浅谈工程测量的前景与应用

孙显平

摘要：电子计算机技术、微电子技术、激光技术、空间技术等新技术的发展与应用。以及测绘科学技术的进步，为工程测量技术进步提供新的方法和手段。阐述现代工程测量仪器的发展状况，介绍与展望地面测量仪器和CPS定位等空间技术在工程测量中的应用和发展。

关键词：工程测量；地面测量仪器；GPS；GIS；RS；“3S”集成

Abstract: the computer technology, microelectronics technology, laser technology, space technology and other new technology development and application. As well as the surveying and mapping the advancement of science and technology, for engineering survey technology progress with new ways and means. This modern engineering measuring instrument of development, introduction and looking to the ground measuring instruments and CPS positioning space technology in the measurement of the engineering application and development.

Keywords: engineering measurement; The ground measuring instruments; GPS; GIS; RS; "3 S" integration

中图分类号:[TU198+.2]文献标识码：A文章编号：

工程测量有着悠久的历史。近30年来。随着测绘科技的飞速发展。工程测量的技术面貌发生了翻天覆地的变化。一是因为电子计算机技术、微电子技术、激光技术、空间技术等新技术的发展与应用，以及测绘科技本身的进步，为工程测量技术进步提供新的方法和手段：二是改革开放以来．城市建设规模不断扩大，各种大型建筑物和构筑物建设工程等不断增多。对工程测量不断提出新的任务、新课题和新要求，使工程测量的服务领域不断拓宽，有力地推动和促进了工程测量技术的进步与发展。

1 先进的测量仪器促进了技术进步

在第二次世界大战期间及其以后，由于雷达探测和各种无线电导航系统的发展．促进了人们对电子测时技术、测相技术和高稳定度频率源等领域的深入研究，为电磁波测距仪的出现创造了条件。电磁波测距技术的迅速发展，其中以激光、红外线为载体的光电测距技术的发展尤其引人注目。在这期间，测程远、精度高的光电测距仪逐渐增多，功能齐全的全站型仪器也不断出现。

自20世纪80年代以来，常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等各种地面测量仪器的迅速发展，成倍地提高了工程测量外业工作效率和精度。改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。三角网已被三边网、边角网、测距导线网所替代：具有自动跟踪和连续显示功能的测距仪用于施工放样测量：无需棱镜的测距仪解决了难以攀登和无法到达的测量点的测距工作；电子速测仪为细部测量提供了理想的仪器；精密测距仪的应用代替了传统的基线丈量。

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．使地面测量趋于自动化．还可对活动目标做跟踪测量。为测图和工程放样向数字化发展开辟了道路。电脑型全站仪配合丰富的软件。已向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术。可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标．在1s内完成1个目标点的观测．像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测．可广泛用于变形监测和施工测量。

激光水准仪、全自动数字水准仪、记录式精密补偿水准仪等仪器的出现。实现了在几何水准测量中自动安平、自动读数和记录、自动检核测量数据等功能，使几何水准测量向自动化、数字化方向迈进。激光准直仪和激光扫描仪在高层建筑施工和大面积混凝土施工中是必不可少的仪器。高程测量方面．最显著的发展应数液体静力水准测量系统。这种系统主要是由测深仪和控制器组成。通过各种类型的传感器测量容器的液面高度。可同时获取数十乃至数百个监测点的高程。具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数十km．如用于跨河与跨海峡的水准测量：通过一种压力传感器．允许两容器之间的高差从过去的数cm达到数m。在工程测量中，液体静力水准测量是一种精密的水准测量方法。对高差的观测精度可以达到20um甚至更高。

陀螺经纬仪是将陀螺仪和经纬仪组合在一起．用以测定真方位角的仪器。在地球上南北纬度75°范围内均可使用。陀螺高速旋转时，由于受地球自转影响，其轴向子午面两侧往复摆动。通过观测，可定出真北方向。有的陀螺经纬仪用微处理机进行控制，自动显示测量成果，具有较高的测量精度。激光陀螺经纬仪则具有精度较高、稳定和成本低的特点。是用于矿山、隧道等工程测量的另一类主要的地面测量仪器，新一代的陀螺经纬仪是由微机控制，仪器自动、连续地观测陀螺的摇动并能补偿外部的干扰。观测时间短、精度高．如Cromad陀螺经纬仪在7min左右的观测时间能获取3”的精度，比传统陀螺经纬仪精度提高近7倍．作业效率提高近10倍，标志着陀螺经纬仪向自动化方向迈进。

2 空间技术为测量提供了崭新的技术手段

GPS是美国从20世纪70年代开始研制。历时20年．于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实施三维导航与定位能力的卫星导航与定位系统。随着GPS定位技术的出现和不断发展完善．GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。

RTK(Real Time Kinematics。实时动态)技术是在GPS基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果。并在一定范围内达到cm级精度的一种新的GPS定位测量方式，是GPS应用的重大里程碑。RTK测量是将l台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行观测，将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上，再通过基准站电台发射出去；流动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时。也接收由基准站电台发射的信号，经解调得到基准站的载波相位观测量：流动站的GPS接收机再利用0TF(运动中求解整周模糊度)技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度，最后求出cm级精度流动站的位置。RTK测量可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度、快速地测定图根控制点、界址点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次生成电子地图。同时，也可以根据已有的数据成果快速地进行施工放样。

长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术．正在逐步被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替，同时定位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间；定位方法已从静态扩展到动态：定位服务领域已从导航和测绘领域扩展到国民经济建设的广阔领域。

将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起．称做超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与TPS(全站仪)灵活的三维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。使用超站仪测量，无需控制点，长导线和后方交会操作，只需架设超站仪，并使用GPS确定位置．然后就可以使用全站仪进行测量、放样。建站更简便，测量更容易、更快捷。在需要时可以单独使用TPS或GPS。将GPS天线安装在对中杆上，就可以进行GPS流动站作业，也可将TPS作为传统的全站仪使用。超站仪的模块化设计给了用户最大限度的自由，胜任一切测量工作，节省时间和资金，提高工作效率、增加收益。

摄影测量由于高质量的摄影机，高精度测量仪器和GPS以及计算机技术的应用，加上软件的不断改进和完善。测量精度和效率显著提高。摄影测量技术由于可以提供实时的三维空间信息。无需接触被测物体，以及野外工作量少、效率高和成果品种多等优点，具有广泛的应用前景。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。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，可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图产品。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。随着全数字摄影测量系统的应用．摄影测量产品已经从影像图等向4D产品转化．为建立各类专业的信息系统和基础地理信息平台提供了可靠的数据保证。

遥感(RS)是以航空摄影技术为基础。在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感．自1972年美国发射了第l颗陆地卫星后。标志着航天遥感时代的开始。遥感技术由于大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性及经济性等优势，得到快速的普及，多光谱航空摄影和高分辨率的遥感卫星将成为对地观测获取基础地理信息的重要手段。各种中小比例尺地形图都可以利用遥感影像来获取．为应用于工程测量领域的城市基本地形图、地籍图以及各种大、中、小比例地形图的快速更新提供了十分便利的方法和手段。当前遥感形成了一个从地面到空中。乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用。对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。

GIS是集计算机科学、空间科学信息科学、测绘遥感科学、环境科学和管理科学等学科为一体的新兴学科。已成为多学科集成并应用于各领域的基础平台和地学空间信息显示的基本手段与工具。其技术优势不仅在于它的集地理数据采集存储、管理、分析、三维可视化显示与成果输出于一体的数据流程，还在于它的空间提示、预测预报和辅助决策功能。目前。GIS不仅发展成为一门较为成熟的技术科学，而且已经成为一门新兴的产业．在测绘、地质矿产、农林水利、气象海洋、环境监测、城市规划、土地管理、区域开发与国防建设等领域发挥越来越重要的作用。采用GIS、数据库、内外一体化测图、扫描矢量化及全数字摄影测量等技术．为专业信息系统提供及时、准确、标准化、数字化的基础空间信息，以建立各类专业信息系统，从而实现管理的科学化、标准化、信息化。

3S(GPS、GIS、RS)技术的结合，取长补短，是一个自然的发展趋势。三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即GPS与RS为GIS提供区域信息及空间定位信息，而GIS进行相应的空间分析以便从GPs和RS提供的海量数据中提取有用的信息并进行综合集成，使之成为科学的决策依据。诸如三峡工程、南水北调工程、西气东输、青藏铁路等工程．都具有施工范围大、物流量大、施工周期长等特点．而3S技术为这些大型工程提供了最有效的数据．成为其信息采集、分析处理、表达决策的工具。

结束语：

伴随传统测量技术向数字化技术转化，现代工程测量将朝着测量内外作业一体化、数据获取及处理自动化、测量过程控制和系统行为智能化、测量成果和产品数字化、测量信息管理可视化、信息共享和传播网络化的趋势发展。具有多种功能的混合测量系统是工程测量仪器发展的显著特点，高精度、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制是工程测量仪器技术发展的明确方向；GPS技术、RS技术、GIS技术、数字化测绘技术等的广泛应用和快速发展将工程测量技术向空间拓展；各种技术的发展及其相互渗透和集成将开创工程测量技术大发展的新局面。