工程測量學課件

工程測量學

工程測量學

教材

培養(yǎng)計劃

緒論

:程測量的概念（重點）

定義1:

工程測量學是研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計、施

工建設(shè)和運營管理階段所進行的各種測量工

作的學科。

定義2：

工程測量學主要研究在工程、工業(yè)和城市

建設(shè)以及資源開發(fā)各個階段所進行的地形

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)測分析和預報等的理論、

方法和技術(shù)，以及研究對測量和工程有關(guān)

的信息進行管理和使用的學科，它是測繪

學在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的直接應用。

定義3：

工程測量學是研究地球空間（包括地面、

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(shè)實現(xiàn)的理論、

方法和技術(shù)的一門應用性學科。

評價：

■定義一比較大眾化，易于理解。

■定義二較定義一更具體、準確，且范圍更大

?定義三更加概括、抽象和科學。

定義二、三除建筑工程外，機器設(shè)備乃至其它

幾何實體都是工程測量學的研究對象，且都上

升到了理論、方法和技術(shù)，強調(diào)工程測量學所

研究的是與幾何實體相聯(lián)系的測量、測設(shè)的理

論、方法和技術(shù)，而不是研究各種測量工作。

學科地位

發(fā)展歷史

公元前二十七世紀建設(shè)的埃及大金字塔，其形狀與方向都很準確，說明當時

已有放樣的工具和方法。

我國二千多年前的夏商時代，為了治水開始了水利工程測量工作。司馬遷在

《史記》中對夏禹治水有這樣的描述：”陸行乘車，水行乘船，泥行乘撬，山行

乘攆（W）,左準繩，右規(guī)矩、載四時，以開九州，通九道，陂九澤，度九山。”

所記錄的是當時的工程勘測情景，準繩和規(guī)矩就是當時所用的測量工具，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、測長度、高度、深度和畫

圓畫矩形的通用測量儀器。早期的水利工程多為河道的疏導，以利防洪和灌溉，

其主要的測量工作是確定水位和堤壩的高度。

公元前十四世紀，在幼發(fā)拉底河與尼羅河流域曾進行過土地邊界的劃分測量。我

國的地籍管理和土地測量最早出現(xiàn)在殷周時期，秦、漢過渡到私田制。隋唐實行

均田制，建立戶籍冊。宋朝按鄉(xiāng)登記和清丈土地，出現(xiàn)地塊圖。到了明朝洪武四

年，全國進行土地大清查和勘丈，編制的魚鱗圖冊，是世界最早的地籍圖冊。

秦代李冰父子領(lǐng)導修建的都江堰水利樞紐工程。

?北宋時沈括為了治理汴渠，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。

發(fā)展歷史

?軍事、交通運輸?shù)男枰弧雎眯?、航海?/p>

■工程測量學的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭的促進。中國戰(zhàn)國時期修

筑的午道，公元前210年秦始皇修建的“塹山埋谷，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。

修建中應用了測量工具進行地形勘測、定線測量和隧道定

向開挖測量。

?唐代李筌指出“以水佐攻者強，……，先設(shè)水平測其高下，

可以漂城，灌軍，浸營，敗將也”，說明了測量地勢高低

對軍事成敗的作用。中華民族偉大象征的萬里長城修建于

秦漢時期，這一規(guī)模巨大的防御工程，從整體布局到修筑,

都進行了詳細的勘察測量和施工放樣工作。

發(fā)展歷史

■這樣隨著歷史文化的發(fā)展，科學技術(shù)的進步，工

程建設(shè)的項目越來越多，規(guī)模也越來越大，內(nèi)容

也越來越復雜，對測量工作的要求也就越來越高,

這就在測繪科學這個領(lǐng)域內(nèi)漸漸地形成了“工程測

量學”這門學科。目前國內(nèi)外測繪專業(yè)都有工程測

堇學這門課程，大都是以培養(yǎng)工程測量人才為目

標。

?國際測量師聯(lián)合會（FIG）中設(shè)有工程測量專業(yè)的

委員會，以便在世界范圍內(nèi)交流這門學科的成就,

探討它的發(fā)展方向。

四個工作組:

1）測量方法和限差;

2）土石方計算；

3）變形測量；

4）地下工程測量。

一個特別組：

變形分析與解釋

60余所高校

工程測量國際學術(shù)討論會

?1988年前的專題：

?1.測量儀器和數(shù)據(jù)獲取；

-2.數(shù)據(jù)解釋、處理和應用；

-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年的專題是：

-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)中的應用。

工程測量國際學術(shù)討論會

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,交叉學科的大型工程項目。

2004年的專題：

1.大型工程測量項目；

2.測量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)；

3.監(jiān)測和風險管理；

4,瑞士阿爾卑斯山特長隧道

工程測量的內(nèi)容，按照其服務的對象分:

(1)工業(yè)建設(shè)測量

(2)鐵路公路測量

(3)橋梁測量

(4)隧道及地下工程測量

(5)水利工程建設(shè)測量

(6)輸電線路與輸油管道測量

(7)城市建設(shè)測量

工程測量學的內(nèi)容

主要內(nèi)容:

模擬或數(shù)字的地形資料的獲取與表達；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)的各種災害的

監(jiān)測分析與預報；工程測量專用儀器的研制與應

用；工程信息系統(tǒng)的建立與應用等。

工程測量學的內(nèi)容

1）工程地形圖的測量

,直接使用1:1萬至1:10萬比例尺的國家基本地形圖。

?對于一些大型工程，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。

?在施工建設(shè)和運營管理階段，往往需要用數(shù)字成圖法測繪

1:1000,1:500乃至更大比例尺的地形圖或?qū)ｎ}圖。

工程測量學的內(nèi)容

?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。

工程測量學的內(nèi)容

2）工程控制網(wǎng)布設(shè)

?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)費用等質(zhì)量準則問題。

?絕大多數(shù)首級工程控制網(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、取長補短。

,無加密控制網(wǎng)的控制測量將走進工程測量領(lǐng)域。

,精密工程控制網(wǎng)須進行網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計。

工程測量學的內(nèi)容

3）施工放樣技術(shù)和方法

?放樣（或稱測設(shè)）。

,點、線、面、體的放樣。

,方法：方向交會法、距離交會法、方向距離交會法、

極坐標法、坐標法、偏角法、偏距法、投點法等。儀

器：常規(guī)的光學、電子經(jīng)緯儀、水準儀、全站儀，GPS

技術(shù)、專用的測量儀器和工具。

,施工放樣一體化、自動化

工程測量學的內(nèi)容

4）工程的變形監(jiān)測分析和預報

■工程建筑物的變形及與工程有關(guān)的災害監(jiān)測是

工程測量學的重要內(nèi)容。

?變形分析和預報屬于多學科的交叉領(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:

參考點穩(wěn)定性分析，目標點位移量計算。

?監(jiān)測點上的時間序列觀測數(shù)據(jù)處理方法。

,變形體的靜態(tài)、準靜態(tài)、運動態(tài)和動態(tài)模型。

工程測量學的內(nèi)容

5）工程測量的儀器

■經(jīng)緯儀、水準儀、全站儀和GPS接收機是工程測量的通用儀

器

?專用儀器包括機械式、光電式及光機電（子）多傳感器集成

式儀器或測量系統(tǒng)。

?基維線測量或準直測量儀器：有正錘、倒錘及垂線觀測儀、

引張線儀、各種激光準直儀、鉛直儀（向下、向上）、自準

直儀以及尼龍絲或金屬絲準直測量系統(tǒng)等。

,在距離測量儀器：中長距離、短距離和微距離測量。ME5000、

錮瓦線尺測距儀DISTINVAR、應變儀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

進入到納米級。

工程測量學的內(nèi)容

?高程測量：液體靜力水準測量系統(tǒng)。

?傾斜測量（又稱撓度曲線測量）。

?三維激光掃瞄儀：圖象工程測量。

?混合測量系統(tǒng)。

?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，可作精密定位測量、準直測量，可測量坐

標、偏距、傾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度,

還可測量振動頻度以及物體的動態(tài)變化等。

工程測量學的內(nèi)容

6）工程測量學中的誤差及測量平差理論

?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：穩(wěn)健估計和有偏估計。

?參數(shù)估計、非參數(shù)估計、半?yún)?shù)估計；線性估計、

非線性估計。

工程測量學的內(nèi)容

規(guī)劃設(shè)計階段

建筑施工階段

運營管理階段

工程測量學的內(nèi)容

■工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計階段的測量工作：

?每一項工程建設(shè)都必須按照自然條件和預期目的

,進行規(guī)劃設(shè)計，在這個階段中測量工作主要是提

■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)勘探以及水文測驗等進行測量。對

?于重要的工程還要對地層的穩(wěn)定性進行觀測。

工程測量學的內(nèi)容

,工程建設(shè)施工階段的測量工作:

?每項工程建設(shè)的設(shè)計都要有專家討論，審查和領(lǐng)

導的批準后才能進入施工階段。

■首先根據(jù)工地的地形、工程的性質(zhì)以及施工的組

織與計劃，建立不同形式的施工控制網(wǎng)作為放樣

的基礎(chǔ)，然后將所設(shè)計的工程建筑物，按照施工

的要求在現(xiàn)場標定出來，這也就是放樣或叫測設(shè)。

?所以建設(shè)施工階段的測量工作就包括施工控制網(wǎng)

的建立和定線放樣兩大部分。

工程測量學的內(nèi)容

,工程建設(shè)運營管理階段的測量工作:

?目的是為了監(jiān)視工程建筑物的安全和穩(wěn)定的情況,

了解其設(shè)計是否合理，驗證設(shè)計理論是否正確，

需要定期地對其位移、沉陷、傾斜以及擺動等進

行觀測。

?對于大型的工業(yè)設(shè)備，還要進行經(jīng)常性的檢測和

調(diào)校，以保證其按設(shè)計安全運行。

工程測量學與其他學科的聯(lián)系

例如，工程測量學進行施工測量時需要測量學的

知識，也需要控制測量學的知識。

止匕外，用攝影測量方法測繪地形圖，現(xiàn)在已廣泛

地應用于工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計階段中。

還有，用全球定位系統(tǒng)進行工程測量，涉及到空

間大地測量和重力測量等學科。

?工程測量學是測繪學在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的

直接應用，直接為工程建設(shè)服務的，所以要求工

程測量的工作者還應該具有一定的工程建設(shè)方面

的知識。目的就是為了使測量工作有針對性，避

免盲目性，從而合理地解決工程建設(shè)中的測量問

題。一飛?

,工程測量的發(fā)展的推動因素:

■(1)科學技術(shù)的發(fā)展，包括測繪學及其它

學科的成就為工程測量的發(fā)展提供了新的

工具和手段。

,(2)社會的發(fā)展為工程測量提出了新任務

和新的要求，使工程測量的應用領(lǐng)域不斷

擴大。

,空間技術(shù)在工程測量中的應用與發(fā)展

?GPS的出現(xiàn)使定位、導航發(fā)生了革命性的變革，在

工程控制測量、地形測繪、施工放樣、竣工測量、

變形監(jiān)測、機械控制中都得到廣泛使用。

（一）衛(wèi)星定位技術(shù)使控制測量發(fā)生了顯著的變化

（二）RTK技術(shù)提高了施工放樣和細部測量的速度和精度

（三）城市連續(xù)運行參考站網(wǎng)向一網(wǎng)多用的方向發(fā)展

（四）空間技術(shù)開始在變形監(jiān)測中應用

?數(shù)字測繪與空間信息系統(tǒng)技術(shù)的應用和發(fā)展

?（一）數(shù)字測繪技術(shù)

?1.全站儀技術(shù)

?2.GPSRTK技術(shù)

?3.攝影測量技術(shù)

長江三峽工程鳥撒圖

Bird's-eyeviewoftheTGP

（二）數(shù)字三維（虛擬）城市與建筑測繪

■三維規(guī)劃和三維設(shè)計就是更加直觀表現(xiàn)其成果

■建筑測繪目前多采用地面攝影與地面激光掃描系

統(tǒng)綜合使用。

?激光掃描提供點陣數(shù)字信息。

■攝影測量提供數(shù)理信息。

（三）城市地下管線探測

■地下管線探測、檢測與評估是為摸清城市已有地

下管線的現(xiàn)狀，以及評估地下管線的風險服務的。

?隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市地下管線信息的

重要性以及地下管線的安全問題日益被城市各級

政府部門所重視。

傳統(tǒng)的地下管線探測儀

?地下管道金屬探測儀的發(fā)射機將輸出有

一定功率的電磁波有效的輸送到地下的金屬管道

上，于是管道上便有感應的信號電流沿管道流動。

此信號電流沿著管道流動的同時，產(chǎn)生一個以管

道為中心的圓形電磁場向四周輻射，其強度為管道

正中上方最強。當?shù)叵鹿艿澜饘偬綔y儀的接收機的

磁性探頭在地面上來回移動探測時接收到該信號，

就能找到電磁場的中心最強的位置，也就是管道的

正上方，地下管線的位置也就被地下管道金屬探測

儀找到了。

探地雷達

?探地雷達是通過發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，并接收

來自地下介質(zhì)面的反射波，根據(jù)接收到的反射波

的旅行時間、幅度與波形資料，解釋推斷地下介

質(zhì)結(jié)構(gòu)的。

■只要地下管線目標與周圍介質(zhì)之間存在足夠的物

性差異，就能通過探地雷達來進行探測。

電子標識器

?電子標識器的使用為探測非金屬地下管線提供了

另一種新的方法。

■地下管線敷設(shè)時，根據(jù)地下管線的類型，在管線

特征點處預埋相應種類的電子標識器，之后在地

面通過便攜式探測儀先向地下發(fā)出一定頻率的電

磁波信號，當靠近標識器時，標識器會反射探測

儀發(fā)出的信號，從而被探測儀發(fā)現(xiàn)接收，根據(jù)儀

器音頻和讀數(shù)可準確獲得管線平面位置和埋深的

準確信息。

（四）城市信息系統(tǒng)和應用

基于城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)而發(fā)展起來的專題信

息系統(tǒng)與定位和通信功能組合在一起是今后發(fā)展

的重點，有很大的城市潛力。今后的發(fā)展應該是

各政府部門系統(tǒng)信息的共享和兼容，以避免重復

采集信息，浪費資源，還要定期更新數(shù)據(jù)以保證

信息的現(xiàn)勢性。

L變形監(jiān)測理論和方法的發(fā)展

?變形監(jiān)測是一項跨學科的研究，它是研究變形信

息的獲取、分析和解釋，以及預報變形的理論和

方法。

?變形觀測的特點是變形觀測量小，且數(shù)據(jù)帶有誤

差。

?變形分析包括