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摘要：工程测量是利用测量的理论基础和系统方法在各种工程建设的勘测、设计、施工、运营和管理各阶段中所进行的一系列测量工作的综合应用，包括测定和测设两项基本内容，也就是测量和放样两项基本工作。工程建设勘测设计阶段，为保证工程建设根据自然条件和规划要求进行规划设计，应提供各种精度比例尺的地形图，并为水文地质勘查进行测量和监测。工程建设施工阶段，为保证工程建设满足规划设计文件要求、生产和交付合格的施工产品以及控制合理的工程造价，应进行定位放样、施工测量、变形监测和竣工测量。工程建设运营管理阶段，为保证工程建设的正常投产和安全使用，应进行必要的基坑水平位移、垂直沉降和倾斜摆动等定期和持续的变形监测。工程测量在工程建设领域的应用极为广泛，是利用测量的理论、方法和技术在工程建设各阶段所进行的相关工作，按工程建设进行的程序，可分为勘测设计阶段测量、施工建设阶段测量和运营管理阶段测量，包括测定和测设两项基本内容以及测量和放样两项基本工作。在作业过程中始终贯穿从整体到局部、先控制后碎部和由高级到低级的原则，按照技术设计、组织实施、质量检查、验收评定和技术总结等作业步骤，保持必要的精度、可靠性、灵敏度和经济合理等质量标准，应用直角坐标和极坐标以及角度、距离和高程的相互转换，采用平移、旋转和缩放等技术手段以及前方交会、后方交会和侧方交会等辅助方法，对测量与工程相关的信息进行管理和使用。
关键词：工程测量技术 工程建设 常规应用
1、绪论：
工程测量是利用测量的理论基础和系统方法在各种工程建设的勘测、设计、施工、运营和管理各阶段中所进行的一系列测量工作的综合应用，包括测定和测设两项基本内容，也就是测量和放样两项基本工作。工程建设勘测设计阶段，为保证工程建设根据自然条件和规划要求进行规划设计，应提供各种精度比例尺的地形图，并为水文地质勘查进行测量和监测。工程建设施工阶段，为保证工程建设满足规划设计文件要求、生产和交付合格的施工产品以及控制合理的工程造价，应进行定位放样、施工测量、变形监测和竣工测量。工程建设运营管理阶段，为保证工程建设的正常投产和安全使用，应进行必要的基坑水平位移、垂直沉降和倾斜摆动等定期和持续的变形监测。
1、1学科分类：测绘是大学科的概念，按行业发展趋势大体分为测绘和地理信息两个学科，按专业分为大地测量、工程测量、房产测量、地籍测量、海洋测绘、行政区域测绘 、测绘航空摄影、摄影测量与遥感、地图制图、地理信息工程、导航电子地图制作、互联网地理信息服务。工程测量是工程建设中涉及最多的专业之一，具体包含以下工作内容：控制测量、地形测量、城镇规划定线与拨地测量、市政工程测量、水利工程测量、建筑工程测量、精密工程测量、线路工程测量、地下管线测量、桥梁测量、矿山测量、隧道测量、变形观测、形变测量、竣工测量。测绘学科广泛运用三角函数、解析几何、立体几何、微积分、矩阵、排列组合、线性代数、概率理论、数理统计等数学基础进行研究与应用。
1、2 基础知识：
1、2、1“4D”和“3S”：“4D”包括：数字高程模型DEM、数字正射影像DOM、数字线划地图DLG、数字栅格地图DRG。“3S”包括：全球定位系统GNSS、遥感RS、地理信息系统GIS。
1、2、2坐标系统和高程基准：坐标系统按原点位置不同，分为地心坐标和参心坐标，北京及新北京54系、西安80系是参心坐标，国家2000坐标是地心坐标；按不同表达方式分为大地坐标、站心坐标、空间直角坐标、平面直角坐标，其中大地坐标坐标又分为天文坐标(λ,φ)、地理坐标(L,B,H)，平面直角坐标又分为高斯平面直角坐标、独立平面直角坐标、建筑坐标；按表现形式不同分为直角坐标(N,E,H)和极坐标(R,A,EL)。高斯投影通常采用6°和3°分带法，6°分带法从首子午线起每隔经度差6°为一带，将旋转椭球体面由西向东等分为60带，我国位于13-23带； 3°分带法从东经1、5°子午线起每隔经度差3°为一带，将旋转椭球体面由西向东等分为120带，我国位于24-45带。投影坐标y=带号+(500km+自然坐标)，带号=[经度/6]+1=[(经度-1、5)/3]+1。高程基准采用正常高系统，起算面是似大地水准面，分为1956黄海高程(72、289)和1985国家高程(72、2604)，似大地水准面精化采用相应的重力基准。正常高是由地面点沿垂线向下至似大地水准面的距离，正高是沿垂线到大地水准面的距离，大地高是沿法线到椭球面的距离。外业作业的基准面是大地水准面、基准线是垂线，内业作业的基准面是参考椭球面、基准线是法线。
1、2、3数学基础：数学平面直角坐标系是定义在以(0，0)点为坐标原点，以东向坐标为X轴正半轴，以北向坐标为Y轴正半轴，由东北方向为第一象限，逆时针旋转90°依次为第二至第四象限，方位角以东向开始逆时针旋转起算。测量平面直角坐标系是定义在以(0，0)点为坐标原点，以北向坐标为X轴正半轴，以东向坐标为Y轴正半轴，由东北方向为第一象限，顺时针旋转90°依次为第二至第四象限，方位角以北向开始顺时针旋转起算。
1、2、4曲率影响：由于受地球曲率的影响产生的系统误差，其中：距离误差ΔD=D3/3R2=D3/121768923(KM)，10KM范围内约为8MM；角度误差Δα=Pρ″/3R2=0.001693905103″P，10000KM2范围内约为17″;高程误差ΔH=D2/R2=D2/12742(KM)，200M范围内约为3MM；由此可见，高程误差受地球曲率影响较大，应引起高度重视。
2、基本操作：
2、1作业程序：
2、1、1技术设计：为制定切实可行的技术方案，保证测绘成果符合技术标准和满足顾客要求，并获得最佳的社会效益和经济效益，测绘作业前应进行技术设计或编制作业指导书。为确保技术设计文件满足规定要求的适宜性、充分性和有效性，技术设计活动应按照策划、设计输入、设计输出、评审、验证和审批的程序进行。技术设计应依据设计输入内容，充分考虑顾客要求，引用适用的技术标准，重视社会效益和经济效益；考虑先整体后局部，顾及发展，根据实际情况，考虑作业资源条件，挖掘潜力，选择适用方案；积极采用适用的新技术、新方法和新工艺；认真分析和充分利用已有成果和资料，为外业测量进行实地踏勘。
2、1、2组织实施：控制测量是各项测量工作的基础，具有传递平面位置和点位高程并等精度控制全局及限制误差传播和误差累计的作用，包括平面控制测量和高程控制测量，经历控制点选择、埋石造标、绘制点之记、控制网布设、外业观测和内业计算等过程。作业前应进行相关准备工作，包括资料收集整理、仪器和器材准备、作业模式选择和人员组织分工等工作内容，确保测绘工作的有序进行。外业工作包括仪器设置、测量与放样、计算与记录等作业步骤，根据选择的测绘仪器，严格按照操作规程进行仪器设置，并通过多余观测进行检查复核，测量与放样应加强测量人员之间的沟通，确保成果精度和作业安全，计算与记录内容应完整，确保正确无误，作为内业检查的依据。内业工作是对外业工作的成果整理和检查利用，对测量与放样的数据结合外业观测记录进行检查复核，进行数据传输和成果处理，形成正式测绘成果。
2、1、3质量检查：质量控制是满足顾客要求、法律法规和技术标准所提出的质量要求，围绕产品形成过程每个阶段工作顺利进行，对人员、设备、环境和方法等因素进行控制，使对产品质量有影响的各个过程处于受控状态，持续提供符合要求的合格产品，围绕影响产品质量的各种因素，对实施过程进行有效的监督和管理。质量控制坚持质量第一、用户至上、以人为本进行管理、预防和预控为主、以质量为标准严格检查和科学、公正、守法等原则，依据合同文件、设计文件、法律法规和技术标准为依据，做好在岗人员审查工作、对投入生产仪器设备检验情况的审定工作、组织落实和制度制订、生产工序过程的质量控制工作、严格执行工序交接检查制度、质量管理制度的落实和执行工作、困难和隐蔽地区的质量检查工作以及过程产品和中间产品的检查验收工作等工作内容，采取自检互校、平行检查、现场巡视和旁站监督等手段和方法。
2、1、4验收评定：测绘成果检查验收与质量评定，应严格执行两级检查和一级验收制度，测绘生产单位对产品质量实行过程检查和最终检查，过程检查由测绘作业队检查人员承担，最终检查由测绘生产单位质量管理机构负责实施，验收工作由委托单位组织或委托检验机构进行验收，检查测绘生产单位自查自校程序的完备性，检查相关质检人员资质和业务能力，监督检查工作的完备性，产品质量由测绘生产单位评定，验收单位复核，根据详查比例，按随机抽样的方法从检验批中抽取，除印刷成品采用正品和副品两级评定制外，其他实行优级品、良级品、合格品和不合格品四级评定制。
2、1、5技术总结：在测绘工作完成后，对技术设计文件和技术标准、法律法规的执行情况，技术设计方案实施中出现的主要技术问题和处理方法，成果质量、新技术的应用等进行分析研究、认真总结，并进行正确描述和客观评价，为用户对成果的合理使用提供方便，为测绘生产单位持续改进提供依据，主要依据合同文件有关要求、顾客书面要求或口头要求记录、市场需求、技术设计文件、法律法规、技术标准、成果质量检查报告等进行编写。
2、2 作业方法：
2、2、1角度测量：包括水平角和竖直角，常用测绘仪器有经纬仪，基本操作步骤为对中、整平、瞄准和读数，误差来源主要有仪器误差、对中误差、照准误差、读数误差和外界环境影响。水平角是一基准点到两目标点的方向线垂直投影在水平面上所构成的夹角，当已知坐标北方向，可通过水平角测量计算得到坐标方位角，常采用测回法和方向观测。竖直角是基准点到目标点的视线与水平面所构成的夹角，仰视为正，俯视为负。
2、2、2距离测量：包括丈量、视距测量、物理测量，常用测绘仪器有刻度尺、水准仪、经纬仪、测距仪等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆丈量利用刻度尺测定两点间的直线距离；视距测量利用水准仪和经纬仪等装有视距装置的测绘仪器配合标尺，利用相似三角形原理，测定两点间的距离；物理测距利用测距仪的波长与传播时间的关系测定两点间的距离。
2、2、3高程测量：包括水准测量、三角高程测量和GNSS高程测量，常用的测绘仪器有水准仪、全站型电子速测仪和GNSS定位系统。水准测量利用水准仪水平视线测定竖立在两点的标尺读数高差，通过已知点高程计算测定未知点的高程。三角高程测量是利用全站仪测定两点间的距离和竖直角，通过已知点高程计算测定未知点的高程。GNSS高程测量利用GNSS定位系统测定几点之间的伪距或载波，通过已知点高程拟合测定未知点的高程。
2、2、4坐标测量：直接测定空间点位相对或绝对坐标的测量方法，常用的测绘仪器有全站型电子速测仪和GNSS定位系统。全站型电子速测仪通过测距和测角反映极坐标及已知点三维直角坐标，经自动记录和计算数据的三维直角坐标，并具有传输自动化和数字化功能。GNSS定位系统通过测定几点之间的伪距或载波及空间相对关系和已知点三维直角坐标，测定未知点的三维直角坐标。
2、2、5铅直测量：利用激光铅垂仪或激光投线仪，进行点位平面位置的垂直传递。
2、2、6水准测量：利用激光投线仪或水准仪，进行点位高程数据的水平传递。
2、2、7测量模式：任何测量仪器均具有测量和放样两种工作模式，并可随时相互切换，测定工作对应测量模式，测设工作对应放样模式。放样方法可大致分为直接放样和归化放样，坐标形式可采用直角坐标或极坐标，直角坐标可采用相对坐标，亦可采用绝对坐标。
2、3 注意事项：
2、3、1精度分析：主要取决于控制网的质量标准，包括精度标准、可靠性标准、灵敏度标准和经济合理标准。精度标准一般只做最弱点和最弱边的精度估算，总体精度标准反映控制网全部精度信息的协方差矩阵的特征量，局部精度标准反映控制网局部精度评价的协因数矩阵的部分元素，准则矩阵是人工构造的理想化的衡量总体精度和局部精度质量效果的协因数阵。可靠性标准是控制网抵抗粗差的能力，可通过多余观测分量建立，未发现的粗差对平差结果造成影响的是外部可靠性，控制网通过平差和统计检验发现粗差的能力是内部可靠性。灵敏度标准反映变形监测控制网发现变形和区分变形的能力，分为单点变形灵敏度、单点变形模型灵敏度和多点变形灵敏度，是衡量变形监测控制网质量的重要标准。经济合理标准涉及建网经费，可在满足控制网精度标准的基础上确定必要精度进行经费标准的优化。
2、3、2测量平差：主要取决于观测误差，系统误差可以通过适当的观测方法予以消除或通过计算改正，偶然误差是随机产生的随机变量，通常进行多余观测，对一系列带有偶然误差的观测值运用概率统计的方法来消除不符性，求出未知变量的最或是值，评定测绘成果的精度和质量。衡量精度的指标包括方差和中误差、平均误差、极限误差、相对中误差及权，进行等精度和不等精度的直接和间接平差，通常应用最小二乘法求解，利用误差椭圆和相对误差椭圆进行精度分析。常规控制测量采用简易平差，等级较高控制测量采用严密平差，建议不熟悉平差理论的采用自创的简化平差。
2、3、3计算复核：主要包括水准、导线等基本平差内业计算复核。
2、3、4仪器使用：
2、3、4、1经纬仪一般分为光学经纬仪、电子经纬仪及全站型电子速测仪，注意仪器的三轴误差及检查，光电测距仪分为脉冲式和相位式，光电测距仪的主要误差有固定误差和比例误差，分别采取加常数和乘常数进行补偿。水平角观测的主要误差影响：1、观测过程中引起的人差；2、外界条件对观测精度的影响；3、仪器误差对测角精度的影响。影响观测精度的因素除上述外界条件之外，还有仪器误差，如视准轴误差、水平轴不水平的误差、垂直轴倾斜误差、测微器行差、照准部及水平度盘偏心差、度盘和测微器分划误差等。照准部转动时的弹性带动误差，脚螺旋的空隙带动差，水平微动螺旋的隙动差。水平角观测一般采用方向观测法、分组方向观测法和全组合测角法。其中方向观测法一般广泛用于三、四等三角观测，或在地面点、低觇标点和方向较少的二等三角观测；当观测方向多于6个时采用分组方向观测法；在一等三角观测，或在高标上的二等三角观测采用全组合测角法。精密测角的一般方法：1、 观测应在目标成像清晰、稳定的有利于观测的时间进行，以提高照准精度和减小旁折光的影响。2、 观测前应认真调好焦距，消除视差。在一测回的观测过程中不得重新调焦，以免引起视准轴的变动。3、 各测回的起始方向应均匀地分配在水平度盘和测微分划尺的不同位置上，以消除或减弱度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响。4、在上、下半测回之间倒转望远镜，以消除和减弱视准轴误差、水平轴倾斜误差等影响，同时可以由盘左、盘右读数之差求得两倍视准误差2c，借以检核观测质量。4、上、下半测回照准目标的次序应相反，并使观测每一目标的操作时间大致相同，其目的在于消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差影响，如觇标内架或三脚架的扭转等。5、为了克服或减弱在操作仪器的过程中带动水平度盘位移的误差，要求每半测回开始观测前，照准部按规定的转动方向先预转1～2周。6、 使用照准部微动螺旋和测微螺旋时，其最后旋转方向均应为旋进。7、为了减弱垂直轴倾斜误差的影响，观测过程中应保持照准部水准器气泡居中。大气折光k值系数一般为0.09-0.16之间在一天之内的变化情况是：中午附近k值最小，并且比较稳定；日出日落时k值较大，而且变化较快,减弱大气垂直折光影响的措施：选择有利观测时间、对向观测、提高观测视线的高度、利用短边传算高程等。
2、3、4、2陀螺经纬仪的定向测量可分为陀螺经纬仪定向和陀螺方位角测定两个作业过程：1、陀螺经纬仪定向：(1)在已知边上测定仪器常数；(2)在待定边上测定陀螺方位角；(3)在已知边上重新测定仪器常数，求算仪器常数最或是值，评定一次测定中误差；(4)求算子午线收敛角；(5)求算待定边的坐标方位角。2、陀螺方位角一次测定：(1)在测站上整平对中陀螺经纬仪，以一个测回测定待定边或已知边的方向值，然后将仪器大致对正北方；(2)粗略定向，测定近似陀螺北方向；(3)测前悬带零位观测；(4)精密定向，测定精密陀螺北方向；(5)测后悬带零位观测；(6)以一个测回测定待定边或已知边的方向值，当测前测后两次观测的方向值的互差小于规定的数值时，取其平均值作为测线方向值。
2、3、4、3水准仪器的种类主要包括：水准仪、经纬仪、激光投线仪、GNSS接收机。水准仪和水准尺检验：水准仪检验：光学测微器隙动差和分划值的测定、视准轴和水准轴相互关系检查、倾斜螺旋隙动差和分划值测定、调焦误差、自动补偿误差等。水准尺的检查：水准尺分划面弯曲差的测定、标尺名义米长和分划偶然误差、零点不等差和基辅分误差。水准测量的基本要求：(1) 观测前30分钟，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致；设站时，应用测伞遮蔽阳光；迁站时，应罩以仪器罩。使用数字水准仪前，还应进行预热，预热不少于20次单次测量。(2) 对气泡式水准仪，观测前应测出倾斜螺旋的置平零点，并作标记，随着气温变化，应随时调整零点位置，对于自动安平水准仪的圆水准器，应严格置平。(3) 在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，应使其中两脚与水准路线的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧。(4) 除路线转弯处，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，应接近一条直线。(5) 不应为了增加标尺读数，而把尺桩(台)安置在壕坑中。(6)转动仪器的倾斜螺旋和测微鼓时，其最后旋转方向，均应为旋进。(7)每一测段的往测与返测，其测站数均为偶数。由往测转向返测时，两支标尺应互换位置，并应重新整置仪器。(8)在高差很大的地区，应选用长度稳定的、标尺名义米长度偏差和分划偶然误差较小的水准标尺作业。(9)对于数字水准仪，应避免望远镜直接对准太阳；尽量避免视线被遮挡，遮挡不要超过标尺在望远镜中截长的20%;仪器只能在厂方规定的温度范围内工作；确信震动源造成的震动消失后，才能启动测量键。水准测量的主要误差来源：1、仪器误差：主要有视准轴与水准器轴不平行的误差、水准标尺每米真长误差和两根水准标尺零点差。2、外界因素引起的误差：主要有温度变化对i角的影响、大气垂直折光影响、仪器脚架和尺台(桩)升降的影响等。3、观测误差：主要包括作业员整平误差、照准误差和读数误差。使用数字水准仪进行水准测量，其观测误差主要是作业员对准标尺的调焦误差。外业高差和概略高程表：在国家一、二等水准测量外业高差和概略高程表编算时，所用的高差应加天水准标尺长度改正、水准标尺温度改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正、固体潮改正、环闭合差改正。在国家三，。四等水准测量外业高差和概略高程表编算时，所用的高差只加入水准标尺长度改正、正常水准面不平行改正、路(环)线闭合差改正。外业高差和概略高程表编算应由两人各自独立编算一份，并校核无误。水准网平差最常用的方法是间接平差和条件平差，它们是利用最小二乘法的原理，即观测值权与观测值改正数平方乘积之总和为最小，即[pvv]=最小的条件下，求出观测值的改正数和平差值，并对观测值、平差值及其函数进行精度评定。
2、3、5仪器维护：通过对测绘仪器进行检校、维护和保养，可保证测绘仪器的正常工作和测量数据的精度指标，延长测绘仪器的使用寿命，建立和遵守相关制度，密切注意测绘仪器的使用、作业、检修、维护、搬运、运送、保管和管理。
3、结论：
综上所述，工程测量在工程建设领域的应用极为广泛，是利用测量的理论、方法和技术在工程建设各阶段所进行的相关工作，按工程建设进行的程序，可分为勘测设计阶段测量、施工建设阶段测量和运营管理阶段测量，包括测定和测设两项基本内容以及测量和放样两项基本工作。在作业过程中始终贯穿从整体到局部、先控制后碎部和由高级到低级的原则，按照技术设计、组织实施、质量检查、验收评定和技术总结等作业步骤，保持必要的精度、可靠性、灵敏度和经济合理等质量标准，应用直角坐标和极坐标以及角度、距离和高程的相互转换，采用平移、旋转和缩放等技术手段以及前方交会、后方交会和侧方交会等辅助方法，对测量与工程相关的信息进行管理和使用。
参考文献
[1]张正禄等.工程测量学.武汉：武汉大学出版社，2005
[2]潘正风等.数字测图原理与方法.武汉：武汉大学出版社，2004
[3]李斯等.测绘技术应用与规范管理实用手册.北京：金版电子出版社，2002
[4]工程测量规范GB50026-2007.中华人民共和国国家标准.北京：中国计划出版社，2008
论文作者:黄国平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/19
标签：测量论文; 误差论文; 高程论文; 坐标论文; 精度论文; 作业论文; 仪器论文; 《建筑学研究前沿》2018年第4期论文;