工程測(cè)量學(xué)課件

工程測(cè)量學(xué)

工程測(cè)量學(xué)

教材

培養(yǎng)計(jì)劃

緒論

:程測(cè)量的概念（重點(diǎn)）

定義1:

工程測(cè)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(yíng)管理階段所進(jìn)行的各種測(cè)量工

作的學(xué)科。

定義2：

工程測(cè)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(cè)分析和預(yù)報(bào)等的理論、

方法和技術(shù)，以及研究對(duì)測(cè)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(cè)繪

學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的直接應(yīng)用。

定義3：

工程測(cè)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(cè)

量描繪和抽象幾何實(shí)體的測(cè)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。

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(cè)量學(xué)的研究對(duì)象，且都上

升到了理論、方法和技術(shù)，強(qiáng)調(diào)工程測(cè)量學(xué)所

研究的是與幾何實(shí)體相聯(lián)系的測(cè)量、測(cè)設(shè)的理

論、方法和技術(shù)，而不是研究各種測(cè)量工作。

學(xué)科地位

發(fā)展歷史

公元前二十七世紀(jì)建設(shè)的埃及大金字塔，其形狀與方向都很準(zhǔn)確，說明當(dāng)時(shí)

已有放樣的工具和方法。

我國(guó)二千多年前的夏商時(shí)代，為了治水開始了水利工程測(cè)量工作。司馬遷在

《史記》中對(duì)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(zhǔn)繩，右規(guī)矩、載四時(shí)，以開九州，通九道，陂九澤，度九山?！?/p>

所記錄的是當(dāng)時(shí)的工程勘測(cè)情景，準(zhǔn)繩和規(guī)矩就是當(dāng)時(shí)所用的測(cè)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(cè)長(zhǎng)度、高度、深度和畫

圓畫矩形的通用測(cè)量?jī)x器。早期的水利工程多為河道的疏導(dǎo)，以利防洪和灌溉，

其主要的測(cè)量工作是確定水位和堤壩的高度。

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

國(guó)的地籍管理和土地測(cè)量最早出現(xiàn)在殷周時(shí)期，秦、漢過渡到私田制。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。到了明朝洪武四

年，全國(guó)進(jìn)行土地大清查和勘丈，編制的魚鱗圖冊(cè)，是世界最早的地籍圖冊(cè)。

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(cè)得“京師之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”，

是水準(zhǔn)測(cè)量的結(jié)果。

?長(zhǎng)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(yùn)輸?shù)男枰弧雎眯?、航海?/p>

■工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭(zhēng)的促進(jìn)。中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)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(yīng)用了測(cè)量工具進(jìn)行地形勘測(cè)、定線測(cè)量和隧道定

向開挖測(cè)量。

?唐代李筌指出“以水佐攻者強(qiáng)，……，先設(shè)水平測(cè)其高下，

可以漂城，灌軍，浸營(yíng)，敗將也”，說明了測(cè)量地勢(shì)高低

對(duì)軍事成敗的作用。中華民族偉大象征的萬里長(zhǎng)城修建于

秦漢時(shí)期，這一規(guī)模巨大的防御工程，從整體布局到修筑,

都進(jìn)行了詳細(xì)的勘察測(cè)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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工

程建設(shè)的項(xiàng)目越來越多，規(guī)模也越來越大，內(nèi)容

也越來越復(fù)雜，對(duì)測(cè)量工作的要求也就越來越高,

這就在測(cè)繪科學(xué)這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)漸漸地形成了“工程測(cè)

量學(xué)”這門學(xué)科。目前國(guó)內(nèi)外測(cè)繪專業(yè)都有工程測(cè)

堇學(xué)這門課程，大都是以培養(yǎng)工程測(cè)量人才為目

標(biāo)。

?國(guó)際測(cè)量師聯(lián)合會(huì)（FIG）中設(shè)有工程測(cè)量專業(yè)的

委員會(huì)，以便在世界范圍內(nèi)交流這門學(xué)科的成就,

探討它的發(fā)展方向。

四個(gè)工作組:

1）測(cè)量方法和限差;

2）土石方計(jì)算；

3）變形測(cè)量；

4）地下工程測(cè)量。

一個(gè)特別組：

變形分析與解釋

60余所高校

工程測(cè)量國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)

?1988年前的專題：

?1.測(cè)量?jī)x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(cè)量;

,4.地下和深層建筑物測(cè)量；

-5.環(huán)境和工程建筑物變形監(jiān)測(cè)。

?1992年的專題是：

-1.測(cè)量理論與測(cè)量方案；

?2.測(cè)量技術(shù)和測(cè)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。

工程測(cè)量國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)

1996年的專題：

1.測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；

2.監(jiān)測(cè)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年的專題：

1.大型工程測(cè)量項(xiàng)目；

2.測(cè)量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)；

3.監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)管理；

4,瑞士阿爾卑斯山特長(zhǎng)隧道

工程測(cè)量的內(nèi)容，按照其服務(wù)的對(duì)象分:

(1)工業(yè)建設(shè)測(cè)量

(2)鐵路公路測(cè)量

(3)橋梁測(cè)量

(4)隧道及地下工程測(cè)量

(5)水利工程建設(shè)測(cè)量

(6)輸電線路與輸油管道測(cè)量

(7)城市建設(shè)測(cè)量

工程測(cè)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(cè)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(cè)量；工業(yè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量檢

測(cè)和控制；工程變形及與工程有關(guān)的各種災(zāi)害的

監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)；工程測(cè)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。

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

1）工程地形圖的測(cè)量

,直接使用1:1萬至1:10萬比例尺的國(guó)家基本地形圖。

?對(duì)于一些大型工程，往往還需要專門測(cè)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(yùn)營(yíng)管理階段，往往需要用數(shù)字成圖法測(cè)繪

1:1000,1:500乃至更大比例尺的地形圖或?qū)ｎ}圖。

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

?水下（含江、河、庫(kù)、湖、海等）地形測(cè)繪和各

種縱橫斷面圖測(cè)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(cè)

繪屬于國(guó)家基本測(cè)繪范疇，與工程測(cè)量的關(guān)系密

切。

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

2）工程控制網(wǎng)布設(shè)

?分為測(cè)圖控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)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(cè)量技術(shù)相結(jié)合、取長(zhǎng)補(bǔ)短。

,無加密控制網(wǎng)的控制測(cè)量將走進(jìn)工程測(cè)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)。

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

3）施工放樣技術(shù)和方法

?放樣（或稱測(cè)設(shè)）。

,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)、電子經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀，GPS

技術(shù)、專用的測(cè)量?jī)x器和工具。

,施工放樣一體化、自動(dòng)化

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

4）工程的變形監(jiān)測(cè)分析和預(yù)報(bào)

■工程建筑物的變形及與工程有關(guān)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)是

工程測(cè)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(cè)網(wǎng)的布設(shè)；

?變形監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容和方法：監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)上的時(shí)間序列觀測(cè)數(shù)據(jù)處理方法。

,變形體的靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)、運(yùn)動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型。

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

5）工程測(cè)量的儀器

■經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀和GPS接收機(jī)是工程測(cè)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(cè)量系統(tǒng)。

?基維線測(cè)量或準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x器：有正錘、倒錘及垂線觀測(cè)儀、

引張線儀、各種激光準(zhǔn)直儀、鉛直儀（向下、向上）、自準(zhǔn)

直儀以及尼龍絲或金屬絲準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)等。

,在距離測(cè)量?jī)x器：中長(zhǎng)距離、短距離和微距離測(cè)量。ME5000、

錮瓦線尺測(cè)距儀DISTINVAR、應(yīng)變儀DISTERMETER、雙頻激光

干涉儀、CCD線列傳感器測(cè)量，距離測(cè)量精度從毫米、微米級(jí)

進(jìn)入到納米級(jí)。

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

?高程測(cè)量：液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)。

?傾斜測(cè)量（又稱撓度曲線測(cè)量）。

?三維激光掃瞄儀：圖象工程測(cè)量。

?混合測(cè)量系統(tǒng)。

?高精度（亞毫米、微米乃至納米）、快速、遙測(cè)、

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(cè)量、準(zhǔn)直測(cè)量，可測(cè)量坐

標(biāo)、偏距、傾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度,

還可測(cè)量振動(dòng)頻度以及物體的動(dòng)態(tài)變化等。

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

6）工程測(cè)量學(xué)中的誤差及測(cè)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(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)。

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

規(guī)劃設(shè)計(jì)階段

建筑施工階段

運(yùn)營(yíng)管理階段

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

■工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測(cè)量工作：

?每一項(xiàng)工程建設(shè)都必須按照自然條件和預(yù)期目的

,進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，在這個(gè)階段中測(cè)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(cè)驗(yàn)等進(jìn)行測(cè)量。對(duì)

?于重要的工程還要對(duì)地層的穩(wěn)定性進(jìn)行觀測(cè)。

工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容

,工程建設(shè)施工階段的測(cè)量工作:

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

導(dǎo)的批準(zhǔn)后才能進(jìn)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(jì)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(jì)的工程建筑物，按照施工

的要求在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定出來，這也就是放樣或叫測(cè)設(shè)。

?所以建設(shè)施工階段的測(cè)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(cè)量學(xué)的內(nèi)容

,工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理階段的測(cè)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(jì)是否合理，驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論是否正確，

需要定期地對(duì)其位移、沉陷、傾斜以及擺動(dòng)等進(jìn)

行觀測(cè)。

?對(duì)于大型的工業(yè)設(shè)備，還要進(jìn)行經(jīng)常性的檢測(cè)和

調(diào)校，以保證其按設(shè)計(jì)安全運(yùn)行。

工程測(cè)量學(xué)與其他學(xué)科的聯(lián)系

例如，工程測(cè)量學(xué)進(jìn)行施工測(cè)量時(shí)需要測(cè)量學(xué)的

知識(shí)，也需要控制測(cè)量學(xué)的知識(shí)。

止匕外，用攝影測(cè)量方法測(cè)繪地形圖，現(xiàn)在已廣泛

地應(yīng)用于工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段中。

還有，用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行工程測(cè)量，涉及到空

間大地測(cè)量和重力測(cè)量等學(xué)科。

?工程測(cè)量學(xué)是測(cè)繪學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的

直接應(yīng)用，直接為工程建設(shè)服務(wù)的，所以要求工

程測(cè)量的工作者還應(yīng)該具有一定的工程建設(shè)方面

的知識(shí)。目的就是為了使測(cè)量工作有針對(duì)性，避

免盲目性，從而合理地解決工程建設(shè)中的測(cè)量問

題。一飛?

,工程測(cè)量的發(fā)展的推動(dòng)因素:

■(1)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，包括測(cè)繪學(xué)及其它

學(xué)科的成就為工程測(cè)量的發(fā)展提供了新的

工具和手段。

,(2)社會(huì)的發(fā)展為工程測(cè)量提出了新任務(wù)

和新的要求，使工程測(cè)量的應(yīng)用領(lǐng)域不斷

擴(kuò)大。

,空間技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用與發(fā)展

?GPS的出現(xiàn)使定位、導(dǎo)航發(fā)生了革命性的變革，在

工程控制測(cè)量、地形測(cè)繪、施工放樣、竣工測(cè)量、

變形監(jiān)測(cè)、機(jī)械控制中都得到廣泛使用。

（一）衛(wèi)星定位技術(shù)使控制測(cè)量發(fā)生了顯著的變化

（二）RTK技術(shù)提高了施工放樣和細(xì)部測(cè)量的速度和精度

（三）城市連續(xù)運(yùn)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(cè)中應(yīng)用

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

?（一）數(shù)字測(cè)繪技術(shù)

?1.全站儀技術(shù)

?2.GPSRTK技術(shù)

?3.攝影測(cè)量技術(shù)

長(zhǎng)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(cè)繪

■三維規(guī)劃和三維設(shè)計(jì)就是更加直觀表現(xiàn)其成果

■建筑測(cè)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(diǎn)陣數(shù)字信息。

■攝影測(cè)量提供數(shù)理信息。

（三）城市地下管線探測(cè)

■地下管線探測(cè)、檢測(cè)與評(píng)估是為摸清城市已有地

下管線的現(xiàn)狀，以及評(píng)估地下管線的風(fēng)險(xiǎn)服務(wù)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(jí)

政府部門所重視。

傳統(tǒng)的地下管線探測(cè)儀

?地下管道金屬探測(cè)儀的發(fā)射機(jī)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(yīng)的信號(hào)電流沿管道流動(dòng)。

此信號(hào)電流沿著管道流動(dòng)的同時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)以管

道為中心的圓形電磁場(chǎng)向四周輻射，其強(qiáng)度為管道

正中上方最強(qiáng)。當(dāng)?shù)叵鹿艿澜饘偬綔y(cè)儀的接收機(jī)的

磁性探頭在地面上來回移動(dòng)探測(cè)時(shí)接收到該信號(hào)，

就能找到電磁場(chǎng)的中心最強(qiáng)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(cè)

儀找到了。

探地雷達(dá)

?探地雷達(dá)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(shí)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(biāo)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(dá)來進(jìn)行探測(cè)。

電子標(biāo)識(shí)器

?電子標(biāo)識(shí)器的使用為探測(cè)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(shí)，根據(jù)地下管線的類型，在管線

特征點(diǎn)處預(yù)埋相應(yīng)種類的電子標(biāo)識(shí)器，之后在地

面通過便攜式探測(cè)儀先向地下發(fā)出一定頻率的電

磁波信號(hào)，當(dāng)靠近標(biāo)識(shí)器時(shí)，標(biāo)識(shí)器會(huì)反射探測(cè)

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

器音頻和讀數(shù)可準(zhǔn)確獲得管線平面位置和埋深的

準(zhǔn)確信息。

（四）城市信息系統(tǒng)和應(yīng)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(diǎn)，有很大的城市潛力。今后的發(fā)展應(yīng)該是

各政府部門系統(tǒng)信息的共享和兼容，以避免重復(fù)

采集信息，浪費(fèi)資源，還要定期更新數(shù)據(jù)以保證

信息的現(xiàn)勢(shì)性。

L變形監(jiān)測(cè)理論和方法的發(fā)展

?變形監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)跨學(xué)科的研究，它是研究變形信

息的獲取、分析和解釋，以及預(yù)報(bào)變形的理論和

方法。

?變形觀測(cè)的特點(diǎn)是變形觀測(cè)量小，且數(shù)據(jù)帶有誤

差。

?變形分析包括