1.1 测量学的研究对象及建筑工程测量的任务

1.1.1 测量学研究对象

测量学是研究整个地球的形状及大小和确定地球表面点位关系的一门学科。其研究的对象主要是地球和地球表面上的各种物体，包括它们的几何形状及其空间位置关系，目的是为人们的日常生活服务，并为人们认识自然和改造自然提供有效的工具。

实际上，随着测量工具及数据处理方法的改进，测量的研究范围已远远超过地球表面这一范畴，20世纪60年代人类已经对太阳系的行星及其所属卫星的形状、大小进行了制图方面的研究。测量学的服务范围也从单纯的工程建设扩大到地壳的变化、高大建筑物的监测、交通事故的分析、大型粒子加速器的安装等。

1.1.2 测量学的学科分类

测量学是一门综合性的学科，根据其研究对象和工作任务的不同可以分为大地测量学、地形测量学、摄影测量学与遥感、工程测量学以及制图学等学科分支。

研究对象若是较大范围的区域，甚至整个地球，就需要考虑地球曲率。这种以广大地区为研究对象的学科称为大地测量学。大地测量学的主要任务是研究地球及外层星体的形状、大小、重力场及其随时间变化的理论和方法，与地球科学和天文学有紧密的联系。

地形测量的研究对象是小范围的区域，由于地球半径很大，就可以把球面当成平面而不考虑地球曲率。地形测量的主要任务是研究较小区域的测绘技术、理论方法、成图与应用等。

摄影测量学与遥感是利用摄影或遥感技术来研究地表的形状和大小的一门学科。其主要任务是测制各种比例尺的地形图，建立地形数据库并为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。

工程测量学是研究各种工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。其主要任务包括这三个阶段所进行的各种测量工作。

制图学是利用测量所得的资料，研究如何编绘成图以及地图制作的理论、方法和应用等方面的科学。

测量学各门分支学科之间相互渗透、相互补充、相辅相成。本课程主要讲述地形测量学与工程测量学的部分内容。主要介绍工业与民用建筑工程中常用的测量仪器的构造与使用方法，小区域大比例尺地形图的测绘及应用，建筑物和管道工程的施工测量、高大建筑物变形监测，以及测量新技术的介绍。

1.1.3 测量学的发展概况

我国是世界文明古国，由于生活和生产的需要，测量工作开始得很早。春秋战国时编制了四分历，一年为365.25日，与罗马人采用的儒略历相同，但比其早四五百年。南北朝时祖冲之所测的朔望月为29.530588日，与现今采用的数值只差0.3s。宋代杨忠辅编制的《统天历》，一年为365.2425日，与现代值相比，只有26s误差。之所以能取得这样的准确数据，在于公元前4世纪就已创制了浑天仪，用它来测定天体的坐标入宿度和去极度。汉代张衡改进了浑天仪，并著有《浑天仪图注》。元代郭守敬改进浑天仪为简仪。用于天文观测的仪器还有圭、表和复矩。用以计时的仪器有漏壶和日晷等。在地图测绘方面，由于行军作战的需要，历代统治者都很重视。目前见于记载最早的古地图是西周初年的洛邑城址附近的地形图。周代地图使用很普遍，管理地图的官员分工很细。现在能见到的最早的古地图是长沙马王堆三号墓出土的公元前168年陪葬的古长沙国地图和驻军图，图上有山脉、河流、居民地、道路和军事要素。西晋时裴秀编制了《禹贡地域图》和《方丈图》，并创立了地图编制理论——《制图六体》。此后历代都编制过多种地图，其中比较著名的有：南北朝时谢庄创制的《木方丈图》；唐代贾耽编制的《关中陇右及山南九州等图》及《海内华夷图》；北宋时的《淳化天下图》；南宋时石刻的《华夷图》和《禹迹图》（现保存在西安碑林）；元代朱思本绘制的《舆地图》；明代罗洪先绘制的《广舆图》；明代郑和下西洋绘制的《郑和航海图》；清代康熙年间绘制的《皇舆全览图》；1934年，上海申报馆出版的《中华民国新地图》等。我国历代能绘制出较高水平的地图，是与测量技术的发展有关联的。我国古代测量长度的工具有丈杆、测绳（常见的有地笆、云笆和均高）、步车和记里鼓车；测量高程的仪器工具有矩和水平（水准仪）；测量方向的仪器有望筒和指南针（战国时期利用天然磁石制成指南工具——司南，宋代出现人工磁铁制成的指南针）。测量技术的发展与数理知识紧密关联。公元前问世的《周髀算经》和《九章算术》都有利用相似三角形进行测量的记载。三国时魏人刘徽所著的《海岛算经》，介绍利用丈杆进行两次、三次甚至四次测量（称重差术），求解山高、河宽的实例，大大促进了测量技术的发展。我国古代的测绘成就，除编制历法和测绘地图外，还有唐代在僧一行的主持下，实量了从河南白马，经过浚仪、扶沟到上蔡的距离和北极高度，得出子午线一度的弧长为132.31km，为人类正确认识地球作出了贡献。北宋时沈括在《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。元代郭守敬在测绘黄河流域地形图时，“以海面较京师至汴梁地形高下之差”，是历史上最早使用“海拔”观念的人。清代为统一尺度，规定二百里合地球上经线1°的弧长，即每尺合经线上百分之一秒，一尺等于0.317m。

中华人民共和国成立后，我国测绘事业有了很大的发展。建立和统一了全国坐标系统和高程系统；建立了遍及全国的大地控制网、国家水准网、基本重力网和卫星多普勒网；完成了国家大地网和水准网的整体平差；完成了国家基本图的测绘工作；完成了珠穆朗玛峰和南极长城站的地理位置和高程的测量；配合国民经济建设进行了大量的测绘工作，例如进行了南京长江大桥、葛洲坝水电站、宝山钢铁厂、北京正负电子对撞机等工程的精确放样和设备安装测量。出版发行了地图1600多种，发行量超过11亿册。在测绘仪器制造方面，从无到有，现在不仅能生产系列的光学测量仪器，还研制成功了各种测程的光电测距仪、卫星激光测距仪和解析测图仪等先进仪器。测绘人才培养方面，已培养出各类测绘技术人员数万名，大大提高了我国测绘科技水平。特别是近年来，我国测绘科技发展更快，例如由我国自主研发、独立运行的北斗卫星导航系统，现已全面提供连续导航定位与授时服务；地理信息系统方面，我国第一套实用电子地图系统（全称为国务院国情地理信息系统）已在国务院常务会议室建成并投入使用。这说明我国目前的测绘科技水平，虽与国际先进水平相比，还有一定的差距，但只要发愤图强、励精图治，是能迅速赶上和超过国际测绘科技水平的。

1.1.4 建筑工程各阶段的测量任务

建筑工程测量是测量学的一个组成部分。它是研究建筑工程在勘测设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的理论、技术和方法的学科。

1.测绘大比例尺地形图

民用建筑、工业厂房及各种市政工程在勘测设计、施工和运营管理各阶段都需要用到地形图和其他测量工作。例如在居民住宅小区勘测设计阶段，首先测绘该地区大比例尺地形图，然后设计人员在大比例尺现状图上进行拟建建筑物、道路、管线等的初步设计与详细设计。

2.施工放样与竣工测量

施工放样的任务是将图纸上设计的建筑物、构筑物的平面位置与高程按设计要求，以一定的精度在实地标定出来，作为施工的依据。对于相当多的工程，施工规范中没有具体的测量精度的规定，必须根据建筑物、构筑物的施工允许误差的大小来确定测量精度。工程完工后，还需要进行大比例尺规划验收竣工测量。竣工测量主要是实测建设工程的现状地形图，建筑物的长度、宽度、高度、建筑面积，在现状地形图上标注建筑物与规划控制条件地物的距离，标注建筑物与道路红线、规划红线、用地界线等关系。

3.建筑物的变形监测

在工程的运营管理阶段，主要的测量工作是对工程建筑物或构筑物进行变形观测，了解建筑物或构筑物的安全和运营情况，验证设计理论的正确性，需要定期地对工程建筑物进行位移、沉降、倾斜、裂缝、挠度等方面的变形监测。反过来，变形监测的数据也可以指导进行下一个相似工程的设计。

可见测量工作贯穿于工程建设的整个过程，测量工作的质量直接关系到工程建设的速度和质量。所以，每一位从事工程建设的人员，都必须掌握必要的测量知识和技能，而且要有高度的责任心。