工程测量技术的发展现状与展望

工程测量技术发展现状与展望

摘要

随着科学技术的不断发展，传统的测量技术走向数字化，工程测量的服务领域也不断拓宽，与其他学科的互相渗透和交叉不断加强，新技术、新理论的引进和应用不断深入，可以很直观的看出未来的测量学科应该是数据采集和处理向一体化、实时化、数字化方向发展；仪器也向精密化、自动化、信息化、智能化方向发展。本文分析了工程测量技术的发展和应用状况，并对其发展趋势进行了展望。

关键词：测量技术发展现状展望

Engineering Surveying Technology Development Status and

Prospects

Abstract

With the continuous development of science and technology, the traditional measurement techniques to digital, engineering survey services have continued to widen, with other disciplines and cross constantly strengthen mutual penetration of new technologies, the introduction and application of new theoretical deepening can be very intuitive see the future of the measurement should be subject to the integration of data acquisition and processing, real-time, digital direction; instrument also told precision, automation, information technology, intelligent direction. This paper analyzes the status of project development and application of measurement techniques, and the prospects for its development trend.

Keywords: measurement technology development status outlook

1．前言

工程测量是研究地球空间中具体几何实体测量和抽象几何实体试验测设的

理论、方法和技术的一门应用学科［7］。传统工程测量的领域一般在交通、建筑、水利、矿山等部门。而现代工程测量则突破了传统，它不仅仅为工程建设服务，还涉及到了工程的动态、静态几何和物理量的测设，测量结果的分析，以及物体的发展趋势预测等。随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化，工程测量的发展可以概括为“四化”和“十六字”，所谓“四化”是：工程测量内、外作业的一体化，数据获取及其处理的自动化，测量过程控制和系统行为的智能化，测量成果和产品的数字化。“十六字”是：连续、动态、遥测、实时、精确、可靠、快速、简便。

2．高新科技的应用

现在是一个科技井喷的年代，各种以前只能想的东西都出现在了人们的眼前，以前说只有想不到，没有做不到，现在就是现实在印证。而科技的发展的应用到实际的工作中，产品中，看见了效益，才有发展的动力，才能更新换代，而其中的工程测量也是如此，与上个世纪完全是两个景象，接下来介绍几种世界先进的测量科技。它们有诸多相似之处，如说用途广泛、自动化程度高、精度高等。当然它们也有诸多差异，如数字化技术一般运用在存储数据和成图方面，而卫星定位技术、摄影测量技术、地面测量仪则是用在实地观测上面的，但是它们也包含数字化技术，如在数据记录和存储方面。实际上各种高新技术是相互兼容的。

2.1 卫星定位技术在工程测量中的应用

卫星定位系统有四种：

⑴美国布设的第二代全球卫星无线电导航系统GPS。空间部分包括24颗分布在6个轨道上的卫星，卫星高度约20200km，运行速度为3800m/s。运行周期11h58min，卫星轨道的倾角为55°。每颗卫星可覆盖全球38%面积。卫星的分布，可保证在地球上的任何地点、任何时刻、在高度15°以上的天空同时能观察到4

颗以上的卫星。卫星上有原子钟，且不断向地面发射两种频率的无线电波。该系统从1978年2月2日发射第一颗试验卫星起，到1994年3月28日完成第24

颗工作卫星的发射。

⑵前苏联发射的全球导航卫星系统GLONASS。也由24颗分布在3个轨道

面上的卫星组成，卫星高约19100km，运行周期为11h15min，轨道面与赤道面

交角为64.8°。该系统于1982年10月开始发射，至1995年发射完毕。随着地面设施的发展，“格洛纳斯”系统预计将在2015年完全建成。届时，其定位和导航误差范围将从目前的5米至6米缩小为1米左右，就精度而言该系统将处于全球领先地位。

⑶北斗卫星导航系统，是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统（CNSS），是继美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。截止2012年5月在轨卫星12颗，已经初步具备区域导航、定位和授时能力。北斗卫星导航系统将在2020年形成全球覆盖能力。目前其定位精度优于20m，授时精度优于100ns。

⑷2002年3月投入建设的Galileo系统，是由欧盟发起，与欧洲空间局共同开发的民用全球卫星导航服务（GNSS）系统。空间部分由30颗分布在三个轨道上的卫星组成，卫星高度为23616km，运行周期约14h4min，轨道倾角56°。2010年1月7日，欧盟委员会称，欧盟的伽利略定位系统将从2014年起投入运营。

GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。下面介绍几种GPS在工程测量中的应用特点：

2.1.1 建立工程控制网

工程控制网是工程建设、管理和维护基础，其网型和精度要求与工程项目性质、规模密切相关。一般地，工程控制网覆盖面积小，点位密度大、精度要求高。用常规方法多采用边角网。采用GPS定位方法建立工程控制网，具有点位选择限制少，作业时间短，成果精度高，工程费用低等优点。可应用于建立工程首级控制网，变形监测控制网，工矿施工控制网，工程勘探、施工控制网，隧道等地下工程控制网等等。应用GPS技术建立控制网，通常采用载波相位静态差分技术，以保证达到毫米级精度。应用GPS技术建立道路勘探、施工控制网和隧道工程控制网等具有显著优势，道路勘测、施工控制网，具有横向很窄、纵向很长特点。采用传统三角锁、导线方案，多数需要分段实施，以避免误差积累过大，采用GPS技术，由于点与点之间不需要通视，可以铺设很长的GPS点构成三角锁，以保持长距离线路坐标控制一致性。

隧道、地铁等地下工程，一般采用对向施工，有时还需采用立井施工，以提高贯通速度。为了保证贯通精度，必须建立地面精密控制网。隧道纵向跨度大，

其上方周围多为崇山峻岭，地铁上方，高楼大厦林立。用GPS技术建立隧道、

地铁工程控制网解决了这类工程一大难题。

2.1.2 RTK碎部测量与放样

RTK (Real Time Kinematic)技术，即载波相位差分技术，是实时处理两个测

站载波相位观测量差分方法。RTK系统由两部分组成：基准站（坐标已知)和移动站（用户接收）。其本原理是：将基准站采集载波相位发送给用户，用户根据基准站差分信息进行求差解算用户位置坐标。RTK技术可以应用于测量地形图、地籍图，测量房地产界址点，平面位置施工放样等。采用RTK技术测图时仅需

一人进行。将GPS接收机放在待定特征点上1. 2 s，同时输入该特征点编码即可。把一个小区域内地形、地物特征点测定后传入计算机(计算机相关信息)，由专业成图软件、在人工适当干预下，形成所要成果图。采用RIK技术进行放样，标

定界标点，是坐标直接标定，不像常规放样那样，需要后视方向、用解析法标定，因而简捷易行。

2.1.3区域差分网下碎部测量与放样

区域性GPS差分系统下碎部测量，放样，是基于区域GPS差分网进行。区域差与RTK单基点载波相位差分原理相似，不同是区域差分基准站往往多于1个，多基准站组成基准网，基准网提供各个基准站差分信息，用户接收机根据自己位置确定各基准站差分信息权，按非等权平差后形成自己差分改正数，实现差分定位。

2.1.4 GPS变形监测

变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物地基沉降、位移以及整体倾斜等状况。常规监测技术是应用水准测量方法，监测地基沉降；应用三角测量（或角度交会)方法监测地基位移和整体倾斜，由于被监测物

体通常都是几何尺寸巨人，监测环境复杂，监测技术要求较高，因此应用常规技术不仅观测时间长、劳动强度大，而且难以实现自动化监测。而GPS定位技术

由于定位精度高，不需要通视、可全天候工作等特点。研究表明，利用GPS进

行水平位移观测可获得小于士2.0mm精度位移矢量，高程测量也可获得不大于

±10.0mm精度。因此，GPS在变形监测中越来越受到广泛应用，尤其是大型工程：湖北省长阳土家族自治县境内隔河岩大坝，坝顶弧线全长653m，最大坝151m，于1997年底至1998年初安装、调试并运行成功了GPS自动监测系统。经实验

及运行实践结果表明系统自动化程度高、数据可靠、监测精度高。该系统设有两个基准点，采取了适当提高精度措施(系统设置、数据处理等)。取得了监测点在在水平方向精度为0.5至1.0mm,高程方向精度为1.0至1.5mm较为理想成果。

这一监测工程成功范例，标志着我国大型建筑物、构筑物高精度变形监测，采用GPS自动监测系统时代开始。

2.2 数字化技术在工程测量中的应用

数字化技术在测量工程领域得以广泛应用，使大比例尺测图技术向数字化、信息化发展。大比例尺地形图和工程图的测量，历来就是城市与工程测量的重要内容和任务。

常规的成图方法是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作，同时还有大量的室内数据处理和绘图工作，成图周期长，产品单一，难以适应飞速发展的城市建设和现代化工程建设的需要。随着电子经纬仪、全站仪的应用和Geomap 系统的出现，把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来，形成一个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。系统的开发研究主要是面向城市大比例尺基本图、工程地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图等各类图件的自动绘制。系统可直接提供纸图，也可提供软盘，为专业设计自动化，建立专业数据库和基础地理信息系统打下基础。

随着城市建设步伐的加快，各种大型建筑物和构筑物的建设工程、特种精密建设工程等的不断增多，工程测量技术提出了更高的新要求、新标准。现阶段工程测量的数字测图，主要是面向城市大比例尺地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图、交通网络图等各类图件，在野外测图是不可避免的。由于外界工作环境的原因，每个测量工作者都希望在进行外业的时候能够简装上阵且高效率地完成任务，这就是数字测量需要解决的问题，载波相位差分技术、电子平板的出现给数字化测量技术提供了发展机遇。RTK作业模式让RTK技术在工程测量中的普及，是测量科技发展的重大突破，在RTK模式下，流动站接受GPS 卫星数据及基准站数据，组成相位差分观测值，进行实时处理，能够实时提供高精度的定位点三维坐标结果。由于RTK定位精度高，方便灵活，测程不受限制，不受通视条件影响等优点，在数字化测量中应用RTK作业模式进行数据采集，大大加快了作业工作的速度，又能提供可靠的测量成果，成为数字测图新的里程碑。

2.2.1数字化技术在地籍测量中的应用

随着国家小城镇建设步伐的加快，城镇地籍测量工作在全国范围内展开，各地区对地籍图的需求将急剧膨胀。地籍测量的目的是为了全面澄清城镇土地的属性、位置、面积、用途、经济价值及相互之间的关系，为建立全国土地管理信息系统奠定了基础。数字化地籍测量的作业原理；外业数据采集利用全站仪记录的方法或利用全站仪和计算机，用Windows下的超级终端完成数据的传输；数据

的处理采用C语言编制的数据转换程序进行处理；图形的编辑利用RDM、EPSW、SCS等一些软件根据草图编绘图形，或使用MAPSUV、WALKFIEM等一些较成熟的软件直接编辑和处理；出图采用数字化地籍图和绘图仪两种形式，以适应不同需要。

2.2.2数字化技术在房产图测量中的应用

GIS数据库的建立是整个房产测绘数字化成型的核心所在，承担整个数字化系统的数据采集、编辑、管理以及查询统计、成果输出等工作。在技术上应遵循内、外业一体化原则。依据GB\T17986系列《房屋测量规范》要求，以VB语

言开发，建立各种点、线、面和属性信息，以AUTOCAD为开发平台，将图形

和数据有机结合，集成了CAD图形绘制、图形编辑功能以及数据库管理、计算功能，是一个专用的房产图绘制及数据管理系统。基础测绘CAD系统开发应用方向主要是房产测量基础图的日常维护与更新，以应对日新月异的城市面貌。针对城市变更测量和数字图修测补测的任务，该子系统功能包括了连接各种测量仪器，得到房产测量要素坐标，生成房产地物要素，绘出房产分幅图与分丘图，填写房屋调查信息等。

2.2.3数字化技术在摄影测量中的应用

数字摄影测量成图可以说是今后数字测图的一个重要发展方向。就摄影测量本身而言，从测量的角度上来看数字摄影测量还是利用影像来进行测绘的科学与技术；而从信息科学和计算机视觉科学的角度来看，它是利用影像来重建三维表面模型的科学与技术，也就是在室内重建地形的三维表面模型，然后在模型上进行测绘。因此，从本质上来说，它与原来的摄影测量没有区别。因而，在数字摄影测量系统中，整个的生产流程与作业方式，和传统的摄影测量差别似乎不大，但是它给传统的摄影测量带来了重大的变革。

2.3 摄影测量技术在工程测量中的应用

数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法。就摄影测量本身而言，从测绘的角度上来看数字摄影测量还是利用影像来进行测量的科学与技术；而从信息科学和计算机视觉科学的角度来看，它是利用影像来重建三维表面模型的科学与技术，也就是在“室内”重建地形的三维表面模型，然后在模型上进行测量，从本质上来说，它与原来的摄影测量没有区别。因而，在数字摄影测量系统中，整个的生产流程与作业方式，和传统的摄影测量差别似乎不大，但是它给传统的摄影测量带来了重大的变革。目前通过在空中利用数字摄影机所获得的数字影像，

内业使用专门的航测软件处理，进行的航空摄影测量是大面积、大比例尺地形测图、地籍测量的重要手段与方法，在计算机上对数字影像进行像对匹配，建立地面的数字模型，再通过专用的软件来获得数字地图。该方法的特点是可将大量的外业测量工作移到室内完成，它具有成图速度快、精度高而均匀、成本低，不受气候及季节的限制等优点。特别适合于城市密集地区的大面积成图。但是该方法的初期投入较大，如果一个测区较小，它的成本就显得较高。但可以说是今后数字测图的一个重要发展方向，未来社会要求的是可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图产品。并且随着全数字摄影工作站的出现，加上GPS技术在摄影测量中的应用，使得摄影测量向自动化、数字化方向迈进。

2.3.1国土资源调查中的应用

⑴无人机摄影测量在1：2 000地形图的应用：无人机航空摄影是以无人驾驶飞机作为空中平台，以高分辨率数字遥感设备为机载传感器CCD数码以获取低空高分辨率遥感数据为应用目标，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。是集成了高空拍摄、遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。具有快速、实时对地观测、调查监测能力。可以广泛地用于土地利用动态监测、矿产资源勘探、地质环境与灾害勘查、海洋资源与环境监测、地形图测绘与更新。

⑵国家西部1:50000地形图空白区测图工程：IMU/DGPS辅助的航空影像测图技术，基于RFM的稀少控制高分辨率卫星影像测图技术，机载干涉合成孔径雷达测图技术，内外业影像综合判调技术等。

2.3.2数字摄影测量在水利建设中的应用

无人机低空摄影测量在南水北调工程中的应用：结合南水北调中线工程的实际需求无人机摄影测量可满足带状地形圈的测图精度且具有自动化智能化精确化的优势快速准确地获取数字高程模型数字线划图和数字正射影像图为南水北调工程建设管理系统建设做数据库准备加速南水北调工程的顺利开展，利用三维地理信息系统软件可实现带状地形图的可视化使得信息更加直观化，为了表达地物与地貌的关系可在三维建摸的基础上叠加对应区域的DEM数据实现地物与地貌的统一在南水北调工程中可以利用建立的三维模型进行三维地理信息系统一些应用。

2.3.3摄影测量在虚拟建模中的应用：

⑴摄影测量数据处理：①数据准备；②影像定向处理；③影像匹配编辑；④4D数据生成。

图2-1 南水北调路线图

图2-2南水北调工程中线资源卫星三维影像图

⑵三维景观模型的建立：①数据的输入；②建筑物模型的创建；③DEM数据的叠加；④建筑物和地表纹理的粘贴。

由于摄影测量的诸多优点，和科技的不断进步，经济的不断发展，摄影测量的应用必然将得到广泛推广，其本身也会有灿烂的发展趋势。

2.4 地面测量仪在工程测量中的应用

地面测量仪的大量出现使工程测量的程序由繁到简，也为工程测量提供了精密测距仪、数字水准仪、电子经纬仪、激光扫平仪、全站仪等先进的测量工具，地面测量仪的应用促进了工程测量技术的现代化，有效节约了成本开支，提高了工程测量效率，地面测量仪还具有自动跟踪的功能，施工放样测量可以使用连续函数测距仪，不再需要棱镜，提高了工作效率，电子速测仪的应用能够提高测量的精密性，能够提供详细的测量数据，传统计量基准被取而代之。

电子经纬仪和全站仪的应用，是地面测量技术进步的重要标志之一。电子经纬仪具有自动记录、自动改正仪器轴系统误差、自动归化计算、角度测量自动扫描、消除度盘分划误差和偏心差等优点。全站仪测量可以利用电子手簿把野外测量数据自动记录下来，通过接口设备传输到计算机，利用“人机交互”方式进行测量数据的自动数据处理和图形编辑，还可以把由微机控制的跟踪设备加到全站仪上，能对一系列目标自动测量，即所谓“测地机器人”或“电子平板”野外直接图形编辑，为测图和工程放样向数字化发展开辟了道路。

全站仪在工程测量中的应用：

⑴前方测角交会；

⑵前方距离交会；

⑶三角高程测量；

⑷施工现场的单体定位；

⑸临时道路的点的加密的放线；

⑹预制管桩打桩定位；

⑺现场要拆建筑物的轮廓定位和拆除位置的确定。

3．发展展望

未来的工程测量将在以下方面将得到显著发展：测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强。在变形观测数据处理和大型工程建设中，将发展基于知识的信息系统，并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。大型复杂结构建筑、设备的三维测量。几何重构及质量控制，以及由于现代工业生产对自动化流程，生产过程控制，产品质量检验与监控的数据与定位要求越来越高，将促使三维业测量技术的进一步发展。工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量。GPS、GIS技术将紧

密结合工程项目，在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。在人类活动中，工程测量是无处不在、无时不用，因为只要有建设就必然存在工程测量，因而其发展和应用的前景是广阔的。

4. 结束语

论文写作到了最后，结果是工程测量的现代化、自动化、数字化发展方向已确定，接下来的几十年不会有多少改变，这是确定的。我需要去做的是学会使用当代先进的科学仪器，满足工程对测量精度的高要求。遗憾的是由于其设备的机器昂贵以及相关的硬件设备不如软件完备，很多东西不是很熟。我是一名学习工程测量技术的学生，带着边写边复习的思路，开始了我的毕业论文写作。我希望通过此次的论文写作能够收获一些成果：⑴认识、了解工程测量技术现状；⑵各种先进科技在工程测量中的应用方法以及这些方法的优缺点；⑶工程测量技术在今后发展的前进方向。现在的结果，我想是不言而喻了。

参考文献

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