1.工程测量仪器的发展
工程测量仪器可分为通用仪器和专用仪器。
(1)通用仪器的发展。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逐渐被全站仪、电子水准仪所替代。计算机型全站仪配合丰富的软件,向全能型和智能化方向发展。
带电动机驱动和程序控制的全站仪结合激光、通信及CCD技术,可以实现测量的全自动化,被称为测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标,在1s内完成一目标点的观测,像机器人一样对成百上千个目标做持续和重复观测,可广泛用于变形观测和施工测量。
GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器,并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,称为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三维极坐标测量技术完美结合,可以实现无控制网的各种工程测量。
(2)专用仪器的发展。专用仪器是工程测量学仪器中发展最活跃的,主要应用在精密工程测量领域。其包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。其主要特点是高精度、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(数十米至数千米)、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TERRAMETERLDM2双频激光测距仪,中长距离测量精度可达亚毫米级;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DISTERMETERISETH、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。采用多普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、微米级进入纳米级世界。
高程测量方面,最显著的发展应是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,可同时获取数十个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。两容器之间的距离可达数十千米,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、倾斜传感器、长度传感器和微机,可用于测量轨道的三维坐标、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,可做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,还可测振动频率及物体的动态行为。(www.xing528.com)
2.工程测量学的发展展望
展望21世纪,工程测量学在以下几个方面将得到显著发展:
(1)测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展,其应用范围将进一步扩大,影像、图形和数据处理方面的能力将进一步增强。
(2)在变形观测数据处理和大型工程建设中,将发展基于知识的信息系统,并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质及土木建筑等学科相结合,解决工程建设中与运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。
(3)工程测量将从土木工程测量、三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要的作用。
(6)大型和复杂结构建筑、设备的三维测量、几何重构及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。
(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一维、二维到三维、四维,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的作用。
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