著作推荐 | 李清泉：动态精密工程测量

随着现代科学和工程技术的不断进步，重大基础设施建设和大科学工程得到了蓬勃发展。这些工程规模大、结构复杂、构件多样，为了保证建设和运营安全，不仅需要施工阶段的高精度测控，而且要求在运营维护期间监测其微小形变，对其安全状态进行评估，并采取合适的养护测量。这对工程测量提出了全新的挑战，动态精密工程测量这一前沿交叉学科方向应运而生。

世界范围基础设施安全状态测量需求的不断扩大，传感器、智能设备以及人工智能等技术的发展，促进了精密工程测量从“静态、离散、人工”向“动态、连续、智能”的跃升，形成动态精密工程测量这一新兴前沿交叉学科方向。《动态精密工程测量》基于李清泉教授团队多年的研究探索与积累，对动态精密工程测量理论、方法及其典型应用进行系统性归纳总结。全书分为两部分进行阐述：第一部分是理论与方法，包括动态测量时空基准、多传感器集成动态测量、动态精密工程测量数据处理等内容；第二部分是典型应用，重点介绍作者近20年来在公路、铁路、水务、水利、滨海设施以及工业工程等领域的创新测量方法、测量装备及典型工程应用，全书从理论、方法、技术和应用方面对动态精密工程测量做了全面的总结。

相对于传统工程测量，动态精密工程测量体系以定位定姿、时空基准以及感知融合共性基础理论，重点关注传感器及集成控制、多源异构数据融合建模以及面向问题的指标计算方法和技术，研制满足不同应用需求的专用装备，为基础设施安全状态评估和分析提供基础保障。目前，本书涉及的测量技术、方法和装备已经广泛应用于公路交通、轨道交通、机场、水利水务以及工业工程等领域。

理论基础部分包括动态精密工程测量概念内涵，动态测量时空基准、多传感器集成动态测量、数据处理等内容。首先，对动态精密工程测量进行概述，回顾了从工程测量到精密工程测量，再到动态精密工程测量的发展历程，介绍了动态精密工程测量的特点、分类、研究内容和应用领域。随后，介绍了动态测量时空基准和建立方法，具体包括时间系统、时间基准、空间基准、定位原理和动态测量定位定姿方法。接着，介绍了常用动态测量传感器功能、原理和特点，以及多传感器同步集成和数据时空关联方法。最后，对动态精密工程测量中的数据类型、数据误差、数据分析框架和数据处理方法进行了阐述。

公路基础设施部分以公路路面、弯沉和隧道为例。路面方面，通过路面性能评价指标以及指标测量特征分析，全面介绍了路面破损、车辙、平整度等表观性能指标的测量技术、数据处理方法和检测装备，提出了线结构光三维测量技术为核心的路面多指标检测技术，该技术有望统一路面性能指标检测，实现路面技术指标检测的“一测多用”。弯沉方面，创新性的提出了将路面弯沉“静态力-变形量”的直接测量，转换为“动态力-变形速度-变形量”的快速测量方法，系统阐述了变形速度测量、速度反演以及弯沉修正方法，是世界级先进的测量技术。路面表观病害和弯沉的结合，为更全面、准确的评价道路提供了可能。隧道方面，介绍了公路隧道多传感器集成的裂损和水冻害快速测量方法，为多类别阵列传感器的动态应用给出了良好解决方案。

轨道基础设施部分主要介绍了轨道几何线形、钢轨扣件和钢轨磨损等重要轨道结构参数的测量方法: 提出激光扫描控制点辅助惯导的测量方法对轨道三维形状进行快速测量，进一步对轨道不平顺参数进行估计。利用高精度线结构光，实现对钢轨断面和钢轨扣件的精细扫描，然后采用模型驱动的方法，根据先验模型知识对点云进行分割、建模和参数提取，实现自动化检测，大幅提高铁路关键指标检测效率。

水利水务部分以堆石坝内部变形监测和城市排水管道内部检测为例，介绍了基于精密里程辅助的惯性测量技术和基于视觉辅助的惯性测量技术在实际工程中的应用。针对高面板堆石坝内部变形监测难题，提出了基于预埋柔性管道测量的堆石坝内部变形监测方法，介绍了相应的测量机器人和测量管道系统，并在实际大坝工程中进行试验性推广应用。面向城市排水管道大规模普查需求，发明漂流式排水管道检测胶囊，利用鱼眼辅助惯性定位技术实现病害的定位，利用深度学习对管道图像进行病害提取，并介绍了工程应用情况。

拓展应用部分阐述了动态精密工程测量应用于除公路基础设施、轨道基础设施、水利水务之外的其他领域，包括大型堆场体积测量、水岸一体化测量以及室内三维测量。大型堆场体积测量方面，采用高速激光扫描仪结合距离和角度传感器集成技术，可以实现非接触式测量，解决传统测量中人为影响大、周期长、精度低的问题。水岸一体化测量方面，采用船载水岸地形测量技术是通过集成水上激光扫描仪测量、水下多波束测深仪测量，共用一套惯性导航系统，实现水岸地形数据测量，保障了水岸地形测量的精度和效率。在室内三维测图中，在无GNSS环境下，采用三维激光扫描的方法解决大面积、高精度的室内测图任务。

李清泉，教授，博士生导师，国际欧亚科学院院士，中国测绘学会副理事长，教育部高等学校测绘类专业教学指导委员会副主任委员，现任深圳大学党委书记、校长。长期从事多学科交叉融合的动态精密工程测量和空间智能感知的理论方法与装备研究。

科研之路，道阻且长，行则将至，

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