1、工程测量学2022-10-8本课程简介 工程测量学 学时56学时 其中理论40学时 实验16学时 后续配套课程 工程测量学实习1周课程结束考核办法 课程结束考试：课程结束考试：70%考勤、作业：考勤、作业：20%课间实习：课间实习：10%本课程教材情况介绍 1、武汉大学出版社 工程测量学张正禄编 2、测绘出版社 工程测量学李青岳主编 3、同济大学工程测量学陈龙飞主编 以上三种教材各有优缺点，我校采用测绘出版社 工程测量学一、工程测量学在测绘学中的地位和研究应用领域 1、工程测量学和其它课程之间的联系测绘地测绘地形图形图海洋测量学海洋测量学地图学地图学GPS全球定位系统全球定位系统测量平差测量平
2、差控制测量学控制测量学数字测图原理数字测图原理 前面所讲的课程，都是为了测绘地形图，从测图原理、测图技术手段，减少误差（理论上、方法上）等方面的课程。而测绘还有另一个应用，就是为工程建设服务，那么在工程上有哪些应用，有哪些技术，就是工程测量学所讲的内容，工程测量学就是一门应用学科，理论上没有太多理论，仪器大部分还是以前所学仪器，主要讲一些方法应用。2、工程测量学的定义 定义一：工程测量学是研究各种工程在工程测量学是研究各种工程在规规划设计、施工建设和运营管理划设计、施工建设和运营管理阶段所进行阶段所进行的各种测量工作的学科。的各种测量工作的学科。特点：比较大众化，易于理解。特点：比较大众化，易
3、于理解。10/8/2022定义二：定义二：工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设以及资源开发各个阶段所进行的地形和有关信息的以及资源开发各个阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理，采集和处理，施工放样、设备安装、变形监测分析施工放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和技术，以及研究对测量和和预报等的理论、方法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用工程有关的信息进行管理和使用的学科，它是测绘的学科，它是测绘学在国民经济和国防建设中的直接应用。学在国民经济和国防建设中的直接应用。定义二较定义一更具体、准确，且范围更大定义二较定义一更
4、具体、准确，且范围更大10/8/2022定义三：定义三：工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用性学科。性学科。定义三更加概括、抽象和科学。定义三更加概括、抽象和科学。定义二、三除建筑工程外，机器设备乃至其它几何实体都定义二、三除建筑工程外，机器设备乃至其它几何实体都是工程测量学的研究对象，且都上升到了理论、方法和技是工程测量学的研究对象，且都上升到了理论、方法和技术，强调工程
5、测量学所研究的是与几何实体相联系的测量、术，强调工程测量学所研究的是与几何实体相联系的测量、测设的理论、方法和技术。测设的理论、方法和技术。二、工程知识介绍（一）工程的种类 1、工业建设 2、城市建设 3、交通工程 4、水利工程 5、地下工程 6、管线工程 7、矿山工程 8、海洋工程 9、军事工程（二）工程阶段的划分 1、规划设计阶段测绘主要工作有控制测量、地形测量最后提供不同比例尺的地形图供规划设计用 2、施工建设阶段测绘任务：如何把图上设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上确定出来，并指导施工的衔接。3、运营竣工阶段 测绘主要工作：变形观测（三）、工程的基本知识1、建筑结构 钢结构、宽假结构
6、、木结构、砖混结构、框架剪力墙结构2、基础种类天然基础、条形基础、筏片基础、桩基础3、基坑知识（1）围护结构 钢板桩、地连墙、放坡（2）支护情况：冠梁、腰梁、支撑重要性：测量只是从几何上去发现有无变化，往往滞后，但现在甲方往往要求解释变化的原因，并且预测未来变化情况，要达到要求，必须有土木、岩土学科的知识。对于不同基础、结构、围护结构的变形规律要有基本的了解。10/8/2022三、工程测量学的学科位置三、工程测量学的学科位置测绘学测绘学大大地地测测量量学学工工程程测测量量学学摄摄影影测测量量与与遥遥感感地地图图制制图图学学一级学科一级学科二级学科二级学科10/8/2022工程测量学的研究领域工
7、程测量学的研究领域工程测工程测量学量学工业测量工业测量线路工程测量线路工程测量水利工程测量水利工程测量桥梁工程测量桥梁工程测量隧道工程测量隧道工程测量建筑工程测量建筑工程测量矿山测量矿山测量海洋测量海洋测量军事工程测量军事工程测量几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。10/8/2022 由于工程测量的研究应用领域非常广泛，发由于工程测量的研究应用领域非常广泛，发展变化也很快，因此写书十分困难。展变化也很快，因此写书十分困难。目前国内目前国内外没有一本外没有一本全面全面涉及工程测量学理论、技术、方涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材。法和实际应用的现代专著或教材。第15
8、页，共41页10/8/2022四、工程测量学的内容四、工程测量学的内容1、按工程建设阶段划分按工程建设阶段划分 工程测量按工程建设的规划设计、施工建设和运营管理工程测量按工程建设的规划设计、施工建设和运营管理三个阶段分为三个阶段分为“规划设计阶段规划设计阶段”、“建设施工阶段建设施工阶段”和和“运运营管理阶段营管理阶段”，三个阶段测绘工作有：，三个阶段测绘工作有：1）规划设计阶：主要是提供各种比例尺的地形图，另外还）规划设计阶：主要是提供各种比例尺的地形图，另外还要为工程地质勘探，水文地质勘探以及水文测验等进行测要为工程地质勘探，水文地质勘探以及水文测验等进行测量。对于重要的工程区的稳定性监测
9、。量。对于重要的工程区的稳定性监测。初步设计阶段：提供小比例尺地形图。初步设计阶段：提供小比例尺地形图。详细设计阶段：详细设计阶段：提供大比例尺地形图。提供大比例尺地形图。第16页，共41页10/8/20222）建设施工阶段）建设施工阶段：建立：建立施工控制网，工程建筑物施工控制网，工程建筑物定线放样，施工质量控制，定线放样，施工质量控制，开挖与建筑方量测绘，工开挖与建筑方量测绘，工程竣工测量、变形观测以程竣工测量、变形观测以及设备的安装测量等。及设备的安装测量等。10/8/2022工程施工阶段的测量工作主要是工程施工阶段的测量工作主要是按设计按设计要求将设计的建构筑物位置、形状、大要求将设计
10、的建构筑物位置、形状、大小及高程在实地标定出来小及高程在实地标定出来，以便进行施，以便进行施工；另一方面作为施工质量的监督，还工；另一方面作为施工质量的监督，还需进行需进行工程质量监理。工程质量监理。10/8/2022 不同的施工的对象，其施工测量工作不同的施工的对象，其施工测量工作程序基本上是一致的。主要的测量工作有：程序基本上是一致的。主要的测量工作有：施工控制网的建立施工控制网的建立 施工放样施工放样 竣工测量竣工测量10/8/20223）运营管理阶段：）运营管理阶段：工程建筑物的变形观测，包括水平工程建筑物的变形观测，包括水平位移、沉陷、倾斜以及摆动等定期或持续监测。建立工程位移、沉陷
11、、倾斜以及摆动等定期或持续监测。建立工程进管理、维护信息系统。进管理、维护信息系统。工程运营管理阶段测量工作的主要任务是工程建筑物工程运营管理阶段测量工作的主要任务是工程建筑物的的变形观测变形观测。在工程建筑物运营期间，为了监视其安全和稳。在工程建筑物运营期间，为了监视其安全和稳定的情况，了解其设计是否合理，验证设计理论是否正确，定的情况，了解其设计是否合理，验证设计理论是否正确，需要定期对其需要定期对其位移、沉降、倾斜以及摇摆位移、沉降、倾斜以及摇摆等进行观测，称为等进行观测，称为变形观测。变形观测。10/8/20222、按服务对象划分按服务对象划分按服务对象分：建筑工程测量、水利工程测量、
12、按服务对象分：建筑工程测量、水利工程测量、线路工程测量、桥隧工程测量、地下工程的测量、线路工程测量、桥隧工程测量、地下工程的测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量，海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量，以及矿山测量、城市测量等。以及矿山测量、城市测量等。10/8/2022五、五、工程测量的仪器工程测量的仪器经纬仪、水准仪、全站仪和经纬仪、水准仪、全站仪和GPS接收机是工程测量的接收机是工程测量的通用仪器。专用仪器包括机械式、光电式及光机电（子）多传感器集成包括机械式、光电式及光机电（子）多传感器集成式仪器或测量系统。式仪器或测量系统。基线测量或准直测量基线测量或准直测量仪器：有正锤
13、、倒锤及垂线观测仪器：有正锤、倒锤及垂线观测仪、引张线仪、各种激光准直仪、铅直仪（向下、向上）、仪、引张线仪、各种激光准直仪、铅直仪（向下、向上）、自准直仪以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。自准直仪以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。距离测量距离测量仪器：中长距离、短距离和微距离测量。仪器：中长距离、短距离和微距离测量。ME5000、铟瓦线尺测距仪、铟瓦线尺测距仪DISTINVAR、应变仪、应变仪DISTERMETER、双频激光干涉仪、双频激光干涉仪、CCD线列传感器测量，距离测量精度从毫线列传感器测量，距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级。米、微米级进入到纳米级。10/8/2022CG-3(
14、3A)型型垂线观测仪垂线观测仪主要用于主要用于大坝、高层建筑物等大型工程的大坝、高层建筑物等大型工程的水平变形测量及挠度测量水平变形测量及挠度测量利用激光束测量直线度利用激光束测量直线度误差的测量工具误差的测量工具-激光激光准直仪准直仪10/8/2022TPS与与GPS完美结合，集成完美结合，集成GPS接收机的高性能全站仪。接收机的高性能全站仪。无需控制点、长导线和后方无需控制点、长导线和后方交会操作，只需安装交会操作，只需安装SmartStation，并使用，并使用GPS确确定该点的准确位置，然后就定该点的准确位置，然后就可以使用全站仪进行测量、可以使用全站仪进行测量、放样。仅仅通过简单的安
15、装放样。仅仅通过简单的安装调试，就可以简单、快速地调试，就可以简单、快速地测量作业。测量作业。SmartStation 超站仪超站仪10/8/2022高程测量高程测量方面，最显著的发展应数方面，最显著的发展应数液体静力水准测量系统液体静力水准测量系统。这种系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同这种系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数十公里，如用于跨河与跨海峡的水准测量
16、；通过一种压力传十公里，如用于跨河与跨海峡的水准测量；通过一种压力传感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。121212()()hHHaabb 10/8/2022 与高程测量有关的是与高程测量有关的是倾斜测量倾斜测量(又称挠度曲线测量又称挠度曲线测量)，即确定被测对象即确定被测对象(如桥、塔如桥、塔)在竖直平面内相对于水平或铅直基在竖直平面内相对于水平或铅直基准线的挠度曲线。各种机械式测斜准线的挠度曲线。各种机械式测斜(倾倾)仪、电子测倾仪都向着仪、电子测倾仪都向着数字显示、自动记录和灵活移动等方向发展，其精度达微米数字显示、自动记录
17、和灵活移动等方向发展，其精度达微米级。级。10/8/2022 具有多种功能的混合测量系统具有多种功能的混合测量系统是工程测量专用是工程测量专用仪器发展的显著特点，采用多传感器的高速铁路轨仪器发展的显著特点，采用多传感器的高速铁路轨道测量系统，用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前道测量系统，用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车，测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长进的测量车，测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机，可用于测量轨道的度传感器和微机，可用于测量轨道的3维坐标、轨维坐标、轨道的宽度和倾角。液体静力水准测量与金属丝准直道的宽度和倾角。液体静力水准测量与金属丝准直集成的混合测量系统在
18、数百米长的基准线上可精确集成的混合测量系统在数百米长的基准线上可精确测量测点的高程和偏距。测量测点的高程和偏距。10/8/2022 综上所述，工程测量专用仪器具有综上所述，工程测量专用仪器具有高精度高精度(亚毫米、微米乃至纳米亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制可移动、连续、自动记录、微机控制等特点，可等特点，可作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。的动态行为。10/8/2022六、六、工程测量
19、学的发展概况工程测量学的发展概况工程测量学是一门历史悠久的学科。工程测量学是一门历史悠久的学科。公元前二十七世纪：埃及大金字塔。公元前二十七世纪：埃及大金字塔。公元前十四世纪，在幼发拉底河公元前十四世纪，在幼发拉底河与尼罗河流域进行过土地边界划分与尼罗河流域进行过土地边界划分测量。测量。公元前十五世纪意大利都灵保存公元前十五世纪意大利都灵保存的金矿巷道图的金矿巷道图10/8/2022我国我国早在三千多年前的夏商时代的夏早在三千多年前的夏商时代的夏禹治水描述：禹治水描述：“陆行乘车，水行乘船，陆行乘车，水行乘船，泥行乘撬，山行乘撵（泥行乘撬，山行乘撵（j），左准绳，右），左准绳，右规矩、载四时，
20、以开九州，通九道，陂规矩、载四时，以开九州，通九道，陂九泽，度九山。九泽，度九山。”这里所记录的就是当这里所记录的就是当时的工程勘测情景，准绳和规矩就是当时的工程勘测情景，准绳和规矩就是当时所用的测量时所用的测量 工具，准是揆（工具，准是揆（kui）平的）平的水准器，绳是丈量距离的工具，规是画水准器，绳是丈量距离的工具，规是画圆的器具，矩则是一种可定平，可测长圆的器具，矩则是一种可定平，可测长度、高度、深度和画圆、画矩形的通用度、高度、深度和画圆、画矩形的通用测量仪器。测量仪器。10/8/2022 秦代李冰父子领导修建的秦代李冰父子领导修建的都江堰水利枢纽工程都江堰水利枢纽工程。北宋时沈括为了
21、治理汴渠，测得北宋时沈括为了治理汴渠，测得“京师之地比泗州凡高十京师之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分九丈四尺八寸六分”，是水准测量的结果。，是水准测量的结果。长沙马王堆汉墓出土的地图包括地形图、驻军图和城邑图长沙马王堆汉墓出土的地图包括地形图、驻军图和城邑图三种，三种，是目前世界上发现的最早的地图是目前世界上发现的最早的地图。殷周时期的土地测量，秦、汉的私田制。隋唐实行均田殷周时期的土地测量，秦、汉的私田制。隋唐实行均田制，建立户籍册。宋朝按乡登记和清丈土地，出现地块图。制，建立户籍册。宋朝按乡登记和清丈土地，出现地块图。到了明朝洪武年间的土地大清丈，编制鱼鳞图册（到了明朝洪武年间的土地大清丈
22、，编制鱼鳞图册（世界最世界最早的地籍图册）。早的地籍图册）。四大发明之一的指南针，有二千多年的历史。对矿山四大发明之一的指南针，有二千多年的历史。对矿山测量和其它工程勘测有很大的贡献。测量和其它工程勘测有很大的贡献。10/8/2022 在工程测量学的发展也受到了战争的促进。公元前在工程测量学的发展也受到了战争的促进。公元前 210年秦年秦始皇修建的始皇修建的“堑山堙谷，千八百里堑山堙谷，千八百里”直道，古罗马构筑的兵道，直道，古罗马构筑的兵道，以及公元前以及公元前218年欧洲修建的通向意大利的年欧洲修建的通向意大利的“汉尼拨通道汉尼拨通道”等，等，都是著名的军用道路。都是著名的军用道路。工程测
23、量学的发展在很长的一段时间内是非常缓慢的。工程测量学的发展在很长的一段时间内是非常缓慢的。直到直到二十世纪初，由于西方的第一、二次技术革命和工程建设规模二十世纪初，由于西方的第一、二次技术革命和工程建设规模的不断扩大，工程测量学才受到人们的重视，并发展成为测绘的不断扩大，工程测量学才受到人们的重视，并发展成为测绘学的一个重要分支。学的一个重要分支。1964年国际测量师联合会（年国际测量师联合会（FIG）为了促）为了促进和繁荣工程测量，成立了工程测量委员会（第六委员会），进和繁荣工程测量，成立了工程测量委员会（第六委员会），从此，工程测量学在国际上作为一门独立的学科开展活动。从此，工程测量学在国
24、际上作为一门独立的学科开展活动。10/8/2022七、大型特种精密工程测量七、大型特种精密工程测量 大型特种精密工程建设和对大型特种精密工程建设和对 测绘测绘 的要求是的要求是工程测量学发展的动力。这里仅简单介绍国内工程测量学发展的动力。这里仅简单介绍国内外有关情况。外有关情况。10/8/20221.国内览胜国内览胜三峡三峡 水利水利 枢纽工程枢纽工程变形监测和库区地壳形变、滑坡、变形监测和库区地壳形变、滑坡、岩崩以及水库诱发地震监测，岩崩以及水库诱发地震监测，其规模之大，监测项目之多，其规模之大，监测项目之多，都堪称世界之最。都堪称世界之最。不仅采用目前国内外最成熟最先进的仪不仅采用目前国内
25、外最成熟最先进的仪器、技术，在实践中也在不断发展新的技术和方法，如器、技术，在实践中也在不断发展新的技术和方法，如对对滑坡体变形与失稳研究的计算机智能仿真系统；拟进行研滑坡体变形与失稳研究的计算机智能仿真系统；拟进行研究的三峡库区滑坡泥石流预报的究的三峡库区滑坡泥石流预报的3S工程等工程等，都涉及到精密，都涉及到精密工程测量。隔河岩大坝外部变形观测的工程测量。隔河岩大坝外部变形观测的GPS实时持续自动实时持续自动监测系统，监测点的位置精度达到了亚毫米。该工程用地监测系统，监测点的位置精度达到了亚毫米。该工程用地面方法建立的变形监测网，其最弱点精度优于面方法建立的变形监测网，其最弱点精度优于1.
26、5 mm。10/8/2022三峡大坝全景图三峡大坝全景图10/8/2022北京正负电子对撞机的精密控制网，精度达北京正负电子对撞机的精密控制网，精度达0.3 mm。设。设备定位精度优于备定位精度优于0.2 mm，200 m直线段漂移管直线精度直线段漂移管直线精度达达0.1 mm。大亚湾核电站控制网精度达。大亚湾核电站控制网精度达2 mm，秦山，秦山核电站的环型安装测量控制网精度达核电站的环型安装测量控制网精度达0.1 mm。北北京京正正负负电电子子对对撞撞机机10/8/2022上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达0.2 mm，桥墩点位，桥墩点位标定精度达标定精度达0
27、.1 mm；武汉长江二桥全桥的贯通精度；武汉长江二桥全桥的贯通精度(跨距跨距和墩中心偏差和墩中心偏差)达毫米级。高达毫米级。高454 m的东方明珠电视塔对于长的东方明珠电视塔对于长114 m、重、重300 t的钢桅杆天线，安装的垂准误差仅的钢桅杆天线，安装的垂准误差仅9 mm。10/8/2022长长18.4 km的秦岭隧道，洞外的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优于网的平均点位精度优于3 mm，一等精密水准线路长，一等精密水准线路长120多公里。目前辅助隧道已贯通，多公里。目前辅助隧道已贯通，仅一个贯通面的情况下，横向贯通误差为仅一个贯通面的情况下，横向贯通误差为12 mm，高程方向，高程
28、方向的贯通误差只有的贯通误差只有3 mm。10/8/20222.国外简述国外简述露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统(德国德国)。大型挖煤机长大型挖煤机长140 m，高，高65 m,自重自重8 000 t，其挖斗轮的直径，其挖斗轮的直径17.8 m，每天挖煤量可达，每天挖煤量可达10多万吨。多万吨。为了实时动态地得到为了实时动态地得到挖煤机的采煤量，挖煤机的采煤量，在其上安置了在其上安置了3台台GPS接收机，与参考站接收机，与参考站无线电实时数据传输和差分动态定位，挖煤机上两点间距无线电实时数据传输和差分动态定位，挖煤机上两点间距离的精度可达
29、离的精度可达1.5 cm。经对比试验，其精度达经对比试验，其精度达7%4%。这是。这是GPS，GIS技术相结合在大型特种工程中应用的一个典型例子。技术相结合在大型特种工程中应用的一个典型例子。10/8/2022 瑞士阿尔卑斯山的特长双线铁路隧道哥特哈德长达瑞士阿尔卑斯山的特长双线铁路隧道哥特哈德长达57 km，为该工程特地重新作了国家大地测量，为该工程特地重新作了国家大地测量(LV95)，采，采用用GPS技术施测的控制网，平面精度达技术施测的控制网，平面精度达7 mm，高程精度，高程精度约约2 cm。以厘米级的精度确定出了整个地区的大地水准。以厘米级的精度确定出了整个地区的大地水准面。为加快进
30、度和避开不良地质段，中间设了面。为加快进度和避开不良地质段，中间设了3个竖井，共个竖井，共4个贯通面，横向贯通误差允许值为个贯通面，横向贯通误差允许值为6992 mm(较只设一个较只设一个贯通面可缩短工期贯通面可缩短工期11年年)。整个隧道的工程投资预计约。整个隧道的工程投资预计约15亿亿瑞士法朗。瑞士法朗。10/8/2022博观而约取博观而约取,厚积而薄发！厚积而薄发！工程建设规划设计阶段的测量工作有哪些？工程建设规划设计阶段的测量工作有哪些？工程建设施工建设阶段的测量工作有哪些？工程建设施工建设阶段的测量工作有哪些？工程建设运营管理阶段的测量工作有哪些？工程建设运营管理阶段的测量工作有哪些？第41页，共41页
