工程测量学的发展评述

1、.：.；工程丈量学的开展评述摘要：本文对工程丈量学重新进展了定义，指出了该学科的位置和研讨运用领域；论述了工程丈量学领域通用和公用仪器的开展；在实际方法开展方面，重点对平差实际、工程网优化设计、变形观测数据处置方法进展了归纳和总结。扼要地表达了大型特种精细工程丈量在国内外的开展情况。结合科研和开发实际，简介了地面控制与施工丈量工程内外业数据处置一体化自动化系统科傻系统。最后展望了21世纪工程丈量学假设干开展方向。 关键词：工程丈量 工业丈量 精细工程丈量 丈量机器人 工程网优化设计 一、学科位置和研讨运用领域 1. 学科定义 工程丈量学是研讨地球空间(地面、地下、水下、空中)中详细几何实体的丈

2、量描画和笼统几何实体的测设实现的实际方法和技术的一门运用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研讨效力对象。 2. 学科位置 测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现代开展的一级学科。该学科无论怎样开展，效力领域无论怎样拓宽，与其他学科的交叉无论怎样增多或加强，学科无论出现怎样的综合和细分，学科称号无论怎样改动，学科的本质和特点都不会改动。总的来说，整个学科的二级学科仍应作如下划分： 大地丈量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地丈量)； 工程丈量学(含近景摄影丈量和矿山丈量)； 航空摄影丈量与遥感学； 地图制图学； 不动产地籍与土地整理。 3. 研讨运用领域 目前国内把工程建立有

3、关的工程丈量按勘测设计、施工建立和运转管理三个阶段划分；也有按行业划分成：线路(铁路、公路等)工程丈量、水利工程丈量、桥隧工程丈量、建筑工程丈量、矿山丈量、海洋工程丈量、军事工程丈量、3维工业丈量等，几乎每一行业和工程丈量都有相应的著书或教材。 由Hennecke,Mueller,Werner 3个德国人所编著的工程丈量学，主要按下述内容进展划分和编写：丈量仪器和方法；线路、铁路、公路建立丈量；高层建筑丈量；地下建筑丈量；平安监测；机器和设备丈量。 由于工程丈量的研讨运用领域非常广泛，开展变化也很快，因此写书非常困难。目前国内外没有一本全面涉及工程丈量学实际、技术、方法和实践运用的现代专著或教

4、材。 国际丈量师结合会(FIG)的第六委员会称作工程丈量委员会，过去它下设4个任务组：丈量方法和限差；土石方计算；变形丈量；地下工程丈量。此外还设了一个特别组：变形分析与解释。如今，下设了6个任务组和2个专题组。6个任务组是：大型科学设备的高精度丈量技术与方法；线路工程丈量与优化；变形丈量；工程丈量信息系统；激光技术在工程丈量中的运用；电子科技文献和网络。2个专题组是：工程和工业中的特殊丈量仪器；工程丈量规范。 德国、瑞士、奥地利3个德语语系国家自50年代发起组织每34年举行一次的“工程丈量国际学术讨论会。过去把工程丈量划分为以下几个专题：丈量仪器和数据获取；数据解释、处置和运用；高层建筑和设

5、备安装丈量；地下和深层建筑丈量；环境和工程建筑物变形监测。 1992年第11届讨论会的专题是：丈量实际与丈量方案；丈量技术和丈量系统；信息系统和CAD；在建筑工程和工业中的运用。 1996年的第12届讨论会的专题是：丈量和数据处置系统；监测和控制；在工业和建筑工程中的质量问题；数据模型和信息系统；交叉学科的大型工程工程。 从以上可见，工程丈量学的研讨领域既有相对的固定性，又是不断开展变化的。笔者以为，工程丈量学主要包括以工程建筑为对象的工程丈量和以设备与机器安装为对象的工业丈量两大部分。在学科上可划分为普通工程丈量和精细工程丈量。工程丈量学的主要义务是为各种工程建立提供测绘保证，满足工程所提出

6、的要求。精细工程丈量代表着工程丈量学的开展方向，大型特种精细工程建立是促进工程丈量学科开展的动力。 二、工程丈量仪器的开展 工程丈量仪器可分通用仪器和公用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智能化方向开展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现丈量的全自动化，被称作丈量机器人。丈量机器人可自动寻觅并准确照准目的，在1 s内完成一目的点的观测，像机器人一样对成百上千个目的作继续和反复观测，可广泛用于变形监测和施工丈量。GPS接纳机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程丈量中得

7、到广泛运用。将GPS接纳机与电子全站仪或丈量机器人衔接在一同，称超全站仪或超丈量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵敏的3维极坐标丈量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程丈量。 公用仪器是工程丈量学仪器开展最活泼的，主要运用在精细工程丈量领域。其中，包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或丈量系统。主要特点是：高精度、自动化、遥测和继续观测。 用于建立程度的或竖直的基准线或基准面，丈量目的点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距)，称为基准线丈量或准直丈量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪，金属丝引张线，各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪，以及尼龙丝或金属丝准直丈

8、量系统等。 在间隔 丈量方面，包括中长间隔 (数十米至数公里)、短间隔 (数米至数十米)和微间隔 (毫米至数米)及其变化量的精细丈量。以ME5000为代表的精细激光测距仪和TERRAMETER LDM2双频激光测距仪，中长间隔 丈量精度可达亚毫米级；可喜的是，许多短间隔 、微间隔 丈量都实现了丈量数据采集的自动化，其中最典型的代表是铟瓦线尺测距仪DISTINVAR，应变仪DISTERMETER ISETH，石英伸缩仪，各种光学应变计，位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内到达0.01m的计量精度，成为重要的长度检校和精细丈量设备；采用CCD线列传感器丈量微

9、间隔 可到达百分之几微米的精度，它们使间隔 丈量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。 高程丈量方面，最显著的开展应数液体静力水准丈量系统。这种系统经过各种类型的传感器丈量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可挪动和继续丈量等特点。两容器间的间隔 可达数十公里，如用于跨河与跨海峡的水准丈量；经过一种压力传感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米到达数米。 与高程丈量有关的是倾斜丈量(又称挠度曲线丈量)，即确定被测对象(如桥、塔)在竖直平面内相对于程度或铅直基准线的挠度曲线。各种机械式测斜(倾)仪、电子测倾仪都向着数字显示、自动记录和灵敏挪动等方向开展，

10、其精度达微米级。 具有多种功能的混合丈量系统是工程丈量公用仪器开展的显著特点，采用多传感器的高速铁路轨道丈量系统，用丈量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的丈量车，丈量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机，可用于丈量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。液体静力水准丈量与金属丝准直集成的混合丈量系统在数百米长的基准线上可准确丈量测点的高程和偏距。 综上所述，工程丈量公用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可挪动、延续、自动记录、微机控制等特点，可作精细定位和准直丈量，可丈量倾斜度、厚度、外表粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。 三、工程丈量实际方法的开展 1.

11、 丈量平差实际 最小二乘法广泛运用于丈量平差。最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型，它是各种经典的和现代平差模型的一致模型。丈量误差实际主要表如今对模型误差的研讨上，主要包括：平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断；模型误差对参数估计的影响，对参数和残差统计性质的影响；病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网参考点稳定性检验的需求，导致了自在网平差和拟稳平差的出现和开展。观测值粗差的研讨促进了控制网可靠性实际，以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性实际的研讨和开展。针对观测值存在粗差的客观实践，出现了稳健估计(或称抗差估计)；针

12、对法方程系数阵存在病态的能够，开展了有偏估计。与最小二乘估计相区别，稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。 巴尔达的数据探测法对观测值中只存在一个粗差时有效，稳健估计法具有抵抗多个粗差影响的优点。建立矫正数向量与观测值真误差向量之间的函数关系，可对多个粗差同时进展定位和定值，这种方法已在通用平差软件包中得到算法实现和运用。 方差和协方差分量估计本质上是精化平差的随机模型，过去不断仅停留在实际的研讨上。实践中，要求对多种观丈量进展综合处置，因此，方差分量估计已成为丈量平差的必备内容了。目前，通用平差软件包中已添加了该功能，但还需求在丈量规范中明确提出来。 需求指出的是：许多丈量作业单位喜欢采用附

13、合导线进展逐级加密，主要根据目前规范中有关一、二、三级导线和图根导线的规定。无疑附合导线具有许多优点，但由于多余观测少，发现和抵抗粗差的才干较弱，不宜滥用。建立一个区域的控制，首级网点采用GPS丈量，下面最好用一个等级的导线网作全面加密。从丈量平差实际来看，全面布设的导线网具有更好的图形强度，精细较均匀，可靠性也较高。 2. 工程控制网优化设计实际和方法 网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计实际构造目的函数和约束条件，解求目的函数的极大值或极小值。普通将网的质量目的作为目的函数或约束条件。网的质量目的主要有精度、可靠性和建网费用，对于变形监测网还包括网的灵敏度或可区分性。

14、对于网的平差模型而言，按固定参数和待定参数的不同，网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计，涉及到网的基准设计，网形、观测值精度以及观测方案的设计。在工程丈量中，施工控制网、安装控制网和变形监测网都需求作优化设计。由于采用GPS定位技术和电磁波测距，网的几何图形概念与传统的测角网有很大的区别。除特别的精细控制网可思索用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外，其他的网都可用模拟法进展设计。模拟法优化设计的软件功能和进展优化设计的步骤主要是：根据设计资料和地图资料在图上选点布网，获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进展)。模拟观测方案，根据仪器确定观测值精度，可进一步模

15、拟观测值。计算网的各种质量目的如精度、可靠性、灵敏度。精度应包括点位精度、相邻点位精度、恣意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度。进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵，协方差阵的主成份计算，特征值计算，点位误差椭圆、置信椭圆的计算等。可靠性包括每个观测值的多余观测分量(内部可靠性)和某一观测值的粗差界限值对平差坐标的影响(外部可靠性)。灵敏度包括灵敏度椭圆、在给定变形向量下的灵敏度目的以及观测值的灵敏度影响系数。将计算出的各质量目的与设计要求的目的比较，使之既满足设计要求，又不致于有太大的富余。经过改动观测值的精度或改动观测方案(添加或减少观测值)或部分改动

16、网形(添加或减少网点)等方法重新作上述设计计算，直到获取一个较好的结果。 在实际中，总结出了下述优化设计战略：先固定观测值的精度，对选取的网点，观测一切能够的边和方向，计算网的质量的目的，假设质量偏低，那么必需提高观测值的精度。在某一组先验精度下，假设网的质量目的偏高了，这时可按观测值的内部可靠性目的ri，删减观测值。ri太大，阐明该观测值显得多余，应删去；假设ri很小，那么该观测值的精度不宜添加。这种根据ri大小来删除观测值的方法称为从“密到“疏，从“肥到“瘦的优化战略。 从模拟法优化设计的整个过程来看，它是一种试算法，需求有一个好的软件。该软件除具有通用平差软件的功能外，在成果输出的多样性

17、、直观性，在可视化以及人机交互界面设计方面都有更高要求。同时也要求设计者具有坚实的专业知识和丰富的阅历。 用模拟法可获得一个相对较优且真实可行的方案，可进一步用模拟观测值作网的平差计算，同时可模拟观测值粗差并计算对结果的影响。这种方法称为数学扭曲法或蒙特卡洛法。对于一个精度、可靠性以及灵敏度要求极高的监测网或精细控制网，作上述优化设计和精细计算是非常必要的。国内在这方面的运用报道较少。多是为了平安起见，有较大的质量富余，建网费用偏高。网优化设计费用很少，所带来的效益较大，凡是较重要的工程控制网，都应作优化设计。 3. 变形观测数据处置 工程建筑物及与工程有关的变形的监测、分析及预告是工程丈量学

18、的重要研讨内容。其中的变形分析和预告涉及到变形观测数据处置。但变形分析和预告的范畴更广，属于多学科的交叉。 (1) 变形观测数据处置的几种典型方法 根据变形观测数据绘制变形过程曲线是一种最简单而有效的数据处置方法，由过程曲线可作趋势分析。假设将变形观测数据与影响因子进展多元回归分析和逐渐回归计算，可得到变形与显著性因子间的函数关系，除作物了解释外，也可用于变形预告。多元回归分析需求较长的一致性好的多组时间序列数据。 假设仅对变形观测数据，可采用灰色系统实际或时间序列分析实际建模，前者可针对小数据量的时间序列，对原始数列采用累加生成法变为生成数列，因此有减弱随机性、添加规律性的作用。假设对一个变

19、形观丈量(如位移)的时间序列，经过建立一阶或二阶灰微分方程提取变形的趋势项，然后再采用时序分析中的自回归滑动平均模型ARMA，这种组合建模的方法，可分性好且具有以下显著优点：将非平稳相关时序转化为独立的平衡时序；具有同时进展平滑、滤波和推估的作用；模型参数聚集了系统输出的特征和形状；这种组合模型是基于输出的等价系统的理想动态模型。 把变形体视为一个动态系统，将一组观测值作为系统的输出，可以用卡尔曼滤波模型来描画系统的形状。动态系统由形状方程和观测方程描画，以监测点的位置、速率和加速率参数为形状向量，可构造一个典型的运动模型。形状方程中要加进系统的动态噪声。卡尔曼滤波的优点是勿需保管用过的观测值

20、序列，按照一套递推算法，把参数估计和预告有机地结合起来。除观测值的随机模型外，动态噪声向量的协方差阵估计和初始周期形状向量及其协方差阵确实定值得留意。采用自顺应卡尔曼滤波可较好地处理动态噪声协方差的实时估计问题。卡尔曼滤波特别适宜滑坡监测数据的动态处置；也可用于静态点场、似静态点场在周期的观测中显著性变化点的检验识别。 对于具有周期性变化的变形观测时间序列，经过Fourier变换，可将时域内的信息转变到频域内分析，例如大坝的程度位移、桥梁的垂直位移都具有明显的周期性。在某一观测时辰的观测值数字信号可表示为许多个不同频率的谐波分量之和，经过计算各谐波频率的振幅，最大振幅以及所对应的主频率等，可提

21、示变形的周期变化规律。假设将变形体视为动态系统，变形视为输出，各种影响因子视为输入，并假设系统是线性的，输入输出信号是平稳的，那么经过频谱分析中的相关函数、频响函数和呼应谱函数估计，可以分析输入输出信号之间的相关性，输入对系统的奉献(即影响变形的主要要素及其频谱特性)。 (2) 变形的几何分析与物了解释 传统的方法将变形观测数据处置分为变形的几何分析和物了解释。几何分析在于描画变形的空间及时间特性，主要包括模型初步鉴别、模型参数估计和模拟统计检验及最正确模型选取3个步骤。变形监测网的参考网、相对网在周期观测下，参考点的稳定性检验和目的点和位移值计算是建立变形模型的根底。变形模型既可根据变形体的

22、物理力学性质和地质信息选取，也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取。此外，前述的时间序列分析，灰色实际建模、卡尔曼滤波以及时间序列频域法分析中的主频率和振幅计算等也可看作变形的几何分析。 变形的物了解释在于确定变形与引起变形的缘由之间的关系，通常采用统计分析法和确定函数法。统计分析法包括多元回归分析、灰色系统实际中的关联度分析以及时间序列频域法分析中的动态呼应分析等。统计分析法以实测资料为根底，观测资料愈丰富、质量愈高，其结果愈可靠，且具有“后验性质，它与变形的几何分析具有亲密的关系，是丈量任务者最熟习和乐于采用的方法。确定函数法是根据变形体的物理力学参数，建立力(荷载)和变形之间的函数关系

23、如位移场的微分方程，在边境条件知时，采用有限元法解微分方程，可得到变形体有限元结点上的变形。采用有限元法，可以计算混凝土大坝、矿山地表以及滑坡在外力(外表力和膂力)作用下的位移值。这种方法不需求监测数据(监测数据仅作检验用)，具有“先验性质。只需有限元划分得当，变形体的物理力学参数(如杨氏弹性模量，泊松比，内摩擦角、内聚力以及容重等)选获得较好，该法无疑是一种多快好省的方法，目前有许多有限元计算软件如COSMOS/M供用。但变形体的物理力学参数确实定和所建立的微分方程都带有一定的假设，有时用有限元法计算的值与实测值有较大的差别，这就导致了将两种方法相结合的综合分析法，以及根据实测值按一定实际反

24、求变形体物理力学参数的反演分析法，经过反演解算，重新用有限元法作修正计算。相对于有限元法，条分法用于边坡稳定性分析、计算和评价更为简单，其中萨尔码(SARMA)法运用最普遍，根据力学模型、几何条件和静力平衡方程，对平衡条件作迭代计算，可定量的得到边坡稳定性评价目的稳定平安系统。普通要求对条分法和有限元法同时运用。上述方法对大多数丈量任务者来说较为陌生，用确定函数法进展地变形的物了解释和预测属于学科交叉领域，需求与地质和工程构造方面的人员协作。 (3) 变形分析与预告的系统论方法 用现代系统论为指点进展变形分析与预告是目前研讨的一个方向。变形体是一个复杂的系统，它具有多层次高维的灰箱或黑箱式构造

25、，是非线性的，开放性(耗散)的，它还具有随机性，这种随机性除包括外界干扰的不确定性外，还表如今对初始形状的敏感性和系统长期行为的混沌性。此外，还具有自类似性、突变性、自组织性和动态性等特征。 按系统论方法，对变形体系统普通采用输入输出模型和动力学方程两种建模方法进展研讨，前者系针对黑箱或灰箱系统建模，前述的时序分析、卡尔曼滤波、灰色系统建模、神经网络模型乃至多元回归分析法都可以视为输入输出建模法。采用动力学方程建模与变形物了解释中确实定函数法类似，系根据系统运动的物理规律建立确定的微分方程来描画系统的运动演化。但对动力学方程不是经过有限元法求解，而是在对系统受力和变形认识的根底上，用低阶的简化

26、的在数学上可解和可分析的模型来模拟变形过程，模型解算的结果根本符合客观现实。例如用弹簧滑块模型模拟地震过程的混沌形状和高边坡的粘滑过程，用单滑块模型模拟大坝的变形过程，用尖点突变模型解释大坝失稳的机理。对动力学方程的解的研讨是系统论分析方法的中心，为此引入了许多与动力系统有关的根本概念，这些概念与变形分析和预告亲密相关，它们是：形状空间或相空间(称解空间)、相轨线、吸引子、相体积、李亚普诺夫指数和柯尔莫哥洛夫熵等。例如相轨线代表相点运动的迹线，每一个相点代表形状向量(变形、速率或影响因子)在某一时辰的解；吸引子代表系统的一种稳定的运动形状，它可以是一个稳定的相点位，环或环面，也可以是相空间的一

27、个有限区域，对于部分不稳定的非线性系统，将出现分数维的奇异吸引子，表示系统将出现混沌形状。李亚普诺夫指数描画系统对于初始条件的敏感特征，根据其符号可以判别吸引子的类型以及轨线是发散的还是吸引(收敛)的。柯尔莫哥洛夫熵那么是系统不确定性的量度，由它可导出系统变形平均可预告的时间尺度。对变形观测的时间序列(如位移量)进展相空间重构，并按一定的算法计算吸引子的关联维数，柯尔莫哥洛夫熵和李亚普诺夫指数等，可在整体上定性地认识变形的规律。另外，也可根据监测资料，反演化形体系统的非线性动力学方程。 系统论方法还涉及变形体运动稳定性研讨，这种稳定性在数学上可转化为微分方程稳定性的研讨，主要采用李亚普诺夫提出

28、的判别方法。 系统论方法涉及到许多非线性科学学科的知识，如系统论、控制论、信息论、突变论、协同论、分形、混沌实际、耗散构造等。上述实际远不是工程丈量任务者所能掌握的，将系统论方法与变形分析与预告相结合的研讨只是初步的，希望有更多的青年学者参与到这一研讨领域来。四、大型特种精细工程丈量 大型特种精细工程建立和对测绘的要求是工程丈量学开展的动力。这里仅简单引见国内外有关情况。 1. 国内览胜 三峡水利枢纽工程变形监测和库区地壳形变、滑坡、岩崩以及水库诱发地震监测，其规模之大，监测工程之多，都堪称世界之最。不仅采用目前国内外最成熟最先进的仪器、技术，在实际中也在不断开展新的技术和方法，如对滑坡体变形

29、与失稳研讨的计算机智能仿真系统；拟进展研讨的三峡库区滑坡泥石流预告的3S工程等，都涉及到精细工程丈量。隔河岩大坝外部变形观测的GPS实时继续自动监测系统，监测点的位置精度到达了亚毫米。该工程 用地面方法建立的变形监测网，其最弱点精度优于1.5 mm。 北京正负电子对撞机的精细控制网，精度达0.3 mm。设备定位精度优于0.2 mm，200 m直线段漂移管直线精度达0.1 mm。大亚湾核电站控制网精度达2 mm，秦山核电站的环型安装丈量控制网精度达0.1 mm。 上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达0.2 mm，桥墩点位标定精度达0.1 mm；武汉长江二桥全桥的贯穿精度(跨距和墩中心偏向)达毫米级。

30、高454 m的东方明珠电视塔对于长114 m、重300 t的钢桅杆天线，安装的垂准误差仅9 mm。 长18.4 km的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优于3 mm，一等精细水准线路长120多公里。目前辅助隧道已贯穿，仅一个贯穿面的情况下，横向贯穿误差为12 mm，高程方向的贯穿误差只需3 mm。 2. 国外简述 国外的大型特种精细工程更不胜枚举。以大型粒子加速器为例，德国汉堡的粒子加速器研讨中心，堪称特种精细工程丈量的历史博物馆。1959年建的同步加速器，直径仅100 m，1978年的正负电子储存环，直径743 m，1990年的电子质子储存环，直径2000 m。为了减少能量损失，改用直线加

31、速器替代环形加速器，正在建的直线加速器长达30 km，100300 m的磁件相邻精度要求优于0.1 mm,磁件的精细定位精度仅几个微米，并能以纳米级的精度确定直线度。整个丈量过程都是无接触自动化的。用精细激光测距仪TC2002K间隔 丈量，其测距精度与ME5000相当，对平均边长为50m的3 800条边，矫正数小于0.1 mm的占95%。美国的超导超级对撞机，其直径达27 km，为保证椭圆轨道上的投影变形最小且位于一平面上，利用了一种双重正形投影。所作的各种精细丈量，均思索了重力和潮汐的影响。主网和加密网采用GPS丈量，精度优于110-6 D。 露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态丈量计算系统(德

32、国)。大型挖煤机长140 m，高65 m,自重8 000 t，其挖斗轮的直径17.8 m，每天挖煤量可达10多万吨。为了实时动态地得到挖煤机的采煤量，在其上安顿了3台GPS接纳机，与参考站无线电实时数据传输和差分动态定位，挖煤机上两点间间隔 的精度可达1.5 cm。根据3台接纳机的坐标，按一定几何模型可计算出挖煤机挖斗轮的位置及采煤层截曲面，可计算出采煤量，经对比实验，其精度达7%4%。这是GPS，GIS技术相结合在大型特种工程中运用的一个典型例子。 核电站冷却塔的施工丈量系统。南非某一核电站的冷却塔高165 m，直径163 m。在整个施工过程中，要求每一高程面上塔壁中心线与设计的限差小于50

33、 mm，在塔高方向上每10 m的相邻精度优于10 mm。由于在建造过程中发现地基地质构造不良，出现不均匀沉陷，使塔身产生变形。为此，要根据精细丈量资料拟合出实践的塔壁中心线作为修正设计的根据。采用丈量机器人用极坐标法作3维丈量，对每一施工层，沿塔外壁设置了1 600多个目的点，在夜间可完成全部丈量任务。对大量的丈量资料经过恰当的数据处置模型使精度提高了一至数倍，所到达的相邻精度远远超越了设计要求。精细丈量不仅是施工的质量保证，也为整治工程病害提供了可靠的资料，同时也能对整治效果作出准确评价。 瑞士阿尔卑斯山的专长双线铁路隧道哥特哈德长达57 km，为该工程特别重新作了国家大地丈量(LV95)，

34、采用GPS技术施测的控制网，平面精度达7 mm，高程精度约2 cm。以厘米级的精度确定出了整个地域的大地水准面。为加快进度和避开不良地质段，中间设了3个竖井，共4个贯穿面，横向贯穿误差允许值为6992 mm(较只设一个贯穿面可缩短工期11年)。整个隧道的工程投资估计约15亿瑞士法朗，方案于2004年全线贯穿。 挺拔建筑物方面，有人想象，在21世纪将建造2 000 m乃至4 000 m的摩天大厦，这不仅是建筑师的梦想，也是对丈量工程师的挑战。 五、科技研讨开发实际 将科研成果转化为消费力是科研的最终目的，作为一门运用性学科，这种转化尤为重要。它主要表如今软硬件的开发研制上。 基于掌上电脑的地面控

35、制与施工丈量工程内外业数据处置一体化自动化系统(简称科傻系统)是我们近年来所作的一项科技研讨开发实际。科傻系统是对电子全站仪实如今线控制数据采集。掌上电脑上可固化两个软件包，一个用于地面控制丈量数据采集、检查、预处置、概算以及网平差等(称科傻一)；一个用于工程放样、道路丈量以及碎部点数据采集(称科傻三)。另外，在微机上研制了一个“现代丈量控制网数据处置通用软件包(称科傻二)。上述3个软件包既可独立运用，又有亲密的联络(特别是科傻一与科傻二之间)。科傻一可用于恣意2、3维工程控制网，国家及城市等级网，一、二、三级导线网以及图根加密网的在线或离线数据采集到网平差，实现了内外业数据处置的一体化。同时也可作一、二、三、四等和等外水准丈量从数据采集到网平差的数据处置。科傻二除具有恣意网形、恣意规模的地面平面、高程控制网的平差功能外，还包含近似坐标计算，稀疏矩阵紧缩存贮，网点优化排序，闭合差自动计算，概算，粗差定值计算和矫正，方差分量估计，贯穿误差影响值估算，工程控制网模拟法优化设计，控制网数据管理，网图显绘，成果报表输出，以及与掌上电脑、全站仪的数据通讯等功能。 科傻系统集成了丈量学、控制丈量学、工程丈量学、丈量平差等课程的有关专业知识和长期科研成果，可广泛运用于消费、教学及科技开