2023年测量技术在土木工程中的应用.docx
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1、2023年测量技术在土木工程中的应用 中南大学测绘0803班 闵启忠 测量技术在土木工程中的应用 土木工程是一门古老的学科,我想,自从人类诞生开始,我们的祖先就在耕耘着这一项文明的事业,直到今天,它依然展现出一幅蓬勃的姿态,昂扬向前飞速发展。然而在这个过程中一门新的学科也默默地产生了,那就是今天的测量工程。测量工程它发源与土木工程,并在这个过程中不断的得到发展,同时它也服务于土木工程的各个角落。随着土木工程的发展,测绘工程也在这个过程中不断提升,在如今,很多人都把测绘工程划分到土木工作之下。我想,在如今,随着测量技术在各个领域说起的作用不断加重,他已经开成为了一门独立的学科,当然测绘工程很大一
2、部分还是服务于土木工程。如果把土木工程比作大海上行驶的一艘轮船,那么测量工程就是它的一个导航灯,没有测量技术为其服务,不管它有多么强劲的动力,它都寸步难行。在工程建设的各个阶段,无处不渗透着测量技术的痕迹,在工程设计阶段,我们需要引用到已有的地形图,以使设计人员根据地表形态和各种地物的分布做出合理地规划设计。在工程建设阶段,我们选用将已经设计好的建筑物放到实地去,这也需要测量技术为其导航。在工程的建设和运营阶段,也密切的和测量工程联系在一起,为了保证建筑物的安全使用,我们需要定期的对其进行沉降观测,以提供第一手的资料,对建筑物做出分析,必要时采取合适的措施。 测绘科学和技术是一门具有悠久历史和
3、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,测绘科学与技术主要包含以下几个学科: 大地测量学、工程测量学、航空摄影测量与遥感学、地图制图学、不动产地籍与土地整理。在土木工程的各个领域它都离不开我们的测量技术,而在整个测绘工程领域与工程测量学联系极为紧密。在我们测绘领域工程测量主要研究的是在各种工程的规划设计、施工建设和营运管理阶段所进行的各种测量工作。在此我们所提到的工程包括:工业建设、城市建设、交通工程(铁路、公路、机场、测站、桥梁、隧道等)、水利电
4、力工程(河川枢纽、大坝、船闸、电站、渠道)地下工程、管线工程(高压输电线、输油送气管道)、矿山工程等。它涵盖了我们土木工程的各个领域。因此在土木工程中我们说应用的测量技术主要研究的学科应该是我们的工程测量了。下面我就从测量仪器,运用的测量理论,在施工的各个阶段测量技术所起的作用吧! 在土木工程测量中我们所应用的测量仪器情况: 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
5、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。精密激光测距仪和双频激光测距仪,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,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0.01m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
6、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。 土木工程中所应用的测量理论: 测量平差理论 最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型,它是各种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上,主要包括:平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断;模型误差对参数估计的影响,对参数和残差统计性质的影响;病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网
7、参考点稳定性检验的需要,导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论,以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。针对观测值存在粗差的客观实际,出现了稳健估计(或称抗差估计);针对法方程系数阵存在病态的可能,发展了有偏估计。与最小二乘估计相区别,稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。 工程控制网优化设计理论和方法 网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件,解求目标函数的极大值或极小值。一般将网的质量指标作为目标函数或约束条件。网的质量指标主要有精度、可靠性和建网费用,对于变形监测网还包括网的灵敏度或可区
8、分性。对于网的平差模型而言,按固定参数和待定参数的不同,网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计,涉及到网的基准设计,网形、观测值精度以及观测方案的设计。在工程测量中, 施工 控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。由于采用GPS定位技术和电磁波测距,网的几何图形概念与传统的测角网有很大的区别。除特别的精密控制网可考虑用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外,其他的网都可用模拟法进行设计。模拟法优化设计的 软件功能和进行优化设计的步骤主要是:根据设计资料和地图资料在图上选点布网,获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。模拟观测方案,根据仪器确定观测值精度
9、,可进一步模拟观测值。计算网的各种质量指标如精度、可靠性、灵敏度。精度应包括点位精度、相邻点位精度、任意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度。进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵,协方差阵的主成份计算,特征值计算,点位误差椭圆、置信椭圆的计算等。可靠性包括每个观测值的多余观测分量(内部可靠性)和某一观测值的粗差界限值对平差坐标的影响(外部可靠性)。灵敏度包括灵敏度椭圆、在给定变形向量下的灵敏度指标以及观测值的灵敏度影响系数。将计算出的各质量指标与设计要求的指标比较,使之既满足设计要求,又不致于有太大的富余。通过改变观测值的精度或改变观测方案(增加或减少观测值
10、)或局部改变网形(增加或减少网点)等方法重新作上述设计计算,直到获取一个较好的结果。 工程工程测量按工程建设的规划设计、施工设计和营运管理三个阶段分为“工程勘测”、“施工测量”和“安全检测”。在土木工程建设中也不例外,在这三个阶段对测绘工作有不同的要求。 工程建设规划阶段的测量工作。每项工程建设都必须按照自然条件和预期目的进行规划设计。在这个阶段中的测量工作,主要是提供各种比例尺的地形图,另外还要为工程地质探测、水文地质探测以及水文测验的进行测量。对于重要的工程,例如某些大型特种工程,或在地质条件不良的地区进行建设,这还有对地层的稳定性进行测量。 工程建设阶段的测量工作。每项工程建设的设计经过
11、讨论、审查和批准之后,即进入施工阶段。这时,首先要将所建设的工程建筑物按照施工的要求在现场标定出来(即所谓定线放样),作为实地修建的依据。为此,要根据工地的地形,工程的性质以及施工组织和计划等,建立不同形式的施工控制网,作为定线放样的基础。然后再按照施工的需要,采用各种不同的放样方法,将图纸上所建设的内容转移到实地。此时,还需进行施工质量控制,这里主要是几何尺寸如工程建筑的竖直角、地下工程的断面等的监控。为检测工程进度,还要进行开挖与与建筑方测绘以及工程竣工测量、变形测量以及设备的安装测量等。 施工建设营运鼓励阶段的测量工作。在运营期间,为检测工程建筑物的安全情况,了解设计是否合理,验证设计理
12、论是否正确,需要对工程建筑物的水平位移,沉陷、倾斜以及摆动等进行定期或持续的检测。这些工作,就是通常所说的变形检测。对于大型的工业设备,还要进行经常性的检测和调校,以保证其设计安全运行。为了对工程进行有效的管理、维护,为了日后扩展的需要,还应建立工程信息系统。 土木工程勘测设计阶段测量工作 任何一项工程都必须按照自然条件和预期目的进行选址和勘测设计。在此阶段的测量工作,主要是提供各种比例尺的地形图勘测设计人员进行规划设计。随着一体化设计软件和地理信息系统的发展及其在国土资源、能源、交通、人口、市政、生态环境和综合管理的方面的广泛应用,不仅给各类规划人员提供了更好的辅助工具,而且也可以让决策者据
13、此对勘测设计做出客观的评价。 在以往设计人员规划选址首先是收集各种比例尺的地形图,如城市规划主要采用大比例吃地形图,在结合各方面的资料和规范要求,选出几条可能的方案,然后下达勘测设计任务委托测量人员进行初步勘测。因此勘测的任务说到底就是为设计人员提供各种设计用图。随着数字测图技术和GIS的逐步推广和使用,设计人员能利用野外数据和室内数据一体化软件以及GIS强大的空间分析功能,修改设计方案。勘测设计阶段的测量工作更加工程性质的不同而不同。下面简要的以工业企业勘测设计阶段和线路勘测设计阶段测量工作来说明测量技术的应用。 工业企业勘测设计阶段测量工作 工业企业不同于铁路和公路呈现状地形,它是面装地形
14、,因此它需要的图也是呈面装特特征。要进行勘测设计必须有设计地底图,而该阶段测量工作的任务是向设计者提供所需要的地形图。地形图主要使用在平面运输设计部门。该部门的设计任务,就是根据地形图等各种基础资料和工业企业生产特点,综合设计解决主要车间、辅助车间、动力设施、运输设施、等在厂内的平面与竖直布设。 工业厂地竖向布设就是将区域的自然地形加以平整改造,以保证生产运输在竖向的良好的结合,合理地组织排水,而且是建设中天文土石方工程保持平衡,降低工程造价。场地平整和设计高程确定后,即进行建筑物的地坪高程,铁道轨顶高程、道路中心线高程以及工程管网高程的设计。这些高程的设计原则仍然是要使其尽量与自然相适应。在
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- 2023 测量 技术 土木工程 中的 应用
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