精密工程課件

1、1 2 1-1 精密工程測量的特點及其發(fā)展精密工程測量的特點及其發(fā)展 1、精密工程測量的含義、精密工程測量的含義 主要是指結(jié)合現(xiàn)代測繪的新進展、新技術(shù)研究和解決各主要是指結(jié)合現(xiàn)代測繪的新進展、新技術(shù)研究和解決各 種大型和特種精密工程所提出的對測量的高精度、可靠性、種大型和特種精密工程所提出的對測量的高精度、可靠性、 自動測控等各個方面要求的測量科學(xué)。自動測控等各個方面要求的測量科學(xué)。 例如距離例如距離10-6以上相對精度或亞毫米級的絕對精度。以上相對精度或亞毫米級的絕對精度。 也包括規(guī)劃設(shè)計、施工放樣和運營管理三各階段；也包括規(guī)劃設(shè)計、施工放樣和運營管理三各階段； 大部分工作相近。大部分工作相

2、近。 精密工程測量應(yīng)用精密的測量和計量儀器、使用精密工程測量應(yīng)用精密的測量和計量儀器、使用 特殊的測量手段和工藝。特殊的測量手段和工藝。 3 大型精密工程的規(guī)劃設(shè)計階段，要研究地形變及大型精密工程的規(guī)劃設(shè)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；局部重力場不均勻性對工程穩(wěn)定性的影響； 對于有統(tǒng)一工藝流程和結(jié)構(gòu)的大型建筑物，除了對于有統(tǒng)一工藝流程和結(jié)構(gòu)的大型建筑物，除了 建立高精度的施工測量控制網(wǎng)外，還要建立高精度的安裝建立高精度的施工測量控制網(wǎng)外，還要建立高精度的安裝 測量控制網(wǎng)。測量控制網(wǎng)。 精密工程測量要求在控制點上建立穩(wěn)固的測量標精密工程測量要求在控制點上建立穩(wěn)固的測

3、量標 志，并設(shè)立強制對中裝置；志，并設(shè)立強制對中裝置； 在精密工程測量中，各種外界影響都要考慮。在精密工程測量中，各種外界影響都要考慮。 總之，在精度方面、所使用的儀器工具及測量方法總之，在精度方面、所使用的儀器工具及測量方法 手段有較大的不同，但沒有明顯的界限手段有較大的不同，但沒有明顯的界限。 4 對精密工程測量所用儀器設(shè)備而言，須掌握對精密工程測量所用儀器設(shè)備而言，須掌握 測量儀器學(xué)、電子學(xué)、機械加工、訊號傳輸與轉(zhuǎn)測量儀器學(xué)、電子學(xué)、機械加工、訊號傳輸與轉(zhuǎn) 換、大氣科學(xué)、計算機技術(shù)、光學(xué)、電磁波理論、換、大氣科學(xué)、計算機技術(shù)、光學(xué)、電磁波理論、 自動測控技術(shù)等眾多學(xué)科。自動測控技術(shù)等眾多

4、學(xué)科。 以安全監(jiān)控而言，須掌握自動測控技術(shù)、傳以安全監(jiān)控而言，須掌握自動測控技術(shù)、傳 感器、電子技術(shù)、測量儀器學(xué)、巖土力學(xué)、力感器、電子技術(shù)、測量儀器學(xué)、巖土力學(xué)、力 學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)工程、計算機、數(shù)學(xué)模型、學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)工程、計算機、數(shù)學(xué)模型、 誤差理論、環(huán)境工程等學(xué)科。誤差理論、環(huán)境工程等學(xué)科。 5 有有50m0.03mm測距裝置；測距裝置； 如如 DistinvarDistometer 有利用激光干涉原理組成的自準直反射系統(tǒng)精密長度有利用激光干涉原理組成的自準直反射系統(tǒng)精密長度 測量儀測量儀 60m0.01mm； 有精密偏距測量裝置有精密偏距測量裝置100m0.05mm； 自動跟蹤精光

5、準直測量系統(tǒng)，自動跟蹤精光準直測量系統(tǒng)，相對精度相對精度10-6以上；以上； 液體靜力水準系統(tǒng)測量高差誤差液體靜力水準系統(tǒng)測量高差誤差0.01mm； 精密垂準系統(tǒng)，幾十米的高度垂準誤差小于精密垂準系統(tǒng)，幾十米的高度垂準誤差小于0.10mm； 還有電磁感應(yīng)沉降儀、傾斜儀、測變形的應(yīng)變儀、還有電磁感應(yīng)沉降儀、傾斜儀、測變形的應(yīng)變儀、 大位移計、滲壓計、測應(yīng)力變化的應(yīng)力應(yīng)變儀等專用設(shè)備大位移計、滲壓計、測應(yīng)力變化的應(yīng)力應(yīng)變儀等專用設(shè)備 和工具。和工具。 6 1-2精密工程測量的應(yīng)用領(lǐng)域精密工程測量的應(yīng)用領(lǐng)域 根據(jù)我國的實踐，精密工程測量已在下述領(lǐng)域應(yīng)用：根據(jù)我國的實踐，精密工程測量已在下述領(lǐng)域應(yīng)用：

6、 1、新興高技術(shù)工程，如高能物理設(shè)備、粒子對撞機、回旋加新興高技術(shù)工程，如高能物理設(shè)備、粒子對撞機、回旋加 速器、核電站、原子能反應(yīng)堆等；速器、核電站、原子能反應(yīng)堆等； 2、大型軍事設(shè)施，如火箭發(fā)射架、航天技術(shù)試驗基地、大型大型軍事設(shè)施，如火箭發(fā)射架、航天技術(shù)試驗基地、大型 雷達天線、火炮彈道試驗場、大型軍事機場等；雷達天線、火炮彈道試驗場、大型軍事機場等； 3、大型工程及民用高層建筑物的變形觀測，如水壩及閘門槽、大型工程及民用高層建筑物的變形觀測，如水壩及閘門槽、 水力發(fā)電機組、高煙囪、大型礦場、油田開采區(qū)的地面建筑水力發(fā)電機組、高煙囪、大型礦場、油田開采區(qū)的地面建筑 及井下設(shè)施、及井下設(shè)施

7、、“三下三下”采掘區(qū)的重要地面建筑物的變形觀測采掘區(qū)的重要地面建筑物的變形觀測 等；等； 4、海上及沿岸工程，如海上鉆井平臺、大型港口、碼頭、船海上及沿岸工程，如海上鉆井平臺、大型港口、碼頭、船 塢滑道等；塢滑道等； 5、地下工程，如地鐵、大型隧道、水底（越江、跨海）隧道、地下工程，如地鐵、大型隧道、水底（越江、跨海）隧道、 大型地下建筑等；大型地下建筑等； 續(xù)續(xù) 7 6、大型工廠的廠房及設(shè)備安裝，如軋鋼車間、化工車間、金、大型工廠的廠房及設(shè)備安裝，如軋鋼車間、化工車間、金 工車間的自動生產(chǎn)線，巨型壓機、復(fù)雜地下管線的安裝等；工車間的自動生產(chǎn)線，巨型壓機、復(fù)雜地下管線的安裝等； 7、巨型容器體

8、積、形狀及其變形的測定，如油罐、氣罐、高、巨型容器體積、形狀及其變形的測定，如油罐、氣罐、高 爐、平爐、船艙、機身等體積和形狀的測定，靜態(tài)和動態(tài)變爐、平爐、船艙、機身等體積和形狀的測定，靜態(tài)和動態(tài)變 形監(jiān)測等；形監(jiān)測等； 8、 地基變形的監(jiān)測，如地層移動、斷裂位移、礦藏開挖、水地基變形的監(jiān)測，如地層移動、斷裂位移、礦藏開挖、水 庫蓄水或城市地下開采引起的地面下沉，海浪拍擊引起沿海庫蓄水或城市地下開采引起的地面下沉，海浪拍擊引起沿海 城市的地面振蕩，地震孕育引起的固體潮汐的振幅變化；城市的地面振蕩，地震孕育引起的固體潮汐的振幅變化； 9、其他特殊任務(wù)，如大型設(shè)備基礎(chǔ)穩(wěn)定性的確證，古建筑復(fù)、其他特

9、殊任務(wù)，如大型設(shè)備基礎(chǔ)穩(wěn)定性的確證，古建筑復(fù) 原，大型藝術(shù)品的定型和安裝等。原，大型藝術(shù)品的定型和安裝等。 以上說明，精密工程測量的對象十分廣泛，它們各具特色，以上說明，精密工程測量的對象十分廣泛，它們各具特色， 但都要求精確地完成其測量工作，這是它們的共同點。但都要求精確地完成其測量工作，這是它們的共同點。 8 二次大戰(zhàn)以后，在世界范圍內(nèi)已建立各種巨型工程，二次大戰(zhàn)以后，在世界范圍內(nèi)已建立各種巨型工程， 幾百座大型水電站和核電站，無數(shù)高聳入云的電視塔、導(dǎo)幾百座大型水電站和核電站，無數(shù)高聳入云的電視塔、導(dǎo) 彈發(fā)射架核摩天大樓，建成長達彈發(fā)射架核摩天大樓，建成長達53km的海底隧道（英、的海底隧

10、道（英、 法海底隧道），周長法海底隧道），周長27km的離子加速器工程等等。的離子加速器工程等等。 一、精密工程測量的成就和效益一、精密工程測量的成就和效益 美國的超導(dǎo)超級對撞機，其直徑達美國的超導(dǎo)超級對撞機，其直徑達27 km，為保證橢圓軌道，為保證橢圓軌道 上的投影變形最小且位于一平面上，利用了一種雙重正形投影。上的投影變形最小且位于一平面上，利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。主網(wǎng)和加所作的各種精密測量，均考慮了重力和潮汐的影響。主網(wǎng)和加 密網(wǎng)采用密網(wǎng)采用GPS測量，精度優(yōu)于測量，精度優(yōu)于110-6 D。 9 德國漢堡的粒子加速器研究中心，堪稱特種精密

11、工程德國漢堡的粒子加速器研究中心，堪稱特種精密工程 測量的歷史博物館。測量的歷史博物館。1959年建的同步加速器，直徑僅年建的同步加速器，直徑僅100 m， 1978年的正負電子儲存環(huán)，直徑年的正負電子儲存環(huán)，直徑743 m，1990年的電子質(zhì)子年的電子質(zhì)子 儲存環(huán)，直徑儲存環(huán)，直徑2000 m。為了減少能量損失，改用直線加速器。為了減少能量損失，改用直線加速器 代替環(huán)形加速器，正在建的直線加速器長達代替環(huán)形加速器，正在建的直線加速器長達30 km，100 300 m的磁件相鄰精度要求優(yōu)于的磁件相鄰精度要求優(yōu)于0.1 mm,磁件的精密定位精磁件的精密定位精 度僅幾個微米，并能以納米級的精度確定

12、直線度。整個測量度僅幾個微米，并能以納米級的精度確定直線度。整個測量 過程都是無接觸自動化的。用精密激光測距儀過程都是無接觸自動化的。用精密激光測距儀TC2002K距離距離 測量，其測距精度與測量，其測距精度與ME5000相當，對平均邊長為相當，對平均邊長為50m的的3 800條邊，改正數(shù)小于條邊，改正數(shù)小于0.1 mm的占的占95%。 10 德國露天煤礦的大型挖煤機開挖量的動態(tài)測量計算系統(tǒng)。德國露天煤礦的大型挖煤機開挖量的動態(tài)測量計算系統(tǒng)。 大型挖煤機長大型挖煤機長140 m，高，高65 m,自重自重8 000 t，其挖斗輪的直徑，其挖斗輪的直徑 17.8 m，每天挖煤量可達，每天挖煤量可達

13、10多萬噸。為了實時動態(tài)地得到挖煤多萬噸。為了實時動態(tài)地得到挖煤 機的采煤量，在其上安置了機的采煤量，在其上安置了3臺臺GPS接收機，與參考站無線電接收機，與參考站無線電 實時數(shù)據(jù)傳輸和差分動態(tài)定位，挖煤機上兩點間距離的精度可實時數(shù)據(jù)傳輸和差分動態(tài)定位，挖煤機上兩點間距離的精度可 達達1.5 cm。根據(jù)。根據(jù)3臺接收機的坐標，按一定幾何模型可計算臺接收機的坐標，按一定幾何模型可計算 出挖煤機挖斗輪的位置及采煤層截曲面，可計算出采煤量，經(jīng)出挖煤機挖斗輪的位置及采煤層截曲面，可計算出采煤量，經(jīng) 對比試驗，其精度達對比試驗，其精度達7%4%。 瑞士阿爾卑斯山的特長雙線鐵路隧道哥特哈德長達瑞士阿爾卑斯

14、山的特長雙線鐵路隧道哥特哈德長達57 km， 為該工程特地重新作了國家大地測量為該工程特地重新作了國家大地測量(LV95)，采用，采用GPS技術(shù)施技術(shù)施 測的控制網(wǎng)，平面精度達測的控制網(wǎng)，平面精度達7 mm，高程精度約，高程精度約2 cm。 11 在我國，有北京地鐵（上海、廣州、南京等）、上海越江在我國，有北京地鐵（上海、廣州、南京等）、上海越江 隧道，丹江口、劉家峽、長江三峽水電工程、葛洲壩等一大批隧道，丹江口、劉家峽、長江三峽水電工程、葛洲壩等一大批 水利樞紐，有鞍山、武漢、上海寶山等大型鋼鐵基地；有北京水利樞紐，有鞍山、武漢、上海寶山等大型鋼鐵基地；有北京 正負電子對撞機、大亞灣核電站、

15、衛(wèi)星發(fā)射架等工程。正負電子對撞機、大亞灣核電站、衛(wèi)星發(fā)射架等工程。 2008北京奧運場館北京奧運場館“鳥巢鳥巢”、“水立方水立方”等奧運場館。等奧運場館。 2010年年4月月26日中國大陸第一條海底隧道日中國大陸第一條海底隧道廈門翔安海底廈門翔安海底 隧道建成通車，寬度隧道建成通車，寬度17.5m，高度，高度13.5m，斷面世界最大，全長，斷面世界最大，全長 6.05km，跨越海域，跨越海域4.2km，耗資約，耗資約32億元人民幣。億元人民幣。 2011年年6月月30日同時通車的膠州灣隧道則是中國建成通車日同時通車的膠州灣隧道則是中國建成通車 的最長海底隧道，全長的最長海底隧道，全長9.47公

16、里。膠州灣隧道建設(shè)近公里。膠州灣隧道建設(shè)近4年，總投年，總投 資資70.62億元，建成雙向億元，建成雙向6車道，設(shè)計車速車道，設(shè)計車速80公里公里/小時。小時。 12 杭州灣跨海大橋是一座橫跨中國杭州灣海域的跨海大橋，杭州灣跨海大橋是一座橫跨中國杭州灣海域的跨海大橋， 它北起浙江嘉興海鹽鄭家埭，南至寧波慈溪水路灣，全長它北起浙江嘉興海鹽鄭家埭，南至寧波慈溪水路灣，全長36 公里，是世界上最長的跨海大橋，比連接巴林與沙特的法赫公里，是世界上最長的跨海大橋，比連接巴林與沙特的法赫 德國王大橋還長德國王大橋還長11公里，成為繼美國的龐恰特雷恩湖橋后世公里，成為繼美國的龐恰特雷恩湖橋后世 界第二長的橋

17、梁。界第二長的橋梁。 杭州灣跨海大橋杭州灣跨海大橋 按雙向六車道高速按雙向六車道高速 公路設(shè)計，設(shè)計時公路設(shè)計，設(shè)計時 速速100km/h，設(shè)計，設(shè)計 使用年限使用年限100年，年， 總投資約總投資約118億元。億元。 13 2011年年6月月30日，青島膠州灣跨海大橋正式通車，日，青島膠州灣跨海大橋正式通車， 青島膠州灣大橋全長青島膠州灣大橋全長36.48公里，成為世界最長跨海公里，成為世界最長跨海 大橋，比杭州灣跨海大橋長大橋，比杭州灣跨海大橋長0.48公里。據(jù)介紹，膠州公里。據(jù)介紹，膠州 灣大橋于灣大橋于2007年年5月開工，總投資月開工，總投資147.92億元，全長億元，全長 36.4

18、8公里；海上鉆孔灌注樁公里；海上鉆孔灌注樁5127根，居世界第一。根，居世界第一。 膠州灣大橋建成通車，將使東西兩岸路程縮短約膠州灣大橋建成通車，將使東西兩岸路程縮短約30公公 里。里。 膠州灣大橋和隧道建設(shè)過程中還實現(xiàn)了多項技術(shù)膠州灣大橋和隧道建設(shè)過程中還實現(xiàn)了多項技術(shù) 創(chuàng)新。據(jù)介紹，膠州灣大橋建設(shè)過程中的科技創(chuàng)新獲創(chuàng)新。據(jù)介紹，膠州灣大橋建設(shè)過程中的科技創(chuàng)新獲 得國家級獎勵得國家級獎勵3項，省部級獎勵項，省部級獎勵11項，中國企業(yè)新紀項，中國企業(yè)新紀 錄錄21項。其中，水下無封底混凝土套箱技術(shù)獲得項。其中，水下無封底混凝土套箱技術(shù)獲得2009 年度中國公路學(xué)會科技進步特等獎。年度中國公路學(xué)

19、會科技進步特等獎。 14 15 16 17 18 19 20 三峽水利樞紐工程變形監(jiān)測和庫區(qū)地殼形變、滑坡、巖三峽水利樞紐工程變形監(jiān)測和庫區(qū)地殼形變、滑坡、巖 崩以及水庫誘發(fā)地震監(jiān)測，其規(guī)模之大，監(jiān)測項目之多，都堪崩以及水庫誘發(fā)地震監(jiān)測，其規(guī)模之大，監(jiān)測項目之多，都堪 稱世界之最。不僅采用目前國內(nèi)外最成熟最先進的儀器、技術(shù)，稱世界之最。不僅采用目前國內(nèi)外最成熟最先進的儀器、技術(shù)， 在實踐中也在不斷發(fā)展新的技術(shù)和方法，如對滑坡體變形與失在實踐中也在不斷發(fā)展新的技術(shù)和方法，如對滑坡體變形與失 穩(wěn)研究的計算機智能仿真系統(tǒng)；擬進行研究的三峽庫區(qū)滑坡泥穩(wěn)研究的計算機智能仿真系統(tǒng)；擬進行研究的三峽庫區(qū)滑坡

20、泥 石流預(yù)報的石流預(yù)報的3S工程等，都涉及到精密工程測量。隔河巖大壩外工程等，都涉及到精密工程測量。隔河巖大壩外 部變形觀測的部變形觀測的GPS實時持續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測點的位置精度實時持續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測點的位置精度 達到了亞毫米。該工程達到了亞毫米。該工程 用地面方法建立的變形監(jiān)測網(wǎng)，其最用地面方法建立的變形監(jiān)測網(wǎng)，其最 弱點精度優(yōu)于弱點精度優(yōu)于1.5 mm。 21 l 北京正負電子對撞機的精密控制網(wǎng)，精度達北京正負電子對撞機的精密控制網(wǎng)，精度達0.3 mm。 設(shè)備定位精度優(yōu)于設(shè)備定位精度優(yōu)于0.2 mm，200 m直線段漂移管直線精度直線段漂移管直線精度 達達0.1 mm。 l 大亞灣

21、核電站控制網(wǎng)精度達大亞灣核電站控制網(wǎng)精度達2 mm，秦山核電站的環(huán)型，秦山核電站的環(huán)型 安裝測量控制網(wǎng)精度達安裝測量控制網(wǎng)精度達0.1 mm。 l上海楊浦大橋控制網(wǎng)的最弱點精度達上海楊浦大橋控制網(wǎng)的最弱點精度達0.2 mm，橋墩點，橋墩點 位標定精度達位標定精度達0.1 mm； l 武漢長江二橋全橋的貫通精度武漢長江二橋全橋的貫通精度(跨距和墩中心偏差跨距和墩中心偏差)達毫達毫 米級。米級。 22 l高高454 m的上海東方明珠電視塔對于長的上海東方明珠電視塔對于長114 m、重、重300 t 的鋼桅桿天線，安裝的垂準誤差僅的鋼桅桿天線，安裝的垂準誤差僅9 mm。 l長長18.4 km的秦嶺隧

22、道，洞外的秦嶺隧道，洞外GPS網(wǎng)的平均點位精度優(yōu)網(wǎng)的平均點位精度優(yōu) 于于3 mm，一等精密水準線路長，一等精密水準線路長120多公里。在僅一個多公里。在僅一個 貫通面的情況下，橫向貫通誤差為貫通面的情況下，橫向貫通誤差為12 mm，高程方向的，高程方向的 貫通誤差只有貫通誤差只有3mm。 23 1962年年3月，新豐江水庫發(fā)生月，新豐江水庫發(fā)生6.2級地震，大壩橫向產(chǎn)級地震，大壩橫向產(chǎn) 生裂縫，不得已將庫水泄空，組織搶修，以免潰壩。首先生裂縫，不得已將庫水泄空，組織搶修，以免潰壩。首先 布設(shè)了大壩變形觀測，其中最主要的點是設(shè)置若干倒垂儀，布設(shè)了大壩變形觀測，其中最主要的點是設(shè)置若干倒垂儀， 進

23、行壩體相對于基礎(chǔ)的位移觀測，以便闡明修復(fù)中的大壩進行壩體相對于基礎(chǔ)的位移觀測，以便闡明修復(fù)中的大壩 能否恢復(fù)原設(shè)計的性能。經(jīng)過一段時間的觀測，由倒垂資能否恢復(fù)原設(shè)計的性能。經(jīng)過一段時間的觀測，由倒垂資 料證明了壩基本身及壩體的穩(wěn)定性，從而考慮重新滿蓄及料證明了壩基本身及壩體的穩(wěn)定性，從而考慮重新滿蓄及 發(fā)電的可能性。而重新逐步蓄水的過程，正是以倒垂觀測發(fā)電的可能性。而重新逐步蓄水的過程，正是以倒垂觀測 驗證大壩是否已創(chuàng)傷平復(fù)的過程。這樣小心謹慎地、逐步驗證大壩是否已創(chuàng)傷平復(fù)的過程。這樣小心謹慎地、逐步 分階段地、提高水位，直至滿蓄。倒垂觀測資料不但起了分階段地、提高水位，直至滿蓄。倒垂觀測資料

24、不但起了 安全檢測的作用，而且對于修復(fù)的大壩能否再度正常運轉(zhuǎn)安全檢測的作用，而且對于修復(fù)的大壩能否再度正常運轉(zhuǎn) 和發(fā)電的決策，具有舉足輕重的意義。和發(fā)電的決策，具有舉足輕重的意義。 24 武漢鋼鐵公司煉鋼車間轉(zhuǎn)爐的爐齡，歷來是根據(jù)爐前武漢鋼鐵公司煉鋼車間轉(zhuǎn)爐的爐齡，歷來是根據(jù)爐前 工的經(jīng)驗判斷，爐壁較薄時就要停爐檢修。若判斷不準，工的經(jīng)驗判斷，爐壁較薄時就要停爐檢修。若判斷不準， 則或人為地縮短了爐齡，或造成鋼水穿爐的事故。使用一則或人為地縮短了爐齡，或造成鋼水穿爐的事故。使用一 臺全站型漫反射激光測距儀對轉(zhuǎn)爐爐壁上的對應(yīng)點進行距臺全站型漫反射激光測距儀對轉(zhuǎn)爐爐壁上的對應(yīng)點進行距 離和角度測量

25、，得到各點相對于某一參考系的坐標就可以離和角度測量，得到各點相對于某一參考系的坐標就可以 確定爐壁的基本形狀，在同存貯的初始爐壁形狀進行比較，確定爐壁的基本形狀，在同存貯的初始爐壁形狀進行比較， 即可確定爐壁各點處的實際厚度。根據(jù)實測資料，對爐壁即可確定爐壁各點處的實際厚度。根據(jù)實測資料，對爐壁 進行針對性的局部維修，可提高爐齡和保證安全生產(chǎn)，從進行針對性的局部維修，可提高爐齡和保證安全生產(chǎn)，從 而提高經(jīng)濟效益而提高經(jīng)濟效益 25 據(jù)全國第一次特種精密工程測量會議的訊息，我國據(jù)全國第一次特種精密工程測量會議的訊息，我國 特種精密工程測量還在導(dǎo)彈基地、核電站、激光核聚變特種精密工程測量還在導(dǎo)彈基

26、地、核電站、激光核聚變 試驗裝置、電視塔、通訊衛(wèi)星接受天線、高煙囪、船模試驗裝置、電視塔、通訊衛(wèi)星接受天線、高煙囪、船模 試驗、飛機制造（設(shè)計）、大型隧道、滑坡監(jiān)測、地震試驗、飛機制造（設(shè)計）、大型隧道、滑坡監(jiān)測、地震 振動臺、水輪機安裝等建設(shè)中應(yīng)用，取得了巨大的效益。振動臺、水輪機安裝等建設(shè)中應(yīng)用，取得了巨大的效益。 上述工作，都是在特種精密（測量誤差為上述工作，都是在特種精密（測量誤差為0.1 1.0mm）或特殊困難（高溫、高壓、高空、水下、受輻或特殊困難（高溫、高壓、高空、水下、受輻 射等）的條件下完成，多數(shù)要求連續(xù)不間斷的觀測和及射等）的條件下完成，多數(shù)要求連續(xù)不間斷的觀測和及 時快速

27、的成果處理。經(jīng)過的實踐，逐步形成了采用特殊時快速的成果處理。經(jīng)過的實踐，逐步形成了采用特殊 方法和專用儀器設(shè)備，借助各類傳感技術(shù)實現(xiàn)自動記錄、方法和專用儀器設(shè)備，借助各類傳感技術(shù)實現(xiàn)自動記錄、 由計算機對成果快速處理的特種精密工程測量。由計算機對成果快速處理的特種精密工程測量。 26 1、 改進經(jīng)典方法，滿足特種精密工程測量的要求。改進經(jīng)典方法，滿足特種精密工程測量的要求。 根據(jù)我國國情，在實踐中使用過的有效方法有：根據(jù)我國國情，在實踐中使用過的有效方法有： 視準線法。在大壩變形觀測中廣泛采用，在視準線法。在大壩變形觀測中廣泛采用，在500m距離內(nèi)距離內(nèi) 測定位移量精度達測定位移量精度達1mm

28、。 測小角法。在建筑物、大壩變形觀測中廣泛采用，精度同測小角法。在建筑物、大壩變形觀測中廣泛采用，精度同 上。上。 微水準法。曾以微水準法。曾以N3及及Ni004型水準儀，分別采用型水準儀，分別采用2m和和 2.8m的視距，用搖尺法讀數(shù)，則每站高差傳遞精度可達的視距，用搖尺法讀數(shù)，則每站高差傳遞精度可達 0.07mm。 通過豎井懸吊鋼尺傳遞高程法。通過對鋼尺不同高度量通過豎井懸吊鋼尺傳遞高程法。通過對鋼尺不同高度量 測溫度進行尺長改正等措施，測溫度進行尺長改正等措施，50m內(nèi)高程傳遞誤差可達內(nèi)高程傳遞誤差可達1 5mm。 采用直伸短邊三角鎖在狹窄坑道內(nèi)傳遞方位和坐標。采用直伸短邊三角鎖在狹窄坑

29、道內(nèi)傳遞方位和坐標。 27 2 2、針對特殊需要研制專用儀器和設(shè)備、針對特殊需要研制專用儀器和設(shè)備 如在大壩變形觀測中使用的倒垂儀、引張線位移計等；如在大壩變形觀測中使用的倒垂儀、引張線位移計等； 用于建立和檢測大型設(shè)備和構(gòu)件間點、線、面及空間的一用于建立和檢測大型設(shè)備和構(gòu)件間點、線、面及空間的一 定關(guān)系所使用的測微準直望遠鏡、坐標經(jīng)緯儀、精密直角定關(guān)系所使用的測微準直望遠鏡、坐標經(jīng)緯儀、精密直角 鏡、光學(xué)工具尺等；此外還有包括強制歸心用的球狀軸套、鏡、光學(xué)工具尺等；此外還有包括強制歸心用的球狀軸套、 強制歸心底盤等精密加工機械件。強制歸心底盤等精密加工機械件。 為觀測地殼的微小變動，我國成功

30、研制和生產(chǎn)了一批臺為觀測地殼的微小變動，我國成功研制和生產(chǎn)了一批臺 站上作連續(xù)觀測用的精密監(jiān)測儀器，如靜力水準儀、氣泡站上作連續(xù)觀測用的精密監(jiān)測儀器，如靜力水準儀、氣泡 式傾斜儀、擺式傾斜儀、石英棒式伸縮儀等。這些儀器的式傾斜儀、擺式傾斜儀、石英棒式伸縮儀等。這些儀器的 特點是精度高（讀數(shù)的精度為微米及毫秒級），讀數(shù)采用特點是精度高（讀數(shù)的精度為微米及毫秒級），讀數(shù)采用 工具顯微鏡或精密絲桿的千分卡盤進行，或采用照相記錄。工具顯微鏡或精密絲桿的千分卡盤進行，或采用照相記錄。 28 我國在精密測量儀器研制方面的重要突破，是激光儀器我國在精密測量儀器研制方面的重要突破，是激光儀器 的研制。如激光干

31、涉儀、激光準直儀、激光導(dǎo)向儀等。的研制。如激光干涉儀、激光準直儀、激光導(dǎo)向儀等。 多數(shù)國產(chǎn)的精密觀測儀器和專用設(shè)備，均已實現(xiàn)了自動多數(shù)國產(chǎn)的精密觀測儀器和專用設(shè)備，均已實現(xiàn)了自動 化觀測，尤其是機械式的觀測儀器和設(shè)備率先完成。化觀測，尤其是機械式的觀測儀器和設(shè)備率先完成。 如浮墊式倒垂儀（如浮墊式倒垂儀（1981），）， 浮托式引張線位移計（浮托式引張線位移計（1982），）， 流體力學(xué)水準測量系統(tǒng)（流體力學(xué)水準測量系統(tǒng)（1983），）， 水平擺傾儀（水平擺傾儀（1971），）， 氣泡式傾斜儀（氣泡式傾斜儀（1973），）， 石英管伸縮儀（石英管伸縮儀（1983），）， 絲式伸縮儀（絲式伸縮儀

32、（1982）等主要儀器和專用設(shè)備，）等主要儀器和專用設(shè)備， 對諸如位移量、沉將量、傾斜量等監(jiān)控變量通過各種對諸如位移量、沉將量、傾斜量等監(jiān)控變量通過各種 傳感器把它們轉(zhuǎn)換成電信號輸出，從而實現(xiàn)自動化觀測、傳感器把它們轉(zhuǎn)換成電信號輸出，從而實現(xiàn)自動化觀測、 記錄及數(shù)據(jù)處理。記錄及數(shù)據(jù)處理。 29 三、精密工程測量的前景三、精密工程測量的前景 精密工程測量的基礎(chǔ)仍然是經(jīng)典測量理論，由于它基于精密工程測量的基礎(chǔ)仍然是經(jīng)典測量理論，由于它基于 實踐、服務(wù)生產(chǎn)、又創(chuàng)造了各種專用儀器設(shè)備和特殊的測量實踐、服務(wù)生產(chǎn)、又創(chuàng)造了各種專用儀器設(shè)備和特殊的測量 和數(shù)據(jù)處理方法，從而發(fā)展了經(jīng)典測量的理論。和數(shù)據(jù)處理方

33、法，從而發(fā)展了經(jīng)典測量的理論。 如，在精密準直測量中，應(yīng)用人眼極限分辨率及望遠鏡如，在精密準直測量中，應(yīng)用人眼極限分辨率及望遠鏡 放大倍率等經(jīng)典測量概念，但又發(fā)現(xiàn)了不同目標形狀、不同放大倍率等經(jīng)典測量概念，但又發(fā)現(xiàn)了不同目標形狀、不同 顏色反差、不同觀測環(huán)境對分辨率的影響，從而修正了對極顏色反差、不同觀測環(huán)境對分辨率的影響，從而修正了對極 限分辨率的理解。限分辨率的理解。 又如，在經(jīng)典測量理論中，認為三角高程測量是一種較又如，在經(jīng)典測量理論中，認為三角高程測量是一種較 低等的高程傳遞方法，但在精密工程測量中，提高了測距精低等的高程傳遞方法，但在精密工程測量中，提高了測距精 度，改善了照準光源，

34、改變了觀測方案及施測綱要，使之達度，改善了照準光源，改變了觀測方案及施測綱要，使之達 到了較高的精度。到了較高的精度。 30 再如，在數(shù)據(jù)處理中，為達到合理和精確的目的，剔除某再如，在數(shù)據(jù)處理中，為達到合理和精確的目的，剔除某 些粗差，采用濾波方法，濾波后的觀測序列是否符合正態(tài)分些粗差，采用濾波方法，濾波后的觀測序列是否符合正態(tài)分 布規(guī)律？如何確定極限誤差等等，都與經(jīng)典理論有所不同。布規(guī)律？如何確定極限誤差等等，都與經(jīng)典理論有所不同。 精密工程測量對于測量儀器學(xué)的影響更是起到了舉足輕重的精密工程測量對于測量儀器學(xué)的影響更是起到了舉足輕重的 作用。首先是拓寬了測量儀器的領(lǐng)域，使傳統(tǒng)的光學(xué)儀器為作

35、用。首先是拓寬了測量儀器的領(lǐng)域，使傳統(tǒng)的光學(xué)儀器為 主轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂酶黝愋偷膫鞲泄ぞ撸汗狻C、電、磁、激光、主轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂酶黝愋偷膫鞲泄ぞ撸汗狻C、電、磁、激光、 遙感等并舉；其次是使測量范圍向微觀和宏觀兩方面擴展。遙感等并舉；其次是使測量范圍向微觀和宏觀兩方面擴展。 精密測量不但涉及長距和超長距的測量，而且小到計量技術(shù)，精密測量不但涉及長距和超長距的測量，而且小到計量技術(shù)， 與質(zhì)子和電子都打交道，測量和量測的界限正在消失。與質(zhì)子和電子都打交道，測量和量測的界限正在消失。 31 目前我國精密工程測量應(yīng)用領(lǐng)域主要是以下三個方面：目前我國精密工程測量應(yīng)用領(lǐng)域主要是以下三個方面： 1、大型新興技術(shù)和高技術(shù)

36、工程。如，巨型科學(xué)物理實驗設(shè)大型新興技術(shù)和高技術(shù)工程。如，巨型科學(xué)物理實驗設(shè) 備；航天和導(dǎo)彈工程；大型能源（核電、熱電）工程；化備；航天和導(dǎo)彈工程；大型能源（核電、熱電）工程；化 工聯(lián)合企業(yè)；地下工程；海岸及淺海工程；超高層建筑；工聯(lián)合企業(yè)；地下工程；海岸及淺海工程；超高層建筑； 大型設(shè)備及工業(yè)自動生產(chǎn)線的安裝、調(diào)試、控運等。大型設(shè)備及工業(yè)自動生產(chǎn)線的安裝、調(diào)試、控運等。 2、為闡明地基穩(wěn)定及建筑物安全的變形觀測（主要是大型為闡明地基穩(wěn)定及建筑物安全的變形觀測（主要是大型 水庫、城市高層建筑和礦區(qū)）。水庫、城市高層建筑和礦區(qū)）。 3、為大型工礦企業(yè)技術(shù)改造服務(wù)的精密測量（含竣工測量為大型工礦企

37、業(yè)技術(shù)改造服務(wù)的精密測量（含竣工測量 及地下管線測量）及原有建筑安全監(jiān)測及使用壽命預(yù)測等。及地下管線測量）及原有建筑安全監(jiān)測及使用壽命預(yù)測等。 32 在理論和方法上，將著重下列課題的研究：在理論和方法上，將著重下列課題的研究： 1、對經(jīng)典測量理論和方法的研究、對經(jīng)典測量理論和方法的研究 經(jīng)典測量理論和方法在精密工程測量中的應(yīng)用和發(fā)展經(jīng)典測量理論和方法在精密工程測量中的應(yīng)用和發(fā)展 分析誤差來源，采取控制措施，研究精密控制網(wǎng)的布設(shè)、分析誤差來源，采取控制措施，研究精密控制網(wǎng)的布設(shè)、 標定及恢復(fù)；控制網(wǎng)點位坐標動態(tài)變化的處理。標定及恢復(fù)；控制網(wǎng)點位坐標動態(tài)變化的處理。 2、減弱環(huán)境因素作用的影響、減

38、弱環(huán)境因素作用的影響 大氣折光、溫度變化對不同觀測量在觀測過程中影響的避免大氣折光、溫度變化對不同觀測量在觀測過程中影響的避免 方法方法 3、永久變形和瞬時變形的有效測定方法，變形對建筑物危、永久變形和瞬時變形的有效測定方法，變形對建筑物危 害程度的研究；變形預(yù)測等。害程度的研究；變形預(yù)測等。 4、數(shù)據(jù)處理方法（抗差、擬和、濾波、推估）及數(shù)據(jù)庫的、數(shù)據(jù)處理方法（抗差、擬和、濾波、推估）及數(shù)據(jù)庫的 應(yīng)用。應(yīng)用。 5、專用測量儀器的進一步研究、專用測量儀器的進一步研究 33 在儀器和設(shè)備的研制方面著重體現(xiàn)在：在儀器和設(shè)備的研制方面著重體現(xiàn)在： 1、大型精密設(shè)備（空間站、加速器、大型導(dǎo)軌、閘門、傳、

39、大型精密設(shè)備（空間站、加速器、大型導(dǎo)軌、閘門、傳 遞帶）的控運和自動調(diào)節(jié)。遞帶）的控運和自動調(diào)節(jié)。 2、危險及有害環(huán)境下（礦井、水下、海上、高空、污染）、危險及有害環(huán)境下（礦井、水下、海上、高空、污染） 的監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集和輸出。的監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集和輸出。 3、災(zāi)害（滑坡、地震、火山）的警戒和自動報警。、災(zāi)害（滑坡、地震、火山）的警戒和自動報警。 4、采掘（如金屬開采）和貯運（如石油貯運）中的自動計、采掘（如金屬開采）和貯運（如石油貯運）中的自動計 量。量。 5、城市及工礦（含水利工程）建筑的的變形預(yù)測。、城市及工礦（含水利工程）建筑的的變形預(yù)測。 6、地下管線設(shè)計及位置查詢。、地下管線設(shè)計及位置

40、查詢。 34 一、各種精密工程對精度的要求一、各種精密工程對精度的要求 就精密工程的精度而言通常要求達到毫米級或亞毫米級。就精密工程的精度而言通常要求達到毫米級或亞毫米級。 （不同的工程、不同的部位、不同的材料、不同的工序）（不同的工程、不同的部位、不同的材料、不同的工序） 精密工程的精度應(yīng)根據(jù)各工程的特點、重要性、環(huán)境條精密工程的精度應(yīng)根據(jù)各工程的特點、重要性、環(huán)境條 件、擬實現(xiàn)的目標等諸因素不同而異，最終目的是保證建件、擬實現(xiàn)的目標等諸因素不同而異，最終目的是保證建 筑物正常、安全可靠地運行。筑物正常、安全可靠地運行。 擬訂方案、選擇儀器、工具；精度過高、過低都是不擬訂方案、選擇儀器、工具

41、；精度過高、過低都是不 可以的?？梢缘?。 例如：例如：P5 土石壩安全監(jiān)測、質(zhì)子加速器工程、橋梁工程、土石壩安全監(jiān)測、質(zhì)子加速器工程、橋梁工程、 核電站建設(shè)、頂管工程等。核電站建設(shè)、頂管工程等。 二、一些工程中的精度要求二、一些工程中的精度要求 由一些工程實踐得出，對其它工程有極好的參考價值。由一些工程實踐得出，對其它工程有極好的參考價值。 見表見表1-1 精密工程測量實現(xiàn)的精度及方法（精密工程測量實現(xiàn)的精度及方法（P6） 35 36 續(xù)表續(xù)表1 37 續(xù)表續(xù)表2 38 續(xù)表續(xù)表3 39 三、三、精密工程測量中精度的確定精密工程測量中精度的確定 精度要求結(jié)合工程、考慮方案、選用儀器、確定必精度

42、要求結(jié)合工程、考慮方案、選用儀器、確定必 要的步驟、提出措施。要的步驟、提出措施。 對對“規(guī)范規(guī)范”中沒有明確規(guī)定的精度指標，在精度初步中沒有明確規(guī)定的精度指標，在精度初步 選定時可參考下列方面考慮：選定時可參考下列方面考慮： 1、根據(jù)工程最主要的目標及不利情況，進行多種模擬、根據(jù)工程最主要的目標及不利情況，進行多種模擬 計算分析，并結(jié)合目前的先進技術(shù)能實現(xiàn)的精度而初步確計算分析，并結(jié)合目前的先進技術(shù)能實現(xiàn)的精度而初步確 定。定。 2、根據(jù)類似工程安全運行資料并結(jié)合專門分析的結(jié)果、根據(jù)類似工程安全運行資料并結(jié)合專門分析的結(jié)果 而認定。而認定。 3、借助于同類工程執(zhí)行的并已被驗證能確保工程質(zhì)量、

43、借助于同類工程執(zhí)行的并已被驗證能確保工程質(zhì)量 的精度指標。的精度指標。 40 1、收集各種有關(guān)的資料及深刻理解對精度要求的涵義；、收集各種有關(guān)的資料及深刻理解對精度要求的涵義； 2、找出關(guān)鍵問題及擬定處理方案；、找出關(guān)鍵問題及擬定處理方案； 3、成功經(jīng)驗的吸收；、成功經(jīng)驗的吸收； 4、能考慮以不同方法進行驗證；、能考慮以不同方法進行驗證； 5、方案設(shè)計的基本步驟：、方案設(shè)計的基本步驟： 41 二、壩頂位移監(jiān)測系統(tǒng)選擇分析二、壩頂位移監(jiān)測系統(tǒng)選擇分析 1、大壩壩頂水平位移監(jiān)測方案、大壩壩頂水平位移監(jiān)測方案 分段視準線法；波帶板激光準直；引張線；真分段視準線法；波帶板激光準直；引張線；真 空激光準

44、直?？占す鉁手?。 2、各種系統(tǒng)的分析比較、各種系統(tǒng)的分析比較 方案優(yōu)點：設(shè)備簡單、常規(guī)、操作簡便、設(shè)備容易維護；不足：方案優(yōu)點：設(shè)備簡單、常規(guī)、操作簡便、設(shè)備容易維護；不足： 受大氣折光影響較大、觀測量大、觀測時間長、不易達到同步觀測和受大氣折光影響較大、觀測量大、觀測時間長、不易達到同步觀測和 自動監(jiān)測，必須增設(shè)正倒垂系統(tǒng)。自動監(jiān)測，必須增設(shè)正倒垂系統(tǒng)。 方案優(yōu)點：操作簡便、準直精度較高（方案優(yōu)點：操作簡便、準直精度較高（1010-6 -6）、有利于實現(xiàn)自動 ）、有利于實現(xiàn)自動 控制；不足：需購置專用設(shè)備、受大氣折光長周期分量影響較大、不控制；不足：需購置專用設(shè)備、受大氣折光長周期分量影響較

45、大、不 易實現(xiàn)同步觀測。易實現(xiàn)同步觀測。 方案方案優(yōu)點：設(shè)備簡單、精度較高（優(yōu)點：設(shè)備簡單、精度較高（1010-7 -7） ） 、不受大氣折光影響、不受大氣折光影響、 不足：觀測量大、觀測時間長、花費較多。不足：觀測量大、觀測時間長、花費較多。 方案方案優(yōu)點：精度較高（優(yōu)點：精度較高（1010-7 -7）、可實現(xiàn)自動測控、觀測時間短、 ）、可實現(xiàn)自動測控、觀測時間短、 工作量??；不足：設(shè)備造價昂貴、設(shè)備維護困難。工作量小；不足：設(shè)備造價昂貴、設(shè)備維護困難。 42 精密工程測量技術(shù)包括精密地直線定線、測量角度精密工程測量技術(shù)包括精密地直線定線、測量角度 （或方向）、測量距離、測量高差以及設(shè)置穩(wěn)定

46、的精密（或方向）、測量距離、測量高差以及設(shè)置穩(wěn)定的精密 測量標志。從測量方案設(shè)計、實地施測到成果處理和利測量標志。從測量方案設(shè)計、實地施測到成果處理和利 用的各個階段中都要利用誤差理論進行分析。用的各個階段中都要利用誤差理論進行分析。 定線定線通常用精密經(jīng)緯儀進行，以其望遠鏡的視準通常用精密經(jīng)緯儀進行，以其望遠鏡的視準 面為基礎(chǔ)，從而測定目標點的橫向偏離值。要求高精確面為基礎(chǔ)，從而測定目標點的橫向偏離值。要求高精確 度時可用專用的準直望遠鏡。張緊的弦線也可用作基準度時可用專用的準直望遠鏡。張緊的弦線也可用作基準 線，并用讀數(shù)顯微鏡測量設(shè)備部件距離基準線的垂距。線，并用讀數(shù)顯微鏡測量設(shè)備部件距離

47、基準線的垂距。 激光束也可作為基準線，有時使激光束經(jīng)菲涅耳波帶板激光束也可作為基準線，有時使激光束經(jīng)菲涅耳波帶板 干涉形成光點或亮十字絲像，配合光電接收靶進行準直干涉形成光點或亮十字絲像，配合光電接收靶進行準直 測量，如果激光束在真空管道中傳輸，則波帶板準直法測量，如果激光束在真空管道中傳輸，則波帶板準直法 精度可以達準直長度的精度可以達準直長度的10數(shù)量級。數(shù)量級。 43 測角測角角度（或方向）用經(jīng)緯儀測量。觀測時要用角度（或方向）用經(jīng)緯儀測量。觀測時要用 適當?shù)姆椒p少或避免望遠鏡調(diào)焦誤差及其他儀器誤差適當?shù)姆椒p少或避免望遠鏡調(diào)焦誤差及其他儀器誤差 的影響，要選擇或創(chuàng)造良好的觀測條件以削

48、弱外界因素的影響，要選擇或創(chuàng)造良好的觀測條件以削弱外界因素 的不良影響，要盡量減少儀器和目標偏心差的影響，必的不良影響，要盡量減少儀器和目標偏心差的影響，必 要時可在觀測成果上加入儀器豎軸傾斜改正數(shù)及測微器要時可在觀測成果上加入儀器豎軸傾斜改正數(shù)及測微器 讀數(shù)的行差改正數(shù)。讀數(shù)的行差改正數(shù)。 44 測距測距較短距離的精密測量，主要用因瓦合金制成的線較短距離的精密測量，主要用因瓦合金制成的線 尺或帶尺，配備特制的對中設(shè)備和讀數(shù)顯微鏡進行。丈量尺或帶尺，配備特制的對中設(shè)備和讀數(shù)顯微鏡進行。丈量 時尺子的拉力要保持恒定，可采用空氣軸承的滑輪或刀口時尺子的拉力要保持恒定，可采用空氣軸承的滑輪或刀口 支承支承,要提高讀數(shù)的精度要提高讀數(shù)的精度,可應(yīng)用讀數(shù)顯微鏡或?qū)ｉT的精密可應(yīng)用讀數(shù)顯微鏡或?qū)ｉT的精密 機械測微裝置，使讀數(shù)誤差減少至微米級。用激光干涉的機械測微裝置，使讀數(shù)誤差減少至微米級。用激光干涉的 方法測量距離，其誤差和波長為同一數(shù)量級。雙頻激光干方法測量距離，其誤