第一章绪论
第一节工程测量的内容与要求
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。可以说，任何一项工程从开始到结束都离不开测量工作，自从有了人类以后，测量工作就伴随着人类的生产实践活动。随着人类历史文化的发展和科学技术的进步，工程建设的数量越来越多，规模越来越大，内容越来越复杂，对测量工作的要求越来越高，在测绘科学领域内渐渐形成了“工程测量学”这门学科。
我国的测量技术有着悠久的历史，在几千年发展中有许多关于测量的记载。例如，西晋的裴秀编写了《制图体系》，清朝康熙年间完成了世界上最早的地形图之一《皇舆全图》。新中国成立后，我国建立了全国天文大地控制网，统一了国家大地坐标系和高程系统，特别是现代科学技术的发展，极大地推动了工程测量技术的发展。传统的工程测量工作主要是采用机械和几何的方法解决，近年来，其逐渐被光学的、电子的、自动化的方法所代替。
工程测量学研究的专题很多，应用领域很广，其内容的划分方式也有多种，其中常用的划分方式是按照工程建设中测量工作进行的次序以及所用的测量理论、作业方法的性质来划分。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、运营管理阶段，三个阶段对应的测量工作分别为“工程勘测”“施工测量”“安全监测”，现概述如下：
（1）工程建设规划设计阶段的测量工作。每项工程建设都必须按照自然条件和预期目的进行规划设计。在这个阶段中的测量工作，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（如某些大型特种工程）或在地质条件不良地区（如膨胀土地区）进行建设，则还要对地层的稳定性进行观测。
（2）工程建设施工阶段的测量工作。每项工程建设进入施工阶段后，首先要将所设计的工程建筑物按照施工的要求在现场标定出来（即所谓定线放样），作为实地施工的依据。为此，要根据工地的地形、工程的性质以及施工的组织与计划等，建立不同形式的施工控制网，作为定线放样的基础。然后再按照施工的需要，采用各种不同的放样方法，将图纸上所设计的内容测设到实地。所以这一阶段主要包括施工控制网的建立和定线放样工作两项内容。此外，还要进行施工质量控制，例如高层建筑物的垂直度、地下工程的断面监控等，有时还要进行一些竣工测量、变形观测以及设备的安装测量等工作。
（3）工程建设运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，需要定期地对其位移、沉陷、倾斜以及摆动等进行观测。这些工作，就是通常所说的工程建筑物的变形观测。对于大型的工业设备，还要进行经常性的检测和调校，以保证其按设计安全运行。
工程测量的内容，如果按照其服务的行业划分，它包括建筑工程测量、铁路公路测量、桥梁工程测量、隧道工程测量、水利工程测量、矿山测量、三维工业测量等等。每一种工程都有其特殊性，所以为各项工程建设服务的测量工作，各有其特点与要求。而按照工程建设的三个阶段划分，不同类型的工程在同一建设阶段中的测量工作的基本原理和基本方法又有相同之处。所以本书的编写采取了“共性与个性”相结合的结构体系，共性是指各种工程建
设过程中普遍性、一般性的测量工作和方法，个性是指不同工程建设中测量工作的不同内容、方法和要求。在本书的总论部分，详细阐述了“共性”内容，主要包括施工控制网的建立方法和要求、施工放样的方法和精度分析；在后面的各篇中，分别讲述了各类工程建设过程中测量工作的特殊内容、方法和要求，这就是“个性”的内容，主要包括建筑工程测量、线路工程测量、水利工程测量、矿山测量等；在变形监测方法与应用篇，同样首先阐述“共性”内容，即常见变形监测的内容、方法、要求与数据处理，然后阐述“个性”内容，即不同工程在建设施工和运营管理阶段的变形监测工作。
工程测量学与其他测量学科的关系非常密切。例如，在勘测设计阶段，主要是建立工程控制网、测绘大比例尺地形图，完成这些工作必须掌握测量学、控制测量学、测量平差、摄影测量学等有关方面的理论和方法以及测量所用仪器的构造和使用方法。在施工建设和运营管理阶段，施工控制网的建立、工程点位的放样和变形观测等工作，很多都是建立在测量学和控制测量学基础上的。全球定位系统（GPS）已经广泛的应用到工程测量的各种工作中。现在利用摄影测量的方法测绘地形图，已经广泛地应用于工程建设的规划设计阶段中，利用近景摄影测量的方法进行工程建筑物的变形观测已经趋于成熟。
由于工程测量是直接为工程建设服务的，所以工程测量人员还必须具有一定的有关工程建设方面的知识。例如，在为工程的规划设计进行勘测时，应该了解该项工程的作用、总体布置的特点以及它与周围环境的关系等等。在为工程施工进行定线放样时，必须了解工程的结构，了解工程施工的步骤和方法以及施工现场的布置情况，以便确定在现场应该放样的点和线，选择合适的控制点布设位置和控制测量方案，选择合适的放样方法。测量工作者必须善于识图和读图，以便在工作中验证工程图纸的正确性，正确地计算所需的有关元素。当进行变形监测时，为了合理地进行观测点和基准点的布置，确定观测的精度，选择观测的方法，以及合理地进行成果的整理与分析，都需要具有该项工程的构造及其使用情况的知识。总之，在工程建设的整个过程中进行测量工作时，都需要有关工程的知识。工程测量的目的是为工程建设服务，工程测量的程序从属于工程勘察设计和施工的程序，工程测量的方法受施工方法的影响，工程测量的精度取决于工程建筑的限差要求。因此，从事工程测量工作的人员必须掌握相关的工程建设方面的知识，这样才能使测量工作有针对性、避免盲目。
第二节工程测量的发展
随着测绘科学技术的发展，工程测量的领域不断拓宽，工程测量学科正沿着测量数据采集和处理一体化、实时化方向发展，工程测量仪器正向精密化、自动化、智能化发展，工程测量产品正向多样化和社会化发展。
一、工程测量的仪器
（一）工程测量的通用仪器
施工测量的条件复杂，精度要求高，工作量大，因此施工测量仪器发展的方向是自动化、智能化。具体表现为以下几个方面：
（1）精密测角仪器已由传统的光学仪器发展到光电仪器。光电测角仪器不但实现了数据的自动获取、改正、传输、显示和存储，而且实现了目标自动照准，测角精度与光学仪器相当甚至更高。如T2000、T3000电子经纬仪不但采用了动态测量原理，而且其测角精度可达±0.5〞。精密距离测量仪器发展迅速，光电测距仪与传统的距离丈量相比，其自动化程度
与测距精度也越来越高。光学水准仪逐渐被能自动读数、记录、数据处理的电子水准仪代替。
（2）电子全站仪发展非常迅速，它实现了自动测角、测距、自动记录、计算及存储功能。全站仪能够利用其高精度的测角、测距功能提供三维坐标测量系统（STS），如Leica公司推出的TC2003，其测角精度为±0.5〞，测距精度为1mm+10-6×D。
（3）陀螺经纬仪可直接测定方位角，主要用于为地下工程测量提供方位角。陀螺全站仪逐渐发展和普及起来，相对于传统的陀螺经纬仪，它有定位精度高、一次定位时间短、功能更加强大等优点。
（4）数字摄影测量系统。数字摄影测量系统是利用近景摄影测量原理，通过两台高分辨率数码相机对待测物同时拍摄，从而获得物体的数字影像，再经过对图像的处理和计算后得到精确的X、Y、Z坐标。数字摄影测量的最新进展是采用高分辨率的数码相机提高测量精度，同时可利用条码标志来实现控制点编号的自动识别，采用专用纹理投影可取代物体表面的标志设置，从而使数字摄影测量技术向着完全自动化方向发展。
（5）在全球定位系统GPS仪器方面，实时动态GPS技术的不断发展，使得GPS技术的应用领域不断拓宽。用GPS进行工程测量具有精度高，速度快，不受时间、气候条件和通视条件的限制，并可提供统一坐标系中三维坐标信息等优点，因此在工程测量中得到了广泛应用。例如，在城市控制网、工程控制网的建立与改造中GPS技术得到了普遍应用，在地形测量、地籍测量、石油勘探、高速公路及铁路建设、通信线路、隧道贯通、变形测量、滑坡监测、地壳形变监测及地震监测中也广泛使用GPS技术。
（6）将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称为超站仪，它将GPS 的实时动态定位技术与全站仪的三维坐标测量技术完美结合。CCD传感器与电子全站仪结合，构成摄像全站仪，可实现面状数据的快速获取。
（二）工程测量的专用仪器
专用仪器是工程测量学仪器发展的活跃领域，主要应用在精密工程测量领域，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。
（1）用于建立水平或竖直的基准线或基准面，确定待测点相对于基准线（或基准面）的偏距（或垂距）的测量，称为基维线测量或准直测量。这方面的仪器有正锤、倒锤、引张线仪、各种激光准直仪、铅直仪（向下、向上）、尼龙丝或金属丝准直测量系统等。
（2）在距离测量方面，出现了含中长距离（数百米至数十千米）、短距离（数米至数十米）和微距离（毫米至数厘米）的精密测量仪器。ME5000精密测距仪和TERRA-METER-LDM2双频激光测距仪，能在中长距离测量中达亚毫米级精度。许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化。采用多普勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内达到0.1m的计量精度。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。
（3）高程测量方面，显著的发展是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十千米，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。
（4）倾斜测量可用于确定被测对象（如桥、塔）相对于水平或铅直基准线的挠度曲线。各种机械式测斜仪、电子测斜仪都向着数字显示、自动记录和灵活移动等方向发展，
其精度达到微米级。
（5）三维激光扫描仪可对被测对象在不同位置扫描，快速地获取物体在给定坐标系下的三维坐标，通过坐标转换和建模，可输出被测对象的各种图形和数字模型。车载、机载激光扫描仪将成为未来地面数据采集的主要手段。
（6）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轨道前进的测量车，测量车上装有棱镜、倾斜传感器、长度传感器和微机，可同时测量轨道的三维坐标、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，工程测量仪器具有高精度、快速、遥测、无接触、可移动、连续自动记录、微机控制等特点，可进行精密定位测量、准直测量等，可测量坐标、偏距、倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测量振动频度以及物体的动态变化等。
二、工程测量的技术方法
（一）工程测量中的地形图测绘
在工程规划设计阶段所用的地形图中，有时可以根据工程的规模直接使用1∶1万至1∶10万的国家基本地形图，有时还需要专门测绘1∶2000到1∶500的区域性或带状地形图。大型工程的大比例尺地形图测绘，一般采用航空摄影测量的模拟法、解析法或全数字化法测图，而对于一般工程的地形图测绘，则大多采用地面数字成图法测绘。水利工程开发建设中，有时需要进行水下（含江、河、库、湖、海等）地形测绘和各种纵横断面图测绘。
（二）工程控制网的布设及优化设计
工程控制网分为测图控制网、施工控制网、变形监测网和安装控制网，它们不同于国家和城市控制网，在选点、埋石、观测方案设计、质量控制、平差计算、精度分析等方面都具有其自身的特点。目前，除特高精度的工程专用网和设备安装控制网外，绝大多数工程首级控制网都采用GPS方法建立。对于各种精密工程中的施工控制网、变形监测网以及安装控制网，都应该进行网的优化设计。优化设计涉及坐标系的确定、基准的选择、仪器与方法的选取、网的精度、可靠性、灵敏度和建网费用等问题。
（三）施工放样技术方法
对建筑物的施工放样（包含机器和设备的安装放样）可归纳为点、线、面、体的放样。点放样是基础，放样点必须满足特定的条件，例如在一条给定的直线或曲线上、在已知曲面上且空间形状符合设计要求。点位放样一般采用方向交会法、距离交会法、方向距离交会法、极坐标法、偏角法、投点法等。除常规的光学及电子经纬仪、水准仪、全站仪外，GPS技术经常用于工程的施工放样、导航定位和建筑物构件的安装定位。机器设备的安装往往需要达到计量级精度，为此，往往需要研制专用的测量仪器、工具和专门的测量方法。施工放样的工作量很大，目前施工放样朝着一体化、自动化方向发展。
（四）工程的变形监测分析和预报
工程建筑物的变形监测、相关的灾害监测分析和预报是工程测量学的重要研究内容。变形监测网的布设和优化设计较其他工程控制网更加复杂：网的精度愈高愈好，需要具有更高的可靠性和灵敏度；应针对精度、可靠性以及灵敏度作网的优化设计计算；还要
确定所使用的仪器、网的等级、观测周期和观测时间等。变形监测方法几乎包括了全部的工程测量技术，除常规的仪器和方法外，还要大量地使用各种传感器和专用仪器。
三、工程测量的数据处理
随着计算机科学技术的不断发展，工程测量的数据处理正在逐步趋于自动化。主要体现在对各种工程控制网的整体平差、控制网的优化设计、变形监测数据的处理和结果分析等方面。
（一）工程测量学中的测量平差理论
最小二乘法广泛应用于测量平差。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和随机模型误差诊断；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。方差和协方差分量估计是通过对观测值的权迭代计算精化平差的随机模型，实际中，要求对多种观测量进行综合处理，其已成为测量平差的必备内容。
（二）变形观测数据处理
变形观测数据处理，首先是对监测网周期观测值的处理。其中，参考点稳定性分析，目标点位移量计算，变形模型的建立、检验以及参数估计是几何变形分析的重要内容。其次是对目标点上的时间序列进行数据处理，包括多元线性回归分析、时间序列分析等方法。对周期性变形还可采用时间序列频谱分析法，对变形体的动态变化可用状态方程与观测方程描述和递推的卡尔曼滤波法。这种数据处理方法建立在大量变形观测值的基础之上，属于统计分析法。
另一种基于受力和变形之间函数关系的分析方法称为确定函数法，它是变形的一种物理解释方法。根据变形体的物理力学参数和边界条件，常采用有限元法解算位移场的动力微分方程，计算在外力作用下变形体离散结点上的位移值，与实测值比较，可以反演物理学参数和改进动力微分方程模型。如果用低阶的、简化的、在数学上可解的动力学方程来描述变形体系统的运动，则要采用系统论方法求解并研究解空间的特征及解的拓扑结构，这种方法可以更深刻地描述系统的变化过程和机理。用系统论方法作为指导，基于精确完整的监测数据，以几何分析为基础，与物理解释相结合，可以对变形体的静态、准静态、运动态和动态模型作确切的描述，能满足工程安全对变形分析预报的要求。变形分析预报也包括对变形观测成果的整理和图表输出等内容。
四、工程测量的实践
工程测量学是一门历史悠久的学科，是从人类生产实践中逐渐产生和发展起来的。到近代，随着工程建设的迅速发展，工程测量学得到了快速的发展。20世纪50年代，世界各国在建设大型水工建筑物、长隧道、城市地铁等工程中对工程测量提出了一系列要求，促进了工程测量的发展；20世纪60年代，空间技术的发展和导弹发射场建设促使工程测量进一步发展；20世纪70年代以来，高能物理、天体物理、人造卫星、宇宙飞行、远程武器发射等，都需要建设各种巨型实验室，从测量精度和仪器自动化方面都对工程测量提出了更高的要求。20世纪末，人类科学技术不断向着宏观宇宙和微观粒子世界延伸，测量对象不仅限于地面而且深入地下、水域、空间，如核电站、摩天大楼、南北极站、太空站、海底隧道、跨海大桥、大型正负电子对撞机等。由于仪器的进步和测量精度的提高，工程测量的领域日益扩大，除了传统的工程建设三阶段的测量工作外，
在地震观测、海底探测、巨型机器、车床、设备的荷载试验、高大建筑物变形观测、文物保护等方面，都应用了最新的精密工程测量仪器和方法。
大型特种精密工程建设对测绘提出的愈来愈高的要求是工程测量学发展的动力，下面列举几个国内有关工程测量的实例。长江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，其监测规模庞大、项目非常多，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，监测精度达到亚毫米级。该工程用地面方法建立的变形监测网，最弱点精度优于±1.5mm。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。长达30多公里的杭州湾大桥的GPS首级控制网的最弱点点位精度高达±1.4mm。高454m的上海东方明珠电视塔对于长114m、重300t的钢桅杆天线，安装的铅垂准直误差仅±9mm。长18.4km的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优于±3mm，一等精密水准线路长120多公里，已贯通的辅助隧道，在仅有一个贯通面的情况下，贯通后实测的横向贯通误差为12mm，高程方向的贯通误差只有3mm。
第三节工程规划设计对地形图的要求
在工程建设的规划设计阶段，必须对工程所在地的地形、地质和水文地质条件等有充分的了解，为此要进行勘察工作，其中测绘工作主要是地形图的测绘。工程建设的规划设计通常可分选址、初步设计和施工设计3个阶段。各阶段的目的及任务不同，内容也有所不同，而就与测绘工作的关系来说，其各设计阶段涉及地域的大小不同，对地形信息详细程度和精度的要求不同，因而各设计阶段所需地形图的比例尺的大小就不同。在选址和初步设计阶段一般使用1∶5000至1∶10万的地形图，我国大部分地区已测制了比例尺为1∶1万至1∶5万的地形图，在选址和初步设计阶段应尽量利用已有的地形图。在施工设计阶段需要详细设计各建筑物的细部，要求更大比例尺的地形图，如比例尺为1∶500至1∶2000的地形图，这些地形图通常是按照设计需要的范围实地进行测绘。
测绘资料要满足工程建设规划设计的需要，其主要质量标准有：地形图的精度、比例尺、测绘内容的取舍适度等。要合理解决这些问题，使得既能充分地满足规划设计的要求，又能使测绘工作经济合理，这就要根据设计工作对地形资料的需求情况进行分析，制订测绘计划。
一、水利枢纽工程规划设计对地形图的要求
在水工建筑物（例如拦河坝、水闸、船闸、港口码头等）的规划设计之初，首先应该对一条河流或一个流域有一个综合开发利用的全面规划，进行梯级开发，合理地选择水利枢纽的位置和分布，以使其在发电、航运、防洪及灌溉等方面都能发挥最大的效益。这时应该有全流域的比例尺为1∶1万至1∶10万的地形图，以及水面和河底的纵断面图，以便研究河谷地貌的特点，探讨各个梯级中水利枢纽的水头高低、发电量大小、回水分布情况以及流域的面积与水库的库容等，并确定各主要建筑物的形式和建造的先后次序。
拦河坝是水利枢纽中的一项主要工程，坝址的选择主要决定于地形和地质条件，河谷最窄而岩层良好的河段是最可能建坝的地方。建坝以后，在河流的上游形成水库。水库的库容与淹没面积的大小取决于地形与蓄水高度。为了进行水库的设计，需要比例尺
为1∶1万至1∶5万的地形图，以确定水库的淹没面积、库容和有效库容，制定居民的迁移和交通线改建规划，设计库岸的防护工程、航道及码头的位置。在研究这些问题时对地形图的要求并不完全一致，有些项目（如计算库容）需要整个库区范围内同一精度的地形图，而另一些项目（如防护工程的设计）则需要局部地区有较高精度的地形图。因此，为了满足各种用图项目的需要，测图工作应该有计划有区别地进行。
在水利枢纽工程的初步设计阶段，在可能布设枢纽工程的全部地区，也应有比例尺1∶1万的地形图，以便正确地选择坝轴线的位置。坝轴线选定以后，就应在这个划定的枢纽布设地区提供比例尺为1∶2000至1∶5000的地形图，以研究枢纽工程主要建筑物的布置方案。这些主要建筑物包括：拦河坝、发电厂、通航建筑物、交通运输线、施工围堰和导流建筑物、住宅区以及其他的辅助建筑物。在施工设计阶段，在坝区、厂房地区、船闸闸室、引水渠渠道以及引水隧洞的进口等处应测绘比例尺为1∶1000（有时需1∶500）的地形图，以便详细地设计该工程各部分的位置与尺寸。
港口码头的设计一般分为两个阶段，即初步设计阶段和施工设计阶段。在初步设计阶段需要有关地区的比例尺为1∶1000或1∶2000的陆上地形图和水下地形图，以便布置铁路枢纽、仓库、码头、船坞、防波堤以及其他的一些附属建筑物，并且进行方案比较。在施工设计阶段，需要比例尺为l∶500或1∶1000的地形图，以便进一步精确地确定建筑物的位置和尺寸。
二、工业企业规划设计对地形图的要求
在工业企业的建筑设计中，各种大比例尺地形图是必不可少的基础资料之一。在总平面图设计时，必须考虑地形条件，安排好各建筑物之间的相互关系。地形图资料是设计定点、定位、定向、定坡以及计算工程量的主要依据。设计人员只有全面掌握了正确可靠的自然、地理等基础资料后，才有可能根据工艺流程和投资限额，正确合理地进行设计，基础资料是否正确和适用，将直接影响到工业企业的设计质量。
工业企业的设计必须有设计底图，所以该阶段测量工作的任务是向设计者提供满足要求的地形图。地形图主要使用在总平面运输（简称总图运输）设计部门。该部门的设计任务，就是根据地形图等各种基础资料和工业企业生产的特点，综合设计解决主要车间、辅助车间、动力设施、运输设施、仓库、工程管网以及行政福利设施等在厂区内的平面与竖向布置。
总平面运输设计对平面布置的要求是：应当充分利用场地地形，对原有建（构）筑物、运输线路、树林等应尽量保留；建（构）筑物的布置应与场地周围的地形和现在的建筑群相适应。总平面运输图的设计，需要按照生产的工艺要求，将主要建筑物的轮廓位置绘制在地形图上，以便结合地形情况，考虑建筑物布置的合理性。此时要求建筑物的面积应与地形图上的面积相适应，而地形图上的面积误差，又与图形外廓线上的点位精度有关。为了满足这一步设计的要求，地形图上的点位误差应不大于图上1mm。在布置总平面运输图上的建筑物时，除了要考虑生产工艺的要求，还应考虑地下管线与运输道路布置的可能性，以及防火、防水侵蚀、防震等要求，例如在防火方面要求建筑物间应保证最小有10m的距离。设计时为了节约用地，一般要求尽量接近容许的最小距离。当新设计的建（构）筑物与原有地形、地物发生关系时，要在地形图上量取它们之间的距离，以确定是否满足各项建筑界限的规定，此时要求地形图上图解距离的精度要满足
设计要求，一般来说要求地形图上的点位误差应不大于图上1mm。当用地紧张或所设计建（构）筑物与已有建（构）筑物的间距接近规定的最小距离或进行较为复杂的工程设计时，图解距离的精度很难满足要求，这时需要用地物点的实测解析坐标来设计建筑物。
工业场地竖向布置就是将厂区的自然地形加以平整改造，地形坡度应能与建筑物的配置、运输、排水要求的坡度相适应，以保证生产、运输在竖向有良好的联系，并且使建设中填挖土石方工程总量最少，并接近平衡，降低工程造价。工业场地竖向布置首先确定场地平整和设计高程，然后进行建筑物的地坪高程、铁道轨顶高程、道路中心线高程以及工程管网高程的设计。这些高程的设计原则仍然是要使其尽量与自然地形相适应，考虑到排水条件，室内地坪要高出室外地面0.15~0.5m左右。地下管道埋设深度最浅为0.6m。一般要求平坦地区地形图的高程误差为±0.15m，最大误差应在±0.3m以内。
一般来说，工业企业规划设计中，1∶5000比例尺地形图可用于厂址选择、总体规划、方案比较等；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；对于新建厂或比校简单的扩建厂、改建厂，可与初步设计共用同一比例尺的地形图；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。在改建、扩建现有工业企业时，还需提供一些已有建筑物轮廓点的解析坐标和高程。
三、线路工程规划设计对地形图的要求
铁路、公路建设的最初阶段是收集有关设计线路方案的资料，需要比例尺为1∶1万至1∶5万的地形图进行方案研究，确定可能的几个线路方案。方案确定后，即进行线路勘测设计工作，其中测量分为初测和定测。初测通常采用摄影测量方法测绘比例尺为1∶2000的地形图。定测中要进行中线测量和线路的纵横断面图测绘。
隧道和桥梁一般是铁路、公路线上的关键性工程。对于中小型桥隧工程，往往先决定线路方向和位置，再考虑地形、地质条件，然后确定隧道与桥梁的位置。而大型桥隧工程，首先要考虑地形、地质及水文等条件来确定它们的位置，然后再决定与它们连接路线的走向及位置。对于大型桥梁，首先在比例尺为1∶1万至l∶5万的地形图上研究，然后结合实地踏勘，提出桥址的几个可能的比较方案。在初步设计阶段，要对几个可能的比较方案进一步加以比较，以确定一个最优的设计方案。为此，需要提供更为详细的地形、水文及其他资料，作为方案比较的依据，同时也供设计桥梁及其附属结构物之用。为设计桥梁需要提供的地形资料有：桥渡线跨河长度、桥址纵断面图、比例尺为1：2000至1∶1万的桥渡位置图、比例尺为1∶500至1∶2000的桥址地形图及水下地形图。
城市地下铁道工程建设的初步设计阶段，采用比例尺为1∶2000或1∶5000的城市地形图，以选定线路的位置。对于地铁车站、竖井以及用明挖法施工地区，还需要该地区的比例尺为1∶500的地形图。为了施工设计，要沿着设计线路施测比例尺为1∶500的带状地形图和地下管线图。
四、矿山建设对地形图的要求
在矿山建设中，工业场地布置、地质填图都需要大比例尺地形图。地形图是地质填图的底图，将地质要素及工程位置用相应的符号展绘在地形图上，按地质点圈绘地质界线，形成地形地质图。在地形地质图上做剖面，进行储量计算，同时把地下资源的质量、储量、范围搞清楚，绘制成矿图，作为采矿设计的依据。通常用比例尺为l∶1000至1∶5000的图作储量计算和提交地质报告，
用比例尺为1∶500或1∶1000的图作工业场地布置，用比例尺为1∶500的图作井口设计和地下巷道布置。
就目前测绘技术而言，地形图测绘大多采用野外数字化测图技术，大面积的测图（如大型水利枢纽、铁路）采用摄影测量方法，而中小范围的测图通常采用地面数字测图方法。数字化地形图的优点在于：成图速度快，修改、备份、储存容易，最大的优点是不限比例尺，即基本比例尺为1∶500的地形图，而使用小于该比例尺地形图（如1∶1000、1∶2000）的用户也可使用。由于采用了数字化成图技术，设计人员在电脑上可方便地进行设计和修改，使得总体规划、方案比较、厂址选择、初步设计、施工设计等均可在同一套图中完成。另一方面，以往从图上图解设计元素存在的误差已不存在，提高了设计和获取放样元素的精度。
第二章施工控制网的建立
第一节施工控制网建立的一般要求
控制网按其用途不同分为两大类：国家基本控制网和工程控制网。国家基本控制网的主要作用是提供全国范围内的统一坐标框架，其特点为控制面积大、控制点间距离较长，点位的选择主要考虑布网是否有利，不侧重对具体工程建设时的利用。工程控制网是针对某项工程而布设的专用控制网，它分为测图控制网、施工控制网、变形监测控制网等。
工程建设的测图控制网是在工程勘测设计阶段建立的，其目的主要是为测绘地形图服务，控制点的选择是根据地形条件和测图比例尺综合考虑的，并不考虑建筑物的总体布置，因而无论从点位的精度还是从点位的密度和分布方面，都难以满足后续工程建设的要求。
施工控制网建立的目的是为工程建筑物的施工放样提供控制，其点位、密度以及精度取决于工程建筑物的性质和施工条件。一般来说，为了保证工程质量，施工前必须建立施工控制网。由于平面坐标是相对于几何参考面，而高程是相对于物理参考面，因此施工控制点通常表述为平面坐标和高程两个方面，故施工控制网应包括平面控制网和高程控制网。
施工控制网的布设应该根据建（构）筑物的总平面布置和施工区的地形条件来考虑。对于地形起伏较大的山岭地区和跨越江河的地区，一般可以考虑建立三角网、边角网或GPS网。对于地形平坦但通视比较困难的地区，例如改建、扩建的居民区及工业场地，可以考虑布设导线网或GPS网。对于建筑物比较密集且布置比较规则的工业与民用建筑区，也可以将施工控制网布设成规则的矩形格网，即建筑方格网。
相对于测图控制网而言，施工控制网一般具有如下特点：
（1）控制的范围小，控制点的密度大，精度要求较高。相对于测图区域而言，施工区域相对较小，但在较小的场地上，待建设的各种建筑物的分布错综复杂，没有较为密集的控制点，就无法胜任施工期间的放样工作。另外，建筑物的放样，其偏差都有一定的限差。如工业厂房主轴线的定位精度为1~2cm，相对于地形测绘而言，这样的精度要求是相当高的。因此，施工控制网的精度要求就比较高。
（2）施工控制网使用频繁。在施工过程中，控制点往往直接用于放样。对于复杂建（构）筑物，不同的高度层往往具有不同的形状、不同的尺寸和不同的附属工程，随着施工层面和浇筑面的升高，往往对每一层都要进行放样工作。由此可见，控制点的使用是相当频繁的。这样一来，对于控制点的稳定性、长期保存的可能性、使用时的方便性就提出了比较高的要求。工地上常见的轴线控制桩、观测墩、混凝土桩等就是基于这一要求建立的。
（3）容易受施工干扰。在现代建筑工地上，经常采用交叉作业的方法，这样会使得建筑物的施工高度有时相差悬殊，会妨碍到控制点之间的相互通视。另外，施工机械遍布场地，人员和运输车辆往来等，都会成为阻碍视线的严重障碍。另外，控制点的稳定性也受施工影响。因此，施工控制点的位置分布要恰当，密度也应该较大，以便于工作时能有所选择。
（4）投影面往往与工程的平均高程面一致。由于施工控制网的相对精度要求非常高，因而其常常采用经联测得到的一个点的坐标和一个方位角作为固定的起算数据，其长度基准不需要投影到平均海平面或参考椭球面所对应的高斯平面上，而是投影到工程投影面上。工业建筑场地是将施工控制网投影到厂区平均高程面上；有的工程要求投影到定线放样精度要
求最高的平面上，以保证设备、构件的安装精度；桥梁控制网要求化算到桥墩顶的高程面上；隧道控制网则应投影至隧道平均高程面上。
根据上述特点，施工控制网应该作为整个工程施工设计的一部分。布网时，应该充分考虑施工的程序、方法及施工场地的布置情况等。控制网布置好以后，还要注意桩位的保护。如标注在施工设计的总平面图上、对施工人员进行宣传教育等。
大型工程的施工现场通常需要施工许多各种各样的建（构）筑物，它们往往是分期进行的。为保证各个建（构）筑物的平面和高程位置都符合整体布局和设计要求，施工测量和地形图测绘一样，也要遵循“由整体到局部，先控制后碎部”的原则，即先在施工现场建立统一的平面控制网和高程控制网，然后以此为基础，测设出各个建（构）筑物及其构件的位置。在进行各建（构）筑物放样时，所利用的各类控制点必须是同一个系统中的，这样才能保证各建筑物的正确施工。
通常，建筑物的设计思路是：首先作出建筑物的总体布置，确定各建筑物位置间的相互关系（也就是各建筑物轴线间的相互关系），然后围绕主要轴线设计各辅助轴线，再根据辅助轴线设计各项细部的位置、形状、尺寸等。工程建筑物放样工作的程序与设计时的情况一样，遵循从整体到局部的原则，即首先在现场定出建筑物的轴线，然后再定出建筑物的各个部分。采取这样一种放样程序，可以免除因建筑物众多而引起的放样工作的紊乱，并且能严格保持各放样元素之间存在的几何关系。例如放样工业建筑物，则首先放样出厂房主轴线，再确定机械设备轴线，然后根据机械设备轴线，确定机械设备安装的位置。又如放样民用建筑物，则首先放样建筑物外廓轴线，再确定建筑物内部各条轴线，然后根据建筑物内部各轴线确定房间的形状、尺寸等。
工程建筑物主要轴线放样要求，应根据建筑物的性质、它与已有建筑物的关系及建筑区的地形和地质等情况来决定。主轴线的放样，可以根据在建筑区为施工测量专门建立的控制网——施工控制网进行。而细部放样一般可根据主要轴线进行，但有时也可以根据施工控制网进行。测量人员应该创造从现场标定的轴线进行细部放样的条件，这对于保证建筑物的几何形状、尺寸及放样工作的顺利进行，都是很有利的。
当施工控制网仅仅用于放样建筑物的主要轴线时，对该控制网的精度要求不一定很高。例如，工业场地上主轴线放样精度为2cm，建立厂区施工控制网时，控制网能够满足这样的精度要求即可。但是，如果施工控制网除了用于放样主轴线，还用来放样各辅助轴线和细部结构时，则对施工控制网的精度要求就大大提高。例如桥梁的施工控制网，除了用来精密测定桥梁跨越结构外，还要用来放样桥墩的位置，保证其上部结构的正确连接，因此其精度要求就比较高。
有些复杂工程往往是各种建筑物、构筑物、公路、铁路、工业设施的综合体，各个项目对放样的精度要求不同。另外，各项目之间轴线的几何联系，相对于其内部各轴线间的几何联系，在精度上往往有较大差异。因此，在布置施工控制网时，采用分级布设是比较合理的。即首先布置整个施工区域的首级控制网，其作用是放样各个建（构）筑物的轴线，然后建立加密的二级控制网，其作用是控制各建（构）筑物内部的几何关系。需要指出的是，由于工程建设的特殊要求，二级控制网的精度有时要高于首级控制网，施工控制网在精度上并不遵循“由高级到低级”的原则，这也是施工控制网的一个特点。放样工作应该根据建筑物施工的具体情况（精度要求、施工条件等），采取区别对待的方法，从而便于测量工作的进行。
施工控制网建立好以后，就可以根据其进行轴线放样。但在实际工作中，并不意味着利用施工控制网一次就能将所有的建筑物轴线都放样出来，而是依据施工进度和施工需要，依次进行。因为过早放样某些点位，一是由于进度所限，不利于桩位的保护，二是施工过程中，设计有可能修改，过早放样的某些点位失去了作用。
综上所述，施工放样的程序可以做如下选择：一是根据施工控制网放样建筑物轴线，再根据建筑物轴线进行细部放样；二是根据施工控制网直接放样建筑物轴线和细部。如何选择，视设计、施工等实际情况而定。需要强调的是，放样是整个施工过程中的重要组成部分，因此，必须与施工组织计划相协调，在精度和速度方面满足施工需要。测量人员必须具有高度的责任心，做到胆大心细，满足进度，保证质量。
在工程建筑物勘测设计期间建立的高程控制网，其点位密度和分布方面往往难以满足施工高程放样的要求，因此也需要建立专门的高程控制网。在施工期间，要求在建筑物附近的不同高度上都必须布置临时水准点，临时水准点的密度应保证只设一个测站就能在建筑物上进行高程放样。因此，高程控制网通常也采用分级布设，即首先布设遍布施工区域的基本高程控制网，然后根据不同施工阶段布设加密网。加密点一般为临时水准点，可以因地制宜，置于凸出的岩石上或已经浇筑好的混凝土上，但标记要醒目，便于保存和寻找。
需要指出的是，平面控制网和高程控制网可以分开布设，也可以把平面控制点联测高程，作为一个整体布设，具体采用哪一种形式应该视地形起伏和测量的难易程度等情况而定。
第二节施工控制网精度确定的一般方法
与工程建设勘测阶段不同，在施工阶段，测量工作的精度主要体现在相邻点的相对位置上。对于各种不同的建筑物，或对于同一建筑物中不同的部分，这些精度要求并不一致，而且有时相差悬殊。施工控制网精度的确定，应该从保证各种建筑物放样的精度要求来考虑。正确制定工程建筑物放样的精度要求，是一项极为重要的工作。如果定得过宽，就可能造成质量事故；反之，若定得过严，则给测量工作带来不少困难，从而增加了测量工作量，延长了测量的时间。
建筑物放样时的精度要求，是根据建筑物竣工时对于设计尺寸的容许偏差（即建筑限差）来确定的。建筑物竣工时的实际误差是由施工误差（包括构件制造误差、施工安装误差等）和测量放样误差所引起的，测量误差只是其中的一部分。为了根据建筑限差正确地制定建筑物放样的精度要求，除了测量知识之外，还必须具有一定的工程知识。
由于各种建筑物，或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，首先遇到的问题是根据哪一个精度要求来考虑控制网的精度。在选择时，应该考虑到施工现场条件、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的精度要求很高，但在放样时，可以利用它们之间的几何联系直接进行，因而在考虑控制网的精度时，可以不考虑它们。例如水利工程中闸门槽位置的放样，其精度要求很高（0.5mm），但它不是直接根据控制点放样的，而是根据闸门主轴线来放样，所以在考虑控制网的精度时，就可以不考虑这一精度要求。
在确定了建筑物放样的精度要求以后，就可用它作为起算数据来推算施工控制网的必要精度。此时，要根据施工现场的情况和放样工作的条件来考虑控制网误差与细部放样误差的比例关系，以便合理地确定施工控制网的精度。
对于桥梁和水利枢纽地区，放样点一般离控制点较远，放样不甚方便，因而放样误差较
系比较有效。
（4）具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影平面直角坐标系
在这种坐标系中，往往把投影的中央子午线选在测区中央，地面观测值归算到测区平均高程面上，按高斯正形投影计算平面直角坐标。当工程区域的平均高程值较大，而且按照国家3°投影带的y 坐标值也较大时，采用该种坐标系比较有效。
（5）独立平面直角坐标系
当工程区域的范围较小时，可不进行方向和距离改正，直接把局部地球表面看作平面，建立独立的平面直角坐标系。这时，起算点坐标及起算方位角最好能与国家网或城市网联测，如联测困难，可自行测定边长和方位角，而起始点坐标可假设。
二、不同的平面直角坐标系间的坐标转换
在设计的总平面图上，建筑物的平面位置常常用施工坐标系统的坐标来表示。所谓施工坐标系，就是以建筑物的主要轴线作为坐标轴建立起来的局部坐标系统。如工业与民用建筑中往往以主要车间或建筑物的轴线作为坐标轴来建立施工坐标系，大桥用桥轴线、曲线隧道用其一条切线。在测量工作中会经常遇到不同坐标系之间进行坐标换算的问题，例如：同一点位的施工坐标系与测量坐标系（如高斯平面直角坐标系或城市坐标系）下的坐标进行换算、同一点位不同测量坐标系下坐标的换算等。
设xoy 为测量坐标系，AO ＇B 为施工坐标系，施工坐标系的坐标原点在测量坐标系中的坐标为（x o ′，y o ′），O ＇A 轴的坐标方位角为，P 点在两个坐标系中的坐标分别为（x P ，y P ）、（A P ，B P ），其换算关系为：
cos sin sin cos P P O P P O x A x y B y αααα-????????=+?????????
???????＇
＇ （2-9）
cos sin sin cos P P O P P O A x x B y y αααα??-????=??????--??????＇＇ （2-10） 第四节 施工控制网的优化设计
一、施工平面控制网的网形和建立过程
施工控制网是施工放样的基础，其布网的合理性及精度对工程施工质量起决定性作用。
（一）施工平面控制网的网形
根据工程的特点，工程施工平面控制网常用以下几种网形：
（1）导线网。它包括单一导线和具有一个或几个结点的导线网。导线网的观测值是角度和边长。其特点是：网中各点上的观测方向较少，除节点外只有两个方向，因而受通视要求的限制小，易于选点；它的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时变化；网中的边长都是直接测定的，因此边长的精度较均匀。但导线网中的多余观测数较少，有时不易发现观测值中的粗差，因此可靠性不高。它比较适用于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。
（2）边角网。它是指既测边又测角的以三角形为基本图形的平面控制网。目前随着全站仪的发展普及，测角和测距精度的不断提高，边角网的应用也越来越广泛。其特点是：图形简单，网的精度较高，有较多的检核条件，易于发现观测值中的粗差。但在障碍物较多的
地区布设较困难。
（3）GPS网。随着GPS定位技术的发展，GPS相对定位精度在几十千米的范围内可达到1/10万~1/100万。GPS网的网形在很大程度上与使用的接收机的数量和作业方式有关。目前，除特高精度的工程专用网和设备安装控制网及特殊的施工环境条件外，大多数大型工程的建设过程中首级控制网的布设都采用GPS网，再利用地面边角网或导线网加密。这时，如何将现代卫星测量技术与地面测量技术相结合，相互取长补短显得非常重要。
除了以上几种常用的平面控制网形式外，有些个别的工程还采用建筑方格网的形式。
（二）施工控制网的建立过程
施工控制网的设计一般经过下列过程：首先根据控制网的建立目的、要求和控制范围，经过图上规划和野外选点，确定控制网的网形和参考基准（起始点）；根据测量仪器条件拟定观测纲要（观测方法和观测值的预期精度）；根据观测的人力、物力进行成本预算；根据控制网图形和观测精度进行目标成果的精度估算与分析，并与预定的要求相比较，再做必要的方案修正，以上称为控制网的设计工作。然后是付诸实施，埋设标志，建立观测墩、台和观测标志，按预定纲要进行观测，按观测数据评定观测精度。最后进行成果处理、平差计算。
二、施工控制网的优化设计
（一）工程控制网优化设计的概念
工程控制网的优化设计就是在一定的人力、物力及财力情况下，设计出精度高、灵敏度高、可靠性强和费用最省的控制网布设方案。也就是说，根据具体工程情况设计出最优的网形，并结合控制网实际质量要求制定出最佳观测方案，指导测量技术人员选择适当的测绘仪器，制定科学合理的工作方案，从而大量节省外业工作时间和费用，提高工效。
现代控制网优化设计与经典的规范设计不同，在精度设计方面，它克服了经典设计的盲目性，最大限度地实现预定的精度要求，如精度分布的均匀性或误差椭圆的特定指向等。它可同时顾及控制网的精度、可靠性及经费开支等质量设计指标，借助优化设计的数学方法，利用计算机科学技术，通过精准的计算在诸多设计方案中选择出最优的设计方案。
根据目前对控制网优化设计问题的分类方法，可将其分为零类优化设计、一类优化设计、二类优化设计和三类优化设计。优化设计的具体实施方法有解析法和机助模拟设计法两种。其中，解析法是根据工程实际，建立严格的最优数学模型，然后按照数学方法进行求解。机助模拟设计法则是一种人机对话方式，利用观测值对各质量准则及约束条件的敏感性逐个选择观测值，进行计算，直到设计者对观测值方案满意为止。
（二）工程控制网优化设计的解析法
解析法优化设计的步骤为：（1）根据工程实际要求，建立最优数学模型；（2）分析数学模型，选择合适的求解方法；（3）编写计算程序进行计算。
1.零类优化设计
零类优化设计为基准（起始数据）的设计，其实质就是在控制网形与观测条件确定的情况下，确定控制点坐标x与其协因素Q xx达到目标函数的最佳值，一般而言，零类优化的实质就是一个平差问题。根据工程实际情况和布网的目的，亦可将工程控制网的零类优化分为以下几种情况：①工程本身同国家或地方坐标系有关，例如，用于城市日常测量的工程控制网、地形测量控制网及地籍测量控制网等。②对个别网点有特殊要求的专用控制网。③各网点均具有同样重要性的局部工程控制网。④变形监测控制网。
对于工程本身同国家或地方坐标系有关的情况，其测量的目的是保证工程控制点处在国家或地方坐标系的指定位置，它必须以国家或地方坐标系为参考系。因此，不存在控制网基准选择问题，只需将工程控制网与国家或地方坐标系进行联测，将网中的国家或地方坐标作为起算点即可。
对于工程控制网中个别点有特殊要求的专用控制网而言，则应结合工程的实际情况来选择坐标系。例如，大坝施工控制网，由于坝体及诸多附属设施的设计均以大坝的轴线为依据，测量的目的是保证这些设施与大坝轴线处于一定的相互关系中，因此，可将大坝轴线的两个端点作为控制网的参考基准。
对于一般的局部工程控制网，其任意点的位置或点与点之间的函数关系可以表示为：
),(s L X f F = （2-11）
将其线性化后为
s s dF f X f L δδ=+ （2-12）
式中，X 为工程控制网点的坐标向量；L s 为工程控制网进行施测与定位时的观测值；F 为该工程控制网进行施测与定位时任意点的位置或任意点与点之间的函数关系。
根据误差传播定律则有
T s L s T X F f Q f f fQ Q s += （2-13）
工程控制网设计的目的之一是使控制网的测量误差Q F 的影响值最小，即
min )(=T X f fQ tr （2-14）
F 是任意的，且各点均具有同样的重要性，所以f 也是任意的，不偏向任何点，因而有
min )(min )(=?=X T X Q tr f fQ tr （2-15）
满足min )(=X Q tr 的参考基准为秩亏自由网平差基准。
对于变形监测控制网，其基准选择有两种情况：一种是布网时基准的选择，另一种是变形控制网平差及变形分析时的基准选择。根据变形监测目标的具体情况，在变形控制网设计时可选择秩亏自由网参考基准或拟稳平差基准。
2.一类优化设计
一类优化设计问题的实质就是设计最佳网点的位置，也就是在观测值权阵一定的前提下，确定与网形有关的设计矩阵。由于工程地形条件的限制和具体工程控制网的不同要求，网中一部分点的位置已经确定，而另一部分点的位置只能在一定范围内变动，因此必须设计出这些点的位置，从而获得最佳的设计方案。
（1）利用变量轮换法进行点位优化
由测量平差知，未知数函数f 的权倒数关系式为
T x f f fQ Q = （2-16）
=
X-
为迭代次数；为步长。
首先设定初始值
(1)的位置，
就是该条件下最佳图形结构的网点。
第三章 施工放样的方法和精度分析
第一节 概述
施工放样的任务是把图纸上已设计好的各种工程建筑物、构筑物，按照设计的位置（平面位置和高程）和要求标定到相应的地面上，作为施工的依据。放样的结果是得到实地上的标桩，标桩定在哪里，庞大的施工队伍就在哪里进行挖土、浇捣混凝土、吊装构件等一系列工作。如果放样出错且没有及时纠正，将会造成极大的损失。由此可见，工程测量工作者责任重大，应该采取有效措施杜绝工作中的一切错误，并保证施工所需的精度。
施工测量与工程类型及施工方法有着密切的联系，施工测量人员必须了解设计内容、性质及其对测量工作的精度要求，必须熟悉图纸，了解施工程序和方法，及时掌握施工现场的变动情况，使测量工作与施工密切衔接与配合。在放样工作进行前，测量人员首先要熟悉建筑物的总体布置图和细部结构设计图，找出主要轴线和主要点的设计位置以及各部件之间的几何关系，再结合现场条件、控制点的分布和现有的仪器设备，确定放样的方法。
施工放样前应建立健全测量组织和检查制度，应认真核对设计图纸，对施工现场进行认真细致的踏勘，根据实际情况编制测设方案、计算测设数据、编制测设详图等。对施工测量所使用的仪器、工具应进行严格的检验和校正，以确保放样的质量。施工测量工作中应强化对放样点的检验与校核工作（包括外业检核和内业检核），做到准确无误。
对于工程建筑物平面位置的放样，常用的方法有极坐标法、直角坐标法、方向线交会法、角度交会法、GPS RTK 法等。大多数方法的基本操作都是长度和角度的放样。高程的放样通常采用水准测量方法。在放样过程中，有时是首先进行初步放样，再精确测定初步放样点的位置，然后将所测得的值与设计值进行比较，最后把初步放样点改正到设计位置上去，这称为归化放样，此时点位的最终精度基本取决于实测的精度。
与测定点位的工作相比较，尽管在放样工作中采用同样的仪器，但是同一性质的误差对两种工作的结果影响并不相同。比如测定和放样一个水平角，经纬仪（或全站仪）都需要在角的顶点上对中整平，从而会产生一个对中误差e ，这一误差对结果的影响是完全不同的。如图3-1所示，测定水平角时由于对中误差e 使角度的顶点由A 点移动到A ＇点，因而测得的角度为＇，而不是正确的值，显然有21ααδδ-=+＇。在一般情况下，角度测量时仪器对
中误差直接影响实测的角值。如图3-2所示，放样角度时对中误差e 同样使角度的顶点由A 点移动到A ＇点，但此时是由在A ＇点的仪器瞄准固定点B 后，测设已知角值的，仪器对中误差并不影响放样的角值，但它影响待定边的方向，使欲放样的边AP 变成了A ＇P ＇的位置。 工程建筑物的建筑限差是指建筑物竣工之后实际位置相对于设计位置的极限偏差。通常建筑限差的大小取决于建筑物的大小、建筑材料、用途和施工方法等因素。按精度要求的高低排列为：钢结构、钢筋混凝土结构、毛石混凝土结构、土石方工程。按施工方法分，预制件装配式的方法较现场浇灌式的精度要求高，钢结构用高强度螺栓连接的比用电焊连接的精度要求高，高层建筑的精度要求高于低层建筑。例如：水利工程施工中钢筋混凝土工程较土石方工程的精度要求高，而金属结构物的安装精度要求则更高。对于一般工程，混凝土柱、梁、墙的施工允许总误差约为10～30mm ；对高层建筑物轴线的倾斜度要求高于
1.工程测量学定义： 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。 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。 2.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”。 ? 规划设计阶段：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。 ?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。 ? 运营管理阶段：工程建筑物的变形观测：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。 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。 3.结构体系： 特殊与一般、纵向与横向处理相结合 特殊：每一工程的特殊性 一般：指各种工程的共性 纵向处理：是指按工程建设的三个阶段阐述测量工作的理论、方法和技术； 横向处理：按典型工程分别进行讲述。 4.工程施工建设阶段的测量工作： 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。 施工测量工作： 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。 施工放样的原则与工作程序：“从整体到局部”、“先控制后碎部” 施工放样的主要内容: ?放样依据的选择,即放样已知点的选择 ?选择放样方法 ?计算放样元素 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
工程测量教学大纲 1.课程的性质和内容 本课程是一门道路桥梁工程技术专业，监理专业的一门必修课。为后续《公路施工》、《桥涵施工技术》、《道路勘测》等课程学习打下基础，通过学习本课程，使学生系统地掌握建筑工程测量基本知识和基本技能，培养学生的组织能力和分析解决工程实际问题能力。能了解现场施工一线正在使用和近期可能使用的技术，为以后学生在现场施工打下良好的基础。主要内容包括：是培养学生具有测量学方面的基本理论知识和技能。使学生掌握道路和桥梁建设领域中的地形测量、施工放样与线路测量的基本方法，同时熟悉地形图的应用，为后续课程的学习打下基础。学会普通测量仪器的使用，能够从事小区域大比例尺地形测量，具有使用地形图的能力，更好地从事城道桥建设工作，了解测绘新仪器、新技术的原理及其在相关专业中的应用，以便更加适应社会需求。 2.课程的任务和要求 通过本课程的学习，应了解测量工作所使用的仪器构造原理，掌握使用方法及使用技巧。要求学生能独立完成平面控制测量、高程控制测量、大比例尺地形图测绘及施工放样等项测绘工作和内业计算工作。 对测量的基本理论知识和技能方面达到如下要求： 2.1掌握经纬仪、水准仪等仪器的性能和使用方法； 2.2了解和熟悉全站仪、GPS测绘新仪器的原理和使用方法； 2.3对小区域大比例尺的地形图的测绘过程有系统的了解，并初步掌握其基本方法； 2.4具有施工放样及路线测量的基本知识； 2.5具有道桥等土木工程的勘测、规划、施工与管理中运用测量资料的基本知识。 2.6培养认真细致负责的工作作风和良好的团队意识。 3.教学中应注意的问题 3.1认真贯彻理论联系实际的原则，注重学生素质的全面提高。 3.2在组织教学时应根据所学工种，结合实际生产，选择不同的学习内容。 3.3加强实验和参观，培养感性认识和动手能力。 3.4有条件的可已电化教学，使教学直观而生动。 3.5遵循高等教育的办学规律，并要在教学体系上突破学科性，突出实用性，通用性和灵活性。 3.6结合现行标准、规范、规程进行教学 4.考核方法 理论与操作技能分别进行考核，成绩按4:6的比例合计，记为单科结业成绩。按平时考查成绩与结业考试成绩之比3:7的比例，为学生课程结业成绩，以满分100分计。
《测绘学基础》知识要点与习题答案 Crriculum architecture & answers to exercise of Fundamentals of Geomatics 总学时数：测绘64；地信、规划48实验学时：12，计4次学分：6/4 课程性质：专业基础课先修课程：高等数学，专业概论，概率统计学 教学语言：双语教学考核方式：考试实习：3周计3学分 平时成绩: 20％(实验报告、提问、测验、课堂讨论及作业) 1.课程内容 测绘学基础是测绘科学与技术学科的平台基础课。该分支学科领域研究的主要内容是小区域控制测量、地形图测绘与基本测绘环节的工程与技术，即：应用各类测绘仪器进行各种空间地理数据的采集包括点位坐标与直线方位测定与测设、地形图数字化测绘等外业工作和运用测量误差与平差理论进行数据处理计算、计算机地图成图等内业工作。授课内容主要包括地球椭球与坐标系、地图分幅、空间点位平面坐标与高程及直线方位测定与测设、误差理论与直接平差、大比例尺地形图数字成图等基本理论与方法。 2.课程特色 测绘学基础为测绘学科主干课程，为学生进一步学习以“3S”为代表的大地测量学、摄影测量学、工程测量学等专业理论与技术奠定基础。同时，该课程本身也是测绘学的一门分支学科──地形测量学（Topographical Surveying）。该门课程具有理论、工程和技术并重、实践性强等特点，其教学水平和教学质量是衡量测绘学科教育水准的关键要素，实施多样化课堂教学，注重培养学生动手能力和创新能力，以达到国家级精品课的要求为建设目标。 3.课程体系 第一章绪论Chapter 1 Introductory 内容：⑴了解测绘学科的起源、发展沿革与分支学科的研究领域；⑵测绘学的任务与作用。 重点：大地测量学与地形测量学的研究领域和工作内容。 难点：无。 §1-1测绘学的定义DEFINITION OF GEOMATICS 研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地球分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图
第一章 1.工程测量学定义： 定义1. 研究各种工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段进行测量工作的学科.( 大众化易于理解) 定义2.研究工程、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和处理、施工放样、设备安装、变形监测分析和预测等的理论、方法和技术，以及对测量和有关的信息进行管理和使用的学科。(更具体、准确、范围更大) 定义3.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.( 更加概括、抽象、严密和科学) （1）工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以机器设备为对象的工业测量两大部分。 （2）工程测量学按工程建设阶段划分其主要内容有哪些？ 答：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”，这三个阶段对测绘工作有不同的要求。 2.简述工程测量学的主要内容 1）地形图测绘(测图) 2）工程控制网布设(布网) 3）施工放样技术和方法(放样) 4）工程的变形监测分析和预报(监测) 5）工程测量的仪器(仪器) 6)工程测量学中的误差及测量平差理论(数据处理) 7)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 8)工程信息系统的建立与应用 3. 工程测量的通用仪器：水准仪、经纬仪、陀螺经纬仪、全站仪和GPS接收机 用途：测方向、角度、距离、高差、坐标差等几何量。 4.专用仪器：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。 主要特点是：高精度、自动化、遥测和持续观测 基准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。 5工程建设规划设计阶段的测量工作有哪些？ 主要是提供各种比例尺的地形图，另外还要为工程，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。 6工程建设施工建设阶段的测量工作有哪些？ 建立施工控制网，工程建筑物定线放样，施工质量控制，工程竣工测量、变形观测以及设备的安装测量等。 7工程建设运营管理阶段的测量工作有哪些？ 工程建筑物的变形观测-。建立工程进管理、维护信息系统。 第二章
第一章绪论 内容：掌握工程测量的基本概念、任务与作用；理解水准面、大地水准面、地理坐标系（大地、天文）、独立平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系、绝对高程、相对高程和高差的概念；了解用水平面代替水准面的限度、测量工作的组织原则和程序及本课程的学习方法。 重点：测量上平面直角坐标系与数学上笛卡尔平面直角坐标系的异同；测量工作的组织原则和程序。 难点：大地水准面、高斯平面直角坐标系的概念；地面上点位的确定方法。 § 1.1 测量学的发展、学习意义及要求 一、测量学的发展概况 1、我国古代测量学的成就 我国是世界文明古国 , 由于生活和生产的需要 , 测量工作开始得很早，在测量方面也取得了辉煌的成就。现举出以下几例。 （1）长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图——世界上发现的最早的军用地图。 注：世界上现存最古老的地图是在古巴比伦北部的加苏古巴城（今伊拉克境内）发掘的刻在陶片上的地图。图上绘有古巴比伦城、底格里斯河和幼发拉底河。大约是公元前 2500 年刻制的，距今大约四千余年了。 （2）北宋时沈括的《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。 （3）清朝康熙年间， 1718 年完成了世界上最早的地形图之一《皇与全图》。 在清朝康、雍、乾三位皇帝的先后主持下，自康熙十七年至乾隆二十五年，即 1708 年至 1760 年的五十余年间，是中国大地测量工作取得辉煌成就，绘制全国地图、省区地图和各项专门地图最多的兴盛时期，亦是世界测绘史上首创中外人士合作先例，在一千余万平方公里的中国大陆上完成了大规模三角测量的宏伟业绩。 2、目前测量学发展状况及展望 （1）全站仪的测量室内外一体化。
（2）全球定位系统 GPS （ Global positioning system ）的发展。 （3）遥感 RS （ Remote sense ）的发展。
第一章 1、工程测量定义： 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。 2、工程测量学科地位: 学科交叉、学科综合、学科细分。 测绘学的二级学科：大地测量学：几何大地测量、物理大地测量、空间大地测量、海洋大地测量、工程测量学（矿山测量）；摄影测量学与遥感；地图制图学；地理信息系统；不动产测绘（房地产测绘、地籍测绘）。（非重点） 3、按服务对象分工程测量主要内容包括哪些？ 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。（非重点） 4、陆行乘车，水行乘船。。。，这段描述的含义。 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，准是可揆（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。 5、“广义工程测量学”的概念： “一切不属于地球测量，不属于国家地图集范畴的地形测量和不属于官方的测量，都属于工程测量”。 第二章 1、工程测量各阶段的任务是什么。 规划设计阶段的测量工作：测绘地形图和纵、横断面图 施工建设阶段的测量工作：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；工程质量监理 运营管理阶段的测量工作：竣工测量以及变形监测与维修养护。 2、测量监理的工作任务是什么 ?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 第三章 1、按范围和用途，测量控制网分哪几类，作用 分为全球控制网、国家控制网、工程控制网 全球控制网用于确定、研究地球的形状、大小及其运动变化，确定和研究地球的板块运动等。
工程测量学试题库（附答案） 1. ( D )处处与铅垂线垂直。 A.水平面 B.参考椭球面 C.铅垂面 D.大地水准面 2. 地球的长半径约为( A )千米。 A.6371 B.6400 C.6378 D.6356 3. 在测量直角坐标系中，纵轴为( C )。 A.x轴，向东为正 B.y轴，向东为正 C.x轴，向北为正 D.y轴，向北为正 4. 对高程测量，用水平面代替水准面的限度是( D )。 A. 在以10km为半径的范围内可以代替 B. 在以20km为半径的范围内可以代替 C. 不论多大距离都可代替 D. 不能代替 5. 在以( B )km为半径的范围内，可以用水平面代替水准面进行距离测量。 A.5 B.10 C.15 D.20 6. 在测量平面直角坐标系中,x轴表示什么方向？（C）。 A.东西 B.左右 C.南北 D.前后 7. 测定点的坐标的主要工作是( C )。 A．测量水平距离B．测量水平角 C．测量水平距离和水平角D．测量竖直角 8. 确定地面点的空间位置，就是确定该点的平面坐标和( A )。 A．高程B．方位角 C．已知坐标D．未知点坐标 9. 高斯投影属于( C )。 A．等面积投影B．等距离投影 C．等角投影D．等长度投影 10. 在测量直角坐标系中，横轴为( C )。 A. x轴，向东为正 B. x轴，向北为正 C. y轴，向东为正 D. y轴，向北为正 11. 在测量坐标系中，Y轴向（D）为正。 A、北 B、南 C、西 D、东 12. 假设的平均的静止海平面称为（D）。 A、基准面 B、水准面 C、水平面 D、大地水准面
13. ( B )的基准面是大地水准面。 A. 竖直角 B. 高程 C. 水平距离 D. 水平角 14. 建筑工程施工测量的基本工作是（B）。 A.测图 B.测设 C.用图 D.识图 15. 大地水准面处处与铅垂线（A）交。 A、正 B、平行 C、重合 D、斜 16. A、B两点，HA为115.032m，HB为114.729m，则hAB为（A）。 A、-0.303 B、0.303 C、29.761 D、-29.761 17. 建筑施工图中标注的某部位标高，一般都是指（B）。 A、绝对高程 B、相对高程 C、高差 18. 水在静止时的表面叫( B )。 A. 静水面 B. 水准面 C. 大地水准面 D. 水平面 19. ( B )的投影是大地水准面。 A. 竖直角 B. 高斯平面坐标 C. 水平距离 D. 水平角 20. 我国目前采用的高程基准是（D）。 A.高斯平面直角坐标 B.1980年国家大地坐标系 C.黄海高程系统 D.1985年国家高程基准 21. 地面上有一点A，任意取一个水准面，则点A到该水准面的铅垂距离为（D）。 A.绝对高程 B.海拔 C.高差 D.相对高程 22. 地面某点的经度为85°32′，该点应在三度带的第几带?( B ) 。 A．28 B．29 C．27 D．30 23. 在水准测量中，若后视点A读数小，前视点B读数大，则( D )。 A.A点比B点低 B.A、B可能同高 C.A、B的高程取决于仪器高度 D.A点比B点高 24. 水准测量中，设A为后视点，B为前视点，A尺读数为2.713m，B尺读数为1.401,已知A点高程为15.000m，则视线高程为( D )m。 A.13.688 B.16.312 C.16.401 D.17.713 25. 在水准测量中，若后视点A的读数大，前视点B的读数小，则有( A )。 A.A点比B点低 B.A点比B点高 C.A点与B点可能同高 D.A、B点的高低取决于仪器高度 26. 水准仪的分划值越大，说明( B )。 A. 圆弧半径大 B. 其灵敏度低 C. 气泡整平困难 D. 整平精度高 27. DS1水准仪的观测精度( A )DS3水准仪。
一、单选题【本题型共15道题】 ? 1.某工程施工放样误差限差为±20mm，则该工程放样中误差为（?）mm。 A．±5 B．±10 C．±15 D．±20 用户答案：[B] ??得分：2.00 2.地下通道的施工测量中，地下导线为（?）。 A．闭合导线 B．附和导线 C．支导线 D．任意导线都可 用户答案：[D] ??得分：0.00 3.下列测量方法中，最适合测绘建筑物立面图的是（?）。 A．三角高程测量 B．地面激光扫描 C．精密水准测量 D．GPS—RTK测量
用户答案：[B] ??得分：2.00 4.水准测量时，应使前后视距尽可能相等，其目的是减弱（? ）的误差影响。 A．圆水准器轴不平行于仪器数轴 B．十字丝横丝不垂直于仪器竖轴 C．标尺分划误差 D．仪器视准轴不平行于水准管轴 用户答案：[D] ??得分：2.00 5.GPS的大地高H、正常高h和高程异常ζ三者之间正确的关系是（? ?）。 A．ζ=H-h B．ζ
D．反比 用户答案：[D] ??得分：2.00 7.布测C、D、E级GPS网时，可视测区范围的大小实行分区观测，分区观测时，相邻分区的公共点至少应有（? ）个。 A．2 B．3 C．4 D．5 用户答案：[C] ??得分：2.00 8.在进行高差闭合差调整时，某一测段按测站数计算每站高差改正数的公式为（? ）。 A．Vi=fh/N(N为测站数) B．Vi=fh/S(S为测段距离) C．Vi=-fh/N(N为测站数) D．Vi=fh/S(S为测段距离) 用户答案：[C] ??得分：2.00 9.我国城市坐标系是采用（?）。 A．高斯正形投影平面直角坐标系 B．大地坐标系
问答题： 1．已知一右转铁路曲线，设其转向角为，曲线半径为R ，缓和曲线长为l 0，试绘出其曲线平面图，并在图上标出： ① 交点JD ，转向角，曲线各主点； ② 缓和曲线常数β0、m 、x 0、y 0 ③ 缓和曲线长l 0，主切线T ，外矢距E 0，曲线全长L 。 2．为什么要进行隧道施工控制测量？它包括哪些内容，哪些方面？ 答：为了时隧道在相向施工时正确贯通，并使建筑物按设计位置修建，而不侵入建筑界限。它包括洞外和洞内的平面和高程控制测量。 3．定测中桩高程测量的目的是什么？测量时应注意哪些问题？ 答：测定中线上各控制桩、百米桩、加桩处的地面高程。为绘制线路总断面图提供资料，中桩高程应起闭于线路水准点上，并把直线上转点，曲线上起终点及曲线长度大于500米的曲中点作为转点，其余的点可作为中视点。 4.简述工程控制网的建网步骤。 5．试比较拨角法放线和支距法放线的优缺点。 答：拨角放线法的优点是：方法简便，放线速度较快，缺点是：误差累积，需要每隔一定距离与初测导线进行联测，并对放线误差做处理。 支距法放线的优点是每一直线段均独立放出，误差不会积累，缺点是程序较繁多，速度较慢。 6. 在初测导线成果计算时，什么情况下要进行两化改正？什么是两化改正？ 答：当初测导线与国家（大地）控制点联测时，需要进行两化改正。首先是将坐标增量改化到大地水准面上，再改化到高斯平面上 7.为提高隧道的横向贯通精度，在洞外平面控制采用导线或三角网布网时，都必须注意哪两条基本要求？为什么？ 答：为减弱测角误差对横向贯通精度的影响，应尽量减少导线边数或三角形个数；为减弱测边误差对横向贯通精度的影响，应使导线环或三角网的延伸方向尽量与贯通方向垂直。 8．基本的测设工作有哪些？总的来说，精密的测设方与一般测设方法间的区别是什么？ 参考答案：基本的测设工作有已知水平距离的测设、已知水平角的测设、已知高程的测设、已知平面位置(坐标)的测设。 精密的测设方法是在一般测设方法的基础上，再重新精确测定该放样点点的位置，根据精确测定的位置与设计位置的差值来计算该点位的偏移量，最后将该点位改正到正确位置上。 ZH E 0 QZ YH HZ HY JD P m α βR β0 βT 2βα-0 δ b
工程测量学课程复习提 纲 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
《测量学A》课程复习提纲 第一章绪论 1、什么是测量学？ 测量学是研究地球的形状、大小以及地表(包括地面上各种物体）的几何形状及其空间位置的科学。 2、名称解释 水准面：处处与重力方向垂直的连续曲面 大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面 绝对高程：地面上一点到大地水准面的铅垂距离（H） 相对高程：地面上一点到假定水准面的铅垂距离（H’） 高差：地面上两点间的高程之差。（h） 水准面的特点？ ①重力等位面，其表面处处与重力方向垂直。 ②有无穷多个，但各水准面之间是不平行的。 ③是不规则的闭合曲面。 我国目前采用高程基准：1985年国家高程基准 测量外业与外业工作的基准面和基准线？ 测量工作的基准线—铅垂线 测量工作的基准面—大地水准面 测量内业计算的基准线—法线 测量内业计算的基准面—参考椭球面 3、测量常用坐标系有哪些？ 大地坐标系、空间直角坐标系、高斯平面直角坐标系等。 高斯投影特点？ ①中央子午线投影后为直线，且长度不变。 ②除中央子午线外，其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子 午线为对称轴。投影后有长度变形。 ③赤道线投影后为直线，但有长度变形。 高斯坐标系如何建立？ 根据高斯投影的特点，以赤道和中央子午线的交点为坐标原点，中央子午线方向为x轴，北方向为正。赤道投影线为y轴，东方向为正。 横坐标通用值的组成？ 由于我国位于北半球，东西横跨12个6°带，各带又独自构成直角坐标系。 故：X值均为正，而Y值则有正有负。为了避免坐标出现负值，将每个投影带的坐标原点向西移500km，则投影带中任一点的横坐标值也恒为正值。为了能确定某点在哪一个6°带内，在横坐标值前冠以带的编号。这种由带号、500km和自然值组成的横坐标Y称为横坐标通用值。 例1 例2：有一国家控制点的坐标：.380m （1）该点位于6°带的第几带？ 第19带
1、提高点位平面放样精度的措施有很多，请列举三种措施盘左盘右分中法、归化法放样，采用高精度的全站仪； 2、线路断链分为长链和短链两种类型，产生线路断链的基本原因主要有外业断链和内业 断链； 3、隧道贯通误差分为横向贯通误差，纵向贯通误差，高程贯通误差； 4、隧道洞内控制测量一般采用单导线、导线环、交叉导线(4、主副导线)等导线形式。1.导线控制点补测和位移方法可采用（交合法，导线测量法），位移和补测的导线点的高程 可用（水准测量）和（三角高程测量）的方法进行测定 2。当路基填挖到一定的高度和深度后，会出现导线点之间或导线点与线路中线之间不通视的情况，可以选择通视条件好的地势（自由设站）测站，测站坐标可以按（交合法）或 （导线测量法）确定。 3。隧道洞内施工时以（隧道中心）为依据进行的，因此需要根据（隧道中线）控制隧道掘进方向。 4。路基横断面的超高方式：（线路中线，分隔带边缘线，线路内测）等。 5。曲线隧道洞内施工时需要注意（线路中线）与隧道结构中心线的不同，因此需要根据（隧道结构中心 线）控制隧道掘进方向。 6。要建立路基三维模型，需要从（线路平面中心线，线路纵断面，线路横断面）等三个角度去建立。根据设计资料提供的（路基横断面、设计纵断面）等资料，并采用（线性插值）的方法可以绘制任意路基横断面设计线，再利用全站仪（对边测量）测量方法可以得到该路基横断面。 7。导线控制点的补测和位移方法可采用（交会法、导线法），移位和补测的导线点的高程 可用（水准测 量和三角高程测量）的方法进行测定。 8。当路基填挖到一定高度和深度后，会出现导线点之间或导线点与线路中线点之间不通视情况，可以选 择通视条件良好的地势（自由设站）测站，测站坐标可以按（交会法或导线法）方法确定。9。列出两种提高桥涵结构物平面点位放样精度的方法有（角度分中法放样、归化法放样）10。路基施工施工时，列出三种电位高程放样的方法（水准放样法、GPS 高程放样法、三 角高程放样法） 简答题 1。简述全站仪进行横断面地面线复测的方法： 自由设站，采集横断面地面线特征点三维坐标，路基横断面自动带帽。 2。简述线路断链产生的原因与处理方法： 路段分区段设计，线路改线。 3。简述计算机软件在路桥施工测量技术中作用和地位： 内业计算简单化，规范化，高效率，减少错误发生，内业计算的发展方向。 4。简述全站仪确定线路横断面方向的方法： （1）计算给定桩号的中桩坐标及距离为2 米的边桩坐标(2)将全站仪架设在横断面附近的某一控制点上（3）坐标放样法放样出中边桩，根据放样的中边桩可以确定横断面的方向
《工程测量学》习题 习题表示供学生复习是需要完成的练习题。习题分名词解释、填空题、选择题和少量计算题。学完每章后，可以对照习题在书上和指导书上完成。 名词解释所列的名词属于应该掌握的基本概念或基本知识，一般都可以直接在书本上查到，看书时可在书上标出来。 填空题属于应该掌握的基本概念，一般都也可以在书本上找到，可以直接回答在该指导书上，我们编排时尽量考虑空出的大小。 选择题在于考察读者的对知识掌握的程度，需要真正的理解，一般来说，难度要大一些。选择题也可以直接回答在指导书上。 计算题不多，但很重要，根据教学实践发现，学生的计算能力有待提高，所列计算题是应该在课外独立做的练习。 2.1 第1章 2.1.1名词解释 FIG；Engineering Surveying；Engineering Geodesy；纵向结构体系；横向结构体系；相邻课程；专用仪器 2.1.2填空题 1. 工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、水下、空中）中______ 几何实体的______ ___和抽象几何实体的______ __的理论、方法和技术的一门应用性学科。 2. 工程测量学主要包括以______ __为对象的工程测量和以______ _ 为对象的______ __两大部。 3. 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______ __、______ __和______ __。 4. 工程测量学的主要内容包括：模拟或数字的______ __的获取与表达；______ __ __ 及数据处理；建筑物的______ __；大型精密设备的______ ____ 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______ ____________；工程测量专用仪器的研制与应用；______ __系统的建立与应用等。 5. ____ _ 在《史记》中对夏禹治水有这样的描述：“陆行乘车，______ __，泥行乘撬，山行乘撵（jú），左准绳，____ _ 、载四时，以开九州，通九道，陂九泽，度九山。”
1 （1）工程建设的三个阶段1规划设计阶段2建筑施工阶段3运营管理阶2 段 3 （2）工程测量学就是研究各项工程在规划设计、施工建设和运营管理阶4 段虽进行的各种测量工作的学科。主要任务就是解决工程建设中规划设计所需5 各种比例尺地形图这个问题。 6 （3）数字地面模型（DTM）是表示地面起伏形态和地表景观的一系列离散7 点或规则点的坐标值集合的总称。 8 （4）在测绘领域，用一系列地面点的x,y坐标及其相联系的高程表示区9 域地面形状的模型，称为数字高程模型（DEM）。 10 （5）铁路、公路、输电线路以及输油（汽）管道等均属于线性工程，它11 们的中线通称线路。 12 （6）铁路勘测设计的过程：1方案研究2初测3初步设计4定测5施工13 设计 14 （7）初测是初步设计阶段的勘测工作，其主要任务是提供沿线大比例尺15 带状地形图以及地质和水文方面的资料（纸上定线）。 16 （8）定测的主要任务是把初步设计中选定的线路中线测设到实地上。17 （9）勘测设计阶段的测量工作有草测、初测和定测工作。 18 （10）公路的结构组成：路基，路面，桥涵，隧道，路线交叉和沿线设施19 等。 20 （11）根据线路工程的作业内容，线路测量具有全线性，阶段性和渐近性21 的特点。
22 （12）导线点的布设要求：1导线点宜选在地势较高的地方，且前后相互23 通视。2导线点应选在开阔的地方，以便作为图根控制，进行地形测量。3导线24 点间的距离要适中。4导线点应尽可能接近将来的线路的位置，以便为定测时所25 利用。5桥梁及隧道两端附近，严重地质不良地段以及越岭垭口处应设置导线点。 26 （13）基平测量是沿线路布设水准点。2中平测量是测定导线点及中桩高27 程。 28 （14）将纸上线路测设到实地上的工作称为中线测量。 29 （15）线路纵断面的测绘： 30 （16）水下地形测绘技术说明书的内容为：1任务的来源、性质、技术要31 求，测区的自然地理特点，技术设计的依据及原有测量成果的采用情况。2各施32 测控制点的等级，标石及造埋数量，水深测量图幅，测深面积及障碍物的大致33 分布情况。3作业所需的各种主要仪器、器材、船只类型和数量。4根据测区地34 理气象及技术装备条件，确立的不同测区的作业率，计算的各种测量作业的工35 作量和工作天数及时间安排。5根据测区特点和作业技术水平，重点提出的适当36 的作业方法和注意事项，以及一些具体技术指示。 37 （17）检查线的方向应尽量与主测线垂直，分布均匀，并要求布设在较平38 坦处，能普遍检查主测深线。检查线一般应占主测线总长的5%~10%。 39 （18）编绘竣工图的目的：1在施工过程中可能由于设计时没有考虑到的40 问题而使设计有所变更，这种临时变更设计的情况必须通过测量反映到竣工图41 上，以竣工图作为检验设计的正确性，阐明工程竣工最终成果的技术资料。2为42 改建扩建提供原有各项建筑物，构筑物，地上和地下各种管线及交通线路的坐43 标，高程等资料，作为改建扩建设计的依据。3便于工程交付使用后进行生产管44 理和各种设施的维护检修工作，特别是地下管线等隐蔽工程的检查和维修工作。
工程测量学基础知识 总结
（1）工程建设的三个阶段1规划设计阶段2建筑施工阶段3运营管理阶段（2）工程测量学就是研究各项工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段虽进行的各种测量工作的学科。主要任务就是解决工程建设中规划设计所需各种比例尺地形图这个问题。 （3）数字地面模型（DTM）是表示地面起伏形态和地表景观的一系列离散点或规则点的坐标值集合的总称。 （4）在测绘领域，用一系列地面点的x,y坐标及其相联系的高程表示区域地面形状的模型，称为数字高程模型（DEM）。 （5）铁路、公路、输电线路以及输油（汽）管道等均属于线性工程，它们的中线通称线路。 （6）铁路勘测设计的过程：1方案研究2初测3初步设计4定测5施工设计（7）初测是初步设计阶段的勘测工作，其主要任务是提供沿线大比例尺带状地形图以及地质和水文方面的资料（纸上定线）。 （8）定测的主要任务是把初步设计中选定的线路中线测设到实地上。 （9）勘测设计阶段的测量工作有草测、初测和定测工作。 （10）公路的结构组成：路基，路面，桥涵，隧道，路线交叉和沿线设施等。 （11）根据线路工程的作业内容，线路测量具有全线性，阶段性和渐近性的特点。 （12）导线点的布设要求：1导线点宜选在地势较高的地方，且前后相互通视。2导线点应选在开阔的地方，以便作为图根控制，进行地形测量。3导线点间的距离要适中。4导线点应尽可能接近将来的线路的位置，以便为定测
时所利用。5桥梁及隧道两端附近，严重地质不良地段以及越岭垭口处应设置导线点。 （13）基平测量是沿线路布设水准点。2中平测量是测定导线点及中桩高程。 （14）将纸上线路测设到实地上的工作称为中线测量。 （15）线路纵断面的测绘： （16）水下地形测绘技术说明书的内容为：1任务的来源、性质、技术要求，测区的自然地理特点，技术设计的依据及原有测量成果的采用情况。2各施测控制点的等级，标石及造埋数量，水深测量图幅，测深面积及障碍物的大致分布情况。3作业所需的各种主要仪器、器材、船只类型和数量。4根据测区地理气象及技术装备条件，确立的不同测区的作业率，计算的各种测量作业的工作量和工作天数及时间安排。5根据测区特点和作业技术水平，重点提出的适当的作业方法和注意事项，以及一些具体技术指示。 （17）检查线的方向应尽量与主测线垂直，分布均匀，并要求布设在较平坦处，能普遍检查主测深线。检查线一般应占主测线总长的5%~10%。（18）编绘竣工图的目的：1在施工过程中可能由于设计时没有考虑到的问题而使设计有所变更，这种临时变更设计的情况必须通过测量反映到竣工图上，以竣工图作为检验设计的正确性，阐明工程竣工最终成果的技术资料。2为改建扩建提供原有各项建筑物，构筑物，地上和地下各种管线及交通线路的坐标，高程等资料，作为改建扩建设计的依据。3便于工程交付使用后进行生产管理和各种设施的维护检修工作，特别是地下管线等隐蔽工程的检查和维修工作。
工程测量学复习思考题（张正禄版） 第1 章绪论 1．工程测量学的定义 答： 定义一：工程测量学是研究各项工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。 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。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。 2．工程测量学按工程建设阶段划分其主要内容有哪些？ 答：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”，这三个阶段对测绘工作有不同的要求。 3．工程测量学按所服务的对象如何进行划分？ 答：工程测量学按所服务的对象分为建筑工程测量、水利工程测量、军事工程测量、海洋工程测量、地下工程的测量、工业工程测量、铁路工程测量、公路工程测量、管线工程测量、桥梁工程测量、隧道工程测量、港口工程测量以及城市建设测量等。 4．工程测量的主要内容有哪些？ 答：提供模拟或数字的地形资料；进行测量及其有关信息的采集和处理；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；各类工程建设物、矿山和地质病害地带的变形监测、机理解释和预报；工程测量专用仪器的研制与应用；与研究对象有关的信息系统的建立和应用等。 5．工程测量的常用技术有哪些？ 答：常规地面测量技术；卫星定位技术（GPS）；影像技术；水下地形测量技术；特种量测技 术；信息管理技术。 6．简述工程测量的特点。 答：可概括为“六化”和“十六字”。“六化”是：测量内外业作业的一体化；数据获取及处 理的自动化；测量过程控制和系统行为的智能化；测量成果和产品的数字化；测量信息管理的可视化；信息共享和传播的网络化。“十六字”是：精确、可靠、快速、简便、实时、持续、 动态、遥测。 7．简述工程测量学的发展趋势。 答：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，影象、图形和数据处理方面的能力进一步增强；在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；工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量；多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用；GPS、GIS 技术将紧密结合工程项目，在勘测、设
土木工程测量教学方法的研究 摘要：随着经济的不断发展在土木工程的领域来说也有了越来越高的要求，测量在土木工程中来说具有很重要的意义，各种测量技术和设备的出现为土木工程测量的教学带来了改革，本文将就土木工程测量教学方法进行相关探讨。 关键词：土木工程；测量；教学；研究；完善 0 引言 在土木工程专业的学习中，土木工程测量是一门重要的基础课程，土木工程专业的课程对测量课程的依赖和要求也越来越高，表现在很多方面，其中有城市规划、地面模型、路线设计、工程量计算、快速定位等，随着科技的不断进步和信息化的快速发展，测量新理论、新技术、新设备越来越多，对于测量课程的学习来说增加了课程内容和研究空间，对于学科之间的渗透也越来越明显，另外土木工程的测量教学还具有很强的实践性，对测量学课程提出了更高的要求。 1 土木工程测量教学的现状 1.1 教学方法传统土木工程工程测量虽然一直处在发展中，但是在学校的教学过程中，教学体系和内容较为陈旧，没有跟上时代的变化和科技的发展，如何适应现代社会的要求是学校需要思考的一个问题。
1.2 教学理念落后各大院校对土木工程测量教学创新不够重视。很多院校教学理念比较落后，在教学中通常只是将普通土木工程测量知识教授给学生，而学生只学会了相关理论知识，而没有形成思考方式，在实际操作和举一反三的能力上仍旧欠缺。 1.3 教学方式不完善很多院校土木工程测量教学对于学生进入社会之后对技能性和适应性不够重视，目前各大院校在课程设置上没有立足于土木工程测量教学的基本理念，对土木工程测量教学不够重视并且教学方法过于陈旧，在教学时，教学计划和教学方法很少创新、突破，教学模式单一，过于注重理念培养，忽视对学生应用、创新能力的培养，导致学生的综合素质不够。 1.4 师资力量匮乏在教学中软件力量远比硬件力量更重要，教师作为教学过程中的主要传播者，需要不断的提升个人能力，紧随社会的发展趋势，但目前来说教师个人素质参差不齐，尤其与高校的同类教师相比，从学历方面、素养、科研能力、创新能力都存在较大的不足，师资力量的不足很大程度上影响了教学的水平和发展。 1.5 资金投入不足问题在高校的土木工程测量教学是非常注重实践的，只有在实践中才能不断的发现问题，解决问题，最终提高土木工程测量的操作技能和创新思维，在土木工程测量人才培养中需要以技术要求为导向，但目前我
工程测量学定义： 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。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。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。 2：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” 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。 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。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。 桥梁规划设计阶段的测量工作：√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 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。 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。 主要的测量工作有：施工控制网的建立，施工放样，竣工测量。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
建筑工程测量试题库参考答案 一、填空题 1.地面点到假定水准面的铅垂距离称为该点的相对高程。 2.通过平均海水面的水准面称为大地水准面。 3.测量工作的基本工作是高程测量、水平角度测量、距离测量。 4.测量使用的平面直角坐标是以两条相互垂直线的交点为坐标原点，以南北方向为X轴， 以东西方向为Y轴。 5.地面点位若用地理坐标表示，应为经度、纬度和绝对高程。 6.地面两点间高程之差，称为该两点间的高差。 7.在测量中国，将地表面当平面对待，指的是在100平方千米范围内时，距离测量数据不 至于影响测量成果的精度。 8.测量学的分类，大致可分为大地测量学、普通测量学、摄影测量学、工程测量学、地图 绘制学。 9.地球是一个旋转的椭球体，如果把它看作圆球，其半径的概值为6371Km 10.我国的珠穆朗玛峰顶的绝对高程为8848.13m。 11.地面点的经度为该点的子午面与首子午面所夹的二面角。 12.地面点的纬度为该点的铅垂线与赤道平面所组成的角度。 13.测量工作的程序是从整体到局部、先控制后碎部。 14.测量学的任务是测定和测设。 15.直线定向的标准方向有真子午线方向、磁子午线方向、坐标纵轴方向。 16.由坐标纵轴线北端方向顺时针转到测线的水平夹角为直线的坐标方位角。 17.距离丈量的相对误差的公式为D=D+△L d +△L t +△L h 。 18.坐标方位角的取值范围是0°-360°。 19.确定直线方向的工作称为直线定向，用目估法或经纬仪法把许多点标定在某一已知直线 上的工作为直线定线。 20.距离丈量是用相对误差来衡量其精度的，该误差是用分子为1的分数形式来表示。 21.用平量法丈量距离的三个基本要求是尺子要拉平、标杆要立直且定线要直、对点投点和 读数要准确。 22.直线的象限是指直线与标准方向的北端或南端所夹的锐角，并要标注所在象限。 23.某点磁偏角为该点的磁北方向与该点的真北方向的夹角。 24.某直线的方位角与该直线的反方位角相差180°。 25.地面点的标志，按保存时间长短可分为临时性标志和永久性标志。 26.丈量地面两点间的距离，指的是两点间的水平距离 27.森林罗盘仪的主要组成部分为望远镜、罗盘盒和基座。 28.某直线的方位角为123°20′，则它的正方位角为303°20′。 29.水准仪的检验和校正的项目有圆水准器的检校、十字丝横丝垂直与仪器竖直轴、水准管 轴平行于仪器竖轴。 30.水准仪主要轴线之间应满足的几何关系为水准管轴平行于视准轴、圆水准管轴平行于竖 轴、十字丝中丝垂直于竖轴。 31.由于水准仪校正不完善而剩余的i角误差对一段水准路线高差值的影响是后视距和与前 视距和之差的大小成正比。 32.闭合水准路线高差闭合差的计算公式为fh=∑h i -(h 8 -h A ). 33.水准仪的主要轴线有圆水准器轴、仪器竖轴、望远镜视准轴、水准管轴。 34.水准测量中，转点的作用是传递高程，在同一转点上，既有本站前视读数，又有下站后