现代工程测量技术发展与应用--优秀毕业论文 参考文献.pdf

2 0 0 7 年第4 期测绘通报 文章编号 0 4 9 4 一0 9 1 1 2 0 0 7 0 4 0 0 0 1 一0 5中图分类号 p 2 5 8文献标识码 b 现代工程测量技术发展与应用 王晏民1 洪立波2 过静捃3 秦长利4 陈品祥2 1 北京建筑工程学院 北京1 0 0 0 4 4 2 北京市测绘设计研究院 北京1 0 0 0 3 8 3 清华大学 北京1 0 0 0 8 4 4 北京城建勘测设计研究院有限责任公司 北京1 0 0 1 0 1 i 沁s 昀r c hr e p o r to ft h ep r o g r e s si ne n g i n e e r i n gf i e l ds u 州e y i n g w a n gy a n m i n h o n gl i b o g u 0j i 护j u n q i nc h a n g l i c h e np i n x i a n g 摘要 介绍卫星定位技术在工程测量中的应用与发展 精密与大型工程测量的现状与发展 数字测绘与城市或工业信息系统技术 的应用与发展 变形监测技术应用与发展 工业测量技术的兴起 发展与应用 城市地下管线探测技术发展与应用 关键词 工程测量 卫星定位 数字测绘 城市g i s 变形监测 工业测量 地下管网 一 引言 工程测量是一门应用学科 传统的工程测量包 括控制测量 地形测量 施工测量 竣工测量和变形 监测五大部分 随着测绘技术的高速发展 工程测 量技术形成了两个发展趋势 一是在上述五个部分 不断出现新仪器 新方法和新手段 二是工程测量的 应用领域不断扩展 出现了工业测量和地下管线探 测等新的领域 还将测量新技术应用到了建筑测绘 中 下面分六个方面介绍工程测量技术近几年的应 用现状和发展趋势 二 卫星定位技术在工程测量中的 应用与发展 当前卫星定位系统正在向多种卫星导航系统方 向发展 现在空中已有卫星星座有美国的g p s 俄 罗斯的g l o n a s s 以及中国的北斗一号卫星定位 系统 g p s 和g l o n a s s 都是覆盖全球的卫星星 座 都是采用被动式定位技术的3 维定位系统 中 国北斗一号是利用双星进行主动式定位技术的2 维 定位系统 下一步除了g p s 和g l o n a s s 要进一 步发展 进行现代化建设外 还有欧洲正在建设的 g a l i l e 0 卫星定位系统和中国正在建设的北斗二 号卫星定位系统 由于有多个卫星定位系统并重发展 因此今后 接收机也逐渐向多星座 多频接收机方向发展 现 在已有g p s g l o n a s s 兼容双频高精度接收机 以 及g p s 和e g n o s 广域差分兼容接收机 2 0 0 5 年 又出现了g p s g l o n a s s g a l i l e 0 三系统兼容 三频共7 2 个通道的卫星接收o e m 板 多系统兼 容机将会提高定位速度 定位精度 定位可靠性及定 位可用性 我国航天部7 0 4 所已研制出g p s g l o n a s s 兼容接收机 并已用于卫星定轨上 空间中心研制 的低仰角g p s 接收机用于山基g p s 气象探测 我 国利用进口卫星定位0 e m 板生产的双频高精度接 收机已代替部分进口设备 并占领国内市场的一半 目前国内正在研究g p s 和g a l i l e o 兼容以及 g p s 和北斗二号兼容的单 双频卫星定位高精度接 收机 在高精度卫星定位技术上 从静态相对定位向 载波相位实时动态定位 r t k 方向发展 由单基站 r t k 向网络r t k 方向发展 网络r t k 有虚拟基站 技术及主副站技术 利用c s m g p r s c d m a 等无 线通信网 用户只需一台卫星定位接收机即可实现长 距离快速r t k 定位 定位精度平面 1 2 c m 高 程 3 4 c m 定位速度1 2m i n 全球卫星定位系统的出现为工程测量提供了崭 新的技术手段 在工程控制测量 地形测绘 施工放 样 竣工测量 变形监测及工程机械控制中都得到广 泛应用 由于卫星定位速度快 精度均匀 不需要站间通 视 对控测网图形要求低等特点 已被广泛用于各种 类型工程控制网 特别是随着大地水准面精化工作 的深入开展 在我国东部平原地区高程精度可达到 3e m 丘陵区可达到 5c m 使工程控制网从2 收稿日期 2 0 0 7 0 3 0 l 作者简介 王晏民 1 9 5 8 一 男 湖北云梦人 教授 主要从事遥感 工程测量 地理信息系统的研究和教学工作 万方数据 2测绘通报2 0 0 7 年第4 期 维发展到3 维 近年来随着我国经济发展 大型和精密工程不 断出现 如 举世闻名的长江三峡工程 西气东输工 程 南水北调工程 青藏铁路工程以及长达3 5k m 的杭州湾大桥等工程 卫星定位技术在这些大型工 程控制网建设中发挥了重要作用 为上述工程顺利 进行提供了有力的技术保障 由于网络r t k 的出现促使城市控制网向一体 化 实时化 多领域共用方向发展 该网称为参考站 网 参考站网络系统是在一个地区 一个城市甚至 一个国家建立若干个覆盖所辖地区连续运行永久性 参考站 站间距5 0 9 0k m 利用网络互联 构成新 的网络化的g n s s 综合服务系统 通过无线通信网 或i n t e r n e t 网为用户提供高精度 连续的空间3 维 定位服务 还可向导航 地震 气象 授时 灾害防治 等部门提供各种数据服务 至2 0 0 6 年1 0 月前 我 国已有十几座城市建立了卫星定位参考网 今后这 种网还会向更多的城市普及 三 精密与大型工程测量现状与发展 精密与大型工程测量始终是工程测量的发展原 动力和闪光点 它代表了工程测量学的发展方向 过去许多国内外著名的精密与大型工程测量在世界 测绘发展史上留下辉煌的业绩 不仅得到行业内专 家 学者的瞩目 同样令世人惊叹 例如 大型粒子 加速器 核电站等精密工程测量 大坝和电站施工测 量 特大桥梁施工测量 电视塔钢桅杆和大型天线安 装测量 特长隧道贯通测量 高耸建筑物和构筑物施 工与安装测量等 都以其难度大 精度高 技术手段 先进而闻名于世 施工测量是工程建筑的灵魂 是确保施工质量 的技术保障之一 工程测量工作者在上述开创性的 大型的 复杂的建筑工程的施工 安装 竣工过程中 发挥了重要作用 独特的建筑造型 复杂的工程结 构 精密的安装设计以及对建筑施工放线偏差 3m m 细部线放线偏差 5m m 放样点位误 差 3m m 高程抄平高允许偏差 3m m 有的 工程的精度要求更高 有的工程曲线放样点占 7 0 多变的曲线 复杂的结构 超大量内业计算和 放样 高精度的要求等对施工测量工作提出了新的 挑战 工程测量工作者经过精心设计 精心测量实 施信息化的施工测量 突破各种难关 成功地完成了 上述各项工程的精密施工测量任务 精度均达到或 高于设计要求 受到各方面好评 中国测绘学会工程测量分会于2 0 0 6 年1 0 月 2 5 日 2 7 日在武汉市召开了 精密与大型工程测量 技术研讨交流会 这是对我国2 0 0 5 2 0 0 6 年来精 密与大型工程测量成果的大检阅 来自全国各部门 的工程测量工作者1 1 0 人参加了会议 有1 7 2 人次 科技人员积极参与撰写论文7 5 篇 汇编论文集 有 2 0 位代表在会上作主题报告与技术交流报告 交流 内容丰富 新技术应用和创新性内容突出 精密与大型工程测量项目都有其自身的特点 有的需要毫米级或更高精度 有的由于其在空间变 化的不规则性 多样性 复杂性 超规模而无先例 增 加了施工测量难度和困难 有的超出传统工程测量 范畴 介入应力 应变监测 这些对工程测量的方 法 精度和实施都提出了挑战 结合工程特点不仅 设计和制造出一些专用的仪器和工具 还引进现代 工程测量高新技术 将卫星定位 激光扫描和激光跟 踪 电子计算机 摄影测量 电子测量技术以及自动 化技术等众多学科技术在施工测量中渗透与融合 并在施工测量中得到应用 许多工程实现了数据采 集和数据处理自动化 实时化 数据管理趋向集成 化 标准化 可视化 数据传输与应用网络化 多 样化 四 数字测绘与城市或工业信息系统 技术的应用与发展 我国数字测绘技术从2 0 世纪9 0 年代初开始 经过十几年的发展已日渐成熟 形成了自己的方法 和开发出多个具有自主版权的国产软件 现在的数 字测绘正在从2 维向3 维发展 形成3 维测绘技术 城市地理信息系统已经得到了足够的重视 工业企 业地理信息系统也正在兴起 现在数字化测绘技术已经普及 大比例尺地形 图 地籍图 房产图 竣工图 地下管网图 导航电子 地图等基本上都已经实现了数字化测绘 白纸测图 方法已经淘汰 主要数字化测图系统有全站仪 p d a 地形图绘图软件 全站仪 便携机 p d a 掌 上电脑 带有地物编码的地形图绘图软件 g p s r t k p d a 地形图绘图软件 摄影测量进行大比 例尺测图 数字摄影技术 g p s 便携机 p d a 掌 上电脑 导航图测绘软件 现在城市规划 建筑设计正在推行3 维规划和 3 维设计 房地产业在网上推行3 维立体房销售 导 航电子地图上也出现3 维导航地图 这些都对测绘 提出绘制3 维现状图的要求 目前常用3 维图制作 方法有利用数字化设计图纸或数字化地形图制作3 维图 数字航空摄影测量技术 激光雷达技术的 万方数据 2 0 0 7 年第4 期测绘通报 3 应用 全国省会以上城市都建设了城市基础地理信息 系统 部分地级市也建立了城市基础地理信息系统 相应的都成立了基础地理信息中心来管理城市地理 信息系统 在此基础上建立了一些地基管理系统 土地利用与管理系统 城市规划管理系统 房产信息 管理与发布系统 部分大型工业企业建立了企业基 础地理信息系统 市政设施现代化管理越来越重要 也越来越引 起市政管理部门的重视 现在国内外都十分重视空 间格网技术的研究 即将 个城市 按一定方法划 成格网 将市政设施信息按格网建库进行管理 市 政动态变化监测也按格网进行 这种方法便于动态 监管 北京市东城区在建设部综合勘察设计研究院 的帮助下首先实现了基于空间网格技术的市政设施 实时动态监管 武汉市在武汉大学的帮助下也实现 了基于空问网格技术的城市设施实时动态监管 其 他城市目前也在积极推广空间网格技术的应用 五 变形监测技术应用与发展 随着国民经济建设的飞速发展以及改造自然的 加速 超大型建筑物 构筑物 地铁 及在高楼密集的 建筑群中兴建高楼 地库等工程不断出现 变形测量 越来越重要 要求也越来越高 也越来越引起工程单 位重视 在施工过程中不但要对深基坑支护结构和 基坑边坡稳定性进行监测 还要对结构主体及邻近 建筑物进行监测 对大型钢结构建筑物 在施工中 还要不断对钢结构进行监测 计算出与设计值偏差 对杆件安装进行调整 常用的仍是常规大地测量仪器和方法 但是随 着电子技术 激光技术的发展 常规大地测量仪器与 激光技术 电子技术结合 如 无棱镜测距全站仪利 用红外激光无反光镜测量距离可达12 0 0m 由伺 服马达带动的自动跟踪与照准全站仪 可实现无人 值守自动跟踪 将数码像机和全站仪结合的智能脉 冲图像全站仪 在定位同时可将物体图像拍下 将条 形码和水准仪相结合的自动读数电子水准仪 激光 和水准仪相结合的激光扫平仪等在当代变形监测中 起着重要作用 卫星定位技术常用于无人值守自动化监测系 统 如武汉大学在青江大坝上建立的g p s 自动化位 移监测系统 清华大学在广州虎门大桥上建立一套 大桥安全性监测系统 并将这一技术用于高层建筑 物实时位移监测 河海大学研制的g p s 一机多天线 成功用于小湾电站高边坡变形监测 对于大面积变形监测现在可采用摄影测量技 术 如 数字近景摄影测量 s a r i n s a r 技术 应用 数字近景摄影测量和激光扫描等技术对大型或特殊 工程设施的空问形态进行实时或准实时的精确检测 和完整记录 进一步研究开发对大型或特殊工程实 施动态与静态变形监测的自动化技术和方法 发展 检测 监测数据的实时处理 智能化分析与可视化表 现技术 现代变形监测往往是将现代大地测量仪器 和空间技术 激光技术 无线通信技术相结合 实现 连续 动态 实时 自动化监测 如 t c a 2 0 0 3 i n s d e c t o r v 2 0 自动变形监测系统 就是利用测量机器 人加监测软件 分析处理软件组成 具有自动照准 自动观测 自动记录 自动数据处理 自动生成各种 图形和报表等功能 可用于大坝 电站水利枢纽 变 形监测 g p s 加无线通信 变形监控软件 数据库管 理软件 变型分析软件构成自动监控系统 可用于滑 坡 大坝 大桥 高层建筑变形监测 六 工业测量技术的兴起 发展与应用 现代工业生产要求对产品的设计 模拟 生产的 自动化流程 生产过程控制 产品质量检验与监控等 进行快速的 高精度的测量 定位 并给出复杂形体 的数字模型或运行轨迹等 这是传统的光学机械量 测方法无法完成的 因此 兴起了工业测量 顾名思 义 就是直接为工业生产服务的测量技术 工业测量是在工业生产和科研中 为产品的设 计 模拟 测量 放样 仿制 仿真 产品质量控制 产 品运动状态提供测量技术支撑的一门学科 工业测 量是现代工业生产不可缺少的重要生产环节 工业 测量内容以产品的几何尺寸为主 但也涉及色彩 温 度 速度与加速度及其他物理量 测量环境大多在 室内 即工厂车间或科研实验室 还常伴有高精度和 高频率的要求 室外大工业目标的测量工作也占有 重要地位 工业测量的技术手段和仪器设备 伴随着科学 技术的发展与应用 其名目繁多 但归纳起来 最主 要的是以电子经纬仪或全站仪 摄影仪或显微摄影 仪 激光扫描仪 激光跟踪仪等传感器 在电子计算 机和软件的支持下形成的3 维测量系统 系统大概 可分为三大类 以电子经纬仪或全站仪为传感器的 工业大地测量系统 以摄影仪或显微摄影仪为传感 器的工业摄影测量系统 以激光扫描仪为传感器的 激光扫描测量系统 除此以外 还有基于莫尔条纹 的工业测量系统 基于磁力场的3 维量测系统 用于 空间抛物体运动轨迹测定的全球定位系统等 工业 万方数据 4测绘通报2 0 0 7 年第4 期 测量可按目标尺寸 精度要求 目标表面质地 测量 速度 如周期 频率 要求 目标所在所处环境 目标 运动状态等多项指标实施分类 如为检测精密伺服 马达转轴的摆动量 其目标的尺寸量属于1 5 0m m 精度要求在几个肚m 是全金属表面有亮泽 测量频率达到数k h z 目标处于车问内环境 处于 高速运动状态的工业测量技术 工业目标品种繁多 工业测量技术应用面越来 越广 在大型工业目标方面 如飞机及其部件的外 形测量 用于设计仿制 改型 航天飞机测量 应用于 设计 安装 调试 发射等 轿车外形测量 应用于设 计 仿制或改型 船体测量应用于设计 改造 仿制 船模运动状态 油船容积的测定等 地铁 各类隧道 洞库 油库 弹药库等测量 以确保施工建设 经营管 理等方面的安全与效益 在现代工业生产流水线上 产品快速检测方面 可用于检测光纤的直径 芯片导 体部分的厚度与斑痕 光盘的厚度 平整度与直径 标识符的印刷质量 防伪标志的遗漏 矽片宽度与厚 度 卷烟松紧度 玻璃平整度 精密轴承加工质量等 这是工业测量的一个重要领域 也是现代工业生产 的必需环节 在动态目标的工业测量方面 可用于 轿车的破坏性试验 新型飞机着陆运动状态的测定 空中物体抛物线运动轨迹 火箭发射状态 船模运动 轨迹 风动试验 目标姿态等 七 城市地下管线探测技术发展与应用 地下管线是城市基础设施的重要组成部分 被 人们称为城市的 生命线 随着城市建设的快速发 展 城市地下空间规划设计 建设 管理 地下管线运 行和维护管理以及城市应急管理等都需要现势 准 确和完整的地下管线信息 地下管线信息的重要性 以及地下管线的安全问题日益被城市各级政府部门 所重视 而地下管线探测 检测与评估技术则为摸 清城市已有地下管线的现状 以及评估地下管线的 风险提供了一种快捷 经济和有效的手段 已被国内 各城市广泛采用 目前 已经或正在通过城市地下 管线普查的手段建设城市综合地下管线信息管理系 统的城市 在我国3 2 个直辖市和省会城市中 有1 6 个 占总数的5 0 在我国1 5 个计划单列市中 有 1 2 个 占总数的8 0 探地雷达通过发射高频宽频带电磁波 并接收 来自地下介质面的反射波 根据接收到反射波的旅 行时间 幅度与波形资料 解释推断地下介质结构 只要地下管线目标与周围介质之问存在足够的物性 差异 就能通过探地雷达来进行探测 因此 探地雷 达弥补了常规地下管线探测仪在探测非金属地下管 线方面的缺陷 已成为探测非金属地下管线的重要 技术方法之一 电子标识器的使用为探测非金属地 下管线提供了一种新的方法 声纳等检测技术已开始应用于城市排水管道的 管道竣工验收 灾害调查 健康普查 管道移交检查 以及管道修复后的质量检查等领域 为保障管道的 安全高效运行提供了可靠的技术保障 随着城市基础宽带网络的快速发展 w e b s e r v i c e 技术的飞速发展 以及g m l 空间元数据和 o p g i s 互操作等技术标准的成熟 使基于网络的城 市地下管线信息共享成为可行 城市地下管线信息 管理系统建设已由原来孤立的系统建设模式 逐步 发展成为充分整合城市已有的地下管线信息资源 建立城市地下管线信息共享平台 消除现有的不同 管线信息系统问的 信息孤岛 城市地下管线信息 共享平台通过分布式空问元数据目录服务 提供以 元数据为核心的目录查询与管理 在元数据目录服 务的基础上 提供相关地下管线数据的信息发布 浏 览 查询 订购和下载等数据服务 通过数据交换 分 发平台 在各种分布式地下管线信息系统之间建立 一个稳定 快速的数据传输 共享通道 平滑和安全 地实现不同系统问的数据交换与共享 八 结束语 卫星定位技术使控制测量发生了革命性变革 还应用到了施工放样和竣工测量中 城市连续运行 参考站网的建立大大方便了卫星定位技术的更广泛 应用 精密与大型工程测量在多项世界性标志性建 筑的建设中发挥了巨大作用 应用了卫星定位 测量 机器人 激光雷达 激光跟踪等多种新技术 数字测 绘技术已经取代了传统的模拟测图技术 测图软件 全部国产 数字测绘技术正从2 维测绘到3 维测绘 转变 新的3 维测绘技术应用到了建筑测绘领域 城 市地理信息系统已经建立 工业地理信息系统正在 兴起 随着建筑物 构筑物结构越来越复杂 体量越 来越大 精度要求越来越高 对变形监测提出了巨大 的挑战 也提供了发展的机会 出现了多种适应这些 要求的新仪器和新技术 工业测量的兴起为工程测 量提出了更高的要求 提供了更多的发展机遇 也开 阔了我们工程测量工作者的视野 地下管线探测是 一个具有挑战性的工作 非金属管线探测一直是其 难点 探地雷达和电子标识器的应用解决了这一难 题 地下管线信息共享技术的应用将会给城市建设 和管理带来极大的方便 万方数据 2 0 0 7 年第4 期测绘通报 5 致谢 本文主要参考了 测绘学报 测绘通 报 测绘科学技术学报 测绘科学 测绘工程 等期刊以及 中国测绘学科发展蓝皮书 2 0 0 6 之 工程测量学科发展报告 中所发表的部分论文 因 篇幅所限 不一一列举 特向这些论文作者表示 感谢 卜 卜 卜 中国测绘学会2 0 0 7 年活动计划表 序号 活动名称主要内容时间规模 人 地点联系人 电话 1 中国测绘学会工作会议研究学会工作 2 中国测绘学会团体会员会议交流经验 观摩海洋测 绘技术 3中国科协年会测绘分会场 举办博士论坛 4 中国测绘学会年会大会主题报告 分会场 交流 5大地测量专业委员会年会 会议主题报告与交流 6交通工程测量技术应用研讨会技术应用研讨 7现代空间定位技术应用研讨会技术研讨 8海洋测绘专业委员会七届三次工作会议与学术研讨 全会暨综合学术年会 9地图学与g i s 专业委员会暨学术研讨 学术交流会 1 0 空间信息格网技术研讨会专题学术研讨 1 1 地图学与g i s 学术年会征集论文 大会研讨 1 2 摄影测量与遥感专业委员会暨学术交流 学术会议 1 3 航摄质量控制经验交流会经验交流 1 4 测绘专业教育相关问题研讨会教育专题研讨 1 52 0 0 7 全国测绘科技信息交流科技信息交流 会 1 6 测绘史志工作委员会工作会议研究工作 1 7 名词委全委会工作会议研究工作 1 8 和谐房测 学术年会学术研讨 1 9 测绘学报 编辑工作委员会 工作会议 九届二次工作会议 2 0 测绘经济与管理工作委员会学术交流 学术年会 2 1 测绘仪器专业委员会年会学术交流 2 2 全国测绘期刊交流会 交流测绘期刊编辑 经营经验 2 32 0 0 7 全国测绘仪器信息交流国内外测绘仪器生产 会 厂商展销 2 0 0 7 1 2 0 0 7 8 2 0 0 7 9 2 0 0 7 1 0 2 0 0 7 1 0 2 0 0 7 9 2 0 0 7 1 1 2 0 0 7 9 5 0北京马振福 0 1 0 8 8 5 8 6 4 5 8 1 3 0舟山群岛马振福 0 1 0 8 8 5 8 6 4 5 8 1 0 0 4 0 0 1 0 0 1 0 0 2 0 0 1 5 0 武汉马振福 待定马振福 青岛程鹏飞 西安洪立波 广州 洪立波 拉萨王克平 0 1 0 8 8 5 8 6 4 5 8 0 1 0 8 8 5 8 6 4 5 8 0 1 0 6 8 1 6 4 6 8 1 0 1 0 6 3 9 8 7 3 5 8 0 1 0 6 3 9 8 7 3 5 8 0 2 2 8 4 6 8 5 0 8 0 2 0 0 7 78 0南京成毅0 3 7 1 6 7 4 4 5 3 3 7 2 0 0 7 9 2 0 0 7 1 1 2 0 0 7 3 2 0 0 7 1 1 2 0 0 7 8 2 0 0 7 1 0 2 0 0 7 一季度 待定 2 0 0 7 1 0 待定 2 0 0 7 1 0 待定 2 0 0 7 6 6 0乌鲁木齐成毅0 3 7 1 6 7 4 4 5 3 3 7 1 0 0哈尔滨成毅0 3 7 1 6 7 4 4 5 3 3 7 1 5 0成都刘良明 0 2 7 6 8 7 7 8 5 6 3 1 0 0 1 0 0 1 0 0 5 0 待定 1 0 0 4 0 待定 待定 1 0 0 待定廖安平 黄山高迎春 成都周琪 待定王起民 待定周琪 重庆章淑君 待定张燕燕 0 1 0 6 8 4 2 4 1 0 6 0 2 7 6 8 7 7 8 8 2 5 0 1 0 8 8 2 1 7 8 1 2 0 1 0 8 8 3 6 4 4 7 0 0 1 0 8 8 2 1 7 8 1 2 0 7 5 5 8 3 1 3 9 1 0 8 0 1 0 6 8 5 3 1 2 2 5 待定丁继宪0 2 8 8 3 3 5 9 3 7 8 待定高俊岭 北京易杰军 0 2 8 8 7 8 511 6 4 0 1 0 8 8 5 8 5 4 0 4 待定10 0 0待定梁卫呜0 1 0 8 8 5 8 6 4 5 7 2 4 矿山信息化与矿山安全保护 学术交流 2 0 0 7 7 81 0 0 待定杨敏 1 3 8 5 2 4 8 3 9 2 9 鲎查堑塑全 万方数据 现代工程测量技术发展与应用现代工程测量技术发展与应用 作者 王晏民 洪立波 过静珺 秦长利 陈品祥 wang yan min hong li bo guo jing jun qin chang li chen pin xiang 作者单位 王晏民 wang yan min 北京建筑工程学院 北京 100044 洪立波 陈品祥 ho