测绘工程专业简介(-53)

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1、北京建筑工程学院 Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture 测绘工程系 Department of Surveying and Mapping Engineering 专业简介2001年9月测绘工程专业简介Introduction of Surveying and Mapping Engineering 北京建筑工程学院测绘工程系 2001年一、学科地位和研究应用领域 1. 学科定义 测绘学科是研究地球空间(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。它主要

2、 以地形、地貌以及建筑工程、机器和设 备等为研究服务对象。 2. 学科地位l学科门类：工学（08） l一级学科：测绘类（0809）l二级学科：测绘工程（080901）l相近专业：地理信息系统、摄影测量与遥感l修业年限：四年l授予学位：工学学士测绘学科的学科方向： 大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海 洋大地测量)； 工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量)； 航空摄影测量与遥感学； 地图制图学； 不动产地籍与土地整理。3. 研究应用领域 按工程建设三个阶段划分：l勘查设计测量、施工建设测量和竣工运行测 量； 按行业划分：l线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测 量、桥隧工程测量、建筑工程

3、测量、矿山测 量、海洋工程测量、军事工程测量、3维工 业测量等二、测量仪器 1、通用仪器l常规仪器：光学经纬仪、光学水准仪、电磁 波测距仪、摄影测量仪器l新型仪器：电子全站仪、电子水准仪、激光 仪器、GPS、数字摄影测量仪器 （电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智 能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全 站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的 全自动化，被称作测量机器人。）2、专用仪器： 机械式、光电式及光机电(子)结合式的 仪器或测量系统 特点：高精度、自动化、遥测和持续观 测。 基准测量：正、倒锤与垂线观测仪，金 属丝引张线，各种激光准直仪、铅直仪 、自准直仪，以及尼龙丝或金

4、属丝准直 测量系统等。 距离测量：包括中长距离(数十米至数公 里)、短距离(数米至数十米)和微距离( 毫米至数米)及其变化量的精密测量。lME5000精密激光测距仪、TERRAMETER LDM2双频激光测距仪等 ，中长距离测量精度可达亚毫米级；l铟瓦线尺测距仪DISTINVAR，应变仪DISTERMETER ISETH等， 短距离、微距离测量可实现测量数据采集的自动化；l石英伸缩仪，各种光学应变计，位移与振动激光快速遥测仪 等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内 达到0.01m的计量精度，成为重要的长度检校和精密测量设 备；l采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精

5、度， 它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。高程测量： 精密水准仪、电子水准仪 液体静力水准测量系统。l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、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；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。三、测量理论方法的发展 1. 测量平差理论 最小二乘法：最小二乘配置包括了平差、滤波 和推估。附有限制条件的条件平差模型是各种 经典的和现代平差模型的统一模型。 测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上 ，主要包括：平差中

6、函数模型误差、随机模型 误差的鉴别或诊断；模型误差对参数估计的影 响，对参数和残差统计性质的影响；病态方程 与控制网及其观测方案设计的关系。 自由网平差和拟稳平差：l变形监测网参考点稳定性检验的需要 控制网可靠性理论：l观测值粗差的研究，以及变形监测网变形和 观测值粗差的可区分性理论的研究和发展 非最小二乘估计：l稳健估计：解决观测值存在粗差的问 题；l有偏估计：解决法方程系数阵存在病 态的可能。2. 工程控制网优化设计理论和方法 网的优化设计方法有解析法和模拟法两 种。 解析法：基于优化设计理论构造目标函数和 约束条件，解求目标函数的极大值或极小值。 网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类

7、 优化设计。 模拟法：根据设计资料和地图资料，经数字 化扫描后在微机上进行。在图上选点布网，获 取网点近似坐标。模拟观测方案，根据仪器确 定观测值精度，可进一步模拟观测值。 质量指标：精度、可靠性、灵敏度 精度：点位精度、相邻点位精度、任意 两点间的相对精度、最弱点和最弱边精 度、边长和方位角精度。l进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分 点坐标的协方差阵，协方差阵的主成份计算 ，特征值计算，点位误差椭圆、置信椭圆的 计算等。 可靠性：观测值的多余观测分量(内部可 靠性)和某一观测值的粗差界限值对平差 坐标的影响(外部可靠性)。 灵敏度：灵敏度椭圆、在给定变形向量 下的灵敏度指标以及观测值的灵

8、敏度影 响系数。四、大型特种精密工程测量 1、国内工程： 三峡工程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，其规模之大，监测 项目之多，都堪称世界之最。l如对滑坡体变形与失稳研究的计算机智能仿真系统 ；三峡库区滑坡泥石流预报的3S工程；隔河岩大坝 外部变形观测的GPS实时持续自动监测系统； 北京正负电子对撞机的精密控制网，精 度达0.3 mm。设备定位精度优于0.2 mm，200 m直线段漂移管直线精度达 0.1 mm。 大亚湾核电站控制网精度达2 mm； 秦山核电站的环型安装测量控制网精度 达0.1 mm。 上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达 0.2 mm，桥墩点位标定精度达0

9、.1 mm； 武汉长江二桥全桥的贯通精度(跨距和墩 中心偏差)达毫米级。 高454 m的东方明珠电视塔对于长114 m 、重300 t的钢桅杆天线，安装的垂准误 差仅9 mm。 长18.4 km的秦岭隧道，洞外GPS网的平 均点位精度优于3 mm，一等精密水准 线路长120多公里。横向贯通误差为12 mm，高程方向的贯通误差只有3 mm。2、国外工程 德国汉堡粒子加速器研究中心l直线加速器长达30 km，100300 m的磁件 相邻精度要求优于0.1 mm,磁件的精密定 位精度仅几个微米，并能以纳米级的精度确 定直线度。 露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测 量计算系统(德国)l大型挖煤机长14

10、0 m，高65 m,自重8 000 t，其挖 斗轮的直径17.8 m，每天挖煤量可达10多万吨。在 其上安置了3台GPS接收机，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1.5 cm 。根据3台接收机的坐标，可计算出挖煤机挖斗轮 的位置及采煤层截曲面，可计算出采煤量，其精度 达7%4%。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。 瑞士阿尔卑斯山的特长双线铁路隧道哥 特哈德l长达57 km，采用GPS技术施测的控制网，平面精度 达7 mm，高程精度约2 cm。以厘米级的精度确 定出了整个地区的大地水准面。为加快进度和避开 不良地质段，中间设了3个竖井，共4

11、个贯通面，横 向贯通误差允许值为6992 mm(较只设一个贯通面 可缩短工期11年)。整个隧道的工程投资预计约15 亿瑞士法朗，计划于2004年全线贯通。五、测绘学科的发展展望 “3S”高新技术与现代测绘技术紧密结合 测绘成果从传统模拟的纸质地图产品转 向数字化测绘生产体系l“4D”产品：数字高程模型（DEM）、数字正射影 像图（DOM）、数字线划图（DLG）和数字栅格影像 图（DRG） 测绘生产自动化l 测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能 方面得到进一步发展，影像、图形和数据处理方面 的能力进一步增强；l多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应 用，如GPS接收机与电子全站仪或测

12、量机器人集成 ，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种 测量工作。 基于知识的地理信息系统（GIS）技术， 进一步与大地测量、地球物理、工程与 水文地质以及土木建筑等学科相结合， 解决工程建设中以及运行期间的安全监 测、灾害防治和环境保护的各种问题。 综上所述，测绘学科的发展，主要表现在从1 维、2维到3维、4维，从点信息到面信息获取 ，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人 眼观测操作到机器人自动寻标观测，从大型特 种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下 以及水下，从人工量测到无接触遥测，从周期 观测到持续测量。测量精度从毫米级到微米乃 至纳米级。地理信息系统专业简 介Introduc

13、tion of Geographic Information System北京建筑工程学院测绘工程系 2001年一、学科地位和研究应用领域 1. 学科定义 地理信息系统是一门介于信息科学 、计算机科学、现代地理学、测绘遥感 学、空间科学、环境科学和管理科学之 间的新兴边缘学科，研究有关地学信息 以及其它与之有关各类信息的采集获取 、管理和分析的理论方法和技术。 2. 学科地位l学科门类：理学（07） l一级学科：地理科学类（0707）l二级学科：地理信息系统（070703）l相近专业：资源环境与城乡规划管理、测绘 工程、地理科学l修业年限：四年l授予学位：理学或工学学士地理信息系统学科的研究方

14、向： 专题信息系统（GIS技术的应用和系统的 二次开发）； 区域信息系统（以区域综合研究和全面 的信息服务为目标，可以有不同的规模 ）； 地理信息系统工具(GIS-TOOL，研制通用 软件系统) 地 理 学 制 图 学 GIS 测量与遥感 计 算 机 科 学 软 数 计 图 CAD 专件 据 算 形 家工 库 机 学 CAM 系程 技 统 术 GIS的相关学科3. 研究应用领域（1）资源管理(Resource Management) 例如应用于农业和林业领域，解决 农业和林业领域各种资源(如土地、森林 、草场)分布、分级、统计、制图等问题 。主要回答“定位”和“模式”两类问题。（2）资源配置(

15、Resource Configuration) 在城市中各种公用设施、救灾减灾中 物资的分配、全国范围内能源保障、粮 食供应等问题，在各地的配置等都是资 源配置问题。GIS在这类应用中的目标是 保证资源的最合理配置和发挥最大效益 。 （3）城市规划和管理(Urban Planning and Management) 空间规划是GIS的一个重要应用领域， 城市规划和管理是其中的主要内容。例 如，在大规模城市基础设施建设中如何 保证绿地的比例和合理分布、如何保证 学校、公共设施、运动场所、服务设施 等能够有最大的服务面(城市资源配置问 题)等。（4）土地信息系统和地籍管理(Land Information System and Cadastral Applicaiton) 土地和地籍管理涉及土地使用性质变化 、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等 许多内容，借助GIS技术可以高效、高质 量地完成这些工作