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工程测量学

[拼音]:gongcheng celiangxue

[外文]:engineering surveying

研究工程建设在设计、施工和管理各阶段中进行测量工作的理论、技术和方法的学科。又称实用测量学或应用测量学。它是测绘学在国民经济和国防建设中的直接应用。

简史

古代为了战胜洪水、兴修水利,就曾进行过工程测量工作。例如,我国汉代司马迁的《史记》就有关于夏禹治水(公元前21世纪)时的勘测情况的记载。北宋时沈括(1031~1095)为了治理汴渠,进行了由京师至泗州八百四十里的高差测量,求得“京师之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”。及至近代,初期所进行的工程测量工作,也大量的是为工程规划设计提供地形资料,这就是“工程勘测”的内容。20世纪以后,相继出现了水利枢纽、钢铁联合企业、城市地下铁道等大型工程,其总体布置和工程结构都很复杂,施工场地也大。为了确保竣工后的工程质量,对于各个主轴线和细部结构的放样都提出了严格的要求。为此,人们致力于定线放样的方法及其精度分析的研究,形成了施工测量的内容。50年代以后,出现了高能粒子加速器和射电望远镜,以及各种大范围自动生产线等建设工程。这些工程定位放样的精度要求很高,必须采用特制的仪器设备和拟订专门的测量方法,这就是高精度工程测量。在施工测量发展的同时,由于设计、施工和管理的需要,监视工程建筑物空间位置随时间变化的测量工作(即变形观测)也发展起来。这样就形成了当代工程测量学的全部内容。

内容

工程测量学所研究的内容,按工程测量所服务的工程种类,分为建筑工程测量、线路测量(如铁路测量、公路测量、输电线路测量和输油管道测量等)、桥梁测量、隧道测量、矿山测量、城市测量和水利工程测量等。按工程建设进行的程序,又可分为规划设计阶段的测量,施工兴建阶段的测量,和竣工后的运营管理阶段的测量,每个阶段测量工作的重点和要求各不相同。

规划设计阶段的测量

主要是提供地形资料和配合地质勘探、水文测验进行测量。取得地形资料的方法有人工测图和航空摄影测量两大类。人工测图是根据“由整体到局部”的原则,先在测区内建立平面控制网和高程控制网,再依据控制点对地物、地貌的特征点进行逐点测绘。它主要用于小范围的大比例尺成图。航空摄影测量是对地面进行空中摄影,取得像片信息,再据以测绘地形图。其应用范围日益广泛。由于测量仪器和计算机辅助地图制图系统的发展,可应用多功能的电子速测仪,迅速地取得地物、地貌特征点的三维坐标数据,将其输入制图系统自动绘图,使人工逐点测绘的方法日趋自动化。另外,利用惯性元件(陀螺仪、加速度计)测量运载工具的加速度,自动获取其瞬时的坐标与高程,以得出地面形态数字资料的惯性测量系统,也在研究应用。

施工兴建阶段的测量

主要任务是按照设计要求,在实地准确地标定出建筑物各部分的平面和高程位置,作为施工和安装的依据。一般先建立施工控制网,定出主轴线,然后根据现场情况,分别采用坐标法、交会法以及准直的方法对各个细部的平面位置进行放样,用水准测量或其他方法测设高程。应用激光技术建立可见的方向线或平面,使定线放样工作大为方便。还可用光电池将光能转变为电能,驱动控制设备,实现自动化定位。例如,在采用联合掘进机或盾构(一种施工机具)开挖地下坑道时,就已采用这种自动化的设备导向。应用陀螺经纬仪在地下坑道中测定真方位角,为定向测量和控制地下导线测角误差的累积创造了条件,有利于提高相向开挖坑道的贯通精度。

运营管理阶段的测量

工程竣工后,为监视工程的状况,保证安全,需进行周期性的重复观测,即变形观测。有时在施工阶段就已进行这种观测。它的基本内容是观测垂直位移和水平位移,并对观测的成果进行整理和分析。这项测量工作的特点是精度要求高,速度要求快;为此除使用光学的和机械的测量方法(如精密水准测量、视准线法和引张线法)外,还可应用各种类型的传感器,将观测点的空间位移转变成电信号输出,自动地进行连续观测,以提高工效。根据多次观测结果,进行统计分析,可以对设计和施工质量作出鉴定,借以改进设计理论和施工方法;还可以判断建筑的物稳定性,预计将来的变形,为经营管理(或施工)提出建议。

与其他学科的关系

工程测量学与测绘学的各分支学科关系密切。当为大规模工程建设的规划设计进行勘测时,要建立较大面积的平面控制网和高程控制网,就涉及到大地测量学的内容;为经济合理地提供各种比例尺的地形图,就涉及到航空摄影测量和地图制图学;为适应定线放样和变形观测的需要,不但要研制一些专用的仪器,有时还涉及到近景摄影测量的内容。此外,为了使测量工作更好的符合工程建设的要求,在采用仪器和方法时,还应具备有关的工程知识。

工程测量学是为工程建设服务的。工程技术的改进和发展,随时都对测量工作提出新的要求。例如,结构设计理论的改进,需要在施工过程中及时对结构物进行现状观测,求算其实际位置;土方工程的机械化施工,混凝土工程的滑模施工,需要快速的定线放样;为适应近代科学实验设备和工业自动生产线的安装和运营,则需进行高精度的定线放样和变形观测。同时,其他科学技术的新成就,也都对工程测量学本身的发展起着促进作用。例如,利用激光特有的性能,可进行地下坑道开挖的指向或导向。可以建立方向线,作为变形观测和设备安装的依据,提高了测量的精度和速度。电磁波测距仪的应用,解决了控制测量中量距的困难,使选点布网更为自由和方便,扩大了导线测量的适用范围。应用电子计算机,可快速解算复杂的课题,使测量平差计算和精度分析所用的理论日益严密,提高了数据成果的正确性和可靠性;还可以对测量工作进行较优化设计。

参考书目

李青岳主编:《工程测量学》,测绘出版社,北京,1984。

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