工程测量学概述.ppt

工程测量学,测绘与国土信息工程系 主讲：邓明镜,Engineering Geodesy?,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,第1页，共41页,本课程主讲内容,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,工程测量学概述,桥梁工程测量,线路工程测量,隧道工程测量,施工放样,建筑工程测量,第2页，共41页,课程结束考核办法,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,课程结束考试：80% 考勤、作业：10% 课间实习：10%,第3页，共41页,一、工程测量学概述,1.工程测量学在测绘学中的定位和研究应用领域,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,1.1.1 学科定义 定义一： 工程测量学是研究各种工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。,特点：比较大众化，易于理解。,第4页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,一、工程测量学概述-1.工程测量学在测绘学中的定位和研究应用领域,定义二： 工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设以及资源开发各个阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理，施工放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用的学科，它是测绘学在国民经济和国防建设中的直接应用。,定义二较定义一更具体、准确，且范围更大,第5页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,定义三： 工程测量学是研究地球空间（包括地面、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。,定义三更加概括、抽象和科学。 定义二、三除建筑工程外，机器设备乃至其它几何实体都是工程测量学的研究对象，且都上升到了理论、方法和技术，强调工程测量学所研究的是与几何实体相联系的测量、测设的理论、方法和技术。,一、工程测量学概述-1.工程测量学在测绘学中的定位和研究应用领域,第6页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,1.1.2工程测量学的学科位置,测绘学,大地测量学,工程测量学,摄影测量与遥感,地图制图学,一级学科,二级学科,一、工程测量学概述-1.工程测量学在测绘学中的定位和研究应用领域,第7页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,1.1.3工程测量学的研究领域,工程测量学,工业测量,线路工程测量,水利工程测量,桥梁工程测量,隧道工程测量,建筑工程测量,矿山测量,海洋测量,军事工程测量,几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。,一、工程测量学概述-1.工程测量学在测绘学中的定位和研究应用领域,第8页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,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。,一、工程测量学概述-1.工程测量学在测绘学中的定位和研究应用领域,第9页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,一、工程测量学概述,2.工程测量学的内容,1.2.1 按工程建设阶段划分,工程测量按工程建设的规划设计、施工建设和运营管理三个阶段分为“工程勘测”、“施工测量”和“安全监测”，三个阶段测绘工作有：,1）规划设计阶：主要是提供各种比例尺的地形图，另外还要为工程地质勘探，水文地质勘探以及水文测验等进行测量。对于重要的工程区的稳定性监测。,第10页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,任何一项工程都必须按照自然条件和预期目的进行选址和规划设计。在此阶段的测量工作，主要是提供各种比例尺的地形图供规划设计人员进行规划设计。,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第11页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,（1）工业企业规划设计阶段的测量工作,工业企业是面状地形，因此它所需的图具有面状特征， 要进行规划设计必须有设计底图，而该阶段测量工作的任务是向设计者提供所需的地形图 。一般来说： 1：5000比例尺地形图可用于规划设计； 1：2000比例尺地形图可用于初步设计； 1：1000比例尺地形图可用于施工设计； 1：500比例尺地形图可用于地形复杂、建筑物密集、精 度要求较高的工业企业的施工设计。,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第12页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,（2）线路规划设计阶段的测量工作,各种线型工程的勘测工作内容基本是一样的，但随着工程的不同有些差异 。现以公路为例详细地说明线路勘测的内容和任务。 我国公路路规划设计的程序，一般要经过方案研究、初测、初步设计、定测，施工设计等过程。勘测工作分为初测和定测两个阶段进行。,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第13页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,（3）桥梁规划设计阶段的测量工作,主要有以下测量工作 ： 桥位平面和高程控制测量 桥址定线测量 断面测量 桥位地形测量 流向测量 船筏走行线测量 钻孔定位,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第14页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,2）建设施工阶段：建立施工控制网，工程建筑物定线放样，施工质量控制，开挖与建筑方量测绘，工程竣工测量、变形观测以及设备的安装测量等。,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第15页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,工程施工阶段的测量工作主要是按设计要求将设计的建构筑物位置、形状、大小及高程在实地标定出来，以便进行施工；另一方面作为施工质量的监督，还需进行工程质量监理。,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第16页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,不同的施工的对象，其施工测量工作程序基本上是一致的。主要的测量工作有：,施工控制网的建立 施工放样 竣工测量,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第17页，共41页,监理?,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,监理测量工作,在正式施工开始时，对控制网进行全面复测、检查 验收承包人的施工定线 验收承包人测定的原始地面高程 对桥梁施工还需进行桥梁下、上部结构的施工放样的检测 对每层路基的厚度、平整度、宽度、纵横坡度进行抽查，检查施工单位的内业资料是否真实 审批承包人提交的施工图,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第18页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,3）运营管理阶段：工程建筑物的变形观测，包括水平位移、沉陷、倾斜以及摆动等定期或持续监测。建立工程进管理、维护信息系统。,工程运营管理阶段测量工作的主要任务是工程建筑物的变形观测。在工程建筑物运营期间，为了监视其安全和稳定的情况，了解其设计是否合理，验证设计理论是否正确，需要定期对其位移、沉降、倾斜以及摇摆等进行观测，称为变形观测。,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第19页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,1.2.2 按服务对象划分,按服务对象分：建筑工程测量、水利工程测量、线路工程测量、桥隧工程测量、地下工程的测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量，以及矿山测量、城市测量等。,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第20页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,1.2.3 工程测量学的内容,主要内容：模拟或数字的地形资料的获取与表达；工程控制测量及数据处理；建筑物的施工放样；大型精密设备的安装和调试测量；工业生产过程的质量检测和控制；工程变形及与工程有关的各种灾害的监测分析与预报；工程测量专用仪器的研制与应用；工程信息系统的建立与应用等。,一、工程测量学概述-2.工程测量学的内容,第21页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,3. 工程测量的仪器,经纬仪、水准仪、全站仪和GPS接收机是工程测量的通用仪器。,专用仪器包括机械式、光电式及光机电（子）多传感器集成式仪器或测量系统。 基线测量或准直测量仪器：有正锤、倒锤及垂线观测仪、引张线仪、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。 距离测量仪器：中长距离、短距离和微距离测量。ME5000、铟瓦线尺测距仪DISTINVAR、应变仪DISTERMETER、双频激光干涉仪、CCD线列传感器测量，距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级。,一、工程测量学概述,第22页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,CG-3(3A)型垂线观测仪主要用于大坝、高层建筑物等大型工程的水平变形测量及挠度测量,利用激光束测量直线度误差的测量工具- 激光准直仪,一、工程测量学概述-3.工程测量仪器,第23页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,TPS与GPS完美结合，集成GPS接收机的高性能全站仪。无需控制点、长导线和后方交会操作，只需安装SmartStation，并使用GPS确定该点的准确位置，然后就可以使用全站仪进行测量、放样。仅仅通过简单的安装调试，就可以简单、快速地测量作业。,SmartStation 超站仪,一、工程测量学概述-3.工程测量仪器,第24页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,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。,一、工程测量学概述-3.工程测量仪器,第25页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,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。,一、工程测量学概述-3.工程测量仪器,第26页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,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。,一、工程测量学概述-3.工程测量仪器,第27页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,综上所述，工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、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。,一、工程测量学概述-3.工程测量仪器,第28页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,4. 工程测量学的发展概况,工程测量学是一门历史悠久的学科。 公元前二十七世纪：埃及大金字塔。, 公元前十四世纪，在幼发拉底河与尼罗河流域进行过土地边界划分测量。,一、工程测量学概述,第29页，共41页,公元前十五世纪意大利都灵保存的金矿巷道图,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,我国早在三千多年前的夏商时代的夏禹治水描述：“陆行乘车，水行乘船，泥行乘撬，山行乘撵（j），左准绳，右规矩、载四时，以开九州，通九道，陂九泽，度九山。”这里所记录的就是当时的工程勘测情景，准绳和规矩就是当时所用的测量 工具，准是揆（kui）平的水准器，绳是丈量距离的工具，规是画圆的器具，矩则是一种可定平，可测长度、高度、深度和画圆、画矩形的通用测量仪器。,一、工程测量学概述-4.工程测量学的发展概况,第30页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！, 秦代李冰父子领导修建的都江堰水利枢纽工程。,一、工程测量学概述-4.工程测量学的发展概况,第31页，共41页, 北宋时沈括为了治理汴渠，测得“京师之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”，是水准测量的结果。, 长沙马王堆汉墓出土的地图包括地形图、驻军图和城邑图三种，是目前世界上发现的最早的地图。, 殷周时期的土地测量，秦、汉的私田制。隋唐实行均田制，建立户籍册。宋朝按乡登记和清丈土地，出现地块图。到了明朝洪武年间的土地大清丈，编制鱼鳞图册（世界最早的地籍图册）。, 四大发明之一的指南针，有二千多年的历史。对矿山测量和其它工程勘测有很大的贡献。,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！, 在工程测量学的发展也受到了战争的促进。公元前 210年秦始皇修建的“堑山堙谷，千八百里”直道，古罗马构筑的兵道，以及公元前218年欧洲修建的通向意大利的“汉尼拨通道”等，都是著名的军用道路。, 大型特种精密工程建设和对测绘提出的愈来愈高的要求是工程测量学发展的动力。,一、工程测量学概述-4.工程测量学的发展概况,第32页，共41页, 工程测量学的发展在很长的一段时间内是非常缓慢的。直到二十世纪初，由于西方的第一、二次技术革命和工程建设规模的不断扩大，工程测量学才受到人们的重视，并发展成为测绘学的一个重要分支。 1964年国际测量师联合会（FIG）为了促进和繁荣工程测量，成立了工程测量委员会（第六委员会），从此，工程测量学在国际上作为一门独立的学科开展活动。,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,5. 大型特种精密工程测量,大型特种精密工程建设和对 测绘 的要求是工程测量学发展的动力。这里仅简单介绍国内外有关情况。,一、工程测量学概述,第33页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,1. 国内览胜,三峡 水利 枢纽工程变形监测和库区地壳形变、滑坡、岩崩以及水库诱发地震监测，其规模之大，监测项目之多，都堪称世界之最。不仅采用目前国内外最成熟最先进的仪器、技术，在实践中也在不断发展新的技术和方法，如对滑坡体变形与失稳研究的计算机智能仿真系统；拟进行研究的三峡库区滑坡泥石流预报的3S工程等，都涉及到精密工程测量。隔河岩大坝外部变形观测的GPS实时持续自动监测系统，监测点的位置精度达到了亚毫米。该工程用地面方法建立的变形监测网，其最弱点精度优于1.5 mm。,一、工程测量学概述,一、工程测量学概述-5.大型特种精密工程测量,第34页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,三峡大坝全景图,一、工程测量学概述-5.大型特种精密工程测量,第35页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,北京正负电子对撞机的精密控制网，精度达0.3 mm。设备定位精度优于0.2 mm，200 m直线段漂移管直线精度达0.1 mm。大亚湾核电站控制网精度达2 mm，秦山核电站的环型安装测量控制网精度达0.1 mm。,北京正负电子对撞机,一、工程测量学概述-5.大型特种精密工程测量,第36页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达0.2 mm，桥墩点位标定精度达0.1 mm；武汉长江二桥全桥的贯通精度(跨距和墩中心偏差)达毫米级。高454 m的东方明珠电视塔对于长114 m、重300 t的钢桅杆天线，安装的垂准误差仅9 mm。,一、工程测量学概述-5.大型特种精密工程测量,第37页，共41页,2019年9月30日星期一,博观而约取,厚积而薄发！,长18.4 km的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优于3 mm，一等精密水准线路长120多公里。目前辅助隧道已贯通，仅一个贯