测绘工程专业概论

北京建筑工程学院BeijingInstituteofCivilEngineeringandArchitecture测绘工程系DepartmentofSurveyingandMappingEngineering专业简介2001年9月测绘工程专业简介IntroductionofSurveyingandMappingEngineering北京建筑工程学院测绘工程系2001年一、学科地位和研究应用领域1.学科定义测绘学科是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以地形、地貌以及建筑工程、机器和设备等为研究服务对象。2.学科地位学科门类：工学（08）一级学科：测绘类（0809）二级学科：测绘工程（080901）相近专业：地理信息系统、摄影测量与遥感修业年限：四年授予学位：工学学士测绘学科的学科方向：大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量)；工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量)；航空摄影测量与遥感学；地图制图学；不动产地籍与土地整理。3.研究应用领域按工程建设三个阶段划分：勘查设计测量、施工建设测量和竣工运行测量；按行业划分：线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、3维工业测量等二、测量仪器1、通用仪器常规仪器：光学经纬仪、光学水准仪、电磁波测距仪、摄影测量仪器新型仪器：电子全站仪、电子水准仪、激光仪器、GPS、数字摄影测量仪器•（电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。）2、专用仪器：机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统特点：高精度、自动化、遥测和持续观测。基准测量：正、倒锤与垂线观测仪，金属丝引张线，各种激光准直仪、铅直仪、自准直仪，以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。距离测量：包括中长距离(数十米至数公里)、短距离(数米至数十米)和微距离(毫米至数米)及其变化量的精密测量。ME5000精密激光测距仪、TERRAMETERLDM2双频激光测距仪等，中长距离测量精度可达亚毫米级；铟瓦线尺测距仪DISTINVAR，应变仪DISTERMETERISETH等，短距离、微距离测量可实现测量数据采集的自动化；石英伸缩仪，各种光学应变计，位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内达到0.01μm的计量精度，成为重要的长度检校和精密测量设备；采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度，它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。高程测量：精密水准仪、电子水准仪液体静力水准测量系统。通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数十公里，如用于跨河与跨海峡的水准测量；通过一种压力传感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。三、测量理论方法的发展1.测量平差理论最小二乘法：最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型是各种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上，主要包括：平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断；模型误差对参数估计的影响，对参数和残差统计性质的影响；病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。自由网平差和拟稳平差：变形监测网参考点稳定性检验的需要控制网可靠性理论：观测值粗差的研究，以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展非最小二乘估计：稳健估计：解决观测值存在粗差的问题；有偏估计：解决法方程系数阵存在病态的可能。2.工程控制网优化设计理论和方法网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法：基于优化设计理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或极小值。网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计。模拟法：根据设计资料和地图资料，经数字化扫描后在微机上进行。在图上选点布网，获取网点近似坐标。模拟观测方案，根据仪器确定观测值精度，可进一步模拟观测值。质量指标：精度、可靠性、灵敏度精度：点位精度、相邻点位精度、任意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度。进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵，协方差阵的主成份计算，特征值计算，点位误差椭圆、置信椭圆的计算等。可靠性：观测值的多余观测分量(内部可靠性)和某一观测值的粗差界限值对平差坐标的影响(外部可靠性)。灵敏度：灵敏度椭圆、在给定变形向量下的灵敏度指标以及观测值的灵敏度影响系数。四、大型特种精密工程测量1、国内工程：三峡工程变形监测和库区地壳形变、滑坡、岩崩以及水库诱发地震监测，其规模之大，监测项目之多，都堪称世界之最。如对滑坡体变形与失稳研究的计算机智能仿真系统；三峡库区滑坡泥石流预报的3S工程；隔河岩大坝外部变形观测的GPS实时持续自动监测系统；北京正负电子对撞机的精密控制网，精度达±0.3mm。设备定位精度优于±0.2mm，200m直线段漂移管直线精度达±0.1mm。大亚湾核电站控制网精度达±2mm；秦山核电站的环型安装测量控制网精度达±0.1mm。上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达±0.2mm，桥墩点位标定精度达±0.1mm；武汉长江二桥全桥的贯通精度(跨距和墩中心偏差)达毫米级。高454m的东方明珠电视塔对于长114m、重300t的钢桅杆天线，安装的垂准误差仅±9mm。长18.4km的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优于±3mm，一等精密水准线路长120多公里。横向贯通误差为12mm，高程方向的贯通误差只有3mm。2、国外工程德国汉堡粒子加速器研究中心直线加速器长达30km，100～300m的磁件相邻精度要求优于±0.1mm,磁件的精密定位精度仅几个微米，并能以纳米级的精度确定直线度。露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统(德国)大型挖煤机长140m，高65m,自重8000t，其挖斗轮的直径17.8m，每天挖煤量可达10多万吨。在其上安置了3台GPS接收机，实时数据传输和差分动态定位，挖煤机上两点间距离的精度可达±1.5cm。根据3台接收机的坐标，可计算出挖煤机挖斗轮的位置及采煤层截曲面，可计算出采煤量，其精度达7%～4%。这是GPS，GIS技术相结合在大型特种工程中应用的一个典型例子。瑞士阿尔卑斯山的特长双线铁路隧道哥特哈德长达57km，采用GPS技术施测的控制网，平面精度达±7mm，高程精度约±2cm。以厘米级的精度确定出了整个地区的大地水准面。为加快进度和避开不良地质段，中间设了3个竖井，共4个贯通面，横向贯通误差允许值为69～92mm(较只设一个贯通面可缩短工期11年)。整个隧道的工程投资预计约15亿瑞士法朗，计划于2004年全线贯通。五、测绘学科的发展展望“3S”高新技术与现代测绘技术紧密结合测绘成果从传统模拟的纸质地图产品转向数字化测绘生产体系“4D”产品：数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）、数字线划图（DLG）和数字栅格影像图（DRG）测绘生产自动化测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强；多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。基于知识的地理信息系统（GIS）技术，进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。综上所述，测绘学科的发展，主要表现在从1维、2维到3维、4维，从点信息到面信息获取，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人眼观测操作到机器人自动寻标观测，从大型特种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下以及水下，从人工量测到无接触遥测，从周期观测到持续测量。测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。地理信息系统专业简介IntroductionofGeographicInformationSystem北京建筑工程学院测绘工程系2001年一、学科地位和研究应用领域1.学科定义地理信息系统是一门介于信息科学、计算机科学、现代地理学、测绘遥感学、空间科学、环境科学和管理科学之间的新兴边缘学科，研究有关地学信息以及其它与之有关各类信息的采集获取、管理和分析的理论方法和技术。2.学科地位学科门类：理学（07）一级学科：地理科学类（0707）二级学科：地理信息系统（070703）相近专业：资源环境与城乡规划管理、测绘工程、地理科学修业年限：四年授予学位：理学或工学学士地理信息系统学科的研究方向：专题信息系统（GIS技术的应用和系统的二次开发）；区域信息系统（以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模）；地理信息系统工具(GIS-TOOL，研制通用软件系统)┏━━━━━┓┃地理学┃┗━━┳━━┛┃┏━━━━┓┏━━┻━━┓┏━━━━━┓┃制图学┣━┫GIS┣━┫测量与遥感┃┗━━━━┛┗━━┳━━┛┗━━━━━┛┃┏━━━━┻━━━━┓┃计算机科学┃┗━━━━┳━━━━┛┃┏━━━┳━━━━━╋━━━━┳━━━━┓┏┻┓┏┻┓┏━┻━┓┏━┻━┓┏┻┓┃软┃┃数┃┃计图┃┃CAD┃┃专┃┃件┃┃据┃┃算形┃┃┃┃家┃┃工┃┃库┃┃机学┃┃CAM┃┃系┃┃程┃┃技┃┃┃┗━━━┛┃统┃┗━┛┃术┃┗━━━┛┗━┛┗━┛GIS的相关学科3.研究应用领域（1）资源管理(ResourceManagement)例如应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。（2）资源配置(ResourceConfiguration)在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等问题，在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。（3）城市规划和管理(UrbanPlanningandManagement)空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。（4）土地信息系统和地籍管理(LandInformationSystemandCadastralApplicaiton)土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。（5）生态、环境管理与模拟(EnvironmentalManagementandModeling)区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。（6）应急响应(EmergencyResponse)解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。（7）地学研究与应用(ApplicationinGeoScience)地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。（8）商业与市场(BusinessandMarketing)商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构(年龄构成、性别构成、文化