工程测量领域中的实用技术探讨

1、工程测量领域中的实用技术探讨摘要：工程测量作为测量的重要分支在近几 年得到了迅猛发展，本文跟踪工程测量新技术的发展，对其中的测量 机器人技术、激光干涉测长技术做了分析，并对gps测量坐标与我国 现行坐标系统之间的转换问题进行了探讨。关键词：工程测量测量机器人激光干涉测距 gps坐标转换随着计算机技术、信息技术、传感器技术、激光技术、网络技术等相关技术的快速发展，新的技术不断地被应用在测量领域中来，由此而产生了新的测量仪器、测量系统和新的测量方法。这些年，测量仪 器不断地进步、超越，各种新型仪器不断地被推出，更新着我们的测 量思维与现场应用。我们可以预见，在今后的几十年中，工程测量仪 器将向自动

2、化、智能化方向发展，从一维二维三维到四维，甚至更多。 其中具有代表性的测量机器人将更加具有智能化。在测量现场，当测量数据经测量机器人分析不合格时，它就会把分析结果反馈给测量人 员，测量人员可以据此进行重新测量，直到测量结果符合精度要求为 止。测量系统出现了 gps和tps的结合，即超站仪系统，解决了以往 全站仪不能自由设站的约束，可以在任意地点设置测站，不需要后视 就可以实现对任意点的测量或者放样。超站仪系统的推出，对工程测 量技术发展具有重要的意义，真正实现了“无标石”、“无控制”的测 量新理念。同时，3s技术的发展，使3s技术集成成为测量系统发展 的重要方向，在灾害监测与预警、变形监测等领

3、域发挥重要作用。1测量机器人技术1.1测量机器人测量机器人又称自动全站仪，是一种集自动目标识别、自动照准、 自动测角与测距、自动目标跟踪、自动记录于一体的测量平台。它的 技术组成包括坐标系统、操纵器、换能器、计算机和控制器、闭路控 制传感器、决定制作、目标捕获和集成传感器等八大部分。测量机器 人可实现对目标的快速判别、锁定、跟踪、自动照准和高精度测量， 可以在大范围内实施高效的遥控测量。坐标系统为球面坐标系统，望远镜能绕仪器的纵轴和横轴旋转，在 水平面360 、竖面180范围内寻找目标；操纵器的作用是控制机 器人的转动；换能器可将电能转化为机械能以驱动步进马达运动；计算机和控制器的功能是从设计

4、开始到终止操纵系统、存储观测数据并 与其他系统接口，控制方式多采用连续路径或点到点的伺服控制系 统；闭路控制传感器将反馈信号传送给操纵器和控制器，以进行跟踪测量或精密定位；决定制作主要用于发现目标，如采用模拟人识别图 像的方法或对目标局部特征分析的方法进行影像匹配；目标获取用于精确地照准目标，常采用开窗法、阈值法、区域分割法、回光信号最 强法以及方形螺旋式扫描法等；集成传感器包括采用距离、角度、温 度、气压等传感器获取各种观测值。由影像传感器构成的视频成像系 统通过影像生成、影像获取和影像处理，在计算机和控制器的操纵下 实现自动跟踪和精确照准目标，从而获取物体或物体某部分的长度、厚度、宽度、方

5、位、2维和3维坐标等信息，进而得到物体的形态及 其随时间的变化。而超级目标捕捉系统由镜站端可发射扇形光束的rc遥控器和测站端srx系列全站仪上的光束探测器组成；光束探测 器能敏锐地感知rc遥控器所发出的瞬间光信号，并驱动全站仪快速 地指向目标，对目标进行精确照准和测量。系统内置智能方向传感器 可以判别和锁定指定目标，实现对目标的智能跟踪。有些测量机器人还为用户提供了一个二次开发平台，利用该平台开 发的软件可以直接在全站仪上运行。利用计算机软件实现测量过程、 数据记录、数据处理和报表输出的自动化，从而在一定程度上实现了 监测自动化和一体化。目前，测量机器人主要应用于精密工程测量及 各类变形监测之

6、中，是地铁隧道、矿区边坡等变形监测的主要仪器设 备。同时，更广泛应用于隧道桥梁等大型工程精密测量、大坝等大型 建筑物与构筑物变形监测、矿山测量、煤矿高边坡、滑坡体监测、工 业与民用建筑施工测量、地质勘测、矿山测量和水利水电测量等领域。1.2索佳srx测量机器人介绍索佳超级测量机器人可实现对目标的快速判别、锁定、跟踪、自动 照准和高精度测量，可以在大范围内实施高效的遥控测量。 使您在遥 控测量操作中的那些烦恼成为历史。该系统由索佳新一代全站仪srx和索佳超级目标捕捉系统组成。系统特点包括：高新技术的体现全站 仪的新旗舰；新一代高精度测距技术red-tech ex ;全球领先的突破性测角技术支持多

7、种通讯接口；完善的蓝牙通讯技术。超级目标捕捉系统由镜站端可发射扇形光束的 rc遥控器和测站端 srx系列全站仪上的光束探测器组成；光束探测器能敏锐地感知rc遥控器所发出的瞬间光信号，并驱动全站仪快速地指向目标，对目标 进行精确照准和测量。系统内置智能方向传感器可以判别和锁定指定 目标，实现对目标的智能跟踪。超级目标捕捉系统驱动全站仪快速照 准棱镜所在方位，并对目标实施高精度的自动照准和测量。 超级目标 捕捉系统能够驱动全站仪自动照准和锁定目标棱镜， 测量过程中移动 棱镜时即使出现影响目标通视的障碍物（如建筑、树木、汽车等物体）， 仪器也能锁定目标棱镜，确保测量工作的正确进行。在地形复杂的条 件

8、下作业时，测量人员只须注意脚下的路面，而不必太在意棱镜的姿 态。即使目标棱镜暂时失锁，只须在镜站方发出搜索指令，仪器便可 快速地重新锁定目标。即使镜站附近有其他反射棱镜也不会产生误 测，超级目标捕捉系统会驱动全站仪锁定和照准正确的棱镜。2激光干涉测长技术激光出现以后，加之电子技术和计算机技术的发展，隔振与减振条 件的改善，干涉技术得到了长足进展。激光干涉测量技术是以光的干 涉现象为基础进行距离测量的一门技术，目前广泛应用在激光跟踪仪 中，与普通电磁波测距仪的反射器相比较， 激光跟踪仪的反射器精度 更高，误差一般小于士 0.025mm不足之处在于通过干涉条纹的变化 来测量距离的变化量，而一般只能

9、测到相对距离，如果需要测量绝对 距离，就需要给出一个基准距离。干涉测量技术大多数是非接触测量， 具有很高的测量灵敏度和精度，而且应用范围十分广泛。70年代以后，具有良好抗环境干扰能力的外差干涉仪，如双频激光干涉仪、光 纤干涉仪也很快地发展了起来。激光干涉测长的基本光路如图1所示，用干涉条纹来反映被测量的信息。干涉条纹是接收面上两路光程差相同的点连成的轨迹。由he-ne激光器发射的激光束到达分光镜后分成光束 1和光束2,放射光束1 经固定反射镜反射后仍然回到分光镜，透射光数2经移动棱镜反射后 也回到分光镜，两束光在分光镜处汇合后产生干涉。 光束1的光程长 度不变，而光束2的光程随着移动棱镜的移动

10、产生变化。 当两束光的 光程相差激光半波长的偶数倍时，它们相互加强在接收器上形成亮条 纹；当两束光的光程相差半波长的奇数倍时， 它们相互抵消在接收器 上形成暗条纹。结果，两束合成光的强度加强或减弱，完全是两束光 的光程差来决定的。因此，由干涉条纹的明暗变化，可以直接测出移 动棱镜的移动距离。两束光的光程差可以表示为：式中ni，nj分别为干涉仪两支光路的介质折射率；li，lj分别为干 涉仪两支光路的几何路程。将被测物与其中一支光路联系起来， 使反 光镜m2沿光束2方向移动，每移动半波长的长度，光束 2的光程就 改变了一个波长，于是干涉条纹就产生一个周期的明、暗变化。通过 对干涉条纹变化的测量就可

11、以得到被测长度。被测长度I与干涉条纹变化的次数n和干涉仪所用光源波长 入之间 的关系是式（2）即为激光干涉测长的基本测量方程。由此可见，激光干涉测距只能测量出棱镜移动的距离，是相对距离， 而我们一般要测量的都是绝对距离。 要想获得测量线的绝对距离，首 先要把移动棱镜放置在一个已知距离的点上，该点称之为鸟巢，然后 再移动，通过激光干涉获得侧线的相对距离后，只要加上基准距离， 即可获得测线的绝对距离。3 gps测量坐标参数转换技术全球定位系统（gps）使用的是wgs-84坐标系统，但我国绝大多数使 用的是北京54坐标系统和西安80坐标系统，或者是城市独立坐标系、 矿区独立坐标系和工程独立坐标系。这

12、就使得通过 gps测量得到的 wgs-84坐标系统须向这些坐标系统转换。目前，我国各种现行坐标系统与wgs-84的转换关系均未被国际gps 厂家置入gps接收机内，因而不能采用在接收机内自动选择转换参数 直接求得所需坐标的方法，而只能在外业观测后，通过软件后处理的 方法，采用转换参数实现 wgs-84坐标与我国现行坐标之间的转换。 一般的，椭球之间的转换，理论上应该使用七参数，但是由于任何 两个椭球之间的转换都是不严密的，椭球之间的七参数也很难得到， 所以实际测量中常使用单点校正的方法，求出gps主机输出的坐标和实际坐标之间的平移参数。有些情况下，使用单点校正精度不能满足 要求，就必须使用两点

13、校正，求出四参数。有些情况下，由于高程上 不是加权平均，而是存在平面拟合，此时使用七参数是一个解决方法， 但是要注意七参数的获得方式，并且注意七参数中的三个旋转参数必 须是秒级的。如果地方坐标和bj54间只有平移没有旋转，实际测量中使用单点校 正的方法，求出gps主机输出的坐标和实际坐标之间的平移参数。从理论上而言，平面坐标xy使用四参数是最精确的方法，高程使用高程拟合是最精确的方法。所以，在参数转换中，用四参数转换平面坐 标，用高程拟合的方法转换高程是精度最好的方法。高程拟合分为加 权平均、平面拟合和曲面拟合三种。加权平均两个已知点以下即可； 三个已知点以上六个已知点以下可以使用平面拟合；六

14、个已知点以上可以使用曲面拟合。4结束语工程测量的发展是相关技术推动和应用需求牵引的共同结果。作为 新时代的测量工作人员，我们应该积极跟踪空间信息技术、计算机技 术、通讯技术和现代制造技术的新发展，密切关注各种测量新技术、 新设备、新方法和新工艺，加强自我学习，适应测量技术发展对我们 带来的挑战。同时，我们应当积极推动测量新技术的推广与应用，充 分利用gps、rs、gis和3s集成等技术，以及数字化测绘技术和地面 测量先进技术设备，推动工程测量向精密、自动化、智能化、数字化 方向发展，实现工程测量、数据处理、成果分析、数据管理和应用的 一体化、网络化与智能化。参考文献：1张正禄，工程测量学，武汉

15、：武汉大学出版社，2002.作者简介：王竞争（1984-），男，汉，内蒙古鄂尔多斯人，助理工程师， 2008 年7月毕业于东华理工大学测绘工程专业，现在神华神东地测公司万 利一矿地测站工作。出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂， 今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣 不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光 先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其 刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实

16、，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚 以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也； 亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。 先帝在时, 每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、 灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣， 愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也 匸臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉 屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于 败军之际，奉命