测绘-工程测量论文[1]

测绘-工程测量论文[1]内容摘要：

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。 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 )，称中国地质大学（北京） 继 续教育学院现代远程教育本科生 毕业论文 5 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 m 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。 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。 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，在实践中也在不断第一章 引言 6 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177。 mm。 北京正负电子对撞机的精密控制网，精度达177。 mm。 设备定位精度优于177。 mm， 200 m 直线段漂移管直线精度达177。 mm。 大亚湾核电站控制网精度达177。 2 mm，秦山核电站的环型安装测量控制网精度达177。 mm。 上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达177。 mm，桥墩点位标定精度达177。 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177。 9 mm。 长 km 的秦岭隧道，洞外 GPS 网的平均点位精度优于177。 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。 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 2020 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177。 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 TC2020K 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 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 1 106 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 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177。 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。 中国地质大学（北京） 继 续教育学院现代远程教育本科生 毕业论文 7 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177。 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177。 7 mm，高程精度约177。 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 2020 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。