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动态精密工程测量 版权信息
- ISBN：9787030679901
- 条形码：9787030679901 ; 978-7-03-067990-1
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
动态精密工程测量 内容简介
世界范围基础设施安全状态测量等领域不断扩大的应用需求，以及传感器等信息技术的快速发展促进了精密丁程测量从“静态、离散、手工”向“动态、连续、智能”发展，形成动态精密工程测量这一前沿学科交叉方向。本书基于作者多年的研究探索与积累，对动态精密工程测量理论、方法及其典型应用进行系统性归纳总结。全书分两个部分阐述：部分是理论与方法，包括动态测量时空基准、多传感器集成动态测量、动态精密工程测量数据处理等内容；第二部分是典型应用，重点介绍作者近20年来在公路、隧道、铁路、大坝、管网等领域的创新测量方法研究、测量装备研制及典型工程应用。 本书可作为测绘工程、土术工程、交通工程、水利工程、电子信息技术、计算机技术等专业的本科生和研究生教材，以及相关专业研究机构、高科技企业科研人员的参考用书。
动态精密工程测量 目录
目录
序一
序二
前言
第1章 动态精密工程测量概述 1
1.1 工程测量 1
1.2 动态精密工程测量 3
1.2.1 精密工程测量及其特点 3
1.2.2 动态精密工程测量及其特点 5
1.3 动态精密工程测量分类与研究内容 10
1.3.1 动态精密工程测量分类 10
1.3.2 研究内容 12
1.4 动态精密工程测量应用 13
1.5 本章小结 17
参考文献 17
第2章 动态测量时空基准 19
2.1 时间系统和时间基准 19
2.1.1 时间系统 19
2.1.2 时间基准 21
2.2 空间基准及定位原理 22
2.2.1 坐标系统与坐标转换 22
2.2.2 定位定姿原理 27
2.3 动态测量定位定姿方法 32
2.3.1 开放场景动态定位定姿 32
2.3.2 封闭场景动态定位定姿 38
2.4 本章小结 43
参考文献 44
第3章 多传感器集成动态测量 45
3.1 动态测量典型场景及系统 45
3.1.1 道路动态测量 45
3.1.2 铁路动态测量 46
3.1.3 水面动态测量 47
3.1.4 空中动态测量 48
3.1.5 其他场景动态测量 50
3.2 动态测量常用传感器 52
3.2.1 定位定姿传感器 53
3.2.2 场景测量传感器 54
3.3 多传感器集成方法 58
3.3.1 时间基准生成 58
3.3.2 多传感器同步控制 60
3.3.3 多传感器标定与时空数据关联 62
3.4 本章小结 64
参考文献 64
第4章 动态精密工程测量数据处理 65
4.1 数据类型和处理方法 65
4.1.1 测量数据类型与特征 65
4.1.2 测量误差的来源与类型 68
4.1.3 典型测量数据处理方法 70
4.1.4 动态精密工程测量处理方法 73
4.2 多传感器数据滤波融合 74
4.2.1 卡尔曼滤波 75
4.2.2 粒子滤波 76
4.2.3 图优化 78
4.3 测量数据信息增强 79
4.3.1 点云数据信息增强 79
4.3.2 图像数据信息增强 83
4.4 测量数据配准拼接 87
4.4.1 点云数据配准拼接 87
4.4.2 图像数据配准拼接 88
4.4.3 点云图像数据配准 93
4.5 目标特征识别提取 94
4.5.1 通用机器学习方法 95
4.5.2 深度学习方法 97
4.6 本章小结 105
参考文献 105
第5章 道路路面智能检测 107
5.1 概述 107
5.1.1 道路检测技术现状 107
5.1.2 道路检测技术发展趋势 112
5.1.3 路面技术状况指标 112
5.2 路面损坏检测 116
5.2.1 路面损坏检测方法 116
5.2.2 路面图像分析 121
5.2.3 路面裂缝分析 126
5.2.4 路面点云数据处理 135
5.3 路面平整度检测 142
5.3.1 国际平整度指数 142
5.3.2 平整度测量方法 144
5.3.3 平整度数据处理 146
5.3.4 试验分析 148
5.4 路面车辙检测 150
5.4.1 车辙测量方法 150
5.4.2 车辙深度计算 152
5.4.3 试验分析 155
5.5 RTM系列道路智能检测装备及应用 156
5.5.1 装备组成 156
5.5.2 装备标定 160
5.5.3 系统软件 161
5.5.4 装备检定及应用 167
5.6 本章小结 172
参考文献 172
第6章 道路弯沉动态测量 174
6.1 概述 174
6.1.1 传统弯沉测量应用现状 175
6.1.2 动态弯沉测量研究现状 176
6.1.3 道路弯沉动态测量的特点与优势 177
6.2 道路弯沉动态测量理论基础 178
6.2.1 计算模型 178
6.2.2 变形速度测量 181
6.2.3 变形速度计算 185
6.2.4 弯沉计算 189
6.3 道路弯沉动态测量数据处理 190
6.3.1 多传感器数据预处理 191
6.3.2 路面变形速度计算 193
6.3.3 路面弯沉计算 195
6.3.4 弯沉修正 195
6.3.5 动态测量的验证与分析 198
6.4 激光动态弯沉测量装备及应用 203
6.4.1 装备组成 203
6.4.2 装备标定 206
6.4.3 数据采集和管理软件 210
6.4.4 装备检定及应用 213
6.5 本章小结 216
参考文献 217
第7章 隧道表观高效测量 218
7.1 概述 218
7.1.1 隧道的基本概念 218
7.1.2 公路隧道测量 221
7.1.3 地铁隧道测量 221
7.2 公路隧道表观测量 223
7.2.1 测量方法 223
7.2.2 序列图像处理 226
7.2.3 衬砌裂缝识别验证 239
7.2.4 公路隧道表观测量装备及应用 243
7.3 地铁隧道表观测量 249
7.3.1 测量方法 249
7.3.2 测量技术 251
7.3.3 地铁隧道表观测量装备及应用 258
7.4 水工隧洞表观测量 265
7.4.1 测量现状 265
7.4.2 表观测量方法 267
7.4.3 测量装备及应用 269
7.5 本章小结 275
参考文献 275
第8章 铁路轨道精密测量 277
8.1 概述 277
8.1.1 铁路轨道线形测量 277
8.1.2 铁路轨道扣件检测 280
8.1.3 铁路钢轨伤损检测 281
8.2 地铁轨道不平顺精密测量 282
8.2.1 轨道不平顺 282
8.2.2 地铁轨道不平顺测量方法 285
8.2.3 试验分析 287
8.3 钢轨表面伤损精密检测 290
8.3.1 钢轨三维断面测量 291
8.3.2 点云AICP算法配准 293
8.3.3 伤损检测算法 295
8.3.4 试验分析 297
8.4 轨道扣件精密检测 299
8.4.1 扣件数据获取方法 299
8.4.2 扣件安装状态检测 301
8.4.3 扣件几何参数计算 304
8.4.4 扣件紧固度测量 305
8.4.5 试验分析 307
8.5 本章小结 310
参考文献 311
第9章 堆石坝内部变形监测 312
9.1 概述 312
9.1.1 传统堆石坝内部变形监测方法 312
9.1.2 基于管道测量的堆石坝内部变形监测 314
9.2 堆石坝内部变形动态监测新方法 315
9.2.1 基于预埋管道的测量机器人动态监测方法 315
9.2.2 堆石坝内部变形监测管道 316
9.2.3 管道测量机器人及标定 319
9.2.4 测量数据处理方法 322
9.3 堆石坝内部变形动态监测应用 327
9.3.1 管道测量机器人试验 327
9.3.2 工程应用 331
9.4 本章小结 339
参考文献 340
第10章 排水管道连续检测 342
10.1 概述 342
10.2 流体驱动排水管道检测原理与装置 343
10.2.1 流体驱动排水管道检测 344
10.2.2 排水管道检测胶囊 345
10.3 排水管道检测胶囊数据处理 348
10.3.1 视觉与运动传感器融合的管道定位 348
10.3.2 排水管道检测图像病害识别 355
10.4 排水管道检测胶囊试验与工程应用 361
10.4.1 排水管道检测胶囊试验 361
10.4.2 工程应用 362
10.5 本章小结 368
参考文献 368
第11章 动态精密工程测量拓展应用 369
11.1 大型堆场体积测量 369
11.1.1 三维堆场体积测量方法 369
11.1.2 大型堆场三维测量系统 375
11.1.3 工程应用 378
11.2 水岸一体地形测量 382
11.2.1 船载水岸一体地形测量方法 382
11.2.2 船载水岸一体地形测量系统 383
11.2.3 工程应用 388
11.3 室内三维测图 390
11.3.1 室内三维测图研究现状 391
11.3.2 室内三维测图方法 391
11.3.3 室内三维测图系统 395
11.3.4 工程应用 396
11.4 本章小结 400
参考文献 400
第12章 动态精密工程测量发展展望 402
序一
序二
前言
第1章 动态精密工程测量概述 1
1.1 工程测量 1
1.2 动态精密工程测量 3
1.2.1 精密工程测量及其特点 3
1.2.2 动态精密工程测量及其特点 5
1.3 动态精密工程测量分类与研究内容 10
1.3.1 动态精密工程测量分类 10
1.3.2 研究内容 12
1.4 动态精密工程测量应用 13
1.5 本章小结 17
参考文献 17
第2章 动态测量时空基准 19
2.1 时间系统和时间基准 19
2.1.1 时间系统 19
2.1.2 时间基准 21
2.2 空间基准及定位原理 22
2.2.1 坐标系统与坐标转换 22
2.2.2 定位定姿原理 27
2.3 动态测量定位定姿方法 32
2.3.1 开放场景动态定位定姿 32
2.3.2 封闭场景动态定位定姿 38
2.4 本章小结 43
参考文献 44
第3章 多传感器集成动态测量 45
3.1 动态测量典型场景及系统 45
3.1.1 道路动态测量 45
3.1.2 铁路动态测量 46
3.1.3 水面动态测量 47
3.1.4 空中动态测量 48
3.1.5 其他场景动态测量 50
3.2 动态测量常用传感器 52
3.2.1 定位定姿传感器 53
3.2.2 场景测量传感器 54
3.3 多传感器集成方法 58
3.3.1 时间基准生成 58
3.3.2 多传感器同步控制 60
3.3.3 多传感器标定与时空数据关联 62
3.4 本章小结 64
参考文献 64
第4章 动态精密工程测量数据处理 65
4.1 数据类型和处理方法 65
4.1.1 测量数据类型与特征 65
4.1.2 测量误差的来源与类型 68
4.1.3 典型测量数据处理方法 70
4.1.4 动态精密工程测量处理方法 73
4.2 多传感器数据滤波融合 74
4.2.1 卡尔曼滤波 75
4.2.2 粒子滤波 76
4.2.3 图优化 78
4.3 测量数据信息增强 79
4.3.1 点云数据信息增强 79
4.3.2 图像数据信息增强 83
4.4 测量数据配准拼接 87
4.4.1 点云数据配准拼接 87
4.4.2 图像数据配准拼接 88
4.4.3 点云图像数据配准 93
4.5 目标特征识别提取 94
4.5.1 通用机器学习方法 95
4.5.2 深度学习方法 97
4.6 本章小结 105
参考文献 105
第5章 道路路面智能检测 107
5.1 概述 107
5.1.1 道路检测技术现状 107
5.1.2 道路检测技术发展趋势 112
5.1.3 路面技术状况指标 112
5.2 路面损坏检测 116
5.2.1 路面损坏检测方法 116
5.2.2 路面图像分析 121
5.2.3 路面裂缝分析 126
5.2.4 路面点云数据处理 135
5.3 路面平整度检测 142
5.3.1 国际平整度指数 142
5.3.2 平整度测量方法 144
5.3.3 平整度数据处理 146
5.3.4 试验分析 148
5.4 路面车辙检测 150
5.4.1 车辙测量方法 150
5.4.2 车辙深度计算 152
5.4.3 试验分析 155
5.5 RTM系列道路智能检测装备及应用 156
5.5.1 装备组成 156
5.5.2 装备标定 160
5.5.3 系统软件 161
5.5.4 装备检定及应用 167
5.6 本章小结 172
参考文献 172
第6章 道路弯沉动态测量 174
6.1 概述 174
6.1.1 传统弯沉测量应用现状 175
6.1.2 动态弯沉测量研究现状 176
6.1.3 道路弯沉动态测量的特点与优势 177
6.2 道路弯沉动态测量理论基础 178
6.2.1 计算模型 178
6.2.2 变形速度测量 181
6.2.3 变形速度计算 185
6.2.4 弯沉计算 189
6.3 道路弯沉动态测量数据处理 190
6.3.1 多传感器数据预处理 191
6.3.2 路面变形速度计算 193
6.3.3 路面弯沉计算 195
6.3.4 弯沉修正 195
6.3.5 动态测量的验证与分析 198
6.4 激光动态弯沉测量装备及应用 203
6.4.1 装备组成 203
6.4.2 装备标定 206
6.4.3 数据采集和管理软件 210
6.4.4 装备检定及应用 213
6.5 本章小结 216
参考文献 217
第7章 隧道表观高效测量 218
7.1 概述 218
7.1.1 隧道的基本概念 218
7.1.2 公路隧道测量 221
7.1.3 地铁隧道测量 221
7.2 公路隧道表观测量 223
7.2.1 测量方法 223
7.2.2 序列图像处理 226
7.2.3 衬砌裂缝识别验证 239
7.2.4 公路隧道表观测量装备及应用 243
7.3 地铁隧道表观测量 249
7.3.1 测量方法 249
7.3.2 测量技术 251
7.3.3 地铁隧道表观测量装备及应用 258
7.4 水工隧洞表观测量 265
7.4.1 测量现状 265
7.4.2 表观测量方法 267
7.4.3 测量装备及应用 269
7.5 本章小结 275
参考文献 275
第8章 铁路轨道精密测量 277
8.1 概述 277
8.1.1 铁路轨道线形测量 277
8.1.2 铁路轨道扣件检测 280
8.1.3 铁路钢轨伤损检测 281
8.2 地铁轨道不平顺精密测量 282
8.2.1 轨道不平顺 282
8.2.2 地铁轨道不平顺测量方法 285
8.2.3 试验分析 287
8.3 钢轨表面伤损精密检测 290
8.3.1 钢轨三维断面测量 291
8.3.2 点云AICP算法配准 293
8.3.3 伤损检测算法 295
8.3.4 试验分析 297
8.4 轨道扣件精密检测 299
8.4.1 扣件数据获取方法 299
8.4.2 扣件安装状态检测 301
8.4.3 扣件几何参数计算 304
8.4.4 扣件紧固度测量 305
8.4.5 试验分析 307
8.5 本章小结 310
参考文献 311
第9章 堆石坝内部变形监测 312
9.1 概述 312
9.1.1 传统堆石坝内部变形监测方法 312
9.1.2 基于管道测量的堆石坝内部变形监测 314
9.2 堆石坝内部变形动态监测新方法 315
9.2.1 基于预埋管道的测量机器人动态监测方法 315
9.2.2 堆石坝内部变形监测管道 316
9.2.3 管道测量机器人及标定 319
9.2.4 测量数据处理方法 322
9.3 堆石坝内部变形动态监测应用 327
9.3.1 管道测量机器人试验 327
9.3.2 工程应用 331
9.4 本章小结 339
参考文献 340
第10章 排水管道连续检测 342
10.1 概述 342
10.2 流体驱动排水管道检测原理与装置 343
10.2.1 流体驱动排水管道检测 344
10.2.2 排水管道检测胶囊 345
10.3 排水管道检测胶囊数据处理 348
10.3.1 视觉与运动传感器融合的管道定位 348
10.3.2 排水管道检测图像病害识别 355
10.4 排水管道检测胶囊试验与工程应用 361
10.4.1 排水管道检测胶囊试验 361
10.4.2 工程应用 362
10.5 本章小结 368
参考文献 368
第11章 动态精密工程测量拓展应用 369
11.1 大型堆场体积测量 369
11.1.1 三维堆场体积测量方法 369
11.1.2 大型堆场三维测量系统 375
11.1.3 工程应用 378
11.2 水岸一体地形测量 382
11.2.1 船载水岸一体地形测量方法 382
11.2.2 船载水岸一体地形测量系统 383
11.2.3 工程应用 388
11.3 室内三维测图 390
11.3.1 室内三维测图研究现状 391
11.3.2 室内三维测图方法 391
11.3.3 室内三维测图系统 395
11.3.4 工程应用 396
11.4 本章小结 400
参考文献 400
第12章 动态精密工程测量发展展望 402
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动态精密工程测量 节选
第1章 动态精密工程测量概述 测绘学是研究地球和其他实体与时空分布有关信息的采集、存储、处理、分析、管理、传输、表达、分发和应用的科学与技术。测绘学具有悠久的历史，包括大地测量、工程测量、摄影测量与遥感、地图制图、不动产测量、海洋测量、地理信息系统等学科。工程测量是在测绘学中从业人员*多、应用性*强的一个分支。 1.1 工程测量 工程测量是研究工程、工业和城市建设及资源开发各个阶段中所进行的地形和有关信息的采集和处理、施工放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和技术，以及对测量和工程有关的信息进行管理和使用[1]。工程测量是测绘科学与技术在城市建设、工业制造、交通工程、水利工程、地下工程、管线工程、海洋工程等的直接应用，为其设计、建设、运营提供基础保障，在国民经济和国防建设中具有重要作用。 工程测量是测绘学中历史*为悠久的一个分支。人类发展文明史是改造自然的历史。远古时代，人类不断与自然界斗争，从原始的刀耕火种走向了井田阡陌，改造自然，提高劳动生产率。早在古埃及时代，人类就开始丈量土地，进行土地平整，建造巨大的建筑物。从金字塔到万里长城，从古罗马输水道到都江堰水利工程，从中国黄石铜绿山矿到奥地利哈尔施塔特盐矿，这些大型宗教、建筑、水利、采矿工程通过测量进行选址、轴线定位、定向、施工放样以及维护监测。与此同时，不同的工程建设需求对测量技术不断提出新的挑战，如黄河河道整治、京杭大运河等水利工程对高程测量提出要求，北京故宫、圆明园等工程对施工测量提出要求，促进了工程测量技术的发展和完善，保证工程建设按照设计进行，实现人类对自然的改造。由此可以看出，人类发展文明史也是工程建设的历史，更是工程测量的发展史。 自工业革命以来，科学和技术突飞猛进，人类生产生活方式发生了重大变化，工业和贸易规模迅速扩张，居民聚集程度不断提高，修建了越来越多的人类定居点，大量的现代城市逐渐形成。一方面，城市中的居住区、工厂、道路等工程建筑物密集且规模庞大，对工程测量的精度、效率和作业过程提出了新要求。1689年，法国路易王朝开始修建凡尔赛宫，占地面积111万m2，其中建筑面积为11万m2，共有1300多个房间。另一方面，随着机械和光学技术的进步，现代工程测量手段开始出现。1730年，英国机械师西森研制了经纬仪，利用望远镜、度盘进行角度测量，提高了角度的观测精度，简化了方向测量与计算。经纬仪首先被应用于航海和军事制图，随后角度测量继续发展，并被逐渐应用于工程测量。1887年，法国开始建造高达300m的埃菲尔铁塔，为了保障18038个钢铁构件能够按照设计图纸进行精确组装，精准施工放样必不可少。制造者利用当时先进的经纬仪进行施工测量，保障了埃菲尔铁塔按期建成。随着工程测量技术的不断变革，工程建筑物曰益庞大而复杂。1930年，美国在纽约曼哈顿岛历时410天建成高达381m的帝国大厦。1994年，我国在湖北宜昌开始修建三峡大坝，坝高181m，正常蓄水位175m，总库容393亿m3，安装32台单机容量为70万kW的水电机组，装机容量达到2240万kW。为了保障三峡大坝的建设与运营，共在坝体安装埋设正垂线、倒垂线、引张线、伸缩仪、精密量距、静力水准仪、精密水准仪、多点位移计等工程测量仪器1.2万余支，遍布三峡枢纽。 工程测量贯穿工程建设的规划设计、施工建设和运营管理三个阶段，如图1.1所示，其主要任务是进行地形图测绘、工程控制网布设及其优化设计、施工放样、工程变形监测分析和预报等工作。 图1.1 工程测量 （1）在规划设计阶段，工程测量通过控制测量、摄影测量等技术，利用经纬仪、水准仪进行测量，或者利用高清相机成像，获得工程区域的地形地貌，提供各种比例尺的地形图、正射影像图或者高程模型，为建筑、规划或者土木工程设计人员提供基础数据，支撑项目选址、选线评估。例如，新城区修建时进行地形图测绘，为城市的建筑物、道路、管道等布设提供依据；高速公路和高速铁路在规划阶段利用航空摄影快速获取指定带状区域的髙清影像图，辅助进行线路走向评估。 （2）在施工建设阶段，工程测量根据工地的地形、工程性质、施工的组织和计划等，建立平面控制网和高程控制网，将所设计的工程建筑物按照施工要求在现场标定，进行定线放样，测量工程建筑物的几何尺寸并进行施工质量控制。例如，在高层建筑物建设期间，需要布设平面控制网和高程控制网，随着建设进度推移不断进行施工放样，保障建筑物严格按照设计施工至正确的平面位置及髙程；在工程现场周边进行沉降观测，防止发生关联灾害，保障施工安全；建设公路隧道时，进行洞内导线测量，不断校正隧洞掘进方向，保证隧洞顺利贯通。 （3）在运营管理阶段，需要对工程建筑物的水平位移、沉陷、倾斜以及摆动进行定期或持续的监测，监视工程建筑物的安全状态；对大型工业设备进行日常检测和调校，保障其按设计要求安全运行。例如，三峡大坝建设完成后，需要对坝体进行周期性的位移监测和沉降观测，辅助进行大坝的蓄水、发电与防洪决策；摩天大楼使用时需要进行年度沉降监测，防止大楼出现不均匀沉降。 近半个世纪以来，受益于空间科学、信息科学、现代光电技术、传感技术以及精密机械技术的发展，先进的工程测量仪器陆续出现，如光电测距仪、电子经纬仪、数字水准仪等。全站仪集成电子经纬仪、光电测距仪和通信模块，能够同时测量角度和距离，并传输测量数据，功能更加强大，给工程测量带来了巨大变化，改变了传统工程测量的作业方式。工程测量的信息化水平也得到了极大提升。工程测量的应用范围越来越广，不仅研究传统工程测设理论、技术和方法，而且还要延伸到国防工业、特种工业精密安装、环境和文物保护等领域，其服务范围涉及地面、地下、水下、太空、民用和军用等，其服务的行业包括市政、交通、水利、矿山、电力、航空航天与房地产等各类工业（厂），以及医疗、公共安全、国防等。与此同时，工程测量的精度、效率和可靠性也正在逐步提高[2]。 随着工程建设的持续发展，大型、特大型工程数量不断增多，其复杂程度进一步提高，安全运维的风险也逐渐增长，这对工程建筑物的运营管理也提出了更高要求，其服役状态的监测周期不断缩短。规划设计与施工建设的测量问题已基本解决，工程测量的主要应用场景转变为以服务于运营管理测量为主，测量精度逐渐提高，测量速度和效率不断提升[3]。随着动态精密工程测量理论和技术的不断完善，工程测量正在发生深刻的变革。 1.2 动态精密工程测量 1.2.1 精密工程测量及其特点 随着现代科学和工程技术的不断进步，科学研究和工程应用不断向宏观的深空、深地、深海和微观的粒子、微纳方向拓展，重大工程项目和大科学工程得到了蓬勃的发展，如港珠澳大桥[4]、中国高速铁路[5，6]、载人航天工程等重大工程[7]。这些工程规模大、结构复杂、构件多样，为了保证它们的正常运营和高度稳定，不仅要求以髙精度定位安装，而且要在运营维护期间监测其微小变形，并将其校准到正确位置。大型工程的施工、安装、检测、控制和监测对工程测量提出了更高的要求[8]。例如，安装500m口径球面射电望远镜的抛物面反射镜（图1.2（a））时，其相对精度要求髙达0.1mm；散裂中子源粒子加速器包括200m直线加速器和400m同步环形加速器，其准直测量的平面位置精度为0.3mm。我国建设了数万千米的髙速铁路网（图1.2（b）），服务高铁建设的CPIII控制点精度要求在毫米级，保障高铁安全运行的轨道检测精度也需要达到亚毫米级。大型工程建筑物，如广州新电视塔“小蛮腰”、深圳平安国际金融中心、上海中心大厦、北京大兴机场等，其设计和施工均要求高精度工程测量保障，其测量精度通常在毫米级。这些工程测量工作形成了工程测量的前沿方向，即精密工程测量。 图1.2 精密工程测量 和普通工程测量不同，精密工程测量在精度要求、测量对象、仪器设备、测量方法的等方面都存在一定的差别。 1.测量精度高 根据《精密工程测量规范KGB/T15314—94）[9]的要求，精密工程测量的绝对测量精度应达到毫米量级，甚至亚毫米。例如，一级精密距离测量的中误差应小于0.05mm；在修建速度为350km/h的高速铁路时，为了达到高速行驶条件下旅客列车的安全性和舒适性，《城市轨道交通无砟轨道技术条件》（GB/T38695—2020）？要求采用髙精度双频全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）接收机，建设高精度平面控制网；上海同步辐射光源大科学装置包括长为20m的直线加速器、长为180m的增强器和长为432m的储存环，在安装时要求垂直于电子流方向的测量误差小于0.05mm。 2.服务对象复杂 工程测量大都针对简单建筑物进行，占地面积小，空间范围有限，测量作业相对容易。精密工程测量对象通常是摩天大楼、跨江/跨海大桥、超长隧道、高速铁路、粒子加速器等重大工程，这些工程建筑物构件多、结构复杂、空间范围广泛，测量困难多、要求高且难度大[8]。武广高速铁路长度超过1000km，其CPIII控制网包含3万多个控制测量点。港珠澳大桥海底沉管隧道长5664m，由33节巨型沉管和1个合龙段接头组成，*大安装水深超过40m，数万吨沉管在海平面以下13～44m的水深处进行对接，需要水下精密施工测量，将对接误差控制在2cm以内[4]。 3.测量仪器专用 测量仪器是精密工程测量发展的重要推动力。精密工程测量通常使用精度更高的测量仪器，如测角精度为0.5"的高精度经纬仪、高精度激光测距传感器、高精度激光准直系统等，这些仪器性能好，精度高，稳定性强。近年来，精密工程测量仪器在测量精度、测量范围、测量自动化等方面都有了显著的进步，激光跟踪仪、激光扫描仪、测量机器人、高精度GNSS接收机等为精密工程测量提供了技术保障。许多工程场景环境特殊，测量要求高，需要研制专用的精密测量设备。例如，高速公路路面检测要求尽量不干扰路面交通，必须研制专用的车载道路路面检测系统，利用高精度结构光三维测量传感器、高分辨率相机、惯性测量传感器以及GNSS接收机，获取路面精细三维点云和纹理，快速高效地实现路面车辙、平整度、裂缝、破损等病害的连续检测，从而实现道路路面病害普査[11]。 4.多学科交叉 精密工程测量集成了工程技术、计算机技术、电子信息技术和自动控制技术，涉及建筑学、地质学、海洋学、材料学、工程学等，具有典型的前沿交叉性质，始终是工程测量的发展热点和前沿方向。在应用方面，精密工程测量也具有非常典型的前沿交叉特征，服务于大型建筑、交通工程、水利枢纽、大科学装置、探月工程，并逐渐向地下、水下、太空等更深、更远地方延伸，同时和土木工程、水利工程、航空航天等学科深度交叉融合。 1.2.2 动态精密工程测量及其特点 改革开放以来，随着经济的快速发展，我国工程建设突飞猛进，工程建筑物，特别是民用建筑物（如高速公路、高速铁路、城市地铁、水利枢纽、大型机场、输电线路、大型管道）等规模迅速扩大。图1.3展示了我国髙速公路与髙速铁路通车里程的发展历程。1988年，我国**条高速公路一沪嘉髙速公路建成通车，截至2020年底，我国高速公路通车里程已达到16.10万km。2008年，我国**条设计速度为350km/h的高速铁路——京津城际铁路开通，截至2020年底，我国高速铁路通车里程已达到3.8万km，对百万人口以上城市覆盖率超过95%。与此同时，摩天大楼、公路/铁路隧道、跨江/跨海大桥等规模巨大的工程建筑物数量与日倶增，这对工程测量在工程建设、运营和维护过程中的应用提出了更高的要求。 图1.3 我国重要道路基础设施发展历程 （1）重大工程如高速公路、高速铁路、地铁是国民经济建设的动脉，水利枢纽、核电站是动力源泉，摩天大楼组成的中央商务区是国民经济建设的“加油站”，其服役状态不断发生变化，超过一
动态精密工程测量 作者简介
李清泉，1965年1月生，安徽天长人；二级教授，博士生导师，靠前欧亚科学院院士。1981年进入武汉测绘科技大学（现为武汉大学）工程测量专业学习，获工学硕士学位，后师从李德仁院士攻读摄影测量与遥感专业博士，获工学博士学位。长期从事动态精密工程测量、3S集成、时空大数据分析等方面的研究，突破了影响基础设施安全的刚度／弯沉、表观变形和线形变化连续高精度动态测量等关键难题，形成了动态精密工程测量理论方法与技术体系，发明研制了系列专用测量装备，服务我国70%以上等级公路、数百个城市市政道路，以及机场、隧道、地铁、大坝、管网等基础设施安全状态测量，推动了精密工程测量从“静态到动态”“离散到连续”“人工到智能”的转变，显著提升了我国基础设施安全状态测量技术水平，实现了靠前化推广，为工程测量学科发展做出了突出贡献。 李清泉共出版专著5部，发表论文300余篇；荣获中国青年科技奖、全国创新争先奖、何梁何利科技进步奖；获授权靠前、国内发明40余项，国家技术发明奖二等奖1项，国家科学技术进步奖二等奖1项，重量教学成果奖二等奖1项，国家科学技术进步奖（创新团队）1项；获省部级科技进步奖一等奖7项，培养数十名博士、硕士研究生。自1996年至今，先后担任武汉测绘科技大学科研处处长、副校长；武汉大学副校长、常务副校长；深圳大学校长、党委书记。
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