工程測量學(xué)第一章緒論

1、第 一 章 緒 論,工程測量學(xué),第1章 目錄,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,1.3 工程測量學(xué)的結(jié)構(gòu)體系,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,1.5 工程測量學(xué)與相鄰課程的關(guān)系,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,定義一： 工程測量學(xué)是研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計(jì)、 施工建設(shè)和運(yùn)營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的學(xué)科,1.1.1 學(xué)科定義,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,定義二： 工程測量學(xué)主要研究在工程、工業(yè)和城市建設(shè)以及資源開發(fā)各個(gè)階段所進(jìn)行的 地形和有關(guān)信息的采集和處理，施工放樣、設(shè)備安裝、變形監(jiān)測分析和預(yù)報(bào)等的理論、

2、方法和技術(shù)，以及研究對(duì)測量和工程有關(guān)的信息進(jìn)行管理和使用的學(xué)科，它是測繪學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,定義三： 工程測量學(xué)是研究地球空間（包括地面、地下、水下、空中）中具體幾何實(shí)體的測量描繪和抽象幾何實(shí)體的測設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學(xué)科,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,評(píng)價(jià)： 定義一比較大眾化，易于理解；定義二較定義一更具體、準(zhǔn)確，且范圍更大；定義三更加概括、抽象和科學(xué)。 定義二、三除建筑工程外，機(jī)器設(shè)備乃至其它幾何實(shí)體都是工程測量學(xué)的研究對(duì)象，且強(qiáng)調(diào)工程測量學(xué)所研究的是與幾何實(shí)體相聯(lián)系的測量、測設(shè)的理論

3、、方法和技術(shù)，而不是研究各種測量工作,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,評(píng)價(jià)： 精密工程測量代表工程測量學(xué)的發(fā)展方向，大型特種精密工程是促進(jìn)工程測量學(xué)科發(fā)展的動(dòng)力,工程測量學(xué),工程測量,工業(yè)測量,工程建筑,機(jī)器設(shè)備,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,1.1.2 學(xué)科地位,參考自： 山東科技大學(xué)2008年攻讀博士學(xué)位研究生招生專業(yè)目錄,大地測量學(xué) 工程測量學(xué),1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,1.1.3 研究應(yīng)用領(lǐng)域,工程測量學(xué)（德國，德文原著）： 測量儀器和方法 線路、鐵路、公路工程測量 高層建筑測量 地下建筑測量 安全監(jiān)測,1.1 工程測

4、量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,國際測量師聯(lián)合會(huì)(FIG)之第六委員會(huì) 工程測量委員會(huì) 之初： 四個(gè)工作組： 測量方法和限差； 土石方計(jì)算； 變形測量； 地下工程測量。 一個(gè)特別組： 變形分析與解釋,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,國際測量師聯(lián)合會(huì)(FIG)之第六委員會(huì) 工程測量委員會(huì) 之后： 六個(gè)工作組： 精密工程測量技術(shù)與方法； 線路工程測量與優(yōu)化； 變形測量； 激光技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用； 工程測量信息系統(tǒng)； 電子科技文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)。 兩個(gè)專題組： 專用測量儀器； 工程測量標(biāo)準(zhǔn),1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,工程測量國際學(xué)術(shù)討論會(huì)(德國、瑞士、

5、奧地利) 1988年前的專題： 1. 測量儀器和數(shù)據(jù)獲??； 2. 數(shù)據(jù)解釋、處理和應(yīng)用； 3. 高層建筑物和設(shè)備安裝測量； 4. 地下和深層建筑物測量； 5. 環(huán)境和工程建筑物變形監(jiān)測。 1992年的專題： 1. 測量理論與測量方案； 2. 測量技術(shù)和測量系統(tǒng)； 3. 信息系統(tǒng)和CAD； 4. 在建筑工程和工業(yè)中的應(yīng)用,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,工程測量國際學(xué)術(shù)討論會(huì)(德國、瑞士、奧地利) 1996年的專題： 1. 測量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)； 2. 監(jiān)測和控制； 3. 在工業(yè)和建筑工程中的質(zhì)量問題； 4. 數(shù)據(jù)模型和信息系統(tǒng)； 5. 交叉學(xué)科的大型工程項(xiàng)目。 2004年的專

6、題： 1. 大型工程測量項(xiàng)目； 2. 測量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)； 3. 監(jiān)測和風(fēng)險(xiǎn)管理； 4. 瑞士阿爾卑斯山特長隧道,1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,中國測繪學(xué)會(huì)下設(shè)有 工程測量分會(huì)。每2年 舉辦一次全國性的學(xué)術(shù) 會(huì)議。 各省的測繪學(xué)會(huì)， 下設(shè)有工程測量專業(yè) 委員會(huì),1.1 工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位 和研究應(yīng)用領(lǐng)域,小結(jié)： 工程測量學(xué)的研究、應(yīng)用領(lǐng)域很廣，涉及到建筑工程和工業(yè)中的大型工程項(xiàng)目。 既要研究測量的理論、技術(shù)與方法，又要研究數(shù)據(jù)的獲取、處理與應(yīng)用。 既有專用測量儀器的研制，又有信息系統(tǒng)的建立。 既相對(duì)穩(wěn)定性，又不斷發(fā)展、與時(shí)俱進(jìn),1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,工程測量按

7、工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營管理三個(gè)階段分為“工程勘測”、“施工測量”和“安全監(jiān)測”。 1. 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段：主要是提供各種比例尺的地形圖，另外還要為工程地質(zhì)勘探，水文地質(zhì)勘探以及水文測驗(yàn)等進(jìn)行測量。對(duì)于重要的工程區(qū)的穩(wěn)定性監(jiān)測,1.2.1 按工程建設(shè)階段劃分,1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,2、建設(shè)施工階段：建立施工控制網(wǎng)，工程建筑物定線放樣，施工質(zhì)量控制，開挖 與建筑方量測繪，工程竣工測量、變形觀 測以及設(shè)備的安裝測量等。 3、運(yùn)營管理階段：工程建筑物的變形觀測-水平位移、沉陷、傾斜以及擺動(dòng)等定 期或持續(xù)監(jiān)測。建立工程進(jìn)管理、維護(hù)信 息系統(tǒng),1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,1.2.2 按服務(wù)對(duì)象劃

8、分,注意把握： 個(gè)性與共性、特殊和一般的關(guān)系,1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,主要內(nèi)容,模擬或數(shù)字的地形資料的獲取與表達(dá)； 工程控制測量及數(shù)據(jù)處理； 建筑物的施工放樣； 大型精密設(shè)備的安裝和調(diào)試測量； 工業(yè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量檢測和控制； 工程變形及與工程有關(guān)的各種災(zāi)害的 監(jiān)測分析與預(yù)報(bào)； 工程測量專用儀器的研制與應(yīng)用； 工程信息系統(tǒng)的建立與應(yīng)用等,1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,1）地形圖測繪（第五章,直接使用1:1萬至1:10萬比例尺的國家基本地形圖。 對(duì)于一些大型工程，往往還需要專門測繪1:2000到1:5000比例尺的區(qū)域性或帶狀性地形圖。規(guī)劃設(shè)計(jì)階段 在施工建設(shè)和運(yùn)營管理階段，往往需要用數(shù)字成圖法測繪

9、1:1000，1:500乃至更大比例尺的地形圖或?qū)ｎ}圖,1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,1）地形圖測繪（第五章,水下（含江、河、庫、湖、海等）地形測繪和各種縱橫斷面圖測繪。 各種比例尺的地形圖是工程信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)地理信息。 城市1:500或1:1000的基本地形圖和城鄉(xiāng)地籍圖測繪屬于國家基本測繪范疇，與工程測量的關(guān)系密切。但不屬于工程測量學(xué)的內(nèi)容,1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,2）工程控制網(wǎng)布設(shè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)（第三章,分為測圖控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、變形監(jiān)測網(wǎng)和安裝控制網(wǎng)。 網(wǎng)的精度、可靠性、靈敏度和建網(wǎng)費(fèi)用等質(zhì)量準(zhǔn)則問題。 絕大多數(shù)首級(jí)工程控制網(wǎng)都可采用GPS定位技術(shù)來建立。 將現(xiàn)代衛(wèi)星與地面測量技術(shù)相結(jié)合、

10、取長補(bǔ)短。 無加密控制網(wǎng)的控制測量將走進(jìn)工程測量領(lǐng)域。 精密工程控制網(wǎng)須進(jìn)行網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,2）工程控制網(wǎng)布設(shè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)（第三章,優(yōu)化設(shè)計(jì)涉及： 坐標(biāo)系的確定 基準(zhǔn)選擇 儀器與方法選取 網(wǎng)的質(zhì)量準(zhǔn)則問題 (精度、可靠性、靈敏度和建網(wǎng)費(fèi)用等,1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,3）施工放樣技術(shù)和方法 （第六章,放樣（測設(shè)）：抽象具體 幾何實(shí)體 點(diǎn)、線、面、體的放樣。 方法：方向交會(huì)法、距離交會(huì)法、方向距離交會(huì)法、極坐標(biāo)法、坐標(biāo)法、偏角法、偏距法、投點(diǎn)法等。 儀器：常規(guī)的光學(xué)和電子經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀，GPS技術(shù)、專用的測量儀器和工具。 施工放樣一體化、自動(dòng)化,1.2 工程測量學(xué)的

11、內(nèi)容,4）工程的變形監(jiān)測分析和預(yù)報(bào)（第七章,工程建筑物的變形及與工程有關(guān)的災(zāi)害監(jiān)測是工程測量學(xué)的重要內(nèi)容。 變形分析和預(yù)報(bào)屬于多學(xué)科的交叉領(lǐng)域。 變形監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)； 變形監(jiān)測技術(shù)，除常規(guī)的儀器和方法外，大量地使用各種傳感器和專用儀器。 變形觀測數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容和方法：監(jiān)測網(wǎng)處理：參考點(diǎn)穩(wěn)定性分析，目標(biāo)點(diǎn)位移量計(jì)算。 監(jiān)測點(diǎn)上的時(shí)間序列觀測數(shù)據(jù)處理方法。 統(tǒng)計(jì)分析法與確定函數(shù)法：幾何分析與物力解釋,1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,5）工程測量的儀器（第四章,經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀和GPS接收機(jī)是工程測量的通用儀器。專用儀器包括機(jī)械式、光電式及光機(jī)電（子）多傳感器集成式儀器或測量系統(tǒng)。 基維線測量或準(zhǔn)直測

12、量：正錘、倒錘及垂線觀測儀、引張線儀、各種激光準(zhǔn)直儀、鉛直儀自準(zhǔn)直儀以及尼龍絲或金屬絲準(zhǔn)直測量系統(tǒng)等。 距離測量：中長距離、短距離和微距測量。 ME5000、銦瓦線尺測距儀DISTINVAR、應(yīng)變儀DISTERMETER、雙頻激光干涉儀、CCD線列傳感器測量，距離測量精度從毫米、微米級(jí)到納米級(jí),1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,5）工程測量的儀器（第四章,高程測量：液體靜力水準(zhǔn)測量系統(tǒng)。 傾斜測量（又稱撓度曲線測量）。 三維激光掃瞄儀：圖像工程測量。 混合測量系統(tǒng)工程測量專用儀器發(fā)展的顯著特點(diǎn)。 高精度(亞毫米、微米乃至納米)、快速、遙測、無接觸、可移動(dòng)、連續(xù)、自動(dòng)記錄、微機(jī)控制等特點(diǎn)，可作精密定位測

13、量、準(zhǔn)直測量，可測量坐標(biāo)、偏距、傾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，還可測量振動(dòng)頻度以及物體的動(dòng)態(tài)變化等,1.2 工程測量學(xué)的內(nèi)容,6）工程測量學(xué)中的誤差及測量平差理論（第四章,最小二乘法：經(jīng)典最小二乘法、模型誤差、自由網(wǎng)和擬穩(wěn)平差。 非最小二乘估計(jì)：穩(wěn)健估計(jì)和有偏估計(jì)。 參數(shù)估計(jì)、非參數(shù)估計(jì)、半?yún)?shù)估計(jì)；線性估計(jì)、非線性估計(jì),1.3 工程測量學(xué)的結(jié)構(gòu)體系,特殊與一般”、“縱向與橫向處理”相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。 “特殊”，指每一工程的特殊性， “一般”指各種工程的共性(一般性)， 對(duì)于共性，進(jìn)行統(tǒng)一講解， 對(duì)于特殊性，則針對(duì)某一工程進(jìn)行具體描述。 “縱向處理”，是指按工程建設(shè)的三個(gè)階段闡述測量工作的

14、理論、方法和技術(shù)； “橫向處理”是指按典型工程分別進(jìn)行講述,1.3 工程測量學(xué)的結(jié)構(gòu)體系,本工程測量學(xué)特點(diǎn)： 第一篇“工程測量學(xué)的基本理論、方法與技術(shù)”中，分別用一章來講述“工程建設(shè)中的測量工作與 信息管理”、“工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法”、“工程測量學(xué)的儀器與方法”、“工程建設(shè)中的地形圖測繪”、“工程建筑物的施工放樣”、“工程建筑物的變形監(jiān)測”、“工業(yè)設(shè)備的安裝和檢校測量”，突出了該二級(jí)學(xué)科的基本理論、方法與技術(shù)，具有一般性，是縱向處理。這一篇也是測繪工程專業(yè)各選修方向的必學(xué)內(nèi)容,1.3 工程測量學(xué)的結(jié)構(gòu)體系,本工程測量學(xué)特點(diǎn)： 第二篇“典型工程的測量和實(shí)踐”則體現(xiàn)了各典型工程的特殊性，具有

15、橫向結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)，可根據(jù)各測繪工程專業(yè)和選修方向的特點(diǎn)選擇性地學(xué)習(xí)。 “緒論”和“展望”前后相呼應(yīng)，既是鋪墊，又有總結(jié)，統(tǒng)領(lǐng)全書和指明本學(xué)科的發(fā)展方向,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,工程測量學(xué)是一門歷史悠久的學(xué)科。 公元前二十七世紀(jì)：埃及大金字塔。 公元前十四世紀(jì)：在幼發(fā)拉底河與尼羅河流域進(jìn)行過土地邊界劃分測量。 公元前十五世紀(jì)：意大利都靈保存的金礦巷道圖,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,我國早在三千多年前的夏商時(shí)代的夏禹治水描述：“陸行乘車，水行乘船，泥行乘撬，山行乘攆（j），左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩、載四時(shí)，以開九州，通九道，陂九澤，度九山?！边@里所記錄的就是當(dāng)時(shí)的工程勘測情景，準(zhǔn)繩和規(guī)矩就是當(dāng)時(shí)所用

16、的測量工具，準(zhǔn)是可揆（kui）平的水準(zhǔn)器，繩 是丈量距離的工具，規(guī)是畫圓的器具，矩則是一種可定平，可測長度、高度、深度和畫圓、畫矩形的通用測量儀器,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,秦代李冰父子領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰水利樞紐工程。 北宋時(shí)沈括為了治理汴渠，測得“京師之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”，是水準(zhǔn)測量的結(jié)果。 長沙馬王堆漢墓出土的地圖包括地形圖、駐軍圖和城邑圖三種，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最早的地圖。 殷周時(shí)期的土地測量，秦、漢的私田制。隋唐實(shí)行均田制，建立戶籍冊(cè)。宋朝按鄉(xiāng)登記和清丈土地，出現(xiàn)地塊圖。到了明朝洪武年間的土地大清丈，編制魚鱗圖冊(cè)(世界最早的地籍圖冊(cè))。 四大發(fā)明之一的指南針，從司南、指

17、南魚算起，有二千多年的歷史。對(duì)礦山測量和其它工程勘測有很大的貢獻(xiàn),1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,在工程測量學(xué)的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭的促進(jìn)。 公元前210年秦始皇修建的“塹山堙谷，千八百里”直道,古羅馬構(gòu)筑的兵道，以及公元前218年歐洲修建的通向意大利的“漢尼撥通道”等，都是著名的軍用道路,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,工程測量學(xué)的發(fā)展在很長的一段時(shí)間內(nèi)是非常緩慢的。 直到二十世紀(jì)初，由于西方的第一、二次技術(shù)革命和工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工程測量學(xué)才受到人們的重視，并發(fā)展成為測繪學(xué)的一個(gè)重要分支。 1964年國際測量師聯(lián)合會(huì)（FIG）為了促進(jìn)和繁榮工程測量，成立了工程測量委員會(huì)(第六委員會(huì))，從此，

18、工程測量學(xué)在國際上作為一門獨(dú)立的 學(xué)科開展活動(dòng),1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,廣義工程測量學(xué)”-“一切不屬于地球測 量，不屬于國家地圖集范疇的地形測量和不屬于官方的測量，都屬于工程測量”。 大型特種精密工程建設(shè)和對(duì)測繪提出的愈來愈高的要求是工程測量學(xué)發(fā)展的動(dòng)力,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,長江三峽水利樞紐工程,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,隔河巖大壩外部變形觀測,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī),1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,武漢長江二橋,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,杭州灣大橋(長達(dá)30多公里,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,上海東方明珠電視塔(高454m,1.4 工程測量學(xué)

19、的發(fā)展概況,秦嶺終南山公路隧道(長18.4km,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,國外的大型特種精密工程： 德國漢堡的粒子加速器研究中心，1959年建的同步加速器，直徑僅100m； 1978年的正負(fù)電子儲(chǔ)存環(huán)，直徑743m； 1990年的電子質(zhì)子儲(chǔ)存環(huán)，直徑2000m,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,歐洲原子核研究中心1990年建成的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，直徑8.6km、周長27km，整個(gè)工程位于百米深的地下。 美國的超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)，其 直徑就長達(dá)27km，為保證橢圓 軌道上的投影變形最小且位于 一平面上，采用了一種雙重正 形投影，所作的各種精密測量 均考慮了重力和潮汐的影響,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展

20、概況,德國的露天煤礦大型挖煤機(jī)開挖量動(dòng)態(tài)測量計(jì)算系統(tǒng)是GPS、GIS技術(shù)相結(jié)合在大型特種工程中應(yīng)用的一個(gè)典型例子。 大型挖煤機(jī)長140m，高65m，自重8000噸， 其挖斗輪的直徑達(dá)17.8m，每天挖煤量可達(dá)10多萬噸,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,南非某一核電站的冷卻塔高165m，直徑163m，在整個(gè)施工過程中，要求每一高程面上塔壁中心線與設(shè)計(jì)尺寸的限差小于50mm，在塔高方向上每10m的相鄰精度優(yōu)于10mm,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,瑞士阿爾卑斯山的哥特哈德特長雙線鐵路隧道長達(dá)57km,1.4 工程測量學(xué)的發(fā)展概況,高聳建筑物方面。有人設(shè)想，在21世紀(jì)將建造2000m乃至4000m的摩天大廈,