摘要：以“3S”為代表的現代測繪技術在各類土木工程的各階段中都有廣泛的應用。充分有效地應用測繪新技術，可以大大地提高土木工程測控技術的自動化程度，可以很好地控制施工質量，保證施工進度和安全生產。
　　關鍵詞：現代測量儀器；測繪新技術；土木工程
　　1現代測量儀器與測繪新技術
　　一切土木工程，從勘測、設計、施工、竣工，到質量管理、安全監護，都離不開測繪。測繪技術先進與否，能否合理的應用測繪技術，直接影響土木工程的進展速度。本文在總結現代測量儀器和測繪新技術的基礎上，探討測繪新技術在各類現代土木工程中各階段的應用。
　　1.1現代測量儀器的發展現狀
　　隨著測繪技術的發展，現代測量儀器向著自動化、數字化、集成化方向發展，將淘汰傳統的光學測量儀器（水準儀、經緯儀、平板儀）。工程測量的代表儀器堪稱全站儀，它是電子經緯儀、測距儀和計算機的集成。全站儀不僅具有測角、測距和測定坐標（可達毫米級精度）的功能，而且具有自動記錄、存儲和運算能力，能進行大氣改正、儀器誤差改正和數據處理，有豐富的應用程序，如數據采集、施工放樣、導線測量、偏心觀測、懸高測量、對邊測量、自由設站等等。目前推出的新型全站儀大都有以下新功能：自動調焦照準目標、無棱鏡合作測距（可達1200m）、測量軟件機內操作、大容量測量數據存儲（5000個點以上）和操作菜單化（中文菜單提示）等。還有“自動目標識別全站儀”——測量機器人，可以自動跟蹤反射器并實時得到三維坐標。用于高精度定向的陀螺經緯儀向激光陀螺定向發展。另外，將陀螺儀和全站儀集成就出現了陀螺全站儀。大面積的控制測量早已使用GlobalPositioningSystem∕GPS（全球定位系統）定位。目前，用于控制測量的靜態GPS接收機已實現天線、接收機和電源一體化，重量僅一公斤左右，操作完全自動化（精度可達毫米級）。用于圖根控制測量和碎部測量的實時動態GPS（RTKGPS）系統，需要兩臺GPS接收機和數據鏈協同作業，可以在15km范圍內實時獲得優于3厘米精度的地面點坐標。近幾年，一些城市建立了連續運行參考站系統（CORS），以取代RTKGPS。CORS定位時不僅只需一臺流動站接收機，而且測定范圍大大擴展并能保證厘米級的定位精度。將全站儀和GPS集成一體，就出現了“超站儀”，它改變了工程測量外業的作業模式，實現控制測量、碎部測量和施工放樣的一體化和無縫銜接作業。
　　三維激光影像掃描儀可以快速、精確和可靠的獲得被識別物體三維空間數據，在橋梁變形、水壩監測及建模、土石滑坡監控、開挖容量測量、城市數字化測量等方面非常有用。
　　高精度高程測量方法目前還是采用幾何水準測量，但水準測量的儀器實現了數字化和自動化。數字水準儀不僅實現了自動安平，還配合條碼標尺，實現觀測自動化和測量結果數字化。現代的測量儀器內部大都帶有存儲器，用于記錄存儲工程測量數據。若測量儀器沒有內存儲器（這是今后發展的一個趨勢），可用通用的掌上計算機（PDA）實現數據記錄、處理和實時傳輸一體化。掌上計算機無標準鍵盤，通過筆或軟鍵盤進行輸入，操作系統有PalmOS和WindowsCE。隨著計算機網絡技術和通訊技術的發展，數據記錄設備可直接通過電臺、GSM或全球星手機等進行遠程數據傳輸。
　　1.2現代測繪新技術
　　現代測繪技術向著高科技和數字化方向發展，其中“3S”技術是現代測繪技術的代表。“3S”是全球衛星定位系統（GPS）、遙感（RS）和地理信息系統（GIS）的合稱。GPS是美國研制的精密衛星導航定位系統。該系統可向全球任何用戶全天候地提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息。遙感（RS）是一種遠距離，大面積幾何形態、位置以及相關物理特性的傳感手段。廣義的遙感包含航空攝影測量。現代航天遙感技術（RS）可提供小于1m分辨率的影像資料，航空遙感技術即全數字攝影測量（DPS）可提供分米級甚至厘米級的影像資料。地理信息系統（GIS）是地球空間信息的集成表達、統計分析、管理的信息系統。前兩者是當代最先進的能實時快速獲取數據和信息的采集工具，后者是地球空間數據和信息處理、分析乃至決策的平臺。利用當代多種先進的數據通信技術，實現數據從采集工具到分析管理決策平臺之間的自動交換，就可形成一個從信息獲取到信息處理、分析決策，到最后實現反饋控制的自動控制綜合平臺。“3S”集成技術提供了對地球系統進行長期的立體的監測能力，為收集、處理和分析地球系統變化的海量數據提供了工具。在大型土建工程中，如三峽工程、南水北調、西氣東送、青藏鐵路等，都具有施工范圍大、戰線長、物流量大、施工周期長、土方工程大等特點。“3S”技術為大型土木工程提供了最有效的數據和信息采集、分析處理、表達決策的工具。“3S”集成技術將在大型土木工程中貫穿從勘測、設計、質量監控、安全監控、竣工驗收到運行監控管理的一切階段。在現代測繪中，內外業一體化數字測圖（簡稱數字測圖）也是一項重要的測繪新技術。野外數字測圖就是利用全站儀或RTKGPS接收機在野外采集數據，經過計算機處理得到工程設計、施工及管理用圖。該技術在城市測量和中小范圍工程測量中有廣泛的應用。以前數字測圖一般分為“數字測記式”和“電子平板式”兩種測圖模式，現已發展為用掌上電腦（DPA）現場采集數據與成圖。數字測圖可實現工程勘測設計一體化和實現數據采集、更新、管理一體化和自動化。野外數字測圖現已成為GIS數據采集的一種手段。野外數字測圖的一個發展趨勢是多種傳感器組合全站儀、GPS接收機、數字相機、激光掃描儀等集成應用，從而實現大比例尺測圖的自動化和向三維測圖方向發展，構成三維模型和立體景觀，供設計、規劃、虛擬現實和電子商務等領域服務。
　　2現代測繪技術在土木工程中的應用
　　2.1在土木工程勘察設計階段的應用
　　勘測施工的坐標框架即控制網的建立，已由GPS定位代替傳統的三角測量。目前除大范圍（400km2以上）控制測量以外，GPS定位從靜態定位后處理向實時動態定位方向發展；從單純的精密定位處理向特定勘測施工坐標系建立方向發展。為了減少重復，施工控制網還要求滿足未來精密監控的要求。在大型的建設工程，如：南水北調工程，地形圖的測繪已完全采用全數字攝影測量技術和野外數字測圖技術。在中、小型建設工程，主要用野外數字測圖技術測繪地形圖。目前，勘測技術開始向機載激光測量和CCD航攝集成技術過渡，以獲取真三維數字地形圖。利用數字地形圖可以實現三維虛擬現實，在三維可視化可量測景觀上呈現多種工程設計方案，實現各種工程設計仿真，并及時計算出相應的土石方工程量，做出環境協調評估，以提供最優化設計方案。又如，利用全數字攝影測量或數字測圖技術建立的數字地面模型（DTM），應用GIS的分析決策功能，可以方便快速地進行水庫大壩選址、庫容計算、引水渠修建、受益范圍等設計工作。為開發利用水資源提供科學依據。
　　2.2在土木工程施工階段的應用
　　土木工程施工階段一方面是施工建設和現場管理，如土石方驗收、線路施測、工程定位、放樣等采取了大量的現代數字測繪手段。目前除大量采用全站儀數字測量外，還有三維近地激光影像掃描、RTKGPS實時測圖與施工放樣、航空攝影或地面攝影測量等方法可進行實時的工程進程管理，還可以輔以移動通信和網絡通信等手段，實現遠程實時監控。另一方面，利用智能全站儀或GPS與GIS集成技術可實現工程機械的自動化運行和工程安全及質量監控。智能全站儀可以控制機械掘進（隧道）的位置和方向，GPS可以實時定出施工車輛的位置和姿態，從而實現開挖和掘進的自動化。例如挖土機、推土機和壓土機，裝上精密實時GPS定位設備，配上裝有工程管理GIS的機載計算機，可實現現場土方自動填挖控制和工程量精密計算，科學、可靠，節約工程成本。如果這些設備安裝了相關工作控制器件和CCD攝像機，可像“自動控制玩具車”一樣實現遠程無人駕駛和工程量自動計算，大大提高了危險或有環境污染地區工程機械施工效率，有效保護了施工人員的安全健康。
　　2.3在工程竣工運行階段中的應用
　　按照國家規范，所有大型建設項目竣工之后都要進行竣工測繪，同時還要提供多種工程運行期間的測試文檔、圖表資料。現代測繪技術能夠快速地獲取這些數據和信息，并實現數字化管理。例如，利用野外數字測圖、GPS測圖和DPS測圖技術進行竣工圖的測繪，并按數字工程的要求進入三維可視化、網絡化GIS工程管理信息系統，以作為工程驗收評估和今后長期安全運行的原始依據。
　　在公路、鐵路、水電站、大橋、摩天大樓等工程竣工后，穩定、高效、安全的運行是第一位的。現代測繪技術提供了連續、實時的運行安全監控和工程病害監控手段。例如，公路、鐵路的“3S”集成技術道路病害診斷車是當前世界上正在興起的快速監測技術。橋梁、高層建筑物、大壩、山體滑坡等的連續、實時變形監測已開始采用GPS、智能全站儀（測量機器人）和數字垂線儀等技術，它們都具有全自動、全天候、無人值守的特點，綜合其他工業傳感器，可實現全自動、無人或少人值守的工程運行方式。又如，利用三維激光影像掃描儀可以對監測對像（大壩、橋梁）進行全方位的監測，幾秒鐘即可對上百萬個監測點的掃描數據進行毫米級分析，可以隨時準確了解觀測對象整體變形的情況。
　　2.4在城市建設中的應用
　　在城市建設工程中（如：道路建設、建筑工程、勘察規劃）現已普遍應用全站儀或GPS測控指揮施工，監測施工安全。在城市地下管線的施工與管理，也與現代測繪技術密切相關。為了城市避免城市地面的開挖，安裝地下管道越來越多使用頂管技術。在地下管道頂管施工中，使用自動跟蹤全站儀可以應用自動引導測量系統控制頂管掘進的位置和方向，從而實現掘進定位的自動化。
　　目前，大中城市都在用數字測圖技術或全數字攝影測量技術測繪城市數字地形圖及城市數字景觀圖，用于道路、城市功能區、各類管線的規劃、設計。為了使用、維護、管理好城市市政公共設施（如道路、各類地上、地下管線、電桿路燈、公交站臺、地下設施井蓋、公共服務網點等等）許多城市都在建立城市公共信息管理系統或城市地下管線管理系統。RTKGPS、全站儀、數字管線探測儀等是主要的數據采集工具，通用的地理信息系統GIS軟件（如MAPGIS）是主要的管理系統開發平臺。現代的城市市政工程管理已與“3S”技術密不可分。
　　3結語
　　現代測繪技術自動化、數字化的程度已經很高，我們從事土木工程的建設者應努力掌握現代測繪新技術，自覺地應用現代測繪新技術，以促使土木工程測控技術自動化，使工程建設安全高效的進行。
　　參考文獻：
　　[1]劉經南.“3S”技術在現代土木工程中的應用.武漢：學術論文摘要集，2001.10