一、工程测量学的基本内容和发展

测量学是研究测定地面点的几何位置、地形形状、地球重力场,以及地球表面自然形态和人工设施的几何形态的科学。制图学是结合社会和自然信息的地理分布,研究绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图和专题地图的理论和技术的科学。测量学和制图学两个部分共同组成了测绘学。作为一门综合性1学科,测量学根据研究对象和工作任务的不同可分为大地测量学、地形测量学、摄影测量与遥感学、工程测量学等学科。

工程测量是测绘科学与技术在国民经济和国防建设中的直接应用。其主要研究各种工程在规划设计施工建设和运营管理各阶段所进行的各种测量工作。按行业划分成:线路(铁路、公路等)工程测量水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量等。

工程测量学的主要任务分为两个：

★测定(测绘)–––由地面到图形。指使用测量仪器,通过测量和计算,得到一系列测量数据,或把地球表面的地形缩绘成地形图。

★测设(放样) –––由图形到地面。指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来,作为施工的依据。

展望21世纪,工程测量学在以下方面将得到显著发展:①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,其应用范围将进一步扩大,影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强;②在变形观测数据处理和大型工程建设中,将发展基于知识的信息系统,并进一步与大地测量、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;③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;

④GPS、GIS技术将紧密结合工程项目,在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用;⑤大型和复杂结构建筑、设备的三维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。⑥数据处理中,数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。综上所述,工程测量学的发展,主要表现在从一维、二维到三维、四维,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。工程测量学的上述发展将直接对改善人们的生活环境,提高人们的生活质量起重要作用。

二、建筑工程测量的任务

★建筑工程测量包括建筑工程在勘测设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作,是测量学的一个组成部分。它的主要任务如下。

(1)测绘大比例尺地形图。把工程建设区域内的地貌和各种物体的几何形状及其空间位置,依照规定的符号和比例尺绘成地形图,并把建筑工程所需的数据用数字表示出来,为规划设计提供图纸和资料。

(2)施工放样和竣工测量。把图纸上规划设计好的建(构)筑物,按照设计要求在现场标定出来,并作为施工的依据;配合建筑施工,进行各种测量工作,确保施工质量;开展竣工测量,为工程验收日后扩建和维修管理提供资料。每、

(3)建筑物变形观测。对于一些重要建(构)筑物,在施工和运营期间,定期进行变形观测,以了(构)筑物的变形规律,监视其安全施工和运营。

★由此可见,测量工作贯穿于工程建设全过程,其工作质量直接关系到工程建设的速度和质量。因此,建筑工程类的学生必须掌握必要的测量知识和技能。

三.地面点位的确定

★地面点位的确定,一般需要三个量。在测量工作中,我们一般用某点在基准面上的投影位置(x,y和该点离基准面的高度(H)来确定。

(一)测量基准面

1.测量工作基准面––水准面、大地水准面

测量工作是在地球表面进行的,而海洋占整个地球表面的71%,故最能代表地球表面的是海水面,人们将海水面所包围的地球形体看作地球的形状。水准面是指任何自由静止的水面。水准面的特性是处处与重力方向垂直。水准面因其高度不同而有无数个,其中与不受风浪和潮汐影响的静止海水面相吻合的水准面称为大地水准面(如图0–1所示)。大地水准面有且只有一个,具有唯一性,所以可以作为测量工作的基准面。

铅垂线就是重力方向线,可用悬挂垂球的细线方向来表示,细线的延长线通过垂球尖端。与铅垂线正交的直线称为水平线,与铅垂线正交的平面称为水平面。由于铅垂线处处与大地水准面垂直,所以铅垂线是测量工作的基准线。

铅垂线就是重力方向线,可用悬挂垂球的细线方向来表示,细线的延长线通过垂球尖端。与铅垂线正交的直线称为水平线,与铅垂线正交的平面称为水平面。由于铅垂线处处与大地水准面垂直,所以铅垂线是测量工作的基准线。

2.测量计算基准面––旋转椭球

由于地球内部质量分布不均匀,引起铅垂线的方向产生不规则的变化,致使大地水准面成为一个复杂的曲面,无法在这个曲面上进行测量数据的处理。为了计算方便,通常用个非常接近于大地水准面,并可用数学式来表示的几何体来代替地球的形状,这就产生了“旋转椭球”的概念。

旋转椭球:由一椭圆(长半轴a,短半轴b)绕其短半轴b旋转而成的椭球体,如图0-2。