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高分辨率光学显微术在生命科学中的应用【摘要】 提高光学显微镜分辨率的研究主要集中在两个方面进行,一是利用经典方法提高各种条件下的空间分辨率,如用于厚样品研究的SPIM技术,用于快速测量的SHG技术以及用于活细胞研究的MPM技术等。二是将最新的非线性技术与高数值孔径测量技术(如STED和SSIM技术)相结合。生物科学研究离不开超高分辨率显微术的技术支撑,人们迫切需要更新显微术来适应时代发展的要求。近年来研究表明,光学显微镜的分辨率已经成功突破200nm横向分辨率和400nm轴向分辨率的衍射极限。高分辨率乃至超高分辨率光学显微术的发展不仅在于技术本身的进步,而且它将会极大促进生物样品的研究,为亚细胞级和分子水平的研究提供新的手段。【关键词】 光学显微镜;高分辨率;非线性技术;纳米水平在生物学发展的历程中显微镜技术的作用至关重要,尤其是早期显微术领域的某些重要发现,直接促成了细胞生物学及其相关学科的突破性发展。对固定样品和活体样品的生物结构和过程的观察,使得光学显微镜成为绝大多数生命科学研究的必备仪器。随着生命科学的研究由整个物种发展到分子水平,显微镜的空间分辨率及鉴别精微细节的能力已经成为一个非常关键的技术问题。光学显微镜的发展史就是人类不断挑战分辨率极限的历史。在400~760nm的可见光范围内,显微镜的分辨极限大约是光波的半个波长,约为200nm,而最新取得的研究成果所能达到的极限值为20~30nm。本文主要从高分辨率三维显微术和高分辨率表面显微术两个方面,综述高分辨率光学显微镜的各种技术原理以及近年来在突破光的衍射极限方面所取得的研究进展。1 传统光学显微镜的分辨率光学显微镜图像的大小主要取决于光线的波长和显微镜物镜的有限尺寸。类似点源的物体在像空间的亮度分布称为光学系统的点扩散函数(point spread function, PSF)。因为光学系统的特点和发射光的性质决定了光学显微镜不是真正意义上的线性移不变系统,所以PSF通常在垂直于光轴的x-y平面上呈径向对称分布,但沿z光轴方向具有明显的扩展。由Rayleigh判据可知,两点间能够分辨的最小间距大约等于PSF的宽度。根据Rayleigh判据,传统光学显微镜的分辨率极限由以下公式表示[1]:横向分辨率(x-y平面):dx,y=■轴向分辨率(沿z光轴):dz=■可见,光学显微镜分辨率的提高受到光波波长λ和显微镜的数值孔径等因素的制约;PSF越窄,光学成像系统的分辨率就越高。为提高分辨率,可通过以下两个途径:(1)选择更短的波长;(2)为提高数值孔径, 用折射率很高的材料。Rayleigh判据是建立在传播波的假设上的,若能够探测非辐射场,就有可能突破Rayleigh判据关于衍射壁垒的限制。2 高分辨率三维显微术在提高光学显微镜分辨率的研究中,显微镜物镜的像差和色差校正具有非常重要的意义。从一般的透镜组合方式到利用光阑限制非近轴光线,从稳定消色差到复消色差再到超消色差,都明显提高了光学显微镜的成像质量。最近Kam等[2]和Booth等[3]应用自适应光学原理,在显微镜像差校正方面进行了相关研究。自适应光学系统由波前传感器、可变形透镜、计算机、控制硬件和特定的软件组成,用于连续测量显微镜系统的像差并进行自动校正。 一般可将现有的高分辨率三维显微术分为3类:共聚焦与去卷积显微术、干涉成像显微术和非线性显微术。 共聚焦显微术与去卷积显微术 解决厚的生物样品显微成像较为成熟的方法是使用共聚焦显微术(confocal microscopy) [4]和三维去卷积显微术(three-dimensional deconvolution microscopy, 3-DDM) [5],它们都能在无需制备样品物理切片的前提下,仅利用光学切片就获得样品的三维荧光显微图像。共聚焦显微术的主要特点是,通过应用探测针孔去除非共焦平面荧光目标产生的荧光来改善图像反差。共聚焦显微镜的PSF与常规显微镜的PSF呈平方关系,分辨率的改善约为■倍。为获得满意的图像,三维共聚焦技术常需使用高强度的激发光,从而导致染料漂白,对活生物样品产生光毒性。加之结构复杂、价格昂贵,从而使应用在一定程度上受到了限制。3-DDM采用软件方式处理整个光学切片序列,与共聚焦显微镜相比,该技术采用低强度激发光,减少了光漂白和光毒性,适合对活生物样品进行较长时间的研究。利用科学级冷却型CCD传感器同时探测焦平面与邻近离焦平面的光子,具有宽的动态范围和较长的可曝光时间,提高了光学效率和图像信噪比。3-DDM拓展了传统宽场荧光显微镜的应用领域受到生命科学领域的广泛关注[6]。 选择性平面照明显微术 针对较大的活生物样品对光的吸收和散射特性,Huisken[7]等开发了选择性平面照明显微术(selective plane illumination microscopy,SPIM)。与通常需要将样品切割并固定在载玻片上的方式不同,SPIM能在一种近似自然的状态下观察2~3mm的较大活生物样品。SPIM通过柱面透镜和薄型光学窗口形成超薄层光,移动样品获得超薄层照明下切片图像,还可通过可旋转载物台对样品以不同的观察角度扫描成像,从而实现高质量的三维图像重建。因为使用超薄层光,SPIM降低了光线对活生物样品造成的损伤,使完整的样品可继续存活生长,这是目前其他光学显微术无法实现的。SPIM技术的出现为观察较大活样品的瞬间生物现象提供了合适的显微工具,对于发育生物学研究和观察细胞的三维结构具有特别意义。 结构照明技术和干涉成像 当荧光显微镜以高数值孔径的物镜对较厚生物样品成像时,采用光学切片是一种获得高分辨3D数据的理想方法,包括共聚焦显微镜、3D去卷积显微镜和Nipkow 盘显微镜等。1997年由Neil等报道的基于结构照明的显微术,是一种利用常规荧光显微镜实现光学切片的新技术,并可获得与共聚焦显微镜一样的轴向分辨率。干涉成像技术在光学显微镜方面的应用1993年最早由Lanni等提出,随着I5M、HELM和4Pi显微镜技术的应用得到了进一步发展。与常规荧光显微镜所观察的荧光相比,干涉成像技术所记录的发射荧光携带了更高分辨率的信息。(1)结构照明技术:结合了特殊设计的硬件系统与软件系统,硬件包括内含栅格结构的滑板及其控制器,软件实现对硬件系统的控制和图像计算。为产生光学切片,利用CCD采集根据栅格线的不同位置所对应的原始投影图像,通过软件计算,获得不含非在焦平面杂散荧光的清晰图像,同时图像的反差和锐利度得到了明显改善。利用结构照明的光学切片技术,解决了2D和3D荧光成像中获得光学切片的非在焦平面杂散荧光的干扰、费时的重建以及长时间的计算等问题。结构照明技术的光学切片厚度可达,轴向分辨率较常规荧光显微镜提高2倍,3D成像速度较共聚焦显微镜提高3倍。(2)4Pi 显微镜:基于干涉原理的4Pi显微镜是共聚焦/双光子显微镜技术的扩展。4Pi显微镜在标本的前、后方各设置1个具有公共焦点的物镜,通过3种方式获得高分辨率的成像:①样品由两个波前产生的干涉光照明;②探测器探测2个发射波前产生的干涉光;③照明和探测波前均为干涉光。4Pi显微镜利用激光作为共聚焦模式中的照明光源,可以给出小于100nm的空间横向分辨率,轴向分辨率比共聚焦荧光显微镜技术提高4~7倍。利用4Pi显微镜技术,能够实现活细胞的超高分辨率成像。Egner等[8,9]利用多束平行光束和1个双光子装置,观测活细胞体内的线粒体和高尔基体等细胞器的精微细节。Carl[10]首次应用4Pi显微镜对哺乳动物HEK293细胞的细胞膜上离子通道类别进行了测量。研究表明,4Pi显微镜可用于对细胞膜结构纳米级分辨率的形态学研究。(3)成像干涉显微镜(image interference microscopy, I2M):使用2个高数值孔径的物镜以及光束分离器,收集相同焦平面上的荧光图像,并使它们在CCD平面上产生干涉。1996年Gustaffson等用这样的双物镜从两个侧面用非相干光源(如汞灯)照明样品,发明了I3M显微镜技术(incoherent, interference, illumination microscopy, I3M),并将它与I2M联合构成了I5M显微镜技术。测量过程中,通过逐层扫描共聚焦平面的样品获得一系列图像,再对数据适当去卷积,即可得到高分辨率的三维信息。I5M的分辨范围在100nm内。 非线性高分辨率显微术 非线性现象可用于检测极少量的荧光甚至是无标记物的样品。虽有的技术还处在物理实验室阶段,但与现有的三维显微镜技术融合具有极大的发展空间。(1)多光子激发显微术:(multiphoton excitation microscope,MPEM)是一种结合了共聚焦显微镜与多光子激发荧光技术的显微术,不但能够产生样品的高分辨率三维图像,而且基本解决了光漂白和光毒性问题。在多光子激发过程中,吸收几率是非线性的[11]。荧光由同时吸收的两个甚至3个光子产生,荧光强度与激发光强度的平方成比例。对于聚焦光束产生的对角锥形激光分布,只有在标本的中心多光子激发才能进行,具有固有的三维成像能力。通过吸收有害的短波激发能量,明显地降低对周围细胞和组织的损害,这一特点使得MPEM成为厚生物样品成像的有力手段。MPEM轴向分辨率高于共聚焦显微镜和3D去卷积荧光显微镜。(2)受激发射损耗显微术:Westphal[12]最近实现了Hell等在1994年前提出的受激发射损耗(stimulated emission depletion, STED)成像的有关概念。STED成像利用了荧光饱和与激发态荧光受激损耗的非线性关系。STED技术通过2个脉冲激光以确保样品中发射荧光的体积非常小。第1个激光作为激发光激发荧光分子;第2个激光照明样品,其波长可使发光物质的分子被激发后立即返回到基态,焦点光斑上那些受STED光损耗的荧光分子失去发射荧光光子的能力,而剩下的可发射荧光区被限制在小于衍射极限区域内,于是获得了一个小于衍射极限的光点。Hell等已获得了28nm的横向分辨率和33nm的轴向分辨率[12,13],且完全分开相距62nm的2个同类的分子。近来将STED和4Pi显微镜互补性地结合,已获得最低为28nm的轴向分辨率,还首次证明了免疫荧光蛋白图像的轴向分辨率可以达到50nm[14]。(3)饱和结构照明显微术:Heintzmann等[15]提出了与STED概念相反的饱和结构照明显微镜的理论设想,最近由Gustafsson等[16]成功地进行了测试。当光强度增加时,这些体积会变得非常小,小于任何PSF的宽度。使用该技术,已经达到小于50nm的分辨率。(4)二次谐波 (second harmonic generation, SHG)成像利用超快激光脉冲与介质相互作用产生的倍频相干辐射作为图像信号来源。SHG一般为非共振过程,光子在生物样品中只发生非线性散射不被吸收,故不会产生伴随的光化学过程,可减小对生物样品的损伤。SHG成像不需要进行染色,可避免使用染料带来的光毒性。因其对活生物样品无损测量或长时间动态观察显示出独特的应用价值,越来越受到生命科学研究领域的重视[17]。3 表面高分辨率显微术表面高分辨率显微术是指一些不能用于三维测量只适用于表面二维高分辨率测量的显微技术。主要包括近场扫描光学显微术、全内反射荧光显微术、表面等离子共振显微术等。 近场扫描光学显微术 近场扫描学光显微术(near-field scanning optical microscope, NSOM)是一种具有亚波长分辨率的光学显微镜。由于光源与样品的间距接近到纳米水平,因此分辨率由光探针口径和探针与样品之间的间距决定,而与光源的波长无关。NSOM的横向分辨率小于100nm,Lewis[18]则通过控制在一定针尖振动频率上采样,获得了小于10nm的分辨率。NSOM具有非常高的图像信噪比,能够进行每秒100帧图像的快速测量[19],NSOM已经在细胞膜上单个荧光团成像和波谱分析中获得应用。 全内反射荧光显微术 绿色荧光蛋白及其衍生物被发现后,全内反射荧光(total internal reflection fluorescence,TIRF)技术获得了更多的重视和应用。TIRF采用特有的样品光学照明装置可提供高轴向分辨率。当样品附着在离棱镜很近的盖玻片上,伴随着全内反射现象的出现,避免了光对生物样品的直接照明。但因为波动效应,有小部分的能量仍然会穿过玻片与液体介质的界面而照明样品,这些光线的亮度足以在近玻片约100nm的薄层形成1个光的隐失区,并且激发这一浅层内的荧光分子[20]。激发的荧光由物镜获取从而得到接近100nm的高轴向分辨率。TIRF近来与干涉照明技术结合应用在分子马达步态的动力学研究领域, 分辨率达到8nm,时间分辨率达到100μs[21]。 表面等离子共振 表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR) [22]是一种物理光学现象。当入射角以临界角入射到两种不同透明介质的界面时将发生全反射,且反射光强度在各个角度上都应相同,但若在介质表面镀上一层金属薄膜后,由于入射光被耦合入表面等离子体内可引起电子发生共振,从而导致反射光在一定角度内大大减弱,其中使反射光完全消失的角度称为共振角。共振角会随金属薄膜表面流过的液相的折射率而改变,折射率的改变又与结合在金属表面的生物分子质量成正比。表面折射率的细微变化可以通过测量涂层表面折射光线强度的改变而获得。1992年Fagerstan等用于生物特异相互作用分析以来,SPR技术在DNA-DNA生物特异相互作用分析检测、微生物细胞的监测、蛋白质折叠机制的研究,以及细菌毒素对糖脂受体亲和力和特异性的定量分析等方面已获得应用[23]。当SPR信息通过纳米级孔道[24]传递而提供一种卓越的光学性能时,将SPR技术与纳米结构设备相结合,该技术的深入研究将有可能发展出一种全新的成像原理显微镜。【参考文献】[1] 汤乐民,丁 斐.生物科学图像处理与分析[M].北京:科学出版社,2005:205.[2] Kam Z, Hanser B, Gustafsson MGL, et adaptive optics for live three-dimensional biological imaging[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2001,98:3790-3795.[3] Booth MJ, Neil MAA, Juskaitis R, et al. Adaptive aberration correction in a confocal microscope[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2002, 99:5788-5792.[4] Goldman RD,Spector cell imaging a laboratory manual[J].Gold Spring Harbor Laboratory Press,2005.[5] Monvel JB,Scarfone E,Calvez SL,et deconvolution for three-dimensional deep biological imaging[J].Biophys,2003,85:3991-4001.[6] 李栋栋,郭学彬,瞿安连.以三维荧光反卷
工程测量被广泛应用于测绘、国土规划、土建工程等多领域,包含普通测量、控制测量、地形测量、海洋测量、大地测量、道路测量、建筑测量、地下工程测量、桥梁工程测量、隧道工程测量等技能的专业技术。下面是我为大家整理的有关工程测量论文 范文 ,供大家参考。
《 工程测量在水电水利工程建设中的作用 》
摘要:工程测量可为水利工程建设提供准确的数据、资料,对水利工程建设具有重要意义,保持水利水电工程的安全运行,为人民生命财产安全提供着技术性的支持,对促进水利水电事业起着至关重要的作用。本文从以下几个方面对工程测量在水电水利工程建设中的重要作用进行了详细论述。
关键词:工程建设;工程测量;测量数据;作用
在水利水电工程中,测量是一项很重要的工作,它贯穿着水利水电工程建设全过程。经过准确、周密的测量后,水利工程可以顺利的按图施工,还可以为施工质量提供重要的技术支持与保障,更是质量检查的主要手段与 方法 。在规划设计水利工程时,需要进行地形资料的收集与整理,要提供提供中、小比例尺的地形图以及相关的信息,在进行建筑物的设计时需要注意,应该提供的是大比例尺地形图。所以,工程建设与工程测量是确保水利工程项目建设,能够取得成功的重要基础与关键。
1水电水利工程建设中工程测量重要性
(1)现今测量作为一门专业技术,以其能够将设备、建筑物等按照大小、形状、位置等不同设计要求在实地进行标定,以及够准确的采集和表示各种地貌及地物的几何信息等显著特点,被广泛应用到了各种工程建设之中。水利工程施工测量是保证工程施工测量过程处于受控状态,并严格按设计图纸、修改通知、技术规范和合同等的具体要求,进行控制测量的作业。通过资料和图纸进行规划和设计,同时选定最为经济、合理的方案,再通过测量与各项工程的施工相配合,并确保设计意图的正确执行。为满足竣工后工程在管理、使用、维修乃至扩建时的需要,还需编绘竣工图。工程测量数据还可为确定水利工程的堤坝高度、设计水利工程中的各项水工建筑等提供依据。
(2)水利工程结构定型的依据即工程测量,工程测量决定了水利工程的设计和定位,可以利用工程测量来确定水利工程基础、诊断水利工程问题,并且是诊断水利工程质量的最重要手段,各种测量数据可尽早的发现水利工程存在的问题,其意义十分重大。施工测量准备工作是保证整个工程施工测量工作顺利进行的重要环节,包括施工图纸的审核,监理单位提供的平面坐标点和高程点的交接及校核,施工测量方案的编制与数据的整理等。测量在高程放样方面可为模板施工提供准确的基准点,能够保证模板施工的平整度以及混凝土施工提供标高控制线,以确保其在施工后和平整度。工程测量可以为工程施工管理提供可靠的资料以及技术支持,并可对水利工程项目混凝土施工中混凝土种类的使用、混凝土厚度等提供精确的数据。
2水电水利工程测量存在的问题
(1)在水利工程建设要达到水利工程项目建设质量不断提升的目标,就需要进行详细的工程测量,并将工程测量的数据予以应用,以消除那些不可预见的因素确保工程质量。水利工程的施工质量对区域性经济发展和居民的生命安全有重要的影响,在水利水电工程建设阶段需要明确各个控制要点,满足工程实际测量体系的具体要求。在水利水电工程开工建设前期的测量工作,必须按照建设单位的建设规模和具体要求,以及按照项目所在地的自然条件和预期目的进行规模设计。否则将会出现测量数据的误差,就有可能导致水利工程在施工过程中出现严重的质量问题,甚至是引发重大的安全事故造成严重的经济损失,同时对社会方面也会增加严重的负面舆情。
(2)主体结构的施工过程中,要重视工程测量对多方面数据确定的影响,要做好水利工程的轴线、坡面的平整度、 渠道 的中线、大型水利工程建筑物垂直度控制以及主体标高控制等项工作,以防止出现、变形、偏位、渗漏等常见病害的发生,造成对水利工程质量的严重伤害,从而使水利工程项目在日常运行过程的安全性能受到影响。还要作好水工建筑物的变形观测,杜绝由于水工建筑物沉降、位移所引起的安全质量事故发生,以确保水利工程安全的稳定性。工程测量对水利水电工程建设有一定的指导性意义,因此需要结合施工工程设计形式的要求,对不同的设计环节进行分析,适应水利水电工程的建设需求。
3工程测量在水电水利工程建设中的管理与应用
(1)工程测量不但广泛的应用于建筑、土地测量等领域,其在水利工程建设也占据着重要的位置。工程测量能够为水利工程建设提供各项数据,可能保证水利工程建设基础的质量,从而确保整个水利工程项目的质量。随着计算机技术的飞速发展以及“互联网+”时代的到来,出现了地面测量、数字化测绘和RS、GIS、3S、GPS等,先进技术设备和集成测绘新技术的深入应用,使水利水电工程测量的手段和方法进行着快速的更新换代,同时也在不断的开拓着服务领域。这些测量方法最大的特点就是可对数据进行修正,能够让测量对象的参数得到及时修正,提升测量数据的精准度和连续性。
(2)在结合实际对测量工作进行合理的安排,有效提升测量精度,推动水利水电工程建设、促进区域经济健康发展的同时,还应该注重加强包括测量技术水平提高、责任意提升等施工管理人员综合能力素养方面的培养,这样有助于在具体的工作中,采取切实有效的 措施 与方法,以确保工程测量的准确性。需对具体管理人员以及施工人员的工程测量意识进行巩固与加强,通过培训等对他们的质量意识和责任意识进行不断完善,使其在工作能够做到按部就班、不出纰漏,按照流程根据施工图纸进行放样,确定控制高程,以为后面的施工奠定基础,从而加强工程质量。
(3)现阶段对大坝水底地形的测量,主要还是技术人员根据卫星定位技术与多波束探测仪之间的紧密配合来进行的。近年来,我国水利水电工程测量研究投入增多,发展很快,进步很大,取得了显著成绩,在此基础之上我们还应注意,要加强管理人员以及施工人员的测量意识,要进一步提高对测量工作的重视度,从而达到各个环节工程测量水平的全面提升。随着测量数据传播与应用的多样化、网络化及社会化和测量数据采集与处理的实时化、自动化及数字化,还有测量数据管理的标准化、规格化与科学化,水利水电工程测量技术一定会有一个辉煌的未来。
4结束语
工程测量精准的观测成果,为水利水电工程质量和人民生命财产的安全提供了坚实的保障。水利工程的规划、设计和施工以及运行管理等各环节、各阶段都离不开测量工作。工程测量工作要不断的 总结 工作 经验 ,提升专业素质,引用、掌握先进测量仪器,以满足不同时期水利水电工程的不同需求。
参考文献:
[1]杨玉平,杨玉华.论工程测量在水利水电工程建设中的重要性[J].江西测绘,2014,(4):53-54+57.
[2]李添萍.浅析水利水电工程质量检测的重要作用[J].青海科技,2010,(4):136-138.
《 建筑工程测量施工放样方法及应用 》
摘要:随着我国经济发展水平的不断提高,建筑行业得到了显著发展,建筑工程测量作为建筑工程的重要组成,在整个建筑施工前期阶段发挥着重要作用,需要不断对工程测量施工放样技术进行改进与创新才能满足建筑项目需求。本文将对建筑工程测量施工的放样方法与应用进行分析,从而表现做好测量放样处理对工程的重要性。
关键词:建筑工程测量施工放样方法技术探讨
建筑工程开展过程中对尺寸与施工范围有着严格要求与控制,这就需要应用测量放样技术,工程测量存在于整个施工阶段,对施工质量与施工开展有重要意义,需要对放样精度与测量结果反复对比,增强测量放样的精度。鉴于测量施工结果是施工依据与参照,一旦放样测量出现误差,将会影响立模、打桩、钢筋混凝土施工方方面面,在施工位置上容易出现偏差,对施工方带来损失。
1建筑工程测量施工放样概述
内涵
施工放样就是按照设计图标注的内容实地定标的过程。此过程需要使用到全站仪、测量仪器等设备,需要明确设计图纸上平面位置与高程,使用测量仪将实地位置标记出来,按照建筑物间几何关系将距离与特征确定出来,得到距离、高程、角度等数据,再结合控制点位置,在实际建筑中将建筑物特征点标定出来。
施工放样的主要方式
(1)平面放样。
施工放样分为平面位置放样与高程放样两种。平面位置放样较为常见的方法有直角坐标法、方向线交法以及交汇法,每一种方法基本操作方法都需要按照长度与角度进行;极坐标法则是使用数学极坐标原理将极轴确定为连线轴,将其中的某一极点作为放样控制坐标,将极点距离与放样极点连线方向到极点的夹角计算出来,将其作为放样参考[1]。通常,放样点距离控制点很近,需要极坐标与其保持120米距离,这样在测量时将更加方便,角度测量可以使用经纬仪或者测距仪,在使用电子测距仪时需要将控制点的距离延长,这样才能使放样作业更加方便、灵活;直角坐标法主要就是保持坐标轴的平行控制线,先沿横坐标放样,再沿控制线方向放样,只需将直角测设出来便可。
(2)高程放样。
几何水准测量法应用时需要先控制高程点,将控制点精度引入到施工范围内,使用方便固定与保存的方法,在水准点的保密上可以使用一次仪器完成高程放样。常规测量方法为:放样点附近到控制点存在高差,此时,需要使用较长钢尺对高程测设。具体施工中需要使用木桩将放样高程固定下来,使用红线对木桩侧面标记,需要结合具体情况注记高程。三角高程测量法:对水平距离与天顶距两点进行观测,将两点的高差计算出来,这种观测方法虽然简单,但受条件限制需对大地控制点高程测量。基本原理为:将地面两点设为a、b,站在a点观测b点标高,将竖向角度设为α,两点水平距离为S0,a点仪器高设为i1,i2作为标高,此时a、b两点间高差表示为:S0tgα,假设地球表面是一个平面结构,能利用上述公式将直线条件计算出来,大地测量时,还需要对地球弯曲与大气垂直折光度充分考虑[2]。为将三角高程测量精度提高,可以使用对向观测法,将两点高差推导出来。
建筑工程总定位放样方法
可以使用经纬仪将放样方向确定下来,再使用钢尺将测量距离,对地势较平坦的地区需要将定向设置在平缓点位置,再使用测距仪完成测量。曲线定位放线也是常用手段,分为直线、圆曲线等,先将圆曲线桩坐标设计出来,再对坐标加密处理,利用公式进一步对坐标测算。
2放样中注意的问题
放样工作中,有很多内容需要注意:首先,在主轴点放样中,可以使用三点交会法、三边测距法,不能仅使用两点测角定点法,需要选择至少三个方向,将校核点设定为第三点。如果使用测角定点,则要在观测时从四个方向出发,丈量好轮廓距离,不管使用哪种放样法,都需要与理论值对比,防止出现误差。在使用光电测距法放样定点式,现场至少选择一个放样点,丈量设计间距时,能够使校核作用增强。如果通过规则图放样使,则首先要考虑的是放样点间的几何关系,并反复检查几何关系,使用方向法放样时,在使用仪器时可以确定至少两个方向,对方位观察看是否合格,如果精度过低或者存在倾斜,要使用天顶距观测法,防止出现校核偏差。
3放样过程中的现场平差
现场平差就是指在现场放样,现场测量存在偏差消除时可以使用现场平差法。比如,在测放某一个方向时,需要先定点倒镜与正镜,最终将两个方向中点方向值确定下来。在建筑施工中,对测量放样精度有较高要求,分为严密性与松散性要求,从建筑物角度看,严密性与构件存在相关性,如果放样存在的误差较大,将使建筑质量降低。而建筑各部分间的联系则能体现松弛关系,这种情况下需要对建筑各部分有深入了解,将三维数据规定确定下来,也可以结合施工具体情况将放样影响度降低[3]。要想更深刻了解放样精度特征,需要使放样保持严密性,多对严密性进行考虑。如果针对松散构件,则要将误差分散开,确保总体工程质量不会受到影响。与现场平差不同的是,不是将误差全部消除,而是将其放样到质量相关的地方,对其进行吸纳。如果是精密性较高的建筑部位,则要从控制主轴线上实施放样工作,不用考虑控制网精度设计,在完成对主轴线测设后,就可以将建筑部位设定为主轴线基础,将主轴为基准才能确保建筑具备严密性,减少测设带来的精度误差,保证测设的严密性。在具体施工中,还能在主轴基础上将误差分散到建筑各个部分,防止误差过于集中。
4防范误差的对策
受多种因素的影响,测量经常出现误差,极大影响到了建筑施工的顺利开展,人员组成、操作以及施工管理都是重要的影响因素,必须切实做好这些内容的管理与防范才能减少误差。要想将测量放样误差减少,首先就要做好测量准备工作,反复校核设计图纸中的数据,并核实总平面数据与坐标,将基础图与平面图轴线位置确定下来,对符号与标高尺寸进行检查,确保各项数据、参数的准确,对总平面布设位置与分段尺寸进行设定,使分段长度与各段长度一致。其次,还要在人员组织分配上尽量选择技术精湛、有高度责任心的施工人员,将这些人员分为5组。在具体测量中,需要准备好测量仪器与工具,并调整好仪器的温度,增强仪器使用的效率与准确性。及时将测量结果记录下来,确保测量的数据能够更加真实、准确,并能在核对中及时发现问题、解决问题,必须经过两个人反复核对以后才能将最终结果确定下来,使用加减相消法能够及时发现错误。针对问题采取科学、有效的定位复测措施,完成定位以后,复测建筑平面几何尺寸与角度坐标,对建筑物图纸设计与标高是否相符进行核对,对建筑方向准确性进行检查,发现存在的问题。质量监督机构要定期对放样操作进行监督,将质量管理检查机构建设起来,采取自检、互检以及复检方法使放样精度得到保证。
5结束语
建筑工程测量施工是一个复杂且漫长的过程,是建筑施工中必不可少的组成,一个环节出现误差或者遗漏就会对整个施工质量造成影响,为施工单位带来损失。为此,加强放样管理,强化放样操作,做好校核平差工作显得非常重要。这有这样,才能将测量误差消除,确保建筑工程质量与测量精度。
参考文献
[1]邓志永,冯显征.建筑施工测量误差分析及对施工放样精度要求的探讨[J].建筑工程技术与设计,2014(22):779-779.
[2]袁俊利.采用传统测量技术进行复杂立交桥工程测量的方法和措施[J].建筑技术,2012,43(9):806-809.
[3]郝安华,贾涛.试论市政道路工程测量放样控制工作的要点与对策[J].商品与质量•建筑与发展,2014(5):
《 地铁工程测量技术及应用 》
摘要:在地铁工程项目中,地铁测绘工作及测量技术是项目建设的基础工作,它不仅贯穿于整个地铁工程建设始终,还对地铁工程质量产生重要影响。本文结合地铁测绘工作的实践经验,分析了常见的地铁工程测量技术,就具体的实践应用进行了分析探讨,以期对相关的地铁工程测绘工作有所启示作用。
关键词:地铁测绘;测量技术;地铁工程
伴随我国经济建设的蓬勃发展,各地城市交通建设也面临着全新的发展局面,作为城市交通的最基础建设之一,地铁工程与百姓生活密切相关,其工程质量自然也备受社会关注。地铁测绘工作是地铁工程的一项重要环节,它贯穿于整个地铁工程,从地铁工程开始筹划直到工程的后续运营,几乎都离不开测绘工作的支持。因此作为工程施工单位,需重视地铁工程测量技术的应用,保证测量的准确性,提高工程建设水平。本文结合具体工程实例,对上述问题进行探析,具有一定的参考价值。
1.地铁工程概述
为方便本次研究分析,本文选取了某地铁工程的具体实践建设作为研究参考对象。工程为某城市的地铁线路,是南北方向的主干线,线路全长约,其中地下线长约,地上线长约,该项工程是解决主城南北客运主流向出行需求的南北主轴线。结合本次地铁工程概述及以往的施工经验,总结本次地铁工程测绘工作和测量技术工作具有以下特点。首先,本次地铁工程项目属于城市地铁线路主干线,对城市交通影响较大;而且地铁项目投资大,工程建设周期长,因此地铁测绘工作要贯穿于整个项目始终,从地铁工程开始筹划直到工程的后续运营,都需要测量技术支持。其次,地铁工程界限规定严格,施工过程中存在的误差都必须受到严格控制,测量技术必须有精确性和可靠性的保障。最后,地铁测量工作必须抓好每一个细节,要通过测量技术的管理提高项目管理质量,对于施工过程中一些关键环节如铺轨基标测量、隧道施工方面测量等,都要做好严格把控,从整体上提高测量技术水平,为地铁工程打下良好的基础。
2.地铁工程测量技术分析
地铁测绘工作贯穿于整个地铁工程建设项目始终,具体包括工程勘测阶段、地铁施工图设计阶段、地铁施工测量阶段、地铁的运营期等几个方面。本文主要从施工阶段对地铁工程测量技术的应用进行分析,具体如下。
测量机器人的应用
测量机器人是本次地铁工程施工阶段的主要测量技术,其具体实质上属于一种智能型电子全站仪,它能够代替人工来进行一系列的测量工作,如自动搜索、跟踪、识别,此外它还能精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息,在实际工程中取得了良好的测量效果。该项技术的测量优势在于测量精度高,智能自动化,自动照准,锁定跟踪,遥控测量及自动调焦等。本次工程测量实例中应用了测量机器人,对于本次地铁工程测量的可靠性和效率都有明显提升,测量精度度高,测量与绘制工作可以一体化进行。在实际工程中发现,测量机器人有着良好的对数据实时分析处理能力,这对于提高本次工程数据处理能力,提升测量精度发挥了重要作用。此外,电子全站仪的应用实现了集成化管理,可以有效确保数据的共享交换,施工放样的质量和效率都大幅提升,安装误差控制在一个很小的范围内。
定向测量
传统的竖井定向测量手段均采用全站仪、垂准仪和陀螺经纬仪联合的方式,而在本次工程的具体实例中,应用了定向测量系统,在隧道盾构的情况下,利用自动化引导系统进行隧道开挖,而且定向测量能够实现实时显示,对于隧道轴线的点偏移值能够及时发现并处理,保证了隧道开挖的可靠性,提高了隧道开挖的精度程度,对于工程中所存在的误差值也能控制在理想的范围内。此外,在本次工程的地下顶管施工过程中,考虑到传统的施工手段技术(即人工测量)费时费力,施工效益低下,因此在本次实际施工中采用了顶管自动引导测量系统,由计算机远程控制测量机器人来自动完成作业,取得了非常理想的施工效果。
断面测量
在本次工程的断面测量上,施工单位综合采取了断面测量系统,该系统的具体内容包括了全站仪、数据采集器、计算机和觇牌等等。在隧道施工中的各个环节上,该断面测量系统取得了良好的实践效果,放样、测量、检测和计算等诸多环节上都没有出现问题。在隧道的初砌和开挖工作中,测量准确性得到了保证,同时测量效率提升,节约了大量的人力物力。本次施工发现,利用断面测量来保证隧道施工的测量工作,一方面可以大大提高施工进度,测量速度有保障;另一方面,在同等的施工时间内,测量精度可以控制在理想范围内,一般精度范围可控制在毫米,测量精准度大大提升。此外在本次施工工程中,还利用到了无反射和全自动棱镜三维断面测量,一方面保证了测量数据采集的高效性,另一方面由于实现了多断面共同测量,且操作简便高效,可靠性强,因此又进一步提高了测量效率。
无棱镜测量的应用
在本次的地铁工程施工中,还涉及到了无棱镜测量机器人的具体应用。该项技术通过辐射测量极坐标的方式,准确并高效地完成了一系列的工测量工作,具体包括了隧道掘进放样、断面测量、围岩净空位移量测等等,测量精确度高,测量效率好。该项测量技术进行了有针对性的创新,在工程中利用计算机自动处理,有效减少了工程成本,测量起来也十分方便。该项测量技术的一个典型特点是把设计图中的地铁相应物体的位置及大小都放到实地中,这种趋近于真实的参考参照,大大提高了本次工程的放样精确程度。此外,施工基坑监测系统能够实现对数据的及时分析管理,对于地铁基坑监测项目也具有非常高的可行性。
地铁施工铺设阶段
在地铁施工铺设阶段,本次施工也采用了测量机器人。该项技术的主要原理是应用到了无线传输技术,通过它将测量数据持续传输到机载计算机,然后再利用计算机实现对地铁铺设的精确控制。通过该项技术在本次工程施工中的应用,施工铺设的安全性与质量都得到了有效保障。同时在铺设精度得到有效控制的前提下,铺设成本大大降低,工程经济效益得到了有效保证。此外在施工路面扫描系统中,测量机器人也有很高的应用价值,可将监测目标分为圆棱镜,无棱镜和反射贴片三种。
竣工测量阶段
在本次项目的地铁工程竣工阶段,也需要进行大量的数据测量,这些测量的数据将作为竣工验收的参考,并做相应好存档工作。这些具体的测量内容包括了地铁结构的平面位置、埋深、线路等诸多方面。通过测量机器人的应用,可以实现对相关建筑物(包括附属结构)的尺寸测量、线路及高程测量等,提升了轨道测量精度,保障了地铁工程测量放样的顺利实现。
总结
综上所述,地铁测绘工作是一项系统且复杂的内容,它贯穿于整个工程始终,并对工程质量提供了强有力的保障。在当前各地城市交通建设不断发展的新时期,地铁工程自然占据了十分重要的位置,相关单位需要在保证工程质量的前提下,加强工程测量管理工作,强化对地铁工程测量技术的研究,保证测量各个环节的质量与水平,确保工程顺利开展并取得良好的综合效益,推动我国地铁交通事业的发展迈向一个新高度。
参考文献:
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