Estoy buscando urgentemente una tesis de graduación "El papel y el estado de la topografía en ingeniería de la construcción". Gracias de antemano.

Resumen: Este artículo redefine la topografía en ingeniería, señala el estado y los campos de aplicación de la investigación de esta disciplina; expone el desarrollo de instrumentos generales y especiales en el campo de la topografía en ingeniería en términos del desarrollo de métodos teóricos; El enfoque es resumir y resumir la teoría del ajuste, el diseño de optimización de la red de ingeniería y los métodos de procesamiento de datos de observación de deformación. Se describe brevemente el desarrollo de la medición de ingeniería de precisión especial a gran escala en el país y en el extranjero. Combinando la investigación científica y la práctica de desarrollo, este artículo presenta el sistema de automatización integrado para el control del terreno y el procesamiento de datos internos y externos de ingeniería topográfica de la construcción: el sistema Kesha. Finalmente, se pronostican algunas direcciones de desarrollo de la topografía en ingeniería en el siglo XXI.

Palabras clave: topografía de ingeniería, topografía industrial, topografía de ingeniería de precisión, robots topográficos, diseño de optimización de redes de ingeniería 1. Estado de la materia y campos de aplicación de la investigación

Definición de disciplina

Ingeniería Topográfica Es una disciplina aplicada que estudia los métodos y tecnologías teóricas para la medición y descripción de entidades geométricas concretas y la medición y realización de diseños de entidades geométricas abstractas en el espacio terrestre. Atiende principalmente proyectos de construcción, máquinas y equipos.

Estado de la disciplina

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, no importa cómo se amplíe el campo de servicio, no importa cómo se incremente o fortalezca la intersección con otras disciplinas, no importa cómo se sintetice y subdivida la disciplina, no importa cómo se cambie el nombre de la disciplina, la esencia y características de la disciplina no cambiarán. En general, las disciplinas secundarias de toda la disciplina aún deben dividirse de la siguiente manera:

——Geodesia;

——Ingeniería Topografía;

——Aéreo fotogrametría y teledetección;

——Cartografía;

——Catastral inmobiliario y consolidación territorial.

Campos de aplicación de la investigación

Actualmente en China, el estudio de ingeniería relacionado con la construcción de ingeniería se divide en tres etapas: estudio y diseño, construcción y gestión de operaciones, y también se divide según la industria: 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 oceánica, estudio de ingeniería militar, estudio industrial 3D, etc. Casi todos los estudios de ingeniería e industria tienen los libros o materiales didácticos correspondientes.

Engineering Surveying, compilado por Hennecke, Mueller y Werner, se divide y escribe principalmente de acuerdo con los siguientes contenidos: ① Instrumentos y métodos de medición ② Mediciones de construcción de líneas, ferrocarriles y carreteras; edificios Estudio de edificios; ④ Estudio de edificios subterráneos; ⑤ Monitoreo de seguridad; ⑥ Medición de máquinas y equipos.

Debido a que los campos de investigación y aplicación de la topografía en ingeniería son muy amplios y se desarrollan y cambian rápidamente, 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 topografía en ingeniería.

El Sexto Comité de la Federación Internacional de Agrimensores se denomina Comité de Topografía de Ingeniería. En el pasado, tenía cuatro grupos de trabajo: métodos de medición y tolerancias; cálculos de deformación de tierras y mediciones de ingeniería subterránea; También existe un grupo extraordinario: Análisis e Interpretación de Deformaciones. Actualmente existen 6 grupos de trabajo y 2 grupos temáticos. Los seis grupos de trabajo son: tecnología y métodos de medición de alta precisión para equipos científicos a gran escala; medición y optimización de ingeniería de líneas; sistema de información de medición de ingeniería; aplicación de tecnología láser en redes y literatura científica electrónica; Los 2 grupos temáticos son: Instrumentos de Medición Extraordinarios en Ingeniería y Normas de Medición en Ingeniería;

Los tres países de habla alemana, Alemania, Suiza y Austria, han iniciado y organizado el "Simposio académico internacional sobre topografía en ingeniería", que se celebra cada 3 o 4 años desde la década de 1950. En el pasado, la topografía de ingeniería se dividía en los siguientes temas: instrumentos de medición y adquisición de datos; interpretación, procesamiento y aplicación de datos; medición de instalaciones de equipos y edificios de gran altura; medición de la deformación de edificios subterráneos y profundos;

Los temas del undécimo simposio en 1992 fueron: 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 del 12º simposio en 1996 fueron: sistemas de medición y procesamiento de datos; monitoreo y control; problemas de calidad en proyectos industriales y de construcción; proyectos de proyectos interdisciplinarios a gran escala;

De lo anterior se puede ver que el campo de investigación de la topografía en ingeniería es relativamente fijo y está en constante desarrollo y cambio. El autor cree que el levantamiento de ingeniería incluye principalmente dos partes: el levantamiento de ingeniería dirigido a edificios de ingeniería y el levantamiento industrial dirigido a equipos e instalación de máquinas. En términos de disciplinas, se puede dividir en topografía de ingeniería general y topografía de ingeniería de precisión. La tarea principal de la topografía de ingeniería es brindar apoyo topográfico y cartográfico para diversas construcciones de ingeniería y cumplir con los requisitos de los proyectos. La topografía de ingeniería de precisión representa la dirección de desarrollo de la topografía de ingeniería, y la construcción de proyectos especiales de precisión a gran escala es la fuerza impulsora para el desarrollo de la disciplina de topografía 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, medidores de nivel óptico y medidores de distancia de ondas electromagnéticas convencionales entre los instrumentos generales serán reemplazados gradualmente por instrumentos de medición electrónicos completos y niveles electrónicos. Las estaciones totales basadas en computadora, junto con un rico software, se están desarrollando en una dirección versátil e inteligente. Una estación total con motor eléctrico y control de programa combina tecnología láser, de comunicación y CCD para lograr una automatización total de la medición y se denomina robot de medición. El robot de medición puede encontrar automáticamente y apuntar con precisión al objetivo, completar la observación de un punto objetivo en 1 segundo y realizar observaciones continuas y repetidas de cientos o miles de objetivos como un robot. Puede usarse ampliamente para el monitoreo de deformaciones y la construcción. medición. 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 con una estación total electrónica o 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 topográficos de ingeniería más desarrollados y se utilizan principalmente en el campo de la medición de precisión en ingeniería. Entre ellos se encuentran los instrumentos o sistemas de medida combinados mecánicos, fotoeléctricos y óptico-mecánicos. Las principales características son: alta precisión, automatización, telemetría y observación continua.

Se utiliza para establecer una línea de base horizontal o vertical o un plano de referencia, y medir la distancia de desplazamiento del punto objetivo con respecto a la línea de referencia

, lo que se denomina medición de línea de base o colimación. medición. Los instrumentos en esta área incluyen observadores de líneas verticales y de peso vertical e invertido, tensores de alambre, varios colimadores láser, plumbómetros, autocolimadores y sistemas de medición de alineación de alambre de nailon o alambre metálico.

En cuanto a la medición de distancias, incluye la medición de precisión de medias y largas distancias, distancias cortas y 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 media y larga distancia hasta un nivel submilimétrico. Afortunadamente, muchas mediciones de corta y microdistancia han logrado la automatización de la recopilación de datos de medición. Entre ellos, los representantes más típicos son la regla de línea de azulejos de indio DISTINVAR, la galga extensométrica DISTERMETERISETH, el extensómetro de cuarzo, varias galgas extensométricas ópticas, los telémetros láser rápidos de desplazamiento y vibración, etc. El interferómetro láser de doble frecuencia que utiliza el efecto Doppler puede alcanzar una precisión de medición de 0,01 μm dentro de un rango de decenas de metros, convirtiéndose en un importante equipo de calibración de longitud y medición de precisión que puede alcanzar el 100% utilizando un sensor de línea CCD para medir microdistancias. Con una precisión de unas pocas micras, llevan la precisión de la medición de distancias desde niveles milimétricos y micrométricos al mundo nanométrico.

En cuanto a la medición de elevación, la novedad más significativa es el sistema de medición de nivel hidrostático. Este tipo de sistema mide la altura del nivel de líquido del contenedor a través de varios tipos de sensores y puede obtener la altura de decenas o incluso cientos de puntos de monitoreo al mismo tiempo. Tiene las características de alta precisión, telemetría, automatización, móvil y. medición continua. La distancia entre los dos contenedores puede alcanzar decenas de kilómetros, por ejemplo, al medir el nivel a través de ríos y estrechos mediante un sensor de presión, la diferencia de altura entre los dos contenedores se puede aumentar de unos pocos centímetros a varios metros;

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 base horizontal o vertical. Se están desarrollando varios inclinómetros mecánicos e inclinómetros electrónicos con miras a la visualización digital, el registro automático y el movimiento flexible, con una precisión de micras.

Los sistemas de medición híbridos con múltiples funciones son una característica importante del desarrollo de instrumentos especiales para la medición de ingeniería. Se utiliza un sistema de medición de vías de ferrocarril de alta velocidad con múltiples sensores y un robot de medición para realizar un seguimiento automático. el vehículo de medición avanza a lo largo de la vía férrea. El vehículo de medición está equipado con prismas, sensores de inclinación, sensores de longitud y microcomputadoras, que se pueden utilizar para medir las coordenadas 3D de la vía, el ancho y la inclinación de la vía. El sistema de medición híbrido que integra nivelación hidrostática y colimación 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 de ingeniería tienen las características de alta precisión, velocidad, telemetría, registro sin contacto, móvil, continuo, automático, control por microcomputadora, etc., y pueden usarse para un posicionamiento preciso. y mediciones de alineación. Mida la inclinación, el espesor, la rugosidad y la planitud de la superficie, así como la frecuencia de vibración y el comportamiento dinámico de los objetos. 3. Desarrollo de métodos de teoría topográfica de 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 condiciones restrictivas 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: identificación o diagnóstico de errores del modelo funcional y errores del modelo aleatorio en el ajuste, el impacto de los errores del modelo en la estimación de parámetros, el impacto en las propiedades estadísticas de los parámetros y los residuos; ; mal condicionado La relación entre las ecuaciones y el diseño de la red de control y su esquema de observación. La necesidad de realizar pruebas de estabilidad de los puntos de referencia de la red de monitoreo de deformaciones ha llevado al surgimiento y desarrollo del ajuste de red libre y el ajuste cuasi estable. El estudio de los errores graves 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 distinguibilidad de la deformación que monitorea la deformación de la red y los errores graves en los valores de observación. En vista de la realidad objetiva de que existen errores graves en los valores observados, ha surgido una estimación robusta; en vista de la posibilidad de condiciones patológicas en la matriz de coeficientes de la ecuación normal, se ha desarrollado 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 Barda es eficaz cuando solo hay un error grave en el valor de observación, y el método de estimación robusta tiene la ventaja de resistir la influencia de múltiples errores graves. Establecer la relación funcional entre el vector de corrección y el vector de error verdadero del valor de observación puede localizar y determinar simultáneamente el valor de múltiples errores brutos. Este método se ha 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 solo se ha estudiado teóricamente en el pasado. En la práctica, se requiere un procesamiento integral de múltiples observaciones. Por lo tanto, la estimación del componente de la varianza se ha convertido en un componente necesario del ajuste de la medición. Actualmente, esta función se ha agregado al paquete de software de ajuste general, pero aún debe indicarse claramente en las especificaciones de medición.

Cabe señalar que a muchas unidades topográficas les gusta utilizar cables adjuntos para el cifrado paso a paso, basándose principalmente en las regulaciones sobre cables de primer, segundo y tercer nivel y cables raíz en las especificaciones actuales. No hay duda de que los cables conectados tienen muchas ventajas, pero debido a la pequeña cantidad de observaciones redundantes y la débil capacidad para detectar y resistir errores graves, no se debe abusar de ellos. Para establecer el control de un área, los puntos de la red de primer nivel deben medirse mediante GPS. Lo mejor es utilizar un nivel de red de cables para un cifrado completo a continuación. Desde la perspectiva de la teoría del ajuste de medidas, una red de conductores diseñada de manera integral tiene una mejor resistencia del patrón, es más precisa y uniforme y tiene una mayor confiabilidad.

Teoría y método de diseño de optimización de redes de control de ingeniería

Existen dos métodos de 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 costo de construcción de la red. Para la red de monitoreo de deformación, también incluye la sensibilidad o distinguibilidad de la red. Para el modelo de ajuste de red, de acuerdo con la diferencia entre parámetros fijos y parámetros indeterminados, el diseño óptimo de la red se divide en diseño de optimización de tipo cero, un tipo, dos tipos y tres tipos, que implica el diseño básico de la red, la red. forma, precisión del valor de observación y diseño del plan de observación. En la topografía de ingeniería, es necesario optimizar y diseñar la red de control de la construcción, la red de control de la instalación y la red de monitoreo de la deformación. Debido al uso de tecnología de posicionamiento GPS y alcance de ondas electromagnéticas, el concepto geométrico de la red es muy diferente de la red tradicional de medición de ángulos.

A excepción de las redes de control de extraordinaria precisión, que pueden optimizarse utilizando programas de diseño de optimización analítica especialmente escritos, otras redes pueden diseñarse utilizando métodos de simulación. La función del software del diseño de optimización del método de simulación y los pasos para el diseño de optimización son principalmente: seleccionar puntos en el mapa para diseñar la malla de acuerdo con los datos de diseño y los datos del mapa, y obtener las coordenadas aproximadas de los puntos de la malla. El plan de observación de simulación determina la precisión del valor de observación según el instrumento y puede simular aún más el valor de observación. 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. Puede calcular además la matriz de covarianza de coordenadas desconocidas o la matriz de covarianza de algunas coordenadas puntuales, el cálculo del componente principal de la matriz de covarianza, el cálculo de valores propios, el cálculo de la elipse de error puntual, la elipse de confianza, etc. La confiabilidad incluye la influencia del componente de observación excedente de cada valor de observación y el límite de error bruto de un determinado valor de 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 indicadores requeridos por el diseño para asegurar que cumplen con los requisitos de diseño sin dejar demasiado margen. Vuelva a realizar los cálculos de diseño anteriores cambiando la precisión de los valores de observación o cambiando el plan de observación o cambiando parcialmente la forma de la red hasta obtener un mejor resultado.

En la práctica, se resume la siguiente estrategia de diseño de optimización: primero fije la precisión del valor de observación, observe todos los bordes y direcciones posibles para los puntos de red seleccionados y calcule el índice de calidad de la red si la calidad es. sesgado Si es bajo, se debe mejorar la precisión de los valores observados. Bajo un cierto conjunto de precisión previa, si el índice de calidad de la red es demasiado alto, el valor observado se puede eliminar de acuerdo con el índice de confiabilidad interna ri del valor observado. Si ri es demasiado grande, significa que el valor de observación es redundante y debe eliminarse; si ri es pequeño, no se debe aumentar la precisión del valor de observación. 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 del método de simulación, es un método de prueba y requiere un buen software. Además de las funciones del software de ajuste general, este software también tiene mayores requisitos en términos de diversidad e intuición en la salida de resultados, visualización y diseño de la interfaz de interacción persona-computadora. También requiere que los diseñadores tengan sólidos conocimientos profesionales y una rica experiencia.

Utilizando el método de simulación, se puede obtener una solución relativamente mejor y práctica. Los valores de observación simulados se pueden utilizar aún más para los cálculos de ajuste de la red. ​Se puede simular y calcular el impacto en los resultados. Este método se llama distorsión matemática o método de Monte Carlo. Para una red de monitoreo o una red de control de precisión que requiere precisión, confiabilidad y sensibilidad extremadamente altas, es muy necesario realizar el diseño optimizado y los cálculos precisos mencionados anteriormente. Hay pocas aplicaciones nacionales en esta área.

Principalmente por razones de seguridad, existe un gran margen de calidad y el costo de construcción de la red es relativamente alto. El diseño de optimización de la red cuesta muy poco y aporta mayores beneficios. Todas las redes de control de ingeniería importantes deben optimizarse y diseñarse.

Procesamiento de datos de observación de deformaciones

El monitoreo, análisis y predicción de edificios de ingeniería y la deformación relacionada con la ingeniería son contenidos de investigación importantes en la topografía de ingeniería. El análisis y la predicción de la deformación implican el procesamiento de datos de observación de la deformación. Sin embargo, el alcance del análisis y la predicción de deformaciones es más amplio y pertenece a la intersección de múltiples disciplinas.

Varios métodos típicos para procesar datos de observación de deformaciones