黑龍江 劉東娜

淺談測量新技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

黑龍江 劉東娜

21世紀(jì)是數(shù)字化和信息化的時(shí)代，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)給工程測量的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，它已將當(dāng)前測繪工作的核心技術(shù)：全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)很好地利用于工程測量的工作中，使得它的技術(shù)不是單一的，而是多種技術(shù)間互相滲透、互相補(bǔ)充、互相促進(jìn)。

數(shù)字化；攝影測量技術(shù)；遙感技術(shù)

隨著工程測量自動(dòng)化程度和測量精度的提高，工程測量技術(shù)和方法已經(jīng)在大型設(shè)備安裝、巨型實(shí)驗(yàn)設(shè)備建設(shè)以及航空、航天工業(yè)、汽車、船舶和天線制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，出現(xiàn)了工程測量應(yīng)用新的學(xué)科方向；大型水工建筑物的建設(shè)、水利樞紐和電站工程的建設(shè)，使工程建筑物的安全監(jiān)測、變形分析和預(yù)報(bào)成為工程測量研究和應(yīng)用的主要方向。接下來就當(dāng)前測量的新技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用談一下我的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

一、數(shù)字化技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的地形測量是利用測量儀器對地球表面局部區(qū)域內(nèi)的各種地物、地貌特征點(diǎn)的空間位置進(jìn)行測定，以一定的比例尺并按圖式符號(hào)將其繪制在圖紙上，其采用的測圖方法實(shí)質(zhì)是圖解法測圖。在測圖過程中，數(shù)字的精度由于刺點(diǎn)、繪圖、圖紙伸縮變形等因素的影響會(huì)大大降低，而且工序多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、質(zhì)量管理難。在當(dāng)今的信息時(shí)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(yīng)信息時(shí)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展及其向各個(gè)領(lǐng)域的滲透，以及電子全站儀、GPS-RTK技術(shù)等先進(jìn)測量儀器和技術(shù)的應(yīng)用，地形測量向自動(dòng)化和數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)字化測圖技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字測圖與圖解法測圖相比，以其特有的高自動(dòng)化、全數(shù)字化、高精度的顯著優(yōu)勢而具有廣闊的發(fā)展前景。

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

數(shù)字測圖包括：利用全站儀或其他測量儀器進(jìn)行野外數(shù)字化測圖；利用手扶數(shù)字化儀或掃描數(shù)字化儀對紙制地形圖的數(shù)字化；利用航攝、遙感像片進(jìn)行數(shù)字化測圖等技術(shù)。利用上述技術(shù)將采集到的地形數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，由數(shù)字成圖軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過編輯、圖形處理，生成數(shù)字地形圖。

借用武漢大學(xué)張正祿教授的話，他對工程測量的發(fā)展趨勢和特點(diǎn)高度概括為“六化”和“十六字”?！傲笔牵簻y量內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化；數(shù)據(jù)獲取及處理的自動(dòng)化；測量過程控制和系統(tǒng)行為的智能化；測量成果和產(chǎn)品的數(shù)字化；測量信息管理的可視化；信息共享和傳播的網(wǎng)絡(luò)化。“十六字”是：精確、可靠、快速、簡便、實(shí)時(shí)、持續(xù)、動(dòng)態(tài)、遙測。

測量內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化系指測量內(nèi)業(yè)和外業(yè)工作已無明確的界線，過去只能在內(nèi)業(yè)處理和完成的事，現(xiàn)在在外業(yè)可以很方便地完成。如測圖時(shí)可在野外編輯修改圖形，控制測量時(shí)可在測站上平差和得到坐標(biāo)，施工放樣數(shù)據(jù)可在放樣過程中隨時(shí)計(jì)算等。

數(shù)據(jù)獲取及處理的自動(dòng)化主要指數(shù)據(jù)的自動(dòng)化流程。電子全站儀、電子水準(zhǔn)儀、GPS接收機(jī)都是自動(dòng)化地進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，大比例尺測圖系統(tǒng)、水下地形測量系統(tǒng)、大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)等都可實(shí)現(xiàn)或都已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取及處理的自動(dòng)化。

二、攝影測量技術(shù)與遙感的結(jié)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(xué)或數(shù)碼攝像機(jī)得到的影像，研究和確定被攝像物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相互關(guān)系的一門科學(xué)和技術(shù)。它包括：被攝物體的影像獲取方法，影像信息的記錄和存儲(chǔ)方法，基于單張或多張像片的信息提取方法，數(shù)據(jù)的處理與傳輸，產(chǎn)品的表達(dá)與應(yīng)用等方面的理論、設(shè)備和技術(shù)。

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(shù)。因此，攝影測量就是遙感的前身。遙感技術(shù)主要建立在物體反射或發(fā)射電磁波的原理基礎(chǔ)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(jī)、飛船、衛(wèi)星上，使用各種傳感器接收物體反射或發(fā)射的電磁波信號(hào)，并以圖像膠片或數(shù)據(jù)磁帶記錄下來，傳送到地面，經(jīng)過信息處理、判讀分析和野外實(shí)地驗(yàn)證，最終服務(wù)于資源勘探、動(dòng)態(tài)監(jiān)測和其他規(guī)劃決策。

隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，它對攝影測量產(chǎn)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(shù)據(jù)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(jié)合，還體現(xiàn)在解析攝影測量尤其是數(shù)字?jǐn)z影測量對遙感技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)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(xiàn)代理論的重要應(yīng)用；數(shù)字?jǐn)z影測量中的影像匹配理論可用來實(shí)現(xiàn)多時(shí)相、多傳感器、多種分辨率遙感圖像的復(fù)合和幾何配準(zhǔn)；自動(dòng)定位理論可用來快速、及時(shí)地提供具有“地學(xué)編碼”的遙感影像；攝影測量的主要成果，如DEM、地形測量數(shù)據(jù)庫和專題圖數(shù)據(jù)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(dòng)化和智能化則是攝影測量和遙感技術(shù)共同研究的課題。兩者的有機(jī)結(jié)合已成為地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)中的數(shù)據(jù)采集和更新的重要手段。

三、在測量新技術(shù)的影響下，工程測量的未來發(fā)展趨勢

從工程測量整個(gè)學(xué)科的發(fā)展看，精密工程測量的理論技術(shù)與方法、工程形變監(jiān)測分析與災(zāi)害預(yù)報(bào)、工程信息系統(tǒng)的建立與應(yīng)用將是今后一段時(shí)間內(nèi)工程測量研究的主要方向。

在先進(jìn)的測量新技術(shù)的影響下，預(yù)計(jì)工程測量將在以下方面得到顯著發(fā)展：

（一）測量機(jī)器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進(jìn)一步發(fā)展，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進(jìn)一步增強(qiáng)。

（二）在變形觀測數(shù)據(jù)處理和大型工程建設(shè)中，將發(fā)展基于知識(shí)的信息系統(tǒng)，并進(jìn)一步與大地測量、攝影測量和遙感技術(shù)以及土木建筑等學(xué)科相結(jié)合，解決工程建設(shè)中以及運(yùn)行期間的安全監(jiān)測、災(zāi)害防治和環(huán)境保護(hù)的各種問題。

（三）工程測量將從土木工程測量、三維工業(yè)測量擴(kuò)展到人體科學(xué)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(tǒng)將得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，如GPS接收機(jī)與電子全站儀或測量機(jī)器人集成，可在大區(qū)域乃至國家范圍內(nèi)進(jìn)行無控制網(wǎng)的各種測量和定位工作；在小尺度范圍內(nèi)，經(jīng)緯儀、激光跟蹤測量儀和攝影測量系統(tǒng)的集成可用于機(jī)器人的動(dòng)態(tài)檢校和設(shè)備在線檢測等。

綜上所述，工程測量的發(fā)展，主要表現(xiàn)在從一維、二維到三維乃至四維，從點(diǎn)信息到面信息獲取，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從后處理到實(shí)時(shí)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(xù)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(jìn)步，對工程測量的要求越來越高，服務(wù)范圍不斷擴(kuò)大；另一方面，現(xiàn)代科技新成就為工程測量學(xué)提供了新的工具和手段，從而推動(dòng)了工程測量學(xué)的不斷發(fā)展。而工程測量的發(fā)展又將直接對改善人們的生活環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量起到重要作用。

四、結(jié)束語

隨著數(shù)字化測繪技術(shù)的提高,GIS技術(shù)的不斷成熟、GPS技術(shù)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用,現(xiàn)代工程測量必將朝著測量數(shù)字工程化的方向發(fā)展。大力開展數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用與研究將是測繪單位提升自身競爭實(shí)力和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的首要任務(wù)。

（作者單位：哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

（編輯 李艷華）