测绘学概论(工程测量部分)综述

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1、Southwest Petroleum University 第四部分 工程测量 测绘学概论 西南石油大学土建学院 Southwest Petroleum University 4.1 工程测量学在测绘学科中的定 位和研究应用领域 4.1.1 学科定义 定义一： 工程测量学是研究各种工程在规划设计、施 工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的 学科。 Southwest Petroleum University 定义二： 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 关信息的采集和处理，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

2、对测量和工程有关的信息进行管理和 使用的学科，它是测绘学在国民经济和国防建 设中的直接应用。 Southwest Petroleum University 定义三： 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 和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术 的一门应用性学科。 Southwest Petroleum University 工程测量学的学科位置 一级学科 测绘学 二级学科 大地测量学 工程测量学 摄影测量与遥感 地图制图学 Southwest Petroleum University 4.1.2 学科地位 学科交叉、学科综合、学科细分。 测绘学的

3、二级学科： 大地测量学：几何大地测量、物理大地测量、 空间大地测量、海洋大地测量 工程测量学（矿山测量）； 摄影测量学与遥感； 地图制图学； 地理信息系统； 不动产测绘（房地产测绘、地籍测绘）。 Southwest Petroleum University 4.1.3工程测量学的研究领域（面向工程建设 ） Southwest Petroleum University 4.1.4 工程测量学的内容 (1)按工程阶段划分 工程测量按工程建设的规划设计、施工建设和运 营管理三个阶段分为“工程勘测”、“施工测量”和 “安全监测”，三个阶段测绘工作有： 规划设计阶：主要是提供各种比例尺的地形图，另 外还

4、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。 Southwest Petroleum University 建设施工阶段：建立施工控制网，工程建筑物定线 放样，施工质量控制，开挖与建筑方量测绘，工程竣 工测量、变形观测以及设备的安装测量等。 运营管理阶段：工程建筑物的变形观测：水平位移 、沉陷、倾斜以及摆动等定期或持续监测。建立工程 管理、维护信息系统。 Southwest Petroleum University (2) 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、 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

5、量、三维工业测量，以及矿 山测量、城市测量等。个性、共性；特殊和一般的关 系。 Southwest Petroleum University 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 过土地边界划分测量。 公元前十五世纪意大利都灵保存的金矿巷道图 4.1.5 工程测量学的起源及历史沿革 Southwest Petroleum University 我国早在三千多年前的夏商时代的夏禹治水描述 ：“陆行乘车，水行乘船，泥行乘撬，山行乘撵（j ），左准绳，右规矩、载四时，以开九州，通九道， 陂九泽，度九山。”这里所记录的就是当时

6、的工程勘 测情景，准绳和规矩就是当时所用的测量工具，准是 可揆（kui）平的水准器，绳是丈量距离的工具，规 是画圆的器具，矩则是一种可定平，可测长度、高度 、深度和画圆、画矩形的通用测量仪器。 Southwest Petroleum University 秦代李冰父子领导修建的都江堰水利枢纽工程。 北宋时沈括为了治理汴渠，测得“京师之地比泗州凡高十九丈 四尺八寸六分”，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、驻军图和城邑图三种 ，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

7、间的土地大清丈，编制鱼鳞图册（世界最早的地籍图册 ）。 四大发明之一的指南针，从司南、指南鱼算起，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。 Southwest Petroleum University 在工程测量学的发展也受到了战争的促进。公元前210年秦始 皇修建的“堑山堙谷，千八百里”直道，古罗马构筑的兵道，以 及公元前218年欧洲修建的通向意大利的“汉尼拨通道”等，都 是著名的军用道路。 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，并发展成为测绘学的一个 重要分支。

8、 1964年国际测量师联合会（FIG）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），从此，工程测量学在国际 上作为一门独立的学科开展活动。 Southwest Petroleum University “广义工程测量学”：“一切不属于地球测量，不属 于国家地图集范畴的地形测量和不属于官方的测量，都 属于工程测量”。 大型特种精密工程建设和对测绘提出的愈来愈高的 要求是工程测量学发展的动力。 Southwest Petroleum University 长江三峡水利枢纽工程 Southwest Petroleum University 隔河岩大坝外部变形观测，最弱点精度优于1.5

9、mm； 北京正负电子对撞机，点位精度达0.3mm，设备定位精度优 于0.2mm，200m长的直线段漂移管准直精度达0.1mm ; 武汉长江二桥（mm级） 、长达30多公里的杭州湾大桥 (1.4mm）。 高454m的上海东方明珠电视塔。长18.4km的秦岭隧道等。 国外的大型特种精密工程：德国汉堡的粒子加速器研究中心， 1959年建的同步加速器，直径仅100m，1978年的正负电子储 存环，直径743m，1990年的电子质子储存环，直径2000m。 Southwest Petroleum University 欧洲原子核研究中心1990年建成的环形正负电子 对撞机，直径8.6km、周长27km，

10、整个工程位于百米 深的地下。 美国的超导超级对撞机，其直径就长达27km，为 保证椭圆轨道上的投影变形最小且位于一平面上，采用 了一种双重正形投影，所作的各种精密测量，均考虑了 重力和潮汐的影响。 Southwest Petroleum University 德国的露天煤矿大型挖煤机开挖量动态测量计算 系统是GPS、GIS技术相结合在大型特种工程中应用 的一个典型例子。大型挖煤机长140m，高65m，自 重8000吨，其挖斗轮的直径达17.8m，每天挖煤量 可达10多万吨。 Southwest Petroleum University 南非某一核电站的冷却塔高165m，直径163m，在 整个施

11、工过程中，要求每一高程面上塔壁中心线与设计 尺寸的限差小于50mm，在塔高方向上每10m的相邻 精度优于10mm。 瑞士阿尔卑斯山的哥特哈德特长双线铁路隧道长达 57km， 高耸建筑物方面，有人设想，在21世纪将建造 2000m乃至4000m的摩天大厦。 Southwest Petroleum University 4.1.6 工程测量学与相邻课程的关系 Southwest Petroleum University 4.2.1 角度测量 角度是几何测量的基本元素，包括水平 角和垂直角。 角度测量的仪器主要是经纬仪，分为光 学经纬仪和电子经纬仪两大类。 4.2 工程测量的仪器与方法 Southw

12、est Petroleum University 一、光学经纬仪的基本结构 基本结构主要包括照准部（望远镜 ）、读数装置（含水平度盘、垂直度 盘）、安平设备及基座和对点器等。 我国光学经纬仪系列分为J07 、J1、J2、J6等型号，J为经纬仪 汉语拼音的第一个字母，下标表示 仪器的精度指标。 Southwest Petroleum University 二、水平角观测 l 对仪器进行“对中”和“整平”； l 盘左，粗略瞄准一个目标； l 仔细对光，消除视差； l 精确瞄准目标，取水平度盘读数； l 不动调焦镜，盘右，精确瞄准目标，取水平度 盘读数； l 对于下一个目标，重复上述操作。 Sout

13、hwest Petroleum University 三、垂直角观测 l 三丝法垂直角观测的程序： l 盘左，按上、中、下三根水平丝的顺序依次照准 同一目标各一次，并分别读竖盘读数； l 盘右，同上一样的观测； l 分别计算三根水平丝所测得的指标差和垂直角， 并取垂直角的平均值作为一个目标的一测回之值。 l 若仅使用中间的水平丝进行观测，则称为“中丝 法” Southwest Petroleum University 四、电子经纬仪 在光学经纬仪的照准部中，将读数系统用电 子度盘替代光学模拟度盘，实现度盘读数的自动 化，则成为电子经纬仪。 用于电子经纬仪的角度传感器主要有两种： 编码度盘和动态

14、测角系统。 Southwest Petroleum University 五、目标照准自动化（基本原理） 带ATR的望远镜结构示意图 Southwest Petroleum University 五、目标照准自动化（基本原理） 在角度测量时，ATR自动识别并照准目标主 要有三个过程： u目标搜索过程 u目标照准过程 u测量过程 Southwest Petroleum University 六、全自动陀螺经纬仪 经纬仪与陀螺仪配合使用，成为陀螺经纬仪。 目前，自动化陀螺经纬仪的主要产品有德国威斯特发 伦采矿联合公司的Gyromat2000和日本索佳公司（ SOKKIA）的AGP1等。 GYROM

15、AT2000AGP1 Southwest Petroleum University 六、全自动陀螺经纬仪 陀螺经纬仪的基本结构 注： 陀螺马达 灵敏部 悬挂带 自动定向原理 陀螺仪悬挂结构示意图 Southwest Petroleum University 六、全自动陀螺经纬仪 测量步骤： 将仪器安置到三脚架上并精确对中、整平； 连接陀螺仪与经纬仪之间的数据通信电缆； 经纬仪开机，陀螺仪开机； 启动测量程序进行定向测量； 经纬仪照准测线目标，盘左、盘右观测两测回， 将结果输入到陀螺仪中，即可计算并显示测线方位角 。 Southwest Petroleum University 六、全自动陀螺经纬仪 测角装置采用TDA5005 全站仪，还实现了目标的自 动跟踪功能。 国产TDA5005+Y/JTG-1陀螺经纬仪 Southwest Petroleum University 4.2.2 距离测量 距离是几何测量的基本元素，距离测量 的方法主要有三种： 直接丈量 间接视距测量 物理测距 Southwest Petroleum Univ