关于现代精密工程测量技术及其发展的探讨

胡开承（湖南交通规划勘察设计院，湖南　长沙　410000）



关于现代精密工程测量技术及其发展的探讨

胡开承（湖南交通规划勘察设计院，湖南长沙410000）

在现代工程测量中，工程各项技术指标要求日益增多，对测量作业提出了更好的要求，传统的工程测量技术已经无法满足现代化测量作业需求。此背景下，本文首先分析了现代精密测量方法、仪器及数据处理，之后对现代精密工程测量新发展情况进行了一定的阐述，以供参考。

工程测量；现代精密工程测量技术；发展情况

1　引言

就当前情况来看，现代工程测量主要发展方向为工程信息系统、工程测量仪器、精密工程测量、工程度形变监测分析与灾害预报。其中，精密工程测量是发展活力最强盛、影响力最突出的一种测量工艺，要想确保现代社会背景下精密工程测量的良好发展，必须对其进行深入的分析与研究。

2　现代精密测量方法、仪器及数据处理

2.1全球定位系统测量法

GPS是现代社会中应用作为广泛的、最先进的、最新的全球定位信息系统。对于其具体应用情况，主要体现在以下方面：

（1）GPS接收机的卫星信号具有同样的误差性，其中，基线边短一般不会超过5km，涉及的测量范围也相对较小。例如电离层折射误差、卫星钟差及对流层等，利用差分解算，在很大程度上产生的误差能够相互抵消。想要成功的获得高精度的观测数据结果就需要通过合理的方案制定与观测设计。

（2）通过GPS系统的应用，可快速获得高精度数据。在WGS-84坐标中，GPS测量系统的基准线相对精度可以达到10-5-10-8的程度，从企业测量仪器中几乎无法获得此种相对精度极高的数据。通过采用更加科学的观测方式与数据处理方式，能够实现毫米级和亚毫米级的GPS点的相对定位精度，从而更好的完成精密测量的任务。

（3）GPS测量技术是一种较为灵活的测量方法，不需要通视。通常情况下，在进行测量作业时，工作点之间均需要满足相互通视的需求，一般测量方式的缺陷在于需增加连接点，从而在一定程度上增加了有关作业人员的工作量，并且还会导致测量精度降低，工作技术与环境等方面也存在一定的限制。但采用GPS进行测量作业，不需要通视，可更加灵活的进行相关作业。

（4）通过GPS系统的应用，可实现全天观测的目的，并具备较高强度的自动化。GPS系统数据单程系统，也就是不论外面天气如何，都能够实现全天候观测目的，用户仅需要接收GPS卫星发射的信号就可。同时，GPS系统还具备信息化程度高、操作便捷、效率高、成本低特征，通过计算机，其还可以自动完成信号的内业处理，可大面积大范围使用和推广。

2.2精密测量所使用的仪器

为了全面提升精密测量水平，在进行实际测量作业时，常采用的精密测量仪器主要包括激光扫描仪、激光跟踪仪、探测机器人、电子全站仪、水准仪、GPS接收机、多传感器集成测绘系统与其他各种精密测量仪器。其中，通过车载激光扫描测和机载激光扫描测量的方式是地面数据采集过程中最为常用的一种方式。

在对不同位置进行扫描与建模，并将其转换至CAD成图中，一般采用激光扫描仪进行，此类仪器在土木工程、路桥设计、工业设计、GIS数据采集等获得了较为广泛的应用。此外，激光测距仪与GPS接收机组成的远程位移测量系统常用于无人监控远距离遥控测量作业。

我国当前高速铁路轨道测量系统主要为由激光测距断面仪、激光扫描仪、测量机器人、轨道里程传感器构成的传感系统，实现了铁路轨道自动化测量目的。在不同的测量工作中，通过专业仪器的使用，可有效提升精密测量的牢靠性，从而为当代精密测量奠定坚实的基础。

2.3精密测量中变形观测数据处理

2.3.1典型变形观测数据处理方法

在进行变形过程曲线的绘制时，通常需要以变形观测数据作为参考进行绘图，通过此种最为简单的数据处理方式，能够对变形过程曲线进行一定的分析与研究，从而实现数据处理目的。对变形观测数据和其影响因素进行逐步回归计算和多元回归分析时，可发现影响因子和变形数据的相互关系不仅能够用于变形报告，还可用于物理解释。

但如果仅需要对变形数据进行分类与归纳，可采用时间序列分析理论建模与灰色系统理论，而多元回归分析通常需要较长时间的数据处理。对于原始数据数列运用累加生成法更具有灵活随机性。通常可将变形数据处理看作动态过程，然后再选用卡尔曼滤波模型来处理系统状态，最后再利用Fourier变换将具有周期性变化的变形观测时间序列的信息转化成频域内的数据处理。

2.3.2传统变形几何分析与物理解释方法

在进行实际测量作业时，通常采用将变形数据分类为变形物理解释与变形几何分析的方式进行。其中，变形物理解释主要采用的是传统的函数方法和计算进行数据分析，一般需要确定引起变形和变形的原因的相互关系。而对于变形的几何分析，纸质时间与空间的变形，最佳模型选择需分三个步骤，即为：初步模型鉴别、参数估计与模拟统计检验。

在周期观测下，变形监测网下的相对网和参考网的稳定性检测是建立在变形模型的基础之上的。选取变形模型的方法既可以根据点场的矢量和变形过程曲线选取，又能依据变形体的物理力学性质的信息选取。此外，以上描述的时间序列分析、卡尔曼滤波、时间序列频域法以及灰色理论建模中的主频率与振幅计算等都能够看作是变形的几何分析。

3　现代精密工程测量的新进展

3.1精密工程测量技术的新进展

就当前情况来看，现代精密工程测量技术正在不断快速的发展，当前主要进展情况为：①人工智能测量机器人大多以传感器集成系统的方式获得了较为广泛的应用，具体应用范围不断扩大，图形、数据与影响处理能够也在稳步提升。②大型工程建设与变形观测数据处理方面大多是在知识信息系统基础上发展的，并紧密关联着地球物理、土木建筑、工程与水文地质、大地测量等学科。同时，通过精密工程测量技术的应用，可有效解决工程建设与其运行期间所涉及的环境保灾害防治与安全监测等方面的问题。③工程测量范围已逐步扩展至人体科学测量，例如对人体各部位或各器官进行显微测量或显微图像处理。④多传感器混合测量系统发展速度不断加快，应用范围也日益广泛，例如测量机器人或电子全站仪与GPS接收机集成的应用，可实现国家范围内无控制网测量目的。⑤实时摄影测量系统与合成孔径雷达干涉系统目前已获得了一定的应用。

3.2精密工程测量仪器的新进展

通常来说，精密测量技术属于综合型较差学科，主要包括图像、传感器、光学、制造、电子与计算机技术，因此，只有高度关注各学科领域的发展，才可实现该项技术的发展。基于现代工业制造技术研究情况，测量仪器发展趋势为集成精密化与智能化方向，例如三坐标测量机（CMM）。三坐标测量机是测量仪器新进展的重要体现，其能够对工业生产范围内的所有三维复杂零件的形状、尺寸与相互位置进行高精准度测量，主要测量方法如图1所示。此外，世界各国目前正在不断增加对于微（纳）米测量技术领域应用的研究。

图1　三坐标测量机主要测量方法

3.3精密工程测量技术应用的新进展

近年来，随着国防建设与国民经济的迅速发展，现代精密工程测量技术的应用范围也越来越大，其应用新进展主要包括以下内容：①轧钢厂切割厚板。②管理码头集装箱。③测量高层建筑的风振，即为立足于RTK模式，然后在待测建筑物周围较稳定的地基面与待测建筑物楼顶部位各自安装1台GPS接收机，将其分别作为基准站与流动站，通过此种模式，能够对高层建筑物的振动频率与顶部位移情况进行动态监测。④减灾防灾的监测与科学防汛。⑤特种精密工程测量技术逐渐应用于军事领域。此外，特种精密工程测量技术也在工业设备安装与运行、大型建筑物变形观测等方面的检校工作中获得了良好的应用。

4　结语

综上所述，近年来，随着我国国民经济的迅速发展，以及工程建设要求的日益提高，精密工程测量技术逐渐向着系统化、智能化、自动化、实时化方向发展，精密工程测量精度也能够达到纳米量级。此情况下，要想确保现代精密工程测量的良好、持续发展，必须对其实际应用情况与发展趋势进行详细的分析与研究。

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胡开承（1976-），男，高级工程师，本科，主要负责工程测量工作。

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2095-2066（2016）19-0090-02

2016-6-20