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赛维课堂:带你了解精密工程测量的应用

发布日期:2021-08-07浏览次数:21

工程测量分为普通工程测量和精密工程测量。仿照工程测量学的定义,精密工程测量主要是研究地球空间中具体几何实体的精密测量描绘和抽象几何实体的精密测设实现的理论、方法和技术。精密工程测量代表工程测量学的发展方向,赛维测绘将为各位带来精密工程测量的定义与应用,感兴趣的小伙伴可以关注收藏一下。

精密工程测量的特点

精密工程测量的最大特点是要求的测量精度很高。精度这一概念包含的意义很广,分相对精度和绝对精度。相对精度又有两种,一种是一个观测量的精度与该观测量的比值,比值越小,相对精度越高,如边长的相对精度。但比值与观测量及其精度这两个量都有关,同样是1∶1 000 000,观测量是10 m和是10 km时,精度分别为0.01 mm和10 mm,故有可比性较差的缺点;另一种是一点相对于另一点,特别是邻近点的精度,这种相对精度与基准无关,便于比较,但是各种组合太多,如有100个点,每一个点就有99个这样的相对精度。绝对精度也有两种,一是指一个观测量相对于其真值的精度,这一精度指标应用最多(下面所提精度,都指这种精度)。由于真值难求,通常用其最或是值代替。但这一绝对精度指标也有弊病,有时,它也与观测量的大小有关,如长度观测量。另一种是指一点相对于基准点的精度,该精度与基准有关,并且只能在相同基准下比较。

精密工程测量研究的主要内容

精密工程测量的研究内容主要包括精密工程测量的理论、技术、方法、专用的仪器设备以及测量软件研发等方面。

在精密工程测量仪器方面,多传感器集成测绘系统、激光跟踪仪、激光扫描仪、测量机器人、各种高精度GPS 接收机、电子全站仪、水准仪以及各种专用测量仪器,为精密测绘提供了技术保障。其中,激光扫描仪可对被测对象在不同位置扫描、建模并转换到CAD 成图,在土木工程、建筑监测、路桥设计、3 维建模、工业设计制造以及GIS 数据采集等方面有广阔的应用前景。车载、机载激光扫描测量将成为地面数据采集的主要手段。一种由测量小车、测量机器人、激光测距断面仪、激光扫描仪和轨距、轨道高差、轨道里程传感器组成的高速铁路轨道测量系统是一种典型的多传感器集成测量系统,可实现铁道轨道的自动化测量,轨道限界2 维断面测量和隧道3 维断面测量其轨距和轨道高差精度可达到0. 5 mm(图1) 。由GPS 接收机、激光测距仪组成的远程位移测量系统可实现无人值守的远距离遥控遥测遥传实时变形监测,可用于活动性滑坡临滑前的持续监测预报(图2) 。由各种专用监测仪器、现代大地测量仪器以及空对地观测仪器组成的立体监测系统,可实现对滑坡和各种工程建筑进行持续的自动监测和变形预报。

工程控制网在许多方面有别于国家大地测量控制网。网的优化设计、精度、可靠性、费用和灵敏度设计计算要求更加精细,如要求采用基于观测值内部可靠性的精密测量控制网模拟法优化设计、观测值多维粗差定位与定值和方差分量估计算法等。一般来说工程控制网的长短边相差悬殊,点之间高差也很大,GPS 和地面观测条件都较差(顶空障碍大,受旁折光和垂直折光影响等) ,这就要求对网作精心布设。同时还涉及GPS 边、地面边之间的精度匹配、地面边角测量精度匹配的影响。GPS 网、地面边角网以及混合网的布设问题涉及到测距三角高程测量、精密几何水准的选取以及对规范要求的理解等问题。GPS 网在很大程度上逐渐取代地面网,对于边长悬殊极大(从几十米到几十千米) 的工程控制网,用精密星历解算基线,精度也可达毫米级,但对于许多精密工程来说,不能采用单纯的GPS 网、GPS网与地面网、特别是与高精度测边相结合乃是最新的发展方向。

精密工程测量的若干发展与应用

精密工程测量的发展也可概括为“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。

包含精密工程测量的典型工程非常多,如我国举世瞩目的长江三峡工程和其他的大型水利枢纽工程,长达30 km 多的杭州湾大桥、上海东海大桥以及其他特大桥梁工程,长18. 5 km 的秦岭隧道、长达85. 3 km 的大伙房引水隧道以及其他特长隧道工程,上海磁浮铁路、东方明珠塔和国家大剧院等特种工程,香港大佛工程,北京正负电子对撞机工程,大型大坝变形监测工程,高边坡和滑坡岩崩变形监测工程,大型设备的安装、检测和质量控制等都属于精密工程测量的范畴。

国外的典型大型工程、特种工程更是数不胜数, 单就大型粒子加速器而言,欧洲原子核研究中心的环形正负电子对撞机LEP , 整个工程位于直径8. 6 km、周长27 km 且深度达百米的地下环形隧道,布设有5 000 多块四极聚焦磁铁和两极弯转磁铁。瑞士的阿尔卑斯山隧道长57 km ,据报道其造价与我国的长江三峡工程相当。而建筑工程师梦寐以求的建造2 000 m 乃至更高的摩天大厦,都是对精密工程测量的挑战。


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