精密工程课件

1、1 2 1-1 精密工程测量的特点及其发展精密工程测量的特点及其发展 1、精密工程测量的含义、精密工程测量的含义 主要是指结合现代测绘的新进展、新技术研究和解决各主要是指结合现代测绘的新进展、新技术研究和解决各 种大型和特种精密工程所提出的对测量的高精度、可靠性、种大型和特种精密工程所提出的对测量的高精度、可靠性、 自动测控等各个方面要求的测量科学。自动测控等各个方面要求的测量科学。 例如距离例如距离10-6以上相对精度或亚毫米级的绝对精度。以上相对精度或亚毫米级的绝对精度。 也包括规划设计、施工放样和运营管理三各阶段；也包括规划设计、施工放样和运营管理三各阶段； 大部分工作相近。大部分工作相

2、近。 精密工程测量应用精密的测量和计量仪器、使用精密工程测量应用精密的测量和计量仪器、使用 特殊的测量手段和工艺。特殊的测量手段和工艺。 3 大型精密工程的规划设计阶段，要研究地形变及大型精密工程的规划设计阶段，要研究地形变及 局部重力场不均匀性对工程稳定性的影响；局部重力场不均匀性对工程稳定性的影响； 对于有统一工艺流程和结构的大型建筑物，除了对于有统一工艺流程和结构的大型建筑物，除了 建立高精度的施工测量控制网外，还要建立高精度的安装建立高精度的施工测量控制网外，还要建立高精度的安装 测量控制网。测量控制网。 精密工程测量要求在控制点上建立稳固的测量标精密工程测量要求在控制点上建立稳固的测

3、量标 志，并设立强制对中装置；志，并设立强制对中装置； 在精密工程测量中，各种外界影响都要考虑。在精密工程测量中，各种外界影响都要考虑。 总之，在精度方面、所使用的仪器工具及测量方法总之，在精度方面、所使用的仪器工具及测量方法 手段有较大的不同，但没有明显的界限手段有较大的不同，但没有明显的界限。 4 对精密工程测量所用仪器设备而言，须掌握对精密工程测量所用仪器设备而言，须掌握 测量仪器学、电子学、机械加工、讯号传输与转测量仪器学、电子学、机械加工、讯号传输与转 换、大气科学、计算机技术、光学、电磁波理论、换、大气科学、计算机技术、光学、电磁波理论、 自动测控技术等众多学科。自动测控技术等众多

4、学科。 以安全监控而言，须掌握自动测控技术、传以安全监控而言，须掌握自动测控技术、传 感器、电子技术、测量仪器学、岩土力学、力感器、电子技术、测量仪器学、岩土力学、力 学、材料学、结构工程、计算机、数学模型、学、材料学、结构工程、计算机、数学模型、 误差理论、环境工程等学科。误差理论、环境工程等学科。 5 有有50m0.03mm测距装置；测距装置； 如如 DistinvarDistometer 有利用激光干涉原理组成的自准直反射系统精密长度有利用激光干涉原理组成的自准直反射系统精密长度 测量仪测量仪 60m0.01mm； 有精密偏距测量装置有精密偏距测量装置100m0.05mm； 自动跟踪精光

5、准直测量系统，自动跟踪精光准直测量系统，相对精度相对精度10-6以上；以上； 液体静力水准系统测量高差误差液体静力水准系统测量高差误差0.01mm； 精密垂准系统，几十米的高度垂准误差小于精密垂准系统，几十米的高度垂准误差小于0.10mm； 还有电磁感应沉降仪、倾斜仪、测变形的应变仪、还有电磁感应沉降仪、倾斜仪、测变形的应变仪、 大位移计、渗压计、测应力变化的应力应变仪等专用设备大位移计、渗压计、测应力变化的应力应变仪等专用设备 和工具。和工具。 6 1-2精密工程测量的应用领域精密工程测量的应用领域 根据我国的实践，精密工程测量已在下述领域应用：根据我国的实践，精密工程测量已在下述领域应用：

6、 1、新兴高技术工程，如高能物理设备、粒子对撞机、回旋加新兴高技术工程，如高能物理设备、粒子对撞机、回旋加 速器、核电站、原子能反应堆等；速器、核电站、原子能反应堆等； 2、大型军事设施，如火箭发射架、航天技术试验基地、大型大型军事设施，如火箭发射架、航天技术试验基地、大型 雷达天线、火炮弹道试验场、大型军事机场等；雷达天线、火炮弹道试验场、大型军事机场等； 3、大型工程及民用高层建筑物的变形观测，如水坝及闸门槽、大型工程及民用高层建筑物的变形观测，如水坝及闸门槽、 水力发电机组、高烟囱、大型矿场、油田开采区的地面建筑水力发电机组、高烟囱、大型矿场、油田开采区的地面建筑 及井下设施、及井下设施

7、、“三下三下”采掘区的重要地面建筑物的变形观测采掘区的重要地面建筑物的变形观测 等；等； 4、海上及沿岸工程，如海上钻井平台、大型港口、码头、船海上及沿岸工程，如海上钻井平台、大型港口、码头、船 坞滑道等；坞滑道等； 5、地下工程，如地铁、大型隧道、水底（越江、跨海）隧道、地下工程，如地铁、大型隧道、水底（越江、跨海）隧道、 大型地下建筑等；大型地下建筑等； 续续 7 6、大型工厂的厂房及设备安装，如轧钢车间、化工车间、金、大型工厂的厂房及设备安装，如轧钢车间、化工车间、金 工车间的自动生产线，巨型压机、复杂地下管线的安装等；工车间的自动生产线，巨型压机、复杂地下管线的安装等； 7、巨型容器体

8、积、形状及其变形的测定，如油罐、气罐、高、巨型容器体积、形状及其变形的测定，如油罐、气罐、高 炉、平炉、船舱、机身等体积和形状的测定，静态和动态变炉、平炉、船舱、机身等体积和形状的测定，静态和动态变 形监测等；形监测等； 8、 地基变形的监测，如地层移动、断裂位移、矿藏开挖、水地基变形的监测，如地层移动、断裂位移、矿藏开挖、水 库蓄水或城市地下开采引起的地面下沉，海浪拍击引起沿海库蓄水或城市地下开采引起的地面下沉，海浪拍击引起沿海 城市的地面振荡，地震孕育引起的固体潮汐的振幅变化；城市的地面振荡，地震孕育引起的固体潮汐的振幅变化； 9、其他特殊任务，如大型设备基础稳定性的确证，古建筑复、其他特

9、殊任务，如大型设备基础稳定性的确证，古建筑复 原，大型艺术品的定型和安装等。原，大型艺术品的定型和安装等。 以上说明，精密工程测量的对象十分广泛，它们各具特色，以上说明，精密工程测量的对象十分广泛，它们各具特色， 但都要求精确地完成其测量工作，这是它们的共同点。但都要求精确地完成其测量工作，这是它们的共同点。 8 二次大战以后，在世界范围内已建立各种巨型工程，二次大战以后，在世界范围内已建立各种巨型工程， 几百座大型水电站和核电站，无数高耸入云的电视塔、导几百座大型水电站和核电站，无数高耸入云的电视塔、导 弹发射架核摩天大楼，建成长达弹发射架核摩天大楼，建成长达53km的海底隧道（英、的海底隧

10、道（英、 法海底隧道），周长法海底隧道），周长27km的离子加速器工程等等。的离子加速器工程等等。 一、精密工程测量的成就和效益一、精密工程测量的成就和效益 美国的超导超级对撞机，其直径达美国的超导超级对撞机，其直径达27 km，为保证椭圆轨道，为保证椭圆轨道 上的投影变形最小且位于一平面上，利用了一种双重正形投影。上的投影变形最小且位于一平面上，利用了一种双重正形投影。 所作的各种精密测量，均考虑了重力和潮汐的影响。主网和加所作的各种精密测量，均考虑了重力和潮汐的影响。主网和加 密网采用密网采用GPS测量，精度优于测量，精度优于110-6 D。 9 德国汉堡的粒子加速器研究中心，堪称特种精密

11、工程德国汉堡的粒子加速器研究中心，堪称特种精密工程 测量的历史博物馆。测量的历史博物馆。1959年建的同步加速器，直径仅年建的同步加速器，直径仅100 m， 1978年的正负电子储存环，直径年的正负电子储存环，直径743 m，1990年的电子质子年的电子质子 储存环，直径储存环，直径2000 m。为了减少能量损失，改用直线加速器。为了减少能量损失，改用直线加速器 代替环形加速器，正在建的直线加速器长达代替环形加速器，正在建的直线加速器长达30 km，100 300 m的磁件相邻精度要求优于的磁件相邻精度要求优于0.1 mm,磁件的精密定位精磁件的精密定位精 度仅几个微米，并能以纳米级的精度确定

12、直线度。整个测量度仅几个微米，并能以纳米级的精度确定直线度。整个测量 过程都是无接触自动化的。用精密激光测距仪过程都是无接触自动化的。用精密激光测距仪TC2002K距离距离 测量，其测距精度与测量，其测距精度与ME5000相当，对平均边长为相当，对平均边长为50m的的3 800条边，改正数小于条边，改正数小于0.1 mm的占的占95%。 10 德国露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统。德国露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统。 大型挖煤机长大型挖煤机长140 m，高，高65 m,自重自重8 000 t，其挖斗轮的直径，其挖斗轮的直径 17.8 m，每天挖煤量可达，每天挖煤量可达

13、10多万吨。为了实时动态地得到挖煤多万吨。为了实时动态地得到挖煤 机的采煤量，在其上安置了机的采煤量，在其上安置了3台台GPS接收机，与参考站无线电接收机，与参考站无线电 实时数据传输和差分动态定位，挖煤机上两点间距离的精度可实时数据传输和差分动态定位，挖煤机上两点间距离的精度可 达达1.5 cm。根据。根据3台接收机的坐标，按一定几何模型可计算台接收机的坐标，按一定几何模型可计算 出挖煤机挖斗轮的位置及采煤层截曲面，可计算出采煤量，经出挖煤机挖斗轮的位置及采煤层截曲面，可计算出采煤量，经 对比试验，其精度达对比试验，其精度达7%4%。 瑞士阿尔卑斯山的特长双线铁路隧道哥特哈德长达瑞士阿尔卑斯

14、山的特长双线铁路隧道哥特哈德长达57 km， 为该工程特地重新作了国家大地测量为该工程特地重新作了国家大地测量(LV95)，采用，采用GPS技术施技术施 测的控制网，平面精度达测的控制网，平面精度达7 mm，高程精度约，高程精度约2 cm。 11 在我国，有北京地铁（上海、广州、南京等）、上海越江在我国，有北京地铁（上海、广州、南京等）、上海越江 隧道，丹江口、刘家峡、长江三峡水电工程、葛洲坝等一大批隧道，丹江口、刘家峡、长江三峡水电工程、葛洲坝等一大批 水利枢纽，有鞍山、武汉、上海宝山等大型钢铁基地；有北京水利枢纽，有鞍山、武汉、上海宝山等大型钢铁基地；有北京 正负电子对撞机、大亚湾核电站、

15、卫星发射架等工程。正负电子对撞机、大亚湾核电站、卫星发射架等工程。 2008北京奥运场馆北京奥运场馆“鸟巢鸟巢”、“水立方水立方”等奥运场馆。等奥运场馆。 2010年年4月月26日中国大陆第一条海底隧道日中国大陆第一条海底隧道厦门翔安海底厦门翔安海底 隧道建成通车，宽度隧道建成通车，宽度17.5m，高度，高度13.5m，断面世界最大，全长，断面世界最大，全长 6.05km，跨越海域，跨越海域4.2km，耗资约，耗资约32亿元人民币。亿元人民币。 2011年年6月月30日同时通车的胶州湾隧道则是中国建成通车日同时通车的胶州湾隧道则是中国建成通车 的最长海底隧道，全长的最长海底隧道，全长9.47公

16、里。胶州湾隧道建设近公里。胶州湾隧道建设近4年，总投年，总投 资资70.62亿元，建成双向亿元，建成双向6车道，设计车速车道，设计车速80公里公里/小时。小时。 12 杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥， 它北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长它北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长36 公里，是世界上最长的跨海大桥，比连接巴林与沙特的法赫公里，是世界上最长的跨海大桥，比连接巴林与沙特的法赫 德国王大桥还长德国王大桥还长11公里，成为继美国的庞恰特雷恩湖桥后世公里，成为继美国的庞恰特雷恩湖桥后世 界第二长的桥

17、梁。界第二长的桥梁。 杭州湾跨海大桥杭州湾跨海大桥 按双向六车道高速按双向六车道高速 公路设计，设计时公路设计，设计时 速速100km/h，设计，设计 使用年限使用年限100年，年， 总投资约总投资约118亿元。亿元。 13 2011年年6月月30日，青岛胶州湾跨海大桥正式通车，日，青岛胶州湾跨海大桥正式通车， 青岛胶州湾大桥全长青岛胶州湾大桥全长36.48公里，成为世界最长跨海公里，成为世界最长跨海 大桥，比杭州湾跨海大桥长大桥，比杭州湾跨海大桥长0.48公里。据介绍，胶州公里。据介绍，胶州 湾大桥于湾大桥于2007年年5月开工，总投资月开工，总投资147.92亿元，全长亿元，全长 36.4

18、8公里；海上钻孔灌注桩公里；海上钻孔灌注桩5127根，居世界第一。根，居世界第一。 胶州湾大桥建成通车，将使东西两岸路程缩短约胶州湾大桥建成通车，将使东西两岸路程缩短约30公公 里。里。 胶州湾大桥和隧道建设过程中还实现了多项技术胶州湾大桥和隧道建设过程中还实现了多项技术 创新。据介绍，胶州湾大桥建设过程中的科技创新获创新。据介绍，胶州湾大桥建设过程中的科技创新获 得国家级奖励得国家级奖励3项，省部级奖励项，省部级奖励11项，中国企业新纪项，中国企业新纪 录录21项。其中，水下无封底混凝土套箱技术获得项。其中，水下无封底混凝土套箱技术获得2009 年度中国公路学会科技进步特等奖。年度中国公路学

19、会科技进步特等奖。 14 15 16 17 18 19 20 三峡水利枢纽工程变形监测和库区地壳形变、滑坡、岩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，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

20、泥 石流预报的石流预报的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。该工程达到了亚毫米。该工程 用地面方法建立的变形监测网，其最用地面方法建立的变形监测网，其最 弱点精度优于弱点精度优于1.5 mm。 21 l 北京正负电子对撞机的精密控制网，精度达北京正负电子对撞机的精密控制网，精度达0.3 mm。 设备定位精度优于设备定位精度优于0.2 mm，200 m直线段漂移管直线精度直线段漂移管直线精度 达达0.1 mm。 l 大亚湾

21、核电站控制网精度达大亚湾核电站控制网精度达2 mm，秦山核电站的环型，秦山核电站的环型 安装测量控制网精度达安装测量控制网精度达0.1 mm。 l上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达0.2 mm，桥墩点，桥墩点 位标定精度达位标定精度达0.1 mm； l 武汉长江二桥全桥的贯通精度武汉长江二桥全桥的贯通精度(跨距和墩中心偏差跨距和墩中心偏差)达毫达毫 米级。米级。 22 l高高454 m的上海东方明珠电视塔对于长的上海东方明珠电视塔对于长114 m、重、重300 t 的钢桅杆天线，安装的垂准误差仅的钢桅杆天线，安装的垂准误差仅9 mm。 l长长18.4 km的秦岭隧

22、道，洞外的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优网的平均点位精度优 于于3 mm，一等精密水准线路长，一等精密水准线路长120多公里。在仅一个多公里。在仅一个 贯通面的情况下，横向贯通误差为贯通面的情况下，横向贯通误差为12 mm，高程方向的，高程方向的 贯通误差只有贯通误差只有3mm。 23 1962年年3月，新丰江水库发生月，新丰江水库发生6.2级地震，大坝横向产级地震，大坝横向产 生裂缝，不得已将库水泄空，组织抢修，以免溃坝。首先生裂缝，不得已将库水泄空，组织抢修，以免溃坝。首先 布设了大坝变形观测，其中最主要的点是设置若干倒垂仪，布设了大坝变形观测，其中最主要的点是设置若干倒垂仪， 进

23、行坝体相对于基础的位移观测，以便阐明修复中的大坝进行坝体相对于基础的位移观测，以便阐明修复中的大坝 能否恢复原设计的性能。经过一段时间的观测，由倒垂资能否恢复原设计的性能。经过一段时间的观测，由倒垂资 料证明了坝基本身及坝体的稳定性，从而考虑重新满蓄及料证明了坝基本身及坝体的稳定性，从而考虑重新满蓄及 发电的可能性。而重新逐步蓄水的过程，正是以倒垂观测发电的可能性。而重新逐步蓄水的过程，正是以倒垂观测 验证大坝是否已创伤平复的过程。这样小心谨慎地、逐步验证大坝是否已创伤平复的过程。这样小心谨慎地、逐步 分阶段地、提高水位，直至满蓄。倒垂观测资料不但起了分阶段地、提高水位，直至满蓄。倒垂观测资料

24、不但起了 安全检测的作用，而且对于修复的大坝能否再度正常运转安全检测的作用，而且对于修复的大坝能否再度正常运转 和发电的决策，具有举足轻重的意义。和发电的决策，具有举足轻重的意义。 24 武汉钢铁公司炼钢车间转炉的炉龄，历来是根据炉前武汉钢铁公司炼钢车间转炉的炉龄，历来是根据炉前 工的经验判断，炉壁较薄时就要停炉检修。若判断不准，工的经验判断，炉壁较薄时就要停炉检修。若判断不准， 则或人为地缩短了炉龄，或造成钢水穿炉的事故。使用一则或人为地缩短了炉龄，或造成钢水穿炉的事故。使用一 台全站型漫反射激光测距仪对转炉炉壁上的对应点进行距台全站型漫反射激光测距仪对转炉炉壁上的对应点进行距 离和角度测量

25、，得到各点相对于某一参考系的坐标就可以离和角度测量，得到各点相对于某一参考系的坐标就可以 确定炉壁的基本形状，在同存贮的初始炉壁形状进行比较，确定炉壁的基本形状，在同存贮的初始炉壁形状进行比较， 即可确定炉壁各点处的实际厚度。根据实测资料，对炉壁即可确定炉壁各点处的实际厚度。根据实测资料，对炉壁 进行针对性的局部维修，可提高炉龄和保证安全生产，从进行针对性的局部维修，可提高炉龄和保证安全生产，从 而提高经济效益而提高经济效益 25 据全国第一次特种精密工程测量会议的讯息，我国据全国第一次特种精密工程测量会议的讯息，我国 特种精密工程测量还在导弹基地、核电站、激光核聚变特种精密工程测量还在导弹基

26、地、核电站、激光核聚变 试验装置、电视塔、通讯卫星接受天线、高烟囱、船模试验装置、电视塔、通讯卫星接受天线、高烟囱、船模 试验、飞机制造（设计）、大型隧道、滑坡监测、地震试验、飞机制造（设计）、大型隧道、滑坡监测、地震 振动台、水轮机安装等建设中应用，取得了巨大的效益。振动台、水轮机安装等建设中应用，取得了巨大的效益。 上述工作，都是在特种精密（测量误差为上述工作，都是在特种精密（测量误差为0.1 1.0mm）或特殊困难（高温、高压、高空、水下、受辐或特殊困难（高温、高压、高空、水下、受辐 射等）的条件下完成，多数要求连续不间断的观测和及射等）的条件下完成，多数要求连续不间断的观测和及 时快速

27、的成果处理。经过的实践，逐步形成了采用特殊时快速的成果处理。经过的实践，逐步形成了采用特殊 方法和专用仪器设备，借助各类传感技术实现自动记录、方法和专用仪器设备，借助各类传感技术实现自动记录、 由计算机对成果快速处理的特种精密工程测量。由计算机对成果快速处理的特种精密工程测量。 26 1、 改进经典方法，满足特种精密工程测量的要求。改进经典方法，满足特种精密工程测量的要求。 根据我国国情，在实践中使用过的有效方法有：根据我国国情，在实践中使用过的有效方法有： 视准线法。在大坝变形观测中广泛采用，在视准线法。在大坝变形观测中广泛采用，在500m距离内距离内 测定位移量精度达测定位移量精度达1mm

28、。 测小角法。在建筑物、大坝变形观测中广泛采用，精度同测小角法。在建筑物、大坝变形观测中广泛采用，精度同 上。上。 微水准法。曾以微水准法。曾以N3及及Ni004型水准仪，分别采用型水准仪，分别采用2m和和 2.8m的视距，用摇尺法读数，则每站高差传递精度可达的视距，用摇尺法读数，则每站高差传递精度可达 0.07mm。 通过竖井悬吊钢尺传递高程法。通过对钢尺不同高度量通过竖井悬吊钢尺传递高程法。通过对钢尺不同高度量 测温度进行尺长改正等措施，测温度进行尺长改正等措施，50m内高程传递误差可达内高程传递误差可达1 5mm。 采用直伸短边三角锁在狭窄坑道内传递方位和坐标。采用直伸短边三角锁在狭窄坑

29、道内传递方位和坐标。 27 2 2、针对特殊需要研制专用仪器和设备、针对特殊需要研制专用仪器和设备 如在大坝变形观测中使用的倒垂仪、引张线位移计等；如在大坝变形观测中使用的倒垂仪、引张线位移计等； 用于建立和检测大型设备和构件间点、线、面及空间的一用于建立和检测大型设备和构件间点、线、面及空间的一 定关系所使用的测微准直望远镜、坐标经纬仪、精密直角定关系所使用的测微准直望远镜、坐标经纬仪、精密直角 镜、光学工具尺等；此外还有包括强制归心用的球状轴套、镜、光学工具尺等；此外还有包括强制归心用的球状轴套、 强制归心底盘等精密加工机械件。强制归心底盘等精密加工机械件。 为观测地壳的微小变动，我国成功

30、研制和生产了一批台为观测地壳的微小变动，我国成功研制和生产了一批台 站上作连续观测用的精密监测仪器，如静力水准仪、气泡站上作连续观测用的精密监测仪器，如静力水准仪、气泡 式倾斜仪、摆式倾斜仪、石英棒式伸缩仪等。这些仪器的式倾斜仪、摆式倾斜仪、石英棒式伸缩仪等。这些仪器的 特点是精度高（读数的精度为微米及毫秒级），读数采用特点是精度高（读数的精度为微米及毫秒级），读数采用 工具显微镜或精密丝杆的千分卡盘进行，或采用照相记录。工具显微镜或精密丝杆的千分卡盘进行，或采用照相记录。 28 我国在精密测量仪器研制方面的重要突破，是激光仪器我国在精密测量仪器研制方面的重要突破，是激光仪器 的研制。如激光干

31、涉仪、激光准直仪、激光导向仪等。的研制。如激光干涉仪、激光准直仪、激光导向仪等。 多数国产的精密观测仪器和专用设备，均已实现了自动多数国产的精密观测仪器和专用设备，均已实现了自动 化观测，尤其是机械式的观测仪器和设备率先完成。化观测，尤其是机械式的观测仪器和设备率先完成。 如浮垫式倒垂仪（如浮垫式倒垂仪（1981），）， 浮托式引张线位移计（浮托式引张线位移计（1982），）， 流体力学水准测量系统（流体力学水准测量系统（1983），）， 水平摆倾仪（水平摆倾仪（1971），）， 气泡式倾斜仪（气泡式倾斜仪（1973），）， 石英管伸缩仪（石英管伸缩仪（1983），）， 丝式伸缩仪（丝式伸缩仪

32、（1982）等主要仪器和专用设备，）等主要仪器和专用设备， 对诸如位移量、沉将量、倾斜量等监控变量通过各种对诸如位移量、沉将量、倾斜量等监控变量通过各种 传感器把它们转换成电信号输出，从而实现自动化观测、传感器把它们转换成电信号输出，从而实现自动化观测、 记录及数据处理。记录及数据处理。 29 三、精密工程测量的前景三、精密工程测量的前景 精密工程测量的基础仍然是经典测量理论，由于它基于精密工程测量的基础仍然是经典测量理论，由于它基于 实践、服务生产、又创造了各种专用仪器设备和特殊的测量实践、服务生产、又创造了各种专用仪器设备和特殊的测量 和数据处理方法，从而发展了经典测量的理论。和数据处理方

33、法，从而发展了经典测量的理论。 如，在精密准直测量中，应用人眼极限分辨率及望远镜如，在精密准直测量中，应用人眼极限分辨率及望远镜 放大倍率等经典测量概念，但又发现了不同目标形状、不同放大倍率等经典测量概念，但又发现了不同目标形状、不同 颜色反差、不同观测环境对分辨率的影响，从而修正了对极颜色反差、不同观测环境对分辨率的影响，从而修正了对极 限分辨率的理解。限分辨率的理解。 又如，在经典测量理论中，认为三角高程测量是一种较又如，在经典测量理论中，认为三角高程测量是一种较 低等的高程传递方法，但在精密工程测量中，提高了测距精低等的高程传递方法，但在精密工程测量中，提高了测距精 度，改善了照准光源，

34、改变了观测方案及施测纲要，使之达度，改善了照准光源，改变了观测方案及施测纲要，使之达 到了较高的精度。到了较高的精度。 30 再如，在数据处理中，为达到合理和精确的目的，剔除某再如，在数据处理中，为达到合理和精确的目的，剔除某 些粗差，采用滤波方法，滤波后的观测序列是否符合正态分些粗差，采用滤波方法，滤波后的观测序列是否符合正态分 布规律？如何确定极限误差等等，都与经典理论有所不同。布规律？如何确定极限误差等等，都与经典理论有所不同。 精密工程测量对于测量仪器学的影响更是起到了举足轻重的精密工程测量对于测量仪器学的影响更是起到了举足轻重的 作用。首先是拓宽了测量仪器的领域，使传统的光学仪器为作

35、用。首先是拓宽了测量仪器的领域，使传统的光学仪器为 主转变为使用各类型的传感工具：光、机、电、磁、激光、主转变为使用各类型的传感工具：光、机、电、磁、激光、 遥感等并举；其次是使测量范围向微观和宏观两方面扩展。遥感等并举；其次是使测量范围向微观和宏观两方面扩展。 精密测量不但涉及长距和超长距的测量，而且小到计量技术，精密测量不但涉及长距和超长距的测量，而且小到计量技术， 与质子和电子都打交道，测量和量测的界限正在消失。与质子和电子都打交道，测量和量测的界限正在消失。 31 目前我国精密工程测量应用领域主要是以下三个方面：目前我国精密工程测量应用领域主要是以下三个方面： 1、大型新兴技术和高技术

36、工程。如，巨型科学物理实验设大型新兴技术和高技术工程。如，巨型科学物理实验设 备；航天和导弹工程；大型能源（核电、热电）工程；化备；航天和导弹工程；大型能源（核电、热电）工程；化 工联合企业；地下工程；海岸及浅海工程；超高层建筑；工联合企业；地下工程；海岸及浅海工程；超高层建筑； 大型设备及工业自动生产线的安装、调试、控运等。大型设备及工业自动生产线的安装、调试、控运等。 2、为阐明地基稳定及建筑物安全的变形观测（主要是大型为阐明地基稳定及建筑物安全的变形观测（主要是大型 水库、城市高层建筑和矿区）。水库、城市高层建筑和矿区）。 3、为大型工矿企业技术改造服务的精密测量（含竣工测量为大型工矿企

37、业技术改造服务的精密测量（含竣工测量 及地下管线测量）及原有建筑安全监测及使用寿命预测等。及地下管线测量）及原有建筑安全监测及使用寿命预测等。 32 在理论和方法上，将着重下列课题的研究：在理论和方法上，将着重下列课题的研究： 1、对经典测量理论和方法的研究、对经典测量理论和方法的研究 经典测量理论和方法在精密工程测量中的应用和发展经典测量理论和方法在精密工程测量中的应用和发展 分析误差来源，采取控制措施，研究精密控制网的布设、分析误差来源，采取控制措施，研究精密控制网的布设、 标定及恢复；控制网点位坐标动态变化的处理。标定及恢复；控制网点位坐标动态变化的处理。 2、减弱环境因素作用的影响、减

38、弱环境因素作用的影响 大气折光、温度变化对不同观测量在观测过程中影响的避免大气折光、温度变化对不同观测量在观测过程中影响的避免 方法方法 3、永久变形和瞬时变形的有效测定方法，变形对建筑物危、永久变形和瞬时变形的有效测定方法，变形对建筑物危 害程度的研究；变形预测等。害程度的研究；变形预测等。 4、数据处理方法（抗差、拟和、滤波、推估）及数据库的、数据处理方法（抗差、拟和、滤波、推估）及数据库的 应用。应用。 5、专用测量仪器的进一步研究、专用测量仪器的进一步研究 33 在仪器和设备的研制方面着重体现在：在仪器和设备的研制方面着重体现在： 1、大型精密设备（空间站、加速器、大型导轨、闸门、传、

39、大型精密设备（空间站、加速器、大型导轨、闸门、传 递带）的控运和自动调节。递带）的控运和自动调节。 2、危险及有害环境下（矿井、水下、海上、高空、污染）、危险及有害环境下（矿井、水下、海上、高空、污染） 的监测，数据采集和输出。的监测，数据采集和输出。 3、灾害（滑坡、地震、火山）的警戒和自动报警。、灾害（滑坡、地震、火山）的警戒和自动报警。 4、采掘（如金属开采）和贮运（如石油贮运）中的自动计、采掘（如金属开采）和贮运（如石油贮运）中的自动计 量。量。 5、城市及工矿（含水利工程）建筑的的变形预测。、城市及工矿（含水利工程）建筑的的变形预测。 6、地下管线设计及位置查询。、地下管线设计及位置

40、查询。 34 一、各种精密工程对精度的要求一、各种精密工程对精度的要求 就精密工程的精度而言通常要求达到毫米级或亚毫米级。就精密工程的精度而言通常要求达到毫米级或亚毫米级。 （不同的工程、不同的部位、不同的材料、不同的工序）（不同的工程、不同的部位、不同的材料、不同的工序） 精密工程的精度应根据各工程的特点、重要性、环境条精密工程的精度应根据各工程的特点、重要性、环境条 件、拟实现的目标等诸因素不同而异，最终目的是保证建件、拟实现的目标等诸因素不同而异，最终目的是保证建 筑物正常、安全可靠地运行。筑物正常、安全可靠地运行。 拟订方案、选择仪器、工具；精度过高、过低都是不拟订方案、选择仪器、工具

41、；精度过高、过低都是不 可以的。可以的。 例如：例如：P5 土石坝安全监测、质子加速器工程、桥梁工程、土石坝安全监测、质子加速器工程、桥梁工程、 核电站建设、顶管工程等。核电站建设、顶管工程等。 二、一些工程中的精度要求二、一些工程中的精度要求 由一些工程实践得出，对其它工程有极好的参考价值。由一些工程实践得出，对其它工程有极好的参考价值。 见表见表1-1 精密工程测量实现的精度及方法（精密工程测量实现的精度及方法（P6） 35 36 续表续表1 37 续表续表2 38 续表续表3 39 三、三、精密工程测量中精度的确定精密工程测量中精度的确定 精度要求结合工程、考虑方案、选用仪器、确定必精度

42、要求结合工程、考虑方案、选用仪器、确定必 要的步骤、提出措施。要的步骤、提出措施。 对对“规范规范”中没有明确规定的精度指标，在精度初步中没有明确规定的精度指标，在精度初步 选定时可参考下列方面考虑：选定时可参考下列方面考虑： 1、根据工程最主要的目标及不利情况，进行多种模拟、根据工程最主要的目标及不利情况，进行多种模拟 计算分析，并结合目前的先进技术能实现的精度而初步确计算分析，并结合目前的先进技术能实现的精度而初步确 定。定。 2、根据类似工程安全运行资料并结合专门分析的结果、根据类似工程安全运行资料并结合专门分析的结果 而认定。而认定。 3、借助于同类工程执行的并已被验证能确保工程质量、

43、借助于同类工程执行的并已被验证能确保工程质量 的精度指标。的精度指标。 40 1、收集各种有关的资料及深刻理解对精度要求的涵义；、收集各种有关的资料及深刻理解对精度要求的涵义； 2、找出关键问题及拟定处理方案；、找出关键问题及拟定处理方案； 3、成功经验的吸收；、成功经验的吸收； 4、能考虑以不同方法进行验证；、能考虑以不同方法进行验证； 5、方案设计的基本步骤：、方案设计的基本步骤： 41 二、坝顶位移监测系统选择分析二、坝顶位移监测系统选择分析 1、大坝坝顶水平位移监测方案、大坝坝顶水平位移监测方案 分段视准线法；波带板激光准直；引张线；真分段视准线法；波带板激光准直；引张线；真 空激光准

44、直。空激光准直。 2、各种系统的分析比较、各种系统的分析比较 方案优点：设备简单、常规、操作简便、设备容易维护；不足：方案优点：设备简单、常规、操作简便、设备容易维护；不足： 受大气折光影响较大、观测量大、观测时间长、不易达到同步观测和受大气折光影响较大、观测量大、观测时间长、不易达到同步观测和 自动监测，必须增设正倒垂系统。自动监测，必须增设正倒垂系统。 方案优点：操作简便、准直精度较高（方案优点：操作简便、准直精度较高（1010-6 -6）、有利于实现自动 ）、有利于实现自动 控制；不足：需购置专用设备、受大气折光长周期分量影响较大、不控制；不足：需购置专用设备、受大气折光长周期分量影响较

45、大、不 易实现同步观测。易实现同步观测。 方案方案优点：设备简单、精度较高（优点：设备简单、精度较高（1010-7 -7） ） 、不受大气折光影响、不受大气折光影响、 不足：观测量大、观测时间长、花费较多。不足：观测量大、观测时间长、花费较多。 方案方案优点：精度较高（优点：精度较高（1010-7 -7）、可实现自动测控、观测时间短、 ）、可实现自动测控、观测时间短、 工作量小；不足：设备造价昂贵、设备维护困难。工作量小；不足：设备造价昂贵、设备维护困难。 42 精密工程测量技术包括精密地直线定线、测量角度精密工程测量技术包括精密地直线定线、测量角度 （或方向）、测量距离、测量高差以及设置稳定

46、的精密（或方向）、测量距离、测量高差以及设置稳定的精密 测量标志。从测量方案设计、实地施测到成果处理和利测量标志。从测量方案设计、实地施测到成果处理和利 用的各个阶段中都要利用误差理论进行分析。用的各个阶段中都要利用误差理论进行分析。 定线定线通常用精密经纬仪进行，以其望远镜的视准通常用精密经纬仪进行，以其望远镜的视准 面为基础，从而测定目标点的横向偏离值。要求高精确面为基础，从而测定目标点的横向偏离值。要求高精确 度时可用专用的准直望远镜。张紧的弦线也可用作基准度时可用专用的准直望远镜。张紧的弦线也可用作基准 线，并用读数显微镜测量设备部件距离基准线的垂距。线，并用读数显微镜测量设备部件距离

47、基准线的垂距。 激光束也可作为基准线，有时使激光束经菲涅耳波带板激光束也可作为基准线，有时使激光束经菲涅耳波带板 干涉形成光点或亮十字丝像，配合光电接收靶进行准直干涉形成光点或亮十字丝像，配合光电接收靶进行准直 测量，如果激光束在真空管道中传输，则波带板准直法测量，如果激光束在真空管道中传输，则波带板准直法 精度可以达准直长度的精度可以达准直长度的10数量级。数量级。 43 测角测角角度（或方向）用经纬仪测量。观测时要用角度（或方向）用经纬仪测量。观测时要用 适当的方法减少或避免望远镜调焦误差及其他仪器误差适当的方法减少或避免望远镜调焦误差及其他仪器误差 的影响，要选择或创造良好的观测条件以削

48、弱外界因素的影响，要选择或创造良好的观测条件以削弱外界因素 的不良影响，要尽量减少仪器和目标偏心差的影响，必的不良影响，要尽量减少仪器和目标偏心差的影响，必 要时可在观测成果上加入仪器竖轴倾斜改正数及测微器要时可在观测成果上加入仪器竖轴倾斜改正数及测微器 读数的行差改正数。读数的行差改正数。 44 测距测距较短距离的精密测量，主要用因瓦合金制成的线较短距离的精密测量，主要用因瓦合金制成的线 尺或带尺，配备特制的对中设备和读数显微镜进行。丈量尺或带尺，配备特制的对中设备和读数显微镜进行。丈量 时尺子的拉力要保持恒定，可采用空气轴承的滑轮或刀口时尺子的拉力要保持恒定，可采用空气轴承的滑轮或刀口 支承支承,要提高读数的精度要提高读数的精度,可应用读数显微镜或专门的精密可应用读数显微镜或专门的精密 机械测微装置，使读数误差减少至微米级。用激光干涉的机械测微装置，使读数误差减少至微米级。用激光干涉的 方法测量距离，其误差和波长为同一数量级。双频激光干方法测量距离，其误