线路工程测量中数字化测量技术的运用

周新良

（新疆石油勘察设计研究院（有限公司），新疆 克拉玛依 834000）

计算机的产生至今的每一个技术变革，都深刻的影响着社会生产的各个领域的技术革新。近些年来，随着我国经济的飞速发展，计算机网络技术也逐渐的应用于线路工程的测量工作中。最主要的表现是各种智能化测量仪器的产生和应用大幅度的提高了数字化测量技术的水平，同时也开辟了数字化测量技术在线路工程中的应用。目前来看，全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、摄影测量与遥感(RS)以及数字化测绘和地面测量先进技术都已经在我国的线路工程的测量工作中发挥着巨大的作用。

线路工程测量是一门十分实用的学科，它和我们国家的经济建设紧紧相连，各类铁路、公路、管道运输等工程的开展都离不开线路测量，都要根据线路测量所得信息和数据制定和调整工程计划。同时，线路工程测量还是一门可以和社会生产紧密结合的学科，因为线路工程测量的技术和仪器可以为我国的工业生产提供相关的技术和设备支持。所以，做好线路工程的测量工作不仅能够服务于工程建设，还能够间接的作用于社会经济发展。随着高新技术在工程建设中的不断应用，各种数字化技术在线路工程测量中也得到了广泛的应用，使线路工程测量取得了一系列的进步与发展,还使线路工程测量的技术发生了巨大的变化。这种变化主要集中在线路工程测量中使用的先进测量仪器和测量中使用的数字化技术，下文中笔者就从这两个方面谈谈自己的认识。

1 线路工程测量中使用的先进测量仪器

二十世纪八十年代以后，我国的改革开放政策带领了社会生产进入了一个新的历史阶段，社会经济得到了全面的发展和提升，国际上的一些先进技术和仪器也被逐渐的引入和应用到国内的社会生产中。这种形势下，线路工程测量中对于先进技术和仪器的使用也占有了便利的条件，各种先进的测量仪器，如光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等一系列的先进仪器的采用为我国的线路工程测量走向现代化、自动化、数字化提供了良好的外部环境，有效的推动了我国的工程测量的数字化进程。

设备的革新给我国的线路工程测量工作带来的影响是多方面的，我国传统的人工测量技术是采用三角网对地形、道路和施工进行测量，这种方法不仅施工起来比较繁琐，其测量所得的结果精度也不够高，所以这类技术已经不能够适应现代化建设的需要了。因此，我们必须做出适当的改变，来适应现代工程的测量需要。先进的测量仪器的应用为这种测量方法的变革的创造了有利的条件。我们看到，新型的三边网、边角网和测距导线网代替了原来的三角网测量技术，而传统的三和四等水准测量也被光电测距三角高程测量所替代。这种仪器的更新换代不仅标志着测量仪器的进步，也是整个工程测量水平提升的一个重要标志，还是推动测量方式变革的一个重要动力。

新型的数字化测距仪在功能上较传统的测量仪器还是有着非常明显的优势的，首先数字化测距仪器可以做到在对施工放样进行测量的时候进行自动的跟踪和连续显示功能，这也就从根本上避免了由于定位不准导致的测量误差的产生。以前人工测量的时代中，是存在盲点的，因为单靠人工是无法对难以攀登和无法到达的这类测量点进行测量的，所以测量人员受到仪器和自身的限制无法完成较为全面的测距工作。但是，现在有了无需棱镜的测距仪就可以完美的解决这类问题了，新型的测距仪可以在测量人员工作的过程中完成自动的跟踪和连续的显示，使线路工程测距能够更加的准确和方便。

电子速测仪可以让线路工程测量在细节处变得更加精确，对于一些人眼和传统工具无法进行具体测量的位置，电子速测仪可以通过电子扫面迅速而准确的获取该位置的相关信息，不仅避免了测量中死角的形成，也间接提高了整体测量精度。人工时代所广泛使用的传统基线丈量的方法也因为现代化的精密测距仪的使用而结束，传统的基线丈量主要应用于各种线路的具体长度的丈量过程中，而受到人工测量的精确度的限制，其结果往往都存在着较大的误差，精密测距仪的产生不仅有效的克服了这一误差问题，还从根本上改变了基线丈量的方式，使基线丈量从原来的工程测量中耗时最长、工程量最大的测量工作变为工作效率最高、精准度最高的测量工作之一。此外，对于大地水准面和基本水准面的测量中，激光水准仪、全自动数字水准仪和记录式精密补偿水准仪这些仪器的应用有效的改变了传统的以繁琐的公式计算为主的测量结果产生形式。在几何水准测量的过程中实现对安平、读数和记录、检核测量中出现的数据做到同步精确记录，这些仪器都让几何水准测量远离了传统的人工走向了自动化和数字化，同样大幅度的提高了测量的效率。通过上文的举例分析我们看到，以上几种先进的测量仪器的应用不仅大大的提高了作业效率，还节省了人力，使得传统测量中需要人力完成的工作被机械取代，降低了劳动者的工作强度，有利于人力资源的合理配置。

除了以上常见的测量仪器外，一些特殊工程项目中的测量仪器也在工程建筑的过程中起到了重要的作用。在现代化社会主义建设过程中需要建设越来越多的高层建筑和对大面积的钢筋混泥土进行施工，这些施工也就需要激光准直仪和扫描仪。随着我国工程技术的不断发展，目前我国已经实现了激光准直仪的自主研发和生产，最著名的产品有JDA激光准直仪，这个激光准直仪可以对基准进行调节，可以分为六种不同的精度进行自动保持，便于施工单位在不同的项目施工中进行使用，目前已经被广泛的应用于各种高层建筑的测量活动中。除了高层建筑的测量外，JDA激光准直仪的使用范围也十分的广泛，不仅可以对轴线测控、滑模测偏、测扭、水平测控和对建筑施工的项目安装设备的时候放线控测，还可以检查工程在施工过程中是否平整，施工结构是否出现了变形，这种应用功能使其能够及时的发现建筑工程施工中的各种肉眼不易观测到的问题。再如，陀螺经纬仪是矿山和隧道施工过程中进行线路工程测量的重要仪器，由于隧道施工过程中的能见度比较低，且地质情况比较复杂，所以采用陀螺经纬仪可以较为客观的掌握隧道线路中的各种地质信息。随着数字化技术的发展，陀螺经纬仪也在技术上实现了更新，新型的陀螺经纬仪由计算机自动系统直接控制，这样就避免了由人工控制导致的各种人为误差的发生，同时这类现代化陀螺经纬仪可以做到在连续对陀螺的转动进行监控和测量，如果陀螺经纬仪在测量的过程中受到了外部的干扰，陀螺经纬仪可以自动的对这类外部干扰进行补偿，这样就会能到更加准确的数据。

我们看到，现代化的线路工程的测量工作已经离不开各种先进的测量仪器，无论是光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪，还是电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪，都在我国的铁路、公路、管道工程的工程测量中发挥着不可替代的重要作用，他们以其高效率和高精度的测量优势取代了传统的人工操作仪器和设备，为我国的线路工程的测量做出重要的贡献。

2 线路工程测量中使用的数字化技术

2.1 数字化地图技术

为了更好的实现数字化系统在线路工程中的应用，工程中的各种地形图纸也逐渐实现了数字化的管理。GIS系统就是这样的一种地形图管理系统，它的建立需要对原先所持有的地图进行数字化改变，但是这份把原始地图变成数字化地图的工作是十分复杂和艰巨的，需要工作人员手动的录入大量相关信息和数据，不仅耗费了大量的人力物力，还造成了严重的资源浪费，并且极易产生误差。所以，为了克服这种地图数字化的弊端，随着信息化的发展，就出现了数字化地图扫描仪，这个仪器可以让原有现势性、精度和比例尺能够为数字化仪识别的地图，进过编辑和修补后自动生成数字化地图。大比例的地图在以前数字化仪没有出现的时候对其进行数字化处理是非常困难的工作，现在扫描矢量化软件可以对这些大比例的地图提取多边形，这些都是自动完成的，数字化地图的建立变得更加的简单和高效。地图作为测量工作中的重要资料，不仅影响着测量工程的开展，也是测量结果的重要展现形式，将地图系统数字化，不仅便利了地图上信息与数据的管理和应用，还提高了地图的精度，增强了多维性。

2.2 数字化成图技术

在采用传统人工进行线路工程测量的工作时，最重要的工作内容在于大比例尺地形图和工程图的测绘。用传统的绘图方法完成大比例尺地形图和工程图的测绘，需要工作人员在前期进行大量的野外实地测量和观察工作，作业员在获取地图信息的过程中需要面临各种艰苦的作业环境，还要进行复杂的操作，同时还需要收集大量的内业数据从而进行绘图，这种绘图工作的难度和强度是相当大的，虽然做到了数据和资料的人工搜集，但是这种绘图工作在工作效果上还存在着很大的弊端，即每一张地形图的形成都需要耗费很长的时间，并且同时一次只能进行一个地图的绘制工作，无法做到资源的重复使用。随着数字化技术在成图工作中的应用，数字化成图技术取代了传统人工技术，克服了上述绘图作业中的缺陷和不足，新型的数字化技术有着人工测绘无法比拟的精度，同时也不需要很大的劳动强度，对于地图的修改只要是在计算机上进行作业不需要人工重新画图。另外，新的技术使各种地图信息的保存也十分容易，避免了因为纸张的损坏影响地图的阅览和数据的提取等一系列问题。就目前来看，数字化成图技术一般有两种模式，即内外业一体化和电子平板。所谓内外业一体化，就是将内外业的相关技术结合起来共同应用到地图的绘制过程中，使用全站仪和电子手簿这些电子设备来进行外业数据采集。这种内外业一体化技术最突出的应用优点就是这种方式可以大大的提高测绘的精度，而参与绘制的员工的任务和角色的分配也更加的明确，而且能够获得很高的成图效率。所谓电子平板绘图，就是在地图绘制的过程中，依据已有的地质信息资料，根据地图的绘制要求和成图标准，系统自动对各种信息进行综合形成一个新的电子地图的绘制形式。由于缺少对外部环境和实际地形地貌的考察，使得电子平板绘图的可靠性要弱于内外业一体化技术。

3 数字化测绘技术在线路工程测量中的应用

3.1 原图的数字化

在线路工程的测量中，最理想的状态是拥有该地区和该工程相关的数字地形图，但是受到各种因素的影响，不是所有的地区都有完整的数字地形图，地区可能出现一些突发的状况例如经费困难或者没有足够的时间进行来进行数字土地的采集工作，那么如果想获得数字地形图的效果，就必须对已有的传统地图实行数字化处理，即原图的数字化。这项技术是使用现有的地形图，通过计算机、数字化扫描仪和绘图仪制成一个和原图内容相同而形式不同的数字地图。在具备了以上资料和设备的情况下，通过计算机运行数字化软件就可以轻松实现原图的数字化处理，这项工作最主要的特点和优势就是不需要耗费大量的人力和时间，也不会产生过多的经费，这个特点大大的降低了其使用局限性，是其能够广泛的应用于各种线路工程的测量中的主要原因之一。在配齐了所需的原有地形图、计算机、数字化扫描仪、绘制仪后，就可以开始对原图进行数字化处理工作了。启动软件后，扫描仪会将原图的各种地理信息通过扫描的形式录入计算机，计算机系统中的数字化处理软件在接收到地图信息后就会对其进行实时的数字化处理，然后再经由绘制仪对其重新进行绘制。手扶跟踪数字化及扫描矢量化是两种主要的进行原图的数据化的方法。相比较而言扫描矢量化比手扶跟踪数字化产生的地图无论是精度还是效率都比手扶跟踪数字化更好。但是这一种方法也不是完美无缺的。扫描矢量化的地图所有的工作都是建立在原图的基础上的，所以原图的精度会对建立原图的数据化产生很大的影响，如果原图的精度的不好的话，原图的数字化的精度会比原图还要差。所以扫描矢量化的地图只能作为一个辅助的措施不能完全依靠这个扫描矢量化。所以一个地区如果需要获得一个完整和详细的数字化地图就需要对扫描矢量化的地图进行修测和补测。修测和补测就是对一些地物的坐标进行师弟的测量从而得到一个精确的坐标。用这些新的坐标代替原来扫描矢量化所做数据化地图的错误坐标，这样也就可以进一步的提高数字化地图的精度了。

3.2 地面数字测图

如果线路工程的施工地区没有精度相对来说比较高的大比例尺地图，这时就可以使用地面数字测图来获取较为准确和可靠的地理信息。所谓地面数字测图技术，又称内外业一体化数字测图，是目前在我国线路工程测量中使用最多的地图测绘方法，这种方法的最主要的优势是可以获得精度非常高的数字地图，并且操作也极为简便，只要测量员工在测量方法上进行正确控制就可以，在重要地物相对于邻近控制点的精度控制在五米之内即可。上文中我们已经详细对比了内外业一体化技术和电子平坝技术在地图测绘中的应用，本节不再赘述。

综上所述，随着各种数字化技术在线路工程测量活动中的应用，线路工程测量技术的发展趋势逐渐由测量数据采集和处理及时自动实时向数字化方向发展，测量数据管理更加的科学化、标准化、规范化，测量数据传播与应用更加面向社会，更加多样化。GPS技术、RS技术、GIS技术、数字化测绘技术以及先进地面测量仪器等将广泛应用于工程测量中，并发挥其主导作用。文中笔者从线路工程测量中使用的先进测量仪器和测量中使用的数字化技术两个方面对我国的线路工程测量中数字化技术的影响状况进行了简要分析，希望能够为推动我国工程测量的数字化发展尽自己的一份力，诸多不足，还望批评指正。

[1]赵军华，齐志国，边占新.基于GPS RTK技术的铁路工程测量研究[J].科技资讯，2009(14).

[2]袁峰.长大直线中线控制测量的探讨[J].科技创新导报.2010(08).