【考试总结贴】工程测量学

再次叨叨：期末集中考试，教材是经典的张正禄老师版本。控制测量学那门课相当于工程测量的一部分。以下内容为重点范围，全书整体架构和联系无，也就是纯应试准备。

1 绪论

1.1 定义和作用

• 勘探设计——各种比例尺地形图
• 施工建设——施工控制网、放样、施工进度和质量监控、竣工测量etc
• 运营管理——安全监测
• 满足施工中各种测绘需求，助力工程项目顺利推进
• 尖兵和卫士，测量先行，安全基础，质量保障

1.2 主要内容

• 理论、技术与方法——chap3
• 工程控制测量和数据处理——chap4
• 地形资料的获取和表达——chap5
• 建筑物施工放样——chap6
• 工程和工程有关的变形监测分析和预报——chap7
• 设备安装检核测量——chap8
• 工程测量专用仪器的研制和应用
• 工程信息系统的建立与应用

1.3 和学科间的联系

• 测量学——测量仪器和大比例尺地形图测绘方法
• 大地测量——椭球体和投影、国家控制网etc
• 卫星大地测量学——卫星、GNSS
• 地图制图学——地形图
• 摄影测量与遥感——地形图的数字测绘方法etc
• 近景摄影测量
• 地籍测量
• 误差理论和测量平差基础
• 物理的光、电磁波、力学等
• 高数——微积分、线代
• 外语
• 计算机

1.4 大型特种精密工程和现代发展
1.4.1 工程越来越复杂，要求越来越高
1.4.2 现代化发展

• 数据精密处理
• GNSS
• 激光技术
• 遥感雷达干涉
• 数字摄影测量技术
• 其他技术结合，如通信、GIS等

1.5 六化和十六字
内外作业一体化、数据获取和处理自动化、测量过程控制和系统行为智能化、测量成果和产品数字化、测量信息管理可视化、信息共享和传播网络化

“精确、可靠、快速、简便、实时、持续、动态、遥测”

【其实很容易看出来，传统测量的改革就是自动化和数字化，减少人工的操作，强调对产品的应用开发，人力主要用在后期而不是前期资料信息获取上】

2 工程建设各阶段的测量和信息管理

这其实就是对1.1三个方面的进一步说明

2.1 大型工程在三个方面的主要测量工作【联系具体工程如高铁、桥梁】
工程勘测设计阶段的主要工作：
任何一项工程建设都需要按建设目的、自然地理和社会条件进行选址和设计。设计人员进行设计需要不同比例尺的地形图，工程勘测设计阶段的测量工作主要提供设计人员所需比例尺的地形图和进行其他有关测量。

施工阶段主要测量工作：
（1）为工程施工服务：施工放样（测设），将设计图上的建（构）筑物，根据其位置、形状、大小及高程按要求在实地标定出来的测量工作。
（2）工程监理测量。审查、检核和监督，保证工程质量和进度

工程运营管理阶段的测量工作：工程建筑物的变形监测，又称变形观测、变形测量、健康监测、安全监测。变形：监测点位置的变化，监测对象的位移、沉降、倾斜、摆动、振动等。监测：用测量的手段，定期、动态或持续的描述出来。变形监测贯穿于工程的整个寿命周期。

2.1.4 工程测量信息管理

• 测量信息的采集、处理、更新和管理数字化、一体化、自动化、网络化
  【这不对应前面发展趋势嘛】

• 工程测量信息系统

★3 工程测量学的理论技术和方法

3.1 理论

3.1.1 测量误差理论

• 偶然误差的系统影响

• 系统误差的偶然化

• 误差分配
  等影响原则：Δ1=Δ2=Δ3=Δ/根号3
  忽略不计原则：Δ2=Δ1/3，小于或等于三分之一，该误差不算
  按比例分配原则：Δ1：Δ2：Δ3=1：2：3，ΔΔ=Δ1Δ1+···+Δ3Δ3=14Δ1Δ1

3.1.2 测量精度理论

• 精度=精确度+准确度，包含
  仪器精度：标称精度，仪器自己工艺、制造啥的
  数值精度：相对精度（和基准无关）、绝对精度（和基准有关）
  

• 边角精度匹配（公式，书上）
  边长中误差引起的纵向误差Ml和方向中误差引起的横向误差Mq完全相等
  1/kMl ≤ Mq ≤ KMl， k≤2 or k≤3
  

3.1.3 测量可靠性理论
衡量控制网观测值的量化标准，提供可能出现但不能被发现的最大粗差

狭义可靠性（一个粗差前提，通过多余观测分量描述）
内部可靠性：发现观测值粗差的能力
外部可靠性：抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力

• 广义可靠性
  测量系统发现和抵抗粗差、系统误差的能力，减小偶然误差的能力
• 优点
  发现和区分粗差、系统误差和偶然误差，还涉及到管理、设计等多方面

3.2 技术和方法
角度测量： 确定相交于一点的任意两条方向线之间角度的测量。（水平角、垂直角和方位角） 测量水平角、垂直角仪器：经纬仪（光学经纬仪和电子经纬仪）（光学已被电子取代，电子经纬仪被电子全站仪取代）

方向测量：确定地面任一方向与真北方向间夹角的测量称方向测量（又称方位角测量）。

罗盘测量、GNSS、测量陀螺仪，方向测量的陀螺经纬仪和陀螺全站仪。

距离测量：确定任意两点间距离的测量称距离测量 。

• 直接丈量法：用尺子（测绳、皮尺、钢尺）直接在地面上测定两点间的距离。
• 视距法（间接测距方法）：利用装有视距丝装置的测量仪器如光学经纬仪、水准仪或平板仪 配合标尺按三角原理测出距离。视距法测量距离的精度低，主要用于水准测量中测量前后视距
• 电磁波测距法（物理测距）：利用电磁波来测定两点间距离的物理法测距。这是目前最流行也是最现代化的方法。D=1/2 ct
• 双频激光干涉测量（物理测距）

高程测量：确定地面或物体上任一点的海拔高程或相对高度的测量。

• 几何水准测量：利用水准仪提供的水平视线测定两点之间的高差。（光学、电子）水准仪
• 三角高程测量：三角高程测量是根据两点间的水平距离和观测的垂直角，应用 三角公式计算出两点间的高差。(消除球气差影响：尽量同时对向观测)
• 液体静力水准测量：直接依据静止的液体表面（水平面）来测定两点（或多点）之间的高差。（高精度静力水准仪）当两个容器中装有同类液体时，容器液面处于平衡状态时 。 高差可用液面的高度求得。精度：0.1mm
• 误差来源：残存气泡、零点差、量测误差、仪器搁置误差、温度差和气压差、液体蒸发、液体弄脏、仪器倾斜、仪器结构变化等。
• GNSS高程测量：采用GNSS测量，可得地面上任一点P的GNSS大地高，它是地面点P到过点P 的WGS 84椭球法线与椭球面交点的距离。

坐标测量：能直接测得物体上目标点或离散点在某一坐标系下坐标的测量。

• 自由设站法：用全站仪进行边角后方交会，将全站仪自由地架设在地面任一点，只要能对两个或两个以上已知点作边角测量，即可得到设站点的坐标。
• 极坐标法：将全站仪架设在一已知点上，后视另一已知点，测量到待测点的角度和距离，即可得到待测点的坐标。
• GPS单点定位法
• GPS RTK法 基于距离后方交会和基线测量。
• 激光跟踪法：一种基于极坐标法的坐标测量仪器具有实时、快速、动态、便于移动和精度高等优点，大尺寸设备定位、安装与检测中有广泛应用。 角度测量、距离测量、跟踪、控制和支撑共五部分
• 激光扫描法

三维激光扫描测量：

• 短距离（扫描距离不超过3m，适合小型模具或文物的量测，速度快、精度高，点的精度可达0.018mm。）
• 中距离（扫描距离约60m。）
• 长距离（扫描距离可达数公里。）
• 应用：工业测量 土木工程 数字城市 地形可视化 城乡规划 自然灾害调查等领域

远程微形变雷达测量系统（IBIS）：是一种基于微波干涉技术的创新雷达,称为地基合成孔径干涉
雷达系统或远程微形变雷达测量系统。

• 步进频率连续波技术（SF-CW）：为IBIS在距离向提供高达0.5m 的距离向分辨率，且该距离分辨率的大小与测距无关。
• 合成孔径雷达技术（SAR）：步进频率连续波技术（SF-CW）的结合，监测区域就被分割成很多二维的小单元。
• 差分干涉测量技术：通过软件处理可得到0.01mm的位移变化量。
• 三套配置：IBIS-L主要应用于大坝、山体滑坡等面状变形体的微小变形监测， 其测量精度可以达到0.1-1mm 。（静态监测）IBIS-S主要应用于桥梁、建筑物等项目的监测，其测量精度可达到0.01mm，可探测建筑物上某点高达50Hz的振动频率。（动态监测） IBIS-M为-L的升级版，主要应用于露天矿山边坡变形监测。 （静态监测）

近景摄影测量

GNSS、LIDAR、基准线法、倾斜测量等等

3.2.2 距离、高程和坐标测量的方法特点

• 距离
  直接丈量、视距法、电磁波测距法
  确定两点间距离。测量中最基本的几何量
• 高程
  水准、三角高程、GPS。确定某一点的
  确定某一点的海拔高程或相对高度的测量。基本观测值是高差。
• 坐标
  自由设站法、极坐标法、RTK等
  确定点在某一坐标系下的坐标。

4 工程测量控制网

4.1 种类

• 测图控制网
  为测图服务的控制网。作用为保证图上内容精度均匀、相邻图幅正确拼接和控制测量误差的累积
• 施工测量控制网
  为工程施工建设服务的测量控制网。
  特点为精度要求高；根据工程规模可以多级布网；需要定期复测控制点；坐标和施工坐标系统一致
• 变形监测网
  为工程安全健康布设的网。
  特点为由参考点、工作基点和目标点组成；周期性监测；精度要求高；灵敏度做要求；基于监测体的坐标系统
• 安装测量控制网
  为大型设备构件的安装定位布设的网。
  特点：在土建工程施工后期布设；范围小，精度高；点位要考虑设备数量、位置和建筑物；先总平面图设计理论图形再测设到实地；

4.2 工程控制网基准
网平差求解未知点坐标时给出的已知数据，对网的位置、大小和方向进行约束，使平差有唯一解。
分为三类：约束网（多余已知数据）、最小约束网（只有必要数据）、自由网（无已知数据，网点未知）

4.3 布设方法和步骤

• 根据精度确定网的等级
• 确定布网图形和测量仪器
• 网上选点
• 埋石造标
• 外业观测
• 内业数据处理和成果提交

导线布设邻边长不要差距过大、未知点点数不要过多；
边角网：指用地面测角测边仪器施测的、由三角形或多边形构成的三角形网和导线网，三角形网包括有重叠三角形的网。边角网都使用全站仪施测，有条件时，尽量用智能型测量机器人进行自动化观测。
GNSS网：GNSS网也无图形的限制，长短边可以相差很大。点的布设主要是考虑工程需要、便于到达、易于保存、顶空条件好、多路径影响小以及电磁干扰小。在工程中，还需要考虑在将设站的网点上，至少有 一个相邻点通视，以解决定向问题。GNSS网的施测应依据有关规范，对于特高精度的GNSS网，只要符合工程特点，满足工程需要，可以在规范的基础上提高一些。
水准网：工程中的水准网采用一、二、三、四等水准测量方法布设和施测，应统一到国家高程系，遵照相应的规范执行。

附和导线：两端各有两个已知点，中间是未知点的导线

4.4 精度准则
网的总体精度【E准则、 体积最小准则、方差最小准则等】
点位精度——随已知点的位置而变化
相对点位精度——用相对椭圆误差描述
坐标未知数函数的精度——边长和方位角是坐标未知数的函数，常常要计算其平差值的精度，其中最重要的是最弱边精度

质量准则=精度准则+可靠性+灵敏度+费用

4.5 网点内部可靠性、外部可靠性和广义可靠性
内部：发现观测值粗差的能力
外部：抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力
广义：发现和抵抗粗差和系统误差以及减小偶然误差的能力

4.6 优化设计

• 提出设计任务
• 指定设计方案
• 实施方案优化
• 进行方案评价
• 解析法和模拟法

5 地形图测绘及应用

5.1 数字测图法中，平面点位精度和高程精度主要有那些误差引起
点位精度：定向点误差、目标点棱镜中心和待测目标点不重合误差、对中误差、极坐标法观测误差
高程精度：测角误差主要，仪器高和目标高的量测误差、球气差、测距误差（忽略不计）

5.2 场地平整概念，哪些工程需要，为什么
概念：将地面平整为水平面或斜面，
工程需要：建筑、水利、道路建设以及工矿企业
为了在其上布置建筑物，便于排水和满足交通运输条件等

5.3 为什么要进行水位观测
定义：通过观测水尺读数确定水位
在河流和海洋水下测绘中，必须考虑水面高程随时间的变化，通过水位观测将测深数据和地面高程系统建立联系，进而获得水底高程

5.4 竣工总图概念和特点，编绘该图还要绘什么图
概念：工程竣工后按实际和工程所需绘制的图，可真实反映工程设计和施工的情况，相比施工总平面图加了施工中增加的内容

特点：
建筑物的细部点的点位和高程中误差应满足相关规范
宜采用数字竣工总图，1：500大比例尺，坐标系统、高程基准等应该和建筑总平面图和施工总平面图一致

还要绘制：
除总平面图外，还应绘制各种专业图（管线竣工图）辅助图，剖面图以及细部点成果资料等；地面建（构）筑物，应按实际竣工位置和形状进行编绘，凡有实测的，应根据实测的竣工测量资料编绘。——交通运输和现状总平面图；给、排水管道竣工图； 动力、工艺管道竣工图；输电及通讯线路竣工图；综合管线竣工图。

6 工程建（构）筑物的施工放样

建筑限差的概念，大小和什么有关
定义：建筑物竣工后实际位置相对于设计位置的极限偏差
关系：和建筑结构、用途、建筑材料和施工方法有关

放样精度确定（限差+误差分配理论）
对大多工程，施工规范仅对建筑限差有明确的规定，并无测量精度要求，所以要在测量、施工、制造等方面间进行误差分配。
误差分配的原则
（1）等影响原则
（2）忽略不计原则
（3）按比例分配原则

工程中的测量、测设和放样的异同
测量：将实地的地形地物描绘到图上
放样：将图上设计的工程建筑物标定到实际
测设=放样

施工放样中放样什么元素，有哪些放样方法★，适用场合
元素【也对应放样种类】：角度、距离、点位、直线、铅垂线、高程
★方法：
点和平面位置放样
铅垂线放样——放样铅垂线以保证高层建筑物的垂直度
高程放样——把设计图上的高程在实地表示出来

交会法：距离交会——待放样点到一直到距离便于测尺量测；角度交会——量距不方便；轴线交会——钢尺不好量且无电磁波测距仪
归化法：放样和测量都有需求
极坐标法：
自由设站法：和极坐标差不多，不方便安置仪器的时候，最常用
RTK法：顶空障碍较小地区

自由设站法的原理，为什么叫自由设站
原理：根据两个及以上的已知点，架设全站仪，通过量测已知点的边长和角度，最小二乘平差求测站点坐标并完成测站定向。根据测站点和待放样点的坐标，计算放样元素，采用极坐标发求出各点。

为什么：测站位置可自由选取

特别适用于已知点上不便于安置仪器的情况

单基线RTK怎么放样，作业流程

• 收集测区的控制点资料
• 求测区的坐标转换参数
• 进行工程项目参数设置
• 野外作业，完成放样

曲线测设定义和方法
定义：将铁路、公路的曲线按照设计坐标在实地进行标定的过程
方法：

• 偏角法（不用了）
• 切线支句法（不用了）
• 极坐标法
• 自由设站法
• RTK法

7 工程建筑物的变形监测

变形监测的定义、变形因素/因子、意义、目的、作用和特点
定义：对监视对象或物体(简称变形体)进行定期测量以确定其空间位置随时间的变化特征。（变形体的刚体位移、变形体的自身形变）

变形因素：引起工程建筑物变形的原因有多种多样，如地壳运动、基础形变、地下开采、地下水位变化、作用在工程建筑物上的各种荷载（包括风、日光、雪、冰、暴雨、水压、地震、滑坡、泥石流、自重、桥上的车辆等）以及机械设备安装偏离设计值、 温度、 气候变化等。

意义和目的：通过定期测量确定监测对象的空间位置随时间的变化特征

作用：积累监测资料，为变形分析提供基础数据；服务于变形预报；保证工程安全；

特点：

• 贯穿工程建设和运营的始终，需要长期重复观测
• 对精度要求极高，不同工程、建筑、阶段对精度要求各不相同
• 对遥控、遥测和自动化要求高

变形体的几何模型概念
参考点、工作基点和目标点以及之间的连接（距离、高差、角度、GPS基线）
4典型模型：突变模型、渐变模型、周期变形模型、运动型变形模型

常规、现代和特殊的技术和方法【宏观角度】
常规：大地测量方法

• 网观测法
• 视准线法
• 交会法
• 极坐标、水准etc
  特殊：基准线法、倾斜测量、挠度测量和sensor测量等
  现代：三维激光扫描、合成孔径雷达、裂缝观测法、震动观测法

方案设计
内容：

• 监测方法选择
• 变形监测网和监测点布设
• 测量精度
• 观测周期数
• 周期之间的时间间隔和一周期所允许的观测时间的确定等

回归分析★、回归平方和、残差平方和、总离差平方和，三者关系
回归分析：处理变量之间的相关关系的一种数理统计方法

回归平方和是因变量回归值ŷ-因变量平均值y的离差平方和，数值上=∑(ŷ-ȳ)2
残差平方和：把数据点与它在回归直线上相应位置的差异称残差，把每个残差的平方后加起来称为残差平方和，它表示随机误差的效应。
总离差平方和是各项与平均项之差的平方的总和。它反映了x与其数学期望Ex的偏离程度。

相关系数、复相关系数、偏相关系数
相关系数：研究变量之间线性相关程度的量

偏相关系数：在多要素所构成的系统中，当研究某一个要素对另一个要素的影响或相关程度时，把其他要素的影响视作常数（保持不变），即暂时不考虑其他要素影响，单独研究两个要素之间的相互关系的密切程度，所得数值

复相关系数：见下图

逐步回归
根据专业知识和监测资料，再一元线性回归模型的基础上，通过回归系数的显著性影响，逐步地接纳和舍去变形影响因子，最后得到最佳回归方程。F检验的基础上。

9 工业与民用建筑测量

楼层垂直度概念、全高垂直度概念

全高：在建筑物外墙选取特征点

高程建筑的高程传递方法
钢尺垂直量距法：
全站仪天顶距法

内控制网
在建筑物的±00高程面上建立基础控制网，各层楼板在基础控制网点竖向相应位置预留传递孔，使用测量仪器将±00面的控制点，通过传递孔层向上传递的网。

深基坑变形监测的内容和方法
（1）监测基坑周围土体沉降和坑底隆起，主要采用几何水准法，精度要求不高时，也可采用全站仪测距三角高程法；
（2）深基坑边坡水平位移，基于变形监测网，采用交会法、视准线法、全站仪三维极坐标法监测；
（3）基坑三维变形、坑壁收敛：利用全站仪建立非设站型变形监测网。

分层投点法
把高层建筑物或高耸建筑物按高度分为若干段，段长一般为10~100m，在建筑物内部间隔一定高度搭建测量平台，将埋设于±00面的控制点采用垂准仪逐层向上投递，以提高竖向轴线精度。施工过程中，从最靠近施工层面的测量平台向施工层面投点。

测量方法特殊之处——分层投点

10 高速铁路工程测量

高速铁路测量和传统铁路测量的不同
高速铁路实现列车高速行驶的前提条件是轨道系统的高稳定性和高平顺性，与传统铁路的主要区别，是要一次性地建成稳固、可靠的线下工程和高平顺性的轨道系统。
主要体现在如下几个方面：
（1）高速铁路线下工程测量和轨道系统施工测量在不同的坐标基准下进行；
（2）高速铁路控制测量分线下高程控制网和轨道控制网；
（3）要求精度高；
（4）高精度GNSS接收机、智能型全站仪、数字水准仪和轨道检测仪等精密测量仪器在高速铁路建设中得到普遍使用。

高铁平面控制网的特点，建立方法
高速铁路平面控制网分四级布设，第一级为框架控制网，CP0网；第二级为基础控制网，CPⅠ网，第三级为线路控制网，CPⅡ网，第四级为轨道控制网，CPⅢ网。上一级网是下一级网的起算基准。
0、Ⅰ、Ⅱ网采用卫星定位技术建立（在隧道内的CPⅡ网采用导线法建立），CPⅢ网采用自由设站边角交会法建立。

测量基准
高速铁路精度要求高，应在精密工程独立基准下进行测量。通过WGS84椭球的改造确定最佳区域椭球和最佳投影面，以建立精密的测量基准。包括同时改变椭球长半轴和偏心率；垂线偏差改正；垂线偏差的确定

三网合一的概念

GRP网概念、GRP点概念
GPR点：在CRTS I型板应用就是结合CRTS I型板与CRTS II型板各自优势的基础上，提出的改良施工方案。这一测量方法不但保证了施工测量中的精度，还提高了施工进度。因此GRP点的测设直接影响轨道板铺设后的精度和质量。

GPR网：点构成的网

自由设站法【灵活理解】

11 桥梁工程测量

确定桥梁施工控制网精度的常用方法★

（2）在精度确定中遵循忽略不计原则和等影响原则，确定控制网最弱点和最弱边的精度，为控制网设计提供依据。

建立桥梁施工平面控制网的要点

悬索桥主缆架设过程的垂度测量包含内容

悬索桥的索塔变形监测包含监测项目
封顶后的上部构造施工前——日照温差作用下的静态变形监测和索塔顶监测点的基准坐标——掌握规律，发现一日中变形最小时间段//为日后工况下变形量计算提供依据
猫道施工阶段——监测索塔变形大小和方向，为猫道索力控制和垂度调整提供依据
索股牵引阶段——索股牵引时索塔动态变形监测和索股垂度调整的静态变形监测，反馈监控部门指导施工
钢箱梁吊装阶段——吊装过程的索塔动态变形量，确保吊装速度和安全；索塔累计变形量，确定顶推主鞍座的时间和顶推量大小

距离差分法

连续刚构桥悬臂梁箱施工中，监测悬臂箱梁挠度变形的意义

温度变化对长悬臂箱梁标高危害

克服温度变化对长悬臂箱梁标高影响的对策

固定时间观测法的定义