李雯雯

（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 200032）

工程監(jiān)測(cè)與測(cè)繪息息相關(guān)，應(yīng)用范圍較廣，主要體現(xiàn)在地上及地下工程的施工監(jiān)測(cè)、工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)測(cè)量、工程建設(shè)環(huán)境監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)、工程安全監(jiān)測(cè)、工程災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警等方面[1-4]。近年來(lái)，遙感新技術(shù)不斷涌現(xiàn)和應(yīng)用，在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上極大豐富了工程監(jiān)測(cè)的手段，使得監(jiān)測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確、更高效、更靈活、更可靠，在環(huán)境監(jiān)測(cè)和變形監(jiān)測(cè)中尤為突出[5-6]。作為宏觀監(jiān)測(cè)的新興技術(shù)手段，遙感技術(shù)在空間性、時(shí)間性、數(shù)據(jù)獲取便利性和豐富性、周期性等方面有較好的優(yōu)勢(shì)，其中無(wú)人機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感在工程監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用[7]。利用遙感技術(shù)，便于對(duì)工程場(chǎng)地及周邊環(huán)境進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)，快速獲取信息，豐富數(shù)據(jù)種類，可根據(jù)需求選取不同分辨率的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)工程原有資料的更新、場(chǎng)地動(dòng)態(tài)觀測(cè)和長(zhǎng)期觀測(cè)十分有效。

1 遙感技術(shù)的原理與發(fā)展

遙感技術(shù)于20 世紀(jì)60 年代興起，是一門綜合性的新興探測(cè)技術(shù)，可無(wú)接觸遠(yuǎn)距離探測(cè)目標(biāo)以獲取電磁波信息，感知遙遠(yuǎn)距離的事物所傳達(dá)出的信號(hào)來(lái)探測(cè)并識(shí)別數(shù)據(jù)信息，通過與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)方法、空間技術(shù)等結(jié)合來(lái)揭示目標(biāo)物的幾何、性質(zhì)、變化規(guī)律等特征[8]。遙感分為廣義的遙感和狹義的遙感，前者指不直接接觸物體本身，采用探測(cè)儀器接收來(lái)自目標(biāo)物的信息進(jìn)行傳輸和處理來(lái)識(shí)別目標(biāo)物屬性和特征，即遠(yuǎn)距離探測(cè)來(lái)獲取目標(biāo)狀態(tài)信息；后者指依托安裝于遙感平臺(tái)上的傳感器，通過攝影、掃描等方式獲取地物信息，進(jìn)而加工處理來(lái)識(shí)別地物的特性。

作為一門綜合性的對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在空間覆蓋范圍廣，可實(shí)現(xiàn)大面積同步觀測(cè)，不受目標(biāo)地物周圍地形影響；探測(cè)波段范圍廣，可實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測(cè)，獲取的信息量大，遠(yuǎn)超常規(guī)方法；可動(dòng)態(tài)反映地面事物的變化，獲取信息速度快、短時(shí)間內(nèi)可對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行重復(fù)性、周期性探測(cè)，時(shí)效性強(qiáng)；具有高空間、高時(shí)間、高光譜分辨率的特點(diǎn)[9]。

從地面遙感發(fā)展到航空遙感和航天遙感，隨著遙感技術(shù)不斷成熟，其獲取的信息越來(lái)越豐富，在工程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來(lái)越大，測(cè)量數(shù)據(jù)的采集及處理、復(fù)雜條件下的測(cè)量、諸多工程的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、工程模型的建立與優(yōu)化、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地圖測(cè)繪等都離不開遙感技術(shù)[10]。目前已有多位學(xué)者對(duì)遙感技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，如盧霞等[11]利用多源、多時(shí)相的遙感影像監(jiān)測(cè)工程實(shí)施前后的遙感表征信息，對(duì)不同工程的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，總結(jié)出遙感技術(shù)在工程治理與管理中的優(yōu)勢(shì)。王海龍[12]介紹了無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用在工程測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)，從不同方面分析了遙感技術(shù)的應(yīng)用。高莉[13]利用ALOS 數(shù)據(jù)和部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)估計(jì)得到了研究區(qū)退耕還林面積，利用建立的不同地物的光譜信息模型對(duì)地面異質(zhì)性較強(qiáng)的區(qū)域提取土地利用信息，為研究區(qū)工程區(qū)的管理和規(guī)劃提供了依據(jù)。

2 工程監(jiān)測(cè)的發(fā)展及問題

工程監(jiān)測(cè)與生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合，廣泛服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，測(cè)繪技術(shù)的快速發(fā)展為工程監(jiān)測(cè)提供了新的方法與手段，城市化建設(shè)進(jìn)程的快速發(fā)展，對(duì)工程監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，有力推動(dòng)了監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下方面：監(jiān)測(cè)方法和儀器有進(jìn)步，電子及物理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化了儀器結(jié)構(gòu)性能，提高了精度和穩(wěn)定性；監(jiān)測(cè)內(nèi)容不斷增加和完整，數(shù)據(jù)分析方法不斷提高和完善；工程監(jiān)測(cè)被廣泛應(yīng)用于施工和環(huán)境監(jiān)測(cè)，保證了環(huán)境安全和施工質(zhì)量[14]。

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步，使得測(cè)量數(shù)據(jù)采集和處理向著實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化、數(shù)字化發(fā)展，工程監(jiān)測(cè)進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代，越來(lái)越多的工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得以開發(fā)和應(yīng)用，其中遙感技術(shù)在工程監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用，兩者不斷滲透，形成相互促進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)。但監(jiān)測(cè)過程及應(yīng)用方面仍存在一些問題[15]，比如對(duì)監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)及信息處理的新方法有待進(jìn)一步研究，以充分發(fā)掘有用信息；未充分利用采集的地質(zhì)信息，導(dǎo)致應(yīng)用于工程指導(dǎo)和解決問題的信息匱乏；大范圍區(qū)域內(nèi)依靠人工監(jiān)測(cè)進(jìn)行信息管理和數(shù)據(jù)分析，效率低且有滯后性，需應(yīng)用新方法來(lái)提高監(jiān)測(cè)效率。

3 遙感技術(shù)在工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

工程項(xiàng)目中往往存在施工條件復(fù)雜、場(chǎng)地空間有限、工程范圍大、環(huán)境惡劣等情況，目前，人工監(jiān)測(cè)在眾多項(xiàng)目中仍然發(fā)揮著主要作用，主要通過測(cè)量特定點(diǎn)來(lái)獲取數(shù)據(jù)，遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可克服一定的困難，使得不需要訪問特定的點(diǎn)來(lái)采集數(shù)據(jù)，有利于解決部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中存在的難題，方便監(jiān)測(cè)過程，提高監(jiān)測(cè)效率，其中，無(wú)人機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感應(yīng)用較多。將遙感技術(shù)與傳統(tǒng)手段相結(jié)合，便于監(jiān)測(cè)工程本身及周邊生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量和進(jìn)展。

3.1 無(wú)人機(jī)遙感在工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)測(cè)量手段時(shí)效性差、耗費(fèi)人力物力大、效率較低，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以有效克服上述不足，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以不受地域條件限制實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，且大范圍監(jiān)測(cè)的效率大大提高。廣泛應(yīng)用于工程施工前的環(huán)境監(jiān)測(cè)和影像資料獲取、工程地形圖的繪制、創(chuàng)建數(shù)字模型、數(shù)字城市建設(shè)及低空測(cè)量、工程監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)采集和處理、例行檢查監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況、建筑工程的傾斜攝影測(cè)量等[16-18]。

受外界因素影響及工程環(huán)境條件較差時(shí)，影響人工測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性或無(wú)法進(jìn)行人工測(cè)量，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量，保證監(jiān)測(cè)工作完成和及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況[19]。利用該技術(shù)所獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果較準(zhǔn)確，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的分析有效且便捷，可進(jìn)一步提高工作效率，控制測(cè)量問題，對(duì)于工程監(jiān)測(cè)及測(cè)繪都有重要作用。

此外，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化地面建模，顯示出各地的坐標(biāo)、高程、坡度、坡向等重要信息，為地鐵、公路等長(zhǎng)線路工程的路線選擇和設(shè)計(jì)提供有效幫助，在工程前期的測(cè)量中是十分有效的。

3.2 衛(wèi)星遙感在工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

衛(wèi)星遙感包括光學(xué)遙感和雷達(dá)遙感，其中光學(xué)遙感具有高空間、高時(shí)間、高光譜分辨率的特點(diǎn)，雷達(dá)遙感的顯著特點(diǎn)是主動(dòng)發(fā)射電磁波，不依賴光照條件和氣候條件，可全天時(shí)、全天候?qū)Φ赜^測(cè)，有效探測(cè)目標(biāo)地物的空間形態(tài)特征[20-21]。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星遙感被越來(lái)越多地應(yīng)用到工程監(jiān)測(cè)中，主要表現(xiàn)在以下方面。

工程建設(shè)前期勘測(cè)環(huán)節(jié)，利用遙感監(jiān)測(cè)可獲取大面積的重要信息，短時(shí)間內(nèi)得到監(jiān)測(cè)結(jié)論，以滿足施工要求，將遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證遙感監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，總結(jié)相關(guān)監(jiān)測(cè)規(guī)律與方法，豐富監(jiān)測(cè)手段，強(qiáng)化監(jiān)測(cè)力度。地質(zhì)工程的探測(cè)是工程建設(shè)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，利用影像中不同波段的特性來(lái)監(jiān)測(cè)地下水、巖石、土壤等信息，結(jié)合實(shí)地考察進(jìn)行復(fù)判，可了解工程建設(shè)區(qū)地質(zhì)容易出現(xiàn)的問題[22]。工程建設(shè)時(shí)為避免土地資源浪費(fèi)，需對(duì)土地進(jìn)行測(cè)量，可將攝像機(jī)安裝到衛(wèi)星或飛機(jī)上，實(shí)時(shí)拍攝工程場(chǎng)地土地情況，利用不同目標(biāo)物具有不同反射特性的特點(diǎn)來(lái)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)場(chǎng)地土地資源使用情況[23]，準(zhǔn)確掌握土地使用數(shù)據(jù)。

工程建設(shè)過程中，極易對(duì)周邊環(huán)境造成破壞，因此在建設(shè)時(shí)，需重視環(huán)境的監(jiān)測(cè)，遙感手段是十分方便和有效的，如地鐵的開挖、煤礦開采等大型地下工程的建設(shè)，對(duì)于地表環(huán)境影響很大，包括植被、土壤、地表沉降及形變引發(fā)的一系列災(zāi)害，可利用遙感影像進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)，劃定研究區(qū)域用影像提取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，亦可根據(jù)長(zhǎng)時(shí)序影像對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行反演，分析工程建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境時(shí)序影響以及地表高程的變化[24]。此外，利用遙感圖像獲取地理信息，可對(duì)大型工程實(shí)現(xiàn)地形圖測(cè)繪，編制所需的遙感圖，便于后續(xù)測(cè)量。

工程建設(shè)完成后，對(duì)于工程周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)仍然十分重要，有利于工程本身的安全和保護(hù)環(huán)境。可通過影像監(jiān)測(cè)工程施工結(jié)束后周邊環(huán)境的變化，總結(jié)變化規(guī)律，如評(píng)估礦山開采對(duì)周邊環(huán)境的損害[25]。對(duì)于長(zhǎng)線性交通基礎(chǔ)設(shè)施形變地面沉降的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、礦區(qū)開采工程引發(fā)的地面沉陷，可通過雷達(dá)遙感探測(cè)，利用覆蓋研究區(qū)的多景SAR 影像求取相位信息，最終進(jìn)行差分干涉得到區(qū)域性沉降整體趨勢(shì)和沉降分布特征，揭示形變的演變特征[26]。

3.3 遙感技術(shù)結(jié)合GIS 和GPS 技術(shù)在工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GⅠS）統(tǒng)稱為3S 技術(shù)，其中GPS 可實(shí)時(shí)提供目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，野外操作簡(jiǎn)單，測(cè)量成果精度較高，自動(dòng)化程度高；GⅠS 集地理數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、管理、成果顯示與輸出于一體，是一種可應(yīng)用于各領(lǐng)域基礎(chǔ)平臺(tái)信息顯示的手段[27]。現(xiàn)階段，工程監(jiān)測(cè)中對(duì)3S 技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，不僅可以大大提高測(cè)量的效率，也創(chuàng)造了測(cè)量新模式。

在工程監(jiān)測(cè)中將遙感與地理信息系統(tǒng)（GⅠS）相結(jié)合，可基于GⅠS 提取更多的地物要素，有助于數(shù)據(jù)更新和進(jìn)一步分析；在制圖方面，有效發(fā)揮遙感與GⅠS的優(yōu)勢(shì)，制作滿足不同比例尺和精度要求的圖，遙感數(shù)據(jù)中提供的高程數(shù)據(jù)，應(yīng)用于GⅠS 中可提高數(shù)字化地圖的處理效率，方便編輯得到較為全面的數(shù)字地圖，使得地圖表達(dá)更準(zhǔn)確[28]。工程建設(shè)中準(zhǔn)確的定位需全球定位系統(tǒng)（GPS）提供，遙感與GPS 技術(shù)相結(jié)合，可有效應(yīng)用于大比例尺數(shù)字測(cè)圖、鐵路與高速公路線路測(cè)量、地表形變監(jiān)測(cè)、高層建筑變形監(jiān)測(cè)等。

遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用離不開GⅠS 與GPS 的幫助，將三者結(jié)合運(yùn)用于工程監(jiān)測(cè)中，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間定位和信息處理，豐富數(shù)字地圖，構(gòu)建綜合分析模型，保證工程監(jiān)測(cè)的質(zhì)量和效率，為工程監(jiān)測(cè)提供新方法。

4 結(jié)語(yǔ)

工程建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，測(cè)量變得尤為重要，由于地形、工期、天氣等因素的影響，給工程監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)的困難也不盡相同，遙感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用能有效解決部分困難，提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量和效率。衛(wèi)星遙感和無(wú)人機(jī)遙感應(yīng)用相對(duì)廣泛，主要包括工程建設(shè)過程中的地表形變監(jiān)測(cè)、周邊環(huán)境因子的宏觀觀測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)快速采集，施工前的監(jiān)測(cè)及規(guī)劃設(shè)計(jì)、土地利用狀況監(jiān)測(cè)、數(shù)字建模工作的完成等。遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確、獲取信息量大、監(jiān)測(cè)范圍大、效率高、受地面限制少的特點(diǎn)，可為工程建設(shè)提供有效信息，對(duì)工程本身及周邊環(huán)境產(chǎn)生的變化及時(shí)進(jìn)行預(yù)判和處理，確保工程建設(shè)的質(zhì)量。

遙感技術(shù)與人工智能研究方向存在密切關(guān)聯(lián)，如今人工智能迅猛發(fā)展，帶動(dòng)了遙感技術(shù)的更新和創(chuàng)新。如智能機(jī)器人的廣泛應(yīng)用將對(duì)危險(xiǎn)和困難地區(qū)的工程監(jiān)測(cè)有很多幫助，無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)的發(fā)展將使得監(jiān)測(cè)的效率大大提高[29]。高分辨率遙感影像的先進(jìn)監(jiān)測(cè)手段的不斷探索將會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)有很大幫助，進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)精度。遙感技術(shù)的發(fā)展在機(jī)器視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域?qū)⒚媾R新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。