测量工程技术的发展及其在土木工程中的应用李俊飞（郑州大学工程测量系2班郑州河南201079250215 ）摘要：对即现代先进的电子化、精密工程技术在工程测量中的应用情况进行了概述。
对现代工程测量的应用领域拓展、科技发展趋势、作业手段提高、学科建设等进行了展望。
关键词: 工程测量; 精密工程; 科技发展；智能材料；土木工程；抗震防风与减灾。
0引言工程测量是具有悠久历史的既古老又年轻的应用科学和技术,它的研究和服务范围贯穿在现代工程建设和国防建设的规划和运营当中。
随着当代科学技术的进步,尤其是微电子技术、激光技术、计算机技术、空间技术网络和通信技术的飞速发展和应用,极大地推动了整个测绘科学技术的发展。
近年来,工程测量学科发展的特点是:首先,新型和先进的测量仪器和装备的出现、新技术和新工艺的研究,及时在各领域的工程中得以迅速引进和推广应用。
诸如自动跟踪全站仪、电子数字水准仪,GPS定位技术,数字测图技术,数字摄影、计量技术,精密工程和工业自动化测量技术, 根本性的改变了工程测量的面貌,提高了作业效率和测量精度,取得了较好的社会效益和经济效益。
其次,随着当代科学的发展和广泛应用,诸如现代电子学、光学、激光技术、航天技术、精密机械、工程数学、计算机和计算技术的发展和应用,推动了测绘科学技术的进步和发展,促使了工程测量与大地测量、摄影测量、地图制图等学科及其他学科之间的界限越来越模糊,形成了相互交叉、相互渗透、相互促进的态势。
再者, 当前工程测量的范围越来越广,现代的工程测量不仅研究与传统的工程建设有关的测量理论和方法,而且还要延伸到涉及其他有关领域的研究和应用,诸如国防工业建设、特种工业精密安装、环境和文物保护以及有关的科学研究等各个领域的测量应用原理和方法,其服务范围涉及到地面、地下、水域、空间、民用和军用等,其服务的行业包括城建、建工、交通、矿山、土地地籍与房产、航天航空,水电等各类工业(厂)以及医学、公安和国防等。
它贯穿于工程建设的规划(选址)、勘察、设计、施工、安装与运营管理等全过程,其中包括规划(选址)测量、控制定位(线)测量、施工放样测量及设备安装(精密)定位测量、变形监测和分析以及精密工业测量等,促使工程测量的应用范围越来越广,并推动了工程测量事业的进步和发展。
1工程测量发展的主要方面先进的测量仪器使野外数据采集手段向现代化、自动化、数字化、一体化方向发展。
自20世纪80年代以来,许多先进测量仪器陆续出现,并且很快在工程测量各个领域得以引进与应用,为工程测量提供了先进的工具，同时也受到普遍关注。
从布设方案、已知高程点(检测点)的分布和高程拟合方法等各种方案进行了大量试验。
通过试验得出,在目前的大地水准面精度下,局部地区只要布测方案和拟合方法合理,GPS高程测量完全可以代替工程五等水准测量,甚至有可能达到四等水准测量的精度。
激光水准仪、全自动数字水准仪、记录式精密补偿水、准仪以及电子数字水准仪等的出现,使几何水准测量实现了自动安平, 自动读数记录,自动检核测量数据等功能。
它具有速度快、精度高、使用方便、劳动强度低和实现内、外一体化的优点,使工程几何水准测量向自动化、数字化迈进。
这些仪器已被广泛用于施工放样、精密水准测量、大型工程和精密工程的变形监测以及工业自动化测量等领域。
还有专门用于施工与安装测量的高精度激光扫平仪,激光准直仪,激光铅直仪或称天顶天底准直仪(投点精度可达10-5~10-6),亦已广泛应用于高层(耸)建(构)筑物施工、深竖井及高(超高)烟囱、电视塔或高塔架的铅直定位测量与变形监控或竖直轴线的投测高精度的设备直定,位测量与变形监控或竖直轴线的投测,以及高精度的设备安装放线控制等各类工程测量与监测,保证了工程的质量和安全。
2土木工程开发与应用近年来,随着高标号水泥的大量生产,钢纤维和玻璃纤维混凝土、聚合物浸渍混凝土等快硬、高强、轻质、复合和节能混凝土的研制,复合、新型墙体材料的开发,钢化玻璃、多功能涂层玻璃、双层中空玻璃等建筑用平板玻璃等的发展,都带来了土木工程的结构形式、设计理论和施工技术等方面的新发展。
而从20世纪80年代兴起的碳纤维的应用研究,更是土木工程在这一领域的又一重大突破。
国内由吕志涛院士领导的课题组及其他研究机构业已开展利用碳纤维布对钢筋混凝土梁、板、柱进行加固的研究,已取得许多成果,标志着我国在这一领域已处于较为领先的地位。
目前,利用碳纤维材料加固修补混凝土结构的技术已在工程中获得应用,其前景非常广阔。
笼统地说，传统上用于制作传感器的材料大多数都可称为感知材料。
从这个意义上讲，近年来研究开发的具有感知特性的智能材料可以称为高性能感知材料，主要有：2.1智能材料在土木工程中的应用用高性能感知材料可以制作性能更好的传感元件，特别是制作大规模表面附着式或埋入式传感分布阵列，从而使结构的重要构件或整体具有感知特性，以便实现其自修复、自调节和自控制的功能。
光纤作为传感元件主要是光纤的局部变形通过光纤中光的传播发生变化反映出来。
光导纤维很细，可传输数据，反应灵敏;对埋置材料性能影响小，对电磁干扰不敏感，熔点高，耐腐蚀，适用于高、低温及有害环境，可沿单线多路复用，能实现J点测量、线测量和网测量。
电阻应变片是结构表面局部应变测量最常用的传感元件，性能受基底和胶层的影响，使用寿命短。
电阻应变丝可埋置人结构中，与基底材料胶合，性能较稳定，而且可组成各种形状和面积的阵列，防电磁干扰，耐久性较好。
电阻应变丝直径很小，不影响埋置材料的性能。
疲劳寿命丝(箔)外形上与电阻应变丝(片)相同，但合金成分与热处理方式不同。
疲劳寿命丝(箔)的电阻值随交变应变幅值和循环次数单调增加，荷载卸除后，增加的电阻值保持不变。
因此，疲劳寿命丝(箔)可以用于结构构件和节点的剩余疲劳寿命预报。
压电材料产生机械变形时，有产生电势的能力，称为正压电效应;当施加电压时，有变形的能力，称为逆压电效应。
利用正压电效应，压电电材料可以制作传感元件;利用逆压电效应，压电材料可制作驱动元件，给结构施加控制力。
压电材料制作的传感元件很薄，可以附着或埋置于结构中。
在一定条件下将聚合纤维燃烧，可以得到接近于完整分子结构的碳长链，也就是碳纤维。
碳纤维通常合成为一股，具有导电性、化学稳定性、耐高温及高强度和高弹性模量。
由于高强度和高弹模量，碳纤维的接触电阻会随着压力的变化而变化，利用这一特性可以用碳纤维制作压力和应变传感器，原理如图1所示。
半导体材料可用于制作与基体材料融合的模块或薄片式传感元件，是智能传感元件发展的一个主要方向。
目前已有的气压硅传感器体积小、价格便宜，可以用于测量结构物表面的风压分布。
由于光纤优越的性能，可以附着或埋置于大体积素混凝土或钢筋混凝土构件中，因此是目前土木工程中最有应用前景的传感元件之一(Feng et al，1995)。
最早提出将光纤传感器应用于混凝土结构监测的是Mendez等人(1989)随后美国、加拿大、日本和欧洲的几个研究小组相继做了一些将光纤传感器埋置或附着在混凝土中的试验，并且建成了一些埋置光纤传感器的试点建筑。
在柏林的一座己经有裂缝的桥梁中，用来监测由于车辆通过时引起的振动及变形状况;蔡得所(1998)完成了三峡工程古洞口棍凝土面板堆石坝的面板裂缝监测和船闸裂缝监测的分布式斜交光纤传感技术现场实验;由于光纤传感器测量的量是光的强度、相位滞后、波长或光的干涉条纹改变等，因此它对土木结构反应过于敏感，测量范围还应适当放宽;光纤传感器记录不同原因造成的结构状态变化的综合，但很难将某一种原因引起的变化分离出来;对于很大应力和应变的结构，光纤的使用还受到限制;埋置在混凝上中的光纤传感器的耐久性还需进一步研究。
2. 2防震抗风与减灾随着超高层、超大跨桥梁和大跨结构等大型复杂结构的兴建,结构设计呈现更长、更高、更柔的发展趋势。
许多情况下风荷载和地震荷载已成为结构设计的控制因素。
因此大型复杂结构体系抗风抗震的设计理论及其相关问题将被进一步关注。
相关的研究课题将包括设计地震动及灾害性风荷载的作用机理;超高层建筑结构体系的抗风与抗震,特大跨度桥梁的结构体系及抗风抗震。
同时“以柔克刚”的抗震思想在结构振动控制技术中将进一步得到体现,现代振动控制将向自适应控制、智能控制、吸震减震技术研究方向发展; 土木结构健康监测、灾害结构响应控制等基础性的研究将会进一步加强。
3工程测量发展的展望随着传统的测绘技术向自动化、数字化测绘技术的转换,面对21世纪,展望未来,中国的工程测量技术发展趋势,将呈现出高(高水平)、大(规模大)、新(新技术、新设备、新工艺)、精(高精度、达纳米级)、微(显微计算机和图像处理)的发展趋势,其特点是:测量方案追求科学化、合理化;数据传输与应用呈现网络化、多样化、社会化。
其具体体现有:（1）随着当代科学技术的进步,社会生产力的不断提高,新技术的采用和专用仪器设备的研制,测绘新理论、新方法、新仪器和新设备的出现,有望解决精密工程测量中的难题,丰富其内容,将使其在国民经济各部门的应用领域不断扩大,促进了整个工程测量的发展。
（2）变形观测数据处理与大型工程建设将发展基于知识的信息系统,并进一步与有关学科结合,解决运行中安全检测、防灾、环保等问题。
（3）大型复杂结构建筑、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,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,将促使三维工业测量技术的进一步发展,并将成为工程测量发展的一大特点, 并得以广泛应用,前景广阔。
4)工程测量将从土木测量、三维工业扩展到人体科学测量、显微测量、显微图像处理。
5)数据处理中的数学、物理模型的建立、分析和辨识成为工程测量专业教育与应用的重要内容总之,在目前的情况下除一些传统的测量在应用中仍不失其一定的作用外,工程测量的发展还表现从一维、二维到三维乃至四维的测量;从点信息到面信息的获取;从大型特种工程到人体的测量工程;从高空到地面,地下至水下的测量;从人工测量到无接触遥控测量; 从网络观测到持续测量;精度上从厘米(cm)—毫米(mm)—微米(μm)—纳米(0.01μm),工程测量将具有广阔的发展和应用前景。
由此可以看出,工程测量将直接或间接对改善人们生活环境、提高人们生活质量都起到至关重要的作用。
可以这样说,在人类活动中,工程测量是无处不在、无时不用。
只要有人类,只要有建设,就必然存在工程测量,因而其发展和应用的前景是广阔的。
3结束语目前,我国土木工程的某些领域已处于世界先进行列,但我国土木工程的设计、施工和理论研究方面的总体水平与发达国家相比还有一定的差距。
展望未来,不仅要加强新型结构型式、新型建筑材料、新的技术手段的理论探索和应用研究, 更要加强土木工程二级学科间理论和技术的融合与渗透,实现土木工程的更大突破参考文献1王继平.土木基础设施减灾基础研究进展与趋势[J].土木工程学报, 2000, 33(6): 1~5.2 王光远.工程结构与系统抗震优化设计的衫方法[M].北京:中国建筑工业出版社, 1999.3张正禄·工程测量学发展评述[J]·测绘通报, 2000, 18(4): 79~88.4王丹·大比例尺地形测量的现状与前景[ J]·测绘通报, 1999, 11(1)：1~7.5王丹·工程测量的发展与需求[J]·测绘通报, 2003, 12(1): 1~3.6洪立波·我国工程测量技术发展与成就[ J]·测绘通报, 1999, (8)·82~85.[文档可能无法思考全面，请浏览后下载，另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意!]。
