第一节　测量学的任务及内容

一、测量学概述

测量学（surveying）是一门历史悠久的学科，是研究如何测定地面点的点位，将地球表面的各种地物、地貌及其他信息测绘成图，以及确定地球形状和大小的一门学科。

早在几千年前，中国、埃及、希腊等古代国家的人民就开始创造和运用测量工具进行测量。公元前21世纪，在夏禹治水时，中国就发明和应用了“准、绳、规、矩”等测量工具和方法；春秋战国时期发明的指南针，于中世纪由阿拉伯人传到欧洲，在全世界得到了广泛的应用；以后又发明创造了浑天仪等测量仪器，并绘制了相当精确的全国地图。

20世纪60年代开始，随着社会经济的发展，世界科技进入高速发展时期，同时也促进了测绘科学技术的发展，产生了将电磁波测距与电子测角融为一体的全站仪，它具有自动计算测点的三维坐标、自动保存观测数据和将观测数据传输到计算机中实现自动绘制地形图的功能，可以实现数字化测绘地形图。全球导航卫星系统（GNSS——global navigation satellite system）的出现彻底改变了传统的通过测角、量边计算地面点位坐标的方法，测量人员只需将GNSS接收机安置在测点上，通过接收卫星信号，使用专门的数据处理软件，就可以快速计算出测点的三维坐标。随着航天遥感技术的不断完善，利用航天遥感相片及扫描信息测绘地形图，不仅覆盖面积大，而且不受地理及气候条件的限制，能全天候作业，极大地提高了测绘工作效率。地理信息系统（GIS——geographic information system）是传统学科（测量学、地理学和地图学等）与现代科学技术（遥感技术、计算机科学等）相结合的产物，是一定格式的数字地图与地面有关资源信息的集成并实现有关空间数据管理、空间信息分析及其传播的计算机系统。经过五十多年的发展历程，地理信息系统已经取得了巨大的成就，被广泛应用于土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、城市规划、经济建设以及政府各职能部门。

随着社会生产和科学技术的不断发展，根据研究对象和应用范围的不同，测量学又分为普通测量学、大地测量学、摄影测量学、工程测量学、制图学等学科。

普通测量学是研究地球表面较小区域（不顾及地球曲率的影响，把该小区域内的投影球面直接作为平面对待）内测绘工作的基本理论、技术和方法的学科。主要是指用地面作业的方法，将地球表面局部地区的地物和地貌等测绘成大比例尺地形图。

大地测量学是研究测定地球的形状、大小和研究地球重力场的理论，在地球表面广大区域内建立国家大地控制网等方面的测量理论、技术和方法的学科，为测量学的其他分支学科提供最基础的测量数据和资料。

摄影测量学是研究如何利用摄影或遥感技术来测定物体的形状、大小、位置和获取其他信息的学科，是我国测绘国家基本地形图的主要方法，目前多用于测绘城市基本地形图和大规模地形复杂地区的地形图。

工程测量学是研究各种工程建设中测量方法和理论的一门学科。主要研究在工程、工业和城市建设以及资源开发各个阶段进行地形和有关信息的采集、处理、施工放样、变形监测、分析与预报的理论和技术，以及与研究对象有关的信息管理和使用，为工程建设提供测绘保障。

制图学是研究地图及其制作理论、工艺和应用的学科。是将地球表面的点、线经过投影变换后绘制成满足不同要求的地图。

本书主要讲述普通测量学和工程测量学的部分内容。着重介绍水利水电工程、道路与桥梁工程、隧道工程、工业与民用建筑、给水排水工程、村镇建设、城乡规划中常用测量仪器的构造与使用、大比例尺地形图的测绘与应用以及一般工程的施工测量。

二、工程测量在水利水电工程建设中的应用

测量工作在水利水电建设中起着十分重要的作用。为了合理开发和利用水资源，治理水旱灾害，必须兴建水利工程。但是，水利工程的规划、设计、施工和运营管理各个阶段都离不开测量工作。水利工程测量的主要任务如下。

（1）规划设计阶段：运用各种测量仪器和工具，通过实地测量和计算，把小范围内地面上的地物、地貌按一定的比例尺测绘出工程建设区域的地形图；为规划设计提供各种比例尺的地形图和测绘资料。

（2）施工阶段：将图纸上设计好的建筑物的平面位置和高程，按设计要求在实地上标定出来，作为施工的依据；在施工过程中，要进行各种施工测量工作，以保证所建工程符合设计要求。

（3）运营管理阶段：工程完工后，对重要建筑物或构筑物，在建设中和建成以后都需要定期进行变形观测，监测建筑物的水平位移和垂直沉降，了解建筑物的变形规律，以便采取措施，保证建筑物的安全。

三、工程测量在道路与桥梁工程、隧道工程中的应用

为了确定一条最经济合理的路线，首先要进行路线勘测，绘制路线附近的带状地形图和纵、横断面图，在地形图上进行路线设计，然后将设计路线的平面位置、纵坡和路基边坡标定在地面上以指导施工。当路线跨越河流时，必须建造桥梁。在建桥之前，要测绘河流两岸的地形图，测定河流的水位、流速、流量、比降和河床地形图以及桥梁轴线长度等，为桥梁设计提供必要的资料，最后将设计桥台、桥墩的位置用测量的方法在实地标定。当路线穿过山岭需要开挖隧道时，开挖之前必须在地形图上确定隧道轴线、洞口和竖井的位置，根据测量数据计算隧道的长度和方向。隧道施工通常是从隧道两端相向开挖，这就需要根据测量成果指示开挖方向，在施工过程中还需要不断地进行贯通测量，以保证其平面位置和高程正确贯通。工程竣工后，要编制竣工图，供验收、维修、加固之用。在运营管理阶段要定期进行变形观测，确保道路、桥梁、隧道构造物的安全使用。

由此可见，各种工程建设以及工程建设的各个阶段都离不开测量工作，测量工作贯穿于工程建设的始终。作为一名工程技术人员，既要熟练掌握传统的测绘理论与方法，也要努力学习和掌握成熟的测绘新技术。例如，数字测图、全站仪和GNSS测量及计算机数据处理等，并能将它们应用到工程建设的生产实践中，只有这样，才能担负起工程规划设计、施工建筑和运营管理等各个阶段的任务，才能使自己在激烈的市场竞争中立于不败之地。