精密工程測量

大地測量學與測量工程專業(yè)

碩士研究生課程30學時

任課教師：郭廣禮教授

課程主要內(nèi)容1、精密工程測量的概念2、精密工程水平控制網(wǎng)的布設方法和技術要求3、精密工程高程控制網(wǎng)的布設方法和技術要求4、精密工程測量控制點的標志5、精密角度測量等級和技術要求6、精密距離測量方法和技術要求7、精密高程測量等級和技術要求8、精密準直測量方法和技術要求9、精密垂準測量方法和技術要求10、全球定位系統(tǒng)（GPS）精密工程測量簡介11、近景攝影精密工程測量簡介12、精密工程測量數(shù)據(jù)處理和管理的要求13、精密工程測量計算的基本參數(shù)和公式1概

述精密工程測量的概念精密工程測量控制網(wǎng)1.1精密工程測量的概念1.1.1定義工程測量：是指工程建設和自然資源開發(fā)各階段進行的控制測量、地形測繪、施工放樣、變形監(jiān)測等技術。隨著生產(chǎn)力和科學技術的發(fā)展，國民經(jīng)濟各部門和各學科對工程測量提出了新的要求。例如：大型射電天文望遠鏡的安裝，超強聚焦的高能粒子加速器的興建，大型核電站、水利樞紐及大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)和超高層建筑物的建設。在對這些規(guī)模巨大、結構復雜、設備精尖的大型工程和工業(yè)建設提供測量保障和質(zhì)量控制的過程中，經(jīng)典的測量已不敷使用。人們首先致力于傳統(tǒng)方法的改進，進而針對特殊需要進行專用儀器和設備的研制，從而逐漸形成了精密工程測量的內(nèi)容和體系，使精密工程測量應運而生并得以迅速發(fā)展。定義：精密工程測量是工程測量的現(xiàn)代發(fā)展和延伸，它以絕對測量精度達到毫米量級，相對測量精度達到1×10-5，以先進的測量方法、儀器和設備，在特殊條件下進行的測量工作。1.1精密工程測量的概念精密工程測量是將現(xiàn)代大地測量學和計量學等多科學最新成就結合起來，運用現(xiàn)代測繪技術新理論、新方法和新技術，使用大地測量或?qū)Ｓ玫膬x器和設備，以高精度與高科技的方法采集數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理，以高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和圖像資料而進行有效的質(zhì)量控制的精密和特殊測量工作。二十世紀六、七十年代以來，由于電子技術、激光技術、電子計算機科學和空間技術的發(fā)展，又極大地推動了精密工程測量的發(fā)展。伴隨著21世紀信息化和高技術的發(fā)展與應用，可以預見精密工程測量技術將進一步向自動化、智能化、實時化和系統(tǒng)化方向發(fā)展；其服務領域?qū)⑹菄窠?jīng)濟各部門。精密工程測量包括各種大型特種工程測量、三維工業(yè)測量、大型設備安裝、檢測和質(zhì)量控制測量等等。學科地位

測繪科學和技術(或稱測繪學)是一門具有悠久歷史和現(xiàn)代發(fā)展的一級學科。整個學科的二級學科可作如下劃分：大地測量學(包括天文、幾何、物理、衛(wèi)星和海洋大地測量)；工程測量學(含近景攝影測量和礦山測量)；精密工程測量是工程測量的現(xiàn)代發(fā)展和延伸。攝影測量與遙感學；地圖制圖學與地理信息工程；不動產(chǎn)地籍、房產(chǎn)與土地整理測量。工程測量學的分類

按工程建設階段劃分：把工程建設有關的工程測量按勘測設計、施工建設和運行管理三個階段劃分。按行業(yè)劃分：線路(鐵路、公路等)工程測量、水利工程測量、橋隧工程測量、建筑工程測量、礦山測量、海洋工程測量、軍事工程測量、三維工業(yè)測量。德國的工程測量學分類：測量儀器和方法；線路、鐵路、公路建設測量；高層建筑測量；地下建筑測量；安全監(jiān)測；機器和設備測量。國際測量師聯(lián)合會的分類：FIG第六委員會稱作工程測量委員會，下設6個工作組：大型科學設備的高精度測量技術與方法；線路工程測量與優(yōu)化；變形測量；工程測量信息系統(tǒng)；激光技術在工程測量中的應用；電子科技文獻和網(wǎng)絡。2個專題組：工程和工業(yè)中的特殊測量儀器；工程測量標準。按服務對象分類：以工程建筑為對象的工程測量，以設備與機器安裝為對象的工業(yè)測量。按學科分類普通工程測量，

精密工程測量。精密工程測量的應用領域

各種大型特種工程測量變形觀測：三維工業(yè)測量大型設備安裝、檢測質(zhì)量控制測量在軍事領域的應用大型特種精密工程建設對工程測量提出了極高的精度、速度和可靠性要求，精密工程測量代表著工程測量學的發(fā)展方向，是現(xiàn)代工程測量發(fā)展的源動力。

1.1.2精密工程測量控制網(wǎng)平面坐標系統(tǒng)：

采用高斯-克呂格投影任意帶（或3°帶）平面直角坐標系統(tǒng)，以測區(qū)平均高程面或主體設備高程面（或抵償高程面）為投影面。在工程設計基準下，可選用國家控制網(wǎng)中一個點的坐標及一條邊的方位角作為精密工程控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)。高程系統(tǒng)：

采用正常高系統(tǒng)和1985國家高程基準。當工程區(qū)域內(nèi)同一水準面上各點的正常高差大于工程容許誤差時，應采用區(qū)域力高系統(tǒng)。高程基準點須測定重力，相對于起始重力點的中誤差不得超過±1mGal。

以相鄰點相對點位中誤差或在特定方向上的相對位置精度作為精度指標，劃分為一、二、三、四級。一、二級精密工程測量應在可控觀測條件下作業(yè);三、四級精密工程測量應選擇最佳的野外條件作業(yè)。同一工程中不同的觀測項目，可選用不同的精度指標。同類觀測項目中若有不同精度要求的控制點，應選擇最高精度指標布設統(tǒng)一的控制網(wǎng)。1.1.3精密工程測量的等級1.2精密工程測量應用中應注意的問題（1）精密工程測量技術應與工程總體設計協(xié)調(diào)統(tǒng)一。（2）精密工程放樣和設備構件的安裝定位，以精密工程測量控制點為基礎。（3）精密工程建（構）筑物的變形測量。（4）精密工程測量使用的各種測量桿尺、線尺、測距儀、水準標尺，應送具有計量認證資質(zhì)的檢驗機構進行檢定。

（5）工程建設各階段的精密工程測量工作結束后，應及時提交成果，進行檢查驗收并編寫工程測量技術總結和竣工報告。（6）精密工程測量工作，在滿足工程建設要求的原則下，優(yōu)先采用成熟的測量新技術和數(shù)據(jù)處理方法進行。

1.3精密工程測量的新進展精密工程測量的應用領域擴展精密工程測量的應用領域涉及國民經(jīng)濟各部門。當代科學技術的進步，社會生產(chǎn)力的不斷提高，尤其是國民經(jīng)濟和國防建設的需要，極大地豐實了精密工程測量的內(nèi)容，拓展了其服務領域。

1)軋鋼廠厚板的切割：根據(jù)現(xiàn)場情況，采用兩臺(或多臺)CCD相機獲取整塊鋼板的圖象，并經(jīng)過圖象采集卡將圖象數(shù)字化，由計算機進行預處理，完成邊緣提取、人工標記的自動識別，從而得到鋼板的長寬尺寸，再通過計算機將所需切割鋼板的尺寸和圖樣輸入自動化控制系統(tǒng)，在CCD相機“監(jiān)視下”進行切割，不僅提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且可以得到人們所需的形狀各異、尺寸不一的理想板材。

2)碼頭集裝箱管理：隨著世界經(jīng)濟全球化的進程，通商口岸的物流量日益增長，傳統(tǒng)的集裝箱管理模式已不能勝任。為了能快捷準確地提取所需的物件，將所有跨式起重機均裝上GPS接收機，通過UHF和VHF天線與參考控制中心進行通訊，每個集裝箱放入箱位后，其位置、重量、大小自動送入中央集裝箱管理系統(tǒng)?？缡狡鹬貦C可以通過這些信息，隨時確定某個箱體的確切位置，提高了港口貨物吞吐量和經(jīng)濟效益。1.3精密工程測量的新進展精密工程測量的應用領域擴展3)高層建筑的風振測量：城市高層和超高層建筑具有越來越高的趨勢，由于其樓體高、荷載大、基礎面積小和重心高等特點，對風振、日照和地震等外界應力非常敏感，因此風振測量受到人們的日益重視。在風振測量的諸多內(nèi)容中，建筑物頂部位移量和自振周期及振型測量是其主要內(nèi)容，傳統(tǒng)的測試方法如加速度計法、激光位移計法、全站儀測試法和長、短周期拾振器，皆因其測量誤差較大、安裝不便(加速度計法)、氣流湍流影響基準線(激光法)，作業(yè)環(huán)境惡劣(全站儀)和不具備動態(tài)測量的特點，難以取得令人滿意的結果。隨著GPS技術的深入，在RTK模式下，將一臺GPS接收機安裝在距待測建筑物不遠且相對穩(wěn)定的地基上作為基準站，而另一臺GPS接收機安裝在待測建筑物樓頂作為流動站，可以動態(tài)監(jiān)測高層建筑物的頂部位移和振動頻率。實例表明，其量測精度為±5mm，可測定0.1～10HZ的振動頻率，為設計部門提供了可靠的設計參數(shù)。1.3精密工程測量的新進展4)減災防災的監(jiān)測：各種自然災害特別是地震、火山噴發(fā)、洪澇、強熱帶風暴、滑坡巖崩、海嘯和厄爾尼諾等氣候異常，經(jīng)常給人類帶來巨大的破壞和損失，因此參與地球動力學和地震學的考察和試驗以及對地震斷層、滑坡巖崩、火山監(jiān)測是特種精密工程測量永久課題。1998年七、八月間，長江發(fā)生了繼1954年以來又一次全流域性的特大洪水，在“嚴防死守、確保大武漢”戰(zhàn)斗中，測繪工作者采用特種精密工程測量，在重中之重的3公里險段堤防上布設數(shù)十個觀測基點，動用GPS、全站儀和精密水準儀進行24小時不間斷的立體監(jiān)測，精度達毫米級，隨時向市防總提供有關數(shù)據(jù)和大堤的狀態(tài)，改變了先前以水位高低為依據(jù)，制定搶險計劃的慣例，取消了原計劃中的沿江修筑子堤的方案，節(jié)約了大量寶貴的人力、物力資源，取得了明顯的社會效益。“萬里長江、險在荊江”，在武漢和荊江上游的葛州壩、丹江口等水利樞紐，通過對大壩監(jiān)測資料的分析，確認大壩在攔截高于設計水頭的洪水時，壩基穩(wěn)定、壩體及壩頂位移正常的情況下，兩次攔截上游洪峰達數(shù)小時之久，成功地削減了第七次第八次洪峰的流量，為荊江大堤及武漢的安全渡汛發(fā)揮了重要作用。1.扎3繞精密呆工程船測量構的新槳進展6)側特種匠精密必工程桌測量遼在軍額事領餐域的糖應用究：為設戰(zhàn)略拳導彈窄落彈旺點提曉供精初確的幅地理港坐標蛛和形庸態(tài)，石為空霜間技島術提折供空趴間站蔥與宇乞宙飛虛船對質(zhì)接的壁信息坐，大坡型軍叫用拋弟物柱輔面天僵線的皇標校灶，戰(zhàn)論艦、押隱形吧飛機頂、航吵空器銅等現(xiàn)堂代武寸器的強設計憲等，這從美涌伊海灶灣戰(zhàn)遲爭就數(shù)可對率測量簡保障午對現(xiàn)饑代戰(zhàn)榜爭的貍作用箏窺其頭一斑妥。此外睬，特難種精屯密工耍程測熱量在董為病攜損工瘦程提紗供能弓否繼仔續(xù)運伴行或垂停運拉檢修齊的信秋息，適大型挨建構軌筑物粥的變櫻形觀脂測，閘工業(yè)芹設備拜安裝溜和運輸行中酒的檢煎校，忽工程吸質(zhì)量慘施工記監(jiān)理短，考襪古及脫文物權保護話工程勸，工扒程與天工業(yè)嶺建設悼中的屆數(shù)據(jù)揚庫建符設及俯多媒甚體等少國民側經(jīng)濟斯各部基門將購發(fā)揮產(chǎn)日益洲重要園的作狀用。精密辰工程籍測量仇儀器膠的發(fā)再展精密倦工程步測量蹲儀器包括娃：通校用儀顏器和左專用斤儀器通用詳儀器中常畝規(guī)的炭光學督經(jīng)緯掛儀、甲光學巷水準說儀和竄電磁縣波測犁距儀芹將逐剖漸被族電子床全測醫(yī)儀、噸電子儲水準奧儀所掉替代稀。電師腦型專全站默儀配接合豐番富的偵軟件粘，向說全能理型和嫌智能邁化方都向發(fā)極展。1)全站逐儀測袋量系哪統(tǒng)(TM荒S)2)實時娘攝影顆測量讓系統(tǒng)3)精密致三維希工業(yè)拜測量恩系統(tǒng)4)全球累衛(wèi)星唉定位付系統(tǒng)魔(GP瀉S)5)合成職孔徑林雷達用干涉繭系統(tǒng)輩(IN凳SA石R)將GP苗S接收退機與辮電子愿全站度儀或餅測量墊機器社人連怠接在濃一起柔，稱雁超全貪站儀慕或超根測量參機器漸人。欲它將GP異S的實越時動史態(tài)定溪位技踩術與但全站愚儀靈驢活的旺3維科極坐滅標測以量技胳術完殲美結唇合，趙可實恨現(xiàn)無努控制樓網(wǎng)的催各種愉工程周測量樹。五、膽精密堵工程純測量爛儀器籍的發(fā)兩展專用持儀器是精套密工續(xù)程測玻量學炮儀器隙發(fā)展忽最活攜躍的巴。其雄中，早包括慢機械澆式、忙光電鐘式及雞光機懸電(臘子)竹結合楊式的溪儀器抵或測壘量系兇統(tǒng)。主要岡特點是：朱高精蔬度、芒自動寫化、帥遙測晴和持賄續(xù)觀璃測。準直襲、垂苗準測謙量方捧面：各種劃激光彎準直泉儀、坊鉛直企儀(餓向下嘉、向姜上)捷、自菊準直死儀，倡以及禾尼龍蜂絲或渾金屬爹絲準碎直測雹量系術統(tǒng)。距離云測量么方面公：精密糠激光曾測距壞儀的腹中長匆距離嚇測量亞精度趟可達轉亞毫婦米級改；許費多短尾距離悅、微敢距離艇測量僵都實搶現(xiàn)了呼測量猾數(shù)據(jù)勾采集傘的自附動化育，如乞銦瓦爸線尺督測距高儀、應變筆儀、石英難伸縮神儀、槳各種槐光學研應變癢計、斑位移殊與振寶動激唱光快滿速遙廢測儀寇等。采用放多譜販勒效心應的奪雙頻喪激光葉干涉注儀，匹能在容數(shù)十扁米范餐圍內(nèi)古達到謹0.筐0介1μm的計設量精鞭度；堂采用CC害D線列梯傳感疾器測雖量微民距離返可達墨到百懲分之惑幾微起米的禮精度紐奉，它夕們使太距離省測量齡精度毅從毫菜米、張微米抖級進盡入到慕納米鄰級世隆界。五、虹精密領工程敢測量串儀器寧的發(fā)鍬展高程亞測量樓方面援：液體序靜力私水準竿測量疊系統(tǒng)臭通過坊各種趨類型蜻的傳逼感器五測量猜容器粒的液期面高靠度，聞可同隱時獲瞞取數(shù)膠十乃功至數(shù)準百個復監(jiān)測嘩點的昏高程膨，具勸有高饒精度教、遙坐測、奴自動川化、拴可移蒸動和坡持續(xù)咸測量跳等特偉點。爭兩容已器間隔的距分離可右達數(shù)納十公卸里，湖如用劑于跨擴河與耀跨海閱峽的忽水準巡壽測量牛；通惡過一掩種壓秤力傳聞感器跌，允碑許兩亮容器隔之間永的高洋差從侵過去稍的數(shù)葡厘米框達到碰數(shù)米宗。與高哨程測狂量有贊關的假傾斜估測量吊(又己稱撓凳度曲礎線測滔量)洪：各種子機械擱式測倡斜(豪傾)燙儀、肌電子貝測傾斯儀都痕向著汁數(shù)字巡壽顯示餃、自塑動記重錄和風靈活處移動爸等方裁向發(fā)找展，扭其精測度達蜻微米嫌級。具有乎多種賴功能犬的混肺合測軟量系賭統(tǒng)：采用漠多傳憲感器吧的高上速鐵半路軌功道測穴量系鹿統(tǒng)，茫用測距量機鉛器人沾自動鉗跟蹤痕沿鐵企路軌刑道前行進的群測量妨車，凳測量檔車上叛裝有酬棱鏡晝、斜啦傾傳溫感器啄、長老度傳暖感器到和微伙機，共可用刷于測腳量軌柜道的過3維遠坐標拋、軌燥道的景寬度裳和傾燒角。意液體匆靜力筐水準怪測量彼與金閘屬絲陰準直儲集成礦的混栗合測捆量系問統(tǒng)在羨數(shù)百僑米長能的基襲準線即上可妥精確呼測量壁測點蒙的高頭程和祖偏距哪。大型鐘特種號精密露工程抄測量祝案例語介紹隔河據(jù)巖大賀壩：外部指變形宴觀測避的GP貞S實時癥持續(xù)呆自動錄監(jiān)測缸系統(tǒng)萬，監(jiān)吹測點附的位蒜置精穗度達揭到了認亞毫旅米。格該工拖程用運地面勉方法霉建立廳的變濁形監(jiān)析測網(wǎng)澆，其燭最弱我點精奸度優(yōu)擔于±睡1.校5mm百。北京幕正負霸電子季對撞遇機：精密遭控制重網(wǎng)精傍度達很±0桃.3mm宮。設備憶定位敬精度奶優(yōu)于嚷±0驢.2mm邪，2幻玉00反m直線肯段漂稈移管狐直線騰精度寺達±農(nóng)0.齡1mm職。大亞遮灣核貧電站懂：控制時網(wǎng)精盆度達譜±2mm獲。秦山晌核電討站：環(huán)型毀安裝寶測量楚控制盯網(wǎng)精籃度達笑±0爽.1mm誓。上海驢楊浦舟大橋貴：控制桿網(wǎng)的央最弱侍點精約度達蹈±0橡.2mm警，橋墩癥點位竹標定校精度半達±懸0.被1mm盆。武漢喘長江宵二橋秀：全橋望的貫深通精辛度(銷跨距轉和墩租中心吩偏差紋)達駕毫米擴級。東方摩明珠手電視賭塔：高4振54m，其報長1辱14m、重3間00t的鋼網(wǎng)桅桿暢天線遮，安網(wǎng)裝的餐垂準慌誤差欄僅±洲9mm強。秦嶺童隧道尚：長1屋8.便4km，洞妙外GP腿S網(wǎng)的慘平均傅點位贏精度啄優(yōu)于忠±3mm奏，一等計精密童水準淚線路單長1款20浸多公蠻里。討輔助笛隧道宏橫向旺貫通召誤差巷為1蒸2mm訴，高程差方向幼的貫俗通誤聰差只鞏有3mm德。六、姻大型柔特種發(fā)精密倚工程練測量洲案例礎介紹德國顏漢堡班的粒沸子加防速器視研究才中心債：在建勁的直稠線加奔速器貫長達稱30km徐，伶10匹0～廁30蒼0m的磁勻件相陷鄰精朵度要桑求優(yōu)臭于±膝0.息1mm情，磁件法的精殊密定撥位精擋度僅鋼幾個織微米跟，并妻能以氏納米或級的碎精度帖確定遣直線偶度。美國味的超類導超撥級對循撞機：其直象徑達肝27km設，主網(wǎng)遣和加帽密網(wǎng)塵采用GP穩(wěn)S測量尊，精頸度優(yōu)敬于1如×1雹0-6D。瑞士褲阿爾呆卑斯斥山的對特長皂雙線抬鐵路壇隧道語：長達役57km扣，采用GP匪S技術坐施測據(jù)的控搞制網(wǎng)變，平刊面精摘度達樸±7mm棗，高程崖精度惡約±真2cm怖。以厘套米級首的精可度確本定出生了整誘個地圈區(qū)的核大地憐水準爹面。西整個身隧道爆的工美程投仆資預吊計約紅15神億瑞極士法滿朗。高聳編建筑妹物方調(diào)面：有人腫設想崗，在略21蹈世紀泉將建問造2搶00返0m乃至寇40蹈00m的摩畝天大蔥廈，霉這不乓僅是陡建筑樓師的倚夢想籍，也芝是對汪測量漲工程粗師的凈挑戰(zhàn)盼。精密謀工程幕測量北學的徐發(fā)展遞展望展望虧21奸世紀趣，精色密工梯程測疼量學便在以蘇下方形面將編得到級顯著陷發(fā)展委：1.限測量匙機器薯人將聰作為題多傳安感器垃集成墻系統(tǒng)食在人澇工智恭能方預面得分到進捆一步任發(fā)展汗，其徒應用鋪范圍校將進吵一步濕擴大外，影