估計的影響，對參數和殘差統計性質的影響；病態方程與控制網及其觀測方案設計的關系。由于變形監測網參考點穩定性檢驗的需要，導致了自由網平差和擬穩平差的出現和發展。觀測值粗差的研究促進了控制網可靠性理論，以及變形監測網變形和觀測值粗差的可區分性理論的研究和發展。針對觀測值存在粗差的客觀實際，出現了穩健估計(或稱抗差估計)；針對法方程系數陣存在病態的可能，發展了有偏估計。與最小二乘估計相區別，穩健估計和有偏估計稱為非最小二乘估計。巴爾達的數據探測法對觀測值中只存在一個粗差時有效，穩健估計法具有抵抗多個粗差影響的優點。建立改正數向量與觀測值真誤差向量之間的函數關系，可對多個粗差同時進行定位和定值，這種方法已在通用平差軟件包中得到算法實現和應用。

在工程控制網優化設計方面，網的優化設計方法有解析法和模擬法兩種。解析法是基于優化設計理論構造目標函數和約束條件，解求目標函數的極大值或極小值。而除特別的精密控制網可考慮用專門編寫的解析法優化設計程序作網的優化設計外，其他的網都可用模擬法進行設計。在工程測量中，施工控制網、安裝控制網和變形監測網都需要作優化設計。

在變形分析理論方面，變形觀測數據的處理和分析方法，除回歸分析法和有限元分析法外，時間序列分析法、頻譜分析法、卡爾曼濾波分析法、灰色系統理論、小波分析法以及人工神經網絡分析法也已在一些工程變形監測中應用。

4.2 連續運行衛星定位服務系統將對測量方式產生革命性影響

當前，衛星定位連續運行參考站網系統（CORS）建設的熱潮正在我國悄然興起。福州市在2007年1月首先建成我國第一個基于雙星的城市CORS實驗網，包含3個連續運行參考站，為我省CORS系統建設做了有益的嘗試。

福建省連續運行衛星定位服務系統（Fujian Continuously Operating Reference Station，FJCORS）從2008年開始前期研究，2009年開始建設，2010年開始部分試運行，十二五期間將建成覆蓋全省的連續運行衛星定位服務系統。其主要功能是向系統覆蓋區域內的用戶提供各種不同精度的時間和位置服務信息。

其用戶涵蓋各個行業，主要用于城市規劃、國土測繪、地籍管理、城鄉建設、災害監測、交通控制、資源勘探、地震監測、氣象等行業和部門，它是多功能、多用途的綜合服務定位網，是省市區域數字化建設的基礎工程。按照應用的精度不同，可以分為厘米級用戶系統，分米級用戶系統，亞米級用戶系統，米級用戶系統等。按應用不同，可以分為測繪與工程用戶（厘米、分米級），車輛導航與定位用戶（米級），高精度用戶（事后處理）等幾類。

FJCORS建設成功，將對工程測量的地面測量產生革命性影響，主要表現在：

（1）事后處理用戶

事后處理用戶可以很容易獲得高精度的三維坐標。一方面，由于FJCORS的參考站都是連續運行，長期自動觀測，其精度等級為A級，高精度的控制測量采用GNSS 靜態相對定位技術時，可以省去尋找高等級控制點的麻煩；另一方面， FJCORS的參考站較密，事后處理用戶可以放棄目前的GPS同步環、異步環的觀測模式，甚至單臺GPS接收機就可以與鄰近參考站的觀測數據聯合解算，得到高精度的三維坐標，可以方便作業，提高生產效率。

（2）網絡RTK用戶

FJCORS系統可以把參考站接收機的觀測數據（如偽距或相位觀測值）及已知數據（如參考站點坐標）實時傳輸給流動站接收機（用戶），流動站快速求解整周模糊度，在觀測到四顆衛星后，可以實時地求解出厘米級的流動站動態位置。這種基于CORS系統的網絡RTK 技術可以廣泛用于地形測圖中的控制測量，地籍和房地產測量中的控制測量和界址點點位的測量，各種地面點的坐標采集和施工放樣、點位監測等。

常規控制測量（如三角測量、導線測量）與網絡RTK 技術相比，前者要求點間通視，費工費時，而且精度不均勻，而用RTK 技術進行控制測量沒有以上的缺點，可以大大提高作業效率。

而CORS系統的網絡RTK 技術與普通的GPS RTK技術相比，其優勢有：①無需架設參考站，省去了參考站值守人員和架設參考站的時間。②GPS接收機利用效率提高，所有的RTK 設備都可以當流動站使用。③不用找控制點。④擴大作用半徑。⑤實現測繪系統和定位精度的統一。

綜上所述，FJCORS建設成功，可以減少對經典靜態控制點的依賴，改變測量控制網需要分級控制、逐級布網的原則，使傳統的控制測量發生了重大變化。

4.3 區域似大地水準面精化技術大規模應用

如上文所述，我省區域似大地水準面精化早在2004年就已經開展，為測繪工作提供了一定的便利。但是，我省的區域似大地水準面精化成果在工程測量上的應用受到極大的限制，主要表現在：

（1）受保密要求的限制，全省的似大地水準面精化成果無法推廣使用，一直只在福建省測繪院小范圍使用。

（2）全省的似大地水準面精化成果的精度偏低。其內符合精度優于7cm，其外符合精度在10cm左右，達不到四等水準的要求，雖然在2004年達到了國內領先水平，但在今天看來，總體精度偏低，無法滿足工程測量需要。

（3）各地市生產的區域似大地水準面精化成果的覆蓋范圍太小，其使用也受保密限制。全省除了少部分縣市（如莆田、寧德）的區域似大地水準面精化成果的覆蓋整個行政區域外，大多數縣市的區域似大地水準面精化成果僅覆蓋中心規劃區域，覆蓋面積偏小，加上受保密限制，一般都由甲方專人掌握，使用很不方便。

推動區域似大地水準面精化技術大規模應用，可以考慮對全省的似大地水準面精化成果進行優化，提高全省的似大地水準面精化的精度，使平地的內符合精度優于3cm，山地、丘陵地的精度優于5cm，滿足工程測量的需要。生產時可以考慮利用現有全省的、各地市的觀測數據，以節省生產成本。在保密方面，可以由福建省測繪局指定一個單位的一個人或少數幾個人專門管理，專門負責計算、提供成果。也可以和FJCORS系統相結合，直接由FJCORS系統自動給經過嚴格審查的注冊用戶發送經過改正的正常高。這方面在福州地區已經開始小范圍推廣，福州市勘測院利用福州小區域的CORS系統結合福州地區的似大地水準面精化成果，直接發送改正數給指定用戶，直接獲得高精度的高程。

4.4 無人機技術推廣應用

航空攝影測量作為一種重要的測量手段和技術為工程測量的大比例尺地形圖生產提供了大量服務。但是利用常規的航空攝影測量存在成本高、項目生產周期長、靈活性差等劣勢，無法滿足日益旺盛的市場服務需求。

隨著無人機技術、CCD成像技術、空間技術等方面的迅速發展，利用無人機作為遙感平臺搭載經過可量測化處理后的CCD工業相機進行超低空航空攝影，獲取地面實際分辨率為0.05～0.5m，滿足中小面積 1：500、1：1000、1：2000 等3D產品的數據生產要求，并能夠滿足抗震減災等應急需求、定時定點動態監測等需求。

福建省引進超低空無人機航空攝影測量系統還有其獨特的優勢。普通航空攝影方面，由于福建地處東南沿海，臨近臺灣，空中管制比較嚴，天氣復雜多變，限制了可以普通航空攝影的天數，另一方面，福建的地形復雜，很多地市、縣市規劃區附近的山比較高，限制了較大比例尺的航空攝影工作，從而限制了大比例尺的地形圖的生產，可以說，在普通航空攝影方面，福建比別的省份受到更多的限制。而超低空無人機航空攝影測量系統作為一項空間數據獲取的重要手段，具有輕小、起降場地要求低、受天氣影響小、續航時間長、影像實時獲取、高危地區探測、成本低、高分辨率、機動靈活等優點，是應急響應、動態監測的有效手段。

超低空無人機航空攝影測量系統在國外已得到廣泛應用，在國內也已經研制成功，有多家公司的多套無人機系統通過國家認證，目前在推廣應用階段。福建省測繪局擬在十二五期間引進國內先進的無人機系統，目前已經在進行考察、試驗。作為常規測繪航空攝影測量的有力補充，超低空無人機航空攝影測量系統由于成本低廉，靈活機動，可以快速響應，在中小面積（100平方公里以下）大比例尺測圖方面的市場需求很大，在福建省將得到快速發展。

4.5 坐標基準統一到2000國家大地坐標系

現行的大地坐標系歷經50年，對國民經濟建設作出了重大的貢獻，效益顯著。但是無論是1954年北京坐標系還是1980西安坐標系，都受當時技術條件制約，都是二維參心坐標系，其成果精度偏低、無法滿足新技術的要求，已不適應發展的需要。經國務院批準，中國自2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標系（簡稱為CGCS2000）。中國采用2000國家大地坐標系，對滿足國民經濟建設、社會發展、國防建設和科學研究的需求，有著十分重要的意義。

按照國家要求，2000國家大地坐標系與現行國家大地坐標系轉換、銜接的過渡期為8～10年。現有各類測繪成果，在過渡期內可沿用現行國家大地坐標系；2008年7月1日后新生產的各類測繪成果應采用2000國家大地坐標系。現有地理信息系統，在過渡期內應逐步轉換到2000國家大地坐標系；2008年7月1日后新建設的地理信息系統應采用2000國家大地坐標系。

福建省在2008年就開始推行2000國家大地坐標系，目前已經有部分項目開始使用2000國家大地坐標系，例如，福建省測繪局要求在2010年開始生產的1：5000、1：10000地形圖全部使用2000坐標，福建省測繪院在廈門1：2000地形圖生產項目、龍巖1：1000、1：2000地形圖、泉州規劃區控制測量等項目，在提供當地坐標成果的基礎上，也另外提供一套2000坐標成果，福州市勘測院2010年在平潭綜合實驗區采用航測數字化成圖的方法完成了全島370平方公里2000國家大地坐標系的1：500地形圖。但是，坐標系統的改變涉及到方方面面，錯綜復雜，工作量巨大，尤其是工程測量方面，由于工程測量一般涉及的面積很小，各種坐標系統長期并存的情況一直存在，坐標基準統一到2000國家大地坐標系的難度很大，是一項長期、艱巨的任務，需要測繪人的共同努力。

4.6 城市GIS大力發展

城市地理信息系統（城市GIS）是依托測繪技術與測繪生產、采集城市各種空間地理數據，利用計算機軟硬件建立起來的城市空間地理信息數據庫，為城市規劃、建設、管理的科學化、信息化、智能化提供空間基礎信息的先進技術方法。

近年來，我省城市地理信息系統建設蓬勃發展。隨著《城市地理信息標準數據基本規定》等一系列國標、行標的出臺，國產商業數字化軟件的成熟，原先各種數字化成圖軟件數據格式、數據結構、數據分層、數據代碼不統一的問題正被逐步解決，成果數據正在向標準化方面發展，為城市地理信息系統建設的發展提供了技術保證。

目前，我省的廈門、福州、莆田、泉州等地市陸續進行數字城市的建設，在3D產品的基礎上，疊加各種信息，建立城市地理信息數據庫，為城市規劃設計、管理、監管等業務系統需要的基礎地形數據、基礎遙感數據、規劃設計專題數據、規劃審批專題數據、規劃監管專題數據等進行管理、更新與服務，起到良好效果。可以說，建設城市地理信息系統是大勢所趨，在不久的將來會有越來越多的城市建立城市地理信息系統。例如，福州市勘測院先后為“數字福州”空間地理數據庫建設完成了“福州市1:500數字線劃圖數據庫”、“福州市遙感影像庫” 、“福州市地址編碼數據庫”、“福州市GNSS綜合服務系統” 、“福州市地下管線數據庫”等。

4.7 開展精密工程測量和變形觀測工作

由于種種原因，由福建省內測繪隊伍開展的精密工程測量較少，而隨著福建經濟發展，精密工程測量的需求會逐漸增加，而且伴隨著技術進步，精密工程測量的技術門檻不斷降低，所需的儀器設備越來越便宜，相信未來福建省測繪行業開展的精密工程測量會越來越多。

隨著政府對公共安全越來越重視，我省在災害監測方面，建筑物、構筑物變形監測方面，大壩、堤、橋梁等的安全方面的需求將增多。變形觀測的技術門檻較低，有一定實踐經驗的普通本科畢業生就可以勝任，使用的設備多為全站儀、水準儀等，測繪單位都有配置，較難的數據分析等可以依托當地的大學等科研機構聯合進行，相信變形觀測工作在我省會蓬勃發展。在變形監測工作蓬勃發展的同時，做好變形監測單位各項督查工作，讓變形監測工作更規范、更精確也是下一階段應該注意的問題。

在未來幾年，我省大力發展的地鐵技術，其在施工和運營階段的安全監測將是一個全新的領域。如何更好的利用新儀器（測量機器人、激光掃描儀等）與新技術（城市地理信息系統技術、新的監測理論）相結合，更好的實現地鐵項目監測的實時性、準確性、高效性，為我省的地鐵事業快速、安全的發展做出重要貢獻也是下一階段應該要重點解決的問題。

4.8 測繪新技術、新設備的應用與推廣

我省測繪隊伍應加快測繪新技術、新設備的應用與推廣，加大資金投入，提高產品的科技含量。

隨著我國高分辨率測繪衛星建設規劃的實施以及北斗二代導航定位系統應用產業化的發展，我省應加快涉及測繪衛星地面設施建設、衛星數據傳輸、處理和分發、衛星應用數據平臺建設工作。

三維激光掃描技術突破了傳統的單點測量方法，不需棱鏡通過快速高密度掃描即可獲得掃描點的三維坐標,成為快速獲得目標空間三維信息的儀器，具有高效率、高精度的獨特優勢。該技術在工程測量方面有著廣泛的應用, 通過掃描物體表面的三維點云數據, 可獲取高精度高分辨率的數字地形模型。在地形圖的測繪、斷面測量、建筑物的變形監測、礦山測量以及古建筑測繪中有著廣泛的應用前景。有條件的單位應逐步引進三維激光掃描設備，將三維激光掃描技術應用到生產中，以提高我省測繪產品的技術含量。

隨著溫州－福州、福州－廈門等鐵路客運專線相繼通車，標志著我省正式進入高鐵時代。按照規劃，福建省到2020年將形成長達5000公里、投資3500億元左右的現代化鐵路網，將成為東南沿海的鐵路樞紐。在高速鐵路建設中，相對精度要求達到1毫米的基樁控制網CPⅢ是高速鐵路建設的控制基準，也是測量工作的難點，目前鐵路系統已經有較成熟的解決方案，我省測繪隊伍應盡快引進該項技術，配置相應的儀器設備，為海西鐵路網建設作出貢獻。

測量機器人，是一種代替人進行自動搜索、跟蹤、識別和精確照準目標并獲取角度、距離、三維坐標以及影像等信息的智能型全站儀。它能夠通過計算機進行自動化測量，節省人力、降低成本、提高精度。它是在全站儀基礎上集成步進馬達、CCD影像傳感器和其他傳感器對目標實現識別，迅速做出分析判斷與推理，實現自我控制并完成照準讀數操作以代替人的手工操作。測量機器人能夠通過軟件中制訂的測量計劃全自動地進行測量和數據處理，并可以和后續分析軟件結合，代替人工完成許多測量任務。測量機器人既可以應用于各種控制網觀測自動化中，最主要的，測量機器人可以在大壩、橋梁、大型滑坡、高速鐵路、隧道、地鐵等變形監測中應用，可以實現觀測、數據處理全自動化。目前各大廠商紛紛推出自己的測量機器人，其中比較典型的有徠卡的TCA1200系列和TCA1800系列，拓普康的GPT-9000A系列等產品。

工業測量是指利用精密工程測量的儀器和方法并結合計量儀器，構成精密三維坐標測量與分析系統，對工業部件的幾何尺寸進行精密安裝、定位、檢測和變形測量，也稱光學三維測量技術、非正交系坐標測量系統、移動式坐標測量系統等。工業測量技術是現代測繪技術及計量技術在工業領域的應用，是精密工程測量的重要組成部分。工業測量系統具有非接觸性、機動性、測量范圍大、可在測量現場使用等特點。

除了用于一、二維測量的專用儀器裝備外（如高精度數字水準儀、投點儀、激光準直儀等），三維坐標工業測量技術按測量系統硬件可分為七類，即經緯儀交會測量系統、全站儀測量系統、激光跟蹤測量系統、激光掃描測量系統、計算機視覺測量系統、室內GPS測量系統（iGPS）和關節臂式坐標測量機等。

工業測量技術已經廣泛應用于各工業領域，其在航空、航天工業、汽車工業、船舶工業、重工業/核工業、通訊、軌道交通、市政工程、建筑工業等行業都得到廣泛應用。如在我國上飛、西飛、沈飛、成飛等飛機公司已有上百臺（套）經緯儀、全站儀、激光跟蹤儀點測量系統，用于各個車間的測量和產品的質量控制，是國內最早開展經緯儀、激光跟蹤儀工業測量應用的行業。在汽車行業，汽車生產線上的自動化測量系統—白車身測量系統，是汽車工業現場制造質量控制的重要檢測手段，主要采用多傳感器的計算機視覺測量系統，國外已有商業化的產品，但價格非常昂貴，國內以天津大學為代表，也成功開發出了此類系統。在船舶行業，船舶的外形尺寸大，新的分段建造技術和總段安裝工藝對測量提出了很高的要求。全站儀極坐標測量系統在船舶工業得到了很好的應用，較好的解決了船舶各段的尺寸控制問題。在水電行業中，如水輪發電機組安裝測量，水輪發電機葉片外形測繪，大型水庫閘門變形測量中，經緯儀、全站儀測量系統發揮了很大的作用。在核工業中，如大型工業鍋爐焊接變形測量采用了全站儀測量系統，在高能粒子加速器工程中，如北京正負電子對撞機工程（二期）的安裝工程，上海同步輻射光源工程（SSRF）的安裝測量，合肥超導托克馬克裝置的安裝測量，均采用了激光跟蹤儀全站儀等測量系統。在磁懸浮列車、高速列車的車身外形檢測，磁懸浮軌道安裝測量及變形監測中激光跟蹤測量系統得到了較好的應用。在國家大劇院的精密安裝測量，國家體育場的精密安裝測量，國家游泳中心的精密安裝測量，首都機場T3航站樓的精密安裝測量，以及中央電視臺新辦公大樓的施工測量中，工業測量系統也發揮了積極地作用，特別是全站儀測量系統和激光掃描測量系統。而大型天線和射電天文望遠鏡的安裝測量，特別依賴于工業測量系統。

我們相信，隨著我省經濟不斷發展，各工業領域對高精度的工業測量的需求將越來越多，我省工業測量將迎來發展的黃金時期，各測繪單位要抓住機遇，及早介入，推廣工業測量的應用范圍，為我省經濟建設做出貢獻。

4.9 注重工程測量人才培養

事業發展靠人才，人才成長靠培養，培養人才靠教育。改革開放以來，測繪教育和測繪人才培養飛速發展。工程測量人才一般通過三種途徑來培養：學歷教育、職業教育和繼續教育。

4.9.1 學歷教育

學歷教育是工程測量人才的主要培養方式。1996年，教育部本科專業調整后，將大地測量、工程測量、航空攝影測量、地圖制圖、礦山測量、海洋測量等專業合并為測繪工程專業。我省現在很多院校設有與測量相關的專業，具體如下：

（1）工程測量類

①開設了本科專業的有：龍巖學院、廈門理工學院和閩江學院等三所院校開設了“測繪工程專業 ”；福建農林大學和華僑大學等兩所院校開設了“土地資源管理專業 ”。

②開設了專科專業的有：福建省水利水電職業技術學院和漳州職業技術學院等兩所院校開設了“工程測量技術 ”； 福建信息職業技術學院開設了“地籍測繪與土地管理信息技術專業 ”。

（2）相關專業

福州大學2010年新增“測繪工程”工程碩士專業學位授予權，并已經開設了“地圖制圖與地理信息工程”和“地圖學與地理信息系統”碩士專業（碩士，三年）；福建師范大學開設了“地圖學與地理信息系統”專業，實現了從本科到碩士到博士的培養；廈門理工學院開設了“空間信息與數字技術專業（本科四年）”；閩江學院開設了“地理信息系統專業”。

但是，我省高校舉辦測繪工程本科專業時間不長，還存在很多不足之處，為此建議：

（1）建議高校加大對測繪工程儀器的投入。

（2）建議在高校中新組建專業評審組，為本專業健康發展提供專業咨詢與指導。

（3）建議由福建省測繪局牽頭，成立大中專院校工程測量理事分會，加強各院校的溝通、交流與合作。

（4）建議省測繪局通過與省科技廳、教育廳等的聯系，加強對我省大中專院校有關GPS、GIS、RS等與測繪工程專業相關課題的支持力度，提高我省高校的科研水平，切實增強高校服務地方的能力。

（5）建議省測繪局重視加強高校測繪工程專業建設，并提供與生產單位溝通的渠道，為高校測繪人才提供更多參與交流與學習的機會，更好地加強高校測繪人才的培養。

（6）建議為高校更多地參與地方各類與測繪相關的工程建設創造條件，提高高校測繪理論與測繪實踐相結合水平、科研能力，使之更好地為地方、為海西建設提高智力支持及技術保障。

4.9.2 職業教育

測繪職業教育已經逐步走入正軌。目前對于測繪類專業中專以上學歷畢業生，可直接從事工程測量職業。而對于測繪類專業學歷的人員從事工程測量工作，可以通過國家測繪局職業技能鑒定指導中心授權的工程測量員培訓中心（如福建省測繪局、部分學校等）培訓，考試合格后，獲得國家測繪局職業技能鑒定指導中心頒發的工程測量員（高、中、初級）國家職業資格證書之后從事工程測量工作。

4.9.3 繼續教育

工程測量繼續教育主要是提高測繪人員的技術素質或學歷水平。目前，我省工程測量繼續教育的層次主要有高中/中專升大專，大專升本科，本科通過工程碩士或在職研究生升碩士，碩士研究生也可通過在職博士研究生升博。繼續教育主要是由各測繪單位自行組織，福建省測繪局也有牽頭組織工程碩士培訓。

4.10 建立和健全工程測量行業管理體制

將工程測量納入測繪規劃和管理的工作范疇。改革開放以來，雖然工程測量的測繪產品都已形成市場化，一方面給工程測繪行業帶來了無限的生機和發展機遇，但另一方面也造成了測繪產品在監督管理上的混亂和缺位局面。各自為政造成管理機制的削弱和部分測繪產品質量的降低；重復測繪則在經濟上造成浪費。因此，測繪主管部門應加強對工程測量的協調與管理，強化工程測量生產的報備制度，嚴禁測繪單位超資質生產，測繪人員無證生產，加強工程測量生產的過程監督和最終驗收，保證成果質量。

健全工程測量成果共享機制。我省測繪行業的測繪生產與測繪成果資料的管理一直處于各個單位各自為政的狀態，未進行統一保管，時常造成珍貴測繪基礎資料的遺失，測繪成果資料的應用也未建立有效的相互溝通渠道，導致了大量的重復測量，造成測繪基礎資源與測繪生產力的嚴重浪費。健全測繪成果共建共享服務體系的主要工作包括：

（1）各省級及地縣級部門應盡快建立測繪成果的計算機管理體系，對已有的歷史資料進行收集整理，有條件的應建立專業的數據庫管理系統。

（2）開辟已有測繪成果資料應用的交流溝通渠道，建立測繪成果資料目錄的匯交管理體系，盡可能減少重復的測繪生產，提高測繪生產效率。

（3）建立測繪行業的專業網站，為測繪生產的信息傳遞、資料收集、成果分發提供有效的窗口與平臺。

5 結語

工程測量作為測繪學的一個重要分支，在我省得到蓬勃發展。一方面，在GPS測量、區域似大地水準面精化方面與國內的發展水平相當，隨著FJCORS即將建成使用，將對工程測量的生產方式產生革命性影響，在國內處于領先水平，另一方面，我省的精密工程測量和變形觀測開展較少，在以后工作中需要政策和技術支持。

[1] 李筆岳,等.工程測量儀器發展評述[J].吉林地質，2008,(4).

[2] 張洪波,等.精密工程測量的發展概述[J].四川測繪，2006,29(2):51-54.

[3] 周立.面向21世紀工程測量的發展趨勢與對策[J].連云港化工高專學報，1998.

[4] FJCORS總體技術方案. 2008.

[5] 中國測繪學科發展藍皮書.2006卷、2009卷.

課題組成員：

1、姜建慧，福建省測繪院，教授級高工。

2、連鎮華，高工。

3、付青松，高工。