深度探讨工程测量中的新技术方法

工程测量学是一门历史悠久的学科, 近些年来, 随着科学技术的进步和生产力的发展, 各国兴建了许多规模大、内容复杂、精度要求高的工程, 例如拦河大坝、大型连锁商业、跨江大桥、超长隧道、城市地下铁路网、数百米高的电视塔、精度要求非常高的自动化工业设备和科学实验装备如高速导轨、离于加速器、射电望远镜、通讯卫星地面接收天线等, 工程测量也得到了迅速的发展。工程测量通常是指在工程建设的勘测设计、施工和管理阶段中运用的各种测量理论、方法和技术的总称。传统工程测量技术的服务领域包括建筑、水利、交通、矿山等部门, 其基本内容有测图和放样两部分。现代工程测量己经远远突破了仅仅为工程建设服务的概念, 它不仅涉及工程的静态、动态几何与物理量测定, 而且包括对测量结果的分析, 甚至对物体发展变化的趋势预报。在这样的背景下, 工程测量学将与新兴的信息技术相结合, 由传统意义上的测量学发展成为了工程实用的地学信息科学, 新的地学信息科学将可用于城市规划、土地利用、房地产经营、环境保护、交通规划等方面。工程测量已经远远超出传统服务范围, 将逐步扩展到包括城建、地质、铁路、交通、房地产管理、水利电力、能源、航天和国防等各种工程建设部门。

1 GPS定位技术

GPS是美国从20世纪70年代开始研制, 历时20年, 耗资20亿美元, 于1994年全面建成, 具有海、陆、空进行全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。随着GPS定位技术的不断改进, 软、硬件的不断完善, 长期使用的测角为主体的常规地面定位技术, 正在逐步被快速确定三维坐标的高速度、高精度、费用省、操作简单的GPS技术代替。GPS接收机的改进, 广域差分技术、载波相位差分技长的发展, 加之美国SA技术的解除, 使得GPS技术在导航、运载工具实时监控、城市规划、工程测量等领域有了更为广泛的应用。铁路、公路、桥梁等大型工程控制网的实施均采用了GPS技术, 时至今日, GPS定位技术已经基本上淘汰了用常规即建立大地控制网的方法, 其良好的精度、可观的经济效益已为工程测量界所公认。

RTK (Real Time Kinematic) 测量是将1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OTF (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, 最后求出厘米级精度流动站的位置。

2 GIS技术

GIS (地理信息系统) 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边缘学科。从20世纪60年代至今只有短短的四十多年的时间, 但已经成为多学科集成并应用于各领域的基础平台成为地学空间信息显示的基本手段与工具。其技术优势不光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、城市规划士地管理、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。

3 数字摄影测量技术

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 (DEM, 数字高程模型;D0M, 数字正射影像图;DLG, 数字线划图;DRG, 数字栅格图) , 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。近景摄影测量或非地形摄影测量技术已被广泛应用于文物、考古、园林、古建筑等的测绘, 建筑物形变、滑坡等的监测, 计算机视觉、机器视觉及机器人视觉等视觉科学, 在工业上被应用于对流水生产线上移动零件或产品的监测。

4 RS技术

RS (Remote sensing, 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。一些大中城市已经利用航空遥感进行城市的综合调查, 编制地质、水文、植被、交通、污染、土地利用等专题地图, 获取了大量社会与自然环境资料, 为城市规划建设及国土资源开发利用提供了宝贵的信息资料。随着遥感数据源向着高光谱分辨率和更高空间分辨率发展, 加之相关处理技术的日益成熟, 结合GIS和GPS, 必将使RS技术在工程等领域应用进一步普及和深化。

5 3S集成技术

20世纪90年代发展起来的35及其集成技术的确是测绘技术及观念上的一场巨大的革命, 35技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。35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行成了“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, 其施工范围大、物流量大、施工周期长等, 而35技术为该类大型工程提供了最有效的数据及信息采集、分析处理、表达决策的工具。如今, 3S集成技术已经被成功应用于海洋渔业, 精细农业, 土地研究, 全球变化, 环境动态监测与环境保护, 防灾、减灾、救灾, 车辆导航、车辆监控及城市规划与管理等诸多领域。

摘要：本文基于笔者多年工作经验, 从工程测量应用的角度出发, 研究探讨了当前工程测量中的一系列新思维和新方法, 这些新技术方法带动工程测量实现了质的飞跃, 文中笔者共分析了5种新的技术方法, 这些方法都是笔者在实际工作中经常应用的, 论文对其进行了理论的总结和提炼, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：工程测量,3S,RTK,摄影测量