0.1　測量的基本知識

測量學也稱測繪學，是研究地球的形狀、大小以及確定地面點之間相對空間位置的科學。它的內容包括測定和測設兩個部分。

測定又稱測圖，是指使用測量儀器和工具，通過測量和計算，得到一系列的測量數據，并按照一定的測量程序和方法將地面上地物和地貌的位置縮繪成地形圖，以供工程建設的規劃、設計、管理和科學研究使用。

測設也稱放樣，是指使用測量儀器和工具，按照設計要求，采用一定的方法將設計圖紙上設計好的建筑物、構筑物的位置標定到實地，作為工程施工的依據。

0.1.1　測量學的分支學科

測量學應用范圍很廣泛，測量對象由地球表面到空間星球，由靜態發展到動態，按照研究范圍和對象的不同，可分為以下幾個分支學科。

大地測量學：研究地球的大小、形狀、地球重力場以及建立國家大地控制網的學科。現代大地測量學已進入以空間大地測量為主的領域，可提供高精度、高分辨率、適時、動態的定量空間信息，是研究地殼運動與形變、地球動力學、海平面變化、地質災害預測等的重要手段之一。

攝影測量學：利用攝影或遙感技術獲取被測物體的影像或數字信息，進行分析、處理后以確定物體的形狀、大小和空間位置，并判斷其性質的學科。按獲取影像的方式不同，攝影測量學又分水下、地面、航空攝影和航天遙感等測量學。

海洋測量學：以海洋和陸地水域為對象，研究港口、碼頭、航道、水下地形的測量以及海圖繪制的理論、技術和方法的學科。

地圖制圖學：研究各種地圖的制作理論、原理、工藝技術和應用的學科。主要內容包括地圖的編制、投影、整飾和印刷等。自動化、電子化、系統化已成為其主要發展方向。

工程測量學：研究各類工程在規劃、勘測設計、施工、竣工驗收和運營管理等各階段的測量理論、技術和方法的學科。其主要內容包括控制測量、地形測量、施工測量、安裝測量、竣工測量、變形觀測、跟蹤監測等。

此外，測繪儀器學和地籍測量學等也是測繪學科的重要分支。

0.1.2　工程測量的任務

工程測量學是測量學科中的一門分支學科，是研究工程建設和自然資源開發各個階段中所進行的控制測量、地形測繪、施工放樣、變形監測及建立相應信息系統的理論和技術的學科。工程測量直接為各項工程建設服務。工業與民用建筑、城鎮建設道路、橋梁、給排水管線等任何土建工程，從勘測、規劃、設計到施工階段，甚至在使用管理階段，都需要進行測量工作。

工程測量的主要任務有測定、測設和監測。測定是把地面上的情況描繪到圖紙上，為設計和規劃提供資料。測設是把圖紙上設計的建筑物和構筑物標定到地面上，為施工提供依據。監測是對建筑物施工過程和竣工后所產生的各種變形進行觀測。

職業貼士

交通工程測量屬于工程測量學的范疇，是工程測量學在交通工程建設領域中的具體表現。它主要包括勘察設計、施工建設和變形觀測等階段所進行的各種測量工作。

交通工程測量是交通工程施工中一項非常重要的工作，貫穿于建設工作的始終，在交通工程工程建設各個階段都要進行測量工作。交通工程測量在交通工程建設的各個階段的工作任務如下：

（1）測繪大比例地形圖。在工程勘測階段，測繪地形圖為規劃設計提供各種比例尺地形圖和測繪資料；在工程設計階段，應用地形圖進行總體規劃和設計。

（2）施工放樣。在工程施工階段，要將圖紙上設計好的建筑物、構筑物的平面位置和高程按設計要求測設于實地，以此作為施工的依據；在施工過程中還要進行土方開挖、基礎和主體工程的施工測量；同時，在施工中還要經常對施工和安裝工作進行檢驗、校核，以保證所建工程符合設計要求；施工竣工后，還要進行竣工測量，施測竣工圖，以供日后改建和維修之用。

（3）變形觀測。對建筑和構筑物進行變形觀測，以保證工程的安全使用。

0.1.3　測量學的起源與發展現狀

1.我國古代測量學的發展

測繪科學的起源可追溯到原始社會，是人類最早創造的科學體系之一。

我國兩千多年前的夏商時代，為了治水開始了水利工程測量工作。司馬遷在《史記》中對夏禹治水有這樣的描述：“陸行乘車，水行乘船，泥行乘撬，山行乘樟，左準繩，右規矩，載四時，以開九州，通九道，陂九澤，度九山。”所記錄的是當時的工程勘測情景，準繩和規矩就是當時所用的測量工具，準是古代用的水準器，繩是丈量距離的工具，規是畫圓的器具，矩則是一種可定平、測長度、高度、深度和畫圓畫矩形的通用測量儀器。戰國時期李冰父子領導修建的都江堰水利樞紐工程，曾用一個石頭人來標定水位，當水位超過石頭人的肩時，下游將受到洪水的威脅；當水位低于石頭人的腳背時，下游將出現干旱。這種標定水位的辦法與現代水位測量的原理完全一樣。

1973年從長沙馬王堆漢墓出土的地圖包括地形圖、駐軍圖和城邑圖3種，如圖0.1所示。不僅表示的內容相當豐富，繪制技術也非常熟練，在顏色使用、符號設計、內容分類和簡化等方面都達到了很高水平，是目前世界上發現的最早的地圖，這與當時發達的測繪術是分不開的。

2.國外測量學的發展

17世紀望遠鏡的發明和應用對測量技術的發展起到了很大的促進作用，奠定了近代測繪的物質基礎，引領了測繪科學的第一次革命。1730年英國的西森制成第一臺經緯儀、三角測量方法的創立等對進一步研究地球的形狀和大小以及測繪地形圖都起了重要的作用，同時在測量理論方面也有不少創新，如高斯的最小二乘法理論和橫圓柱投影理論就是其中的重要例證，一直使用至今。

3.3S技術發展概況

（1）GPS全球定位系統

GPS全球定位系統（Global Positioning System）是美國國防部為滿足其軍事部門海、陸、空高精度導航、定位和定時的要求而建立的一種衛星定位和導航系統。它由24顆工作衛星組成，其中包括3顆可隨時啟動的備用衛星，如圖0.2所示。工作衛星均勻分布在6個相對于赤道面傾角為55°的近似圓形軌道面內，每個軌道面上有4顆衛星，軌道之間的夾角為60°，軌道平均高度為20200km，衛星運行周期為11小時58分。同時在地平線以上的衛星數目隨時問和地點而異，最少為4顆，最多時達11顆。保證在地球任一點任一時刻均可收到4顆以上衛星的信息，實現實時定位。

我國GPS技術研究和應用可分為兩個階段，第一階段是20世紀80年代，以測繪領域的應用為主，引進GPS技術和接收機，開發GPS測量數據處理軟件，以靜態定位為主，現在全國施測幾千個各種精度的GPS點，其中包括：國家A、B級網點。第二階段是進入20世紀90年代，隨著差分GPS技術的發展，GPS定位從靜態擴展到動態，從事后處理擴展到實時或準實時定位和導航。

（2）RS遙感技術

遙感技術（Remote Sensing）是指從遠距離高空，在外層空間的各種平臺上利用可見光、紅外、微波等電磁波探測儀器，通過攝影和掃描、信息感應、傳輸和處理，研究地面物體的形狀、大小、位置及其環境相互關系與變化的現代科學技術。

我國遙感技術發展已從單純的應用國外衛星資料到發射自主設計的遙感衛星，如風云系列氣象衛星。遙感圖像處理技術也取得了很大發展，如機載224波段成像光譜儀、全數字攝影測量系統等。

（3）GIS地理信息系統

地理信息系統（Geographic Information System）是采集、存儲、描述、檢索、分析和應用與空間位置有關的相應屬性信息的計算機系統，它是集計算機、地理、測繪、環境科學、空間技術、信息科學、管理科學、網絡技術、現代通信技術、多媒體技術為一體的多學科綜合而成的新興學科。

隨著“3S”技術（地理信息系統技術GIS、全球衛星定位技術GPS、遙感技術RS）以及多學科技術的不斷滲透與融合，傳統的工程測量從為土木工程建設和工業設備安裝等施工服務的較為單一的測繪技術，發展到當前面向經濟建設和城市現代化建設的測繪學科。現代工程測量輻射范圍廣闊、涉及領域廣，對國家或區域大型工程建設項目以及城市規劃、建設和管理，都提供了全過程、全方位的測繪服務保障。當今測繪科學技術快速發展，已經實現了從模擬測繪時代向數字化測繪時代的跨越，正積極朝向信息化測繪時代邁進，現代工程測量學科也在不斷實施技術進步，在更廣、更深的層面上為社會經濟發展與建設提供及時、適用、可靠的測繪服務保障。