測繪學概論核心教材寧津生等五院士領銜主編

第六章工程測量學

張正祿編寫主講

思考題1.什么是工程測量？為什麼要學習工程測量？2.一般來說工程建設分哪幾個階段？3.工程測量的內容包括哪些方面？4.為什麼說大型特種精密工程建設是工程測量學發展的動力？5.工程測量發展的“六化”指什麼？6.您對測繪和工程測量有何新的認識？工程測量學在測繪學中的定位和研究應用領域

工程測量學內容的劃分

工程測量常用的技術

工程測量學的發展概況及展望

工程測量學與相鄰學科和課程的關系

工程測量的實例和照片測繪是一個古老而現代的學科測繪是一級學科測繪是高科技學科測繪屬于信息學科測繪下設三個國家級重點學科測繪是一個普通而廣泛的職業德國：巴伐利亞州有8000人在測繪部門工作，全國平均每1000人中就有一人在測繪部門工作比利時王子洛朗娶的平民美女克萊爾.庫布斯是一名土地測量員與測繪有關的名人知多少？

林肯、華盛頓、拿破倫、赫魯曉夫、勃列日涅夫作過測量員李瑞環是工民建專業吳邦國的父親是軍測教授溫家寶是地質測量和找礦專業

測繪界的院士知多少

夏堅白、王之卓、方俊陳永齡、陳俊勇、劉先琳李德仁、寧津生、劉經南許厚澤、魏子卿、王家耀王任享、高俊、張祖勛什麼是工程測量？

一個例子

什么是工程測量？以隧道工程為例：什么是工程測量？以隧道工程為例：工程測量學在測繪學中的

定位和研究應用領域

學科定義

學科地位---測繪學的二級學科

研究應用領域一、學科定義

定義一：工程測量學是研究各項工程在規劃設計、施工建設和運營管理階段所進行的各種測量工作的學科。

定義二：工程測量學主要研究在工程、工業和城市建設以及資源開發各個階段所進行的地形和有關信息的采集和處理，施工放樣、設備安裝、變形監測分析和預報等的理論、方法和技術，以及研究對測量和工程有關的信息進行管理和使用的學科。

定義三：工程測量學是研究地球空間（包括地面、地下、水下、空中）中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現的理論、方法和技術的一門應用性學科。

二、學科地位---測繪學的二級學科

大地測量學（天文大地測量、幾何大地測量、物理大地測量空間大地測量、衛星大地測量、海洋大地測量）

工程測量學

（近景攝影測量/工程攝影測量、礦山測量）

航空攝影測量與遙感學

地圖制圖學

地理信息系統（工程）

不動產地籍與土地管理

總的來說，工程測量學包括兩大部分：

以工程建筑為對象的工程測量

以機器和設備為對象的工業測量三、研究應用領域工程測量學的內容和劃分

工程測量的主要內容

提供模擬或數字的地形資料

進行測量及其有關信息的采集和處理

建筑物的施工放樣

大型精密設備的安裝和調試測量

工業生產過程的質量檢測和控制

各類工程建設物、礦山和地質病害地帶的變形監測、機理解釋和預報

工程測量專用儀器的研制與應用

與研究對象有關的信息系統的建立和應用等上述內容歸納為以下幾個方面：1．工程測量中的地形圖測繪

1:1萬至1:10萬的國家地形圖系列；1:2000～1:5000的局部性或帶狀地形圖；1:500，1:1000乃至更大比例尺的地形圖、竣工圖或專題圖；水下（含江、河、庫、湖、海等）地形測繪和各種縱橫斷面圖。

2．工程控制網布設及優化設計

測圖控制網、施工控制網、變形監測網和安裝控制網、純測角網、邊角網、導線網、GPS網。3．施工放樣技術和方法---點、線、面、體的放樣

4．工程的變形監測分析和預報---多學科的交叉領域5．工程測量的通用和專用儀器經緯儀、水準儀、全站儀、GPS接收機，測方向、角度、距離、高差、坐標差等幾何量；測量機器人；專用儀器:基維線測量/準直測量、距離測量、高程測量、傾斜測量、三維激光掃瞄儀。6．工程測量學中的誤差及測量平差理論最小二乘法；穩健估計工程測量工作的劃分按工程建設階段劃分

工程建設規劃設計階段的測量工作

工程建設施工階段的測量工作

工程建設運營管理階段的測量工作

建筑工程測量(工業建設測量)水利工程測量軍事工程測量海洋工程測量地下工程測量三維工業測量鐵路工程測量公路工程測量管線工程測量(輸電線路與輸油管道測量)橋梁工程測量隧道工程測量港口工程測量城市建設測量

按服務對象劃分

縱向處理結構體系按工程建設的三個階段來敘述工程測量學的理論、技術、方法和內容

橫向處理結構體系按典型工程分別進行描述

“縱向與橫向處理”相結合、“特殊與一般”相結合的結構體系“特殊”指個別工程的特殊性，“一般”指各種工程、各階段的共性工程測量學的結構體系大型工程建設與測量三峽大壩工程工程測量常用的技術

常規地面測量技術

衛星定位技術（GPS）

影像技術

水下地形測量技術

特種量測技術

信息管理技術

工程測量學的發展概況現狀及展望

工程測量學的發展概況

工程測量學的發展現狀及展望

1.歷史悠久

公元前二十七世紀建設的埃及大金字塔我國早在二千多年前的夏商時代夏禹治水秦代李冰父子領導修建的都江堰水利樞紐工程北宋時沈括治理汴渠馬王堆漢墓出土的地圖（地形圖、駐軍圖和城邑圖）公元前十四世紀幼發拉底河與尼羅河流域土地邊界的劃分測量我國的地籍管理和土地測量四大發明之一的指南針有二千多年的歷史，對礦山測量和其它工程勘測的貢獻戰爭的促進：著名的軍用道路戰國時期秦始皇修建的千八百里直道古羅馬構筑的兵道218年歐洲修建的通向意大利的“漢尼撥通道”萬里長城工程測量學的發展概況2.1964年國際測量師聯合會（FIG）成立了工程測量委員會（第六委員會），工程測量學在國際上作為一門獨立的學科開展活動。3.“廣義工程測量學”：

蘇黎世高等工業大學馬西斯教授指出：“一切不屬于地球測量，不屬于國家地圖集的陸地測量，和不屬于公務測量的應用測量，都屬于工程測量”。工程測量學的發展現狀及展望

工程測量學的發展現狀及展望1.工程測量的發展可概括為“六化”和“十六字”六化：工程測量內外業作業的一體化；數據獲取及其處理的自動化；測量過程控制和系統行為的智能化；測量成果和產品的數字化；測量信息管理的可視化；信息共享和傳播的網絡化。

十六字：連續、動態、遙測、實時、精確、可靠、快速、簡便；工程測量學的發展現狀及展望1）測量機器人將作為多傳感器集成系統在人工智能方面得到進一步發展；2）在變形觀測數據處理和大型工程建設中，將發展基于知識的信息系統；3）工程測量將從土木工程測量、三維工業測量擴展到人體科學測量；4）多傳感器的混合測量系統將得到迅速發展和廣泛應用；5）GPS、GIS技術將緊密結合工程項目；6）大型和復雜結構建筑、設備的三維測量、幾何重構以及質量控制將是工程測量學發展的一個熱點固定式、移動式、車載、機載三維激光掃瞄儀將成為快速獲取被測物體乃至地面建筑物、構筑物及地形信息的重要儀器；7）數據處理中數學物理模型的建立、分析和辨識將成為工程測量學專業教育的重要內容8）隨著人類文明的進展，對工程測量學的要求愈來愈高，服務范圍不斷擴大；9）現代科技新成就，為工程測量學提供了新的工具和手段，從而推動了工程測量學的不斷發展。大型特種精密工程建設

是工程測量學發展的動力

三峽水利樞紐工程；

北京正負電子對撞機；

長江上的大橋達數十座；

長達30多公里的杭州灣大橋和上海東海大橋

高454m的上海東方明珠電視塔；

18.4km的秦嶺隧道；

歐洲海底隧道50多公里；

瑞士阿爾卑斯山的隧道長達57km；

山西省引黃工程南干線5#隧洞長26.5km，7#隧洞長42.6km；

東北大伙房水庫引水工程隧洞長80多km，

德國漢堡的粒子加速器研究中心和歐洲日內瓦粒子研究中心的粒子加速器規模愈來愈大，從20世紀50年代到現在不斷建設，軌道長從數百米到數十公里；

美國的超導超級對撞機，其直徑27km，軌道長達八十多公里；

德國的露天煤礦大型挖煤機開挖量動態測量：大型挖煤機長140m，高65m，自重8000噸，其挖斗輪的直徑達17.8m；

南非某一核電站的冷卻塔高165m，直徑163m；

在21世紀建筑工程師夢想建造2000m乃至4000m的摩天大廈；

工程測量的儀器和方法測

量

機

器

人測

量

機

器

人在上海磁浮鐵路Cyrax25003D激光掃描儀工程控制網

1）測圖控制網

2）施工控制網

3）變形監測網

4）安裝測量控制網城市導線網

隧道（洞）洞外GPS平面控制網布設示意圖

J1J2J3JC1CC3C2貫通面貫通點····隧道（洞）軸線出口端·····XY進口端隧道（洞）洞內導線網布設示意圖

隧道（洞）軸線J1XYJ2J3JD1D3D5D7D2D4D6D8·······進口端三峽大壩施工控制網杭

州

灣

GPS

首

級

控

制

網上海磁浮鐵路線路平面圖上海磁浮鐵路地面控制網上海磁浮鐵路地面控制網大伙房水庫85km輸水隧洞GPS施工控制網6.5工程測量學與相鄰學科和課程的關系

大地測量學是基礎小比例尺的地形圖系列、數字或電子地圖－地圖制圖學中、小小比例尺的地形圖生產－航空攝影測量和遙感

誤差理論、測量平差、數理統計

高等數學：級數、微積分、微分方程

物理學：電磁波傳播、力學、光學

土建工程、機械工程、工程地質、水文地質和環境地質方面的知識

數據處理、圖形圖像處理，建立信息系統以及基于知識的專家系統都離不開計算機科學與技術方面的知識國內外的學術交流要有較好的人文管理方面的知識，還要學一至二門外語，具有較好的聽、說、閱讀理解乃至思維能力

測量要求非常嚴謹一個有趣的例子一等水準測量的測站觀測儀器、因瓦尺、要求、操作、計算、精度、誤差對學生的培養和訓練

一個工程測量實例江埡大壩安全監測工程測量學的

教學、研究與實踐超站儀STGPS研究學生作超站儀STGPS試驗學生作電子水準儀測量實驗隔河巖大壩GPS監測系統隔河巖大壩GPS監測系統隔河巖大壩GPS監測系統隔河巖大壩GPS監測系統隔河巖大壩GPS監測系統隔河巖大壩GPS監測系統秦嶺隧道一等水準測量用測地機器人監測露天煤礦邊坡

上海磁浮鐵路施工工地測量機器人在上海磁浮鐵路試驗杭州灣大橋工程位址圖杭州灣大橋工程監理測量杭州灣大橋工程監理測量杭州灣大橋工程監理測量歐盟項目：滑坡預警系統集成與優化歐盟項目：滑坡預警系統集成與優化茅坪滑坡中國－瑞士合作項目

災害預防多傳感器集成監測系統研究

水果湖水下地形和淤