一、工程測量學的基本内容和發展

測量學是研究測定地面點的幾何位置、地形形狀、地球重力場,以及地球表面自然形态和人工設施的幾何形态的科學。制圖學是結合社會和自然信息的地理分布,研究繪制全球和局部地區各種比例尺的地形圖和專題地圖的理論和技術的科學。測量學和制圖學兩個部分共同組成了測繪學。作為一門綜合性1學科,測量學根據研究對象和工作任務的不同可分為大地測量學、地形測量學、攝影測量與遙感學、工程測量學等學科。

工程測量是測繪科學與技術在國民經濟和國防建設中的直接應用。其主要研究各種工程在規劃設計施工建設和運營管理各階段所進行的各種測量工作。按行業劃分成:線路(鐵路、公路等)工程測量水利工程測量、橋隧工程測量、建築工程測量、礦山測量、海洋工程測量、軍事工程測量、三維工業測量等。

工程測量學的主要任務分為兩個：

★測定(測繪)–––由地面到圖形。指使用測量儀器,通過測量和計算,得到一系列測量數據,或把地球表面的地形縮繪成地形圖。

★測設(放樣) –––由圖形到地面。指把圖紙上規劃設計好的建築物、構築物的位置在地面上标定出來,作為施工的依據。

展望21世紀,工程測量學在以下方面将得到顯著發展:①測量機器人将作為多傳感器集成系統在人工智能方面得到進一步發展,其應用範圍将進一步擴大,影像、圖形和數據處理方面的能力進一步增強;②在變形觀測數據處理和大型工程建設中,将發展基于知識的信息系統,并進一步與大地測量、地球物理、工程與水文地質以及土木建築等學科相結合,解決工程建設中以及運行期間的安全監測、災害防治和環境保護的各種問題;③多傳感器的混合測量系統将得到迅速發展和廣泛應用,如GPS接收機與電子全站儀或測量機器人集成,可在大區域乃至國家範圍内進行無控制網的各種測量工作;④GPS、GIS技術将緊密結合工程項目,在勘測、設計、施工管理一體化方面發揮重大作用;⑤大型和複雜結構建築、設備的三維測量、幾何重構以及質量控制将是工程測量學發展的一個特點。⑥數據處理中,數學物理模型的建立、分析和辨識将成為工程測量學專業教育的重要内容。綜上所述,工程測量學的發展,主要表現在從一維、二維到三維、四維,從點信息到面信息獲取，從靜态到動态,從後處理到實時處理,從人眼觀測操作到機器人自動尋标觀測,從高空到地面、地下以及水下,從人工量測到無接觸遙測,從周期觀測到持續測量。測量精度從毫米級到微米乃至納米級。工程測量學的上述發展将直接對改善人們的生活環境,提高人們的生活質量起重要作用。

二、建築工程測量的任務

★建築工程測量包括建築工程在勘測設計、施工建設和運營管理階段所進行的各種測量工作,是測量學的一個組成部分。它的主要任務如下。

(1)測繪大比例尺地形圖。把工程建設區域内的地貌和各種物體的幾何形狀及其空間位置,依照規定的符号和比例尺繪成地形圖,并把建築工程所需的數據用數字表示出來,為規劃設計提供圖紙和資料。

(2)施工放樣和竣工測量。把圖紙上規劃設計好的建(構)築物,按照設計要求在現場标定出來,并作為施工的依據;配合建築施工,進行各種測量工作,确保施工質量;開展竣工測量,為工程驗收日後擴建和維修管理提供資料。每、

(3)建築物變形觀測。對于一些重要建(構)築物,在施工和運營期間,定期進行變形觀測,以了(構)築物的變形規律,監視其安全施工和運營。

★由此可見,測量工作貫穿于工程建設全過程,其工作質量直接關系到工程建設的速度和質量。因此,建築工程類的學生必須掌握必要的測量知識和技能。

三.地面點位的确定

★地面點位的确定,一般需要三個量。在測量工作中,我們一般用某點在基準面上的投影位置(x,y和該點離基準面的高度(H)來确定。

(一)測量基準面

1.測量工作基準面––水準面、大地水準面

測量工作是在地球表面進行的,而海洋占整個地球表面的71%,故最能代表地球表面的是海水面,人們将海水面所包圍的地球形體看作地球的形狀。水準面是指任何自由靜止的水面。水準面的特性是處處與重力方向垂直。水準面因其高度不同而有無數個,其中與不受風浪和潮汐影響的靜止海水面相吻合的水準面稱為大地水準面(如圖0–1所示)。大地水準面有且隻有一個,具有唯一性,所以可以作為測量工作的基準面。

鉛垂線就是重力方向線,可用懸挂垂球的細線方向來表示,細線的延長線通過垂球尖端。與鉛垂線正交的直線稱為水平線,與鉛垂線正交的平面稱為水平面。由于鉛垂線處處與大地水準面垂直,所以鉛垂線是測量工作的基準線。

鉛垂線就是重力方向線,可用懸挂垂球的細線方向來表示,細線的延長線通過垂球尖端。與鉛垂線正交的直線稱為水平線,與鉛垂線正交的平面稱為水平面。由于鉛垂線處處與大地水準面垂直,所以鉛垂線是測量工作的基準線。

​2.測量計算基準面––旋轉橢球

由于地球内部質量分布不均勻,引起鉛垂線的方向産生不規則的變化,緻使大地水準面成為一個複雜的曲面,無法在這個曲面上進行測量數據的處理。為了計算方便,通常用個非常接近于大地水準面,并可用數學式來表示的幾何體來代替地球的形狀,這就産生了“旋轉橢球”的概念。

旋轉橢球:由一橢圓(長半軸a,短半軸b)繞其短半軸b旋轉而成的橢球體,如圖0-2。