【正文】 黃工程南干線 5隧洞（長 ） ， 7隧洞（長 ），以及遼寧省大伙房引水工程隧道（長達(dá) km）；上海磁懸浮鐵路；北京國家大劇院等大型精密特種工程，都堪稱世界之最。 1964 年國際測量師聯(lián)合會(huì)（ FIG）為了促進(jìn)和繁榮工程測量，成立了工程測量委員會(huì)（第六委員會(huì)），從此，工程測量學(xué)在國際上作為一門獨(dú)立的學(xué)科開展活動(dòng)。以核子、電子和空間技術(shù)為標(biāo)志的第三次技術(shù)革命，使工程測量學(xué)獲得了迅速的發(fā)展。唐代李 筌指出“以水佐攻者強(qiáng)，??，先設(shè)水平測其高下，可以漂城，灌軍，浸營，敗將也”，說明了測量地勢高低對軍事成敗的作用。由此可以說，中國在夏代已經(jīng)有了原始的地圖。文中的 “百物而為之備 ”，很明顯說明是供牧人、旅行者使用的圖。 早在 公元前一千多年以前，我國就誕生了地圖。我國的地籍管理和土地測量最早出現(xiàn)在殷周時(shí)期，秦、漢過渡到私田制。秦代李冰父子領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰水利樞紐工程，曾用一個(gè)石頭人來標(biāo)定水位 ，當(dāng)水位超過石頭人的肩時(shí)，下游將受到洪水的威脅；當(dāng)水位低于石頭人的腳背時(shí)，下游將出現(xiàn)干旱。司馬遷在《史記》中對夏禹治水有這樣的描述：“陸行乘車，水行乘船，泥行乘撬，山行乘攆（ j在古代，它與測量學(xué)并沒有嚴(yán)格的界限。測量為這些工作提供了一個(gè)有效的工具。大、中水利工程也是先在地形圖上選定河流渠道和水庫的位置，劃定流域面積，諸流量，再測得更詳細(xì)的地圖（或平面圖）作為河渠布設(shè)、水庫及壩址選擇、庫容計(jì)算和工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。隨著測量技術(shù)的發(fā)展，如重力測量可以直接用干資源勘探。我國城鄉(xiāng)面貌正在發(fā)生日新月異的變化，城市和村鎮(zhèn)的建設(shè)與發(fā)展，迫切需要加強(qiáng)規(guī)劃與指導(dǎo) ，而搞好城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃，首先要有現(xiàn)勢性好的地圖，提供城市和村鎮(zhèn)面貌的動(dòng)態(tài)信息，以促進(jìn)城鄉(xiāng)建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。 二、測量學(xué)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展中的作用 測量學(xué)是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的先行。 按工程測量所服務(wù)的工程種類，也可分為建筑工程測量、線路測量、橋梁與隧道測量、礦山測量、城市測量和水利工程測量等。取得地形資料的方法是，在所建立的控制測量的基礎(chǔ)上進(jìn)行地面測圖或航空攝影測量。 工程測量學(xué)（ Engineering Surveying） —— 工程測量學(xué)是研究在工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工和管理各階段中進(jìn)行測量工作的理論、方法和技術(shù)。按成圖方式的不同地形測圖可分為模擬化測圖和數(shù)字化測圖。根據(jù)研究的具體對象及任務(wù)的不同，傳統(tǒng)上又將測量學(xué)分為以下幾個(gè)主要分支學(xué)科： 大地測量學(xué)（ Geodesy） —— 是研究和確定地球形狀、大小、重力場、整體與局部運(yùn)動(dòng)和地表面點(diǎn)的 幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。第一章 緒 論 167。其基本任務(wù)是建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球的形狀、大小和重力場，為地形測圖和各種工程測量提供基礎(chǔ)起算數(shù)據(jù)；為空間科學(xué)、軍事科學(xué)及研究地殼變形、地震預(yù)報(bào)等提供重要資料。 攝影測量與遙感學(xué) (Photogrammetry and remote sensing)—— 是研究利用電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，從中提取語義和非語義信息，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)的學(xué)科。工程 測量是測繪科學(xué)與技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用，是綜合性的應(yīng)用測繪科學(xué)與技術(shù)。施工興建階段的測量的主要任務(wù)是，按照設(shè)計(jì)要求在實(shí)地準(zhǔn)確地標(biāo)定建筑物各部分的平面位置和高程，作為施工與安裝的依據(jù)。此外，還將用于大型設(shè)備的高精度定位和變形觀測稱為高精度工程測量；將攝影測量技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)稱為工程攝影測量；而將以電子全站儀或地面攝影儀為傳感器在電子計(jì)算機(jī)支持下的測量系統(tǒng)稱為 3 維工業(yè)測量。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，測量學(xué)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。 （ 2）資源勘察與開發(fā)離不開測量學(xué)。工程師和科學(xué)家根據(jù)測量取得的重力場數(shù)據(jù)可以分析地下是否存在重要礦藏，如石油、天然氣、各種金屬等。如三峽工程從選址、移民，到設(shè)計(jì)大壩等測量工作都發(fā)揮了重要作用。地貌圖，反映出了地表的各種形態(tài)特征、發(fā)育過程、發(fā)育程度等 ，對土地資源的開發(fā)利用具有重要的參考價(jià)值；土壤圖，表示了各類土壤及其在地表分布特征，為土地資源評價(jià)和估算、土壤改良、農(nóng)業(yè)區(qū)劃提供科學(xué)依據(jù)。到近代，隨著工程建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，才逐漸形成了工程測量學(xué)。），左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩、載四時(shí)，以開九州，通九道，陂九澤，度九山。這種標(biāo)定水位的辦法與現(xiàn)代水位測量的原理完全一樣。隋唐實(shí)行均田制，建立戶籍冊?！稘h書 .郊毅志》中有： “禹收九牧之金，鑄九鼎，像九州 ”的記載?？上?，原物流傳至二千多年前的春秋戰(zhàn)國時(shí)，因戰(zhàn)亂被毀而失傳。 工程測量學(xué)的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭的促進(jìn)。中華民族偉大象征的萬里長城修建于秦漢時(shí)期，這一規(guī)模巨大的防御工程，從整體布局到修筑，都進(jìn)行了詳細(xì)的勘察測量和施工放樣工作。 20 世紀(jì) 50 年代，世 界各國在建設(shè)大型水工建筑物、長隧道、城市地鐵中，對工程測量提出了一系列要求； 20 世紀(jì) 60 年代，空間技術(shù)的發(fā)展和導(dǎo)彈發(fā)射場建設(shè)促使工程測量進(jìn)一步發(fā)展； 20 世紀(jì) 70 年代以來，高能物理、天體物理、人造衛(wèi)星、宇宙飛行、遠(yuǎn)程武器發(fā)射等，需要建設(shè)各種巨型實(shí)驗(yàn)室，從測量精度和儀器自動(dòng)化方面都對工程測量提出了更高的要求。 現(xiàn)代工程測量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了為工程建設(shè)服務(wù)的狹窄概念，而向所謂的“廣義工程測量學(xué)”發(fā)展。大型特種精密工程建設(shè)和對測繪的要求是工程測量學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。隔河巖大壩外部變形觀測的 GPS 實(shí)時(shí)持續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測點(diǎn)的位置 精度達(dá)到亞毫米級。 。大亞灣核電站控制網(wǎng)最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度達(dá)177。長達(dá) 30 多公里的杭州灣大橋的 GPS首級控制網(wǎng)的最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度高達(dá)177。 長 的秦嶺隧道，洞外 GPS 網(wǎng)的平均點(diǎn)位精度優(yōu)于177。以大型粒子加速器為例，德國漢堡的粒子加速器研究中心，堪稱特種精密工程測量的歷史博物館。用精密激光測距儀 TC2020K 進(jìn)行距離測量，其測距精度與 ME5000 相當(dāng)，平均邊長為 50m 的 3800 條邊，改正數(shù)小于177。主網(wǎng)和加密網(wǎng)采用 GPS 測量，精度優(yōu)于1ppm。 ，根據(jù)三臺(tái)接收機(jī)的坐標(biāo)，按一定幾何模型可計(jì)算出挖煤機(jī)挖斗輪的位置及采煤層的截面，其平面精度為177。 南非某一核電站的冷卻塔高 165m，直徑 163m，在整個(gè)施工過程中，要求每一高程面上塔壁中心線與設(shè)計(jì)尺寸的限差小于177。為此，要根據(jù)精密測量資料擬合出實(shí)際的塔壁中心線作為修改設(shè)計(jì)的依據(jù)。 瑞士阿爾卑斯山的哥特哈德特長雙線鐵路隧道長達(dá) 57km，為該工程的修改特別地重新作了國家大地測量（ LV95），采用 GPS 技術(shù)施測的控制網(wǎng)，以厘米級的精度確定出了整個(gè)地區(qū)的大地水準(zhǔn)面。 高聳建筑物方面，有人設(shè)想，在 21 世紀(jì)將建造 2020m 乃至 4000m 的摩天大廈，這不僅是建筑師的夢想，也是對測量工程師的挑戰(zhàn)。測圖時(shí)可在野外編輯修改圖形，控制測量時(shí)可在測站上平差和得到坐標(biāo)，施工放樣數(shù)據(jù)可在放樣過程中隨時(shí)計(jì)算。 測量過程控制和系統(tǒng)行為的智能化主要指通過程序?qū)崿F(xiàn)對自動(dòng)化觀測儀器的智能化控制。 從整個(gè)學(xué)科的發(fā)展來看，精密工程測量的理論技術(shù)與方法、工程的形變監(jiān)測分析與災(zāi)害預(yù)報(bào)、工程信息系統(tǒng)的建立與應(yīng)用是工程測量學(xué)研究的三個(gè)主要方向。 178。 GPS、 GIS 技術(shù)將緊密結(jié)合工程項(xiàng)目，在 勘測、設(shè)計(jì)、施工管理一體化方面發(fā)揮重大作用。數(shù)據(jù)處理中數(shù)學(xué)物理模型的建立、分析和辨識(shí)將成為工程測量學(xué)專業(yè)教育的重要內(nèi)容。而工程測量學(xué)的發(fā)展又將直接對改善人們的生活環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量起重要作用。但是，人們對地球到底是什么樣子的認(rèn)識(shí)，是經(jīng)歷了相當(dāng)漫長的過程的。大約從公元前 8 世紀(jì)開始，希臘學(xué)者們試圖通過自然哲學(xué)來認(rèn)識(shí)地球。稍后，我國東漢時(shí)期的天文學(xué)家張衡在《渾儀圖注》中對 “渾天說 ”作了完整的闡述，也認(rèn)識(shí)到大地是一個(gè)球體。相反，中國的科學(xué) 技術(shù)這時(shí)卻在迅速發(fā)展。由此確認(rèn)大地是球形的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和大地測量學(xué)科的形成與豐富，人們觀測和認(rèn)識(shí)地球形狀的方法和手段越來越多。南極離地心的距離比北極短 40 米。科學(xué)家們根據(jù)以往資料和宇航員拍下的像片，認(rèn)為最好把地球看作是一個(gè) “不規(guī)則的球體 ”。由于海水受潮汐風(fēng)浪等影響而時(shí)高時(shí)低，故水準(zhǔn)面有無窮多個(gè)，其中與平均海水面相吻合的水準(zhǔn)面稱作 大地水準(zhǔn)面 。同一水準(zhǔn)面上各點(diǎn)的重力位相等，故又將水準(zhǔn)面稱為 重力等位面 ，它具有幾何意義及物理意義。如圖 12 所示，它是由橢圓 NESW 繞短軸 NS 旋轉(zhuǎn)而成。 幾個(gè)世紀(jì)以來，許多學(xué)者分別測算出了許多橢球體元素值，表 11 列出了幾個(gè)著名的橢球體。 1－ 4 地面點(diǎn)位置的確定 地面點(diǎn)的位置需用坐標(biāo)和高程三維量來確定。地理坐標(biāo)是一 種球面坐標(biāo)，視依據(jù)球體的不同而分為天文坐標(biāo)和大地坐標(biāo)。包含地面點(diǎn) P 的鉛垂線且平行于地球自轉(zhuǎn)軸的平面稱為 P 點(diǎn)的 天文子午面 。用 ? 表示，其值為 0?~180?，在本初子午線以東的叫東經(jīng)，以西的叫西經(jīng)。其它垂直于地軸的平面與地球表面的交線稱為 緯線 。 大地坐標(biāo) 以參考橢球面為基準(zhǔn)面，地面點(diǎn)沿橢球面的法線投影在該基準(zhǔn)面上的位置，稱為該點(diǎn)的 大地坐標(biāo) 。用 L 表示，其值分為東經(jīng) 0?~180?和西經(jīng) 0?~180?。 大地坐標(biāo)（ L， B）因所依據(jù)的橢球體面不具有物理意義而不能直接測得，只可通過計(jì)算得到。這樣的規(guī)定，使數(shù)學(xué)中的三角公式在測量坐標(biāo)系中完全適用。如有必要可通過與國家坐標(biāo)系聯(lián)測而納入統(tǒng)一坐標(biāo)系。從幾何意義上看，就是假設(shè)一個(gè)橢圓柱橫套在地球橢球體外并與橢球面上的某一條子午線相切，這條相切的子午線稱為 中央子午線 。 赤道的投影也為一直線，并與中央子午線正交。投 影帶一般分為 6176。帶投影是從英國格林尼治起始子午線開始，自西向東，每隔經(jīng)差 6176。 6176。帶的基礎(chǔ)上劃分的。帶的帶號。帶和 3176。成都位于 6176。對應(yīng)于每一個(gè)投影帶，就有一個(gè)獨(dú)立的高斯平面直角坐標(biāo)系，區(qū)分各帶坐標(biāo)系則利用相應(yīng)投影帶的帶號。由于衛(wèi)星圍繞地球質(zhì)心運(yùn)動(dòng)，所以衛(wèi)星大地測量中需采用地心坐標(biāo)系。 于是，任一地面點(diǎn) P 在地心坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，可表示為（ X， Y， Z）或（ L， B， H）。因此，地面任一點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離就稱為該點(diǎn)的 絕對高程 或 海 拔 ，簡稱 高程 ，用 H 表示。并于 1987 年開始啟用。 地面上兩點(diǎn)之間的高程之差稱為 高差 ，用 h 表示，例如， A 點(diǎn)至 B 點(diǎn)的高差可寫為：ABAB HHHHh ?????? (14) 由上式可知，高差有正、有負(fù)，并用下標(biāo)注明其方向。確定地面點(diǎn)的幾何位置需要進(jìn)行一些測量的基本工作，為了保證測量成果的精度及質(zhì)量需遵 循一定的測量原則。由此看出，地形圖上各點(diǎn)之間的相對位置是由水平距離 D、水平角 β 和 高差 h 決定的，若已知其中一點(diǎn)的坐標(biāo)（ x， y）和過該點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向及該點(diǎn)高程 H，則可借助D、 β 和 h 將其它點(diǎn)的坐標(biāo)和高程算出。 圖 1－ 13 控制測量與碎部測量 思考與練習(xí)題 名詞解釋題 (1) 水準(zhǔn)面 (2) 大地水準(zhǔn)面 (3) 高斯直角坐標(biāo)系 (4) 高程 (5) 相對高程 (6) 任意直角坐標(biāo)系 (7) 水平面 (8) 參考橢球 填空題 (1) 測量工作中的鉛垂線與 ____________面垂直。 (5) 測量工作中采用的平面直角坐標(biāo)與數(shù)學(xué)中的平面直角坐標(biāo)不同之處是 ______________。 (9) 局部地區(qū)的測量工作有時(shí)用任意直角坐標(biāo)系，此時(shí)Ｘ坐標(biāo)軸的正向常取 ________方向。 (3) 地球曲率對 __________（距離，高程，水平角）的測量值影響最大。 地球的形狀為何要用大地體和旋轉(zhuǎn)橢球體來描述？ 水準(zhǔn)面的特性如何？ 球面坐標(biāo)與平面坐標(biāo)有何區(qū)別？天文坐標(biāo)與大地坐標(biāo)有何區(qū)別？ 測量工作的基本原則是什么？ 何謂高程？何謂高差？若已知 A 點(diǎn)的高程為 ，又測得 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的高差為 ，試問B 點(diǎn)的高程為多少？ 第二章 高程 測量 167。水準(zhǔn)測量是利用水平視線來測量兩點(diǎn)間的高差。除 了上述兩種方法外，還有利用大氣壓力的變化，測量高差的氣壓高程測量；利用液體的物理性質(zhì)測量高差的液體靜力高程測量；以及利用攝影測量的測高等方法，但此方法較少采用。根據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)面得出的高程稱為“ 1956 黃海高程系”。根據(jù)新的高程基準(zhǔn)面，得出青島水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為 。這些高程控制點(diǎn)稱 水準(zhǔn)點(diǎn) ，工程上常用 BM 來標(biāo)記、水準(zhǔn)點(diǎn)一般用混凝土標(biāo)石制成，頂部嵌有金屬或瓷質(zhì)的標(biāo)志 (圖 2－ 1)。 圖 2－ 1 167。即： bahAB ?? (2－ 1) 如果 A 為已知高程的點(diǎn)， B 為待求高程的點(diǎn)，則 B 點(diǎn)的高程為： ABAB hHH ?? (2－ 2) 讀數(shù) a 是在已知高程點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)，稱為“后視讀數(shù)”； b 是在待求高程點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)，稱為“前視讀數(shù)”。所以說明高差時(shí)必須標(biāo)明高差的正負(fù)號，同時(shí)要說明測量進(jìn)行的方向。立標(biāo)尺的點(diǎn) ?稱為 轉(zhuǎn)點(diǎn) ，它們在前一測站先作為待求高程的點(diǎn)，然后在下一測站再作為已知高程的點(diǎn)，轉(zhuǎn)點(diǎn)起傳遞高程的作用。此時(shí)，水準(zhǔn)儀在每一測站上除了要讀出后視和前視讀數(shù)外， 同時(shí)要對這一測站范圍內(nèi)需要測量高程的點(diǎn)上立尺讀取讀數(shù)，如圖中在 1P 、 2P 等點(diǎn)上立尺讀出 1c 、 2c 等讀數(shù)。計(jì)算的檢核仍用公式： ABAB HHbah ?????? 167。 我國的水準(zhǔn)儀系列標(biāo)準(zhǔn)分為 DS0 DS DS3 和 DS20四個(gè)等級。 (a) (b) 圖 2－ 5 水準(zhǔn)尺用優(yōu)質(zhì)木材或鋁合金制