EngineeringSurveying工程測量學\1EngineeringSurveying工程測量學\1

工程測量學是測繪科學與技術的二級學科，是一門技術性、應用性很強的學科。該課程注重講述學科的理論、方法與勘測技術，結合典型工程的測量實踐，涵蓋了經典理論到新技術應用，從工程建筑物的設計、施工放樣到變形監(jiān)測以及工業(yè)測量、精密工程測量等的內容。對于該課程的學習要注意理論與實踐的結合。課程概要：2工程測量學是測繪科學與技術的二級學科，是一本課程學習的內容主要如下：工程建設對地形圖的要求與應用水下地形及專題地圖的測繪工程測量控制網布設的理論與方法施工放樣方法和精度分析※線路工程測量※地下工程施工測量建筑物變形觀測3本課程學習的內容主要如下：工程建設對地形圖的要求與應用

第一章工程測量學概述

第一節(jié)工程測量學的研究對象及特點一、學科研究及應用領域

（一）學科定義

定義二：工程測量學主要研究在工程、工業(yè)和城市建設以及資源開發(fā)各階段所進行的地形和有關信息的采集和處理、施工放樣、設備安裝、變形監(jiān)測分析和預報的理論、方法和技術，以及研究對測量和工程有關的信息進行管理和使用的學科。

定義一：工程測量學是研究各種工程在規(guī)劃設計、施工建設和運營管理階段所進行的各種測量工作的學科。4第一章工程測量學概述第一節(jié)工

定義三：工程測量學是研究地球空間(地面、地下、水下、空中)中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現的理論方法和技術的一門應用性學科。

總的來說，工程測量學主要包括以工程建筑、水利、道路建設、礦山生產等為對象的工程測量和以機器設備為對象的工業(yè)測量（定位測量、安裝測量）兩大部分，主要任務是為各種服務對象提供測繪保障，滿足它們所提出的各種要求，可分普通工程測量和精密工程測量。5定義三：工程測量學是研究地球空間(地面、地下、水下（二）研究領域主要研究在工程與工業(yè)建設、城市建設與國土資源開發(fā)、水陸交通與環(huán)境工程和減災救災等工作中，進行地形和有關信息的采集與處理、施工放樣、設備安裝、變形監(jiān)測與分析預報等方面的理論和技術，以及與之有關的信息管理與使用。6（二）研究領域6（三）工程測量學的內容1、工程測量按工程進程和作業(yè)性質劃分

工程建設的勘察設計階段—測量工作主要為工程提供各種比例尺地形圖，地質、水文勘探等各種測量資料；

施工建設階段—測量工作主要是施工放樣和設備安裝。包括建立施工和安裝測量控制網、點位放樣；

運營管理階段—測量工作主要是建筑物、構筑物的變形觀測。7（三）工程測量學的內容工程建設的勘察設計階段

2、工程測量按其服務對象劃分建筑、水利、鐵路、公路、礦山、城市、國防等工程測量，以及精密工程測量、工程攝影測量等。（四）研究的主要內容

1、建筑工程測量（1）測圖、用圖（2）施工放樣（3）變形觀測2、礦山測量從礦山的開發(fā)勘探、設計、建設、生產各個階段直到礦井報廢為止。82、工程測量按其服務對象劃分（四）研究的主要內容2

3、水利工程測量在勘測設計階段，測量工作主要是為水工建（構）筑物設計提供必要的地形資料和其他測量數據。在水利樞紐工程的施工期間，測量工作的主要任務是按照設計的意圖，將設計圖紙上的建筑物以一定的精度要求測設于實地。在水利樞紐工程的運營期間，要定期和不定期的對其進行變形觀測。93、水利工程測量9

4、線路工程測量（1）勘測設計階段—初測、定測；（2）施工階段—中線測量、路基和路基邊坡放樣測量、豎曲線測設等。（3）竣工階段—竣工測量（測定線路中心線縱斷面圖和路基橫斷面圖）104、線路工程測量10

5、軍事工程測量

在軍事工程建設的勘測設計、施工建設和運營管理階段所進行的測量工作。主要內容：軍用道路測量、地下軍事工程（軍用坑道、洞庫等）測量、軍港測量、機場測量、靶場工程測量及軍事設施測量，以及軍工建筑物變形觀測等。

續(xù)115、軍事工程測量續(xù)11

軍事工程測量的最新發(fā)展還包括為軍事和國防部門提供應用測量服務，主要體現在如下三個方面：一是為軍事和國防的一切部門解決計量和基準問題，如測量距離、方向、速度、加速度及三維坐標等；二是為大容量器具（油罐、貨艙）測算容積、體積以及為艦船、飛機等測繪外形；三是為營房管理、軍墾土地等部門建立信息服務和管理系統。12軍事工程測量的最新發(fā)展還包括為軍事和國防部

6、精密工程測量

主要任務是解決各種大型特種精密工程所提出的高精度的測量課題。它的特點是：極高的測量精度要求（例如距離10-6以上相對精度或亞毫米級的絕對精度）；非傳統的測量方法和專用儀器設備；合理的數據處理方法和測量過程的自動化等。精密工程和一般工程一樣，包括規(guī)劃設計、施工放樣和運營管理三個階段。其中大部分測量工作與一般工程的測量工作相近。

續(xù)136、精密工程測量續(xù)13精密工程測量與一般工程測量不同之處：①大型精密工程的規(guī)劃設計階段，要研究地形變及局部重力場不均勻性對工程穩(wěn)定性的影響；②對于有統一工藝流程和結構的大型建筑物，除了建立高精度的施工測量控制網外，還要建立高精度的安裝測量控制網。③精密工程測量要求在控制點上建立穩(wěn)固的測量標志，并設立強制對中裝置；④在精密工程測量中，各種外界影響都要考慮。14精密工程測量與一般工程測量不同之處：14

7、工程攝影測量

利用攝影機或其他數據獲取設備，對一定范圍內的研究對象進行靜態(tài)或動態(tài)攝影取得記錄相片，根據相片上的圖像進行量測、分析，從而求定研究對象上點的二維或三維坐標等數據或繪制對象的各種圖解圖的科學技術和工藝。工程攝影在測量工作中廣泛用于建筑物動態(tài)、瞬時變形，對于不宜到達的目標的觀測、遙測等。

續(xù)157、工程攝影測量續(xù)15工程攝影測量的主要特點表現在：（1）相片信息豐富、容量大，顯示能力客觀、影像逼真，適用于不規(guī)則物體的外形測量；（2）在工程攝影中，所涉及的目標大小、攝影距離、精度要求、靜態(tài)或動態(tài)等各方面均有不同，但只要合理地選擇攝影儀器、攝影方式與布設控制，就可以解決科研和生產中若干復雜問題；（3）對安全監(jiān)測測量來說，可同時測定許多點，更便于對問題的分析；（4）攝影像片可長期保存，便于日后對成果的查核、比較和分析；（5）外業(yè)工作量小、勞動強度低、經濟效益高。16工程攝影測量的主要特點表現在：16

第二節(jié)工程測量學的地位及其與鄰近學科的關系

一、工程測量學的地位工程測量狹窄的概念主要面向土木工程范疇，現在已發(fā)展為廣義的工程測量。正如蘇黎世工業(yè)學院馬西斯(Mathis)教授所說“一切不屬于地球測定，不屬于有關國家地圖集的陸地測量和不屬于公務測量的實際測量課題，都屬于工程測量”。廣義工程測量學是研究并提供地表上、下及周圍空間建筑和非建筑工程幾何物理信息和圖形信息的應用技術學科?？茖W的發(fā)展可用來解決精密復雜的工程測量課題，反過來工程測量的應用又推動科學技術的不斷進步。17第二節(jié)工程測量學的地位一、工二、工程測量學與鄰近學科的關系

工程測量學與測繪學及其他學科之間有著密切的關系，見下圖：18二、工程測量學與鄰近學科的關系18工程測量學與鄰近學科的關系

工程測量學不是單一的學科，是許多學科之間互相滲透、互相補充、互相促進的技術學科。一方面，現代大地測量、攝影與遙感、地圖制圖等各學科的新技術、新理論解決工程測量中的難題；另一方面，通過工程測量的應用使的這些新的科學更富有生命力。如GPS、GIS和RS的應用，CCD固態(tài)攝影機的應用，機器人技術，傳感器技術和激光技術、計算機技術等對工程測量的促進。19工程測量學與鄰近學科的關系19三、我國工程測量的成就

在國防工業(yè)和軍事工程建設方面，各種新型武器的試驗；衛(wèi)星、導彈和其他航天器的發(fā)射；各種軍事設施的興建等。

在冶金、建筑方面，從武鋼、包鋼到寶鋼等大小鋼鐵企業(yè)的建設（從鐵礦勘探與開采、運輸線路建設、基礎工程建設、機器設備安裝、高爐施工）。08年北京奧運場館鳥巢、水立方的建設（從設計、施工溶入世界最先進的技術，成為當代標志性建筑）鳥巢被英國建筑專業(yè)雜志《建筑新聞》評為“令人驚異的世界十大建筑工程”之一。迪拜哈利法塔高度828米（2,717英尺），是迄今為止世界上最高建筑物。

續(xù)20三、我國工程測量的成就續(xù)20在交通運輸方面，修筑無數條公路、鐵路（青藏鐵路）、高速公路，建造了數不清的長短隧道，架設了千百座橋梁。在這些工程中工程測量工作者進行了線路測量、曲線放樣、橋梁測量、隧道控制測量和貫通測量等。杭州灣跨海大橋是全長36公里，是目前世界上最長的跨海大橋

在水利建設方面，興建了無數座水庫、水壩、引水隧洞、水電站等工程（如長江三峽工程、長江葛洲壩工程等）。

其他方面，如建筑物變形監(jiān)測、精密工程設備的安裝調試等。21在交通運輸方面，修筑無數條公路、鐵路（青藏鐵路）、高

第三節(jié)工程測量學的發(fā)展工程測量總的發(fā)展趨勢為：測量數據采集和處理向一體化、實時化、數字化方向發(fā)展；測量儀器和技術向精密、自動化、智能化、信息化方向發(fā)展；工程測量產品向多樣化、網絡化、社會化方向發(fā)展。具體表現在以下幾個方面：

一、大比例尺工程測（成）圖數字化；

野外數據采集（全站儀、GPS、數字攝影、遙感等技術）、數據處理（軟件）、繪圖（繪圖軟件）。22第三節(jié)工程測量學的發(fā)展工程測量總的發(fā)展趨勢為：具二、數字三維城市與建筑測繪

隨著我國國民經濟與社會信息化的快速發(fā)展，以三維城市建模為標志的“數字城市”建設正如雨后春筍般在各地出現。三維空間環(huán)境的獲得得益于測繪遙感、地理信息系統和三維可視化有關技術手段的迅速發(fā)展，而虛擬環(huán)境技術和三維地理信息系統正是其核心內容。建筑測繪——通過對實際建筑對象的現場調查、測量，用建筑平面圖、立體圖、剖面圖的形成原理，將實測對象及其數據加以分析整理后，用平面圖、立體圖、剖面圖表達出來。23二、數字三維城市與建筑測繪23三、城市地下管線探測地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，是一個城市的“生命線”。隨著城市建設的迅速發(fā)展，地下管線種類越來越多，埋于地下的各種管線密如蛛網。由于種種原因，許多城市管線資料不全、不準，許多工程項目在施工過程中損壞地下管線的事故時有發(fā)生，造成重大的經濟損失和不良的政治影響。因此，開展城市地下管線普查、建檔與動態(tài)管理具有現實意義和歷史意義。24三、城市地下管線探測24四、工業(yè)測量系統的最新進展工業(yè)測量系統是指以電子經緯儀、全站儀、數字相機等為傳感器，在計算機的控制下，完成工件的非接觸和實時三維坐標測量，并在現場進行測量數據處理、分析和管理的系統。工業(yè)測量在國內是近幾年發(fā)展起來的一種對工業(yè)產品進行測量的技術,例如飛機、汽車、輪船的測量與建模。這些測量必須是三維測量。

1、經緯儀測量系統是由多臺高精度電子經緯儀構成的空間角度前方交會測量系統。如Leica的ManCAT系統和ECDS3系統，測量精度可達到0.02～0.05mm。

25四、工業(yè)測量系統的最新進展252、全站儀極坐標測量系統是由一臺高精度的測角、測距全站儀構成的單臺儀器三維坐標測量系統（STS）。有的具有自動跟蹤和自動瞄準目標的功能。3、數字攝影測量系統V-STARS是數字攝影測量系統的典型產品。采用數字近景攝影測量原理，通過2臺高分辨率的柯達數字相機對被測物體同時拍攝，得到物體的數字影像，經計算機圖像處理后得到精確的X、Y、Z坐標。V-STARS特別適合于動態(tài)物體的快速坐標測量，操作方便，精度可達到0.01～0.03mm。262、全站儀極坐標測量系統3、數字攝影測量系統26

4、激光跟蹤測量系統激光跟蹤儀出現于20世紀80年代末,其精度非常高,可達5μm+5×10-6D。以前主要用于高精度的工業(yè)測量,如飛機、汽車、機械零件等,現在由于其測量半徑可達到60m,可方便地用于精密工程測量。該儀器不依賴于水準面,不受大地水準面精度的影響。代表產品為SMART310，可自動跟蹤反射裝置，測量速度極快（500次/秒讀數），重復測量精度高（達到5ppm），特別適用于動態(tài)目標的監(jiān)測。274、激光跟蹤測量系統275、三維激光掃描儀三維激光掃描儀是近幾年發(fā)展起來的一種三維測量儀器,由于其掃描速度快、點位精度高、點密度高,應用普及速度非常快。該儀器不依賴于水準面,不受大地水準面精度的影響。6、衛(wèi)星定位測量系統衛(wèi)星定位系統所獲得的點位坐標是地心直角坐標系中的三維坐標,是真正的三維測量系統。其測量精度非常高,雙頻GPS的點差分測量精度可到亞毫米級。285、三維激光掃描儀6、衛(wèi)星定位測量系統287、關節(jié)臂三坐標量測儀關節(jié)臂三坐標量測儀也稱機械臂三坐標量測儀,是工業(yè)和機械測量中的常用測量設備。該儀器不依賴于水準面,不受大地水準面精度的影響。由于其測量范圍有限,適合于工業(yè)測量。

多關節(jié)機械臂式三維坐標采集系統是應用傳感器技術的接觸式三維測量裝置。其特點在于操作方便、精度高、成本低廉且不受物體表面反射情況的影響。它通過安裝在各關節(jié)及桿件內部的光電角度編碼器獲得各關節(jié)轉角和桿件轉角,再結合機械臂的機械參數(各臂長,關節(jié)厚度等),應用坐標模型計算出被測點的三維坐標。297、關節(jié)臂三坐標量測儀多關節(jié)機械臂式三維坐標采集

3030五、施工測量自動化和智能化的進展

在施工放樣中采用自動尋標全站儀、在隧道施工中采用自動導向系統。六、工程測量儀器和專用儀器向自動化方向發(fā)展1、精密角度測量儀器光電測角代替光學測角、光電測角能夠實現數據的自動獲取、改正、顯示、存儲和傳輸，精度與光學測角相當可達到±0.5″、有馬達驅動的電子經緯儀可實現目標自動照準等。31五、施工測量自動化和智能化的進展六、工程測量儀器和專用儀器向2、精密距離測量儀器在距離測量方面，包括中長距離(數十米至數公里)、短距離(數米至數十米)和微距離(毫米至數米)及其變化量的精密測量。以ME5000為代表的精密激光測距儀和LDM2雙頻激光測距儀，中長距離測量精度可達亞毫米級；采用多譜勒效應的雙頻激光干涉儀，能在數十米范圍內達到0.01μm的計量精度，成為重要的長度檢校和精密測量設備；采用CCD線列傳感器測量微距離可達到百分之幾微米的精度，它們使距離測量精度從毫米、微米級進入到納米級世界。3、精密工程安裝、放樣儀器（以全站儀為代表）322、精密距離測量儀器3、精密工程安裝、放樣儀器（以全站儀為代

4、高精度定向儀器（陀螺經緯儀、新型±3″）5、精密高程測量儀器（數字水準±0.4mm、液體靜力水準測量系統可同時獲取數十乃至數百個監(jiān)測點的高程，具有高精度、遙測、自動化、可移動和持續(xù)測量等特點）。6、工程測量專用儀器主要指用于應變測量、準直測量和傾斜測量的測量儀器。專用儀器具有高精度(亞毫米、微米乃至納米)、快速、遙測、無接觸、可移動、連續(xù)、自動記錄、微機控制等特點，可作精密定位和準直測量，可測量傾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，還可測振動頻率以及物體的動態(tài)行為。334、高精度定向儀器（陀螺經緯儀、新型±3″）33七、特種精密工程測量的發(fā)展

大型精密工程對測量的精度要求很高，包括角度、距離、高差、定位、準直等測量工作。如高能粒子加速器工程中要求兩相鄰電磁鐵安裝的相對徑向誤差不超過±0.1～0.2mm，直線加速器中漂移管的橫向精度為0.05～0.3mm等等。要解決這樣高的精度問題，就需要從測量布網方案、測量標志及埋設、專用儀器工具研制、測量方法的選擇、數據處理等進行一系列研究工作。

續(xù)34七、特種精密工程測量的發(fā)展續(xù)34北京正負電子對撞機的精密控制網，精度達±0.3

mm。設備定位精度優(yōu)于±0.2

mm，200

m直線段漂移管直線精度達±0.1

mm。大亞灣核電站控制網精度達±2

mm，秦山核電站的環(huán)型安裝測量控制網精度達±0.1

mm。上海楊浦大橋控制網的最弱點精度達±0.2

mm，橋墩點位標定精度達±0.1

mm。

北京奧運會、殘奧會比賽場館水立方泳池的長度誤差在1毫米之內，鳥巢跑道的長度誤差在3毫米之內。35北京正負電子對撞機的精密控制網，精度達±0.3

mm

鳥巢施工測量可以說應用了目前最先進的技術、最先進的儀器設備。應用衛(wèi)星定位系統、全站儀及數字水準儀，快速建立了高精度三維工程控制網，大大提高了控制測量的質量與效率；應用智能化全站儀，實現了大型復雜工程設施快速、準確的空間放樣測設；采用工業(yè)測量技術，進行了復雜鋼構件的組裝測量；應用激光掃描等技術，對大型及特殊鋼結構的空間形態(tài)進行了精確測量，并對測量數據進行實時處理、分析與可視化表現，實現了信息化施工；建立了大型及特殊工程測量項目的管理體系和制度，確保測量成果的可靠性與完整性。

36鳥巢施工測量可以說應用了目前最先進的技術、最先八、工程測量數據處理自動化和數據庫隨著測量儀器的發(fā)展，一方面精度提高（工作變簡單），另一方面所獲信息量大（數據處理和解釋要求高），從而對結果的可靠性和精度要求也大大提高。研究和制訂恰當的數據處理、管理方法是非常必要的。實際上工程測量數據處理正在逐步走向自動化。主要表現在對各種控制網的整體平差、控制網的最優(yōu)化設計和變形觀測的數據處理和分析等方面。37八、工程測量數據處理自動化和數據庫37九、工程攝影測量和遙感技術的廣泛應用工程攝影測量是用量測機或非量測機對目標攝影，解析出空間坐標，它是通過直接線性變換法而獲得的，不必進行常規(guī)的像片內、外方位定向。攝影測量系統的基本原理就是:從不同站上拍攝物體的照片,利用在各相片上的同名像點,在一定數量的物方控制點下解求相機的內外方位元素,進而求得物方點的三維坐標。

工程攝影測量和遙感技術在文物保護、考古工作、園林、環(huán)境保護、醫(yī)學、設備安裝、動態(tài)變形觀測等有著廣泛應用。38九、工程攝影測量和遙感技術的廣泛應用38十、GPS在工程測量中的應用GPS定位技術是近代迅速發(fā)展起來的衛(wèi)星定位新技術，該技術發(fā)展一改常規(guī)的測量方式，給測量工作帶來革命性變化，大大降低測量工作者的勞動強度，大大提高勞動效率和社會效益。具有精度高（可提供1～2ppm的相對定位精度），作業(yè)時間短，不受時間、氣候條件和兩點間通視的限制。GPS定位技術在工程測量中有著極廣的應用前景。如從一般的控制測量（各種控制網的建立），到精密工程測量、石油勘探、高速公路興建、通訊線路工程、地下鐵路工程、隧道貫通、建筑變形觀測、大壩監(jiān)測、山體滑坡檢測、地殼形變監(jiān)測等方面有著廣泛應用。

續(xù)39十、GPS在工程測量中的應用續(xù)39隨著差分GPS技術（DGPS）和實時動態(tài)GPS技術（RTK）的發(fā)展，出現了GPS全站儀。GPS與其他傳感器或測量系統的組合解決了定位、測量和通信的一體化問題，甚至用于快速地形測繪。總之，GPS技術在工程測量的發(fā)展還有很大的空間。40隨著差分GPS技術（DGPS）和實時動態(tài)GPS技術（十一、工程測量學的發(fā)展展望

展望21世紀，工程測量學在以下方面將得到顯著發(fā)展：

1.

測量機器人將作為多傳感器集成系統在人工智能方面得到進一步發(fā)展，其應用范圍將進一步擴大，影像、圖形和數據處理方面的能力進一步增強。

2.

在變形觀測數據處理和大型工程建設中，將發(fā)展基于知識的信息系統，并進一步與大地測量、地球物理、工程與水文地質以及土木建筑等學科相結合，解決工程建設中以及運行期間的安全監(jiān)測、災害防治和環(huán)境保護的各種問題。

3.

工程測量將從土木工程測量、3維工業(yè)測量擴展到人體科學測量，如人體各器官或部位的顯微測量和顯微圖像處理。

41十一、工程測量學的發(fā)展展望

展望21世紀，工程測量學4.

多傳感器的混合測量系統將得到迅速發(fā)展和廣泛應用，如GPS接收機與電子全站儀或測量機器人集成，可在大區(qū)域乃至國家范圍內進行無控制網的各種測量工作。

5.

GPS、GIS技術將緊密結合工程項目，在勘測、設計、施工管理一體化方面發(fā)揮重大作用。

6.

大型和復雜結構建筑、設備的3維測量、幾何重構以及質量控制將是工程測量學發(fā)展的一個特點。

7.

數據處理中數學物理模型的建立、分析和辨識將成為工程測量學專業(yè)教育的重要內容。

424.

多傳感器的混合測量系統將得到迅速發(fā)展和廣泛應用

綜上所述，工程測量學的發(fā)展，主要表現在從1維、2維到3維、4維；從點信息到面信息獲??；從靜態(tài)到動態(tài)；從后處理到實時處理；從人眼觀測操作到機器人自動尋標觀測；從一般工程測量到大型特種工程測量；從高空到地面、地下以及水下；從人工量測到無接觸遙測；從周期觀測到持續(xù)測量；測量精度從毫米級到微米乃至納米級。工程測量學的上述發(fā)展將直接對改善人們的生活環(huán)境，對提高人們的生活質量起重要作用。

綜合近幾年的工程測量發(fā)展情況,預測未來,三維測繪技術、地下管線智能化探測與管理技術、數字城市地理空間框架等三方面將是未來工程測量科技發(fā)展有較大影響的核心技術。本章結束43綜上所述，工程測量學的發(fā)展，主要表現在從1維、2維到EngineeringSurveying工程測量學\44EngineeringSurveying工程測量學\1

工程測量學是測繪科學與技術的二級學科，是一門技術性、應用性很強的學科。該課程注重講述學科的理論、方法與勘測技術，結合典型工程的測量實踐，涵蓋了經典理論到新技術應用，從工程建筑物的設計、施工放樣到變形監(jiān)測以及工業(yè)測量、精密工程測量等的內容。對于該課程的學習要注意理論與實踐的結合。課程概要：45工程測量學是測繪科學與技術的二級學科，是一本課程學習的內容主要如下：工程建設對地形圖的要求與應用水下地形及專題地圖的測繪工程測量控制網布設的理論與方法施工放樣方法和精度分析※線路工程測量※地下工程施工測量建筑物變形觀測46本課程學習的內容主要如下：工程建設對地形圖的要求與應用

第一章工程測量學概述

第一節(jié)工程測量學的研究對象及特點一、學科研究及應用領域

（一）學科定義

定義二：工程測量學主要研究在工程、工業(yè)和城市建設以及資源開發(fā)各階段所進行的地形和有關信息的采集和處理、施工放樣、設備安裝、變形監(jiān)測分析和預報的理論、方法和技術，以及研究對測量和工程有關的信息進行管理和使用的學科。

定義一：工程測量學是研究各種工程在規(guī)劃設計、施工建設和運營管理階段所進行的各種測量工作的學科。47第一章工程測量學概述第一節(jié)工

定義三：工程測量學是研究地球空間(地面、地下、水下、空中)中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現的理論方法和技術的一門應用性學科。

總的來說，工程測量學主要包括以工程建筑、水利、道路建設、礦山生產等為對象的工程測量和以機器設備為對象的工業(yè)測量（定位測量、安裝測量）兩大部分，主要任務是為各種服務對象提供測繪保障，滿足它們所提出的各種要求，可分普通工程測量和精密工程測量。48定義三：工程測量學是研究地球空間(地面、地下、水下（二）研究領域主要研究在工程與工業(yè)建設、城市建設與國土資源開發(fā)、水陸交通與環(huán)境工程和減災救災等工作中，進行地形和有關信息的采集與處理、施工放樣、設備安裝、變形監(jiān)測與分析預報等方面的理論和技術，以及與之有關的信息管理與使用。49（二）研究領域6（三）工程測量學的內容1、工程測量按工程進程和作業(yè)性質劃分

工程建設的勘察設計階段—測量工作主要為工程提供各種比例尺地形圖，地質、水文勘探等各種測量資料；

施工建設階段—測量工作主要是施工放樣和設備安裝。包括建立施工和安裝測量控制網、點位放樣；

運營管理階段—測量工作主要是建筑物、構筑物的變形觀測。50（三）工程測量學的內容工程建設的勘察設計階段

2、工程測量按其服務對象劃分建筑、水利、鐵路、公路、礦山、城市、國防等工程測量，以及精密工程測量、工程攝影測量等。（四）研究的主要內容

1、建筑工程測量（1）測圖、用圖（2）施工放樣（3）變形觀測2、礦山測量從礦山的開發(fā)勘探、設計、建設、生產各個階段直到礦井報廢為止。512、工程測量按其服務對象劃分（四）研究的主要內容2

3、水利工程測量在勘測設計階段，測量工作主要是為水工建（構）筑物設計提供必要的地形資料和其他測量數據。在水利樞紐工程的施工期間，測量工作的主要任務是按照設計的意圖，將設計圖紙上的建筑物以一定的精度要求測設于實地。在水利樞紐工程的運營期間，要定期和不定期的對其進行變形觀測。523、水利工程測量9

4、線路工程測量（1）勘測設計階段—初測、定測；（2）施工階段—中線測量、路基和路基邊坡放樣測量、豎曲線測設等。（3）竣工階段—竣工測量（測定線路中心線縱斷面圖和路基橫斷面圖）534、線路工程測量10

5、軍事工程測量

在軍事工程建設的勘測設計、施工建設和運營管理階段所進行的測量工作。主要內容：軍用道路測量、地下軍事工程（軍用坑道、洞庫等）測量、軍港測量、機場測量、靶場工程測量及軍事設施測量，以及軍工建筑物變形觀測等。

續(xù)545、軍事工程測量續(xù)11

軍事工程測量的最新發(fā)展還包括為軍事和國防部門提供應用測量服務，主要體現在如下三個方面：一是為軍事和國防的一切部門解決計量和基準問題，如測量距離、方向、速度、加速度及三維坐標等；二是為大容量器具（油罐、貨艙）測算容積、體積以及為艦船、飛機等測繪外形；三是為營房管理、軍墾土地等部門建立信息服務和管理系統。55軍事工程測量的最新發(fā)展還包括為軍事和國防部

6、精密工程測量

主要任務是解決各種大型特種精密工程所提出的高精度的測量課題。它的特點是：極高的測量精度要求（例如距離10-6以上相對精度或亞毫米級的絕對精度）；非傳統的測量方法和專用儀器設備；合理的數據處理方法和測量過程的自動化等。精密工程和一般工程一樣，包括規(guī)劃設計、施工放樣和運營管理三個階段。其中大部分測量工作與一般工程的測量工作相近。

續(xù)566、精密工程測量續(xù)13精密工程測量與一般工程測量不同之處：①大型精密工程的規(guī)劃設計階段，要研究地形變及局部重力場不均勻性對工程穩(wěn)定性的影響；②對于有統一工藝流程和結構的大型建筑物，除了建立高精度的施工測量控制網外，還要建立高精度的安裝測量控制網。③精密工程測量要求在控制點上建立穩(wěn)固的測量標志，并設立強制對中裝置；④在精密工程測量中，各種外界影響都要考慮。57精密工程測量與一般工程測量不同之處：14

7、工程攝影測量

利用攝影機或其他數據獲取設備，對一定范圍內的研究對象進行靜態(tài)或動態(tài)攝影取得記錄相片，根據相片上的圖像進行量測、分析，從而求定研究對象上點的二維或三維坐標等數據或繪制對象的各種圖解圖的科學技術和工藝。工程攝影在測量工作中廣泛用于建筑物動態(tài)、瞬時變形，對于不宜到達的目標的觀測、遙測等。

續(xù)587、工程攝影測量續(xù)15工程攝影測量的主要特點表現在：（1）相片信息豐富、容量大，顯示能力客觀、影像逼真，適用于不規(guī)則物體的外形測量；（2）在工程攝影中，所涉及的目標大小、攝影距離、精度要求、靜態(tài)或動態(tài)等各方面均有不同，但只要合理地選擇攝影儀器、攝影方式與布設控制，就可以解決科研和生產中若干復雜問題；（3）對安全監(jiān)測測量來說，可同時測定許多點，更便于對問題的分析；（4）攝影像片可長期保存，便于日后對成果的查核、比較和分析；（5）外業(yè)工作量小、勞動強度低、經濟效益高。59工程攝影測量的主要特點表現在：16

第二節(jié)工程測量學的地位及其與鄰近學科的關系

一、工程測量學的地位工程測量狹窄的概念主要面向土木工程范疇，現在已發(fā)展為廣義的工程測量。正如蘇黎世工業(yè)學院馬西斯(Mathis)教授所說“一切不屬于地球測定，不屬于有關國家地圖集的陸地測量和不屬于公務測量的實際測量課題，都屬于工程測量”。廣義工程測量學是研究并提供地表上、下及周圍空間建筑和非建筑工程幾何物理信息和圖形信息的應用技術學科?？茖W的發(fā)展可用來解決精密復雜的工程測量課題，反過來工程測量的應用又推動科學技術的不斷進步。60第二節(jié)工程測量學的地位一、工二、工程測量學與鄰近學科的關系

工程測量學與測繪學及其他學科之間有著密切的關系，見下圖：61二、工程測量學與鄰近學科的關系18工程測量學與鄰近學科的關系

工程測量學不是單一的學科，是許多學科之間互相滲透、互相補充、互相促進的技術學科。一方面，現代大地測量、攝影與遙感、地圖制圖等各學科的新技術、新理論解決工程測量中的難題；另一方面，通過工程測量的應用使的這些新的科學更富有生命力。如GPS、GIS和RS的應用，CCD固態(tài)攝影機的應用，機器人技術，傳感器技術和激光技術、計算機技術等對工程測量的促進。62工程測量學與鄰近學科的關系19三、我國工程測量的成就

在國防工業(yè)和軍事工程建設方面，各種新型武器的試驗；衛(wèi)星、導彈和其他航天器的發(fā)射；各種軍事設施的興建等。

在冶金、建筑方面，從武鋼、包鋼到寶鋼等大小鋼鐵企業(yè)的建設（從鐵礦勘探與開采、運輸線路建設、基礎工程建設、機器設備安裝、高爐施工）。08年北京奧運場館鳥巢、水立方的建設（從設計、施工溶入世界最先進的技術，成為當代標志性建筑）鳥巢被英國建筑專業(yè)雜志《建筑新聞》評為“令人驚異的世界十大建筑工程”之一。迪拜哈利法塔高度828米（2,717英尺），是迄今為止世界上最高建筑物。

續(xù)63三、我國工程測量的成就續(xù)20在交通運輸方面，修筑無數條公路、鐵路（青藏鐵路）、高速公路，建造了數不清的長短隧道，架設了千百座橋梁。在這些工程中工程測量工作者進行了線路測量、曲線放樣、橋梁測量、隧道控制測量和貫通測量等。杭州灣跨海大橋是全長36公里，是目前世界上最長的跨海大橋

在水利建設方面，興建了無數座水庫、水壩、引水隧洞、水電站等工程（如長江三峽工程、長江葛洲壩工程等）。

其他方面，如建筑物變形監(jiān)測、精密工程設備的安裝調試等。64在交通運輸方面，修筑無數條公路、鐵路（青藏鐵路）、高

第三節(jié)工程測量學的發(fā)展工程測量總的發(fā)展趨勢為：測量數據采集和處理向一體化、實時化、數字化方向發(fā)展；測量儀器和技術向精密、自動化、智能化、信息化方向發(fā)展；工程測量產品向多樣化、網絡化、社會化方向發(fā)展。具體表現在以下幾個方面：

一、大比例尺工程測（成）圖數字化；

野外數據采集（全站儀、GPS、數字攝影、遙感等技術）、數據處理（軟件）、繪圖（繪圖軟件）。65第三節(jié)工程測量學的發(fā)展工程測量總的發(fā)展趨勢為：具二、數字三維城市與建筑測繪

隨著我國國民經濟與社會信息化的快速發(fā)展，以三維城市建模為標志的“數字城市”建設正如雨后春筍般在各地出現。三維空間環(huán)境的獲得得益于測繪遙感、地理信息系統和三維可視化有關技術手段的迅速發(fā)展，而虛擬環(huán)境技術和三維地理信息系統正是其核心內容。建筑測繪——通過對實際建筑對象的現場調查、測量，用建筑平面圖、立體圖、剖面圖的形成原理，將實測對象及其數據加以分析整理后，用平面圖、立體圖、剖面圖表達出來。66二、數字三維城市與建筑測繪23三、城市地下管線探測地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，是一個城市的“生命線”。隨著城市建設的迅速發(fā)展，地下管線種類越來越多，埋于地下的各種管線密如蛛網。由于種種原因，許多城市管線資料不全、不準，許多工程項目在施工過程中損壞地下管線的事故時有發(fā)生，造成重大的經濟損失和不良的政治影響。因此，開展城市地下管線普查、建檔與動態(tài)管理具有現實意義和歷史意義。67三、城市地下管線探測24四、工業(yè)測量系統的最新進展工業(yè)測量系統是指以電子經緯儀、全站儀、數字相機等為傳感器，在計算機的控制下，完成工件的非接觸和實時三維坐標測量，并在現場進行測量數據處理、分析和管理的系統。工業(yè)測量在國內是近幾年發(fā)展起來的一種對工業(yè)產品進行測量的技術,例如飛機、汽車、輪船的測量與建模。這些測量必須是三維測量。

1、經緯儀測量系統是由多臺高精度電子經緯儀構成的空間角度前方交會測量系統。如Leica的ManCAT系統和ECDS3系統，測量精度可達到0.02～0.05mm。

68四、工業(yè)測量系統的最新進展252、全站儀極坐標測量系統是由一臺高精度的測角、測距全站儀構成的單臺儀器三維坐標測量系統（STS）。有的具有自動跟蹤和自動瞄準目標的功能。3、數字攝影測量系統V-STARS是數字攝影測量系統的典型產品。采用數字近景攝影測量原理，通過2臺高分辨率的柯達數字相機對被測物體同時拍攝，得到物體的數字影像，經計算機圖像處理后得到精確的X、Y、Z坐標。V-STARS特別適合于動態(tài)物體的快速坐標測量，操作方便，精度可達到0.01～0.03mm。692、全站儀極坐標測量系統3、數字攝影測量系統26

4、激光跟蹤測量系統激光跟蹤儀出現于20世紀80年代末,其精度非常高,可達5μm+5×10-6D。以前主要用于高精度的工業(yè)測量,如飛機、汽車、機械零件等,現在由于其測量半徑可達到60m,可方便地用于精密工程測量。該儀器不依賴于水準面,不受大地水準面精度的影響。代表產品為SMART310，可自動跟蹤反射裝置，測量速度極快（500次/秒讀數），重復測量精度高（達到5ppm），特別適用于動態(tài)目標的監(jiān)測。704、激光跟蹤測量系統275、三維激光掃描儀三維激光掃描儀是近幾年發(fā)展起來的一種三維測量儀器,由于其掃描速度快、點位精度高、點密度高,應用普及速度非?？臁Ｔ搩x器不依賴于水準面,不受大地水準面精度的影響。6、衛(wèi)星定位測量系統衛(wèi)星定位系統所獲得的點位坐標是地心直角坐標系中的三維坐標,是真正的三維測量系統。其測量精度非常高,雙頻GPS的點差分測量精度可到亞毫米級。715、三維激光掃描儀6、衛(wèi)星定位測量系統287、關節(jié)臂三坐標量測儀關節(jié)臂三坐標量測儀也稱機械臂三坐標量測儀,是工業(yè)和機械測量中的常用測量設備。該儀器不依賴于水準面,不受大地水準面精度的影響。由于其測量范圍有限,適合于工業(yè)測量。

多關節(jié)機械臂式三維坐標采集系統是應用傳感器技術的接觸式三維測量裝置。其特點在于操作方便、精度高、成本低廉且不受物體表面反射情況的影響。它通過安裝在各關節(jié)及桿件內部的光電角度編碼器獲得各關節(jié)轉角和桿件轉角,再結合機械臂的機械參數(各臂長,關節(jié)厚度等),應用坐標模型計算出被測點的三維坐標。727、關節(jié)臂三坐標量測儀多關節(jié)機械臂式三維坐標采集

7330五、施工測量自動化和智能化的進展

在施工放樣中采用自動尋標全站儀、在隧道施工中采用自動導向系統。六、工程測量儀器和專用儀器向自動化方向發(fā)展1、精密角度測量儀器光電測角代替光學測角、光電測角能夠實現數據的自動獲取、改正、顯示、存儲和傳輸，精度與光學測角相當可達到±0.5″、有馬達驅動的電子經緯儀可實現目標自動照準等。74五、施工測量自動化和智能化的進展六、工程測量儀器和專用儀器向2、精密距離測量儀器在距離測量方面，包括中長距離(數十米至數公里)、短距離(數米至數十米)和微距離(毫米至數米)及其變化量的精密測量。以ME5000為代表的精密激光測距儀和LDM2雙頻激光測距儀，中長距離測量精度可達亞毫米級；采用多譜勒效應的雙頻激光干涉儀，能在數十米范圍內達到0.01μm的計量精度，成為重要的長度檢校和精密測量設備；采用CCD線列傳感器測量微距離可達到百分之幾微米的精度，它們使距離測量精度從毫米、微米級進入到納米級世界。3、精密工程安裝、放樣儀器（以全站儀為代表）752、精密距離測量儀器3、精密工程安裝、放樣儀器（以全站儀為代

4、高精度定向儀器（陀螺經緯儀、新型±3″）5、精密高程測量儀器（數字水準±0.4mm、液體靜力水準測量系統可同時獲取數十乃至數百個監(jiān)測點的高程，具有高精度、遙測、自動化、可移動和持續(xù)測量等特點）。6、工程測量專用儀器主要指用于應變測量、準直測量和傾斜測量的測量儀器。專用儀器具有高精度(亞毫米、微米乃至納米)、快速、遙測、無接觸、可移動、連續(xù)、自動記錄、微機控制等特點，可作精密定位和準直測量，可測量傾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，還可測振動頻率以及物體的動態(tài)行為。764、高精度定向儀器（陀螺經緯儀、新型±3″）33七、特種精密工程測量的發(fā)展

大型精密工程對測量的精度要求很高，包括角度、距離、高差、定位、準直等測量工作。如高能粒子加速器工程中要求兩相鄰電磁鐵安裝的相對徑向誤差不超過±0.1～0.2mm，直線加速器中漂移管的橫向精度為0.05～0.3mm等等。要解決這樣高的精度問題，就需要從測量布網方案、測量標志及埋設、專用儀器工具研制、測量方法的選擇、數據處理等進行一系列研究工作。

續(xù)77七、特種精密工程測量的發(fā)展續(xù)34北京正負電子對撞機的精密控制網，精度達±0.3

mm。設備定位精度優(yōu)于±0.2

mm，200

m直線段漂移管直線精度達±0.1

mm。大亞灣核電站控制網精度達±2

mm，秦山核電站的環(huán)型安裝測量控制網精度達±0.1

mm。上海楊浦大橋控制網的最弱點精度達±0.2

mm，橋墩點位標定精度達±0.1

mm。

北京奧運會、殘奧會比賽場館水立方泳池的長度誤差在1毫米之內，鳥巢跑道的長度誤差在3毫米之內。78北京正負電子對撞機的精密控制網，精度達±0.3

mm

鳥巢施工測量可以說應用了目前最先進的技術、最先進的儀器設備。應用衛(wèi)星定位系統、全站儀及數字水準儀，快速建立了高精度三維工程控制網，大大提高了控制測量的質量與效率；應用智能化全站儀，實現了大型復雜工程設施快速、準確的空間放樣測設；采用工業(yè)測量技術，進行了復雜鋼構件的組裝測量；應用激光掃描等技術，對大型及特殊鋼結構的空間形態(tài)進行了精確測量，并對測量數據