工程测量学

杨锦玲

目录

  • 1 第一章 绪论
    • 1.1 工程测量学的定义
    • 1.2 工程测量学的内容及学习方法
    • 1.3 工程测量学的现代发展
    • 1.4 章节习题
    • 1.5 课程思政
  • 2 学会用图: 工程建设对地形图的要求与应用
    • 2.1 地形图的精度分析
    • 2.2 地形图比例尺的选取
    • 2.3 大比例尺地形图在工程设计中的应用
    • 2.4 章节习题
    • 2.5 课程思政
  • 3 掌握理论: 工程测量学的理论与基本观点
    • 3.1 测量误差的分配理论
    • 3.2 测量精度理论与精度匹配
    • 3.3 可靠性与灵敏度
    • 3.4 测量基准理论
    • 3.5 工程测量学的基本观点
    • 3.6 章节习题
    • 3.7 课程思政
  • 4 规范建网: 施工控制网布设中的若干问题
    • 4.1 控制网精度确定的一般方法
    • 4.2 投影变形与坐标系的选择
    • 4.3 施工控制网的设计
    • 4.4 典型工程施工控制网布设
    • 4.5 特殊工程施工控制网布设
    • 4.6 章节习题
    • 4.7 课程思政
  • 5 精心放样: 从工程设计到建设施工的现场指挥
    • 5.1 施工放样概述
    • 5.2 极坐标法与全站仪坐标放样法
    • 5.3 交会法与自由设站定位法
    • 5.4 归化法放样
    • 5.5 GNSS RTK放样
    • 5.6 高程放样方法
    • 5.7 刚体的放样定位
    • 5.8 高耸建筑物的铅垂线放样
    • 5.9 顶管与盾构施工放样的自动化
    • 5.10 章节习题
    • 5.11 课程思政
  • 6 典型工程: 线路勘测与线路工程测量
    • 6.1 线路设计与线路勘测概述
    • 6.2 线路初测阶段的测量工作
    • 6.3 线路定测与纵横断面图测绘
    • 6.4 基于航测、遥感及LiDAR技术的线路勘测
    • 6.5 线路工程的平面曲线及其要素计算
    • 6.6 有缓和曲线的圆曲线参数方程
    • 6.7 平面曲线放样方法及相关算例解析
    • 6.8 竖曲线
    • 6.9 线路施工与竣工测量
    • 6.10 高速铁路建设及其控制网布设
    • 6.11 CPIII控制网布设与三网合一技术
    • 6.12 轨道系统精密测量技术
    • 6.13 章节习题
    • 6.14 课程思政
  • 7 至臻监测: 变形监测的技术与方法
    • 7.1 变形监测及其特点
    • 7.2 变形监测技术和方法
    • 7.3 垂直位移监测网布设及观测标志
    • 7.4 垂直位移观测
    • 7.5 倾斜测量
    • 7.6 水平位移监测网及观测标志
    • 7.7 视准线法测量水平位移
    • 7.8 激光准直与引张线法
    • 7.9 建筑主体倾斜、挠度及裂缝测量
    • 7.10 章节习题
    • 7.11 课程思政
  • 8 工业测量: 工业设备形位检测
    • 8.1 工业测量与工业设备形位检测
    • 8.2 大尺寸空间坐标测量系统
    • 8.3 工业测量系统的应用与展望
    • 8.4 章节习题
    • 8.5 课程思政
课程思政

【课程思政01】  绪论:走进《工程测量学》的世界

教学章节思政参考资料

课程思政的融入

1.1 工程测量学的定义

慧天地(中国测绘学会、中国测绘杂志):武汉大学潘正风教授:守望在工程测量路上的杖朝老人

https://mp.weixin.qq.com/s/aI67Bz3WyUoZUcbbnfVbsQ

《工程测量学》课程,首先要培养学生“严谨、规范、精准”的工程测量职业素养。以中国测绘学会对潘正风教授的专访,让学生从老一辈工程测量专家的事迹报道中,理解“工程测量是工程建设的尖兵,是工程施工的眼睛”,体会“严谨、规范、精准”是从事工程测量工作的必要前提。

1.1 工程测量学的定义

李清泉, 张德津, 汪驰升, 等. 动态精密工程测量技术及应用[J]. 测绘学报, 2021, 50(09): 1147-1158.

慧天地(科学出版社):著作推荐 | 李清泉:动态精密工程测量

https://mp.weixin.qq.com/s/X98etShgQfnaJSogd-63BQ

由《工程测量学》定义引申出“动态精密工程测量”,让学生理解工程测量技术的最新进展与学科前沿,增强学习测量技术实现自我价值、投身国家经济建设的使命感。

1.3 工程测量学的现代发展

人民日报:大力弘扬新时代北斗精神

http://www.beidou.gov.cn/yw/xwzx/202008/t20200801_20887.html


环球时报:收官!北斗全球系统组网完成

https://china.huanqiu.com/article/3ylZKeI2aom

在讲解“空间技术在工程测量中应用与发展”中,引导学生领会学习迎难而上、敢打硬仗、接续奋斗、突破技术封锁、强化自主创新的新时代北斗精神。

1.3 工程测量学的现代发展

刘经南, 郭文飞, 郭迟, . 智能时代泛在测绘的再思考[J]. 测绘学报, 2020, 49(04): 403-414.

在讲解“工程测量学的发展展望”中,引述刘经南院士关于“泛在测绘”的观点,扩展介绍测绘学科的最新发展,让学生了解学科前沿,认同测绘改变生活,激发学习热情。


【思政案例 01-01】潘正风:守望在工程测量路上的杖朝老人

本素材参考自“慧天地、中国测绘学会、中国测绘杂志,2019-11-29

https://mp.weixin.qq.com/s/aI67Bz3WyUoZUcbbnfVbsQ

潘正风,1940年11月出生,武汉大学教授,博士生导师,江苏武进人。


作为工程测量领域的权威人物,为我国工程测量事业的发展奉献了毕生精力。


上世纪80年代,在北京正负电子对撞机建设期间,潘正风参与了直线加速器精密安装测量的工作。1986年冬,经反复测试,精度总是停留在不合格的1.5毫米,专家们都百思不得其解。为查找原因,潘正风和同事顾不上吃饭,把安好的管道又一节节撤掉,每撤一节就测一下。最后,终于在一节管道里发现了“罪魁祸首”——一团不知被谁不小心留下的棉纱。把棉纱一拿掉,精度立马就到了预期!


——搞工程测量工作总是容不得一点瑕疵,不仅得有精良的技术,还得有强大的心脏

潘正风教授还分享了学生时代老师讲过的一个经典反面例子,说是以前莫斯科修地铁的一位测量总工,在隧道预备实现贯通的前一天由于太紧张,复算出来的结果显示无法贯通,遂自杀。后来隧道正常贯通后,开庆功会找他才发现人没了。因此,测量工作有时不仅要解决“一团不小心混入的棉纱”的问题,更要练就心细胆大的科学精神。


2006年,在潘正风即将退休之时,他参与到了武广铁路高精度测量的工作中。武广铁路是我国第一条自主设计的时速达350公里的标准高速铁路,多方面技术都存在着一定的挑战。


当时武广铁路已经开始施工,但尚未进行高精度控制测量。刚好潘正风那时正在做精密三角高程测量的课题,由于时间紧迫,铁路设计院的专家就找到他,问他精密三角高程能不能测武广线的二等水准,敢不敢做。他的回答也很干脆:可以,敢。就这样,潘正风带着他的团队亲身参与到了武广高铁的建设中。回想起这段经历,潘正风说这是一次偶然降来的机遇,但是机遇从来不会给毫无准备的人。在这之前,他们就已经做了多次试验。试验最开始就从学校到东湖的路上开始,后来又去了107国道,所有的试验结果都显示精度达到了要求,所以才有了潘正风说出“敢”的底气。


搞工程测量没底气不行”,这也是潘正风强调的一句话,因为测量涉及到下一步具体的生产活动,来不得虚的。拿打隧道来说,过去是“钻爆法”,打偏了可以纠正过来,但现在长隧道均采用大型机器掘进,一旦挖到里面无法贯通,整个机器就卡在隧道里废掉了,造成的损失是不可估量的。


工程测量是工程建设的尖兵,是工程施工的眼睛”。

——工程建设一开始,测量人就要先去打头站,所谓“工程建设,测绘先行”。

要修铁路了,测量人员首先要到现场把地形图测绘出来,提供给设计人员进行线路设计,工程才能进入实质的施工阶段,所以叫尖兵。

而“眼睛”则是指施工过程中对高精度测量的保证,没有工程测量的“火眼金睛”,就没有施工的精确。


【思政案例 01-02】李清泉:动态精密工程测量技术及应用

本素材参考自“测绘学报,2021年,50卷、9期;慧天地、科学出版社,2021-12-23

https://mp.weixin.qq.com/s/X98etShgQfnaJSogd-63BQ

李清泉,1965年1月出生于安徽天长,国际欧亚科学院院士,深圳大学二级教授、博士生导师、现任深圳大学党委书记,香港中文大学(深圳)副理事长。长期从事地理信息系统、智能交通以及3S集成等方面的教学和科学研究工作 。

1981年李清泉进入武汉测绘学院工程测量系就读,先后获得学士、硕士学位;1987年加入中国共产党;1988年硕士毕业后留校工作,先后担任助教、讲师、副教授、教授、博士生导师,先后入选国家百千万人才工程国家级人选、教育部新世纪人才;1998年获得武汉测绘科技大学博士学位;2000年至2012年担任武汉大学副校长、常务副校长;2012年担任深圳大学校长;2020年担任深圳大学党委书记。


动态精密工程测量可用于监测工程结构物的建设期和运营期的状态变化。随着各类传感器及智能车、无人机、无人船、机器人等自动化移动平台的快速普及,工程测量逐渐向自动化、动态化、智能化方向发展,具备了运动状态下的测量能力。同时,也发展了系列成熟的测量设备,如测量机器人、移动测量车、专用集成测量装备等,它们可进行动态精密的位置、姿态、表观形状、内部状态等参数测量。


动态精密工程测量指的是测量平台或测量对象处于运动状态下的精密工程测量

与传统精密工程测量不同,动态精密工程测量通常指测量平台或者测量目标这两个要素中至少有一个是运动的。


测量平台指的是布设测量仪器的基础平台,包括固定精密测量仪器的基座,例如:移动车辆、无人机、舰船、机器人等,以及安置在平台上的多种测量仪器和传感器。被测对象指的是被观测的对象,例如:建筑物、桥梁、隧道、道路、大坝、管道等。

图1  动态精密工程测量体系


【思政案例 01-03】大力弘扬新时代北斗精神

本素材参考自“人民日报,2020-08-01;新华社,中国共产党人的精神谱系,2021-12-10”

http://www.beidou.gov.cn/yw/xwzx/202008/t20200801_20887.html



中国的北斗,世界的北斗,一流的北斗。 


2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。习近平总书记出席仪式,铿锵有力地宣布:“北斗三号全球卫星导航系统正式开通!”这标志着我国建成了独立自主、开放兼容的全球卫星导航系统,中国北斗从此走向了服务全球、造福人类的时代舞台。 


卫星导航系统是重要的空间基础设施,是事关国计民生的大国重器。建设独立自主的卫星导航系统,是党中央、国务院、中央军委作出的重大战略决策。习近平总书记对北斗全球卫星导航系统建设高度重视,多次作出重要指示批示。北斗三号全球卫星导航系统的建成开通,是我国攀登科技高峰、迈向航天强国的重要里程碑,是我国为全球公共服务基础设施建设作出的重大贡献,是中国特色社会主义进入新时代取得的重大标志性战略成果,凝结着一代代航天人接续奋斗的心血,饱含着中华民族自强不息的本色,对推进我国社会主义现代化建设和推动构建人类命运共同体具有重大而深远的意义。这是我们在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下,充分发挥新型举国体制优势、坚定不移走中国特色自主创新道路新征程上夺取的又一伟大胜利,必将激励全党全军全国各族人民进一步增强“四个意识”、坚定“四个自信”、做到“两个维护”,以奋发有为的精神状态、不负韶华的时代担当、实干兴邦的决心意志,奋力开创新时代中国特色社会主义事业新局面。 


“调动了千军万马,经历了千难万险,付出了千辛万苦,要走进千家万户,将造福千秋万代”。从1994年北斗一号工程立项开始,一代代航天人一路披荆斩棘、不懈奋斗,始终秉承航天报国、科技强国的使命情怀,以“祖国利益高于一切、党的事业大于一切、忠诚使命重于一切”的责任担当,克服了各种难以想象的艰难险阻,在陌生领域从无到有进行全新探索,在高端技术空白地带白手起家,用信念之火点燃了北斗之光,推动北斗全球卫星导航系统闪耀浩瀚星空、服务中国与世界。从北斗一号、北斗二号、北斗三号“三步走”发展战略决策,到有别于世界其他国家技术路径设计,再到用两年多时间高密度发射18箭30星,北斗卫星导航系统从无到有、从有到优、从区域到全球的发展历程,彰显了中国人民矢志自主创新的豪情壮志,体现了我国社会主义制度集中力量办大事的政治优势。 


北斗全球卫星导航系统是我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能最高、与人民生活关联最紧密的巨型复杂航天系统。参研参建的400多家单位、30余万名科研人员合奏了一曲大联合、大团结、大协作的交响曲,孕育了“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代北斗精神。这是中国航天人在建设科技强国征程上立起的又一座精神丰碑,是与“两弹一星”精神、载人航天精神既血脉赓续、又具有鲜明时代特质的宝贵精神财富,激励着广大科研工作者继续勇攀科技高峰,激扬起亿万人民同心共筑中国梦的磅礴力量。 


习近平总书记指出:“中国愿同各国共享北斗系统建设发展成果,共促全球卫星导航事业蓬勃发展。”如今的北斗,已经向“一带一路”沿线国家和地区亿级以上用户提供服务,相关产品出口120余个国家和地区。仰望星空、北斗璀璨,脚踏实地、行稳致远。大力弘扬新时代北斗精神,不忘初心、牢记使命,不懈探索、砥砺前行,我们就一定能为实现“两个一百年”奋斗目标、实现中华民族伟大复兴的中国梦作出新的更大贡献,为全球卫星导航系统更好服务全球、造福人类贡献智慧和力量。