鄒進(jìn)貴，徐進(jìn)軍，花向紅，郭際明，徐亞明，梅文勝

（1.武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079）

我國(guó)工程測(cè)量的發(fā)展現(xiàn)狀與思考

鄒進(jìn)貴1，徐進(jìn)軍1，花向紅1，郭際明1，徐亞明1，梅文勝1

（1.武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079）

對(duì)工程測(cè)量的涵義進(jìn)行了詮釋?zhuān)瑥墓こ炭刂凭W(wǎng)布設(shè)、工程地形圖測(cè)繪、重大工程施工與安全監(jiān)測(cè)、工業(yè)測(cè)量和專(zhuān)用地理信息系統(tǒng)等方面，對(duì)其理論、方法、技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的新要求，提出了在高精度三維工程測(cè)量參考框架建立、多傳感器集成的智能化測(cè)量裝備研制、異構(gòu)多源數(shù)據(jù)融合的工程測(cè)量數(shù)據(jù)處理與可視化、基于云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的工程信息增值服務(wù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的深層次應(yīng)用和工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)與國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)等方面的發(fā)展思路，指明了工程測(cè)量的未來(lái)發(fā)展方向。在信息化測(cè)繪與工程項(xiàng)目國(guó)際化背景下，需要在理論與方法、技術(shù)與裝備等方面開(kāi)展更深入研究，在人才培養(yǎng)上與國(guó)際工程教育接軌，尋找我國(guó)工程測(cè)量新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

工程測(cè)量；三維參考框架；信息化測(cè)繪；智能化測(cè)量裝備；數(shù)據(jù)融合；增值服務(wù)

工程測(cè)量學(xué)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從手工操作到人工智能，從接觸測(cè)量到無(wú)接觸遙測(cè)，從普通精度測(cè)量到高精度測(cè)量，從狹義的土木工程測(cè)量到廣義工程測(cè)量的發(fā)展道路。正如馬西斯教授所指：“一切不屬于地球測(cè)定，不屬于有關(guān)國(guó)家地圖集的地形測(cè)量和不屬于官方測(cè)量的實(shí)際測(cè)量項(xiàng)目，都屬于工程測(cè)量。”工程測(cè)量學(xué)成為研究采集、處理和表達(dá)空間各種工程幾何與物理信息，研究抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)理論、方法和技術(shù)的應(yīng)用學(xué)科[1]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、空間技術(shù)和地理信息技術(shù)的發(fā)展，工程測(cè)量的理論基礎(chǔ)、技術(shù)體系、研究領(lǐng)域和科學(xué)目標(biāo)都在發(fā)生深刻變革。

1 我國(guó)工程測(cè)量的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的不斷加快，工程測(cè)量的重要作用日益突出，應(yīng)用領(lǐng)域和服務(wù)范圍越來(lái)越廣，包括城市建設(shè)、建筑工程、交通、礦山、地籍與房產(chǎn)、航空航天、水利水電以及工業(yè)、醫(yī)學(xué)、公安和國(guó)防等。近年來(lái)，我國(guó)相繼完成了三峽工程、青藏鐵路、國(guó)家體育場(chǎng)、國(guó)家大劇院、中央電視臺(tái)新臺(tái)址、杭州灣跨海大橋、上海磁懸浮軌道交通工程、武廣高速鐵路、貴州世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡等大型特種精密工程，其中三峽工程、青藏鐵路和國(guó)家體育場(chǎng)被列入世界十大奇跡工程。這些工程體量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間變化不規(guī)則和精度要求高，我國(guó)工程測(cè)量科技人員圍繞這些技術(shù)問(wèn)題，在高精度三維工程控制網(wǎng)的快速建立、工程地形圖測(cè)繪、信息化施工測(cè)量技術(shù)、智能化安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警、高精度工業(yè)測(cè)量和工程測(cè)量專(zhuān)用地理信息系統(tǒng)建設(shè)等方面開(kāi)展了深入研究，在理論、方法和應(yīng)用上取得了重大成就[2]。

1） 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)與全站儀定位系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)工程控制網(wǎng)靈活布設(shè)。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）已成為布設(shè)工程控制網(wǎng)的主要技術(shù)方法。利用多臺(tái)GNSS接收機(jī)進(jìn)行同步觀(guān)測(cè)，通過(guò)高精度相對(duì)定位建立工程控制網(wǎng)，具有觀(guān)測(cè)時(shí)間全天候、控制點(diǎn)之間無(wú)需通視、控制網(wǎng)規(guī)模大小皆宜等特點(diǎn)，已在我國(guó)水利水電、高速鐵路、城市地鐵、高速公路、大型橋隧等重大工程中得到廣泛應(yīng)用，確保了工程各部位的準(zhǔn)確空間關(guān)系。

隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展，我國(guó)在GNSS接收機(jī)制造、高精度定位數(shù)據(jù)處理等方面已接近國(guó)際先進(jìn)水平，國(guó)產(chǎn)GNSS接收機(jī)得到社會(huì)認(rèn)可，國(guó)產(chǎn)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)成為建立工程控制網(wǎng)的首選軟件。

基于GNSS的連續(xù)運(yùn)行參考站（CORS）系統(tǒng)為工程控制網(wǎng)的建設(shè)提供了三維動(dòng)態(tài)新方式，為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、大型跨海跨江等工程提供測(cè)量基準(zhǔn)，具有更好的整體性和經(jīng)濟(jì)性。例如在目前世界最大橋隧結(jié)合工程港珠澳大橋建設(shè)中，由香港虎山、珠海野貍島、澳門(mén)洋環(huán)的CORS站所構(gòu)成的HZMB-CORS系統(tǒng)，保障了港珠澳大橋海上施工的順利進(jìn)行[3]。

在GNSS信號(hào)受遮擋的復(fù)雜工程環(huán)境中，全站儀定位系統(tǒng)（TPS）是快速靈活建立工程控制網(wǎng)的重要手段。利用GNSS測(cè)量和全站儀自由設(shè)站或?qū)Ь€(xiàn)相結(jié)合，快速建立工程控制網(wǎng)，形成了按工程特點(diǎn)靈活建網(wǎng)的技術(shù)體系。

在高程控制方面，提出了精密三角高程測(cè)量系統(tǒng)、大地水準(zhǔn)面精化模型代替高精度水準(zhǔn)測(cè)量的理論與方法，解決了大范圍、長(zhǎng)距離和跨海精密高程傳遞問(wèn)題，并成功應(yīng)用于高速鐵路、跨海大橋等大型工程中[4]。隨著似大地水準(zhǔn)面模型在全國(guó)范圍內(nèi)的普遍建立與精度提高，GNSS可實(shí)現(xiàn)平面坐標(biāo)與正常高同步測(cè)量，真正成為三維高精度工程控制測(cè)量的重要手段。

2） 測(cè)量?jī)x器與技術(shù)革新豐富了工程地形圖測(cè)繪的手段。隨著測(cè)量?jī)x器與技術(shù)的革新，為數(shù)字化測(cè)圖提供了豐富的手段，數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)也以其精度高、更新快等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代傳統(tǒng)測(cè)圖方法，在城市建設(shè)、工程勘測(cè)施工等方面得到廣泛應(yīng)用。

地面數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)主要采用全站儀測(cè)記法和電子平板兩種模式，在開(kāi)闊地區(qū)用GNSS RTK測(cè)量方法，在山高坡陡和危險(xiǎn)地區(qū)采用無(wú)合作目標(biāo)全站儀、近景攝影測(cè)量或激光掃描等方法。

對(duì)大范圍大比例尺工程地形圖可利用數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)測(cè)制。無(wú)人機(jī)和飛艇低空攝影測(cè)量系統(tǒng)以其快捷靈活的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多地應(yīng)用在線(xiàn)路帶狀地形圖測(cè)繪、沿海灘涂測(cè)量、城市三維建模、電網(wǎng)設(shè)計(jì)、輸電線(xiàn)路巡檢等工程中[5]。

集成慣導(dǎo)、GNSS、激光掃描和全景相機(jī)等技術(shù)的地面移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始在城市大比例尺測(cè)圖、城市部件和景觀(guān)測(cè)量等方面開(kāi)展應(yīng)用[6,7]。

隨著國(guó)家提出建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，維護(hù)國(guó)家主權(quán)及對(duì)海洋資源開(kāi)發(fā)與利用的需要，對(duì)海底地形圖測(cè)繪也提出了更高要求，無(wú)驗(yàn)潮模式下的多波束精密測(cè)深技術(shù)、多形態(tài)海床特征下多波束和側(cè)掃聲納圖像配準(zhǔn)和信息融合技術(shù)、基于地貌圖像的海床微地形自動(dòng)生成技術(shù)，可以獲取高精度和高分辨率的海床地形地貌，可為海洋工程建設(shè)提供基礎(chǔ)資料[8]。

3） 大型工程建設(shè)提升了施工測(cè)量技術(shù)的水平。各種大型工程建設(shè)興起，促進(jìn)了施工測(cè)量技術(shù)與方法的快速發(fā)展，各種高新技術(shù)與設(shè)備不斷應(yīng)用，解決了工程施工測(cè)量中的諸多技術(shù)難題。

在地鐵中，采用全站儀、投點(diǎn)儀和陀螺全站儀組成的聯(lián)合作業(yè)方法進(jìn)行豎井定向，提高了定向精度。隧道盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖中，可先將隧道設(shè)計(jì)參數(shù)和放樣點(diǎn)坐標(biāo)輸入到智能全站儀，儀器可通過(guò)測(cè)量自動(dòng)引導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)按設(shè)計(jì)方向掘進(jìn)。

精密陀螺全站儀為超長(zhǎng)地下工程高精度定向提供了技術(shù)保證。如德國(guó)DMT公司的Gyromat 3000和國(guó)產(chǎn)的GAT陀螺全站儀在10 min內(nèi)的定向精度可達(dá)到±3～5″，在我國(guó)南水北調(diào)、引漢濟(jì)渭調(diào)水工程長(zhǎng)63.6 km的穿越秦嶺隧洞、廈門(mén)翔安海底隧道等大型地下工程建設(shè)中發(fā)揮了重要作用[9,10]。

激光準(zhǔn)直儀、激光投點(diǎn)儀、數(shù)字正垂儀精度高，受外界環(huán)境影響小，成為高塔及超高層建筑等特殊施工環(huán)境下進(jìn)行平面基準(zhǔn)傳遞、軸線(xiàn)測(cè)控、滑模測(cè)偏測(cè)扭、垂直度測(cè)量等不可或缺的手段。

軌道檢測(cè)車(chē)集成了傾斜儀、測(cè)量機(jī)器人、里程編碼器和位移傳感器，如瑞士安伯格公司和南方測(cè)繪公司生產(chǎn)的軌檢車(chē)已成功應(yīng)用于武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)、京滬高鐵等多條線(xiàn)路的軌距、超高、平順度和軌道曲線(xiàn)要素的高精度檢測(cè)，保證了高鐵施工質(zhì)量。

利用GNSS技術(shù)、通訊技術(shù)與工程施工現(xiàn)場(chǎng)的各種機(jī)械進(jìn)行集成，研制的施工碾壓系統(tǒng)和機(jī)械防撞系統(tǒng)，應(yīng)用于水布埡堆石壩碾壓和廣西龍灘水電站施工中塔吊防撞，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了工程施工安全、質(zhì)量和工作效率。

未來(lái)的工程施工將實(shí)現(xiàn)集成和無(wú)線(xiàn)化數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)傳輸、智能和數(shù)值化數(shù)據(jù)分析、可視和實(shí)時(shí)化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，形成“施工監(jiān)測(cè)→快速反饋→施工控制→在線(xiàn)管理”的有效循環(huán)機(jī)制，依托各種測(cè)量技術(shù)，以空間信息管理系統(tǒng)為平臺(tái)，建立信息化施工測(cè)量體系，成為工程信息化施工的必然趨勢(shì)[11]。

4） 重大工程安全需求推動(dòng)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與變形分析方法的創(chuàng)新。隨著國(guó)家重大工程及異型工程的大量增加，工程安全監(jiān)測(cè)與分析日益重要，對(duì)變形監(jiān)測(cè)的精度、頻次、實(shí)時(shí)性等方面提出了新的要求。高精度、自動(dòng)化、持續(xù)、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)已成為現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)。如在湖北隔河巖水電站、山西西龍池抽水蓄能電站建立了GPS高精度自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大壩持續(xù)無(wú)人值守的高精度自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；地鐵運(yùn)營(yíng)期保護(hù)監(jiān)測(cè)也已普遍采用測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[12]；泰州長(zhǎng)江公路大橋和蘇通長(zhǎng)江公路大橋的施工沉井實(shí)時(shí)定位、上海環(huán)球金融中心和深圳帝王大廈的樓頂位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，采用了GNSS RTK和CORS技術(shù)。這些技術(shù)雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)量，但這種單點(diǎn)監(jiān)測(cè)模式尚不能完全滿(mǎn)足實(shí)際需求。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、地面三維激光掃描和地基雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了面式監(jiān)測(cè)，以mm級(jí)到亞 mm級(jí)的精度獲得監(jiān)測(cè)對(duì)象表面的細(xì)部變形，已應(yīng)用于礦山開(kāi)采、滑坡、橋梁等監(jiān)測(cè)中[13,14]。將表面變形、內(nèi)部變形和物理量進(jìn)行綜合分析，有利于全面了解變形過(guò)程、變形原因和分析變形機(jī)理。目前除了傳統(tǒng)的自由網(wǎng)分析、擬穩(wěn)分析、平均間隙法等變形分析方法外，更多的研究都集中在對(duì)長(zhǎng)序列的單模型分析以及組合模型分析，如卡爾曼濾波、小波分析、頻譜分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、回歸分析、模糊分析、突變理論、混沌分析和時(shí)間序列分析等方法及其組合應(yīng)用在變形分析與預(yù)報(bào)中，取得了較好的效果。由于受資料完整性的限制，目前主要根據(jù)單點(diǎn)位置變化監(jiān)測(cè)序列進(jìn)行變形分析與預(yù)報(bào)。缺乏各類(lèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的空間同步相關(guān)分析、幾何量和物理量的聯(lián)合分析以及點(diǎn)面監(jiān)測(cè)的優(yōu)化組合與聯(lián)合分析。

5） 現(xiàn)代工業(yè)制造與精密設(shè)備安裝擴(kuò)展了工業(yè)測(cè)量應(yīng)用空間。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模擬、生產(chǎn)流程、過(guò)程控制、質(zhì)量檢驗(yàn)與監(jiān)控等進(jìn)行快速高精度檢測(cè)與定位，從而產(chǎn)生了工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)，如早期的經(jīng)緯儀交會(huì)系統(tǒng)。隨著精密制造技術(shù)、光電技術(shù)、控制技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了諸如工業(yè)全站儀、激光跟蹤儀、激光掃描儀、工業(yè)攝影測(cè)量、Indoor GPS等高精度工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)和其他傳感器，其測(cè)量范圍從幾m到數(shù)十m，精度達(dá)亞mm級(jí)或者更高，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車(chē)、輪船等零件的幾何檢測(cè)、部件精確組裝、機(jī)器手跟蹤與校準(zhǔn)等。近年來(lái)，大型科學(xué)研究設(shè)備，如高能物理研究所需的各類(lèi)粒子加速器。深空探測(cè)的大型天線(xiàn)、射電望遠(yuǎn)鏡等，在制造、安裝、調(diào)試等環(huán)節(jié)中，精度要求高，安裝范圍大，所受影響多。這些挑戰(zhàn)擴(kuò)展了工業(yè)測(cè)量的應(yīng)用空間[15]。2012-10落成的上海65 m射電望遠(yuǎn)鏡高70 m，重2 700 t，其總體性能全球第四，亞洲第一，在施工控制網(wǎng)建立、主面天線(xiàn)面檢測(cè)、副面調(diào)整機(jī)構(gòu)標(biāo)定等方面就綜合采用了工業(yè)全站儀、激光掃描儀、激光跟蹤儀、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、傾斜傳感器等，同時(shí)也設(shè)計(jì)加工了諸多工裝配件[16]。相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要體現(xiàn)在結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際的特定準(zhǔn)則下的控制網(wǎng)平差、數(shù)據(jù)擬合、坐標(biāo)變換、氣象改正模型等方面。

6） 大型工程建設(shè)管理促進(jìn)了工程測(cè)量專(zhuān)用地理信息系統(tǒng)的發(fā)展?；贕IS、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程測(cè)量數(shù)據(jù)采集、處理、分析、存儲(chǔ)和展示的一體化，為重大工程提供及時(shí)、準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化的基礎(chǔ)空間信息，滿(mǎn)足了工程建設(shè)各個(gè)階段的科學(xué)管理與決策要求。近年來(lái)，相繼出現(xiàn)了城市地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)、房地產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水利工程測(cè)量信息系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)、地鐵安全施工與管理信息系統(tǒng)、南水北調(diào)中線(xiàn)工程信息化施工測(cè)量系統(tǒng)和鋼鐵公司總圖管理信息系統(tǒng)等，極大地提升了我國(guó)工程測(cè)量的信息化管理水平。

2 我國(guó)工程測(cè)量發(fā)展的思考

2.1 高精度三維工程測(cè)量參考框架建立及其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)傳遞的理論與方法

高精度工程測(cè)量參考框架是工程建設(shè)項(xiàng)目按設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行建造的測(cè)量基準(zhǔn)。隨著我國(guó)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)工程測(cè)量參考框架提出了更高的要求，需要開(kāi)展高精度三維工程測(cè)量參考框架建立及其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)傳遞的理論與方法的研究。

1）研究利用GNSS和TPS建立三維高精度工程測(cè)量參考框架的理論與方法，建立mm級(jí)似大地水準(zhǔn)面模型并引入到GNSS高程測(cè)量中，改進(jìn)垂線(xiàn)偏差及大氣折光對(duì)TPS觀(guān)測(cè)量的影響模型，實(shí)現(xiàn)GNSS與TPS相結(jié)合的高精度正常高測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度平面定位與正常高的實(shí)時(shí)同步測(cè)量。

2）研究三維工程測(cè)量參考框架的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)傳遞體系，為移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供三維位置基準(zhǔn)，建立工程施工機(jī)械局部獨(dú)立坐標(biāo)框架與測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)參考框架的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)智能施工系統(tǒng)機(jī)械手動(dòng)態(tài)定位與避障導(dǎo)向。

3）探索重大工程施工控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)體系，完善測(cè)量觀(guān)測(cè)值系統(tǒng)誤差模型，提高工程測(cè)量參考框架的準(zhǔn)確度，提高工程施工測(cè)量參考框架與工程設(shè)計(jì)所用坐標(biāo)系統(tǒng)的兼容性。

4）隨著工程設(shè)計(jì)從二維走向三維，需研究在彎曲的地球表面的工程幾何要素的三維量測(cè)方法及其與工程控制網(wǎng)的參考框架統(tǒng)一，建立滿(mǎn)足國(guó)家重大工程施工測(cè)量要求的三維地理空間參考框架。

2.2 多傳感器集成的工程測(cè)量信息智能獲取裝備。

如何進(jìn)一步擴(kuò)展或集成各單一傳感器的優(yōu)勢(shì)以及研究新的設(shè)備，滿(mǎn)足科學(xué)研究和工程建設(shè)新的需要，一直是工程測(cè)量裝備研究所面臨的問(wèn)題。2014-07-18，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)和國(guó)家測(cè)繪地理信息局聯(lián)合發(fā)布了《國(guó)家地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2014～2020年）》，提出發(fā)展高端地面測(cè)繪裝備，包括發(fā)展數(shù)字水準(zhǔn)儀、智能化全站儀、三維激光掃描儀、現(xiàn)代工程測(cè)量與監(jiān)控系統(tǒng)等現(xiàn)代測(cè)繪地理信息技術(shù)裝備以及海洋地理信息獲取裝備，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率力爭(zhēng)達(dá)到50%以上。這為我國(guó)工程測(cè)量信息智能獲取裝備的研制帶來(lái)了前所未有的契機(jī)。

1）測(cè)量裝備功能的多樣化。高精度的GNSS接收機(jī)和全站儀已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟。充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行測(cè)量設(shè)備的革新，既是現(xiàn)在，也是將來(lái)繼續(xù)進(jìn)行的工作。例如全站儀與GNSS集成的超站儀，實(shí)現(xiàn)控制測(cè)量和碎部測(cè)量一體化；掃描儀中集成全站儀功能，可以對(duì)中、整平和后視點(diǎn)測(cè)量，使點(diǎn)云能夠快速準(zhǔn)確拼接；全站儀集成掃描功能，可以實(shí)現(xiàn)局部細(xì)節(jié)測(cè)量；全站儀中集成CCD相機(jī)，快速實(shí)現(xiàn)近景相片的絕對(duì)定向及碎部點(diǎn)的無(wú)瞄準(zhǔn)測(cè)量等。今后類(lèi)似圍繞GNSS、全站儀、CCD、掃描儀等的硬件集成與革新將會(huì)繼續(xù)。幾何水準(zhǔn)測(cè)量雖然實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但其測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化和智能化方面有待突破。

2）測(cè)量裝備的專(zhuān)用化。工程建設(shè)中，常常會(huì)有一些現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法解決或者難以解決的問(wèn)題，需要研究一些專(zhuān)門(mén)的裝備。例如地基雷達(dá)干涉測(cè)量系統(tǒng)IBIS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的微變形遙測(cè)；基于結(jié)構(gòu)光原理的遙測(cè)坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行大壩正倒錘線(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；移動(dòng)測(cè)量車(chē)能夠快速高效地采集城市地物的多種信息；鐵路軌道檢測(cè)車(chē)能夠精密快速檢驗(yàn)軌道的重要幾何參數(shù)等。它們都是針對(duì)一個(gè)特殊工程問(wèn)題而研制的裝備。今后在工程建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域都需要研究新的專(zhuān)用裝備解決新問(wèn)題，如智能管道檢測(cè)機(jī)器人、地下空間信息采集機(jī)器人和城市道路挖掘機(jī)器人等。

3）測(cè)量裝備的便攜化。目前IBIS-L測(cè)量系統(tǒng)、地面三維激光掃描儀、高精度陀螺全站儀以及其他集成裝備，總體而言比較笨重，需要進(jìn)行設(shè)備和技術(shù)創(chuàng)新，減輕設(shè)備重量和縮小體積，以適用于各種工程。

4）機(jī)載軟件的智能化?，F(xiàn)有裝備，其自動(dòng)化測(cè)量、智能化測(cè)量和簡(jiǎn)便的操作都離不開(kāi)裝備中相應(yīng)的軟件支撐。研究更多更好、高效可靠的算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中數(shù)據(jù)的自動(dòng)過(guò)濾和自動(dòng)處理，將會(huì)大大提高后續(xù)數(shù)據(jù)處理的效率。同時(shí)，一些針對(duì)專(zhuān)一工程的后處理軟件亟待開(kāi)發(fā)。典型的如基于掃描測(cè)量的地下空間三維建模中，如何在測(cè)量的過(guò)程中，自動(dòng)過(guò)濾掉與建模無(wú)關(guān)的移動(dòng)對(duì)象、快速實(shí)現(xiàn)站間數(shù)據(jù)和點(diǎn)云-影像間的配準(zhǔn)、自動(dòng)分類(lèi)目標(biāo)、智能識(shí)別地物和初步建模等。

2.3 基于異構(gòu)多源數(shù)據(jù)融合的工程測(cè)量信息處理與可視化

為滿(mǎn)足工程測(cè)量信息獲取，需要各種傳感器支撐，而每種傳感器都有自身特點(diǎn)，在測(cè)量范圍、測(cè)量精度、測(cè)量速度、測(cè)量密度和自動(dòng)化程度等各方面各有所長(zhǎng)，如何綜合處理與分析各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn) “點(diǎn)式測(cè)量”數(shù)據(jù)與“面式測(cè)量”數(shù)據(jù)的融合，幾何信息與物理信息的融合，并進(jìn)行可視化表達(dá)，研制工程測(cè)量數(shù)據(jù)智能信息處理平臺(tái)以及不同坐標(biāo)系、數(shù)據(jù)融合平臺(tái)，是工程測(cè)量領(lǐng)域今后的研究重點(diǎn)。

1）數(shù)據(jù)處理：①單源數(shù)據(jù)處理：開(kāi)展測(cè)量機(jī)器人、地面三維激光地面、地基雷達(dá)、GNSS、測(cè)深系統(tǒng)等單源信息采集及數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究。比如，研究基于激光掃描技術(shù)快速獲取工程信息、三維激光掃描站間點(diǎn)云數(shù)據(jù)的智能、快速和高精度拼接；研究地基雷達(dá)圖像的誤差特征與改正模型，提高其實(shí)際工程變形精度；研究多波束測(cè)深數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)，以獲取更豐富的江、河、海底信息等等。②多源數(shù)據(jù)處理：開(kāi)展三維激光掃描、D-InSAR、GNSS、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、慣導(dǎo)等多源信息相融合的技術(shù)研究。例如，研究三維激光掃描、全站儀與數(shù)碼影像數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建高精度DSM、DEM和真實(shí)三維場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)工程模型的精細(xì)重構(gòu)；研究地基雷達(dá)與激光掃描儀數(shù)據(jù)的融合，建立可視化的高精度形變監(jiān)測(cè)模型；研究車(chē)載測(cè)量系統(tǒng)中的慣導(dǎo)、GNSS、掃描點(diǎn)云和全景數(shù)碼影像的融合，實(shí)現(xiàn)空間動(dòng)態(tài)三維建模；研究星載D-InSAR與GNSS、精密幾何水準(zhǔn)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，建立超長(zhǎng)線(xiàn)路（如高鐵）的沉降監(jiān)測(cè)模型；研究地基雷達(dá)、三維激光掃描、GNSS技術(shù)和全站儀等組合的多尺度變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)局部范圍內(nèi)絕對(duì)變形測(cè)量與相對(duì)變形測(cè)量的統(tǒng)一等。

2）信息可視化表達(dá)。多傳感器的連續(xù)數(shù)據(jù)采集，形成了多維度、大數(shù)據(jù)、異構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化等混雜數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)和管理等全過(guò)程信息緊密關(guān)聯(lián)。如何基于GIS平臺(tái)，緊密結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過(guò)對(duì)海量的復(fù)雜信息進(jìn)行分析，對(duì)多維數(shù)據(jù)、時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)、層次數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)直觀(guān)化、關(guān)聯(lián)化、藝術(shù)化和交互化的可視化表達(dá)，將是一個(gè)研究的熱點(diǎn)。

2.4 基于云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工程信息增值服務(wù)

隨著大型工程建設(shè)中測(cè)量信息的不斷積累，可將分布在不同區(qū)域、不同類(lèi)型的大型工程測(cè)量信息匯總在一起，形成工程測(cè)量海量數(shù)據(jù)庫(kù)，采用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA），利用云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓用戶(hù)方便高效地操作海量數(shù)據(jù)，以發(fā)現(xiàn)隱含信息，從而引導(dǎo)出新的預(yù)見(jiàn)和更高效的決策。因此，針對(duì)工程測(cè)量海量數(shù)據(jù)，研究數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)挖掘與信息增值服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)與方法，建立相應(yīng)的工程信息系統(tǒng)；在統(tǒng)一的工程測(cè)量參考框架體系下，規(guī)范各種工程測(cè)量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；研究測(cè)繪工程信息管理和增值服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化體系；通過(guò)云計(jì)算對(duì)工程測(cè)量增值服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行部署，利用物聯(lián)網(wǎng)對(duì)分布式測(cè)量傳感器進(jìn)行控制和操作，為特定用戶(hù)提供更加全面的工程信息增值服務(wù)，更好地解決工程建設(shè)中的各種測(cè)量難題。

2.5 基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施與重大工程安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警服務(wù)

為了保障國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施和重大工程的安全運(yùn)營(yíng)與使用，需要建立我國(guó)自主的安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)。我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)除了具有定位、導(dǎo)航與授時(shí)功能外，還具有雙向通訊功能，在國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施與重大工程施工監(jiān)控、災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警等方面必將發(fā)揮重要作用。如何將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與其他定位系統(tǒng)及傳感器進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)一體化協(xié)同作業(yè)和聯(lián)合數(shù)據(jù)處理，提高國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施與重大工程的高精度時(shí)空信息獲取水平，研究體視化動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)模型的理論與方法，建立基于專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)的智能預(yù)警平臺(tái)，構(gòu)建工程環(huán)境與災(zāi)害動(dòng)態(tài)集成監(jiān)測(cè)理論、方法與技術(shù)體系，革新傳統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)預(yù)警模式，建立我國(guó)自主的重大工程測(cè)繪保障系統(tǒng)，都是需要進(jìn)一步研究和解決的問(wèn)題。

2.6 工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)與國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)水平提升

工程測(cè)量涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各行各業(yè)，盡管我國(guó)在工程測(cè)量領(lǐng)域頒布實(shí)施了一批國(guó)家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但由于項(xiàng)目特點(diǎn)不同，在使用過(guò)程中，出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)之間精度和技術(shù)指標(biāo)不一致、不協(xié)調(diào)等問(wèn)題，相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)跟不上技術(shù)的發(fā)展，需要進(jìn)一步完善和修訂工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)體系，建立適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)機(jī)制。國(guó)家測(cè)繪地理信息局在“十三五”規(guī)劃中會(huì)進(jìn)一步重視測(cè)繪地理信息標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變管理模式，將市場(chǎng)與應(yīng)用作為工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要驅(qū)動(dòng)力量。

目前我國(guó)承擔(dān)的國(guó)際大型工程項(xiàng)目逐年增加，由于我國(guó)相關(guān)工程測(cè)量規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不一致，而使相關(guān)的測(cè)量工作受到限制。盡管我國(guó)參與了相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，但主導(dǎo)的ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)仍然不夠，為了提升我國(guó)在工程測(cè)量領(lǐng)域的國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)水平，需要爭(zhēng)取更多的以我國(guó)為主導(dǎo)的ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目。

3 結(jié) 語(yǔ)

工程測(cè)量發(fā)展很快，但發(fā)展還不均衡，需要大力改進(jìn)測(cè)量技術(shù)與方法，加強(qiáng)交叉學(xué)科的研究，不斷拓寬工程測(cè)量的應(yīng)用領(lǐng)域。工程測(cè)量逐漸從傳統(tǒng)工程向特殊工程、工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域發(fā)展，從自然工程向生物測(cè)量工程發(fā)展，從地面測(cè)量手段為主向空間、地面、地下以及水下立體測(cè)量手段發(fā)展，從人工接觸測(cè)量向自動(dòng)化無(wú)接觸遙測(cè)發(fā)展，從周期觀(guān)測(cè)向持續(xù)測(cè)量發(fā)展。這些發(fā)展對(duì)工程測(cè)量的理論，方法與技術(shù)提出了新的需求與挑戰(zhàn)，同時(shí)也促進(jìn)了對(duì)創(chuàng)新型工程測(cè)量科技人才的需求。2009年我國(guó)開(kāi)始實(shí)行注冊(cè)測(cè)繪師制度，逐步與英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家的注冊(cè)測(cè)量師制度接軌，國(guó)家在大學(xué)教育中實(shí)行卓越工程師計(jì)劃等，必將進(jìn)一步提升我國(guó)工程測(cè)量領(lǐng)域科技人才的培養(yǎng)水平。

總而言之，我國(guó)工程測(cè)量在信息化測(cè)繪背景下，必將向“測(cè)量方案科學(xué)化與合理化；數(shù)據(jù)獲取集成化與動(dòng)態(tài)化；數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化與智能化；測(cè)量成果數(shù)字化與可視化；數(shù)據(jù)管理海量化與多源化；數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)化與社會(huì)化”方向發(fā)展。

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1672-4623（2015）03-0001-05

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.001

鄒進(jìn)貴,教授，主要從事工程測(cè)量方面的研究。

2015-03-26。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41074025、41071292、41174010、41274021、41474005、41474004）。