工程測量學課件第一章

工程測量學課件第一章第一頁，共41頁。本課程簡介工程測量學學時56學時其中理論40學時實驗16學時后續(xù)配套課程工程測量學實習1周第二頁，共41頁。課程結(jié)束考核辦法課程結(jié)束考試：70%考勤、作業(yè)：20%課間實習：10%第三頁，共41頁。本課程教材情況介紹1、武漢大學出版社《工程測量學》張正祿編2、測繪出版社《工程測量學》李青岳主編3、同濟大學《工程測量學》陳龍飛主編以上三種教材各有優(yōu)缺點，我校采用測繪出版社《工程測量學》第四頁，共41頁。第五頁，共41頁。一、工程測量學在測繪學中的地位和研究應(yīng)用領(lǐng)域1、工程測量學和其它課程之間的聯(lián)系測繪地形圖海洋測量學地圖學GPS全球定位系統(tǒng)測量平差控制測量學數(shù)字測圖原理第六頁，共41頁。前面所講的課程，都是為了測繪地形圖，從測圖原理、測圖技術(shù)手段，減少誤差（理論上、方法上）等方面的課程。而測繪還有另一個應(yīng)用，就是為工程建設(shè)服務(wù)，那么在工程上有哪些應(yīng)用，有哪些技術(shù)，就是《工程測量學》所講的內(nèi)容，《工程測量學》就是一門應(yīng)用學科，理論上沒有太多理論，儀器大部分還是以前所學儀器，主要講一些方法應(yīng)用。2、工程測量學的定義定義一：工程測量學是研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理階段所進行的各種測量工作的學科。特點：比較大眾化，易于理解。第七頁，共41頁。10/13/2022定義二：工程測量學主要研究在工程、工業(yè)和城市建設(shè)以及資源開發(fā)各個階段所進行的地形和有關(guān)信息的采集和處理，施工放樣、設(shè)備安裝、變形監(jiān)測分析和預(yù)報等的理論、方法和技術(shù)，以及研究對測量和工程有關(guān)的信息進行管理和使用的學科，它是測繪學在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用。定義二較定義一更具體、準確，且范圍更大第八頁，共41頁。10/13/2022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(shè)實現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學科。定義三更加概括、抽象和科學。定義二、三除建筑工程外，機器設(shè)備乃至其它幾何實體都是工程測量學的研究對象，且都上升到了理論、方法和技術(shù)，強調(diào)工程測量學所研究的是與幾何實體相聯(lián)系的測量、測設(shè)的理論、方法和技術(shù)。第九頁，共41頁。二、工程知識介紹（一）工程的種類1、工業(yè)建設(shè)2、城市建設(shè)3、交通工程4、水利工程5、地下工程6、管線工程7、礦山工程8、海洋工程9、軍事工程第十頁，共41頁。（二）工程階段的劃分1、規(guī)劃設(shè)計階段測繪主要工作有控制測量、地形測量最后提供不同比例尺的地形圖供規(guī)劃設(shè)計用2、施工建設(shè)階段測繪任務(wù)：如何把圖上設(shè)計好的建筑物、構(gòu)筑物的位置在地面上確定出來，并指導施工的銜接。3、運營竣工階段測繪主要工作：變形觀測第十一頁，共41頁。（三）、工程的基本知識1、建筑結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)、寬假結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)2、基礎(chǔ)種類天然基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏片基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)3、基坑知識（1）圍護結(jié)構(gòu)鋼板樁、地連墻、放坡（2）支護情況：冠梁、腰梁、支撐重要性：測量只是從幾何上去發(fā)現(xiàn)有無變化，往往滯后，但現(xiàn)在甲方往往要求解釋變化的原因，并且預(yù)測未來變化情況，要達到要求，必須有土木、巖土學科的知識。對于不同基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)、圍護結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律要有基本的了解。第十二頁，共41頁。10/13/2022三、工程測量學的學科位置測繪學大地測量學工程測量學攝影測量與遙感地圖制圖學一級學科二級學科第十三頁，共41頁。10/13/2022工程測量學的研究領(lǐng)域工程測量學工業(yè)測量線路工程測量水利工程測量橋梁工程測量隧道工程測量建筑工程測量礦山測量海洋測量軍事工程測量幾乎每一行業(yè)和工程測量都有相應(yīng)的著書或教材。第十四頁，共41頁。10/13/2022由于工程測量的研究應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，發(fā)展變化也很快，因此寫書十分困難。目前國內(nèi)外沒有一本全面涉及工程測量學理論、技術(shù)、方法和實際應(yīng)用的現(xiàn)代專著或教材。

第十五頁，共41頁。10/13/2022四、工程測量學的內(nèi)容1、按工程建設(shè)階段劃分工程測量按工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理三個階段分為“規(guī)劃設(shè)計階段”、“建設(shè)施工階段”和“運營管理階段”，三個階段測繪工作有：1）規(guī)劃設(shè)計階：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)勘探以及水文測驗等進行測量。對于重要的工程區(qū)的穩(wěn)定性監(jiān)測。初步設(shè)計階段：提供小比例尺地形圖。詳細設(shè)計階段：提供大比例尺地形圖。第十六頁，共41頁。10/13/20222）建設(shè)施工階段：建立施工控制網(wǎng)，工程建筑物定線放樣，施工質(zhì)量控制，開挖與建筑方量測繪，工程竣工測量、變形觀測以及設(shè)備的安裝測量等。第十七頁，共41頁。10/13/2022工程施工階段的測量工作主要是按設(shè)計要求將設(shè)計的建構(gòu)筑物位置、形狀、大小及高程在實地標定出來，以便進行施工；另一方面作為施工質(zhì)量的監(jiān)督，還需進行工程質(zhì)量監(jiān)理。第十八頁，共41頁。10/13/2022不同的施工的對象，其施工測量工作程序基本上是一致的。主要的測量工作有：施工控制網(wǎng)的建立施工放樣竣工測量第十九頁，共41頁。10/13/20223）運營管理階段：工程建筑物的變形觀測，包括水平位移、沉陷、傾斜以及擺動等定期或持續(xù)監(jiān)測。建立工程進管理、維護信息系統(tǒng)。工程運營管理階段測量工作的主要任務(wù)是工程建筑物的變形觀測。在工程建筑物運營期間，為了監(jiān)視其安全和穩(wěn)定的情況，了解其設(shè)計是否合理，驗證設(shè)計理論是否正確，需要定期對其位移、沉降、傾斜以及搖擺等進行觀測，稱為變形觀測。第二十頁，共41頁。10/13/20222、按服務(wù)對象劃分按服務(wù)對象分：建筑工程測量、水利工程測量、線路工程測量、橋隧工程測量、地下工程的測量、海洋工程測量、軍事工程測量、三維工業(yè)測量，以及礦山測量、城市測量等。第二十一頁，共41頁。10/13/2022五、工程測量的儀器經(jīng)緯儀、水準儀、全站儀和GPS接收機是工程測量的通用儀器。專用儀器包括機械式、光電式及光機電（子）多傳感器集成式儀器或測量系統(tǒng)。?基線測量或準直測量儀器：有正錘、倒錘及垂線觀測儀、引張線儀、各種激光準直儀、鉛直儀（向下、向上）、自準直儀以及尼龍絲或金屬絲準直測量系統(tǒng)等。?距離測量儀器：中長距離、短距離和微距離測量。ME5000、銦瓦線尺測距儀DISTINVAR、應(yīng)變儀DISTERMETER、雙頻激光干涉儀、CCD線列傳感器測量，距離測量精度從毫米、微米級進入到納米級。第二十二頁，共41頁。10/13/2022CG-3(3A)型垂線觀測儀主要用于大壩、高層建筑物等大型工程的水平變形測量及撓度測量利用激光束測量直線度誤差的測量工具----激光準直儀第二十三頁，共41頁。10/13/2022TPS與GPS完美結(jié)合，集成GPS接收機的高性能全站儀。無需控制點、長導線和后方交會操作，只需安裝SmartStation，并使用GPS確定該點的準確位置，然后就可以使用全站儀進行測量、放樣。僅僅通過簡單的安裝調(diào)試，就可以簡單、快速地測量作業(yè)。

SmartStation超站儀第二十四頁，共41頁。10/13/2022高程測量方面，最顯著的發(fā)展應(yīng)數(shù)液體靜力水準測量系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通過各種類型的傳感器測量容器的液面高度，可同時獲取數(shù)十乃至數(shù)百個監(jiān)測點的高程，具有高精度、遙測、自動化、可移動和持續(xù)測量等特點。兩容器間的距離可達數(shù)十公里，如用于跨河與跨海峽的水準測量；通過一種壓力傳感器，允許兩容器之間的高差從過去的數(shù)厘米達到數(shù)米。

第二十五頁，共41頁。10/13/2022與高程測量有關(guān)的是傾斜測量(又稱撓度曲線測量)，即確定被測對象(如橋、塔)在豎直平面內(nèi)相對于水平或鉛直基準線的撓度曲線。各種機械式測斜(傾)儀、電子測傾儀都向著數(shù)字顯示、自動記錄和靈活移動等方向發(fā)展，其精度達微米級。第二十六頁，共41頁。10/13/2022具有多種功能的混合測量系統(tǒng)是工程測量專用儀器發(fā)展的顯著特點，采用多傳感器的高速鐵路軌道測量系統(tǒng)，用測量機器人自動跟蹤沿鐵路軌道前進的測量車，測量車上裝有棱鏡、斜傾傳感器、長度傳感器和微機，可用于測量軌道的3維坐標、軌道的寬度和傾角。液體靜力水準測量與金屬絲準直集成的混合測量系統(tǒng)在數(shù)百米長的基準線上可精確測量測點的高程和偏距。

第二十七頁，共41頁。10/13/2022綜上所述，工程測量專用儀器具有高精度(亞毫米、微米乃至納米)、快速、遙測、無接觸、可移動、連續(xù)、自動記錄、微機控制等特點，可作精密定位和準直測量，可測量傾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，還可測振動頻率以及物體的動態(tài)行為。第二十八頁，共41頁。10/13/2022六、工程測量學的發(fā)展概況工程測量學是一門歷史悠久的學科。?公元前二十七世紀：埃及大金字塔。?公元前十四世紀，在幼發(fā)拉底河與尼羅河流域進行過土地邊界劃分測量。?公元前十五世紀意大利都靈保存的金礦巷道圖第二十九頁，共41頁。10/13/2022我國早在三千多年前的夏商時代的夏禹治水描述：“陸行乘車，水行乘船，泥行乘撬，山行乘攆（jú），左準繩，右規(guī)矩、載四時，以開九州，通九道，陂九澤，度九山。”這里所記錄的就是當時的工程勘測情景，準繩和規(guī)矩就是當時所用的測量工具，準是揆（kui）平的水準器，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，可測長度、高度、深度和畫圓、畫矩形的通用測量儀器。第三十頁，共41頁。10/13/2022?秦代李冰父子領(lǐng)導修建的都江堰水利樞紐工程。?北宋時沈括為了治理汴渠，測得“京師之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”，是水準測量的結(jié)果。?長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。?殷周時期的土地測量，秦、漢的私田制。隋唐實行均田制，建立戶籍冊。宋朝按鄉(xiāng)登記和清丈土地，出現(xiàn)地塊圖。到了明朝洪武年間的土地大清丈，編制魚鱗圖冊（世界最早的地籍圖冊）。?四大發(fā)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有很大的貢獻。第三十一頁，共41頁。10/13/2022?在工程測量學的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭的促進。公元前210年秦始皇修建的“塹山堙谷，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。?大型特種精密工程建設(shè)和對測繪提出的愈來愈高的要求是工程測量學發(fā)展的動力。?工程測量學的發(fā)展在很長的一段時間內(nèi)是非常緩慢的。直到二十世紀初，由于西方的第一、二次技術(shù)革命和工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，工程測量學才受到人們的重視，并發(fā)展成為測繪學的一個重要分支。1964年國際測量師聯(lián)合會（FIG）為了促進和繁榮工程測量，成立了工程測量委員會（第六委員會），從此，工程測量學在國際上作為一門獨立的學科開展活動。第三十二頁，共41頁。10/13/2022七、大型特種精密工程測量

大型特種精密工程建設(shè)和對測繪的要求是工程測量學發(fā)展的動力。這里僅簡單介紹國內(nèi)外有關(guān)情況。

第三十三頁，共41頁。10/13/20221.國內(nèi)覽勝

三峽水利樞紐工程變形監(jiān)測和庫區(qū)地殼形變、滑坡、巖崩以及水庫誘發(fā)地震監(jiān)測，其規(guī)模之大，監(jiān)測項目之多，都堪稱世界之最。不僅采用目前國內(nèi)外最成熟最先進的儀器、技術(shù)，在實踐中也在不斷發(fā)展新的技術(shù)和方法，如對滑坡體變形與失穩(wěn)研究的計算機智能仿真系統(tǒng)；擬進行研究的三峽庫區(qū)滑坡泥石流預(yù)報的3S工程等，都涉及到精密工程測量。隔河巖大壩外部變形觀測的GPS實時持續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測點的位置精度達到了亞毫米。該工程用地面方法建立的變形監(jiān)測網(wǎng)，其最弱點精度優(yōu)于±1.5mm。

第三十四頁，共41頁。10/13/2022三峽大壩全景圖第三十五頁，共41頁。10/13/2022北京正負電子對撞機的精密控制網(wǎng)，精度達±0.3mm。設(shè)備定位精度優(yōu)于±0.2mm，200m直線段漂移管直線精度達±0.1mm。大亞灣核電站控制網(wǎng)精度達±2mm，秦山核電站的環(huán)型安裝測量控制網(wǎng)精度達±0.1mm。

北京正負電子對撞機第三十六頁，共41頁。10/13/2022上海楊浦大橋控制網(wǎng)的最弱點精度達±0.2mm，橋墩點位標定精度達±0.1mm；武漢長江二橋全橋的貫通精度(跨距和墩中心偏差)達毫米級。高454m的東方明珠電視塔對于長114m、重300t的鋼桅桿天線，安裝的垂準誤差僅±9mm。

第三十七頁，共41頁。10/13/2022長18.4km的秦嶺隧道，洞外GPS網(wǎng)的平均點位精度優(yōu)于±3mm，一等精密水準線路長