淺析工程測量的理論方法及技術(shù)應(yīng)用
2013-03-29 來源：中國鳴網(wǎng)
引言
工程測量技術(shù)是服務(wù)于工程建設(shè)的一種測繪技術(shù), 它的發(fā)展與測繪科學(xué)技術(shù)和工程建設(shè)的發(fā)展密切相關(guān)。在所有的工程建設(shè)中,工程測量是一項極為重要的基礎(chǔ)性工作,在整個工程的建設(shè)中占有重要的地位,它對工程的設(shè)計以及施工都是有直接性的影響,測量施工出現(xiàn)失誤,就可能會造成整個工程施工的失誤,進而影響整個工程的質(zhì)量。
一、工程測量的定義及分類
在工程建設(shè)的設(shè)計、施工和管理各階段中進行測量工作的理論、方法和技術(shù)，稱為工程測量。工程測量是測繪科學(xué)與技術(shù)在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用，是綜合性的應(yīng)用測繪科學(xué)與技術(shù)，它直接為工程建設(shè)服務(wù)的，它的服務(wù)和應(yīng)用范圍包括城建、地質(zhì)、鐵路、交通、房地產(chǎn)管理、水利電力、能源、航天和國防等各種工程建設(shè)部門。
1、按照工程建設(shè)的進行程序分類
按工程建設(shè)的進行程序，工程測量可分為規(guī)劃設(shè)計階段的測量，施工興建階段的測量和竣工后的運營管理階段的測量。規(guī)劃設(shè)計階段的測量主要是提供地形資料。取得地形資料的方法是，在所建立的控制測量的基礎(chǔ)上進行地面測圖或航空攝影測量;施工興建階段的測量的主要任務(wù)是，按照設(shè)計要求在實地準確地標定建筑物各部分的平面位置和高程，作為施工與安裝的依據(jù)。
2、按照工程測量所服務(wù)的工程種類分類
按工程測量所服務(wù)的工程種類，也可分為建筑工程測量、線路測量、橋梁與隧道測量、礦山測量、城市測量和水利工程測量等。此外，還將用于大型設(shè)備的高精度定位和變形觀測稱為高精度工程測量;將攝影測量技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)稱為工程攝影測量;而將以電子全站儀或地面攝影儀為傳感器在電子計算機支持下的測量系統(tǒng)稱為3維工業(yè)測量。
二、工程測量中方法分析
1、測量平差理論
最小二乘法廣泛應(yīng)用于測量平差。最小二乘配置包括了平差、濾波和推估。附有限制條件的條件平差模型被稱為概括平差模型，它是各種經(jīng)典的和現(xiàn)代平差模型的統(tǒng)一模型。測量誤差理論主要表現(xiàn)在對模型誤差的研究上，主要包括：平差中函數(shù)模型誤差、隨機模型誤差的鑒別或診斷;模型誤差對參數(shù)估計的影響，對參數(shù)和殘差統(tǒng)計性質(zhì)的影響;病態(tài)方程與控制網(wǎng)及其觀測方案設(shè)計的關(guān)系。由于變形監(jiān)測網(wǎng)參考點穩(wěn)定性檢驗的需要，導(dǎo)致了自由網(wǎng)平差和擬穩(wěn)平差的出現(xiàn)和發(fā)展。觀測值粗差的研究促進了控制網(wǎng)可靠性理論，以及變形監(jiān)測網(wǎng)變形和觀測值粗差的可區(qū)分性理論的研究和發(fā)展。
2、工程控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計理論和方法
網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計方法有解析法和模擬法兩種。解析法是基于優(yōu)化設(shè)計理論構(gòu)造目標函數(shù)和約束條件，解求目標函數(shù)的極大值或極小值。由于采用GPS定位技術(shù)和電磁波測距，網(wǎng)的幾何圖形概念與傳統(tǒng)的測角網(wǎng)有很大的區(qū)別。除特別的精密控制網(wǎng)可考慮用專門編寫的解析法優(yōu)化設(shè)計程序作網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計外，其他的網(wǎng)都可用模擬法進行設(shè)計。
模擬法優(yōu)化設(shè)計的軟件功能和進行優(yōu)化設(shè)計的步驟主要是：根據(jù)設(shè)計資料和地圖資料在圖上選點布網(wǎng)，獲取網(wǎng)點近似坐標（最好將資料作數(shù)字化掃描并在微機上進行）?？煽啃园總€觀測值的多余觀測分量（內(nèi)部可靠性）和某一觀測值的粗差界限值對平差坐標的影響（外部可靠性）。靈敏度包括靈敏度橢圓、在給定變形向量下的靈敏度指標以及觀測值的靈敏度影響系數(shù)。將計算出的各質(zhì)量指標與設(shè)計要求的指標比較，使之既滿足設(shè)計要求，又不致于有太大的富余。通過改變觀測值的精度或改變觀測方案（增加或減少觀測值）或局部改變網(wǎng)形（增加或減少網(wǎng)點）等方法重新作上述設(shè)計計算，直到獲取一個較好的結(jié)果。
3、變形觀測數(shù)據(jù)處理
3.1變形觀測數(shù)據(jù)處理的幾種典型方法
根據(jù)變形觀測數(shù)據(jù)繪制變形過程曲線是一種最簡單而有效的數(shù)據(jù)處理方法，由過程曲線可作趨勢分析。如果將變形觀測數(shù)據(jù)與影響因子進行多元回歸分析和逐步回歸計算，可得到變形與顯著性因子間的函數(shù)關(guān)系，除作物理解釋外，也可用于變形預(yù)報。多元回歸分析需要較長的一致性好的多組時間序列數(shù)據(jù)。
3.2 變形的幾何分析與物理解釋
傳統(tǒng)的方法將變形觀測數(shù)據(jù)處理分為變形的幾何分析和物理解釋。幾何分析在于描述變形的空間及時間特性，主要包括模型初步鑒別、模型參數(shù)估計和模擬統(tǒng)計檢驗及最佳模型選取3個步驟。變形監(jiān)測網(wǎng)的參考網(wǎng)、相對網(wǎng)在周期觀測下，參考點的穩(wěn)定性檢驗和目標點和位移值計算是建立變形模型的基礎(chǔ)。變形的物理解釋在于確定變形與引起變形的原因之間的關(guān)系，通常采用統(tǒng)計分析法和確定函數(shù)法。統(tǒng)計分析法包括多元回歸分析、灰色系統(tǒng)理論中的關(guān)聯(lián)度分析以及時間序列頻域法分析中的動態(tài)響應(yīng)分析等。
3.3 變形分析與預(yù)報的系統(tǒng)論方法
用現(xiàn)代系統(tǒng)論為指導(dǎo)進行變形分析與預(yù)報是目前研究的一個方向。變形體是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它具有多層次高維的灰箱或黑箱式結(jié)構(gòu)，是非線性的，開放性（耗散）的，它還具有隨機性，這種隨機性除包括外界干擾的不確定性外，還表現(xiàn)在對初始狀態(tài)的敏感性和系統(tǒng)長期行為的混沌性。此外，還具有自相似性、突變性、自組織性和動態(tài)性等特征。
三、工程測量技術(shù)應(yīng)用分析
1、工程控制測量
工程控制測量是各種工程測量的基礎(chǔ)和基準。現(xiàn)代空間定位技術(shù)特別是GPS的發(fā)展,提供了一種嶄新的控制測量技術(shù)手段,使工程平面控制測量發(fā)生了革命性的變革。傳統(tǒng)的三角測量、三邊測量、邊角測量以及導(dǎo)線測量建立高等級控制測量的方法已被GPS測量所替代。全站儀的發(fā)展提高了測角和測距的精度,目前全站儀測角精度達到0.5s,測距精度達到±（0.5 mm+1×10-6D）,同時自動化程度越來越高。自動全站儀能自動識別、跟蹤和精確照準目標,因此大大簡化了儀器的觀測操作,在工程測量中得到廣泛應(yīng)用。
2、施工放樣測量
隨著大型工程建設(shè)的規(guī)模增大、工程結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜和機械化施工,加大了施工放樣的難度。目前,全站儀在施工放樣測量中發(fā)揮了極大的作用,放樣方法主要采用全站儀坐標法放樣。在線路曲線放樣中,按測量坐標系計算曲線點的測量坐標,在測量控制點上由全站儀直接放樣曲線點,簡化了線路曲線放樣操作。
在道路施工、管線架設(shè)中,除采用全站儀進行樁點放樣外,利用GPSRTK技術(shù)直接放樣點位也已在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。在橋梁、港口工程施工中,水面上樁位測量也采用GPSRTK技術(shù),在打樁船上安置兩臺GPSRTK接收機和打樁機樁位構(gòu)成固定的幾何關(guān)系,實時測定打樁船的位置和方位進行樁位樣。全站儀的自動跟蹤和遙測操作功能給施工的實時、動態(tài)測量創(chuàng)造了條件。
3、工業(yè)測量
工業(yè)測量方法主要有:兩臺或多臺高精度電子經(jīng)緯儀的空間前方交會測量系統(tǒng)、單臺高精度全站儀（包括激光跟蹤儀）的極坐標測量系統(tǒng)、采用數(shù)字量測相機的工業(yè)近景攝影測量系統(tǒng),及用于直線測量的激光準直測量系統(tǒng)和用于水平面測量的靜力連通管高程測量系統(tǒng)。
攝影測量裝置的激光跟蹤儀工業(yè)測量系統(tǒng),由LTD500和T-Cam構(gòu)成主機,配合T-Probe測量裝置構(gòu)成。該系統(tǒng)通過攝影測量裝置可確定測量裝置的3個轉(zhuǎn)動角,即可得到測量裝置下部觸針端點的精確位置,給測量帶來很大的方便。工業(yè)近景攝影測量系統(tǒng)采用兩臺高分辨率的數(shù)碼相機對被測物體同時攝影,工業(yè)近景攝影測量系統(tǒng)主要用于復(fù)雜形狀測量,特別適用于動態(tài)物體的快速坐標測量。工業(yè)近景攝影測量系統(tǒng)的測量精度一般在1/10萬左右。
激光準直測量系統(tǒng)可分為激光束準直和波帶板激光準直,前者受激光束漂移的影響,準直距離一般在10m范圍內(nèi),準直精度一般為1/10萬左右。后者采用3點測量方法,削弱了激光束漂移的影響,準直精度可達1/100萬左右。激光準直測量系統(tǒng)的探測器采用CCD和PSD光電位置傳感器,提高了探測的采樣率和靈敏度。
四、結(jié)束語
工程技術(shù)的發(fā)展對測量工作不斷的提出新的要求，特別是全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、攝影測量與遙感（RS）以及數(shù)字化測繪和地面測量先進技術(shù)的發(fā)展，使工程測量的手段、方法和理論產(chǎn)生了深刻的變化。工程測量的領(lǐng)域在進一步擴展，而且正朝著測量數(shù)據(jù)采集和處理的自動化、實時化和數(shù)字化方向發(fā)展。
