¿Métodos teóricos y aplicaciones técnicas de la medición en ingeniería?
La tecnología de topografía de ingeniería es una tecnología de topografía y cartografía que sirve a la construcción de ingeniería. Su desarrollo está estrechamente relacionado con el desarrollo de la tecnología de topografía y cartografía y la construcción de ingeniería. En toda construcción de ingeniería, el levantamiento de ingeniería es un trabajo básico extremadamente importante y ocupa una posición importante en toda la construcción de ingeniería. Tiene un impacto directo en el diseño y construcción del proyecto. Si hay errores en la construcción de medición, puede causar errores en toda la construcción del proyecto, afectando así la calidad de todo el proyecto.
1. Definición y Clasificación de Topografía de Ingeniería
Las teorías, métodos y técnicas de medición en las etapas de diseño, construcción y gestión de la construcción de ingeniería se denominan topografía de ingeniería. La topografía de ingeniería es la aplicación directa de la ciencia y la tecnología de topografía y cartografía en la economía nacional y la construcción de la defensa nacional. Es una aplicación integral de la ciencia y la tecnología de topografía y cartografía. Al atender directamente a la construcción de ingeniería, el alcance de los servicios y aplicaciones incluye construcción urbana, geología, ferrocarriles, transporte, gestión de bienes raíces, conservación de agua y electricidad, energía, aeroespacial, defensa nacional y otros departamentos de construcción de ingeniería.
1. Clasificados según procedimientos constructivos de ingeniería.
De acuerdo con los procedimientos de ingeniería de construcción, el estudio de ingeniería se puede dividir en la etapa de planificación y diseño, la etapa de construcción y la etapa de operación y gestión posterior a la finalización. Los levantamientos topográficos durante la etapa de planificación y diseño proporcionan principalmente datos del terreno. El método de obtención de datos topográficos es realizar mapeo terrestre o fotogrametría aérea basado en mediciones de control establecidas, la tarea principal de la medición durante la fase de construcción es calibrar con precisión la posición plana y la elevación de cada parte del edificio en el sitio de acuerdo con el diseño; requisitos como base para la construcción e instalación de acuerdo con.
2. Clasificación por servicios de encuestas de ingeniería.
Según los tipos de proyectos atendidos por el estudio de ingeniería, también se puede dividir en estudio de ingeniería de la construcción, estudio de líneas, estudio de puentes y túneles, estudio de minas, estudio urbano y estudio de ingeniería de conservación del agua. Además, el posicionamiento de alta precisión y la observación de la deformación de equipos grandes también se denomina topografía de ingeniería de alta precisión; la tecnología de fotogrametría se aplica a la construcción de ingeniería, llamada fotogrametría de ingeniería, se utilizan como sensores y se utilizan mediciones respaldadas por computadora; El sistema se llama medición industrial tridimensional.
2. Análisis de métodos en topografía de ingeniería
1. Teoría del ajuste topográfico
El método de mínimos cuadrados es ampliamente utilizado en el ajuste topográfico. La configuración de mínimos cuadrados incluye ajuste, filtrado y estimación. El modelo de ajuste condicional con restricciones se denomina modelo de ajuste generalizado y es un modelo unificado de varios modelos de ajuste clásicos y modernos. La teoría del error de medición se refleja principalmente en el estudio de los errores del modelo, que incluye principalmente: la identificación o diagnóstico de errores del modelo funcional y errores aleatorios del modelo en el ajuste; el impacto de los errores del modelo en la estimación de parámetros y las propiedades estadísticas de los parámetros y residuos; ; la relación entre ecuaciones mal condicionadas y Relación entre el diseño de la red de control y su esquema de observación. Debido a la necesidad de verificar la estabilidad de los puntos de referencia de la red de monitoreo de deformaciones, aparecieron y se desarrollaron el ajuste de red libre y el ajuste casi estable. El estudio de los errores brutos en los valores de observación ha promovido la investigación y el desarrollo de la teoría de la confiabilidad de la red de control y la teoría de la discriminación entre los errores brutos de deformación y los valores de observación en las redes de monitoreo de deformaciones.
2. Teoría y métodos de ingeniería de diseño y optimización de redes de control.
Existen dos métodos para el diseño de optimización de redes: método analítico y método de simulación. El método analítico construye la función objetivo y las condiciones de restricción con base en la teoría del diseño de optimización y resuelve el valor máximo o mínimo de la función objetivo. Debido a la tecnología de posicionamiento GPS y al alcance de ondas electromagnéticas, el concepto geométrico de la red es muy diferente de la red goniométrica tradicional. Además de las redes especiales de control de precisión, se pueden considerar programas de diseño de optimización analítica especialmente escritos para el diseño de optimización de redes, y se pueden diseñar otras redes utilizando métodos de simulación.
La función del software del diseño de optimización de simulación y los pasos del diseño de optimización son principalmente: de acuerdo con los datos de diseño y los datos del mapa, seleccionar puntos en el mapa para diseñar la red y obtener las coordenadas aproximadas de la nodos (preferiblemente datos escaneados digitales, en Hágalo en una microcomputadora). La confiabilidad incluye el componente de observación redundante de cada observación (confiabilidad interna) y el impacto del límite de error bruto de una observación en las coordenadas de ajuste (confiabilidad externa). La sensibilidad incluye la elipse de sensibilidad, el índice de sensibilidad bajo un vector de deformación dado y el coeficiente de influencia de la sensibilidad del valor observado. Comparar los indicadores de calidad calculados con los requeridos por el diseño para que puedan cumplir con los requisitos de diseño sin dejar demasiado margen. Al cambiar la precisión de los valores de observación, cambiar el esquema de observación (aumentar o reducir los valores de observación) o cambiar localmente la forma de la cuadrícula (aumentar o reducir el número de puntos de la cuadrícula), vuelva a realizar el diseño y el cálculo anteriores hasta obtener mejores resultados. se obtienen.
3. Procesamiento de datos de observación de deformación
3.1 Varios métodos típicos de procesamiento de datos de observación de deformación
El más simple y efectivo es dibujar la curva del proceso de deformación basándose en Según el método de procesamiento de datos de observación de deformación, las tendencias se pueden analizar a partir de las curvas de proceso. Si se realiza un análisis de regresión múltiple sobre los datos de observación de la deformación y los factores que influyen, y se realiza un cálculo de regresión por pasos, se puede obtener la relación funcional entre la deformación y los factores significativos, además de la explicación física, también se puede utilizar para la predicción de la deformación. El análisis de regresión múltiple requiere conjuntos de datos de series temporales largos y consistentes.
3.2 Análisis geométrico y explicación física de la deformación
Los métodos tradicionales dividen el procesamiento de los datos de observación de la deformación en análisis geométrico y explicación física de la deformación. El análisis geométrico describe las características espacio-temporales de la deformación e incluye principalmente tres pasos: identificación preliminar del modelo, estimación de los parámetros del modelo, pruebas estadísticas de simulación y selección del modelo óptimo.
Bajo la observación periódica de la red de referencia y la red relativa de la red de monitoreo de deformación, la prueba de estabilidad del punto de referencia y el cálculo del punto objetivo y el valor de desplazamiento son la base para establecer el modelo de deformación. La explicación física de la deformación radica en determinar la relación entre la deformación y la causa de la deformación, generalmente utilizando análisis estadístico y métodos de funciones deterministas. El análisis estadístico incluye análisis de regresión múltiple, análisis de correlación en la teoría del sistema gris y análisis de respuesta dinámica en el análisis del dominio de frecuencia de series temporales.
3.3 Método de la teoría de sistemas para el análisis y la predicción de deformaciones
El análisis y la predicción de deformaciones bajo la guía de la teoría de sistemas moderna es una dirección de investigación actual. El cuerpo deformable es un sistema complejo con una estructura de caja gris o caja negra de múltiples niveles y alta dimensión. Es no lineal, abierto (disipativo) y aleatorio, incluida la incertidumbre de la interferencia externa, la sensibilidad al estado inicial y la. naturaleza caótica del comportamiento a largo plazo del sistema. Además, también presenta características como autosimilitud, mutación, autoorganización y dinámica.
3. Análisis de aplicaciones de la tecnología de medición de ingeniería
1. Medición de control de ingeniería
La medición de control de ingeniería es la base y el punto de referencia de diversas mediciones de ingeniería. El desarrollo de la tecnología moderna de posicionamiento espacial, especialmente el GPS, proporciona un nuevo medio técnico para la medición de control y provoca cambios revolucionarios en la medición de control de planos de ingeniería. Los métodos tradicionales para establecer estudios de control de alto nivel (triangulación, trilateración, medición de esquinas y medición transversal) han sido reemplazados por estudios GPS. El desarrollo de estaciones totales mejoró la precisión de las mediciones de ángulos y distancias. En la actualidad, la precisión de la medición de ángulos de la estación total alcanza los 0,5 s, la precisión de la medición de la distancia alcanza (0,5 mm+1×10-6d) y el grado de automatización es cada vez mayor. La estación total automática puede identificar, rastrear y apuntar con precisión al objetivo automáticamente, simplificando así en gran medida la operación de observación del instrumento y se usa ampliamente en topografía de ingeniería.
2. Medición del replanteo de la construcción
A medida que la escala de la construcción de proyectos a gran escala se hace cada vez más grande, la estructura de ingeniería se vuelve cada vez más compleja y el grado de mecanización de la construcción aumenta. y más alto, la dificultad del replanteo de la construcción también aumenta cada vez más. En la actualidad, las estaciones totales desempeñan un papel importante en las mediciones de replanteo de la construcción, y el método de replanteo utiliza principalmente el método de coordenadas de la estación total. En el replanteo de curvas lineales, las coordenadas de medición de los puntos de curvas se calculan de acuerdo con el sistema de coordenadas de medición, y los puntos de curvas se replantean directamente con una estación total en el punto de control de medición, lo que simplifica la operación de replanteo de curvas lineales.
En la construcción de carreteras y montaje de tuberías, además de utilizar estaciones totales para replantear los puntos de los pilotes, la tecnología GPSRTK también se ha utilizado ampliamente en la producción. En la construcción de puentes y puertos, la tecnología GPSRTK también se utiliza para medir la posición de los pilotes en el agua. Instale dos receptores GPSRTK en el martinete para formar una relación geométrica fija, mida la posición y orientación del martinete en tiempo real y tome muestras de la posición del pilote. Las funciones de seguimiento automático y operación de telemetría de la estación total crean las condiciones para la medición dinámica de la construcción en tiempo real.
3. Medición industrial
Los métodos de medición industrial incluyen principalmente: dos o más sistemas de medición de intersecciones frontales con teodolito electrónico de alta precisión, una única estación total de alta precisión (incluido el instrumento de seguimiento láser) sistema de medición de coordenadas polares, cámara de medición digital, sistema de fotogrametría industrial de corto alcance, sistema de medición de alineación láser de medición lineal y sistema de medición de elevación de tubería de conexión estática de medición horizontal.
El sistema de medición industrial de laser tracker para equipos de fotogrametría incluye un ordenador host y un equipo de medición T-Probe compuesto por LTD500 y T-Cam. Este sistema puede determinar los tres ángulos de rotación del dispositivo de medición a través del dispositivo de fotogrametría y puede obtener la posición precisa del punto final del lápiz inferior del dispositivo de medición, lo que aporta una gran comodidad a la medición. El sistema industrial de fotogrametría de corto alcance utiliza dos cámaras digitales de alta resolución para capturar el objeto medido simultáneamente. El sistema industrial de fotogrametría de corto alcance se utiliza principalmente para la medición de formas complejas, especialmente la medición rápida de coordenadas de objetos dinámicos. La precisión de medición de los sistemas industriales de fotogrametría de corto alcance es generalmente de alrededor de 1/65438+ millones.
Los sistemas de medición por colimación láser se pueden dividir en colimación por rayo láser y colimación por láser de placa de zona. El primero se ve afectado por la deriva del rayo láser, la distancia de colimación generalmente es de 10 m y la precisión de la colimación es generalmente de alrededor de 1/65438+millones. Este último utiliza un método de medición de tres puntos, que debilita el impacto de la deriva del rayo láser, y la precisión de la colimación puede alcanzar aproximadamente 1/10.000. El detector del sistema de medición de alineación láser utiliza sensores de posición fotoeléctricos CCD y PSD, lo que mejora la frecuencia de muestreo y la sensibilidad de detección.
Cuatro. Conclusión
El desarrollo de la tecnología de ingeniería continúa planteando nuevos requisitos para la medición, especialmente el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), el Sistema de Información Geográfica (GIS), la Fotogrametría y la Teledetección (RS), la topografía digital y la topografía terrestre. , etc. El desarrollo de tecnología avanzada ha traído cambios profundos a los medios, métodos y teorías de medición en ingeniería. El campo de la medición en ingeniería se está expandiendo aún más y avanzando hacia la automatización, el tiempo real y la digitalización de la recopilación y el procesamiento de datos de medición.
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