精密工程测量绪论

精密工程测量

大地测量学与测量工程专业

硕士研究生课程30学时

任课教师：郭广礼教授

课程主要内容1、精密工程测量的概念2、精密工程水平控制网的布设方法和技术要求3、精密工程高程控制网的布设方法和技术要求4、精密工程测量控制点的标志5、精密角度测量等级和技术要求6、精密距离测量方法和技术要求7、精密高程测量等级和技术要求8、精密准直测量方法和技术要求9、精密垂准测量方法和技术要求10、全球定位系统（GPS）精密工程测量简介11、近景摄影精密工程测量简介12、精密工程测量数据处理和管理的要求13、精密工程测量计算的基本参数和公式1概

述精密工程测量的概念精密工程测量控制网1.1精密工程测量的概念1.1.1定义工程测量：是指工程建设和自然资源开发各阶段进行的控制测量、地形测绘、施工放样、变形监测等技术。随着生产力和科学技术的发展，国民经济各部门和各学科对工程测量提出了新的要求。例如：大型射电天文望远镜的安装，超强聚焦的高能粒子加速器的兴建，大型核电站、水利枢纽及大型联合钢铁企业和超高层建筑物的建设。在对这些规模巨大、结构复杂、设备精尖的大型工程和工业建设提供测量保障和质量控制的过程中，经典的测量已不敷使用。人们首先致力于传统方法的改进，进而针对特殊需要进行专用仪器和设备的研制，从而逐渐形成了精密工程测量的内容和体系，使精密工程测量应运而生并得以迅速发展。定义：精密工程测量是工程测量的现代发展和延伸，它以绝对测量精度达到毫米量级，相对测量精度达到1×10-5，以先进的测量方法、仪器和设备，在特殊条件下进行的测量工作。1.1精密工程测量的概念精密工程测量是将现代大地测量学和计量学等多科学最新成就结合起来，运用现代测绘技术新理论、新方法和新技术，使用大地测量或专用的仪器和设备，以高精度与高科技的方法采集数据，进行数据处理，以高质量的数据和图像资料而进行有效的质量控制的精密和特殊测量工作。二十世纪六、七十年代以来，由于电子技术、激光技术、电子计算机科学和空间技术的发展，又极大地推动了精密工程测量的发展。伴随着21世纪信息化和高技术的发展与应用，可以预见精密工程测量技术将进一步向自动化、智能化、实时化和系统化方向发展；其服务领域将是国民经济各部门。精密工程测量包括各种大型特种工程测量、三维工业测量、大型设备安装、检测和质量控制测量等等。学科地位

测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现代发展的一级学科。整个学科的二级学科可作如下划分：大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量)；工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量)；精密工程测量是工程测量的现代发展和延伸。摄影测量与遥感学；地图制图学与地理信息工程；不动产地籍、房产与土地整理测量。工程测量学的分类

按工程建设阶段划分：把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分。按行业划分：线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量。德国的工程测量学分类：测量仪器和方法；线路、铁路、公路建设测量；高层建筑测量；地下建筑测量；安全监测；机器和设备测量。国际测量师联合会的分类：FIG第六委员会称作工程测量委员会，下设6个工作组：大型科学设备的高精度测量技术与方法；线路工程测量与优化；变形测量；工程测量信息系统；激光技术在工程测量中的应用；电子科技文献和网络。2个专题组：工程和工业中的特殊测量仪器；工程测量标准。按服务对象分类：以工程建筑为对象的工程测量，以设备与机器安装为对象的工业测量。按学科分类普通工程测量，

精密工程测量。精密工程测量的应用领域

各种大型特种工程测量变形观测：三维工业测量大型设备安装、检测质量控制测量在军事领域的应用大型特种精密工程建设对工程测量提出了极高的精度、速度和可靠性要求，精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，是现代工程测量发展的源动力。

1.1.2精密工程测量控制网平面坐标系统：

采用高斯-克吕格投影任意带（或3°带）平面直角坐标系统，以测区平均高程面或主体设备高程面（或抵偿高程面）为投影面。在工程设计基准下，可选用国家控制网中一个点的坐标及一条边的方位角作为精密工程控制网的起算数据。高程系统：

采用正常高系统和1985国家高程基准。当工程区域内同一水准面上各点的正常高差大于工程容许误差时，应采用区域力高系统。高程基准点须测定重力，相对于起始重力点的中误差不得超过±1mGal。

以相邻点相对点位中误差或在特定方向上的相对位置精度作为精度指标，划分为一、二、三、四级。一、二级精密工程测量应在可控观测条件下作业;三、四级精密工程测量应选择最佳的野外条件作业。同一工程中不同的观测项目，可选用不同的精度指标。同类观测项目中若有不同精度要求的控制点，应选择最高精度指标布设统一的控制网。1.1.3精密工程测量的等级1.2精密工程测量应用中应注意的问题（1）精密工程测量技术应与工程总体设计协调统一。（2）精密工程放样和设备构件的安装定位，以精密工程测量控制点为基础。（3）精密工程建（构）筑物的变形测量。（4）精密工程测量使用的各种测量杆尺、线尺、测距仪、水准标尺，应送具有计量认证资质的检验机构进行检定。

（5）工程建设各阶段的精密工程测量工作结束后，应及时提交成果，进行检查验收并编写工程测量技术总结和竣工报告。（6）精密工程测量工作，在满足工程建设要求的原则下，优先采用成熟的测量新技术和数据处理方法进行。

1.3精密工程测量的新进展精密工程测量的应用领域扩展精密工程测量的应用领域涉及国民经济各部门。当代科学技术的进步，社会生产力的不断提高，尤其是国民经济和国防建设的需要，极大地丰实了精密工程测量的内容，拓展了其服务领域。

1)轧钢厂厚板的切割：根据现场情况，采用两台(或多台)CCD相机获取整块钢板的图象，并经过图象采集卡将图象数字化，由计算机进行预处理，完成边缘提取、人工标记的自动识别，从而得到钢板的长宽尺寸，再通过计算机将所需切割钢板的尺寸和图样输入自动化控制系统，在CCD相机“监视下”进行切割，不仅提高了生产效率和产品质量，而且可以得到人们所需的形状各异、尺寸不一的理想板材。

2)码头集装箱管理：随着世界经济全球化的进程，通商口岸的物流量日益增长，传统的集装箱管理模式已不能胜任。为了能快捷准确地提取所需的物件，将所有跨式起重机均装上GPS接收机，通过UHF和VHF天线与参考控制中心进行通讯，每个集装箱放入箱位后，其位置、重量、大小自动送入中央集装箱管理系统。跨式起重机可以通过这些信息，随时确定某个箱体的确切位置，提高了港口货物吞吐量和经济效益。1.3精密工程测量的新进展精密工程测量的应用领域扩展3)高层建筑的风振测量：城市高层和超高层建筑具有越来越高的趋势，由于其楼体高、荷载大、基础面积小和重心高等特点，对风振、日照和地震等外界应力非常敏感，因此风振测量受到人们的日益重视。在风振测量的诸多内容中，建筑物顶部位移量和自振周期及振型测量是其主要内容，传统的测试方法如加速度计法、激光位移计法、全站仪测试法和长、短周期拾振器，皆因其测量误差较大、安装不便(加速度计法)、气流湍流影响基准线(激光法)，作业环境恶劣(全站仪)和不具备动态测量的特点，难以取得令人满意的结果。随着GPS技术的深入，在RTK模式下，将一台GPS接收机安装在距待测建筑物不远且相对稳定的地基上作为基准站，而另一台GPS接收机安装在待测建筑物楼顶作为流动站，可以动态监测高层建筑物的顶部位移和振动频率。实例表明，其量测精度为±5mm，可测定0.1～10HZ的振动频率，为设计部门提供了可靠的设计参数。1.3精密工程测量的新进展4)减灾防灾的监测：各种自然灾害特别是地震、火山喷发、洪涝、强热带风暴、滑坡岩崩、海啸和厄尔尼诺等气候异常，经常给人类带来巨大的破坏和损失，因此参与地球动力学和地震学的考察和试验以及对地震断层、滑坡岩崩、火山监测是特种精密工程测量永久课题。1998年七、八月间，长江发生了继1954年以来又一次全流域性的特大洪水，在“严防死守、确保大武汉”战斗中，测绘工作者采用特种精密工程测量，在重中之重的3公里险段堤防上布设数十个观测基点，动用GPS、全站仪和精密水准仪进行24小时不间断的立体监测，精度达毫米级，随时向市防总提供有关数据和大堤的状态，改变了先前以水位高低为依据，制定抢险计划的惯例，取消了原计划中的沿江修筑子堤的方案，节约了大量宝贵的人力、物力资源，取得了明显的社会效益。“万里长江、险在荆江”，在武汉和荆江上游的葛州坝、丹江口等水利枢纽，通过对大坝监测资料的分析，确认大坝在拦截高于设计水头的洪水时，坝基稳定、坝体及坝顶位移正常的情况下，两次拦截上游洪峰达数小时之久，成功地削减了第七次第八次洪峰的流量，为荆江大堤及武汉的安全渡汛发挥了重要作用。1.扎3绕精密呆工程船测量构的新桨进展6)侧特种匠精密必工程桌测量辽在军额事领餐域的糖应用究：为设战略拳导弹窄落弹旺点提晓供精初确的幅地理港坐标蛛和形庸态，石为空霜间技岛术提折供空趴间站葱与宇乞宙飞虚船对质接的壁信息坐，大坡型军叫用抛弟物柱辅面天僵线的皇标校灶，战论舰、押隐形吧飞机顶、航吵空器铜等现堂代武寸器的强设计宪等，这从美涌伊海灶湾战迟争就数可对率测量简保障午对现饥代战榜争的狸作用筝窥其头一斑妥。此外睬，特难种精屯密工耍程测热量在董为病携损工瘦程提纱供能弓否继仔续运伴行或垂停运拉检修齐的信秋息，适大型挨建构轨筑物粥的变樱形观脂测，闸工业芹设备拜安装溜和运输行中酒的检煎校，忽工程吸质量惨施工记监理短，考袜古及脱文物权保护话工程劝，工扒程与天工业岭建设悼中的届数据扬库建符设及俯多媒甚体等少国民侧经济斯各部基门将购发挥产日益洲重要园的作状用。精密辰工程籍测量仇仪器胶的发再展精密倦工程步测量蹲仪器包括娃：通校用仪颜器和左专用斤仪器通用详仪器中常亩规的炭光学督经纬挂仪、甲光学巷水准说仪和窜电磁县波测犁距仪芹将逐剖渐被族电子床全测医仪、吨电子储水准奥仪所掉替代稀。电师脑型专全站默仪配接合丰番富的侦软件粘，向说全能理型和嫌智能迈化方都向发极展。1)全站逐仪测袋量系哪统(TM荒S)2)实时娘摄影颗测量让系统3)精密致三维希工业拜测量恩系统4)全球累卫星唉定位付系统魔(GP泻S)5)合成职孔径林雷达用干涉茧系统辈(IN凳SA石R)将GP苗S接收退机与辫电子愿全站度仪或饼测量垫机器社人连怠接在浓一起柔，称雁超全贪站仪慕或超根测量参机器渐人。欲它将GP异S的实越时动史态定溪位技踩术与但全站愚仪灵驴活的旺3维科极坐灭标测以量技胳术完歼美结唇合，赵可实恨现无努控制楼网的催各种愉工程周测量树。五、胆精密堵工程纯测量烂仪器籍的发两展专用持仪器是精套密工续程测玻量学炮仪器隙发展忽最活携跃的巴。其雄中，早包括慢机械浇式、忙光电钟式及鸡光机悬电(腊子)竹结合杨式的溪仪器抵或测垒量系凶统。主要冈特点是：朱高精蔬度、芒自动写化、帅遥测晴和持贿续观璃测。准直袭、垂苗准测谦量方捧面：各种划激光弯准直泉仪、坊铅直企仪(饿向下嘉、向姜上)捷、自菊准直死仪，倡以及禾尼龙蜂丝或浑金属爹丝准碎直测雹量系术统。距离云测量么方面公：精密糠激光曾测距坏仪的腹中长匆距离吓测量亚精度趟可达转亚毫妇米级改；许费多短尾距离悦、微敢距离艇测量僵都实抢现了呼测量猾数据勾采集伞的自附动化育，如乞铟瓦爸线尺督测距高仪、应变笔仪、石英难伸缩神仪、桨各种槐光学研应变痒计、斑位移殊与振宝动激唱光快满速遥废测仪寇等。采用放多谱贩勒效心应的夺双频丧激光叶干涉注仪，匹能在容数十扁米范餐围内古达到谨0.筐0介1μm的计设量精鞭度；堂采用CC害D线列梯传感疾器测虽量微民距离返可达墨到百惩分之惑几微起米的礼精度纽奉，它夕们使太距离省测量龄精度毅从毫菜米、张微米抖级进尽入到慕纳米邻级世隆界。五、虹精密领工程敢测量串仪器宁的发锹展高程亚测量楼方面援：液体序静力私水准竿测量叠系统臭通过坊各种趋类型蜻的传逼感器五测量猜容器粒的液期面高靠度，闻可同隐时获瞒取数胶十乃功至数准百个复监测哗点的昏高程膨，具劝有高饶精度教、遥坐测、奴自动川化、拴可移蒸动和坡持续咸测量跳等特伟点。争两容已器间隔的距分离可右达数纳十公卸里，湖如用剂于跨扩河与耀跨海阅峡的忽水准巡寿测量牛；通恶过一掩种压秤力传闻感器跌，允碑许两亮容器隔之间永的高洋差从侵过去稍的数葡厘米框达到碰数米宗。与高哨程测狂量有赞关的假倾斜估测量吊(又己称挠凳度曲础线测滔量)洪：各种子机械搁式测倡斜(豪倾)烫仪、肌电子贝测倾斯仪都痕向着汁数字巡寿显示饺、自塑动记重录和风灵活处移动爸等方裁向发找展，扭其精测度达蜻微米嫌级。具有乎多种赖功能犬的混肺合测软量系赌统：采用漠多传宪感器吧的高上速铁半路轨功道测穴量系鹿统，茫用测距量机铅器人沾自动钳跟踪痕沿铁企路轨刑道前行进的群测量妨车，凳测量档车上叛装有酬棱镜昼、斜啦倾传温感器啄、长老度传暖感器到和微伙机，共可用刷于测脚量轨柜道的过3维远坐标抛、轨燥道的景宽度裳和倾烧角。意液体匆静力筐水准怪测量彼与金闸属丝阴准直储集成矿的混栗合测捆量系问统在羡数百侨米长能的基袭准线即上可妥精确呼测量壁测点蒙的高头程和祖偏距哪。大型钟特种号精密露工程抄测量祝案例语介绍隔河据岩大贺坝：外部指变形宴观测避的GP贞S实时症持续呆自动录监测缸系统万，监吹测点附的位蒜置精穗度达揭到了认亚毫旅米。格该工拖程用运地面勉方法霉建立厅的变浊形监析测网浇，其烛最弱我点精奸度优担于±睡1.校5mm百。北京幕正负霸电子季对撞遇机：精密遭控制重网精傍度达很±0桃.3mm宫。设备忆定位敬精度奶优于嚷±0驴.2mm邪，2幻玉00反m直线肯段漂秆移管狐直线腾精度寺达±农0.龄1mm职。大亚遮湾核贫电站懂：控制时网精盆度达谱±2mm获。秦山晌核电讨站：环型毁安装宝测量楚控制盯网精篮度达笑±0爽.1mm誓。上海驴杨浦舟大桥贵：控制杆网的央最弱侍点精约度达蹈±0橡.2mm警，桥墩症点位竹标定校精度半达±悬0.被1mm盆。武汉喘长江宵二桥秀：全桥望的贯深通精辛度(销跨距转和墩租中心吩偏差纹)达驾毫米扩级。东方摩明珠手电视赌塔：高4振54m，其报长1辱14m、重3间00t的钢网桅杆畅天线遮，安网装的餐垂准慌误差栏仅±洲9mm强。秦岭童隧道尚：长1屋8.便4km，洞妙外GP腿S网的惨平均傅点位赢精度啄优于忠±3mm奏，一等计精密童水准泪线路单长1款20浸多公蛮里。讨辅助笛隧道宏横向旺贯通召误差巷为1蒸2mm诉，高程差方向幼的贯俗通误聪差只巩有3mm德。六、姻大型柔特种发精密倚工程练测量洲案例础介绍德国颜汉堡班的粒沸子加防速器视研究才中心债：在建劲的直稠线加奔速器贯长达称30km徐，伶10匹0～厕30苍0m的磁匀件相陷邻精朵度要桑求优臭于±膝0.息1mm情，磁件法的精殊密定拨位精挡度仅钢几个织微米跟，并妻能以氏纳米或级的碎精度帖确定遣直线偶度。美国味的超类导超拨级对循撞机：其直象径达肝27km设，主网遣和加帽密网尘采用GP稳S测量尊，精颈度优敬于1如×1雹0-6D。瑞士裤阿尔呆卑斯斥山的对特长皂双线抬铁路坛隧道语：长达役57km扣，采用GP匪S技术坐施测据的控搞制网变，平刊面精摘度达朴±7mm枣，高程崖精度恶约±真2cm怖。以厘套米级首的精可度确本定出生了整诱个地圈区的核大地怜水准爹面。西整个身隧道爆的工美程投仆资预吊计约红15神亿瑞极士法满朗。高耸编建筑妹物方调面：有人肿设想岗，在略21蹈世纪泉将建问造2抢00返0m乃至寇40蹈00m的摩亩天大葱厦，霉这不乓仅是陡建筑楼师的倚梦想籍，也芝是对汪测量涨工程粗师的净挑战盼。精密谋工程幕测量北学的徐发展递展望展望亏21奸世纪趣，精色密工梯程测疼量学便在以苏下方形面将编得到级显著陷发展委：1.限测量匙机器薯人将聪作为题多传安感器垃集成墙系统食在人涝工智恭能方预面得分到进捆一步任发展汗，其徒应用铺范围校将进吵一步湿扩大外，影