Estoy buscando urgentemente la tesis de graduación "El papel y el estado de la topografía en ingeniería de la construcción". Gracias de antemano.
Palabras clave: topografía de ingeniería, topografía industrial, topografía de ingeniería de precisión, diseño de optimización de redes de robots de topografía de ingeniería 1. Estado actual de la disciplina y los campos de aplicación de la investigación
Definición de la disciplina
Ingeniería topográfica es una disciplina aplicada que estudia los métodos y técnicas teóricos para medir y describir entidades geométricas específicas y realizar el diseño de entidades geométricas abstractas en el espacio terrestre. Principalmente equipos de maquinaria e ingeniería de construcción.
Estado del tema
La ciencia y la tecnología topográficas y cartográficas es una disciplina de primer nivel con una larga historia y un desarrollo moderno. No importa cómo se desarrolle la disciplina, cómo se amplíe el campo de servicio, se aumente o fortalezca la intersección con otras disciplinas, cómo se integre y subdivida la disciplina, cómo se cambie el nombre de la disciplina, la naturaleza y características de la disciplina no cambiarán. cambiar. En general, las dos disciplinas de toda la disciplina aún deben dividirse de la siguiente manera:
-Geodesia;
-Ingeniería Topografía;
-Fotogrametría aérea y remota. sensacion;
Cartografía;
Catastral inmobiliario y consolidación parcelaria.
Campos de investigación y aplicación
Actualmente, el estudio de ingeniería de mi país relacionado con la construcción de ingeniería se divide en tres etapas: estudio y diseño, construcción y gestión de operaciones. Se divide a su vez en: estudio de ingeniería de línea, estudio de ingeniería de conservación de agua, estudio de ingeniería de puentes y túneles, estudio de ingeniería de construcción, estudio de minas, estudio de ingeniería marina, estudio de ingeniería militar, estudio industrial tridimensional, etc. Casi todos los estudios industriales y de ingeniería tienen un libro o libro de texto correspondiente.
La topografía de ingeniería, compilada por los alemanes Henneke, Muller y Werner, se divide y escribe principalmente de acuerdo con los siguientes contenidos: ① Instrumentos y métodos de medición (2) Medición de construcción de líneas, ferrocarriles y carreteras; Medición de edificios de gran altura; ④ Medición de edificios subterráneos; ⑤ Monitoreo de seguridad; ⑥ Medición de maquinaria y equipos.
Los campos de investigación y aplicación de la topografía en ingeniería son muy amplios y se desarrollan muy rápidamente, por lo que es muy difícil escribir un libro. En la actualidad, no existe ninguna monografía o libro de texto moderno, ni en el país ni en el extranjero, que cubra de manera integral la teoría, la tecnología, los métodos y las aplicaciones prácticas de la medición en ingeniería.
El Sexto Comité de la Federación Internacional de Agrimensores se conoce como Comité de Topografía de Ingeniería. En el pasado, contaba con cuatro grupos de trabajo: métodos de levantamiento y tolerancias; cálculos de movimientos de tierras; mediciones de ingeniería subterránea; Además, se estableció un grupo especial: Análisis e Interpretación de Deformaciones. Actualmente hay seis grupos de trabajo y dos grupos focales. Los seis grupos de trabajo son: tecnología y métodos de medición de alta precisión para grandes equipos científicos; medición y optimización de ingeniería de líneas; sistema de información de medición de ingeniería; aplicación de tecnología láser en medición de ingeniería: literatura científica electrónica y redes; Los dos grupos temáticos son: Instrumentos de Medición Especiales en Ingeniería y Normas de Medición en Ingeniería;
Desde la década de 1950, los tres países de habla alemana: Alemania, Suiza y Austria han iniciado y organizado el "Simposio internacional sobre ingeniería topográfica" que se celebra cada 3 o 4 años. En el pasado, la topografía de ingeniería se dividía en los siguientes temas: instrumentos de medición y recopilación de datos; interpretación, procesamiento y aplicación de datos; medición de edificios de gran altura e instalaciones de equipos; medición de edificios subterráneos y profundos y monitoreo de deformaciones ambientales y de ingeniería; edificios.
Los temas del undécimo seminario en 1992 son: teoría de medición y soluciones de medición; tecnología de medición y sistemas de información y aplicaciones CAD en ingeniería de construcción e industria;
Los temas de los 12 seminarios en 1996 fueron: sistemas de medición y procesamiento de datos; monitoreo y control; cuestiones de calidad en proyectos industriales y de construcción; modelos de datos y sistemas de información interdisciplinarios a gran escala;
Como se puede ver en lo anterior, el campo de investigación de la topografía en ingeniería es relativamente fijo y está en constante desarrollo y cambio. El autor cree que el estudio de ingeniería incluye principalmente dos partes: el estudio de ingeniería de los edificios de ingeniería y el estudio industrial de la instalación de equipos y máquinas. Se puede dividir en estudio de ingeniería general y estudio de ingeniería de precisión. La tarea principal de la topografía de ingeniería es brindar apoyo topográfico y cartográfico para varios tipos de construcciones de ingeniería para cumplir con los requisitos del proyecto. La medición de ingeniería de precisión representa la dirección de desarrollo de la medición de ingeniería, y la construcción de proyectos de precisión especiales a gran escala es la fuerza impulsora para el desarrollo de la medición de ingeniería. 2. Desarrollo de instrumentos de medición de ingeniería Los instrumentos de medición de ingeniería se pueden dividir en instrumentos generales e instrumentos especiales. Los teodolitos ópticos, niveles ópticos y telémetros electromagnéticos convencionales entre los instrumentos generales serán reemplazados gradualmente por estaciones totales electrónicas y niveles electrónicos. Con el enriquecimiento del software, las estaciones totales informáticas se están desarrollando hacia la versatilidad y la inteligencia. Una estación total que utiliza accionamiento por motor y control de programa, combinado con tecnología láser, comunicación y CCD, puede lograr una automatización completa de la medición y se denomina robot de medición. El robot de medición puede descubrir automáticamente y apuntar con precisión al objetivo, completar la observación de un punto objetivo en 1 segundo y puede realizar observaciones continuas y repetidas de cientos de objetivos como un robot. Puede usarse ampliamente en el monitoreo de deformaciones y mediciones de construcción. . El receptor GPS se ha convertido gradualmente en un instrumento de posicionamiento general y se utiliza ampliamente en topografía de ingeniería.
La conexión de un receptor GPS a una estación total electrónica o a un robot topográfico se denomina súper estación total o súper robot topográfico. Combina perfectamente la tecnología de posicionamiento dinámico en tiempo real del GPS con la tecnología flexible de medición de coordenadas polares tridimensionales de la estación total, y puede realizar diversas mediciones de ingeniería sin una red de control.
Los instrumentos especiales son los instrumentos más activos en la medición de ingeniería y se utilizan principalmente en el campo de la medición de ingeniería de precisión. Estos incluyen instrumentos o sistemas de medición mecánicos, optoelectrónicos y optoelectrónicos. Las principales características son: alta precisión, automatización, telemetría y observación continua.
Se utiliza para establecer una línea base o datum horizontal o vertical y medir puntos objetivo en relación con el datum.
La desviación de la línea se denomina medición de línea base o medición de colimación. Los instrumentos en esta área incluyen martillos delanteros y traseros e instrumentos de observación vertical, líneas de estiramiento de alambre, varios colimadores láser, colimadores verticales, autocolimadores y sistemas de medición de colimación de alambre o alambre de nailon.
En cuanto a la medición de distancias, incluye la medición precisa de distancias medias y largas, distancias cortas, micro distancias y sus cambios. Los telémetros láser de precisión, representados por los telémetros láser de doble frecuencia ME5000 y TERRAMETERLDM2, pueden lograr una precisión de medición de nivel submilimétrico para distancias medias y largas; afortunadamente, muchas mediciones de corta y microdistancia han logrado la automatización de la recopilación de datos de medición; Entre ellos, los más típicos incluyen DISTINVAR, Distermeterismo, galgas extensométricas estacionales, varias galgas extensométricas ópticas, medidores de distancia rápidos por desplazamiento láser y vibración, etc. El interferómetro láser de doble frecuencia con efecto Doppler puede alcanzar una precisión de medición de 0,065438 ± 0 μm en un rango de decenas de metros y se ha convertido en un importante equipo de calibración de longitud y medición de precisión. El uso de sensores CCD de matriz lineal para medir la distancia macro puede lograr una precisión de varias micras, llevando la precisión de la medición de distancia desde el nivel milimétrico y micrométrico al mundo nanométrico.
La novedad más significativa en la medición de elevación es el sistema de nivelación estática. Este sistema mide el nivel de líquido del contenedor a través de varios tipos de sensores, pudiendo obtener la altura de decenas o incluso cientos de puntos de seguimiento al mismo tiempo. Cuenta con alta precisión, telemetría, automatización, medición móvil y continua. La distancia entre dos contenedores puede alcanzar decenas de kilómetros; en el caso de la nivelación de ríos y estrechos, por ejemplo, mediante sensores de presión, la diferencia de altura entre los dos contenedores puede ser de unos pocos centímetros en el pasado;
Relacionada con la medición de elevación está la medición de inclinación, que consiste en determinar la curva de deflexión del objeto medido en un plano vertical con respecto a una línea de referencia horizontal o vertical. Se están desarrollando varios inclinómetros mecánicos y electrónicos con miras a la visualización digital, el registro automático y el movimiento flexible, y su precisión alcanza el nivel de micras.
Los sistemas de medición híbridos multifuncionales son una característica distintiva del desarrollo de instrumentos especiales para medición en ingeniería. Se utiliza un sistema de medición de vías férreas de alta velocidad con múltiples sensores para rastrear automáticamente el vehículo de medición que se mueve a lo largo de la vía férrea con un robot de medición. El vehículo de medición está equipado con prismas, sensores de inclinación, sensores de longitud y microordenadores, con los que se pueden medir las coordenadas tridimensionales de la vía, el ancho y la inclinación de la vía. El sistema de medición híbrido que integra nivelación estática y alineación de cables puede medir con precisión la elevación y el desplazamiento de los puntos de medición en una línea de referencia de cientos de metros de largo.
En resumen, los instrumentos especiales para medición en ingeniería tienen las características de alta precisión, velocidad, telemetría, sin contacto, móviles, continuo, registro automático y control por microcomputadora. , y puede usarse para mediciones precisas de posicionamiento y alineación, y puede medir la inclinación, el espesor, la rugosidad y la rectitud de la superficie, así como la frecuencia de vibración y el comportamiento dinámico de los objetos. 3. Desarrollo de la teoría y los métodos de topografía en ingeniería Teoría del ajuste topográfico
El método de mínimos cuadrados se utiliza ampliamente 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. Ante el hecho objetivo de que existen errores graves en los valores observados, se presenta una estimación robusta; ante la posibilidad de un mal condicionamiento de la matriz de coeficientes de la ecuación normal, se propone una estimación sesgada; A diferencia de la estimación de mínimos cuadrados, la estimación robusta y la estimación sesgada se denominan estimación sin mínimos cuadrados.
El método de detección de datos de Balda es eficaz cuando el valor de observación tiene solo un error grave, y el método de estimación robusta tiene la ventaja de resistir la influencia de múltiples errores graves. Al establecer la relación funcional entre el vector de corrección del valor observado y el vector de error verdadero, se pueden localizar y reparar múltiples errores graves simultáneamente. Este método ha sido implementado y aplicado en el paquete de software de ajuste general.
La estimación de los componentes de varianza y covarianza es esencialmente un modelo estocástico de ajuste refinado, que en el pasado sólo ha permanecido en la investigación teórica. En la práctica, es necesario procesar de manera integral una variedad de observaciones, por lo que la estimación del componente de la varianza se convierte en un componente necesario del ajuste de la medición. Actualmente, esta función se ha agregado al paquete de software de ajuste general, pero debe indicarse claramente en las especificaciones de medición.
Cabe señalar que a muchas unidades de medida les gusta utilizar cables adjuntos para el cifrado paso a paso, basándose principalmente en las regulaciones actuales para cables de primer, segundo y tercer nivel y cables raíz. . Sin duda, los cables conectados tienen muchas ventajas, pero debido al pequeño número de observaciones redundantes, la capacidad de detectar y resistir errores graves es débil y no se debe abusar de ella.
Para establecer el control de un área, los puntos de la red de primer nivel se miden con GPS y es mejor utilizar la red de cables de primer nivel para un cifrado completo a continuación. Desde la perspectiva de la teoría del ajuste de medidas, el diseño integral de la red de cables tiene una mejor resistencia del patrón, una precisión más uniforme y una mayor confiabilidad.
Teorías y métodos de ingeniería de diseño de 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. Generalmente, el índice de calidad de la red se utiliza como función objetivo o condición restrictiva. Los indicadores de calidad de la red incluyen principalmente precisión, confiabilidad y costos de construcción de la red, así como la sensibilidad o resolución de la red de monitoreo de deformaciones. Para el modelo de ajuste de red, de acuerdo con la diferencia entre parámetros fijos e indeterminados, el diseño óptimo de la red se puede dividir en cero, uno, dos y tres tipos, que involucran el diseño de referencia de la red, la forma de la red y la precisión del valor de observación. y diseño del plan de observación. En la medición de ingeniería, es necesario optimizar la red de control de la construcción, la red de control de la instalación y la red de monitoreo de la deformación. 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 redes de control muy precisas, se puede considerar el uso de programas de diseño de optimización analítica especialmente escritos para optimizar el diseño de la red, y se pueden diseñar otras redes utilizando métodos de simulación. Las funciones del software del diseño de optimización de simulación y los pasos del diseño de optimización incluyen principalmente: de acuerdo con los datos de diseño y los datos del mapa, seleccionar puntos en el mapa, diseñar la red y obtener las coordenadas aproximadas de los nodos. Los escenarios de observación simulados simulan aún más las observaciones al determinar su precisión en función del instrumento. Calcule varios indicadores de calidad de la red, como precisión, confiabilidad y sensibilidad. La precisión debe incluir precisión del punto, precisión del punto adyacente, precisión relativa entre dos puntos cualesquiera, precisión del punto más débil y del lado más débil, longitud del lado y precisión del ángulo de acimut. Además, se puede calcular la matriz de covarianza de coordenadas desconocidas o coordenadas de puntos parciales, el cálculo del componente principal de la matriz de covarianza, el cálculo de valores propios, la elipse de error puntual y la elipse de confianza. La confiabilidad incluye el impacto del componente de observación redundante de cada observación y el límite de error bruto de una observación en las coordenadas de ajuste. 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 o cambiar localmente la forma de la red, repita el diseño y el cálculo anteriores hasta obtener mejores resultados.
En la práctica, se resumen las siguientes estrategias de diseño de optimización: primero, fije la precisión del valor de observación, observe todos los bordes y direcciones posibles para el nodo seleccionado y calcule el índice de calidad de la red. Si la calidad es baja, se debe mejorar la precisión de las observaciones. Bajo un cierto conjunto de precisión previa, si el índice de calidad de la red es alto, las observaciones se pueden eliminar en función de su índice de confiabilidad interna ri. Si Ri es demasiado grande, significa que el valor observado es redundante y debe eliminarse; si Ri es muy pequeño, no debe aumentarse la precisión del valor observado. Este método de eliminar observaciones según el tamaño de ri se denomina estrategia de optimización de "denso" a "escaso" y de "gordo" a "delgado".
Desde la perspectiva de todo el proceso de diseño de optimización de la simulación, es un algoritmo de prueba y requiere un buen software. Este software no solo tiene las funciones de un software de ajuste general, sino que también tiene mayores requisitos en términos de diversidad e intuición de los resultados de salida, visualización y diseño de la interfaz de interacción persona-computadora. Al mismo tiempo, los diseñadores deben tener sólidos conocimientos profesionales y una rica experiencia.
Se puede obtener una solución relativamente óptima y factible mediante el método de simulación, que se puede utilizar además para calcular el ajuste de la red. Al mismo tiempo, se pueden simular los errores graves de las observaciones y el impacto en la red. se pueden calcular los resultados. Este método se llama distorsión matemática o método de Monte Carlo. Para redes de monitoreo o redes de control de precisión que requieren alta precisión, confiabilidad y sensibilidad, se requieren el diseño optimizado y los cálculos precisos mencionados anteriormente. Existen pocas aplicaciones nacionales en este campo
. Esto se debe principalmente a consideraciones de seguridad, un gran margen de calidad y altos costos de construcción de la red. El costo del diseño de optimización de la red es muy pequeño y los beneficios que aporta son enormes. Es necesario optimizar todas las redes de control de ingeniería más importantes.
Procesamiento de datos de observación de deformaciones
El monitoreo, el análisis y la predicción de edificios de ingeniería y la deformación de ingeniería son contenidos de investigación importantes en la topografía de ingeniería. El análisis y el preprocesamiento de la deformación incluyen el procesamiento de datos de observación de la deformación. Sin embargo, el análisis y la predicción de deformaciones tienen un alcance más amplio y pertenecen a la intersección de múltiples disciplinas.
Varios métodos típicos de procesamiento de datos de observación de deformaciones