浅析工程测量的理论方法及技术应用
2013-03-29 来源：中国鸣网
引言
工程测量技术是服务于工程建设的一种测绘技术, 它的发展与测绘科学技术和工程建设的发展密切相关。在所有的工程建设中,工程测量是一项极为重要的基础性工作,在整个工程的建设中占有重要的地位,它对工程的设计以及施工都是有直接性的影响,测量施工出现失误,就可能会造成整个工程施工的失误,进而影响整个工程的质量。
一、工程测量的定义及分类
在工程建设的设计、施工和管理各阶段中进行测量工作的理论、方法和技术，称为工程测量。工程测量是测绘科学与技术在国民经济和国防建设中的直接应用，是综合性的应用测绘科学与技术，它直接为工程建设服务的，它的服务和应用范围包括城建、地质、铁路、交通、房地产管理、水利电力、能源、航天和国防等各种工程建设部门。
1、按照工程建设的进行程序分类
按工程建设的进行程序，工程测量可分为规划设计阶段的测量，施工兴建阶段的测量和竣工后的运营管理阶段的测量。规划设计阶段的测量主要是提供地形资料。取得地形资料的方法是，在所建立的控制测量的基础上进行地面测图或航空摄影测量;施工兴建阶段的测量的主要任务是，按照设计要求在实地准确地标定建筑物各部分的平面位置和高程，作为施工与安装的依据。
2、按照工程测量所服务的工程种类分类
按工程测量所服务的工程种类，也可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁与隧道测量、矿山测量、城市测量和水利工程测量等。此外，还将用于大型设备的高精度定位和变形观测称为高精度工程测量;将摄影测量技术应用于工程建设称为工程摄影测量;而将以电子全站仪或地面摄影仪为传感器在电子计算机支持下的测量系统称为3维工业测量。
二、工程测量中方法分析
1、测量平差理论
最小二乘法广泛应用于测量平差。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统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上，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要，导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论，以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。
2、工程控制网优化设计理论和方法
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理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或极小值。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。除特别的精密控制网可考虑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行设计。
模拟法优化设计的软件功能和进行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行）。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指标以及观测值的灵敏度影响系数。将计算出的各质量指标与设计要求的指标比较，使之既满足设计要求，又不致于有太大的富余。通过改变观测值的精度或改变观测方案（增加或减少观测值）或局部改变网形（增加或减少网点）等方法重新作上述设计计算，直到获取一个较好的结果。
3、变形观测数据处理
3.1变形观测数据处理的几种典型方法
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理方法，由过程曲线可作趋势分析。如果将变形观测数据与影响因子进行多元回归分析和逐步回归计算，可得到变形与显著性因子间的函数关系，除作物理解释外，也可用于变形预报。多元回归分析需要较长的一致性好的多组时间序列数据。
3.2 变形的几何分析与物理解释
传统的方法将变形观测数据处理分为变形的几何分析和物理解释。几何分析在于描述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佳模型选取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标点和位移值计算是建立变形模型的基础。变形的物理解释在于确定变形与引起变形的原因之间的关系，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、灰色系统理论中的关联度分析以及时间序列频域法分析中的动态响应分析等。
3.3 变形分析与预报的系统论方法
用现代系统论为指导进行变形分析与预报是目前研究的一个方向。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结构，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，还表现在对初始状态的敏感性和系统长期行为的混沌性。此外，还具有自相似性、突变性、自组织性和动态性等特征。
三、工程测量技术应用分析
1、工程控制测量
工程控制测量是各种工程测量的基础和基准。现代空间定位技术特别是GPS的发展,提供了一种崭新的控制测量技术手段,使工程平面控制测量发生了革命性的变革。传统的三角测量、三边测量、边角测量以及导线测量建立高等级控制测量的方法已被GPS测量所替代。全站仪的发展提高了测角和测距的精度,目前全站仪测角精度达到0.5s,测距精度达到±（0.5 mm+1×10-6D）,同时自动化程度越来越高。自动全站仪能自动识别、跟踪和精确照准目标,因此大大简化了仪器的观测操作,在工程测量中得到广泛应用。
2、施工放样测量
随着大型工程建设的规模增大、工程结构的日趋复杂和机械化施工,加大了施工放样的难度。目前,全站仪在施工放样测量中发挥了极大的作用,放样方法主要采用全站仪坐标法放样。在线路曲线放样中,按测量坐标系计算曲线点的测量坐标,在测量控制点上由全站仪直接放样曲线点,简化了线路曲线放样操作。
在道路施工、管线架设中,除采用全站仪进行桩点放样外,利用GPSRTK技术直接放样点位也已在生产中广泛应用。在桥梁、港口工程施工中,水面上桩位测量也采用GPSRTK技术,在打桩船上安置两台GPSRTK接收机和打桩机桩位构成固定的几何关系,实时测定打桩船的位置和方位进行桩位样。全站仪的自动跟踪和遥测操作功能给施工的实时、动态测量创造了条件。
3、工业测量
工业测量方法主要有:两台或多台高精度电子经纬仪的空间前方交会测量系统、单台高精度全站仪（包括激光跟踪仪）的极坐标测量系统、采用数字量测相机的工业近景摄影测量系统,及用于直线测量的激光准直测量系统和用于水平面测量的静力连通管高程测量系统。
摄影测量装置的激光跟踪仪工业测量系统,由LTD500和T-Cam构成主机,配合T-Probe测量装置构成。该系统通过摄影测量装置可确定测量装置的3个转动角,即可得到测量装置下部触针端点的精确位置,给测量带来很大的方便。工业近景摄影测量系统采用两台高分辨率的数码相机对被测物体同时摄影,工业近景摄影测量系统主要用于复杂形状测量,特别适用于动态物体的快速坐标测量。工业近景摄影测量系统的测量精度一般在1/10万左右。
激光准直测量系统可分为激光束准直和波带板激光准直,前者受激光束漂移的影响,准直距离一般在10m范围内,准直精度一般为1/10万左右。后者采用3点测量方法,削弱了激光束漂移的影响,准直精度可达1/100万左右。激光准直测量系统的探测器采用CCD和PSD光电位置传感器,提高了探测的采样率和灵敏度。
四、结束语
工程技术的发展对测量工作不断的提出新的要求，特别是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、摄影测量与遥感（RS）以及数字化测绘和地面测量先进技术的发展，使工程测量的手段、方法和理论产生了深刻的变化。工程测量的领域在进一步扩展，而且正朝着测量数据采集和处理的自动化、实时化和数字化方向发展。
