測繪學(xué)概論工程測量學(xué)-張正祿

測繪學(xué)概論核心教材寧津生等五院士領(lǐng)銜主編

第六章工程測量學(xué)

張正祿編寫主講

思考題1.什么是工程測量？為什麼要學(xué)習(xí)工程測量？2.一般來說工程建設(shè)分哪幾個階段？3.工程測量的內(nèi)容包括哪些方面？4.為什麼說大型特種精密工程建設(shè)是工程測量學(xué)發(fā)展的動力？5.工程測量發(fā)展的“六化”指什麼？6.您對測繪和工程測量有何新的認(rèn)識？工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的定位和研究應(yīng)用領(lǐng)域

工程測量學(xué)內(nèi)容的劃分

工程測量常用的技術(shù)

工程測量學(xué)的發(fā)展概況及展望

工程測量學(xué)與相鄰學(xué)科和課程的關(guān)系

工程測量的實例和照片測繪是一個古老而現(xiàn)代的學(xué)科測繪是一級學(xué)科測繪是高科技學(xué)科測繪屬于信息學(xué)科測繪下設(shè)三個國家級重點學(xué)科測繪是一個普通而廣泛的職業(yè)德國：巴伐利亞州有8000人在測繪部門工作，全國平均每1000人中就有一人在測繪部門工作比利時王子洛朗娶的平民美女克萊爾.庫布斯是一名土地測量員與測繪有關(guān)的名人知多少？

林肯、華盛頓、拿破倫、赫魯曉夫、勃列日涅夫作過測量員李瑞環(huán)是工民建專業(yè)吳邦國的父親是軍測教授溫家寶是地質(zhì)測量和找礦專業(yè)

測繪界的院士知多少

夏堅白、王之卓、方俊陳永齡、陳俊勇、劉先琳李德仁、寧津生、劉經(jīng)南許厚澤、魏子卿、王家耀王任享、高俊、張祖勛什麼是工程測量？

一個例子

什么是工程測量？以隧道工程為例：什么是工程測量？以隧道工程為例：工程測量學(xué)在測繪學(xué)中的

定位和研究應(yīng)用領(lǐng)域

學(xué)科定義

學(xué)科地位---測繪學(xué)的二級學(xué)科

研究應(yīng)用領(lǐng)域一、學(xué)科定義

定義一：工程測量學(xué)是研究各項工程在規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的學(xué)科。

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(jìn)行管理和使用的學(xué)科。

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(yīng)用性學(xué)科。

二、學(xué)科地位---測繪學(xué)的二級學(xué)科

大地測量學(xué)（天文大地測量、幾何大地測量、物理大地測量空間大地測量、衛(wèi)星大地測量、海洋大地測量）

工程測量學(xué)

（近景攝影測量/工程攝影測量、礦山測量）

航空攝影測量與遙感學(xué)

地圖制圖學(xué)

地理信息系統(tǒng)（工程）

不動產(chǎn)地籍與土地管理

總的來說，工程測量學(xué)包括兩大部分：

以工程建筑為對象的工程測量

以機器和設(shè)備為對象的工業(yè)測量三、研究應(yīng)用領(lǐng)域工程測量學(xué)的內(nèi)容和劃分

工程測量的主要內(nèi)容

提供模擬或數(shù)字的地形資料

進(jìn)行測量及其有關(guān)信息的采集和處理

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

各類工程建設(shè)物、礦山和地質(zhì)病害地帶的變形監(jiān)測、機理解釋和預(yù)報

工程測量專用儀器的研制與應(yīng)用

與研究對象有關(guān)的信息系統(tǒng)的建立和應(yīng)用等上述內(nèi)容歸納為以下幾個方面：1．工程測量中的地形圖測繪

1:1萬至1:10萬的國家地形圖系列；1:2000～1:5000的局部性或帶狀地形圖；1:500，1:1000乃至更大比例尺的地形圖、竣工圖或?qū)ｎ}圖；水下（含江、河、庫、湖、海等）地形測繪和各種縱橫斷面圖。

2．工程控制網(wǎng)布設(shè)及優(yōu)化設(shè)計

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)、純測角網(wǎng)、邊角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、GPS網(wǎng)。3．施工放樣技術(shù)和方法---點、線、面、體的放樣

4．工程的變形監(jiān)測分析和預(yù)報---多學(xué)科的交叉領(lǐng)域5．工程測量的通用和專用儀器經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS接收機，測方向、角度、距離、高差、坐標(biāo)差等幾何量；測量機器人；專用儀器:基維線測量/準(zhǔn)直測量、距離測量、高程測量、傾斜測量、三維激光掃瞄儀。6．工程測量學(xué)中的誤差及測量平差理論最小二乘法；穩(wěn)健估計工程測量工作的劃分按工程建設(shè)階段劃分

工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計階段的測量工作

工程建設(shè)施工階段的測量工作

工程建設(shè)運營管理階段的測量工作

建筑工程測量(工業(yè)建設(shè)測量)水利工程測量軍事工程測量海洋工程測量地下工程測量三維工業(yè)測量鐵路工程測量公路工程測量管線工程測量(輸電線路與輸油管道測量)橋梁工程測量隧道工程測量港口工程測量城市建設(shè)測量

按服務(wù)對象劃分

縱向處理結(jié)構(gòu)體系按工程建設(shè)的三個階段來敘述工程測量學(xué)的理論、技術(shù)、方法和內(nèi)容

橫向處理結(jié)構(gòu)體系按典型工程分別進(jìn)行描述

“縱向與橫向處理”相結(jié)合、“特殊與一般”相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系“特殊”指個別工程的特殊性，“一般”指各種工程、各階段的共性工程測量學(xué)的結(jié)構(gòu)體系大型工程建設(shè)與測量三峽大壩工程工程測量常用的技術(shù)

常規(guī)地面測量技術(shù)

衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）

影像技術(shù)

水下地形測量技術(shù)

特種量測技術(shù)

信息管理技術(shù)

工程測量學(xué)的發(fā)展概況現(xiàn)狀及展望

工程測量學(xué)的發(fā)展概況

工程測量學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

1.歷史悠久

公元前二十七世紀(jì)建設(shè)的埃及大金字塔我國早在二千多年前的夏商時代夏禹治水秦代李冰父子領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰水利樞紐工程北宋時沈括治理汴渠馬王堆漢墓出土的地圖（地形圖、駐軍圖和城邑圖）公元前十四世紀(jì)幼發(fā)拉底河與尼羅河流域土地邊界的劃分測量我國的地籍管理和土地測量四大發(fā)明之一的指南針有二千多年的歷史，對礦山測量和其它工程勘測的貢獻(xiàn)戰(zhàn)爭的促進(jìn)：著名的軍用道路戰(zhàn)國時期秦始皇修建的千八百里直道古羅馬構(gòu)筑的兵道218年歐洲修建的通向意大利的“漢尼撥通道”萬里長城工程測量學(xué)的發(fā)展概況2.1964年國際測量師聯(lián)合會（FIG）成立了工程測量委員會（第六委員會），工程測量學(xué)在國際上作為一門獨立的學(xué)科開展活動。3.“廣義工程測量學(xué)”：

蘇黎世高等工業(yè)大學(xué)馬西斯教授指出：“一切不屬于地球測量，不屬于國家地圖集的陸地測量，和不屬于公務(wù)測量的應(yīng)用測量，都屬于工程測量”。工程測量學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

工程測量學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望1.工程測量的發(fā)展可概括為“六化”和“十六字”六化：工程測量內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化；數(shù)據(jù)獲取及其處理的自動化；測量過程控制和系統(tǒng)行為的智能化；測量成果和產(chǎn)品的數(shù)字化；測量信息管理的可視化；信息共享和傳播的網(wǎng)絡(luò)化。

十六字：連續(xù)、動態(tài)、遙測、實時、精確、可靠、快速、簡便；工程測量學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望1）測量機器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進(jìn)一步發(fā)展；2）在變形觀測數(shù)據(jù)處理和大型工程建設(shè)中，將發(fā)展基于知識的信息系統(tǒng)；3）工程測量將從土木工程測量、三維工業(yè)測量擴展到人體科學(xué)測量；4）多傳感器的混合測量系統(tǒng)將得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用；5）GPS、GIS技術(shù)將緊密結(jié)合工程項目；6）大型和復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑、設(shè)備的三維測量、幾何重構(gòu)以及質(zhì)量控制將是工程測量學(xué)發(fā)展的一個熱點固定式、移動式、車載、機載三維激光掃瞄儀將成為快速獲取被測物體乃至地面建筑物、構(gòu)筑物及地形信息的重要儀器；7）數(shù)據(jù)處理中數(shù)學(xué)物理模型的建立、分析和辨識將成為工程測量學(xué)專業(yè)教育的重要內(nèi)容8）隨著人類文明的進(jìn)展，對工程測量學(xué)的要求愈來愈高，服務(wù)范圍不斷擴大；9）現(xiàn)代科技新成就，為工程測量學(xué)提供了新的工具和手段，從而推動了工程測量學(xué)的不斷發(fā)展。大型特種精密工程建設(shè)

是工程測量學(xué)發(fā)展的動力

三峽水利樞紐工程；

北京正負(fù)電子對撞機；

長江上的大橋達(dá)數(shù)十座；

長達(dá)30多公里的杭州灣大橋和上海東海大橋

高454m的上海東方明珠電視塔；

18.4km的秦嶺隧道；

歐洲海底隧道50多公里；

瑞士阿爾卑斯山的隧道長達(dá)57km；

山西省引黃工程南干線5#隧洞長26.5km，7#隧洞長42.6km；

東北大伙房水庫引水工程隧洞長80多km，

德國漢堡的粒子加速器研究中心和歐洲日內(nèi)瓦粒子研究中心的粒子加速器規(guī)模愈來愈大，從20世紀(jì)50年代到現(xiàn)在不斷建設(shè)，軌道長從數(shù)百米到數(shù)十公里；

美國的超導(dǎo)超級對撞機，其直徑27km，軌道長達(dá)八十多公里；

德國的露天煤礦大型挖煤機開挖量動態(tài)測量：大型挖煤機長140m，高65m，自重8000噸，其挖斗輪的直徑達(dá)17.8m；

南非某一核電站的冷卻塔高165m，直徑163m；

在21世紀(jì)建筑工程師夢想建造2000m乃至4000m的摩天大廈；

工程測量的儀器和方法測

量

機

器

人測

量

機

器

人在上海磁浮鐵路Cyrax25003D激光掃描儀工程控制網(wǎng)

1）測圖控制網(wǎng)

2）施工控制網(wǎng)

3）變形監(jiān)測網(wǎng)

4）安裝測量控制網(wǎng)城市導(dǎo)線網(wǎng)

隧道（洞）洞外GPS平面控制網(wǎng)布設(shè)示意圖

J1J2J3JC1CC3C2貫通面貫通點····隧道（洞）軸線出口端·····XY進(jìn)口端隧道（洞）洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)示意圖

隧道（洞）軸線J1XYJ2J3JD1D3D5D7D2D4D6D8·······進(jìn)口端三峽大壩施工控制網(wǎng)杭

州

灣

GPS

首

級

控

制

網(wǎng)上海磁浮鐵路線路平面圖上海磁浮鐵路地面控制網(wǎng)上海磁浮鐵路地面控制網(wǎng)大伙房水庫85km輸水隧洞GPS施工控制網(wǎng)6.5工程測量學(xué)與相鄰學(xué)科和課程的關(guān)系

大地測量學(xué)是基礎(chǔ)小比例尺的地形圖系列、數(shù)字或電子地圖－地圖制圖學(xué)中、小小比例尺的地形圖生產(chǎn)－航空攝影測量和遙感

誤差理論、測量平差、數(shù)理統(tǒng)計

高等數(shù)學(xué)：級數(shù)、微積分、微分方程

物理學(xué)：電磁波傳播、力學(xué)、光學(xué)

土建工程、機械工程、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的知識

數(shù)據(jù)處理、圖形圖像處理，建立信息系統(tǒng)以及基于知識的專家系統(tǒng)都離不開計算機科學(xué)與技術(shù)方面的知識國內(nèi)外的學(xué)術(shù)交流要有較好的人文管理方面的知識，還要學(xué)一至二門外語，具有較好的聽、說、閱讀理解乃至思維能力

測量要求非常嚴(yán)謹(jǐn)一個有趣的例子一等水準(zhǔn)測量的測站觀測儀器、因瓦尺、要求、操作、計算、精度、誤差對學(xué)生的培養(yǎng)和訓(xùn)練

一個工程測量實例江埡大壩安全監(jiān)測工程測量學(xué)的

教學(xué)、研究與實踐超站儀STGPS研究學(xué)生作超站儀STGPS試驗學(xué)生作電子水準(zhǔn)儀測量實驗隔河巖大壩GPS監(jiān)測系統(tǒng)隔河巖大壩GPS監(jiān)測系統(tǒng)隔河巖大壩GPS監(jiān)測系統(tǒng)隔河巖大壩GPS監(jiān)測系統(tǒng)隔河巖大壩GPS監(jiān)測系統(tǒng)隔河巖大壩GPS監(jiān)測系統(tǒng)秦嶺隧道一等水準(zhǔn)測量用測地機器人監(jiān)測露天煤礦邊坡

上海磁浮鐵路施工工地測量機器人在上海磁浮鐵路試驗杭州灣大橋工程位址圖杭州灣大橋工程監(jiān)理測量杭州灣大橋工程監(jiān)理測量杭州灣大橋工程監(jiān)理測量歐盟項目：滑坡預(yù)警系統(tǒng)集成與優(yōu)化歐盟項目：滑坡預(yù)警系統(tǒng)集成與優(yōu)化茅坪滑坡中國－瑞士合作項目

災(zāi)害預(yù)防多傳感器集成監(jiān)測系統(tǒng)研究

水果湖水下地形和淤