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测绘工程 发布时间:08/06/2017          来源:昆明云金地科技有限公司          访问人数:902     文字:[大][中][小] 发布时间:08/06/2017  来源:昆明云金地科技有限公司  访问人数:902

测绘工程

      测绘工程---测量空间、大地的各种信息并绘制各种信息的地形图 。以地球及其他行星的形状、大小、重力场为研究对象,研究和测绘的对象十分广泛,主要包括地表的各种地物、地貌和地下的地质构造、水文、矿藏等,如山川、河流、房屋、道路、植被等等。通常开发一片处女地或进行大型工程建设前,必须由测绘工程师测量绘制地形图,并提供其他信息资料,然后才能进行决策、规划和设计等工作,所以测绘工作非常重要,一般称为测绘学。通常我们见到的地图、交通旅游图都是在测绘的基础上完成的。从事测绘工作经常进行野外作业,要有面对艰苦环境的心理准备。

 1.测绘学介绍

1.1出现背景

   测绘学有着悠久的历史。古代的测绘技术起源于水利和农业。古埃及尼罗河每年洪水泛滥,淹没了土地界线,水退以后需要重新划界,从而开始了测量工作。公元前2世纪,中国司马迁在《史记·夏本纪》中叙述了禹受命治理洪水的情况:“左准绳,右规矩,载四时,以开九州、通九道 、陂九泽、度九山”。说明在公元前很久,中国人为了治水,已经会使用简单的测量工具了。

   测绘学的研究对象是地球,人类对地球形状认识的逐步深化,要求对地球形状和大小进行精确的测定,因而促进了测绘学的发展。地图制图是测量的必然结果,所以地图的演变及其制作方法的进步是测绘学发展的重要方面。测绘学是一门技术性较强的学科,它的形成和发展在很大程度上依赖于测绘方法和仪器工具的创造和变革。

 1.2 发展现状

   测绘学的不同学科都在飞速发展:仪器制造业,已生产出了GPS接收机、各种测程的电磁波测距仪、全站仪、超站仪(测量机器人)等;作业对象,已从常规的地表(地球自然表面、地下一定深度范围),发展到的多方面,例如:地下矿产资源的卫星遥感测量;其它星体的观测;微粒子的质量、运行轨迹、速度等物理量的测量;侦察学中应用的犯罪痕迹测量(以摄影测量为主)等;作业方法,已从手工作业,发展到今天的行、测、记、算、绘自动化或者半自动化,大大地降低了劳动强度,加快了作业速度,减少了某些中间作业环节,提高了成果质量;理论研究方面,也日趋完善。

 2.主要分支及介绍

   大地测量,工程测量,航空摄影测量与遥感学, 地图制图学。其中大地测量又分为几何大地测量,物理大地测量,空间大地测量;工程测量又分为地籍测量,桥梁测量,道路测量等。

2.1大地测量

   大地测量是指研究和测定地球形状、大小和地球重力场,以及测定地面点几何位置的学科。

大地测量工作是为大规模测制地形图提供地面的水平位置控制网和高程控制网,为用重力勘探地下矿藏提供重力控制点,同时也为发射人造地球卫星、导弹和各种航天器提供地面站的精确坐标和地球重力场资料。

                               大地测量

2.2工程测量

   工程测量是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。

2.3航空摄影测量与遥感学

        航空摄影测量指的是在飞机上用航摄仪器对地面连续摄取像片,结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤,绘制出地形图的作业。

        测绘遥感就是以空间载体为基础,对地面实地利用遥感器等传感器进行扫描,通过各种内业处理,从而得到地面各地物的影像数据。

                             遥感航拍测绘

2.4地图制图学

   地图制图学是研究地图及其编制和应用的一门学科,它研究用地图图形反应自然界和人类社会各种现象的空间分布,相互联系及其动态变化,具有区域性学科和技术性学科的两重性。亦称地图学。

 

3.测绘仪器

   测绘仪器,简单讲就是为测绘作业设计制造的数据采集、处理、输出等仪器和装置。

在工程建设中规划设计、施工及经营管理阶段进行测量工作所需用的各种定向、测距、测角、测高、测图以及摄影测量等方面的仪器。

3.1测绘仪器种类

3.1.1经纬仪

   测量水平角和竖直角的仪器。由望远镜、水平度盘与垂直度盘和基座等部件组成。按读数设备分为游标经纬仪、光学经纬仪和电子(自动显示)经纬仪。经纬仪广泛用于控制、地形和施工放样等测量。中国经纬仪系列有:DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ60六个型号(“DJ”表示“大地测量经纬仪”,“07、1、2、……”分别为该类仪器以秒为单位表示的一测回水平方向的中误差)。在经纬仪上附有专用配件时,可组成:激光经纬仪、坡面经纬仪等。此外,还有专用的陀螺经纬仪、矿山经纬仪、摄影经纬仪等。

3.1.2水准仪

   测量两点间高差的仪器。由望远镜、水准器(或补偿器)和基座等部件组成。按构造分:定镜水准仪、转镜水准仪、微倾水准仪、自动安平水准仪。水准仪广泛用于控制、地形和施工放样等测量工作。中国水准仪的系列标准有:DS05、DS1、DS3、DS10、DS20等型号(“DS”表示“大地测量水准仪”,“05、1、3、……”分别为该类仪器以毫米为单位表示的每公里水准测量高差中数的偶然中误差)。在水准仪上附有专用配件时,可组成激光水准仪。

3.1.3平板仪

   地面人工测绘大比例尺地形图的主要仪器。由照准仪、平板和支架等部件组成。在照准仪上附加电磁波测距装置,可使作业更为方便迅速。

3.1.4电磁波测距仪

   应用电磁波运载测距信号测量两点间距离的仪器。测程在5~20公里的称为中程测距仪,测程在5公里之内的为短程测距仪。精度一般为 5mm+5ppm,具有小型、轻便、精度高等特点。60年代以来,测距仪发展迅速。90年代年来,生产的双色精密光电测距仪精度已达0.1mm+0.1ppm。电磁波测距仪已广泛用于控制、地形和施工放样等测量中,成倍的提高了外业工作效率和量距精度。

3.1.5全站仪

   根据JJG100规范,全站仪也称为电子速测仪 由电子经纬仪、电磁波测距仪、微型计算机、程序模块、存储器和自动记录装置组成,快速进行测距、测角、计算、记录等多功能的电子测量仪器。有整体式和组合式两类。整体式电子速测仪为各功能部件整体组合,可自动显示斜距、角度,自动归算并显示平距、高差及坐标增量,具有较高的自动化程度。组合式电子速测仪,即电子经纬仪,电磁波测距仪,计算机及绘图设备等分离元件,按需要组合,既有较高的自动化特性,又有较大的灵活性。电子速测仪适用于工程测量和大比例尺地形测量。并能为建立数字地面模型提供解析数据,使地面测量趋于自动化,还可对活动目标做跟踪测量,例如对于港口工程中的船舶进出港口的航迹观测。

3.1.6陀螺经纬仪

   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。陀螺经纬仪主要用于矿山和隧道地下导线测量的定向工作。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。

3.1.7激光测量仪器

   装有激光发射器的各种测量仪器。这类仪器较多,其共同点是将一个氦氖激光器与望远镜连接,把激光束导入望远镜筒,并使其与视准轴重合。利用激光束方向性好、发射角小、亮度高、红色可见等优点,形成一条鲜明的准直线,做为定向定位的依据。在大型建筑施工,沟渠、隧道开挖,大型机器安装,以及变形观测等工程测量中应用甚广。

常见的激光测量仪器有:

   ①激光准直仪和激光指向仪。两者构造相近,用于沟渠、隧道或管道施工、大型机械安装、建筑物变形观测。目前激光准直精度已达10-5~10-6。

   ②激光垂线仪。将激光束置于铅直方向以进行竖向准直的仪器。用于高层建筑、烟囱、电梯等施工过程中的垂直定位及以后的倾斜观测,精度可达0.5×10-4 。

   ③激光经纬仪。用于施工及设备安装中的定线、定位和测设已知角度。通常在200米内的偏差小于1厘米。

   ④激光水准仪。除具有普通水准仪的功能外,尚可做准直导向之用。如在水准尺上装自动跟踪光电接收靶,即可进行激光水准测量。

   ⑤激光平面仪。一种建筑施工用的多功能激光测量仪器,其铅直光束通过五棱镜转为水平光束;微电机带动五棱镜旋转,水平光束扫描,给出激光水平面,可达20□的精度。适用于提升施工的滑模平台、网形屋架的水平控制和大面积混凝土楼板支模、灌筑及抄平工作,精确方便、省力省工。

3.1.8液体静力水准仪

   利用连通管测定两点间微小高差的仪器。主要是由测深仪和控制器组成的观测系统。前者用微型电机作为动力,以测针自动跟踪水位进行观测,后者由电子设备部件经过测深仪与沉降点有线连接后,指挥任一沉降点进行工作,并由数码管显示逐点的观测值。在良好条件下,观测精度可达0.05mm左右。仪器主要用于精密测定建筑物沉降,建筑物安装及地震预报中的倾斜观测。

3.1.9摄影经纬仪

   由摄影机和经纬仪组装而成的供地面摄影测量野外作业用的主要仪器。摄影机上有物镜、暗箱、承片框、检影器。在承片框上装有精密的框标。经纬仪用来测定摄影站点和检查点的坐标,并确定主光轴方向。主要用于地形和非地形摄影测量。

3.1.10立体坐标量测仪

   摄影测量中用于测定立体像对上同名点的像片平面直角坐标和坐标差(视差)的仪器。由观测系统,导轨系统,像片盘,量测系统和照明设备等部分组成。有的仪器有自动坐标记录装置,还可直接获得计算机使用的穿孔纸带,或配有自动拍摄所量测像点影像的装置。主要用于解析空中三角测量和地面立体摄影测量加密像控点。

3.1.11立体测图仪

   航空摄影测量全能法测图仪器的统称。是摄影测量内业成图的主要仪器。其结构原理是以摄影过程的几何反转为基础。由投影系统、量测系统、观察系统和绘图系统组成。仪器按投影方式分为光学投影、机械投影和光学机械投影三种,按使用范围分,有专为地面立体摄影经纬仪配套的仪器,也有既可供航测成图又可供地面摄影成图的全能仪器;有的限于测图,有的还能用于空中三角测量。如今,发展的趋势是主机结构趋于简单,但增加各种外围设备,如自动坐标记录装置,正射投影装置、数控绘图桌等,以扩大使用范围,提高工作效率。另外,解析测图仪也可归于全能法测图仪器,它由带有反馈系统的高精度立体坐标量测仪、电子计算机、数控绘图桌、控制台及相应的软件组成。新型解析测图仪可以联机或脱机测图,其人机对话的数字摄影测量、信息库、图解系统用于地籍测量和空中三角测量,可获取数字地面模型、断面图、进行地面摄影测量以及修测更新地图等。

3.1.12正射投影仪

   将具有倾斜和地面起伏的中心投影像片变换成正射影像图的摄影测量专用仪器。正射影像图具有成图快速、信息丰富、直观易识等特点,正射投影仪一般分光学投影和电子投影两类,可以联机或脱机作业,制作正射影像。

4.工程测量介绍

4.1工程测量地位和研究领域应用

4.1.1 工程测量的定义

   当代人对工程测量学的定义是:工程测量技术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。苏黎世高等工业大学马西斯教授指出:“一切不属于地球测量,不属于国家地图集的陆地测量,和不属于法定测量的应用测量都属于工程测量”。我国近代以来工程测量可追溯至  1932年,同济大学工学院高等测量系正式成立,成为当时国立大学中惟一的测量系,并成为我国民用测绘高等教育事业的发祥地。随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化,我国工程测量的发展可以概括为“四化”和“十六字”,所谓“四化”是:工程测量内外业作业的一体化,数据获取及其处理的自动化,测量过程控制和系统行为的智能化,测量成果和产品的数字化。“十六字”是:连续、动态、遥测、实时、精确、可靠、快速、简便。

4.1.2 工程测量的地位

   测绘学是一门具有悠久历史和现代发展的一级学科。该学科无论怎样发展,服务领域无论怎样拓宽,与其他学科的交叉无论怎样增多或加强,学科无论出现怎样的综合和细分,学科名称无论怎样改变,学科的本质和特点都不会改变。总的来说,测绘学的二级学科仍应作如下划分:

——大地测量学

——工程测量学

——摄影测量学

——地图制图学

——不动产测绘

   值得说明的是,随着社会的发展、科技的进步,教育不断改革,目前我国测绘本科只有“测绘工程”一个专业,且有60余所高校设有此专业,这对宽口径培养人才无疑很有好处,但从就业角度来说,还需要将其二级学科作为专业方向进行培养。在这60余所高校中,大多数是以工程测量学这一学科方向为主。

 

4.1.3 研究应用领域

   目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分;也有按行业划分成:线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量等,几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。由Hennecke,Mueller,Werner 3个德国人所编著的工程测量学,主要按下述内容进行划分和编写:①测量仪器和方法;②线路、铁路、公路建设测量;③高层建筑测量;④地下建筑测量;⑤安全监测;⑥机器和设备测量。   

   由于工程测量的研究应用领域非常广泛,发展变化也很快,因此写书十分困难。目前国内外没有一本全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材。国际测量师联合会(FIG)的第六委员会称作工程测量委员会,过去它下设4个工作组:测量方法和限差;土石方计算;变形测量;地下工程测量。此外还设了一个特别组:变形分析与解释。现在,下设了6个工作组和2个专题组。6个工作组是:大型科学设备的高精度测量技术与方法;线路工程测量与优化;变形测量;工程测量信息系统;激光技术在工程测量中的应用;电子科技文献和网络。2个专题组是:工程和工业中的特殊测量仪器;工程测量标准。德国、瑞士、奥地利3个德语语系国家自50年代发起组织每3~4年举行一次的“工程测量国际学术讨论会”。过去把工程测量划分为以下几个专题:测量仪器和数据获取;数据解释、处理和应用;高层建筑和设备安装测量;地下和深层建筑测量;环境和工程建筑物变形监测。1992年第11届讨论会的专题是:测量理论与测量方案;测量技术和测量系统;信息系统和CAD;在建筑工程和工业中的应用。1996年的第12届讨论会的专题是:测量和数据处理系统;监测和控制;在工业和建筑工程中的质量问题;数据模型和信息系统;交叉学科的大型工程项目。      从以上可见,工程测量学的研究领域既有相对的固定性,又是不断发展变化的。工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障,满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向,大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。

4.2工程测量的内容

4.2.1 工程测量的内容划分

1.按阶段划分

(1)工程建设规划设计阶段

(2)工程建设施工阶段的测量

(3)工程建设运营管理阶段的测量

2.按照服务对象划分

建筑、水利、线路、桥梁、地下、海洋、军事、工业、矿山等。

4.2.2 工程测量的内容

(1)工程测量中的地形图测绘

规划阶段用图比例尺一般较小,按照工程的规模可直接使用1:1万至1:10000的地形图。在施工阶段比例尺一般较大1:1000或1:500。

(2)工程控制网布设和优化设计

工程控制网包括测图控制网、施工控制网、变形监测网和安装控制网。目前除特高精度的工程专用网的和设备安装控制网外,绝大多数控制网都可采用GPS定位技术建立。

(3)施工放样技术和方法

将抽象的几何实体放样到实地上去,成为具体的几何实体所采用的测量方法和技术称为施工放样,机器和设备的安装也是一种放样。放样放样可分为点、线、面、体的放样。具体方法包括:极坐标、偏角法、偏距法、投点法、距离交会、方向交会。

(4)工程的变形监测分析和预报

工程建筑物的变形及与工程有关的灾害监测、分析和预报是工程测量研究的重要内容。变形监测技术几乎包括全部工程测量技术,除常规仪器外还包括各种传感器和专用设备。变形模型的建立。其主要针对目标点上的时间序列进行数据处理,包括多元线性回规分析、时间序列等。

4.3 工程测量的发展历史

   “测量”一词来源于希腊字“γηδάιω”,是“土地划分”的意思。古埃及尼罗河每年洪水泛滥,淹没了土地界限,水退后需要重新划界,从而开始了测量工作。

我国是世界文明古国,测绘方法出现很早,最早可以追溯到四千年以前。在《史记·夏本纪》中叙述了夏禹治理洪水的情况:“左准绳,右规矩。载四时,以开九州,通九道,坡九泽,度九山”。这说明在公元前21世纪已经使用简单的测量工具进行了测量工作。春秋战国时期,测绘有了新的发展。从《周髀算经》、《九章算术》、《管子·地图篇》、《孙子兵法》等书的有关论述中都说明了我国的测量、计算技术和军事地形图的内容已经达到了相当高的水平。在长沙马王堆汉墓出土的公元前2世纪的地形图、驻军图和城邑图,是迄今发现的最古老最翔实的地图。魏晋时刘徽著《海岛算经》,阐述了测算海岛之间的距离和高度的方法。西晋的裴秀主持编制了反映晋十六州的郡国县邑、山川原泽和境界的大型地图集——《禹贡地域图十八篇》,并总结出分率、准望、道里、高下、方斜、迂直的“制图六体”,从此地图制图有了标准和原则。

在世界上,17世纪望远镜的发明和应用对测量技术的发展起到了很大的促进作用。1683年,法国进行了弧度测量,证明了地球是两极略扁的椭球体。1794年德国高斯提出了最小二乘法原理,以后又提出了横圆柱投影学说,对测量学的发展做出了很大贡献。1903年飞机的发明对航空摄影测量的发展起到了决定性作用,并大大减小了测量的劳动强度。二十世纪以来,电子计算机的出现,不仅加快了计算速度,并且改变了测绘仪器和方法。特别是1957年人造地球卫星的发射,促使测绘工作有了新的飞跃,开辟了卫星大地测量学这一新领域。多普勒定位是空间技术用于大地测量并得到普遍应用的一种先进技术。到了70年代,又出现了全球定位系统(GPS),用它进行精密控制测量能达到厘米级精度。人们利用遥感、遥测技术获得丰富的图像信息,编制大区域的小比例尺影像地图和专题地图。同时还出现了惯性测量系统和长基线干涉测量,前者是根据惯性原理设计的测定地面点大地元素的装置,后者是一种独立站射电干涉测量技术,用来测定相距很远地面点的相对位置。

4.4工程测量仪器的发展

   工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件,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1 s内完成一目标点的观测,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。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。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起,称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的3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。   

专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的,主要应用在精密工程测量领域。其中,包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。主要特点是:高精度、自动化、遥测和持续观测。   

用于建立水平的或竖直的基准线或基准面,测量目标点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距),称为基准线测量或准直测量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪,金属丝引张线,各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪,以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。

在距离测量方面,包括中长距离(数十米至数公里)、短距离(数米至数十米)和微距离(毫米至数米)及其变化量的精密测量。以ME5000为代表的精密激光测距仪和TERRAMETER LDM2双频激光测距仪,中长距离测量精度可达亚毫米级;可喜的是,许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化,其中最典型的代表是铟瓦线尺测距仪DISTINVAR,应变仪DISTERMETER ISETH,石英伸缩仪,各种光学应变计,位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪,能在数十米范围内达到0.01μm的计量精度,成为重要的长度检校和精密测量设备;采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度,它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。   

   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公里,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厘米达到数米。   与高程测量有关的是倾斜测量(又称挠度曲线测量),即确定被测对象(如桥、塔)在竖直平面内相对于水平或铅直基准线的挠度曲线。各种机械式测斜(倾)仪、电子测倾仪都向着数字显示、自动记录和灵活移动等方向发展,其精度达微米级。   

具有多种功能的混合测量系统是工程测量专用仪器发展的显著特点,采用多传感器的高速铁路轨道测量系统,用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车,测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机,可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。液体静力水准测量与金属丝准直集成的混合测量系统在数百米长的基准线上可精确测量测点的高程和偏距。   

综上所述,工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点,可作精密定位和准直测量,可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度,还可测振动频率以及物体的动态行为。

4.5 大型特种精密工程测量

   大型特种精密工程建设和对测绘的要求是工程测量学发展的动力。这里仅简单介绍国内外有关情况。  

4.5.1  国内览胜   

   三峡水利枢纽工程变形监测和库区地壳形变、滑坡、岩崩以及水库诱发地震监测,其规模之大,监测项目之多,都堪称世界之最。不仅采用目前国内外最成熟最先进的仪器、技术,在实践中也在不断发展新的技术和方法,如对滑坡体变形与失稳研究的计算机智能仿真系统;拟进行研究的三峡库区滑坡泥石流预报的3S工程等,都涉及到精密工程测量。隔河岩大坝外部变形观测的GPS实时持续自动监测系统,监测点的位置精度达到了亚毫米。该工程 用地面方法建立的变形监测网,其最弱点精度优于±1.5 mm。   

北京正负电子对撞机的精密控制网,精度达±0.3 mm。设备定位精度优于±0.2 mm,200 m直线段漂移管直线精度达±0.1 mm。大亚湾核电站控制网精度达±2 mm,秦山核电站的环型安装测量控制网精度达±0.1 mm。      上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达±0.2 mm,桥墩点位标定精度达±0.1 mm;武汉长江二桥全桥的贯通精度(跨距和墩中心偏差)达毫米级。高454 m的东方明珠电视塔对于长114 m、重300 t的钢桅杆天线,安装的垂准误差仅±9 mm。   

长18.4 km的秦岭隧道,洞外GPS网的平均点位精度优于±3 mm,一等精密水准线路长120多公里。目前辅助隧道已贯通,仅一个贯通面的情况下,横向贯通误差为12 mm,高程方向的贯通误差只有3 mm。   

4.5.2  国外简述   

   国外的大型特种精密工程更不胜枚举。以大型粒子加速器为例,德国汉堡的粒子加速器研究中心,堪称特种精密工程测量的历史博物馆。1959年建的同步加速器,直径仅100 m,1978年的正负电子储存环,直径743 m,1990年的电子质子储存环,直径2000 m。为了减少能量损失,改用直线加速器代替环形加速器,正在建的直线加速器长达30 km,100~300 m的磁件相邻精度要求优于±0.1 mm,磁件的精密定位精度仅几个微米,并能以纳米级的精度确定直线度。整个测量过程都是无接触自动化的。用精密激光测距仪TC2002K距离测量,其测距精度与ME5000相当,对平均边长为50m的3 800条边,改正数小于0.1 mm的占95%。美国的超导超级对撞机,其直径达27 km,为保证椭圆轨道上的投影变形最小且位于一平面上,利用了一种双重正形投影。所作的各种精密测量,均考虑了重力和潮汐的影响。主网和加密网采用GPS测量,精度优于1×10-6 D。   

露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统(德国)。大型挖煤机长140 m,高65 m,自重8 000 t,其挖斗轮的直径17.8 m,每天挖煤量可达10多万吨。为了实时动态地得到挖煤机的采煤量,在上安置了3台GPS接收机,与参考站无线电实时数据传输和差分动态定位,挖煤机上两点间距离的精度可达±1.5 cm。根据3台接收机的坐标,按一定几何模型可计算出挖煤机挖斗轮的位置及采煤层截曲面,可计算出采煤量,经对比试验,其精度达7%~4%。这是GPS,GIS技术相结合在大型特种工程中应用的一个典型例子。   

   核电站冷却塔的施工测量系统。南非某一核电站的冷却塔高165 m,直径163 m。在整个施工过程中,要求每一高程面上塔壁中心线与设计的限差小于±50 mm,在塔高方向上每10 m的相邻精度优于10 mm。由于在建造过程中发现地基地质构造不良,出现不均匀沉陷,使塔身产生变形。为此,要根据精密测量资料拟合出实际的塔壁中心线作为修改设计的依据。采用测量机器人用极坐标法作3维测量,对每一施工层,沿塔外壁设置了1 600多个目标点,在夜间可完成全部测量工作。对大量的测量资料通过恰当的数据处理模型使精度提高了一至数倍,所达到的相邻精度远远超过了设计要求。精密测量不仅是施工的质量保证,也为整治工程病害提供了可靠的资料,同时也能对整治效果作出精确评价。   

瑞士阿尔卑斯山的特长双线铁路隧道哥特哈德长达57 km,为该工程特地重新作了国家大地测量(LV95),采用GPS技术施测的控制网,平面精度达±7 mm,高程精度约±2 cm。以厘米级的精度确定出了整个地区的大地水准面。为加快进度和避开不良地质段,中间设了3个竖井,共4个贯通面,横向贯通误差允许值为69~92 mm(较只设一个贯通面可缩短工期11年)。整个隧道的工程投资预计约15亿瑞士法朗,计划于2004年全线贯通。   

   高耸建筑物方面,有人设想,在21世纪将建造2 000 m乃至4 000 m的摩天大厦,这不仅是建筑师的梦想,也是对测量工程师的挑战。

 5.测绘工程发展现状及未来展望

 5.1发展现状

 

   测绘学的不同学科都在飞速发展:仪器制造业,已生产出了GPS接收机、各种测程的电磁波测距仪、全站仪、超站仪(测量机器人)等;作业对象,已从常规的地表(地球自然表面、地下一定深度范围),发展到的多方面,例如:地下矿产资源的卫星遥感测量;其它星体的观测;微粒子的质量、运行轨迹、速度等物理量的测量;侦察学中应用的犯罪痕迹测量(以摄影测量为主)等;作业方法,已从手工作业,发展到今天的行、测、记、算、绘自动化或者半自动化,大大地降低了劳动强度,加快了作业速度,减少了某些中间作业环节,提高了成果质量;理论研究方面,也日趋完善。

5.2未来展望

   仪器制造业,将趋于重量轻、体积小、功能多、自动化程度高、易于安置和携带、能够全天候作业、耗能低。

   作业对象,由于自然科学、人文科学及政府决策的需要,将出现越来越多的作业对象,例如:位于地球上的新的特种工程的施工;安装大型或精密仪器设备;到其它某个星球上进行实地测量;在计算机上存储、处理、输出地理信息等。

   作业方法,随着新的作业对象的出现,将要求人们研究出相应的新的作业方法,以便按照所需要的速度(即在规定的时间内)达到所要求的作业精度,完成设计工程的施工安装或为政府决策提供所需要的数据、图件等其它资料。

   理论研究,将针对新出现的作业对象和作业方法,研究其测量方案实施的可行性及可达到的精度,并对测量成果进行后处理。

   作业速度,将因自动化程度的提高,明显提高作业速度。

   作业质量,将因自动化程度的提高,提高了作业速度,减少了某些作业环节,从而,减弱或消除了某些误差对成果的影响,提高了作业质量。

   未来大地点的平面位置确定方法,将由卫星定位(或者说GPS定位)所取代,地图编绘、地形图测绘将由数字化测图所取代,遥感(RS)技术将得到越来越广泛的应用,地理信息系统(GIS)将成为未来人文、地理信息管理的主流。

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