工程测量学的发展与现状9065.docx

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1、工程测量学的发展与现状2009-2-9 9:277:15新闻类类别：工程程测量论文文123 显示全部部【关键字】工工程测量 工业测量量 精密工工程测量 测量机器器人 工程程网优化设设计 变形形观测数据据处理 系系统论方法法 科傻系系统On the Deveelopmment of EEnginneeriing GGeodeesyZHHANG Zhenng-luu一、学学科地位和和研究应用用领域1. 学学科定义工程测测量学是研研究地球空空间(地面面、地下、水水下、空中中)中具体体几何实体体的测量描描绘和抽象象几何实体体的测设实实现的理论论方法和技技术的一门门应用性学学科。它主主要以建筑筑工程、机

2、机器和设备备为研究服服务对象。2. 学科地位测绘科学和技术(或称测绘学)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，整个学科的二级学科仍应作如下划分：大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量)；工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量)；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。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

3、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、3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

4、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34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；

5、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。笔者认为，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。二、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

6、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

7、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

8、，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0.01m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

9、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

10、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。三、工程测量理论方法的发展1. 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

11、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。中国3S吧 巴尔达的数数据探测法法对观测值值中只存在在一个粗差差时有效，稳稳健估计法法具有抵抗抗多个粗差差影响的优优点。建立立改正数向向量与观测测值真误差差向量之间间的函数关

12、关系，可对对多个粗差差同时进行行定位和定定值，这种种方法已在在通用平差差软件包中中得到算法法实现和应应用。方差和协协方差分量量估计实质质上是精化化平差的随随机模型，过过去一直仅仅停留在理理论的研究究上。实际际中，要求求对多种观观测量进行行综合处理理，因此，方方差分量估估计已成为为测量平差差的必备内内容了。目目前，通用用平差软件件包中已增增加了该功功能，但还还需要在测测量规范中中明确提出出来。需要指出出的是：许许多测量作作业单位喜喜欢采用附附合导线进进行逐级加加密，主要要依据目前前规范中有有关一、二二、三级导导线和图根根导线的规规定。无疑疑附合导线线具有许多多优点，但但由于多余余观测少，发发现和

13、抵抗抗粗差的能能力较弱，不不宜滥用。建建立一个区区域的控制制，首级网网点采用GGPS测量量，下面最最好用一个个等级的导导线网作全全面加密。从从测量平差差理论来看看，全面布布设的导线线网具有更更好的图形形强度，精精密较均匀匀，可靠性性也较高。2. 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

14、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，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

15、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)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。在实践中，总

16、结出了下述优化设计策略：先固定观测值的精度，对选取的网点，观测所有可能的边和方向，计算网的质量的指标，若质量偏低，则必须提高观测值的精度。在某一组先验精度下，若网的质量指标偏高了，这时可按观测值的内部可靠性指标ri，删减观测值。ri太大，说明该观测值显得多余，应删去；若ri很小，则该观测值的精度不宜增加。这种根据ri大小来删除观测值的方法称为从“密”到“疏”，从“肥”到“瘦”的优化策略。从模拟法优化设计的整个过程来看，它是一种试算法，需要有一个好的软件。该软件除具有通用平差软件的功能外，在成果输出的多样性、直观性，在可视化以及人机交互界面设计方面都有更高要求。同时也要求设计者具有坚实的专业知识

17、和丰富的经验。用模拟法可获得一个相对较优且切实可行的方案，可进一步用模拟观测值作网的平差计算，同时可模拟观测值粗差并计算对结果的影响。这种方法称为数学扭曲法或蒙特卡洛法。对于一个精度、可靠性以及灵敏度要求极高的监测网或精密控制网，作上述优化设计和精细计算是十分必要的。国内在这方面的应用报道较少。多是为了安全起见，有较大的质量富余，建网费用偏高。网优化设计费用很少，所带来的效益较大，凡是较重要的工程控制网，都应作优化设计。3. 变形观测测数据处理理工程程建筑物及及与工程有有关的变形形的监测、分分析及预报报是工程测测量学的重重要研究内内容。其中中的变形分分析和预报报涉及到变变形观测数数据处理。但但

18、变形分析析和预报的的范畴更广广，属于多多学科的交交叉。(1) 变形观测测数据处理理的几种典典型方法根据变变形观测数数据绘制变变形过程曲曲线是一种种最简单而而有效的数数据处理方方法，由过过程曲线可可作趋势分分析。如果果将变形观观测数据与与影响因子子进行多元元回归分析析和逐步回回归计算，可可得到变形形与显著性性因子间的的函数关系系，除作物物理解释外外，也可用用于变形预预报。多元元回归分析析需要较长长的一致性性好的多组组时间序列列数据。若仅对对变形观测测数据，可可采用灰色色系统理论论或时间序序列分析理理论建模，前前者可针对对小数据量量的时间序序列，对原原始数列采采用累加生生成法变为为生成数列列，因此

19、有有减弱随机机性、增加加规律性的的作用。如如果对一个个变形观测测量(如位位移)的时时间序列，通通过建立一一阶或二阶阶灰微分方方程提取变变形的趋势势项，然后后再采用时时序分析中中的自回归归滑动平均均模型ARRMA，这这种组合建建模的方法法，可分性性好且具有有以下显著著优点：将将非平稳相相关时序转转化为独立立的平衡时时序；具有有同时进行行平滑、滤滤波和推估估的作用；模型参数数聚集了系系统输出的的特征和状状态；这种种组合模型型是基于输输出的等价价系统的理理想动态模模型。把变形体体视为一个个动态系统统，将一组组观测值作作为系统的的输出，可可以用卡尔尔曼滤波模模型来描述述系统的状状态。动态态系统由状状态

20、方程和和观测方程程描述，以以监测点的的位置、速速率和加速速率参数为为状态向量量，可构造造一个典型型的运动模模型。状态态方程中要要加进系统统的动态噪噪声。卡尔尔曼滤波的的优点是勿勿需保留用用过的观测测值序列，按按照一套递递推算法，把把参数估计计和预报有有机地结合合起来。除除观测值的的随机模型型外，动态态噪声向量量的协方差差阵估计和和初始周期期状态向量量及其协方方差阵的确确定值得注注意。采用用自适应卡卡尔曼滤波波可较好地地解决动态态噪声协方方差的实时时估计问题题。卡尔曼曼滤波特别别适合滑坡坡监测数据据的动态处处理；也可可用于静态态点场、似似静态点场场在周期的的观测中显显著性变化化点的检验验识别。对

21、于具具有周期性性变化的变变形观测时时间序列，通通过Fouurierr变换，可可将时域内内的信息转转变到频域域内分析，例例如大坝的的水平位移移、桥梁的的垂直位移移都具有明明显的周期期性。在某某一观测时时刻的观测测值数字信信号可表示示为许多个个不同频率率的谐波分分量之和，通通过计算各各谐波频率率的振幅，最最大振幅以以及所对应应的主频率率等，可揭揭示变形的的周期变化化规律。若若将变形体体视为动态态系统，变变形视为输输出，各种种影响因子子视为输入入，并假设设系统是线线性的，输输入输出信信号是平稳稳的，则通通过频谱分分析中的相相干函数、频频响函数和和响应谱函函数估计，可可以分析输输入输出信信号之间的的相

22、干性，输输入对系统统的贡献(即影响变变形的主要要因素及其其频谱特性性)。 (2) 变形的的几何分析析与物理解解释传传统的方法法将变形观观测数据处处理分为变变形的几何何分析和物物理解释。几几何分析在在于描述变变形的空间间及时间特特性，主要要包括模型型初步鉴别别、模型参参数估计和和模拟统计计检验及最最佳模型选选取3个步步骤。变形形监测网的的参考网、相相对网在周周期观测下下，参考点点的稳定性性检验和目目标点和位位移值计算算是建立变变形模型的的基础。变变形模型既既可根据变变形体的物物理力学性性质和地质质信息选取取，也可根根据点场的的位移矢量量和变形过过程曲线选选取。此外外，前述的的时间序列列分析，灰灰

23、色理论建建模、卡尔尔曼滤波以以及时间序序列频域法法分析中的的主频率和和振幅计算算等也可看看作变形的的几何分析析。变变形的物理理解释在于于确定变形形与引起变变形的原因因之间的关关系，通常常采用统计计分析法和和确定函数数法。统计计分析法包包括多元回回归分析、灰灰色系统理理论中的关关联度分析析以及时间间序列频域域法分析中中的动态响响应分析等等。统计分分析法以实实测资料为为基础，观观测资料愈愈丰富、质质量愈高，其其结果愈可可靠，且具具有“后验验”性质，它它与变形的的几何分析析具有密切切的关系，是是测量工作作者最熟悉悉和乐于采采用的方法法。确定函函数法是根根据变形体体的物理力力学参数，建建立力(荷荷载)

24、和变变形之间的的函数关系系如位移场场的微分方方程，在边边界条件已已知时，采采用有限元元法解微分分方程，可可得到变形形体有限元元结点上的的变形。采采用有限元元法，可以以计算混凝凝土大坝、矿矿山地表以以及滑坡在在外力(表表面力和体体力)作用用下的位移移值。这种种方法不需需要监测数数据(监测测数据仅作作检验用)，具有“先先验”性质质。只要有有限元划分分得当，变变形体的物物理力学参参数 (如如杨氏弹性性模量，泊泊松比，内内摩擦角、内内聚力以及及容重等)选取得较较好，该法法无疑是一一种多快好好省的方法法，目前有有许多有限限元计算软软件如COOSMOSS/M供用用。但变形形体的物理理力学参数数的确定和和所

25、建立的的微分方程程都带有一一定的假设设，有时用用有限元法法计算的值值与实测值值有较大的的差异，这这就导致了了将两种方方法相结合合的综合分分析法，以以及根据实实测值按一一定理论反反求变形体体物理力学学参数的反反演分析法法，通过反反演解算，重重新用有限限元法作修修正计算。相相对于有限限元法，条条分法用于于边坡稳定定性分析、计计算和评价价更为简单单，其中萨萨尔码(SSARMAA)法应用用最普遍，根根据力学模模型、几何何条件和静静力平衡方方程，对平平衡条件作作迭代计算算，可定量量的得到边边坡稳定性性评价指标标稳定定安全系统统。一般要要求对条分分法和有限限元法同时时使用。上上述方法对对大多数测测量工作者

26、者来说较为为陌生，用用确定函数数法进行地地变形的物物理解释和和预测属于于学科交叉叉领域，需需要与地质质和工程结结构方面的的人员合作作。(3) 变形分分析与预报报的系统论论方法用现代系系统论为指指导进行变变形分析与与预报是目目前研究的的一个方向向。变形体体是一个复复杂的系统统，它具有有多层次高高维的灰箱箱或黑箱式式结构，是是非线性的的，开放性性(耗散)的，它还还具有随机机性，这种种随机性除除包括外界界干扰的不不确定性外外，还表现现在对初始始状态的敏敏感性和系系统长期行行为的混沌沌性。此外外，还具有有自相似性性、突变性性、自组织织性和动态态性等特征征。按按系统论方方法，对变变形体系统统一般采用用输

27、入输输出模型和和动力学方方程两种建建模方法进进行研究，前前者系针对对黑箱或灰灰箱系统建建模，前述述的时序分分析、卡尔尔曼滤波、灰灰色系统建建模、神经经网络模型型乃至多元元回归分析析法都可以以视为输入入输出建建模法。采采用动力学学方程建模模与变形物物理解释中中的确定函函数法相似似，系根据据系统运动动的物理规规律建立确确定的微分分方程来描描述系统的的运动演化化。但对动动力学方程程不是通过过有限元法法求解，而而是在对系系统受力和和变形认识识的基础上上，用低阶阶的简化的的在数学上上可解和可可分析的模模型来模拟拟变形过程程，模型解解算的结果果基本符合合客观事实实。例如用用弹簧滑块块模型模拟拟地震过程程的

28、混沌状状态和高边边坡的粘滑滑过程，用用单滑块模模型模拟大大坝的变形形过程，用用尖点突变变模型解释释大坝失稳稳的机理。对对动力学方方程的解的的研究是系系统论分析析方法的核核心，为此此引入了许许多与动力力系统有关关的基本概概念，这些些概念与变变形分析和和预报密切切相关，它它们是：状状态空间或或相空间(称解空间间)、相轨轨线、吸引引子、相体体积、李亚亚普诺夫指指数和柯尔尔莫哥洛夫夫熵等。例例如相轨线线代表相点点运动的迹迹线，每一一个相点代代表状态向向量(变形形、速率或或影响因子子)在某一一时刻的解解；吸引子子代表系统统的一种稳稳定的运动动状态，它它可以是一一个稳定的的相点位，环环或环面，也也可以是相

29、相空间的一一个有限区区域，对于于局部不稳稳定的非线线性系统，将将出现分数数维的奇怪怪吸引子，表表示系统将将出现混沌沌状态。李李亚普诺夫夫指数描述述系统对于于初始条件件的敏感特特征，根据据其符号可可以判断吸吸引子的类类型以及轨轨线是发散散的还是吸吸引(收敛敛)的。柯柯尔莫哥洛洛夫熵则是是系统不确确定性的量量度，由它它可导出系系统变形平平均可预报报的时间尺尺度。对变变形观测的的时间序列列(如位移移量)进行行相空间重重构，并按按一定的算算法计算吸吸引子的关关联维数，柯柯尔莫哥洛洛夫熵和李李亚普诺夫夫指数等，可可在整体上上定性地认认识变形的的规律。另另外，也可可根据监测测资料，反反演变形体体系统的非非

30、线性动力力学方程。系统论方法还涉及变形体运动稳定性研究，这种稳定性在数学上可转化为微分方程稳定性的研究，主要采用李亚普诺夫提出的判别方法。系统论方法涉及到许多非线性科学学科的知识，如系统论、控制论、信息论、突变论、协同论、分形、混沌理论、耗散结构等。上述理论远不是工程测量工作者所能掌握的，将系统论方法与变形分析与预报相结合的研究只是初步的，希望有更多的青年学者加入到这一研究领域来。四、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。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

31、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。上海杨杨浦大桥控控制网

32、的最最弱点精度度达0.2 mmm，桥墩点点位标定精精度达00.1 mmm；武汉汉长江二桥桥全桥的贯贯通精度(跨距和墩墩中心偏差差)达毫米米级。高4454 mm的东方明明珠电视塔塔对于长1114 mm、重3000 t的的钢桅杆天天线，安装装的垂准误误差仅99 mm。长188.4 kkm的秦岭岭隧道，洞洞外GPSS网的平均均点位精度度优于33 mm，一一等精密水水准线路长长120多多公里。目目前辅助隧隧道已贯通通，仅一个个贯通面的的情况下，横横向贯通误误差为122 mm，高高程方向的的贯通误差差只有3 mm。2. 国外简简述国国外的大型型特种精密密工程更不不胜枚举。以以大型粒子子加速器为为例，德国

33、国汉堡的粒粒子加速器器研究中心心，堪称特特种精密工工程测量的的历史博物物馆。19959年建建的同步加加速器，直直径仅1000 m，11978年年的正负电电子储存环环，直径7743 mm，19990年的电电子质子储储存环，直直径20000 m。为为了减少能能量损失，改改用直线加加速器代替替环形加速速器，正在在建的直线线加速器长长达30 km，11003300 mm的磁件相相邻精度要要求优于0.1 mm,磁磁件的精密密定位精度度仅几个微微米，并能能以纳米级级的精度确确定直线度度。整个测测量过程都都是无接触触自动化的的。用精密密激光测距距仪TC22002KK距离测量量，其测距距精度与MME50000

34、相当，对对平均边长长为50mm的3 8800条边边，改正数数小于0.1 mmm的占955%。美国国的超导超超级对撞机机，其直径径达27 km，为为保证椭圆圆轨道上的的投影变形形最小且位位于一平面面上，利用用了一种双双重正形投投影。所作作的各种精精密测量，均均考虑了重重力和潮汐汐的影响。主主网和加密密网采用GGPS 测测量，精度度优于110-66 D。露露天煤矿的的大型挖煤煤机开挖量量的动态测测量计算系系统(德国国)。大型型挖煤机长长140 m，高65 m,自重重8 0000 t，其其挖斗轮的的直径177.8 mm，每天挖挖煤量可达达10多万万吨。为了了实时动态态地得到挖挖煤机的采采煤量，在在其

35、上安置置了3台GGPS接收收机，与参参考站无线线电实时数数据传输和和差分动态态定位，挖挖煤机上两两点间距离离的精度可可达1.5 cmm。根据33台接收机机的坐标，按按一定几何何模型可计计算出挖煤煤机挖斗轮轮的位置及及采煤层截截曲面，可可计算出采采煤量，经经对比试验验，其精度度达7%4%。这这是 GPPS，GIIS技术相相结合在大大型特种工工程中应用用的一个典典型例子。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

36、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

37、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6992 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。五、科技研究开发实践将科研成果转化为生产力是科研的最终目的，作为一门应用性学科，这种转化尤为重要。它主要表现在软硬件的开发研制上。基于掌上电脑的地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统(简称科傻系统)是我们近年来所作的一项科技研究开

38、发实践。科傻系统是对电子全站仪实现在线控制数据采集。掌上电脑上可固化两个软件包，一个用于地面控制测量数据采集、检查、预处理、概算以及网平差等(称科傻一)；一个用于工程放样、道路测量以及碎部点数据采集(称科傻三)。另外，在微机上研制了一个“现代测量控制网数据处理通用软件包”(称科傻二)。上述3个软件包既可独立使用，又有密切的联系(特别是科傻一与科傻二之间)。科傻一可用于任意2、3维工程控制网，国家及城市等级网，一、二、三级导线网以及图根加密网的在线或离线数据采集到网平差，实现了内外业数据处理的一体化。同时也可作一、二、三、四等和等外水准测量从数据采集到网平差的数据处理。科傻二除具有任意网形、任意

39、规模的地面平面、高程控制网的平差功能外，还包含近似坐标计算，稀疏矩阵压缩存贮，网点优化排序，闭合差自动计算，概算，粗差定值计算和改正，方差分量估计，贯通误差影响值估算，工程控制网模拟法优化设计，控制网数据管理，网图显绘，成果报表输出，以及与掌上电脑、全站仪的数据通讯等功能。 科傻系统集成了测量学、控制测量学、工程测量学、测量平差等课程的有关专业知识和长期科研成果，可广泛应用于生产、教学及科技开发活动。基于科傻系统的主要功能，在索佳Powerset 2000电脑型全站仪上，已成功地开发了全中文版软件包，这种全站仪通过软件开发，功能得到大大增强，故称为全能型全站仪。结合专业测量特点，我们在科傻系统

40、的基础上还研制开发了“铁路施工测量数据自动化处理系统”。该软件包也通过了铁道部的鉴定，将在整个铁路系统的测量单位推广应用。对于城市工程测量、地籍测量、水利工程测量等各种测量，只要对科傻系统稍加修改，都可以满足测量工程数据采集和处理的一体化自动化要求。同时，可将科傻系统移植应用到不同型号的电脑型全站仪上和商品化掌上电脑上，进一步扩大用户。如果移植到测量机器人上，并进一步开发各种智能化应用程序，可应用到滑坡监测、施工测量中以及工业测量。若再开发与GPS网平差和实时动态定位软件的集成软件包，并研制开发相应的软件，可望大大改变目前工程测量领域的面貌。通过科技研究开发实践，我们深刻体会到科技是第一生产力

41、的科学论断，感受到了为社会作贡献的人生价值的乐趣。科技开发和成果转化必须有具备以下特点：是真正的转化而不是抄袭，必须有自己的研究成果；有一定特色；既要有通用性也要专业化；易于扩展和维护，要不断完善并推陈出新；要有市场观念、竞争意识和为用户服务的态度。六、工程测测量学的发发展展望展望221世纪，工工程测量学学在以下方方面将得到到显著发展展：11. 测量量机器人将将作为多传传感器集成成系统在人人工智能方方面得到进进一步发展展，其应用用范围将进进一步扩大大，影像、图图形和数据据处理方面面的能力进进一步增强强；2. 在变形观观测数据处处理和大型型工程建设设中，将发发展基于知知识的信息息系统，并并进一步

42、与与大地测量量、地球物物理、工程程与水文地地质以及土土木建筑等等学科相结结合，解决决工程建设设中以及运运行期间的的安全监测测、灾害防防治和环境境保护的各各种问题。3. 工程测量将从土木工程测量、3维工业测量扩展到人体科学测量，如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理；4. 多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。5. GPS、GIS技术将紧密结合工程项目，在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。6. 大型和复杂结构建筑、设备的3维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点

43、。7. 数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。综上所述，工程测量学的发展，主要表现在从1维、2维到3维、4维，从点信息到面信息获取，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人眼观测操作到机器人自动寻标观测，从大型特种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下以及水下，从人工量测到无接触遥测，从周期观测到持续测量。测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。工程测量学的上述发展将直接对改善人们的生活环境，提高人们的生活质量起重要作用。参考文献：1Pelzer H. IngeniervermessungM. Stuttgart: Konrad Wittwer, 1987.2Sc

44、hlemmer.Geodaesie 2000+J.ZfV,1998,(6):173-176.3Brandstaetter(Hrsg). Ingenieurvermessung 96M. Bonn:Duemmler,1996.4陈永奇，吴子安，等. 变形监测分析与预报M.北京：测绘出版社，1993.5张正禄，吴栋才，等. 精密工程测量M.北京：测绘出版社，1993.6章传银，张正禄，等. 变形体的动态组合模型GM+ARMAJ. 测绘科技动态，1995，(4)：9-13.7邓跃进，张正禄.大坝变形频谱分析方法J.测绘信息与工程，1997，(4)：710.8章传银，张正禄.变形体的稳定性及定量分析方法初探J.测绘学报，1997，(4)：315-321.9张正禄，黄全义，等.从“科傻”系统到全能型全站仪J.东北测绘，1998，(1)：5-7.10张正禄，黄全义，等.全站式地面测量工程一体化自动化系统研究J.武汉测绘科技大学学报，1999，(1)：79-82.11张正禄.工程测量学的发展现状和趋势J.武汉测绘科技大学学报，1999，(增刊)：12-14