探讨近代地下工程测量的发展
【Abstract】Underground project is defined measurements pointed out the importance of modern underground engineering survey, briefly addressed the development of measuring instruments; in theoretical development, the emphasis on the control network optimization design, deformation monitoring and data processing, adjustment method are summarized and reviewed, and prospects of modern underground engineering measurement of a number of development direction.
【Key words】Underground engineering measurement; Survey adjustment
1.概述地下工程测量是工程测量学的一个分支，主要是研究地下、水下具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。众所周知，工程测量的研究应用领域非常广泛，而解决每一个工程问题首先得解决地下问题。地下工程是工程测量的基础，是工程的首要也是重要问题。目前国内把工程建设有关的地下工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分；也有按行业划分成：线路(铁路、公路等)地下工程测量、桥隧工程测量、建筑地下工程测量、矿山测量、海洋工程测量等，几乎每一行业和地下工程测量都有密切的联系。
随着经济快速发展、人口高速增长以及人类生态环境的恶化，世界各国为了提高土地利用率与节省土地资源，疏导交通，减少环境污染等，正积极开发地下空间。1991年在东京召开的城市地下空间利用国际学术会议上通过了《东京宣言》，提出了：二十一世纪是人类地下空间的开发利用的世纪。1998年在莫斯科召开了以“地下城市”为主题的地下空间国际会议。在工程实践方面，瑞典、娜威、加拿大、日本、美国和芬兰等国在地下空间利用领域已达到相当的规模和水平，地下空间的开发利用，己成为世界性发展趋势。我国人口众多、土地资源相对稀少、城市人口居住密集，开发利用地下空间也将成为我国发展的必然趋势。 然而，我国在地下工程实践方面起步稍晚，工程实践理论和技术相对薄弱。 随着地下空间的开发利用，地下工程施工实践越来越多。特别是在地下交通运输工程(如公路隧道、铁路隧道、地下铁道、过河隧道、地下邮政运输道、地下垃圾运输道等)和地下管沟工程(如给水、排水、雨水、电力、电讯、煤气、热力综合管沟通道)以及矿山测量方面的工程实践较多。近几十年来，地下土程暗挖施工技术(如盾构和顶管)在地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道建设中有明显优点，在建造穿越水域、沼泽地和山地的公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法和顶管法因为它们在特定条件下的经济合理性而得到广泛采用。
由此可见，地下工程测量在测绘学的发展以及实际的工程应用中作用是显著的，开发利用好地下空间、地下工程是搞好工程测量首要的、基本的问题。
2. 地下工程测量目前的发展状况地下工程测量的发展与现实的测量仪器、技术和工程有着密切的关系。有了新型仪器，如何尽快应用到实际工程中；反过来，有了新的工程，如何开发新的测量仪器、研究新的测量技术与方法，来满足新工程的特殊要求。如此反复，推动着地下工程测量向前发展。因此理论方法和测量仪器的发展总是相辅相成的。
2.1地下工程测量理论方法的发展。
2.1.1控制网的优化设计。网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或极小值。一般将网的质量指标作为目标函数或约束条件。网的质量指标主要有精度、可靠性和建网费用，对于变形监测网还包括网的灵敏度或可区分性。对于网的平差模型而言，按固定参数和待定参数的不同，网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计，涉及到网的基准设计，网形、观测值精度以及观测方案的设计。在工程测量中，施工控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。由于采用GPS定位技术和电磁波测距，网的几何图形概念与传统的测角网有很大的区别。除特别的精密控制网可考虑用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外，其他的网都可用模拟法进行设计。模拟法优化设计的软件功能和进行优化设计的步骤主要是：根据设计资料和地图资料在图上选点布网，获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。模拟观测方案，根据仪器确定观测值精度，可进一步模拟观测值。计算网的各种质量指标如精度、可靠性、灵敏度。精度应包括点位精度、相邻点位精度、任意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度。进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵，协方差阵的主成份计算，特征值计算，点位误差椭圆、置信椭圆的计算等。可靠性包括每个观测值的多余观测分量(内部可靠性)和某一观测值的粗差界限值对平差坐标的影响(外部可靠性)。灵敏度包括灵敏度椭圆、在给定变形向量下的灵敏度指标以及观测值的灵敏度影响系数。将计算出的各质量指标与设计要求的指标比较，使之既满足设计要求，又不致于有太大的富余。通过改变观测值的精度或改变观测方案(增加或减少观测值)或局部改变网形(增加或减少网点)等方法重新作上述设计计算，直到获取一个较好的结果。
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