工程测量理论方法探析
工程测量是测绘技术在工程建设中的应用，对整个测绘科学技术和计算都有很高的要求。本文通过对工程测量的介绍，对工程测量的分类以及理论方法等进行了相关探讨，对几种常见的工程测量理论方法进行了归纳。
(一)工程测量的概述
工程测量是指在工程建设的各个环节中实施的测量活动，包括工程的设计、管理以及施工等环节。测量活动中的测量理论方法以及测量技术等，都属于工程测量的范畴。从学术角度来说，工程测量源于测绘科学，是测绘技术在建筑与经济中地发展与运用，工程测量通过对测绘技术的综合有效运用，为整个工程建设事业服务。工程测量在实际的建设项目中主要应用于水利水电、市政建设、地质能源勘探、道路交通施工、航天以及国防等方面。
(二)工程测量的分类
常见的工程测量可以分为以下几种：
1、根据工程建设的进程进行分类
工程测量根据工程建设的施工进程可以分为对项目规划设计环节地测量、对项目施工环节地测量以及对项目完工后运营环节地测量三个部分。
1.1 对项目规划设计环节的测量
该测量环节的主要工作内容是为项目施工设计和规划提供地形及地理资料等，通过对地形地理资料地测量和提供，为项目设计和规划提供支持。对地形地理资料地测量和获取可以通过在控制测量基础上的地面测图测量以及航空摄影测量方式来完成。
1.2 对项目施工环节的测量
对施工环节的测量任务主要有：根据工程项目的设计要求进行实地建筑物的标定，包括对建筑物平面位置以及高程地标定等。通过对建筑物的实地标定，为后续工程施工工作提供依据。
1.3 对项目完工后运营环节的测量
该阶段的测量工作主要包括完工验收测量、管理以及检测工程的运行状况测量等，工程运行状况的管理和测量包括对工程的安全状况以及对工程的日常养护及维修等。
2、根据工程测量所在工种进行分类
根据工程测量所在项目的工种分类，工程测量可以分为对建筑工程的测量、对电网线路的测量、对公路桥梁隧道的测量以及对水利工程、矿山勘查等项目的测量。另外，工程建设中摄影技术测量的应用测量属于工程摄影测量，利用高精度测量仪器的项目测量属于高精度工程测量，等等。同时，在工程项目各环节的测量工作中，都需要注意测量的误差，通过科学合理的误差分析方法以及测量平差理论等来作为正确合理的测量手段。
工程测量中常用的理论方法主要有测量平差理论法和工程控制网优化设计理论法两种。
(一)测量平差理论法
测量平差理论法是采用最小二乘法原理来处理各种观测结果的理论和计算方法。测量平差理论法的测量目的是为了尽量消除各观测值间的矛盾，以获得最可靠的评定测量精度和结果，因为在实际工程测量过程中，只要是测量活动，只要有多余的观测，就会出现平差的问题。测量平差理论法中采用的测量方法是最小二乘法，最小二乘法包括了测量环节中平差、滤波以及推估等方面的测量和计算。
常见的平差模型为概括平差模型，该模型一般都附有限制条件。测量误差相关理论主要应用于模型误差的研究方面，主要研究方向是平差中函数以及该函数模型，还有对随机模型误差地研究;模型测量误差对模型参数估计方面以及对残差统计性质方面地影响;测量误差理论对病态方程以及控制网的观测方案设计也有所研究。此外，自由网平差以及拟稳平差是依据变形监测网稳定性检测的需求而产生和发展的，观测值粗差的有关研究对控制网可靠性地发展起到了推动作用，面对观测值粗差客观存在的实际现象，产生了抗差估计法。
测量平差法的测量步骤为：首先进行数据观测，并对数据进行检验和核查，确保起始数据的正确性，其次，根据测量数据列出条件方程式和误差方程式，然后根据最小二乘法理论原理来进行平差计算。最后还需要对测量和计算出的平差结果进行评估和鉴定。测量平差根据观测量之间的相互关系，分为相关和不相关的平差。平差计算的方法有直接平差法、间接平差法、条件平差法、附有条件的间接平差法以及附有未知数的条件平差法等。
(二)工程控制网优化设计理论法
工程控制网的优化设计方法主要有解析法和模拟法两种，还包括对变形观测数据处理。
1、解析法
工程控制网优化设计的解析法是通过对目标函数以及约束条件的构造，计算目标函数的极大值与极小值的方法。常用的解析法是将工程控制网的质量指标设定为目标函数和约束条件，一般来说，工程控制网的质量指标包括网的精度、可靠度以及网的投资费用等，在变形监测网中网的质量还包括灵敏度以及可区分性等。
根据固定参数与待定参数的具体情况，控制网的平差模型中，对控制网的优化设计分为零类、一类、二类和三类四种优化设计方案，每种设计方案都涉及到控制网的设计标准，网的观测值精度和网的观测方案等方面。在实地工程测量中，对施工控制网以及安装、监测控制网都要进行优化设计，保证工程测量的有效性。此外，工程控制网在GPS定位技术以及电磁波测距技术的条件下，几何图形概念同传统测角网有所不同。
2、模拟法
工程控制网的优化设计中，除了一些秘密控制网的解析法优化设计程序需要专门编写，其它的工程控制网都可以利用模拟法进行设计。模拟优化法优化设计是根据工程设计资料以及相关的地图资料在地图上进行选点和布网，然后计算出布网点近似坐标，最后模拟可行的观测方案，可以通过专业测量仪器进行观测值精度的确定，进一步做好观测值的模拟工作。
进行模拟法优化设计，需要通过优质的软件进行试算工作，试算软件需要具有平差测算功能，可以对控制网的各种指标包括精度、灵敏度及可靠性等进行有效地计算，通过计算来获得可行的工程控制网优化设计方案，对优化方案地获取，可以将模拟观测值进行平差计算，通过观测值粗差计算来保证控制网的精确性，最终，可以将计算出的各项指标与设计目标进行对比，来获得最优设计方案。
(三)对变形观测数据的处理
对变形观测数据的处理方法有典型的变形过程曲线法、几何分析和物理解释法、变形分析与预报的系统论方法三种。其中，通过绘制变形观测数据的变形过程曲线可以很好的进行数据地处理，通过过程曲线还可以对数据的趋势做出判断。对变形观测数据做多元回归以及逐步回归分析和计算，可以得到变形数据的函数关系，用于对数据变形地预报;此外，最初开始模型的初步鉴别，然后进行模型参数估计以及模拟统计检验及，最后进行最佳模型地选取，通过这三个过程可以将变形观测数据进行物理解释;最后，目前的变形数据处理正向着现代系统论指导下的变形分析与预报方向发展。
随着社会地进步和科技地发展，现代工程建设事业对工程测量技术和手段提出了新地要求，同时，现代科学技术水平地发展也同样促进了测绘技术地进步，工程测量方法和技术在面临着当下时代发展的严峻挑战时，也同样面临着巨大的机遇。现代测绘技术中对地理信息系统、摄影测量系统与遥感技术以及数字化的测绘技术等手段的全面运用，对我们的工程测量理论方法和实际操作手段都提供了很好的帮助，我们的工程测量工作正朝着更高水平的方向稳步发展着。
文/《建筑工程技术与设计》,李纪全， 2016(16)
整理：陈柳林
审核：高冲
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