一、工程測量學(xué)的基本內(nèi)容和發(fā)展
測量學(xué)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態(tài)和人工設(shè)施的幾何形態(tài)的科學(xué)。制圖學(xué)是結(jié)合社會和自然信息的地理分布,研究繪制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地形圖和專題地圖的理論和技術(shù)的科學(xué)。測量學(xué)和制圖學(xué)兩個部分共同組成了測繪學(xué)。作為一門綜合性1學(xué)科,測量學(xué)根據(jù)研究對象和工作任務(wù)的不同可分為大地測量學(xué)、地形測量學(xué)、攝影測量與遙感學(xué)、工程測量學(xué)等學(xué)科。
工程測量是測繪科學(xué)與技術(shù)在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用。其主要研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計施工建設(shè)和運營管理各階段所進行的各種測量工作。按行業(yè)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、建筑工程測量、礦山測量、海洋工程測量、軍事工程測量、三維工業(yè)測量等。
工程測量學(xué)的主要任務(wù)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(shù)據(jù),或把地球表面的地形縮繪成地形圖。
★測設(shè)(放樣) –––由圖形到地面。指把圖紙上規(guī)劃設(shè)計好的建筑物、構(gòu)筑物的位置在地面上標(biāo)定出來,作為施工的依據(jù)。
展望21世紀(jì),工程測量學(xué)在以下方面將得到顯著發(fā)展:①測量機器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進一步發(fā)展,其應(yīng)用范圍將進一步擴大,影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進一步增強;②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;③多傳感器的混合測量系統(tǒng)將得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,如GPS接收機與電子全站儀或測量機器人集成,可在大區(qū)域乃至國家范圍內(nèi)進行無控制網(wǎng)的各種測量工作;④GPS、GIS技術(shù)將緊密結(jié)合工程項目,在勘測、設(shè)計、施工管理一體化方面發(fā)揮重大作用;⑤大型和復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑、設(shè)備的三維測量、幾何重構(gòu)以及質(zhì)量控制將是工程測量學(xué)發(fā)展的一個特點。⑥數(shù)據(jù)處理中,數(shù)學(xué)物理模型的建立、分析和辨識將成為工程測量學(xué)專業(yè)教育的重要內(nèi)容。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、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。測量精度從毫米級到微米乃至納米級。工程測量學(xué)的上述發(fā)展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。
二、建筑工程測量的任務(wù)
★建筑工程測量包括建筑工程在勘測設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理階段所進行的各種測量工作,是測量學(xué)的一個組成部分。它的主要任務(wù)如下。
(1)測繪大比例尺地形圖。把工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)的地貌和各種物體的幾何形狀及其空間位置,依照規(guī)定的符號和比例尺繪成地形圖,并把建筑工程所需的數(shù)據(jù)用數(shù)字表示出來,為規(guī)劃設(shè)計提供圖紙和資料。
(2)施工放樣和竣工測量。把圖紙上規(guī)劃設(shè)計好的建(構(gòu))筑物,按照設(shè)計要求在現(xiàn)場標(biāo)定出來,并作為施工的依據(jù);配合建筑施工,進行各種測量工作,確保施工質(zhì)量;開展竣工測量,為工程驗收日后擴建和維修管理提供資料。每、
(3)建筑物變形觀測。對于一些重要建(構(gòu))筑物,在施工和運營期間,定期進行變形觀測,以了(構(gòu))筑物的變形規(guī)律,監(jiān)視其安全施工和運營。
★由此可見,測量工作貫穿于工程建設(shè)全過程,其工作質(zhì)量直接關(guān)系到工程建設(shè)的速度和質(zhì)量。因此,建筑工程類的學(xué)生必須掌握必要的測量知識和技能。
三.地面點位的確定
★地面點位的確定,一般需要三個量。在測量工作中,我們一般用某點在基準(zhǔn)面上的投影位置(x,y和該點離基準(zhǔn)面的高度(H)來確定。
(一)測量基準(zhǔn)面
1.測量工作基準(zhǔn)面––水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)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,人們將海水面所包圍的地球形體看作地球的形狀。水準(zhǔn)面是指任何自由靜止的水面。水準(zhǔn)面的特性是處處與重力方向垂直。水準(zhǔn)面因其高度不同而有無數(shù)個,其中與不受風(fēng)浪和潮汐影響的靜止海水面相吻合的水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面(如圖0–1所示)。大地水準(zhǔn)面有且只有一個,具有唯一性,所以可以作為測量工作的基準(zhǔn)面。
鉛垂線就是重力方向線,可用懸掛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(zhǔn)面垂直,所以鉛垂線是測量工作的基準(zhǔn)線。
鉛垂線就是重力方向線,可用懸掛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(zhǔn)面垂直,所以鉛垂線是測量工作的基準(zhǔn)線。
2.測量計算基準(zhǔn)面––旋轉(zhuǎn)橢球
由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻,引起鉛垂線的方向產(chǎn)生不規(guī)則的變化,致使大地水準(zhǔn)面成為一個復(fù)雜的曲面,無法在這個曲面上進行測量數(shù)據(jù)的處理。為了計算方便,通常用個非常接近于大地水準(zhǔn)面,并可用數(shù)學(xué)式來表示的幾何體來代替地球的形狀,這就產(chǎn)生了“旋轉(zhuǎn)橢球”的概念。
旋轉(zhuǎn)橢球:由一橢圓(長半軸a,短半軸b)繞其短半軸b旋轉(zhuǎn)而成的橢球體,如圖0-2。
