工程测量的现状和趋势

工程测量的现状和趋势

摘要：20世纪80年代以来，随着高新技术的发展和社会的进步，现代

工业生产进入了一个新的阶段。许多新的工业生产要求对生产的自动化流程、生

产过程控制、产品质量检验与监测等工作进行快速、高精度的测点、定位，并给

出运行轨道或复杂形体的数字模型等，这是传统的光学、机械方法所无法完成的。

关键词：工程测量、测量技术、测量技术与仪器、发展趋势

一、测量在工程建设中的作用

可以这样说，没有测量工作为工程建设提供数据和图纸，并及时与之配

合和进行指挥，任何工程建设都无法进展和完成。那工程测量在建筑工程中承担

了什么角色？

在规划设计阶段，要求提供完整可靠的地形资料；在施工阶段,要按规

定精度进行定线放样;在经营管理阶段，要进行建筑物的变形观测，判断它们的

稳定性，以保证工程质量和安全使用，并借以验证设计理论和施工方法的正确性。

规划设计阶段的测量工作主要是提供大比例尺地形图。采用的方法主

要有地面人工测图和摄影测量成图两类。①地面人工测图。是根据由总体到局部

的原则，先在测区内建立平面和高程控制网点，然后根据控制点测绘地物、地貌。近年来，随着电子速测仪和机助制图系统的发展，可以应用多功能整体式或组合

式的电子速测系统取得地物和地貌特征点的三维坐标数据，输入制图系统自动成图。②摄影测量成图。是对地面进行摄影，对像片加以判读、量测和处理，以获

得所需资料。最先应用的是地面摄影测量，即在地面上用摄影经纬仪摄取测区的

像片，据以成图。后来发展为航空摄影测量，它已成为目前测绘地形图的最主要、最有效方法。近年来,随着摄影器材和测图仪器的改进,除了模拟测图方式以外，

发展了解析测图方式，即利用立体坐标量测仪对像片量测进行解析处理，获得地

形的数据资料。解析测图仪除了与一般模拟立体测图仪一样测图外,还可进行区

域网点加密和数字化测图,获得数字地图。地面形态的数字表达称为“数字地面

模型”，它可用来解决工程设计中绘制断面图、计算土石方量等问题。

二、测量技术与仪器发展趋势

1.测量技术与仪器涉及所有物理量的测量，对于材料、工程科学、能源

科学关系密切。目前的发展趋势有以下几点： (1)以自然基准溯源和传递，同时

在不同量程实现国际比对。如果自己没有能力比对就要依靠其它国家。 (2)高精度。目前半导体工艺的典型线宽为0.25μm，并正向0.18μm过渡，2009年的预

测线宽是0.07μm。如果定位要求占线宽的1/3，那么就要求10nm量级的精度，

而且晶片尺寸还在增大，达到300mm。这就意味着测量定位系统的精度要优于

3×10的-8次方，相应的激光稳频精度应该是10的-9次方数量级。 (3)高速度。目前加工机械的速度已经提高到1m/sec以上，上世纪80年代以前开发研制的仪

器已不适应市场的需求。例如惠普公司的干涉仪市场大部分被英国Renishaw所

占领，其原因是后者的速度达到了1m/sec。

2.我国仪器科技的发展现状

(1)由于长期习惯于仿制国外产品，我国的仪器仪表工业缺乏创新能力，跟

不上科学研究和工程建设的需要。(2)我国仪器科学与技术研究领域积累了大量

科研成果，许多成果处于国际领先水平，有待筛选、提高和转化，但产业化程度

很低，没有形成具有国际竞争力的完整产业。

3.未来发展趋势

(1)配合数控设备的技术创新(如主轴速度，精度创成)数控设备的主要误差

来源可分为几何误差和热误差。对于重复出现的系统误差，可采用软件修正；对

于随机误差较大的情况，要采用实时修正方法。对于热误差，一般要通过温度测

量进行修正。我国机床行业市场萎缩同时又大量进口国外设备的原因之一就是因

为这方面的技术没有得到推广应用。为此，需要高速多通道激光干涉仪：其测量

速度达60m/min以上，采样速度达5000次/sec以上，以适应热误差和几何误差

测量的需要。空气折射率实时测量应达到2×10的-7次方水平，其测量结果和长

度测量结果可同步输入计算机。 (2)运行和制造过程的监控和在线检测技术综合

运用图像、频谱、光谱、光纤以及其它光与物质相互作用原理的传感器具有非接

触、高灵敏度、高柔性、应用范围广的优点。在这个领域综合创新的天地十分广阔，如振动、粗糙度、污染物、含水量、加工尺寸及相互位置等。

(2)优先领域

在基础研究的初期，对于能否有突破性进展是很难预测的。但是，当已经取

得突破性进展时，则需要有一个转化机制以进入市场。 (1)纳米溯源技术和系统。

(2)介入安装和制造的坐标跟踪测量系统。关键理论和技术：超半球反射器(n=2

或在机构上创新)，快速、多路干涉仪(频差3～5兆)，二维精密跟踪测角系统(0.2″～0.5″)，通用信号处理系统(工作频率5兆)，无导轨半导体激光测量系

统(分辨率1μm)，热变形仿真，力变形仿真。、这些内容不局限于一种技术方案，而是几种不同技术方案中概括出来的共同点。如采用无导轨干涉仪，对跟踪系统

的要求可以降低；采用二维精密跟踪测角系统在1M3测量范围内可以得到高精度；有了超半球反射镜可以提高4路跟踪方案的精度。在现场进行介入制造和装配不

能等待很长时间，力和热变形的补偿是必须的而且需要足够快，现在的技术还有

相当大的差距，所以这些进展是关键性的。

应用范围：新型并行机构机床的鉴定，飞机装配型架的鉴定，大型设备安装，用于生物芯片精密机器人校准等。

三．工程测量的趋势

工程测量学在以下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、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，

解决工程建设中以及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、3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。