淺談測量新技術在工程測量中的應用

黑龍江 劉東娜

淺談測量新技術在工程測量中的應用

黑龍江 劉東娜

21世紀是數字化和信息化的時代，科學技術的突飛猛進給工程測量的發展帶來了新的機遇和挑戰，它已將當前測繪工作的核心技術：全球定位系統（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統（GIS）技術很好地利用于工程測量的工作中，使得它的技術不是單一的，而是多種技術間互相滲透、互相補充、互相促進。

數字化；攝影測量技術；遙感技術

隨著工程測量自動化程度和測量精度的提高，工程測量技術和方法已經在大型設備安裝、巨型實驗設備建設以及航空、航天工業、汽車、船舶和天線制造業中得到了廣泛的應用，出現了工程測量應用新的學科方向；大型水工建筑物的建設、水利樞紐和電站工程的建設，使工程建筑物的安全監測、變形分析和預報成為工程測量研究和應用的主要方向。接下來就當前測量的新技術在工程測量中的應用談一下我的幾點認識。

一、數字化技術在工程測量中的應用

傳統的地形測量是利用測量儀器對地球表面局部區域內的各種地物、地貌特征點的空間位置進行測定，以一定的比例尺并按圖式符號將其繪制在圖紙上，其采用的測圖方法實質是圖解法測圖。在測圖過程中，數字的精度由于刺點、繪圖、圖紙伸縮變形等因素的影響會大大降低，而且工序多、勞動強度大、質量管理難。在當今的信息時代，紙制地形圖已難承載諸多圖形信息，更新也極不方便，難以適應信息時代經濟建設的需要。

隨著科學技術的進步和計算機技術的迅猛發展及其向各個領域的滲透，以及電子全站儀、GPS-RTK技術等先進測量儀器和技術的應用，地形測量向自動化和數字化方向發展，數字化測圖技術應運而生。數字測圖與圖解法測圖相比，以其特有的高自動化、全數字化、高精度的顯著優勢而具有廣闊的發展前景。

數字測圖實質上是一種全解析機助測圖方法，在地形測量發展過程中這是一次根本性的技術變革。這種變革主要表現在，它的地形信息的載體是計算機的存儲介質，其提交的成果是可供計算機處理、遠距離傳輸、多方共享的數字地形圖數據文件，通過數控繪圖儀可輸出地形圖。另外，利用數字地形圖可生成電子地圖和數字地面模型（DTM）。更具有深遠意義的是，數字地形信息作為地理空間數據的基本信息之一，成為地理信息系統（GIS）的重要組成部分。

數字測圖包括：利用全站儀或其他測量儀器進行野外數字化測圖；利用手扶數字化儀或掃描數字化儀對紙制地形圖的數字化；利用航攝、遙感像片進行數字化測圖等技術。利用上述技術將采集到的地形數據傳輸到計算機，由數字成圖軟件進行數據處理，經過編輯、圖形處理，生成數字地形圖。

借用武漢大學張正祿教授的話，他對工程測量的發展趨勢和特點高度概括為“六化”和“十六字”。“六化”是：測量內外業作業的一體化；數據獲取及處理的自動化；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；測量信息管理的可視化；信息共享和傳播的網絡化。“十六字”是：精確、可靠、快速、簡便、實時、持續、動態、遙測。

測量內外業作業的一體化系指測量內業和外業工作已無明確的界線，過去只能在內業處理和完成的事，現在在外業可以很方便地完成。如測圖時可在野外編輯修改圖形，控制測量時可在測站上平差和得到坐標，施工放樣數據可在放樣過程中隨時計算等。

數據獲取及處理的自動化主要指數據的自動化流程。電子全站儀、電子水準儀、GPS接收機都是自動化地進行數據獲取，大比例尺測圖系統、水下地形測量系統、大壩變形監測系統等都可實現或都已實現數據獲取及處理的自動化。

二、攝影測量技術與遙感的結合對工程測量的影響

攝影測量的基本含義是基于像片的量測和解譯，它是利用光學或數碼攝像機得到的影像，研究和確定被攝像物體的形狀、大小、位置、性質和相互關系的一門科學和技術。它包括：被攝物體的影像獲取方法，影像信息的記錄和存儲方法，基于單張或多張像片的信息提取方法，數據的處理與傳輸，產品的表達與應用等方面的理論、設備和技術。

遙感泛指通過非接觸傳感器遙測物體的幾何與物理特性的技術。因此，攝影測量就是遙感的前身。遙感技術主要建立在物體反射或發射電磁波的原理基礎之上。它在距離地物幾千米到幾百千米甚至上千千米的飛機、飛船、衛星上，使用各種傳感器接收物體反射或發射的電磁波信號，并以圖像膠片或數據磁帶記錄下來，傳送到地面，經過信息處理、判讀分析和野外實地驗證，最終服務于資源勘探、動態監測和其他規劃決策。

隨著遙感技術的飛速發展，它對攝影測量產生了巨大的沖擊作用。首先在于它打破了攝影測量長期以來過分局限于測繪物體形狀與大小等數據的幾何處理，尤其是航空攝影測量長期以來只偏重于測制地形圖的局面。

攝影測量與遙感的結合，還體現在解析攝影測量尤其是數字攝影測量對遙感技術發展的推動作用。遙感圖像的高精度幾何定位和幾何糾正就是解析攝影測量現代理論的重要應用；數字攝影測量中的影像匹配理論可用來實現多時相、多傳感器、多種分辨率遙感圖像的復合和幾何配準；自動定位理論可用來快速、及時地提供具有“地學編碼”的遙感影像；攝影測量的主要成果，如DEM、地形測量數據庫和專題圖數據庫，乃是支持和改善遙感圖像分類效果的有效信息；像片判讀和影像分類的自動化和智能化則是攝影測量和遙感技術共同研究的課題。兩者的有機結合已成為地理信息系統(GIS)技術中的數據采集和更新的重要手段。

三、在測量新技術的影響下，工程測量的未來發展趨勢

從工程測量整個學科的發展看，精密工程測量的理論技術與方法、工程形變監測分析與災害預報、工程信息系統的建立與應用將是今后一段時間內工程測量研究的主要方向。

在先進的測量新技術的影響下，預計工程測量將在以下方面得到顯著發展：

（一）測量機器人將作為多傳感器集成系統在人工智能方面得到進一步發展，其應用范圍將進一步擴大，影像、圖形和數據處理方面的能力進一步增強。

（二）在變形觀測數據處理和大型工程建設中，將發展基于知識的信息系統，并進一步與大地測量、攝影測量和遙感技術以及土木建筑等學科相結合，解決工程建設中以及運行期間的安全監測、災害防治和環境保護的各種問題。

（三）工程測量將從土木工程測量、三維工業測量擴展到人體科學測量，如人體各器官或各部位的顯微測量和顯微圖像處理。

（四）多傳感器的混合測量系統將得到迅速發展和廣泛應用，如GPS接收機與電子全站儀或測量機器人集成，可在大區域乃至國家范圍內進行無控制網的各種測量和定位工作；在小尺度范圍內，經緯儀、激光跟蹤測量儀和攝影測量系統的集成可用于機器人的動態檢校和設備在線檢測等。

綜上所述，工程測量的發展，主要表現在從一維、二維到三維乃至四維，從點信息到面信息獲取，從靜態到動態，從后處理到實時處理，從大型特種工程到人體測量工程，從高空到地面、地下以及水下，從人工量測到無接觸遙測，從周期觀測到持續測量。測量精度從毫米級到微米級乃至納米級。一方面，隨著人類文明的進步，對工程測量的要求越來越高，服務范圍不斷擴大；另一方面，現代科技新成就為工程測量學提供了新的工具和手段，從而推動了工程測量學的不斷發展。而工程測量的發展又將直接對改善人們的生活環境，提高人們的生活質量起到重要作用。

四、結束語

隨著數字化測繪技術的提高,GIS技術的不斷成熟、GPS技術在各行各業的廣泛應用,現代工程測量必將朝著測量數字工程化的方向發展。大力開展數字化測繪技術的應用與研究將是測繪單位提升自身競爭實力和創造經濟效益的首要任務。

（作者單位：哈爾濱鐵道職業技術學院）

（編輯 李艷華）