武汉大学遥感院工程测量重点分解.docx
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武汉大学遥感院工程测量重点分解
第一章
1、工程测量定义（三个）
①定义一：
工程测量学是研究各种工程建设在勘测设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。
工程建设是投资兴建（建造、购置和安装）固定资产的经济活动以及与之相联系的其他工作。
包括：
工业与民用建筑、道路工程、桥梁与隧道工程、水利水电枢纽工程、地下工程、管线工程、矿山工程等。
②定义二：
工程测量学主要研究在工程建设各阶段、环境保护以及资源开发中所进行的地形和其他有关信息的采集和处理，施工放样、设备安装、变形监测的理论、方法和技术，以及研究对测量资料和工程有关的各种信息进行管理和使用，它是测绘学在国民经济和国防建设中的一门应用学科。
地形信息：
表现为各种大比例地形图测绘
施工放样：
放样/测设是将设计物体或对象的位置信息（坐标和高程）确定其在客观世界中的位置。
测量是获取客观世界中被测物体或对象的位置信息（坐标和高程）。
测量与测设：
原理、使用仪器和工作方法相同，目的和工作程序不一样。
变形监测：
变形分析与预报，贯穿三阶段
③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。
它主要以建筑工程和机械设备为研究服务对象。
具体几何实体：
一切被测对象，包括存在的地形、地物，已建的各工程及附属物。
抽象几何实体：
一切设计的但未实现的各项工程。
④定义比较
定义一比较大众化，易于理解。
定义二较定义一更具体、准确，包括设备安装与信息管理。
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，而不是研究各种测量工作。
第二章
1、工程测量基本任务：
测量，测设，核心：
物体位置确定
为解答地球空间中一切与工程建设及几何实体位置有关的测量、测设问题，为工程建设提供测绘保障，满足工程建设各阶段的各种需求。
勘测设计阶段：
提供设计所需的地形图等测绘资料，为勘测设计、初步设计和技术设计
服务
施工建设阶段：
施工放样测量，保证施工的进度、质量和安全
运营管理阶段：
以工程健康监测为重点，保障工程安全高效运营
2、三个阶段主要测量内容
勘测设计阶段：
主要是提供各种比例尺的地形图，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观测。
施工建设阶段：
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，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）。
建立工程信息系统，对工程进行管理、维护。
3、线路工程测量（初测，定测定义，内容）
①铁路、公路、架空送电线路以及输油管道等称为线路工程，它们的中线称为线路。
线路在勘测设计阶段的测量工作称为线路测量，为线路设计提供必要的地形资料。
我国铁路规划设计的程序，一般经过方案研究、初步设计、施工设计等过程。
勘测工作分为初测和定测两个阶段进行。
②铁路规划设计：
方案设计：
根据已有的地形图资料和国家需求，设计比较几个可能的线路方案，提出主要方案
初步设计：
根据初测地形图进行初步设计，确定一个初步设计方案
施工设计
③勘测工作：
初测：
定义：
根据方案设计，为满足初步设计需求，对一条或多条线路进行的测量。
内容：
包括线路分级平面、高程控制测量；沿线路选点插旗标出线路方向，补充未考虑的局部方案，沿线路方向测绘比例尺1：
5000-1：
10000的初测地形图。
定测：
定义：
对初步设计方案，将选定的线路测设到实地上进行的有关测量，对初步设计方案进行局部改善。
内容：
包括中线测量、曲线测设、纵横断面测量、局部的地形图测量和专项调查测量。
4、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。
第三章
1、观测量及其测量方法
①地面点确定的观测量：
角度观测量、方位观测量、距离观测量、高差观测量
②角度观测量
水平角（测回法，全圆测回法），竖直角，天顶距
角度测量的仪器主要是经纬仪，分为光学经纬仪和电子经纬仪两大类。
②方位观测量
方位角：
任一方向与真北方向间夹角，是一种特殊的角度观测量。
方位角测量的仪器主要是陀螺经纬仪、陀螺全站仪，在矿山巷道、地铁隧道中应用。
指南针、罗盘：
测量任一方向与磁北方向间夹角
GNSS测量：
任一边在某一坐标系下的方向
③距离观测量
A、距离测量方法：
（1）直接丈量法：
尺子（钢卷尺、皮尺、测绳）直接在地面上测定两点间距离
（2）视距法：
装有视距丝装置的测量仪器（如光学经纬仪）配合视距尺按几何光学和三角原理，同时测定距离和高差
（3）物理测距法：
利用光波或者电磁波的波长与传播时间的关系确定两点间距离，关键是测定电磁波在待测距离上往返传播的时间。
电磁波测距仪、电子全站仪、GNSS测距。
直接测定/脉冲式测距，间接测定/相位差式测距。
B、直接丈量法观测量改正：
（1）尺长改正
（2）温度改正：
（3）倾斜改正：
（4）改正后尺段长度计算：
每尺段进行以上三项改正后，即得改正后尺段的长度为
（5）计算全长：
将各个改正后的尺段长度相加，即得往测（或返测）的全长。
如往返丈量相对误差小于允许值，则取往测和近测的平均值作为基线的最后长度。
C、微距观测
对于微距离测距，不宜采用电磁波测距仪（固定误差所限）。
机械法：
定长细金属丝、长铟瓦线制成的测距仪和测量距离变化的伸缩仪、应变仪
④高差观测量
高差测量的方法：
（1）几何水准测量：
前水准尺，后水准尺，水准仪
观测误差：
视差，整平误差，估读误差，水准尺竖立不直的误差
外界条件的影响：
仪器和尺垫升降的误差，地球曲率影响，大气折光的影响
（2）三角高程测量：
根据两点间的水平距离和经纬仪观测的垂直角，要用三角公式计算两点间高差，全站仪
（3）钢尺：
获取地面点与井下点间高差
（4）液体静力水准测量：
依据静止的液体水平面测定多点间的高差
（5）GNSS高程测量：
核心是确定大地水准面高/高程异常
2、坐标测量
①能够直接测得物体上目标点或者离散点在某一坐标系下坐标的测量。
②主要方法：
（1）自由设站法：
边角后方交会
定义：
将仪器自由架设在地面上任一点，只要能对两个或两个以上已知点做边角测量，即可得到未知点坐标。
仪器：
全站仪
（2）极坐标法
定义：
仪器设在一个已知点，后视另一个已知点，测量到待测点的距离和角度，即可得未知点坐标仪器：
全站仪、激光跟踪仪、激光扫描仪
（3）GNSS测量：
GNSS单点定位、相对定位、RTK（全球导航卫星系统，导航，授时，定位）
3、倾斜测量，挠度测量，投点测量，近景摄影测量定义
①倾斜测量定义：
确定地面和建筑物倾斜值的测量
②挠度测量
挠度曲线：
相对于水平或铅垂基准线的弯曲线
挠度：
曲线上某点到基准线的垂距，一种特殊的位移变形值
③投点测量定义：
将点从一个高程面上垂直投影到另一个高程面上
④近景摄影测量定义：
指利用对物距不大于300m的目标物摄取的立体像对进行的摄影测量，确定被摄物体的大小、位置和几何位置
4、精度匹配计算
5、基准线法测量
①定义：
构成一条基准线（面），通过测量获取沿基准线附近布设的测量点到基准线（基准面）的偏离值的测量，也称准直测量、偏距测量
②测量方法：
（1）光学法：
以电子全站仪（电子/光学经纬仪）的视准线构成基准线
（2）光电法：
光电转换原理测量偏距
（3）机械法：
在已知基准点上吊挂钢丝或尼龙丝构成基准线，用测尺游标、投影仪或传感器测量中间的目标
第四章
1、控制网分类，特点
①控制网作用：
具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。
（1）为工程建设提供工程范围内统一的参考框架，为各测量工作提供位置基准
（2）满足工程建设不同阶段对测绘在质量（精度、可靠性）、进度（速度）和费用等方面的要求。
（3）工程控制网具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。
②控制网分类
（1）测量控制网分类：
全球测量控制网，国家测量控制网，工程测量控制网
（2）工程测量控制网分类：
<1>按用途分：
测图控制网，施工控制网，变形监测网，安装测量控制网
<2>按网点性质分：
一维网（或称水准网、高程网），二维网（或称平面网），三维网
<3>按网形分：
三角网，导线网，混合网，方格网
<4>按施测方法分：
测角网、测边网、边角网、GPS网
<5>按坐标系和基准分：
附合网（约束网）、独立网、经典自由网、自由网
<6>按布网方案原则划分：
首级网、加密网、特殊网、专用网。
2、布设步骤
遵循大地测量学基本原理，确定坐标系和基准、构网方式、逐级布设等，通过点间进行距离、角度（方向）、高差和基线等观测，确定网点坐标和高程。
①根据精度要求确定控制网等级
②确定布网形式和测量仪器；
高程网：
几何水准、电磁波测距三角高程、GNSS
平面网：
GNSS网、边角网、导线网、矩形网
③图上最优化选点，实地踏勘
④埋设标石、标志
⑤外业观测
⑥内业数据处理
⑦成果提交
3、导线网，边角网，GNSS网定义
①导线网：
由导线构成的网。
通过观测导线边和转折角（全站仪），根据已知点的坐标计算位置点的坐标
布设：
（1）附合导线，简单灵活，适合矿山巷道、地铁隧道等地下工程，道路、水利、管线等线状工程，城市、森林等通视困难地区
（2）可靠性差，多余观测数少，粗差不易发现
（3）图形：
直伸形状，相邻边长不易相差过大
②边角网：
以三角形或多边形为基本图形的网，控制网中测量全部或部分边、角
布设：
（1）多用于大型水利工程的施工控制网和变形监测网，安装测量控制网
（2）按边角匹配理论布设边全测、方向不全测的不完全三角网
（3）无图形限制，长短边相差可很大，夹角可以很小或接近180度
③GNSS网：
以GNSS测量手段构成的网，无图形限制
布设：
（1）测图控制网、施工控制网、变形监测网优选的布网方案
（2）适用于范围大、距离远、地面通视差的工程，如大区域测图、隧道、桥梁、线路工程的首级控制网
（3）无图形限制,长短边相差可很大，多路径小、电磁干扰小、顶空条件好
（4）如精度要求高，宜采用网连式
4、网质量准则定义
①精度准则
A、总体精度准则
（1）E准则——置信超椭球的最大半轴应尽可能地小
（2）D准则，体积最小准则——置信超椭球的体积应尽可能地小
（3）A准则，方差最小准则——置信超椭球的半轴平方和应尽可能地小
（4）平均精度最小准则
（5）均匀性和各向同性准则——均匀性是指网中所有点具有相同形状和大小的误差（或置信）椭圆，而各向同性则是表示在均匀的条件下还具有各方向精度相等的性质，即椭圆变成了圆
2、点位精度
与基准位置有关的可变量
点位误差椭圆：
评定待定点任意方向上的误差大小，误差椭圆三要素（长（极大）、短半轴（极小），长短半轴方向角）
3、相对点位精度
任意两个待定点之间的相对精度，是与基准位置无关的不变量
②可靠性准则
指发现观测值粗差的能力（称内部可靠性）和抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力（称外部可靠性）。
一般采用多余观测、重复观测或者多余已知点进行检查。
保证观测的可靠性。
③灵敏度准则
定义：
在给显著水平和检验功效下，通过对周期平差结果进行统计检验，所能发现的位移变形向量的下界值。
灵敏度准则只针对变形监测网而言，反映变形监测网发现变形、区分变形的能力。
④费用准则
5、数据处理了解
①工程控制内外业一体化：
控制测量内外业工作是连续一体地完成
②优点：
节省时间、降低劳动强度、减少建网费用、提高成果质量
③关键：
合适的软硬件系统
6、标石，标志，永久性标志标石相关定义
①标石：
采用挖坑埋设预制截头锥体混凝土标，或通过钻深孔浇筑钢筋混凝土标，或通过钻孔深埋与基岩相连的钢管标等方法固定和设置控制点的设施。
水准点标石：
平硐岩石水准基点标石，深埋双金属管水准基点标石
②标志：
在标石或其它稳固载体上精确表示控制点位置的设施。
平面控制点的标志一般将金属十字形刻画嵌入标石，十字中心作为点的精确位置。
水准点标志多以圆形标志头顶作为点的精确高程位置，标志头一般用强度硬、能防腐蚀的金属或玛瑙制成。
③标石上一定有标志、但标志上不一定有标石。
7、水准点了解（见6）
第五章
1、地形图定义，特点
①地形图定义：
将地球表面的起伏形态（地貌）和地物的位置、形状采用的位置、形状采用水平投影的方法，并按一定比例尺缩绘成图纸或以数字形式存放在计算机上（数字缩绘成图纸或以数字形式存放在计算机上（数字/电子地形图）
地物：
地球表面自然形成和人工建造的固定性物体。
例如，居民点、道路、江河、树林、建筑物等
地貌：
地表起伏的形态，如陆地上的山地、平原、河谷等，海底的大陆架、大陆坡、海底山脉等
②地形图特点：
（1）可视性强、易读性好、信息量大
数学法则、符号系统和制图方法绘制
反映地貌、地物等地形要素
（2）具有可量测性
定向、定位、量测距离、方向和面积
（3）具有时间性、保密性、现势性
需要实测、修测和更新
保密资料
2、陆地，水下地形图测绘不同点
①平面坐标和高程测量
（1）陆地地形图测点的平面坐标和高程一般是同一种仪器和方法同步测定：
全站仪、GNSS
（2）水下地形图测点的平面坐标和高程一般是用不同仪器和方法同步测定
<1>平面：
GNSS单点定位、差分定位、RTK、广域实时精密单点定位、无线电指向标差分GNSS
<2>高程：
水深测量技术。
水面高程（水位）-水深（水深测量
技术：
测深仪）
②测点选择
（1）陆地地形点测点根据地形特征点
（2）水下地形图测点：
散点法或测深线法均匀布设
3、水下地形图相关概念：
水位观测，水深观测，深度基准面定义
①
②水深测量：
测深声呐，测量声波在水中的传播时间
③水位观测：
水位观测站/验潮站，标尺
水位：
水体自由水面高出固定基面以上的高程
④深度基准面：
定义：
海图及各种水深资料所载深度的起算面，一般指当地多年平均海面下深度为L的位置，L值选择既要保证航行安全，又要考虑航道利用率。
4、地形图应用：
按坡度选线
①图上确定点的平面坐标
②图上量测直线的长度和方向
③图上确定一点的高程
④确定直线坡度
⑤断面图绘制
用以了解两点之间的起伏状态，在地形图上作A、B两点连线，与各等高线相交，各交点的高程即各等高线的高程，而各交点的平距可在图上用比例尺量得。
⑥按规定坡度选最短路线
在道路、渠道等工程设计中，需要按某一坡度选一条最短路线或等坡线，以减少建设费用。
以A为圆心，0.02m为半径作圆弧，与48m等高线交与1或1’点
以1或1’点，0.02m为半径作圆弧，与50m等高线交与2或2’点
依次类推，定出路线
⑦确定开挖方量
5、场地平整计算：
设计面为水平面/倾斜面，重心点设计高程是场地平均高程
①场地平整基本原则：
土石方工程量小、挖填方基本平衡
②设计面为水平面时的场地平整（补）
③设计面为倾斜面时的场地平整（补）
第六章
1、建筑限差，精度计算（中误差），分配原则
①建筑限差定义：
建筑物竣工后实际位置相对于设计位置的极限偏差。
②精度分配原则
（1）等影响原则：
各种误差相等，
（2）按比例分配原则：
（3）忽略不计原则：
一项误差与其它项误差相比较，是其三分之一或更小，则这一误差对总限差的影响忽略不计
③极限误差：
中误差的2-3倍误差称为极限误差
④计算
2、施工放样方法：
交会法，归化法（重点），极坐标法（重点）
点放样定义：
根据设计图上的被放样点的设计坐标将其标定在实地，常用于工程建筑物的特征点
①交会法：
距离交会法（S1，S2）、角度交会法（β1，β2）、轴线交会法
②归化法：
距离交会法、角度交会法
定义：
将放样和测量相结合的一种放样方法。
（1）先初步放样出一点，并通过多测回测量获取该点的精确坐标
（2）与待放样点比较，获取改正量（归化量），通过归化改正，得到待放样点
③极坐标法
（1）适用条件：
极坐标原理放样，随着全站仪的使用，主要放样方法。
（2）放样原理：
由一个角度和一段距离测设点的平面位置的一种方法。
（3）放样方法：
首先根据两已知点和待放样点计算放样元素角度β和距离S。
然后在其中一已知点上架设仪器，按照角度放样法放样出β角对应的方向，然后在该方向上按距离放样法放样出距离S，即为待定点的位置
④自由设站法
⑤GNSSRTK法
3、高程放样方法
高程放样：
从将设计图上的高程在实地标定出来
①几何水准法（正尺法）
（1）在A、B两点间中间位置安置水准仪
（2）在A点立尺，读取后视读数a，计算B点水准尺上应有的读数b
（3）在B点上立尺，使尺紧贴木桩上下移动，直至尺上读数为b时，紧贴尺底在木桩上划一红线，此线就是欲放样的设计高程
②倒尺法：
用于待放样的高程高于仪器视线时（地铁隧道管顶标高）
③钢尺传递：
用于两点高差很大时（深基坑、高楼）
（1）在基槽边埋一吊杆，从杆端悬挂一钢尺（零端在下），尺端吊一相当于钢尺鉴定拉力重锤
（2）在地面上和基坑内各安置一架水准仪，在A、B两点竖立水准尺，由两架水准仪同时读取水准尺和钢尺上的读数
（3）计算B点的高程
④测距三角高程法（全站仪无仪器高法）
用于对一些高低起伏较大的工程放样，如：
大型体育馆的网架、桥梁构件、厂房及机场屋架等，用水准仪放样就比较困难。
得到B点高程
4、直线放样方法
①测小角归化法：
测
并归化
②测大角归化法（精度高）：
测
并归化
5、道路曲线测设：
分类，定义，曲线元素（三个，六个）
①分类：
（1）平曲线：
在平面上的曲线段
<1>圆曲线：
单圆曲线（具有单一半径的曲线），复曲线（具有两个或两个以上不同半径的曲线）
<2>缓和曲线：
直线与圆曲线之间或者半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一段曲率半径由渐变至圆曲线半径R的一种曲线，起到缓和及过渡的作用
<3>回头曲线:
线路一次改变方向180°以上，由直线、缓和曲线和圆曲线组成的曲线
（2）竖曲线：
连接相邻不同坡度的曲线段
②曲线测设定义：
将曲线按设计坐标标定在实地上的测量工作
③圆曲线计算已知要素：
交点、线路转向角、曲线半径
④圆曲线计算曲线要素
（1）线路转向角
（2）圆曲线半径
（3）切线长：
交点至直圆/圆直点
（4）曲线长：
直圆点经曲中点至圆直点
（5）外矢距：
交点至曲中点距离
（6）切曲差：
切线长和曲线之差
第七章
1、变形监测定义，分类
①定义：
利用测量或者专用仪器对监视对象或物体进行定期测量，以确定其空间位置随时间的变化特征。
②分类：
（1）全球性变形监测：
对地球自身的动态变化的监测（自转速率、极移、潮汐、板块运动和地壳形变等）
（2）区域性变形监测：
对区域性（城市）地壳形变和地面沉降的监测
（3）工程变形监测：
对工程建（构）筑物、机器设备及其他与工程建设有关的自然或人工对象的定期监测
③分类
（1）变形体的刚体位移：
绝对形变，整体平移、转动、升降和倾斜。
（2）变形体的自身形变：
相对形变，伸缩、错动、弯曲和扭转。
2、变形影响因子
①定义：
引起变形的原因，如地壳运动、基础形变、地下开采、地下水位变化、工程建筑物的各种荷载（风、光、雪、雨、地震、自重、滑坡、车辆、水位等）、设备安装偏离设计值,以及温度、气候变化等。
②时间特征：
跳跃变化（突变）、线性变化（渐变）、周期性变化（周变）
3、变形体几何模型
①定义：
在统一的坐标系下，参考点、工作基点和目标点及其它们之间的连接称为变形体的几何模型。
4、了解：
变形监测方案设计，变形观测数据处理
①方案设计内容：
（1）监测方法选择：
常规大地测量方法等
（2）监测网和监测点布设
（3）测量精度
（4）观测周期
（5）两周期时间间隔
（6）一周期所允许的观测时间
②监测网的周期观测数据处理：
参考点稳定性检验和监测网平差，做两周期的叠合分析，计算目标点的位移
③变形分析：
监测点的监测数据序列进行变形分析和预报
第八章
1、设备安装校检的控制测量网分类
①直伸三角形网
在线状设备的安装调校，可建立直伸边角测量网
仪器：
电子全站仪、激光跟踪仪
②环形控制网
在大型正负电子对撞机或高能物理粒子加速器工程，布设在地下环形隧道内。
由形状相同、大小相等的基本图形组成（三角形、大地四边形）
（1）测高环形三角网：
除了测定三角形的三条边外，用专用工具测量三角形高，克服因视线靠近隧道壁产生的旁折光造成的测角误差，显著提高网点的精度
（2）大地四边形环锁：
图形结构较强，可全测边不测角，工作量大
③三维控制网
（1）采用全站仪、激光跟踪仪可以同时获得精度相匹配的斜距、水平角、天顶距等观测元素，进行三维平差得到网中待定点的三维坐标。
（2）意义：
避免了二次布网、观测和平差的繁琐工作；也避免了一些相关元素分开处理在精度上、时间上和信息上带来的损失，理论上更加完善
2、精密定线方法
仪器：
经纬仪、全站仪
①外插定线
定义：
AB两点延长线上定出一系列待定点
②内插定线
定义：
AB直线上放样待定点
③归化法，测小角归化法
定义：
AB直线上放样待定点，且AB两点不能架设仪器
方法：
逐步归化
3、短边方位传递
（1）对陀螺进行测试和方位标定作为设备校准的基准。
通常在室外选一天文观测点，测定某一方向的天文方位角，在将其传递到室内。
（2）对中误差，望远镜调焦误差，照准误差
（3）互瞄十字丝：
3台经纬仪，多测回
由于十字丝处在物镜的焦平面，互瞄十字丝时，两台经纬仪望远镜的焦距调整到“无穷远”，经纬仪视准轴互为平行
（4）互瞄内觇标：
经纬仪望远镜高精度安装内觇标，与视准轴偏差小于4”，内觇标偏差可通过经纬仪的两个度盘位置取中数消除。
观测时，尽量使各站间的距离相等
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