1工程測量的定義

　　工程測量是測繪科學(xué)與技術(shù)在國民經(jīng)濟和國防建設中的直接應用，是綜合性的應用測繪科學(xué)與技術(shù)，要求計算理論嚴密，測量方法嚴密。本文對工程測量進(jìn)行了定義，按照工程建設進(jìn)行的程序和工程種類(lèi)進(jìn)行具體闡述了工程測量在理論方法方面的發(fā)展，對幾種常用的理論和方法進(jìn)行了歸納和總結。

　　在工程建設的設計、施工和管理各階段中進(jìn)行測量工作的理論、方法和技術(shù)，稱(chēng)為工程測量。工程測量是測繪科學(xué)與技術(shù)在國民經(jīng)濟和國防建設中的直接應用，是綜合性的應用測繪科學(xué)與技術(shù)，它直接為工程建設服務(wù)的，它的服務(wù)和應用范圍包括城建、地質(zhì)、鐵路、交通、房地產(chǎn)管理、水利電力、能源、航天和國防等各種工程建設部門(mén)。

　　1.1按照工程建設的進(jìn)行程序分類(lèi)按工程建設的進(jìn)行程序，工程測量可分為規劃設計階段的測量，施工興建階段的測量和竣工后的運營(yíng)管理階段的測量。

　　規劃設計階段的測量主要是提供地形資料。取得地形資料的方法是，在所建立的控制測量的基礎上進(jìn)行地面測圖或航空攝影測量。

　　施工興建階段的測量的主要任務(wù)是，按照設計要求在實(shí)地準確地標定建筑物各部分的平面位置和高程，作為施工與安裝的依據。一般也要求先建立施工控制網(wǎng)，然后根據工程的要求進(jìn)行各種測量工作。

　　竣工后的營(yíng)運管理階段的測量，包括竣工測量以及為監視工程安全狀況的變形觀(guān)測與維修養護等測量工作。

　　1.2按照工程測量所服務(wù)的工程種類(lèi)分類(lèi)按工程測量所服務(wù)的工程種類(lèi)，也可分為建筑工程測量、線(xiàn)路測量、橋梁與隧道測量、礦山測量、城市測量和水利工程測量等。此外，還將用于大型設備的高精度定位和變形觀(guān)測稱(chēng)為高精度工程測量；將攝影測量技術(shù)應用于工程建設稱(chēng)為工程攝影測量；而將以電子全站儀或地面攝影儀為傳感器在電子計算機支持下的測量系統稱(chēng)為3維工業(yè)測量。無(wú)論是工程進(jìn)程各階段的測量工作，還是不同工程的測量工作，都需要根據誤差分析和測量平差理論選擇適當的測量手段，并對測量成果進(jìn)行處理和分析，也就是說(shuō)，測量數據處理是工程測量的重要內容。

　　2工程測量中常用的幾種方法

　　2.1測量平差理論最小二乘法廣泛應用于測量平差。最小二乘配置包括了平差、濾波和推估。附有限制條件的條件平差模型被稱(chēng)為概括平差模型，它是各種經(jīng)典的和現代平差模型的統一模型。測量誤差理論主要表現在對模型誤差的研究上，主要包括：平差中函數模型誤差、隨機模型誤差的鑒別或診斷；模型誤差對參數估計的影響，對參數和殘差統計性質(zhì)的影響；病態(tài)方程與控制網(wǎng)及其觀(guān)測方案設計的關(guān)系。由于變形監測網(wǎng)參考點(diǎn)穩定性檢驗的需要，導致了自由網(wǎng)平差和擬穩平差的出現和發(fā)展。觀(guān)測值粗差的研究促進(jìn)了控制網(wǎng)可靠性理論，以及變形監測網(wǎng)變形和觀(guān)測值粗差的可區分性理論的研究和發(fā)展。針對觀(guān)測值存在粗差的客觀(guān)實(shí)際，出現了穩健估計（或稱(chēng)抗差估計）；針對法方程系數陣存在病態(tài)的可能，發(fā)展了有偏估計。與最小二乘估計相區別，穩健估計和有偏估計稱(chēng)為非最小二乘估計。

　　2.2工程控制網(wǎng)優(yōu)化設計理論和方法網(wǎng)的優(yōu)化設計方法有解析法和模擬法兩種。解析法是基于優(yōu)化設計理論構造目標函數和約束條件，解求目標函數的極大值或極小值。一般將網(wǎng)的質(zhì)量指標作為目標函數或約束條件。網(wǎng)的質(zhì)量指標主要有精度、可靠性和建網(wǎng)費用，對于變形監測網(wǎng)還包括網(wǎng)的靈敏度或可區分性。對于網(wǎng)的平差模型而言，按固定參數和待定參數的不同，網(wǎng)的優(yōu)化設計又分為零類(lèi)、一類(lèi)、二類(lèi)和三類(lèi)優(yōu)化設計，涉及到網(wǎng)的基準設計，網(wǎng)形、觀(guān)測值精度以及觀(guān)測方案的設計。在工程測量中，施工控制網(wǎng)、安裝控制網(wǎng)和變形監測網(wǎng)都需要作優(yōu)化設計。由于采用GPS定位技術(shù)和電磁波測距，網(wǎng)的幾何圖形概念與傳統的測角網(wǎng)有很大的區別。除特別的精密控制網(wǎng)可考慮用專(zhuān)門(mén)編寫(xiě)的解析法優(yōu)化設計程序作網(wǎng)的優(yōu)化設計外，其他的網(wǎng)都可用模擬法進(jìn)行設計。模擬法優(yōu)化設計的軟件功能和進(jìn)行優(yōu)化設計的步驟主要是：根據設計資料和地圖資料在圖上選點(diǎn)布網(wǎng)，獲取網(wǎng)點(diǎn)近似坐標（最好將資料作數字化掃描并在微機上進(jìn)行）。模擬觀(guān)測方案，根據儀器確定觀(guān)測值精度，可進(jìn)一步模擬觀(guān)測值。計算網(wǎng)的各種質(zhì)量指標如精度、可靠性、靈敏度。精度應包括點(diǎn)位精度、相鄰點(diǎn)位精度、任意兩點(diǎn)間的相對精度、最弱點(diǎn)和最弱邊精度、邊長(cháng)和方位角精度。進(jìn)一步可計算坐標未知數的協(xié)方差陣或部分點(diǎn)坐標的協(xié)方差陣，協(xié)方差陣的主成份計算，特征值計算，點(diǎn)位誤差橢圓、置信橢圓的計算等�？煽啃园�括每個(gè)觀(guān)測值的多余觀(guān)測分量（內部可靠性）和某一觀(guān)測值的粗差界限值對平差坐標的影響（外部可靠性）。靈敏度包括靈敏度橢圓、在給定變形向量下的靈敏度指標以及觀(guān)測值的靈敏度影響系數。將計算出的各質(zhì)量指標與設計要求的指標比較，使之既滿(mǎn)足設計要求，又不致于有太大的富余。通過(guò)改變觀(guān)測值的精度或改變觀(guān)測方案（增加或減少觀(guān)測值）或局部改變網(wǎng)形（增加或減少網(wǎng)點(diǎn)）等方法重新作上述設計計算，直到獲取一個(gè)較好的結果。

　　2.3變形觀(guān)測數據處理

　　2.3.1變形觀(guān)測數據處理的幾種典型方法根據變形觀(guān)測數據繪制變形過(guò)程曲線(xiàn)是一種最簡(jiǎn)單而有效的數據處理方法，由過(guò)程曲線(xiàn)可作趨勢分析。如果將變形觀(guān)測數據與影響因子進(jìn)行多元回歸分析和逐步回歸計算，可得到變形與顯著(zhù)性因子間的函數關(guān)系，除作物理解釋外，也可用于變形預報。多元回歸分析需要較長(cháng)的一致性好的多組時(shí)間序列數據。

　　2.3.2變形的幾何分析與物理解釋傳統的方法將變形觀(guān)測數據處理分為變形的幾何分析和物理解釋。幾何分析在于描述變形的空間及時(shí)間特性，主要包括模型初步鑒別、模型參數估計和模擬統計檢驗及最佳模型選取3個(gè)步驟。變形監測網(wǎng)的參考網(wǎng)、相對網(wǎng)在周期觀(guān)測下，參考點(diǎn)的穩定性檢驗和目標點(diǎn)和位移值計算是建立變形模型的基礎。變形的物理解釋在于確定變形與引起變形的原因之間的關(guān)系，通常采用統計分析法和確定函數法。統計分析法包括多元回歸分析、灰色系統理論中的關(guān)聯(lián)度分析以及時(shí)間序列頻域法分析中的動(dòng)態(tài)響應分析等。

　　2.3.3變形分析與預報的系統論方法用現代系統論為指導進(jìn)行變形分析與預報是目前研究的一個(gè)方向。變形體是一個(gè)復雜的系統，它具有多層次高維的灰箱或黑箱式結構，是非線(xiàn)性的，開(kāi)放性（耗散）的，它還具有隨機性，這種隨機性除包括外界干擾的不確定性外，還表現在對初始狀態(tài)的敏感性和系統長(cháng)期行為的混沌性。此外，還具有自相似性、突變性、自組織性和動(dòng)態(tài)性等特征。

　　3工程測量學(xué)的發(fā)展展望

　　3.1測量機器人將作為多傳感器集成系統在人工智能方面得到進(jìn)一步發(fā)展，其應用范圍將進(jìn)一步擴大，影像、圖形和數據處理方面的能力進(jìn)一步增強；

　　3.2在變形觀(guān)測數據處理和大型工程建設中，將發(fā)展基于知識的信息系統，并進(jìn)一步與大地測量、地球物理、工程與水文地質(zhì)以及土木建筑等學(xué)科相結合，解決工程建設中以及運行期間的安全監測、災害防治和環(huán)境保護的各種問(wèn)題。

　　3.3工程測量將從土木工程測量、3維工業(yè)測量擴展到人體科學(xué)測量，如人體各器官或部位的顯微測量和顯微圖像處理；

　　3.4多傳感器的混合測量系統將得到迅速發(fā)展和廣泛應用，如GPS接收機與電子全站儀或測量機器人集成，可在大區域乃至國家范圍內進(jìn)行無(wú)控制網(wǎng)的各種測量工作。

　　3.5GPS、GIS技術(shù)將緊密結合工程項目，在勘測、設計、施工管理一體化方面發(fā)揮重大作用。

　　3.6大型和復雜結構建筑、設備的3維測量、幾何重構以及質(zhì)量控制將是工程測量學(xué)發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)。

　　工程技術(shù)的發(fā)展不斷對測量工作提出新的要求，同時(shí)，現代科學(xué)技術(shù)和測繪新技術(shù)的發(fā)展，給直接為經(jīng)濟建設服務(wù)的工程測量帶來(lái)了嚴峻的挑戰和極好的機遇。特別是全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）、攝影測量與遙感（RS）以及數字化測繪和地面測量先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，使工程測量的手段、方法和理論產(chǎn)生了深刻的變化。工程測量的領(lǐng)域在進(jìn)一步擴展，而且正朝著(zhù)測量數據采集和處理的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和數字化方向發(fā)展。