【正文】 00 多個目標(biāo)點，在夜間可完成全部精密測量工作。精密測量不僅是施工的質(zhì)量保證，為整治工程病害提供可靠的資料，同時也能對整治效果作出精確評價。為加快進度和避開不良地質(zhì)段，中間設(shè)了三個豎井，共四個貫通面，較只設(shè)一個貫通面可縮短工期 11 年。整個工程的測量工作集中反 映了工程測量的最新技術(shù)。 二、工程測量學(xué)的發(fā)展展望 工程測量的發(fā)展趨勢和特點可概括為：測量內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化；數(shù)據(jù)獲取及處理的自動化；測量過程控制和系統(tǒng)行為的智能化；測量成果和產(chǎn)品的數(shù)字化；測量信息管理的可視化；信息共享和傳播的網(wǎng)絡(luò)化。 測量內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化系指測量內(nèi)業(yè)和外業(yè)工作已無明確的界限，過去只能 在內(nèi)業(yè)完成的事現(xiàn)在在外業(yè)可以很方便地完成。 數(shù)據(jù)獲取及處理的自動化主要指數(shù)據(jù)的自動化流程。用測量機器人還可實現(xiàn)了無人觀測即測量過程的自動化。 測量成果和產(chǎn)品的數(shù)字化是指成果的 形式和提交方式，只有數(shù)字化才能實現(xiàn)計算機處理和管理。 信息共享和傳播的網(wǎng)絡(luò)化是在數(shù)字化基礎(chǔ)上進一步錦上添花，包括在局域網(wǎng)和國際互連網(wǎng)上實現(xiàn)。 展望未來，工程測量學(xué)在以下方面將得到顯著發(fā)展： 178。在變形觀測數(shù)據(jù)處理和大型工程建設(shè)中，將發(fā)展基于知識的信息系統(tǒng)，并進一步與大地測量、地球物理、工程與水文地質(zhì)以及土木建筑等學(xué)科相結(jié)合，解決工程建設(shè)中以及運行期間的安全監(jiān)測、災(zāi)害防治和環(huán)境保護的各種問題。工程測量將從土木工程測量、三維工業(yè)測量擴展到人體科學(xué)測量，如人體各器官或部位的顯微測量和顯微圖像處理； 178。 178。 178。 178。 綜上所述，工程測量學(xué)的發(fā)展，主要表現(xiàn)在從一維、二維到三維乃至四維，從點信息到面信息獲取，從靜態(tài)到動態(tài)，從后處理到實時處理，從人眼觀測操作到機器人自動尋標(biāo)觀測，從大型特種工程到人體測量工程，從高 空到地面、地下以及水下，從人工量測到無接觸遙測，從周期觀測到持續(xù)測量。一方面，隨著人類文明的進展，對工程測量學(xué)的要求愈來愈高，服務(wù)范圍不斷擴大；另一方面，現(xiàn)代科技新成就，為工程測量學(xué)提供了新的工具和手段，從而推動了工程測量學(xué)的不斷發(fā)展。 167。 在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，人類對自己 居住的地球面貌已愈來愈清楚明白。 古代，由于科學(xué)技術(shù)不發(fā)達，對地球的樣子曾流傳過許各傳說和神話，人類只能通過簡單的觀察和想象來認識地球。西方的古人按照自己所居住的陸地為大海所包圍，就認為“地如盤狀，浮于無垠海洋之上”。到公元前 6 世紀(jì)后半葉，畢達哥拉斯提出了地為圓球的說法。 直到公元前 3 世紀(jì)，亞歷山大學(xué)者埃拉托色尼首創(chuàng)子午圈弧度測量法，實際測量緯度差來估測地圓半徑，最早證實了 “地圓說 ”。但在其天文著作《靈憲》中又說天圓地平。 從公元 6 世紀(jì)開始，西方在宗教桎梏之下，人們不但不繼續(xù)沿著認識物質(zhì)世界的道路邁步前進，反而倒退了。公元 8 世紀(jì)的 20 年代，唐朝高僧一行派太史監(jiān)南宮說在河南平原進行了弧度測量，其距離和緯差都是實地測量的，這在世界尚屬首次。之后，阿拉伯也于 9 世紀(jì)進行了富有成果的弧度測量。但由于那時人類的活動范圍很有限，其真實形狀都沒有得到實踐檢驗。 但是，人類對地球的認識并未就此結(jié)束。三角測量、重力測量、天文測量等等都是重要手段。到 20世紀(jì) 50 年代末期，人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，通過衛(wèi)星觀測發(fā)現(xiàn)，南北兩個半球是不對稱的。因此，又有人把地球描繪成梨形。 1969 年 7 月 20 日，美國登月宇宙飛船 “阿波 羅 ”11 號的宇航員登上月球的時候，就看到了帶藍色的渾圓的地球，有如在地球上觀月亮一樣。 地球的自然表面是很不規(guī)則的，其上有高山、深谷、丘陵、平原、江湖、海洋等，最高的珠穆朗瑪峰高出海平面 ，最深的太平洋馬里亞納海溝低于海平面 11022m，其相對高差不足 20km，與地球的平均半徑 6371km 相比，是微不足道的，就整個地球表面而言，陸地面積僅占 29%，而海洋面積占了 71%。靜止的海水面稱作 水準(zhǔn)面 。由大地水準(zhǔn)面所包圍的形體稱為 大地體 。 圖 1－ 1 地球自然表面 圖 1－ 2 旋轉(zhuǎn)橢球體 水準(zhǔn)面的特性是處處與鉛垂線相垂直。水準(zhǔn)面和鉛垂線就是實際測量工作所依據(jù)的面和線。因此人們進一步設(shè)想，用一個與大地體非常接近的又能用數(shù)學(xué)式表述的規(guī)則球體即旋轉(zhuǎn)橢球體來代表地球的形狀。旋轉(zhuǎn)橢球體的形狀和大小由橢球基本元素確定，即 長半軸 a 短半軸 b 扁 率 aba??? 某一國家或地區(qū)為處理測 量成果而采用與大地體的形狀大小最接近，又適合本國或本地區(qū)要求的旋轉(zhuǎn)橢球，這樣的橢球體稱為 參考橢球體 。參考橢球體面只具有幾何意義而無物理意義，它是嚴(yán)格意義上的測量計算基準(zhǔn)面。我國的 1954 年北京坐標(biāo)系采用的是克拉索夫斯基橢球， 1980 國家大地坐標(biāo)系采用的是 1975 國際橢球，而全球定位系統(tǒng)（ GPS）采用的是 WGS84 橢球。 167。坐標(biāo)表示地面點投影到基準(zhǔn)面上的位置，高程表示地面點沿投影方向到基準(zhǔn)面的距離。 一、地理坐標(biāo) 當(dāng)研究和測定整個地球的形狀或進行大區(qū)域的測繪工作時，可用地理坐標(biāo)來確定地面點的位置。 天文坐標(biāo) 以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面，地面點沿鉛垂線投影在該基準(zhǔn)面上的位置，稱為該點的 天文坐標(biāo) 。如圖 13 所示，將大地體看作地球， NS 即為地球的自轉(zhuǎn)軸， N 為北極， S為南極， O 為地球體中心。天文子午面與地球表面的交線稱為 天文子午線 ，也稱 經(jīng)線 。 過點 P 的天文子午面與起始子午面所夾的兩面角就稱為 P 點的 天文經(jīng)度 。 圖 1－ 3 天文坐標(biāo) 圖 1－ 4 大地坐標(biāo) 通過地球體中心 O 且垂直于地軸的平面稱為 赤道面 。赤道面與地球表面的交線稱為 赤道 。過點 P 的鉛垂線與赤道面之間所夾的線面角就稱為 P 點的 天文緯度 。 天文坐標(biāo)（ ?， ? ）是用天文測量的方法實測得到的。該坐標(biāo)用大地經(jīng)度和大地緯度表示。過 P 點的大地子午面與起始大地子午面所夾的兩面角就稱為 P 點的 大地經(jīng)度 。過點 P 的法線與橢球赤道面所夾的線面角就稱為 P 點的 大地緯度 。我國 1954 年北京坐標(biāo)系和 1980 年國家大地坐標(biāo)系就是分別依據(jù)兩個不同的橢球建立的大地坐標(biāo)系。它與天文坐標(biāo)有如下關(guān)系式： ?????????BL cos (11) 式中的 ?為過同一地面點的垂線與法線的夾角在東西方向上的垂線偏差分量， ? 為在南北方向上的垂線偏差分量。測量工作中所用的平面直角坐標(biāo)與數(shù)學(xué)上的直角坐標(biāo)基本相同，只是測量工作以 x 軸為縱軸，一般表示南北方向，以 y 軸為橫軸一般表示東西方向，象限為順時針編號，直線的方向都是從縱軸北端按順時針方向度量的，如圖 15 所示。 獨立測區(qū)的平面直角坐標(biāo) 當(dāng)測區(qū)的范圍較小，能夠忽略該區(qū)地球曲率的影響而將其當(dāng)作平面看待時，可在此平面上建立獨立的直角坐標(biāo)系。測區(qū)內(nèi)任一地面點用坐標(biāo)（ x， y）來表示，它們與本地區(qū)統(tǒng)一坐標(biāo)系沒有必然的聯(lián)系而為獨立的平面直角坐標(biāo)系。經(jīng)過估算，在面積為 300km2 的多邊形范圍內(nèi)，可以忽略地球曲率影響而建立獨立的平面直角坐標(biāo)系，當(dāng)測量精度要求較低時，這個范圍還可以擴大數(shù)倍。目前我國采用的是高斯投影，高斯投影是由 德國數(shù)學(xué)家、測量學(xué)家高斯提出的一種橫軸等角切橢圓柱投影，該投影解決了將橢球面轉(zhuǎn)換為平面的問題。假想在橢球體中心放置一個光源，通過光線將橢球面上一定范圍內(nèi)的物象映射到橢圓柱的內(nèi)表面上，然后將橢圓柱面沿一條母線剪開并展成平面，即獲得投影后的平面圖形，如圖 16 所示。其余的經(jīng)線投影為凹向中央子午線的對稱曲線，長度較球面上的相 應(yīng)經(jīng)線略長。其余的緯線投影為凸向赤道的對稱曲線。 (a) (b) 圖 1－ 6 高斯投影概念 高斯投影沒有角度變形，但有長度變形和面積變形， 離中央子午線越遠，變形就越大，為了對變形加以控制，測量中采用限制投影區(qū)域的辦法，即將投影區(qū)域限制在中央子午線兩側(cè)一定的范圍，這就是所謂的分帶投影，如圖 17 所示。帶和 3176。 6176。分為一帶，將地球分成 60個帶，其編號分別為 ? 、 60。帶的帶號。帶的最大變形在赤道與投影帶最外一條經(jīng)線的交點上，長度變形為 ％ ，面積變形為 ％。投影帶是在 6176。每 3176。帶中央 子午線重合，每帶的中央子午線經(jīng)度可用下式計算： ??? nL 33 （ 13） 式中 n? 為 3176。 3176。 圖 1－ 7 投影分帶 圖 1－ 8 6176。帶投影 我國領(lǐng)土位于東 經(jīng) 72?— 136?之間 ，共包括了 11 個 6176。投影帶，即 24— 45 帶。帶的第 18 帶，中央子午線經(jīng)度為 105176。如圖 19 所示。 在每一投影帶內(nèi)， y 坐標(biāo)值有正有負，這對計算和使用均不方便，為了使 y 坐標(biāo)都為正值，故將縱坐標(biāo)軸向西平移 500km（半個投影帶的最大寬度不超過 500km），并在 y 坐標(biāo)前加上投影帶的帶號。 圖 19 高斯平面直角坐標(biāo) 三、地心坐標(biāo)系 衛(wèi)星大地測量是利用空中衛(wèi)星的位置來確定地面點的位置。該系統(tǒng)一般有兩種表達式，如圖 110 所示。 地心 大地坐標(biāo)系 ：橢球體中心與地球質(zhì)心重合，橢球短軸與地球自轉(zhuǎn)軸相合，大地經(jīng)度 L 為過地面點的橢球子午面與格林尼治平子午面的夾角，大地緯度 B 為過地面點的法線與橢球赤道面的夾角，大地高 H 為地面點沿法線至橢球面的距離。二者之間有一定的換算關(guān)系。 四、高程 在一般的測量工作中都以大地水準(zhǔn)面作為高程起算的基準(zhǔn)面。如圖 111 所示，圖中的 HA、 HB分別表示地面上 A、 B 兩點的高程。新的國家高程基準(zhǔn)面是根據(jù)青島驗潮站 1952~1979 年間的驗潮資料計算確定的，依此基準(zhǔn)面建立的高程系統(tǒng)稱為“ 1985 國家高程基準(zhǔn)”。 圖 1－ 10 空間直角坐標(biāo)系 圖 1－ 11 地面點的高程 當(dāng)測區(qū)附近暫沒有國家高程點可聯(lián)測時，也可臨時假定一個水準(zhǔn)面作為該區(qū)的高程起算面。如圖 18 中的 H?A、 H?B分別為地面上A、 B 兩點的假定高程。在土木建筑工程中，又將絕對高程和相對高程統(tǒng)稱為 標(biāo)高 。 1－ 5 測量工作概述 測量工作的基本任務(wù)是要確定地面點的幾何位置。 一、測量的基本工作 如圖 112 所示， A、 B、 C、 D、 E 為地面上高低不同的一系列點，構(gòu)成空間多邊形 ABCDE，圖下方為水平面。地形圖就是將地面點正射投影到水平面上后再按一定的比例尺縮繪至圖紙上而成的。因此，不論進行任何測量工作，在實地要測量的基本要素都是： 1. 距離（水平距離或斜距）； 2. 角度（水平角和豎直角）； 3. 直線的方向； 4. 高程（高差）。測量工作不能一開始就測量碎部點，而是先在測區(qū)內(nèi)統(tǒng)一選擇一些起控制作用的點，將它們的平面位置和高程精確地測量計算出來，這些點被稱作 控制點 ，由控制點構(gòu)成的幾何圖形稱作 控制網(wǎng) ，然后再根據(jù)這些控制點分別測量各自周圍的碎部點，進而繪制成圖，如圖 113 所示的多邊形 ABCDEF 就是該測區(qū)的控制網(wǎng)。 (2) 水準(zhǔn)面上的任意一點都與 ____________垂直。 (4) 珠穆郎瑪峰的高程是 ，此值是指該峰至 ____________處的 ________長度。 (6) 確定地面上的一個點的位置常用三個坐標(biāo)值，它們是⒈ ________⒉ ________⒊ __________。 (8) 實際測量工作中依據(jù)的基準(zhǔn)線是 ________________線。 (10) 普通測量工作有三個基本測量要素，它們是⒈ ________⒉ ________⒊ ________。 (2) 不論處于何種位置的靜止液體表面 ____________（并不都是，都稱為）水準(zhǔn)面。 (4) 在小范圍內(nèi)的一個平靜湖面 上有 A、 B 兩點，則 B 點相對于 A 點的高差 __________（＞ 0，＜ 0，＝ 0，≠ 0）。 (6) 平均海水面 ____________（是，不是）參考橢球面。 2－ 1 高程測量概述 高程是確定地面點位置的基本要素之一，所以高程測量是四種基本測量工作之一。 進行高程測量的主要方法有 水準(zhǔn)測量 和 三角高程測量 。由于水準(zhǔn)測量的精度較高，所以是高程測量中最主要的方法。三角高程測量一般精度較低，只是在適當(dāng)?shù)臈l件下才被采用。 高程測量的任務(wù)是求出點的高程，即求出該點到某一基準(zhǔn)面的垂直距離。解放后我國采用青島驗潮站 1950～ 1956 年觀測結(jié)果求得的黃海平均海水面作為高程基準(zhǔn)面。為了確定高程基準(zhǔn)面的位置，在青島建立了 一個與驗潮站相聯(lián)系的水準(zhǔn)原點，并測得其高程為 。從 1989 年起，國家規(guī)定采用青島驗潮站 1952～ 1979年的觀測資料，計算得出的平均海水面作為新的高程基準(zhǔn)面，稱為“ 1985國家高程基準(zhǔn)”。所以在使用已有的高程資料時，應(yīng)注意到高程基準(zhǔn)面的差異。就是先在測區(qū)內(nèi)設(shè)立一些高程控制點，并精確測出它們的高程，然后根據(jù)這些高程控制點測量附近其他點