摘要：工程測量是測繪科學與技術在國民經濟和國防建設中的直接應用，是綜合性的應用測繪科學與技術,要求計算理論嚴密,測量方法嚴密。本文對工程測量進行了定義，按照工程建設進行的程序和工程種類進行了具體的，闡述了工程測量在理論方法方面的發展，重點對平差理論和程控制網優化設計理論和方法進行了歸納和總結。

　　關鍵詞：工程測量,平差理論,工程,優化設計

　　一、工程測量的定義

　　在工程建設的設計、施工和管理各階段中進行測量工作的理論、方法和技術，稱為工程測量。工程測量是測繪科學與技術在國民經濟和國防建設中的直接應用，是綜合性的應用測繪科學與技術，它直接為工程建設服務的，它的服務和應用范圍包括城建、地質、鐵路、交通、房地產管理、水利電力、能源、航天和國防等各種工程建設部門。

　　1、按照工程建設的進行程序分類

　　按工程建設的進行程序，工程測量可分為規劃設計階段的測量，施工興建階段的測量和竣工后的運營管理階段的測量。規劃設計階段的測量主要是提供地形資料。取得地形資料的方法是，在所建立的控制測量的基礎上進行地面測圖或航空攝影測量。

　　施工興建階段的測量的主要任務是，按照設計要求在實地準確地標定建筑物各部分的平面位置和高程，作為施工與安裝的依據。一般也要求先建立施工控制網，然后根據工程的要求進行各種測量工作。

　　竣工后的營運管理階段的測量，包括竣工測量以及為監視工程安全狀況的變形觀測與維修養護等測量工作。

　　2、按照工程測量所服務的工程種類分類

　　按工程測量所服務的工程種類，也可分為建筑工程測量、線路測量、橋梁與隧道測量、礦山測量、城市測量和水利工程測量等。此外，還將用于大型設備的高精度定位和變形觀測稱為高精度工程測量;將攝影測量技術應用于工程建設稱為工程攝影測量;而將以電子全站儀或地面攝影儀為傳感器在電子計算機支持下的測量系統稱為3維工業測量。

　　無論是工程進程各階段的測量工作，還是不同工程的測量工作，都需要根據誤差分析和測量平差理論選擇適當的測量手段，并對測量成果進行處理和分析，也就是說，測量數據處理是工程測量的重要內容。

　　二、測量平差理論

　　最小二乘法廣泛應用于測量平差。最小二乘配置包括了平差、濾波和推估。附有限制條件的條件平差模型被稱為概括平差模型，它是各種經典的和現代平差模型的統一模型。測量誤差理論主要表現在對模型誤差的研究上，主要包括：平差中函數模型誤差、隨機模型誤差的鑒別或診斷;模型誤差對參數估計的影響，對參數和殘差統計性質的影響;病態方程與控制網及其觀測方案設計的關系。由于變形監測網參考點穩定性檢驗的需要，導致了自由網平差和擬穩平差的出現和發展。觀測值粗差的研究促進了控制網可靠性理論，以及變形監測網變形和觀測值粗差的可區分性理論的研究和發展。針對觀測值存在粗差的客觀實際，出現了穩健估計(或稱抗差估計);針對法方程系數陣存在病態的可能，發展了有偏估計。與最小二乘估計相區別，穩健估計和有偏估計稱為非最小二乘估計。

　　巴爾達的數據探測法對觀測值中只存在一個粗差時有效，穩健估計法具有抵抗多個粗差影響的優點。建立改正數向量與觀測值真誤差向量之間的函數關系，可對多個粗差同時進行定位和定值，這種方法已在通用平差軟件包中得到算法實現和應用。

　　方差和協方差分量估計實質上是精化平差的隨機模型，過去一直僅停留在理論的研究上。實際中，要求對多種觀測量進行綜合處理，因此，方差分量估計已成為測量平差的必備內容了。目前，通用平差軟件包中已增加了該功能，但還需要在測量規范中明確提出來。需要指出的是：許多測量作業單位喜歡采用附合導線進行逐級加密，主要依據目前規范中有關一、二、三級導線和圖根導線的規定。無疑附合導線具有許多優點，但由于多余觀測少，發現和抵抗粗差的能力較弱，不宜濫用。建立一個區域的控制，首級網點采用GPS測量，下面最好用一個等級的導線網作全面加密。從測量平差理論來看，全面布設的導線網具有更好的圖形強度，精密較均勻，可靠性也較高。

　　三、工程控制網優化設計理論和方法

　　網的優化設計方法有解析法和模擬法兩種。

　　1、解析法

　　解析法是基于優化設計理論構造目標函數和約束條件，解求目標函數的極大值或極小值。一般將網的質量指標作為目標函數或約束條件。網的質量指標主要有精度、可靠性和建網費用，對于變形監測網還包括網的靈敏度或可區分性。對于網的平差模型而言，按固定參數和待定參數的不同，網的優化設計又分為零類、一類、二類和三類優化設計，涉及到網的基準設計，網形、觀測值精度以及觀測方案的設計。在工程測量中，施工控制網、安裝控制網和變形監測網都需要作優化設計。由于采用GPS定位技術和電磁波測距，網的幾何圖形概念與傳統的測角網有很大的區別。除特別的精密控制網可考慮用專門編寫的解析法優化設計程序作網的優化設計外，其他的網都可用模擬法進行設計。

　　模擬法優化設計的軟件功能和進行優化設計的步驟主要是：根據設計資料和地圖資料在圖上選點布網，獲取網點近似坐標(最好將資料作數字化掃描并在微機上進行)。模擬觀測方案，根據儀器確定觀測值精度，可進一步模擬觀測值。計算網的各種質量指標如精度、可靠性、靈敏度。精度應包括點位精標(最好將資料作數字化掃描并在微機上進行)。模擬觀測方案，根據儀器確定觀測值精度，可進一步模擬觀測值。計算網的各種質量指標如精度、可靠性、靈敏度。精度應包括點位精度、相鄰點位精度、任意兩點間的相對精度、最弱點和最弱邊精度、邊長和方位角精度。進一步可計算坐標未知數的協方差陣或部分點坐標的協方差陣，協方差陣的主成份計算，特征值計算，點位誤差橢圓、置信橢圓的計算等。可靠性包括每個觀測值的多余觀測分量(內部可靠性)和某一觀測值的粗差界限值對平差坐標的影響(外部可靠性)。靈敏度包括靈敏度橢圓、在給定變形向量下的靈敏度指標以及觀測值的靈敏度影響系數。將計算出的各質量指標與設計要求的指標比較，使之既滿足設計要求，又不致于有太大的富余。通過改變觀測值的精度或改變觀測方案(增加或減少觀測值)或局部改變網形(增加或減少網點)等方法重新作上述設計計算，直到獲取一個較好的結果。

　　在實踐中，總結出了下述優化設計策略：先固定觀測值的精度，對選取的網點，觀測所有可能的邊和方向，計算網的質量的指標，若質量偏低，則必須提高觀測值的精度。在某一組先驗精度下，若網的質量指標偏高了，這時可按觀測值的內部可靠性指標ri，刪減觀測值。ri太大，說明該觀測值顯得多余，應刪去;若ri很小，則該觀測值的精度不宜增加。這種根據ri大小來刪除觀測值的方法稱為從“密”到“疏”，從“肥”到“瘦”的優化策略。

　　2、模擬法

　　從模擬法優化設計的整個過程來看，它是一種試算法，需要有一個好的軟件。該軟件除具有通用平差軟件的功能外，在成果輸出的多樣性、直觀性，在可視化以及人機交互界面設計方面都有更高要求。同時也要求設計者具有堅實的專業知識和豐富的經驗。

　　用模擬法可獲得一個相對較優且切實可行的方案，可進一步用模擬觀測值作網的平差計算，同時可模擬觀測值粗差并計算對結果的影響。這種方法稱為數學扭曲法或蒙特卡洛法。對于一個精度、可靠性以及靈敏度要求極高的監測網或精密控制網，作上述優化設計和精細計算是十分必要的。

　　結束語：

　　工程技術的發展不斷對測量工作提出新的要求，同時，現代科學技術和測繪新技術的發展，給直接為經濟建設服務的工程測量帶來了嚴峻的挑戰和極好的機遇。特別是全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)、攝影測量與遙感(RS)以及數字化測繪和地面測量先進技術的發展，使工程測量的手段、方法和理論產生了深刻的變化。工程測量的領域在進一步擴展，而且正朝著測量數據采集和處理的自動化、實時化和數字化方向發展。