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1、 一、学科地位和研究应用领域 1. 学科定义 工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。 2. 学科地位 测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现代发展的一级学科。该学科无论怎样发展，服务领域无论怎样拓宽，与其他学科的交叉无论怎样增多或加强，学科无论出现怎样的综合和细分，学科名称无论怎样改变，学科的本质和特点都不会改变。总的来说，整个学科的二级学科仍应作如下划分： 大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量)； 工程测量学(含近景摄影测量和矿
2、山测量)； 航空摄影测量与遥感学； 地图制图学； 不动产地籍与土地整理。 3. 研究应用领域 目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分；也有按行业划分成：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、3维工业测量等，几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。 由于工程测量的研究应用领域非常广泛，发展变化也很快，因此写书十分困难。目前国内外没有一本全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材。 二、 工程测量学的内容 如果按其服务的对象来讲，包括 工业 建设测量、铁路公路测量、桥梁
3、测量、隧道及地下工程测量，水利工程建设测量、输电线路及输油管道测量及城市建设测量。一般的工程建设基本上可以分为三个阶段，即规划设计阶段、建筑施工阶段与经营管理阶段。 2.1工程建设规划设计阶段的测量工作在本阶段中，主要是提供各种比例尺的地形图与地形数字资料，另外还要为工程地质勘探、水文地质勘探及水文测验进行测量。对于重要的工程或地质条件不良的地区进行建设则还要对地层的稳定性进行观测。 2.2工程建设施工阶段的测量工作每项工程建设的设计经过讨论审查和批准之后即进入施工阶段，这时首先要将所设计的建（构）筑物，按施工要求在现场标定出来，作为实地建设的依据。为此，根据工程现场的地形、工程的性质，建立不
4、同的施工控制网，作为定线放样的基础，然后采用不同的放样方法，逐一将设计图纸转化为地上实物。 2.3工程建设经营管理阶段的测量工作在工程建筑物运营期间，为了监视其安全和鉴定情况，了解其设计是否合理，验证设计理论是否正确，需定期地对建筑物、构筑物进行位稳、沉陷、倾斜以及摆动进行观测，并及时反馈测量数据、图表等工作。 由此可见，工程测量学就是研究各项工程建设在勘测，设计，施工和管理阶段所进行的各种测量工作的学科，它是直接为工程建设服务的，而且具有极其重要的作用。 三、工程测量的重要性 首先，在工程设计中提供图纸资料、明确占地范围了解周边工程、了解占地范围内有无城市地下管线、是否对勘探和机械设施造成影
5、响，如果没有工程测量带来的各种比例尺地形图及管线探测图，工程设计就成了无米之炊。 其次，在施工过程中，工程的第一步就是建筑物、构筑物的实地定位放样，因为建筑物在什么地方摆放，不可能随随便便找个地方，根据建筑物的用途、工艺流程或对于同一建筑物的各个不同部分，其精度要求是不一致的，而且往往相差非常悬殊，此时应正确制定工程建筑物定位的精度要求，如果定得过宽，就可能造成质量事故，反之若定得过严，则给放样工作带来不少困难，从而增加放样的工作量，延长放样时间，也就无法满足 现代 化高速度施工的需要。 第三，就是确定建筑物放样的精度，建筑物竣工时的定位误差是由施工误差和测量放样误差所引起的。由于各种建筑物或
6、同一建筑物中各不同的建筑部分，对放样精度的要求是不同的，因此应考虑到施工现场条件与施工程序和方法，分析这些建筑物是否必须直接从控制点进行放样，对于某些建筑元素，虽然它们之间相对位置精度要求很高，但在放样时，可以利用它们之间的几何联系直接进行。 因此工程测量工作前，制定必要的合理的精度，是关系到该工程建设中周期长短的一项重要的工作。 在工程施工过程中，从工程开工一直到工程结束，均离不开工程测量工作。首先对建筑物进行定位，确定建筑物的实际位置，有了准确的地面标识然后才能确立次区域是否有设计后新增建（构）筑物及新埋入地下管线，以保证机械设备的使用，在基槽开挖完毕后，要进行基槽验收，以及后续的垫层、底
7、板线的投测，对于重要设备基础，如有螺栓、预埋件及预留孔等，在稳固好后，应及时进行测量轴线标高复验，并在砼浇筑过程中进行连续监测，以防备砼浇筑过程中，发生位移、沉降等质量事故的发生。在基础施工完毕后，进行竣工线的投测，接下来设备安装需连续对设备的平整度、标高进行跟踪测量，以确保设备的工艺流程完好，保证设备联动达到设计要求。 四、工程测量仪器的发展 工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的
8、全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，在1 s内完成一目标点的观测，像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测，可广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的3维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。 专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的，主要应用在精密工程测量领域。其中，包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。主要特点是：高精度、自动化、遥测和持续观测。 用于建立水平
9、的或竖直的基准线或基准面，测量目标点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距)，称为基准线测量或准直测量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪，金属丝引张线，各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪，以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。 在距离测量方面，包括中长距离(数十米至数公里)、短距离(数米至数十米)和微距离(毫米至数米)及其变化量的精密测量。以ME5000为代表的精密激光测距仪和TERRAMETER LDM2双频激光测距仪，中长距离测量精度可达亚毫米级；可喜的是，许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化，其中最典型的代表是铟瓦线尺测距仪DISTINVAR，应变仪DISTERME
10、TER ISETH，石英伸缩仪，各种光学应变计，位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内达到0.01m的计量精度，成为重要的长度检校和精密测量设备；采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度，它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。 高程测量方面，最显著的发展应数液体静力水准测量系统。这种系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数十公里，如用于跨河与跨海峡的水准测量；通过一种压力传感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米
11、。 与高程测量有关的是倾斜测量(又称挠度曲线测量)，即确定被测对象(如桥、塔)在竖直平面内相对于水平或铅直基准线的挠度曲线。各种机械式测斜(倾)仪、电子测倾仪都向着数字显示、自动记录和灵活移动等方向发展，其精度达微米级。 具有多种功能的混合测量系统是工程测量专用仪器发展的显著特点，采用多传感器的高速铁路轨道测量系统，用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车，测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机，可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。液体静力水准测量与金属丝准直集成的混合测量系统在数百米长的基准线上可精确测量测点的高程和偏距。综上所述，工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃
12、至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点，可作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。 五、工程测量常见错误及产生的原因 1测量人员流动性大，仪器管理混乱。建筑工程施工测量人员是施工生产一线生产工人，野外作业时间长、风险责任大、条件艰苦，从测量建筑工程师至测量员，有条件的干一段时间可能就调离或是转行，如三亚洞库项目到完工，测量工作几次易人，有时还出现断档，使整个项目的测量工作没有到位。测量仪器使用、保养、标定不能按规定规程进行，损坏、丢失严重，往往是出现明显错误的测量数据时才采取措施甚至有些施工企业把测量仪器设备
13、划归物资部门管理，保管不合规程、记录不清，一套仪器再使用时已支离破碎。 2测量人员素质及能力参差不齐。部分建筑施工企业没有专职的施工测量人员，在施工过程中基本上都是由其他技术员(施工员)兼职，主要聘用测量工、学校刚毕业出来的人员担任测量负责人，无独立工作经验，这些缺乏专门训练的业余人员，对常规测量仪器的性能、操作及测量方法都一知半解，根本不能胜任施工测量工作，也就无法保证施工测量的质量。 3测量仪器的操作不当，且日常保修不到位。一般来说，测量所用的仪器都属于精密仪器，在使用过程中，由于测量人员的水平有限，没有严格按照正确的使用方法操作，导致测量仪器的灵敏度降低。 4测量的质量监管与控制不到位。
14、对建筑工程质量的监控，现有的体制是政府监理和社会监理共同参与，有条件的建设单位，还有自己的建筑工程监督部门，可谓三管齐下。但是，在实际的建筑工程质量监控和建筑工程竣工验收时，都只注重其他施工质量的检查与控制，而忽视施工测量质量的检验。 5测量人员与设计、技术部分沟通协调不畅。随着大型建筑工程项目的不断涌现，工程测量在先进仪器使用、精度要求上日益专业化，技术建筑工程师已不能完成施工放样、模板安装位置检查、隧道断面测量等工作，需要测量建筑工程师的全程参与测控。 六、工程测量中应注意的一些事项 1施测前，所用仪器和水准尺等器具必须经检校。 2仪器要调平。仪器不平时，望远镜绕横轴扫出的为一个斜面，读数
15、时水准管泡要居中。在强光照射下，要撑伞遮住阳光，防止气泡不稳定。 3仪器要安稳。选择比较坚实的地方，三角架要踩牢，高度要适合观测者身高置，观测过程中不要触碰三角架。经伟仪架头如果不水平连接螺栓斜会造成垂球线偏离度盘中心，影响对中精度架头每倾斜5mm，垂偏离度盘中心约1mm。 4经伟仪对中要准确。如果测设矩形控制网很可能造成周边不闭合，超出允许误差，对中误差不要超过2-3mm，后视边应选在长边。5水准仪前后视距尽量相等，以消除仪器误差和其它自然条因素的影响。 6水准尺要立直，防止尺身倾斜造成读数偏大，要经常检查和净尺底泥土，水准尺要立在坚硬的点位上(加尺垫、钉木桩)作为转点前后视凑数尺子必须立在
16、同一标点上。塔尺上节容易下滑，使用上时要检查卡簧位置，读数是否连续完整，防止造成尺差错误。 7了解水准尺的刻划规律，读数应由小到大，数值增加方向(不管上下，由小到大)。 8仪器目镜、物镜要仔细对光，以消除视差，使用经伟仪时要十字丝交点照准目标中心，照准花杆底部时，投点时铅笔要坚直，以字丝双线交点照准铅笔尖。 七、加强工程测量质量管理的方法 1促进建筑工程施工测量水平的提高。在对施工测量质量监控中，一定要坚持“事前控制”的原则，加强对施工测量的监控。对主要的施工测量放样，一定要复测，最好采用各种不同的方法加强校核工作。 2加强建筑工程施工测量各项管理制度的制定与实施。在测量成果交接、复测、施工过
17、程检查等各个工程测量管理环节上必须执行有关管理制度、办法，以规范测量作业行为，保证测量成果质量，主要有：测量仪器的配置、调拨、使用、保养、标定管理制度；测量仪器的开箱、入箱及安置管理制度；测量仪器奖惩管理办法；桩橛复测、资料复核管理制度；构筑物关键阶段部位控制复核检查制度；施工过程放样测量的检查复核交底管理制度；原始测量资料的整理、归档管理制度；施工企业（项目经理部）工程测量管理办法；测量成果审核和批准制度；工程测量人员培训考核管理制度；工程测量人员考核办法及奖罚办法。 3加大测量仪器的投入力度。当前建筑工程规模目益扩大，施工技术精度要求越来越高。因而在土建建筑工程的施工测量中，采用原有的测量
18、方法和手段受到巨大冲击，有些必将被淘汰。建筑企业的管理者要有发展的眼光，结合自身发展需要，尽早引进实用的新仪器，以提高建筑施工测量质量，适应现代建筑工程快速、高效、优质的施工需要。 最后的竣工测量是规划管理竣工验收的一项重要程序，竣工测量形成的成果报告是规划竣工验收审核的重要依据，竣工测量既有工程测量的普遍性要求，也有规划管理的特殊性要求，不仅涉及到影响测绘管理部门掌握现状地理信息的正确性，而且涉及到影响规划管理部门规划审批的落实和监督管理，因此竣工测量是关系到城市建设管理和规划实施落实的一项重要测绘工作。八、 工程测量中常用的几种方法 8.1 测量平差理论最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二
19、乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型，它是各种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上，主要包括：平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断；模型误差对参数估计的影响，对参数和残差统计性质的影响；病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网参考点稳定性检验的需要，导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论，以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。针对观测值存在粗差的客观实际，出现了稳健估计(或称抗差估计)；针对法方程系数阵存在病态的可能，发展了有偏估计。与最小
20、二乘估计相区别，稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。 8.2 工程控制网优化设计理论和方法网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或极小值。一般将网的质量指标作为目标函数或约束条件。网的质量指标主要有精度、可靠性和建网费用，对于变形监测网还包括网的灵敏度或可区分性。对于网的平差模型而言，按固定参数和待定参数的不同，网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计，涉及到网的基准设计，网形、观测值精度以及观测方案的设计。在工程测量中，施工控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。由于采用GPS定位技术和电磁波测距，网的几何
21、图形概念与传统的测角网有很大的区别。除特别的精密控制网可考虑用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外，其他的网都可用模拟法进行设计。模拟法优化设计的软件功能和进行优化设计的步骤主要是：根据设计资料和地图资料在图上选点布网，获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。模拟观测方案，根据仪器确定观测值精度，可进一步模拟观测值。计算网的各种质量指标如精度、可靠性、灵敏度。精度应包括点位精度、相邻点位精度、任意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度。进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵，协方差阵的主成份计算，特征值计算，点位误差椭圆、置信椭圆的计算
22、等。可靠性包括每个观测值的多余观测分量(内部可靠性)和某一观测值的粗差界限值对平差坐标的影响(外部可靠性)。灵敏度包括灵敏度椭圆、在给定变形向量下的灵敏度指标以及观测值的灵敏度影响系数。将计算出的各质量指标与设计要求的指标比较，使之既满足设计要求，又不致于有太大的富余。通过改变观测值的精度或改变观测方案(增加或减少观测值)或局部改变网形(增加或减少网点)等方法重新作上述设计计算，直到获取一个较好的结果。8.3 变形观测数据处理 8.3.1变形观测数据处理的几种典型方法 根据变形观测数据绘制变形过程曲线是一种最简单而有效的数据处理方法，由过程曲线可作趋势分析。如果将变形观测数据与影响因子进行多元
23、回归分析和逐步回归计算，可得到变形与显著性因子间的函数关系，除作物理解释外，也可用于变形预报。多元回归分析需要较长的一致性好的多组时间序列数据。 8.3.2 变形的几何分析与物理解释 传统的方法将变形观测数据处理分为变形的几何分析和物理解释。几何分析在于描述变形的空间及时间特性，主要包括模型初步鉴别、模型参数估计和模拟统计检验及最佳模型选取3个步骤。变形监测网的参考网、相对网在周期观测下，参考点的稳定性检验和目标点和位移值计算是建立变形模型的基础。变形的物理解释在于确定变形与引起变形的原因之间的关系，通常采用统计分析法和确定函数法。统计分析法包括多元回归分析、灰色系统理论中的关联度分析以及时间
24、序列频域法分析中的动态响应分析等。 8.3.3 变形分析与预报的系统论方法用现代系统论为指导进行变形分析与预报是目前研究的一个方向。变形体是一个复杂的系统，它具有多层次高维的灰箱或黑箱式结构，是非线性的，开放性(耗散)的，它还具有随机性，这种随机性除包括外界干扰的不确定性外，还表现在对初始状态的敏感性和系统长期行为的混沌性。此外，还具有自相似性、突变性、自组织性和动态性等特征九、工程测量学的发展展望 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
25、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. 工程测量将从土木工程测量、3维工业测量扩展到人体科学测量，如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理； 4. 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。 5. GPS、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。 6. 大型和复杂结构建筑、设备的3维测量、几何
26、重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。 7. 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。 结论工程测量学的发展，主要表现在从1维、2维到3维、4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，从大型特种工程到人体测量工程，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。 总结与体会2011年4月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进
27、入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。待添加的隐藏文字内容1资料查找完毕后，我开始着手论文的写作。在写作过程中遇到困难我就及时和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢
28、慢成型。我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。 谢辞本论文设计在苏玉老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作过程，无不凝聚着苏玉老师的心血和汗水，在我的毕业论文写作期间苏玉老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，没有这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完成毕业论文。在此向苏玉老师表示深深的感谢和崇高的敬意。在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，
29、顺利完成毕业论文。同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。我还要感谢同组的各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。参考文献 1GB50026-93，工程测量规范S. 2武汉测绘学院和同济大学.控制测量学Z. 3武汉测绘学院.测量学Z. 4张正禄，吴栋才，等. 精密工程测量M.北京：测绘出版社，1993.5张正禄.工程测量学的发展现状和趋势J.武汉测绘科技大学学报，1999，(增刊)：12-14 6陈斌.浅谈新技术在工程测量中的应用J.科学之友：下旬，2006（12）. 7耿义军.浅析工程测量中存在的问题及解决办法J.中国科技博览，2009（9）. 8罗烈响.工程测量中存在的若干问题及应对措施J.管理观察，2008.
