【正文】 平面上，采用了一種雙重正形投影。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。為了減少能量 損失，改用直線加速器代替環(huán)形加速器，正在建的直線加速器長達(dá) 30km， 100～ 300m 的磁件相鄰精度要求優(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。已貫通的輔助隧道，在僅有一個貫通面的情況下，貫通后實(shí)測的橫向貫通誤差為 12mm，高程方向的貫通誤差只有 3mm。 長 的秦嶺隧道，洞外 GPS 網(wǎng)的平均點(diǎn)位精度優(yōu)于177。高 454m 的上海東方明珠電視塔對于長 114 米、重 300 噸的鋼 桅桿天線，安裝的鉛垂準(zhǔn)直誤差僅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。 。大亞灣核電站控制網(wǎng)最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度達(dá)177。 ， 200 米長的直線段漂移管準(zhǔn)直精度達(dá)177。 。 。隔河巖大壩外部變形觀測的 GPS 實(shí)時持續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測點(diǎn)的位置 精度達(dá)到亞毫米級。 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(xiàng)目之多，都堪稱世界之最。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)展的動力。 從工程測量學(xué)的發(fā)展歷史可以看出，它的發(fā)展經(jīng)歷了一條從簡單到復(fù)雜、從手工操作到測量自動化、從常規(guī)測量到精密測量的發(fā)展道路，它的發(fā)展始終與當(dāng)時的生產(chǎn)力水平相同步，并且能夠滿足大型特種精密工程中對測量所提出的愈來愈高的需求。 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。由于儀器的進(jìn)步和測量精度的提高， 工程測量的領(lǐng)域日益擴(kuò)大，除了傳統(tǒng)的工程建設(shè)三階段的測量工作外，在地震觀測、海底探測、巨型機(jī)器、車床、設(shè)備的荷載試驗(yàn)、高大建筑物（電視發(fā)射塔、冷卻塔）變形觀測、文物保護(hù)，甚至在醫(yī)學(xué)上和罪證調(diào)查中，都應(yīng)用了最新的精密工程測量儀器和方法。 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化方面都對工程測量提出了更高的要求。直到二十世紀(jì)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(kuò)大，工程測量學(xué)才受到人們的重視，并發(fā)展成為測繪學(xué)的一個重要分支。中華民族偉大象征的萬里長城修建于秦漢時期，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。修建中應(yīng)用了測量工具進(jìn)行地形勘測、定線測量和隧道定向開挖測量。 工程測量學(xué)的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭的促進(jìn)。在《山海經(jīng)圖》的“五藏三經(jīng)圖”上，畫著山、水、動物、植物、礦物等，而且注記著道里的方位，是較規(guī)范的地圖形式。可惜，原物流傳至二千多年前的春秋戰(zhàn)國時，因戰(zhàn)亂被毀而失傳。意思是說，在夏朝極盛時期，遠(yuǎn)方的人把地貌、地物以及禽獸畫成圖，而九州的長官把圖和一些金屬當(dāng)作禮品獻(xiàn)給夏禹，禹收下 “九牧之金 ”鑄成鼎，并把遠(yuǎn)方人畫的畫鑄在鼎上，以便百姓從這些圖畫中辨別各種事物?！稘h書 .郊毅志》中有： “禹收九牧之金，鑄九鼎，像九州 ”的記載。到了明朝洪武四年，全國進(jìn)行土地大清查和勘丈，編制的魚鱗圖冊，是世界最早的地籍圖冊。隋唐實(shí)行均田制，建立戶籍冊。 公元前十四世紀(jì)，在幼發(fā)拉底河與尼羅河流域曾進(jìn)行過土地邊界的劃分測量。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。早期的水利工程多為河道的疏導(dǎo)，以利防洪和灌溉，其主要的測量工作是確定水位和堤壩的高度。），左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩、載四時，以開九州，通九道，陂九澤，度九山。我國早在二千多年前的夏商時代，為了治水就開始了水利工程測 量工作。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)。 1－ 2 工程測量學(xué)發(fā)展簡史 一、工程測量學(xué)的發(fā)展概況 工程測量學(xué)是一門歷史悠久的學(xué)科，是從人類生產(chǎn)實(shí)踐中逐漸發(fā)展起來的。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，為土地資源評價和估算、土壤改良、農(nóng)業(yè)區(qū)劃提供科學(xué)依據(jù)。建設(shè)現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)，首先要進(jìn)行土地資源調(diào)查，摸清土地 “家底 ”，而且還要充分認(rèn)識各地區(qū)的具體條件，進(jìn)而制定出切實(shí)可行的發(fā)展規(guī)劃。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。鐵路公路的建設(shè)從選線、勘測設(shè)計(jì)，到施工 建設(shè)都離不開測量。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?？碧饺藛T在野外工作，離不開地圖，從確定勘探地域到最后繪制地質(zhì)圖、地貌圖、礦藏分布圖等，都需要用測量技術(shù)手段。 （ 2）資源勘察與開發(fā)離不開測量學(xué)。 （ 1）城鄉(xiāng)規(guī)劃和發(fā)展離不開測量學(xué)。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)展的各個領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。它的基本任務(wù)是利用各種測量 成果編制各類地圖，其內(nèi)容一般包括地圖投影、地圖編制、地圖整飾和地圖制印等分支。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?？⒐ず蟮臓I運(yùn)管理階段的測量，包括 竣工測量以及為監(jiān)視工程安全狀況的變形觀測與維修養(yǎng)護(hù)等測量工作。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)。規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測量主要是提供地形資料。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)。根據(jù)獲得影像的方式及遙感距離的不同，本學(xué)科又分為地面攝影測量學(xué)，航空攝影測量學(xué)和航天遙感測量等。 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。 地形測量學(xué) (Topography)—— 是研究如何將地球表面局部區(qū)域內(nèi)的地物、地貌及其它有關(guān)信息測繪成地形圖的理論、方法和技術(shù)的學(xué)科。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)報等提供重要資料。它的主要任務(wù)有三個方面：一是研究確定地球的形狀和大小，為地球科學(xué)提供必要的數(shù)據(jù)和資料；二是將地球表面的地物地貌測繪成圖；三是將圖紙上的設(shè)計(jì)成果測設(shè)至現(xiàn)場。第一章 緒 論 167。 1－ 1 工程測量學(xué)的任務(wù)及作用 一、測量學(xué)及其分類 測量學(xué)是研究獲取反映地球形狀、地球重力場、地球上自然和社會要素的位置、形狀、空間關(guān)系、區(qū)域空間結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)的科學(xué)和技術(shù)。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。按照測量手段的不同，大地測量學(xué)又分為常規(guī)大地測量學(xué)、衛(wèi)星大地測量學(xué)及物理大地測量學(xué)等。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。其基本任務(wù)是通過對攝影像片或遙感圖像進(jìn)行處理、量測、解譯，以測定物體的形狀、大小和位置進(jìn)而制作成圖。 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)。 按工程建設(shè)的進(jìn)行程序，工程測量可分為規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測量，施工興建階段的測量和竣工后的運(yùn)營管理階段的測量。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。一般也要求先建立施工控制網(wǎng)，然后根據(jù)工程的要求進(jìn)行各種測量工作。 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。 地圖制圖學(xué) (Cartography)—— 是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、編繪、復(fù)制的技術(shù)、方法以及應(yīng)用的學(xué)科。 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。工程測量是直接為工程建設(shè)服務(wù)的，它的服務(wù)和應(yīng)用范圍包括城建、地質(zhì)、鐵路、交通、房地產(chǎn)管理、水利電力、能源、航天和國防等各種工程建設(shè)部門，可列舉一些如下。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)面貌的動態(tài)信息，以促進(jìn)城鄉(xiāng)建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。地球蘊(yùn)藏著豐富的自然資源，需要人們?nèi)ラ_發(fā)。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。 （ 3）交通運(yùn)輸、水利建設(shè)離不開測量。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)。 （ 4）國土資源調(diào)查、土地利用和土壤改良離不開測量。測量為這些工作提供了一個有效的工具。 167。在古代，它與測量學(xué)并沒有嚴(yán)格的界限。 早在公元前二十七世紀(jì)建設(shè)的埃及大金字塔，其形狀與方向都很準(zhǔn)確，這說明當(dāng)時就已有了放樣的工具和方法。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”這里所記錄的就是當(dāng)時的工程勘測情景，準(zhǔn)繩和規(guī)矩就是當(dāng)時所用的測量工具，準(zhǔn)是可揆（ kiu）平的水準(zhǔn)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、測長度、高度、深度和畫圓畫矩形的通用測量儀器。秦代李冰父子領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰水利樞紐工程，曾用一個石頭人來標(biāo)定水位 ，當(dāng)水位超過石頭人的肩時，下游將受到洪水的威脅；當(dāng)水位低于石頭人的腳背時，下游將出現(xiàn)干旱。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(zhǔn)測量的結(jié)果。我國的地籍管理和土地測量最早出現(xiàn)在殷周時期，秦、漢過渡到私田制。宋朝按鄉(xiāng)登記和清丈土地，出現(xiàn)地塊圖。 早在 公元前一千多年以前，我國就誕生了地圖?！蹲髠鳌分杏校?“惜夏方有德也，遠(yuǎn)方圖物，貢金九牧，鑄鼎像物，百物而為之備，使民知神奸 ”。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。 據(jù)宋 代思想家朱熹推斷，后來的《山海經(jīng)圖》是從夏代九鼎圖像演變而來的，也是一種原始地圖。由此可以說，中國在夏代已經(jīng)有了原始的地圖。中國戰(zhàn)國時期修筑的午道，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。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。 工程測量學(xué)的發(fā)展在很長的一段時間內(nèi)是非常緩慢的。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。二十世紀(jì)末，人類科學(xué)技術(shù)不斷向著宏觀宇宙和微觀粒子世界延伸，測量對象不僅限于地面而且深入地下、水域、空間和宇宙，如核電站、摩天大樓、海底隧道、跨海大橋、大型正負(fù)電子對撞機(jī)等。 1964 年國際測量師聯(lián)合會（ FIG）為了促進(jìn)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(xué)在國際上作為一門獨(dú)立的學(xué)科開展活動。蘇黎世高等工業(yè)大學(xué)馬西斯教授指出：“一切不屬 于地球測量，不屬于國家地圖集范疇的地形測量和不屬于官方的測量，都屬于工程測量”。舉世矚目的三峽水利樞扭工程，小浪底、二灘和溪洛渡等水利樞扭工程；長達(dá) 30 多公里的杭州灣大橋和東海大橋工程；已竣工的秦嶺隧道（ km），山西省引黃工程南干線 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。下面結(jié)合國內(nèi)外有關(guān)工程予以說明。如對滑坡體變形與失穩(wěn)研究的計(jì)算機(jī)智能仿真系統(tǒng)，擬進(jìn)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。該工程用地面方法建立的變形監(jiān)測網(wǎng)，其最弱點(diǎn)精度優(yōu)于177。 北京正負(fù)電子對撞機(jī)的精密控制網(wǎng)，點(diǎn)位精度達(dá)177。設(shè)備定位精度優(yōu)于177。 。 2mm，秦山核電站的環(huán)型安裝測量控制網(wǎng)的精度高達(dá)177。 武漢長江二橋全橋的貫通精度（跨距和墩中心偏差）達(dá)毫米級。 。 9mm。 3mm，一等精密水準(zhǔn)線路長 120 多公里。 國外的大型特種精密工程更不勝枚舉。 1959 年建的同步加速器，直徑僅 100m， 1978 年的正負(fù)電子儲存環(huán)，直徑 743m， 1990 年的電子質(zhì)子儲存環(huán)，直徑 2020m。 ，磁件的精密定位精度僅幾個微米，并能以納米級的精度確定直線度。 的占 95%。所作的各種精密測量，均考慮了重力和潮汐的影響。 德國的露天煤礦大型挖煤機(jī)開挖量動態(tài)測量計(jì)算系統(tǒng)是 GPS、 GIS 技術(shù)相結(jié)合在大型特種工程中應(yīng)用的一個典型例子。為了實(shí)時動態(tài)地得到挖煤機(jī)的采煤量，在其上安置了三臺 GPS 接收機(jī)，與參考站進(jìn)行無線電實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸和差分動態(tài)定位，挖煤機(jī)上兩點(diǎn)間距離的精度可達(dá)177。 3cm，高程精度為177。結(jié)合露天煤礦的數(shù)字 地面模型，可計(jì)算出采煤量，經(jīng)對比試驗(yàn)，其精度高達(dá) 4%。 50mm，在塔高方向上每 10m 的相鄰精度優(yōu)于177。由于在建造過程中發(fā)現(xiàn)地基地質(zhì)構(gòu)造不良，出現(xiàn)不均勻沉陷，使塔身產(chǎn)生變形。采用測量機(jī)器人用極坐標(biāo)法作三維測量，對每一施工層，沿塔外壁設(shè)置了 16