精密工程与工业测量-国家测绘地理信息局

　　大型复杂结构建筑和设备的三维测量、几何重构及质量控制，以及由于现代工业生产对自动化流程和生产过程控制，产品质量检验与监控的数据与定位要求越来越高，将促进三维工业测量技术的进一步发展。

　　目前，数字图像处理技术的日趋成熟，已逐渐在精密工程测量和工业测量领域得到应用。作为非接触测量方法该技术有着独特的优越性，它通过把被测对象的图像作为检测和传递信息的手段，从图像中提取有用信息进而获得待测参数。

　　传统意义上的工程测量理论研究主要集中在高程控制测量、平面控制测量、变形监测预报等方面。高程控制测量产生了精密三角高程测量代替二等水准测量方法，平面控制测量产生了CPIII自由测站边角交会网测量方法，将卡尔曼滤波、灰色理论、时间序列分析等应用于变形监测预报。

　　近年来，特种精密工程测量方法和仪器，在各重要国民经济领域获得了大量的应用，并取得巨大的经济效益。随着国家工程建设规模的不断扩大，许多前所未有的特殊、复杂和异型工程纷纷涌现，工业生产过程的高度自动化，对设备安装提出了超高精度与时效要求，大型工程建造与运营全过程的安全监测需求等不断增加，对工程测量提出了新的要求。

　　多传感器集成技术是实现信息化测绘的技术保障，技术的革新涌现了门类齐全的各类测量传感器，解决了大量工程测量的实际问题，极大地推动工程测量发展。现阶段的多传感器集成测绘数据获取装备主要向多样化、专用化、便携化、智能化发展。

　　高精度的GNSS接收机和全站仪已经发展得相当成熟。充分发挥其技术优势，进行测量设备的革新，既是现在，也是将来继续进行的工作。例如全站仪与GNSS集成的超站仪，实现控制测量和碎部测量一体化；扫描仪中集成全站仪功能，可以对中、整平和后视点测量，使点云能够快速准确拼接；全站仪集成扫描功能，可以实现局部细节测量；全站仪中集成CCD相机，快速实现近景像片的绝对定向及碎部点的无瞄准测量等。

　　建议：由于国家测绘地理信息局是我国测绘地理信息的主管部门，应由国家测绘地理信息局牵头制定工程测量的相关技术规范。

　　精密工程与工业测量国家测绘地理信息局重点实验室的研究方向包括：精密工程测量理论与方法、多传感器集成的信息化测绘技术、重大工程安全监测与灾害预警、万博max体育注册工业测量以及测绘工程信息增值服务等五个方向。所涉及的学科包括工程测量和工业测量。

　　由于受到资料完整性的限制，目前主要根据单点位置变化监测序列进行变形分析与预报。缺乏各类监测点间的空间同步相关分析、几何量和物理量的联合分析以及点面监测的优化组合与联合分析。万博max体育注册

　　工业摄影测量系统，通常以近景摄影的方式实现，其优点是通过像片提供大量信息，施测周期短，可在瞬间完成测量全过程，可对动态目标进行测量，可以多重摄影，有多余观测值，精度可靠，最好的相对精度可达百万分之一。在我国也采用此技术进行过大型飞机外型、古建筑、大佛建造、船闸、高炉、流速动态等测量或监测。激光扫描测量系统，是以激光扫描仪为传感器的三维工业测量系统。激光扫描点云可再现所测物体的三维立体景观，可直接用于点对点的量测，利用拟合软件，点云可转换成三维模型、二维平面图、等高线图或断面图等，也可以同时用于CAD及相关应用。

　　（1）定位精度高。利用各种图像目标模式定位方法，特别是亚像素定位技术，可以明显地提高图像目标的定位精度。

　　（3）灵活性高。图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像分析和图像重建三大部分，每一部分均包含丰富的内容。由于图像的光学处理从原理上讲只能进行线性运算，这极大地限制了光学图像处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且能实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。万博max体育注册

　　将表面变形、内部变形和物理量进行综合分析，有利于全面了解变形过程、变形原因和分析变形机理。目前除了传统的自由网分析、拟稳分析、平均间隙法等变形分析方法外，更多的研究都集中在对长序列的单模型分析以及组合模型分析，如卡尔曼滤波、小波分析、频谱分析、神经网络、灰色理论、回归分析、模糊分析、突变理论、混沌分析和时间序列分析等方法及其组合应用在变形分析与预报中，取得了较好的实用效果。

　　（4）自动化程度高。随着计算机技术的不断发展，各类图像采集、处理新硬件的出现为图像测量技术提供了新的方法和手段，再加上处理算法自动化程度效率的提高，使得该技术处理分析的自动化程度大大提高。

　　高端的测量设备包括：高精度自动全站仪、地面三维激光扫描仪、激光跟踪仪、地基合成孔径雷达等，这些设备都有厂家在研制，有些已经有测试样机。

　　轻小型无人机测绘系统近年来得到飞速发展，轻小型无人机飞行平台主要有无人驾驶固定翼飞机、无人驾驶动力三角翼、无人驾驶直升机和无人飞艇等，国内的中国测绘科学研究院、武汉大学等单位都有相应的产品。能生产1:2000比例尺的D、DEM、DOM测绘产品，具有影像分辨率高、受云层影像小、无需机场起降、受空中管制小、飞行机动灵活、维护操作简单、响应迅速、成本低等优点，能够到达人员无法到达或不易到达的区域进行数据采集。但无人机飞行的安全性仍然是限制其大规模使用的瓶颈问题，尤其是在人口密集的城市应用。

　　测绘工程信息增值服务是在测绘工程成果的基础上对数据进行加工处理、数理统计和数据挖掘，使之产生具有更大服务价值的数据成果。测绘工程信息增值服务在地理国情普查、经济普查中具有非常广泛的应用，另外还对信息化建设工作的顶层设计具有辅助决策作用。近年来，随着测绘科技的进一步发展，特别是倾斜摄影测量、移动测量系统等技术的快速进步，测绘工程信息增值服务正在向陆海空天地一体化测绘发展，为未来智慧地球、智慧城市的建设夯实基础。

　　国内工程测量的技术与方法与国外相比还存在一定的差距，主要表现在测量数据采集的高端硬件设备上落后于国外先进水平，如在高精度工程测量、工业测量领域没有自主知识产权的设备，加上国外发达国家在相关技术领域的保护，无法实现仪器设备的深层次开发与应用。国内有世界上最大的工程项目，如大型桥梁、高速铁路、超高建筑，核电站等建设规模堪称世界之最，但相关的精密测量设备仍需依靠进口，在一定程度上制约了我国精密工程测量与工业测量水平的发展。

　　另外，国内与国外相比差距是还体现在高水平论文的发表上。本学科在国际高水平期刊上发表的论文数量严重不足，这从另一个侧面反映了我国工程测量领域的专家学者们潜心研究的深度不够。

　　由于工程测量学科自身的特点是为工程建设提供空间信息服务，应用范围很广，而我国正处在基础建设的高峰期，这就为工程测量学科发展提供了很好的应用需求和平台。工程测量和工业测量将走向高速发展期：

　　随着国家重大工程及异型工程的大量增加，工程结构安全事故频发，工程安全监测与分析日益重要，对变形监测的精度、频次、速度等方面提出了新的要求。工程测量领域中变形监测的主要对象为大坝、桥梁、高层建筑、地铁隧道、高边坡等。目前，除了常规的测量方法外，一些新的、专业的监测技术和方法逐渐被采用，包括：基于测量机器人的自动化监测系统、全球导航卫星系统技术、雷达干涉测量技术、激光扫描测量技术、光纤监测技术、静力水准仪技术等。

　　通过半个多世纪的发展，我国的工程测量领域在理论研究和实践应用上都取得了很多进展，尤其是在数据处理的算法研究、数据质量分析与控制、技术应用等都接近或达到了世界先进水平。

　　这些年我国工程测量在新理论、新技术与新方法的应用上虽然取得了不少进展，但随着国家工程建设规模的不断扩大，许多前所未有的特殊、复杂和异型工程纷纷涌现，工业生产过程的高度自动化，对设备安装提出了超高精度与时效要求，大型工程建造与运营全过程的安全监测需求等不断增加，对工程测量提出了新的要求，传统工程测量在内容、精度、技术要求和测控方法及手段等方面面临巨大挑战，需要在高精度三维工程测量参考框架的建立、多传感器集成的工程测量信息智能获取装备、基于异构多源数据融合的工程测量信息处理与可视化、基于云计算和物联网技术的工程信息增值服务、基于北斗的重大工程安全监测与预警服务和工程测量标准化体系等方面开展深入研究。

　　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进一步增强；坐标基准统一问题得到解决后，地基合成孔径雷达技术在变形监测领域将具有很好的应用前景；当国产三维激光扫描仪量产后，将会大大降低移动测量系统的硬件成本，移动测量系统将会更加普及；随着基于CORS系统的工程应用系统的逐步完善，将会提高工程测量数据采集的速度和精度；等等。

　　精密工程测量是基本的特点就是精度要求高，工作难度大。其工作对象都是高科技工程和尖端科学工程。传统的测量理论和方法，如三角网、导线网等，已经不能满足精密工程测量的需要，要进行新理论、新方法的研究。例如，对高精度三维工程测量参考框架建立及其实时动态传递的理论与方法，实时摄影测量系统、精密三维工业测量系统、传感器网络以及测量机器人等的进一步研究与开发，将更好地发挥这些技术在精密工程测量中的应用。