现代测量技术在工程中的应用

现代测量技术在工程中运用情况 摘要摘要 我国从 20 世纪 80 年代以来 一直都在不断引进各种先进的测绘技术 测绘技术逐渐成了工程测量中的重点 本文介绍数字测绘与城市或工业信息系 统技术的应用与发展 城市地下管线探测技术发展与应用 变形监测技术应用 与发展 卫星定位技术在工程测量中的应用与发展 工业测量技术的兴起 发 展与应用 精密与大型工程测量现状与发展 关键字关键字 现代工程测量 控制测量 地形测量 施工测量 竣工测量 一 引言一 引言 工程测量是一门应用学科 传统的工程测量包括控制测量 地形测量 施工测 量 竣工测量和变形监测五大部分 随着测绘技术的高速发展 工程测量技术 形成了两个发展趋势 一是在上述五个部分不断出现新仪器 新方法和新手段 二是工程测量的 应用领域不断扩展 出现了工业测量和地下管线探测等新的 领域 还将测量新技术应用到了建筑测绘中 下面分六个方面介绍工程测量技 术近几年的应用现状和发展趋势 二 数字测绘与城市或工业信息系统技术的应用与发展二 数字测绘与城市或工业信息系统技术的应用与发展 我国数字测绘技术从 20 世纪 90 年代初开始 经过十几年的发展已日渐成熟 形成了自己的方法和开发出多个具有自主版权的国产软件 现在的数字测绘正 在从 2 维向 3 维发展 形成 3 维测绘技术 城市地理信息系统已经得到了足够 的重视 工业企业地理信息系统也正在兴起 现在数字化测绘技术已经普及 大比例尺地形图 地籍图 房产图 竣工图 地下管网图 导航电子 地图等基本上都已经实现了数字化测绘 白纸测图 方法已经淘汰 主要数字化测图系统有全站仪 PDA 地形图绘图软件 全站 仪 便携机 PDA 掌上电脑 带有地物编码的地形图绘图软件 GPS RTK PDA 地形图绘图软件 摄影测量进行大比例尺测图 数字摄影技术 GPS 便携机 PDA 掌上电脑 导航图测绘软件 1 现在城市规划 建筑设计正在推行 3 维规划和 3 维设计 房地产业在网上推行 3 维立体房销售 导航电子地图上也出现 3 维导航地图 这些都对测绘提出绘 制 3 维现状图的要求 目前常用 3 维图制作方法有利用数字化设计图纸或数字 化地形图制作 3 维图 数字航空摄影测量技术 激光雷达技术的应用 全国省会以上城市都建设了城市基础地理信息系统 部分地级市也建立了城市 基础地理信息系统 相应的都成立了基础地理信息中心来管理城市地理信息系 统 在此基础上建立了一些地基管理系统 土地利用与管理系统 城市规划管 理系统 房产信息管理与发布系统 部分大型工业企业建立了企业基础地理信 息系统 三 城市地下管线探测技术发展与应用三 城市地下管线探测技术发展与应用 地下管线是城市基础设施的重要组成部分 被人们称为城市的 生命线 随着 城市建设的快速发展 城市地下空间规划设计 建设 管理 地下管线运行和 维护管理以及城市应急管理等都需要现势 准确和完整的地下管线信息 地下 管线信息的重要性以及地下管线的安全问题日益被城市各级政府部门所重视 而地下管线探测 检测与评估技术则为摸清城市已有地下管线的现状 以及评 估地下管线的风险提供了一种快捷 经济和有效的手段 已被国内 各城市广泛 采用 目前 已经或正在通过城市地下管线普查的手段建设城市综合地下管线 信 息管理系统的城市 在我国 32 个直辖市和省会城市中 有 16 个 占总数 的 50 在我国 15 个计划单列市中 有 12 个 占总数的 80 探地雷达通过发射高频宽频带电磁波 并接收来自地下介质面的反射波 根 据接收到反射波的旅行时间 幅度与波形资料 解释推断地下介质结构 只要 地下管线目标与周围介质之间存在足够的物性差异 就能通过探地雷达来进行 探测 因此 探地雷达弥补了常规地下管线探测仪在探测非金属地下管线方面 的缺陷 已成为探测非金属地下管线的重要技术方法之一 电子标识器的使 用为探测非金属地下管线提供了一种新的方法 声纳等检测技术已开始应用于城市排水管道的管道竣工验收 灾害调查 健康 普查 管道移交检查以及管道修复后的质量检查等领域 为保障管道的安全高 2 效运行提供了可靠的技术保障 四 变形监测技术应用与发展四 变形监测技术应用与发展 随着国民经济建设的飞速发展以及改造自然的加速 超大型建筑物 构筑物 地铁 及在高楼密集的建筑群中兴建高楼 地库等工程不断出现 变形测量越 来越重要 要求也越来越高 也越来越引起工程单位重视 在施工过程中不但 要对深基坑支护结构和基坑边坡稳定性进行监测 还要对结构主体及邻近建筑 物进行监测 对大型钢结构建筑物 在施工中还要不断对钢结构进行监测 计 算出与设计值偏差 对杆件安装进行调整 常用的仍是常规大地测量仪器和方法 但是随着电子技术 激光技术的发展 常规大地测量仪器与激光技术 电子技术结合 如 无棱镜测距全站仪利用红 外激光元反光镜测量距离可达 1200m 由伺服马达带动的自动跟踪与照准全站仪 可实现无人值守自动跟踪 将数码像机和全站仪结合的智能脉冲图像全站仪 在定位同时可将物体图像拍下 将条形码和水准仪相结合的自动读数电子水准 仪 激光和水准仪相结合的激光扫平仪等在当代变形监测中 起着重要作用 卫星定位技术常用于无人值守自动化监测系统 如武汉大学在青江大坝上建立 的 GPS 自动化位移监测系统 清华大学在广州虎门大桥上建立一套大桥安全性 监测系统 并将这一技术用于高层建筑物实时位移监测 河海大学研制的 GPS 一机多天线成功用于小湾电站高边坡变形监测 五 卫星定位技术在工程测量中的应用与发展五 卫星定位技术在工程测量中的应用与发展 当前卫星定位系统正在向多种卫星导航系统方向发展 现在空中已有卫星星座 有美国的 GPS 俄罗斯的 GLONASS 以及中国的北斗一号卫星定位系统 GPS 和 GLONASS 都是覆盖全球的卫星星座 都是采用被动式定位技术的 3 维 定位系统 中国北斗一号是利用双星进行主动式定位技术的 2 维定位系统 下 一步除了 GPS 和 GLONASS 要进一步发展 进行现代化建设外 还有欧洲正在 建设的 GALILEO 卫星定位系统和中国正在建设的北斗二号卫星定位系统 3 全球卫星定位系统的出现为工程测量提供了崭新的技术手段 在工程控制测量 地形测绘 施工放样 竣工测量 变形监测及工程机械控制中都得到广泛应用 由于卫星定位速度快 精度均匀 不需要站间通视 对控测网图形要求低等特 点 已被广泛用于各种类型工程控制网 特别是随着大地水准面精化工作的深 入开展 在我国东部平原地区高程精度可达到 3 cm 丘陵区可达到 5 cm 使工程控制网从 2 维发展到 3 维 近年来随着我国经济发展 大型和精密工程不断出现 如 举世闻名的长江三 峡工程 西气东输工程 南水北调工程 青藏铁路工程以及长达 35 k m 的杭州 湾大桥等工程 卫星定位技术在这些大型工程控制网建设中发挥了重要作用 为上述工程顺利进行提供了有力的技术保障 六 工业测量技术的兴起六 工业测量技术的兴起 发展与应用 发展与应用 现代工业生产要求对产品的设计 模拟 生产的自动化流程 生产过程控制 产品质量检验与监控等进行快速的 高精度的测量 定位 并给出复杂形体的 数字模型或运行轨迹等 这是传统的光学机械量测方法无法完成的 因此 兴 起了工业测量 顾名思义 就是直接为工业生产服务的测量技术 工业测量是在工业生产和科研中 为产品的设计 模拟 测量 放样 仿制 仿真 产品质量控制 产品运动状态提供测量技术支撑的一门学科 工业测量 是现代工业生产不可缺少的重要生产环节 工业测量内容以产品的几何尺寸为 主 但也涉及色彩 温度 速度与加速度及其他物理量 测量环境大多在室内 即工厂车间或科研实验室 还常伴有高精度和高频率的要求 室外大工业目标 的测量工作也占有重要地位 工业测量的技术手段和仪器设备 伴随着科学技术的发展与应用 其名目繁多 但归纳起来 最主要的是以电子经纬仪或全站仪 摄影仪或显微摄影仪 激光 扫描仪 激光跟踪仪等传感器 在电子计算机和软件的支持下形成的 3 维测量 系统 系统大概可分为三大类 以电子经纬仪或全站仪为传感器的工业大地测 量系统 以摄影仪或显微摄影仪为传感器的工业摄影测量系统 以激光扫描仪 4 为传感器的激光扫描测量系统 除此以外 还有基于莫尔条纹的工业测量系统 基于磁力场的 3 维量测系统 用于空间抛物体运动轨迹测定的全球定位系统等 七 精密与大型工程测量现状与发展七 精密与大型工程测量现状与发展 精密与大型工程测量始终是工程测量的发展原动力和闪光点 它代表了工程测 量学的发展方向 过去许多国内外著名的精密与大型工程测量在世界测绘发展 史上留下辉煌的业绩 不仅得到行业内专家 学者的瞩目 同样令世人惊叹 例如 大型粒子加速器 核电站等精密工程测量 大坝和电站施工测量 特大 桥梁施工测量 电视塔钢杆和大型天线安装测量 特长隧道贯通测量 高耸建 筑物和构筑物施工与安装测量等 都以其难度大 精度高 技术手段先进而闻 名于世 施工测量是工程建筑的灵魂 是确保施工质量的技术保障之一 工程测量工作 者在上述开创性的大型的 复杂的建筑工程的施工 安装 竣工过程中 发挥 了重要作用 独特的建筑造型 复杂的工程结构 精密的安装设计以及对建筑 施 1 放线偏差 运 3 mm 细部线放线偏差 5 mm 放样点作 误差 3 mm 高程抄平 高允许偏差 3 mm 有的工程的精度要求更高 有的工程曲线放样点占 70 多变的 曲线 复杂的结构 超大量内业计算和放样 高精度的要求等对施工测量工作 提出了新的挑战 工程测量工作者经过精心设计 精心测量实施信息化的施工 测量 突破各种难关 成功地完成了上述各项工程的精密施工测量任务 精度 均达到或高于设计要求 受到各方面好评 精密与大型工程测 量项目都有其自身的特点 有的需要毫米级或更高精度 有 的由于其在空间变化的不规则性 多样性 复杂性 超规模而无先例 增加了 施工测量难度和困难 有的超出传统工程测量范畴 介入应力 应变监测 这 些对工程测量的方法 精度和实施都提出了挑战 结合工程特点不仅设计和制 造出一些专用的仪器和工具 还引进现代工程测量高新技术 将卫星定位 激 5 光扫描和激光跟踪 电子计算机 摄影测量 电子测量技术以及自动化技术等 众多学科技术在施工测量中渗透与融合 并在施工测量中得到应用 许多工程 实现了数据采集和数据处理自动化 实时化 数据管理趋向集成化 标准化 可视化 数据传输与应用网络化 多样化 八 结束语八 结束语 卫星定位技术使控制测量发生了革命性变革 还应用到了施工放样和竣工测量 中 城市连续运行参考站网的建立大大方便了卫星定位技术的更广泛应用 精 密与大型工程测量在多项世界性标志性建筑的建设中发挥了巨大作用 应用了 卫星定位 测量机器人 激光雷达 激光跟踪等多种新技术 数字测绘技术己 经取代了传统的模拟测图技术 测图软件全部国产 数字测绘技术正从 2 维测 绘 3 维测绘转变 新的 3 维测绘技术应用到了建筑测绘领域 城市