第一節　測量學的任務及內容

一、測量學概述

測量學（surveying）是一門歷史悠久的學科，是研究如何測定地面點的點位，將地球表面的各種地物、地貌及其他信息測繪成圖，以及確定地球形狀和大小的一門學科。

早在幾千年前，中國、埃及、希臘等古代國家的人民就開始創造和運用測量工具進行測量。公元前21世紀，在夏禹治水時，中國就發明和應用了“準、繩、規、矩”等測量工具和方法；春秋戰國時期發明的指南針，于中世紀由阿拉伯人傳到歐洲，在全世界得到了廣泛的應用；以后又發明創造了渾天儀等測量儀器，并繪制了相當精確的全國地圖。

20世紀60年代開始，隨著社會經濟的發展，世界科技進入高速發展時期，同時也促進了測繪科學技術的發展，產生了將電磁波測距與電子測角融為一體的全站儀，它具有自動計算測點的三維坐標、自動保存觀測數據和將觀測數據傳輸到計算機中實現自動繪制地形圖的功能，可以實現數字化測繪地形圖。全球導航衛星系統（GNSS——global navigation satellite system）的出現徹底改變了傳統的通過測角、量邊計算地面點位坐標的方法，測量人員只需將GNSS接收機安置在測點上，通過接收衛星信號，使用專門的數據處理軟件，就可以快速計算出測點的三維坐標。隨著航天遙感技術的不斷完善，利用航天遙感相片及掃描信息測繪地形圖，不僅覆蓋面積大，而且不受地理及氣候條件的限制，能全天候作業，極大地提高了測繪工作效率。地理信息系統（GIS——geographic information system）是傳統學科（測量學、地理學和地圖學等）與現代科學技術（遙感技術、計算機科學等）相結合的產物，是一定格式的數字地圖與地面有關資源信息的集成并實現有關空間數據管理、空間信息分析及其傳播的計算機系統。經過五十多年的發展歷程，地理信息系統已經取得了巨大的成就，被廣泛應用于土地利用、資源管理、環境監測、交通運輸、城市規劃、經濟建設以及政府各職能部門。

隨著社會生產和科學技術的不斷發展，根據研究對象和應用范圍的不同，測量學又分為普通測量學、大地測量學、攝影測量學、工程測量學、制圖學等學科。

普通測量學是研究地球表面較小區域（不顧及地球曲率的影響，把該小區域內的投影球面直接作為平面對待）內測繪工作的基本理論、技術和方法的學科。主要是指用地面作業的方法，將地球表面局部地區的地物和地貌等測繪成大比例尺地形圖。

大地測量學是研究測定地球的形狀、大小和研究地球重力場的理論，在地球表面廣大區域內建立國家大地控制網等方面的測量理論、技術和方法的學科，為測量學的其他分支學科提供最基礎的測量數據和資料。

攝影測量學是研究如何利用攝影或遙感技術來測定物體的形狀、大小、位置和獲取其他信息的學科，是我國測繪國家基本地形圖的主要方法，目前多用于測繪城市基本地形圖和大規模地形復雜地區的地形圖。

工程測量學是研究各種工程建設中測量方法和理論的一門學科。主要研究在工程、工業和城市建設以及資源開發各個階段進行地形和有關信息的采集、處理、施工放樣、變形監測、分析與預報的理論和技術，以及與研究對象有關的信息管理和使用，為工程建設提供測繪保障。

制圖學是研究地圖及其制作理論、工藝和應用的學科。是將地球表面的點、線經過投影變換后繪制成滿足不同要求的地圖。

本書主要講述普通測量學和工程測量學的部分內容。著重介紹水利水電工程、道路與橋梁工程、隧道工程、工業與民用建筑、給水排水工程、村鎮建設、城鄉規劃中常用測量儀器的構造與使用、大比例尺地形圖的測繪與應用以及一般工程的施工測量。

二、工程測量在水利水電工程建設中的應用

測量工作在水利水電建設中起著十分重要的作用。為了合理開發和利用水資源，治理水旱災害，必須興建水利工程。但是，水利工程的規劃、設計、施工和運營管理各個階段都離不開測量工作。水利工程測量的主要任務如下。

（1）規劃設計階段：運用各種測量儀器和工具，通過實地測量和計算，把小范圍內地面上的地物、地貌按一定的比例尺測繪出工程建設區域的地形圖；為規劃設計提供各種比例尺的地形圖和測繪資料。

（2）施工階段：將圖紙上設計好的建筑物的平面位置和高程，按設計要求在實地上標定出來，作為施工的依據；在施工過程中，要進行各種施工測量工作，以保證所建工程符合設計要求。

（3）運營管理階段：工程完工后，對重要建筑物或構筑物，在建設中和建成以后都需要定期進行變形觀測，監測建筑物的水平位移和垂直沉降，了解建筑物的變形規律，以便采取措施，保證建筑物的安全。

三、工程測量在道路與橋梁工程、隧道工程中的應用

為了確定一條最經濟合理的路線，首先要進行路線勘測，繪制路線附近的帶狀地形圖和縱、橫斷面圖，在地形圖上進行路線設計，然后將設計路線的平面位置、縱坡和路基邊坡標定在地面上以指導施工。當路線跨越河流時，必須建造橋梁。在建橋之前，要測繪河流兩岸的地形圖，測定河流的水位、流速、流量、比降和河床地形圖以及橋梁軸線長度等，為橋梁設計提供必要的資料，最后將設計橋臺、橋墩的位置用測量的方法在實地標定。當路線穿過山嶺需要開挖隧道時，開挖之前必須在地形圖上確定隧道軸線、洞口和豎井的位置，根據測量數據計算隧道的長度和方向。隧道施工通常是從隧道兩端相向開挖，這就需要根據測量成果指示開挖方向，在施工過程中還需要不斷地進行貫通測量，以保證其平面位置和高程正確貫通。工程竣工后，要編制竣工圖，供驗收、維修、加固之用。在運營管理階段要定期進行變形觀測，確保道路、橋梁、隧道構造物的安全使用。

由此可見，各種工程建設以及工程建設的各個階段都離不開測量工作，測量工作貫穿于工程建設的始終。作為一名工程技術人員，既要熟練掌握傳統的測繪理論與方法，也要努力學習和掌握成熟的測繪新技術。例如，數字測圖、全站儀和GNSS測量及計算機數據處理等，并能將它們應用到工程建設的生產實踐中，只有這樣，才能擔負起工程規劃設計、施工建筑和運營管理等各個階段的任務，才能使自己在激烈的市場競爭中立于不敗之地。