測(cè)繪工程專(zhuān)業(yè)概論
1 測(cè)繪專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)
測(cè)繪,即測(cè)量與制圖。測(cè)繪專(zhuān)業(yè)主要研究測(cè)定和推算地面及其外層空間點(diǎn)的幾何位置,確定地球形狀和地球重力場(chǎng),獲取地球表面自然形態(tài)和人工設(shè)施的集合分布以及與其屬性有關(guān)的信息,編制全球或局部地區(qū)的各種比例尺的普通地圖和專(zhuān)題地圖,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)以及地學(xué)研究服務(wù)。測(cè)繪專(zhuān)業(yè)細(xì)分可分為五個(gè)學(xué)科。
1.1 大地測(cè)量學(xué)
大地測(cè)量學(xué)主要研究地球表面及其外層空間點(diǎn)位的精密測(cè)定、地球的形狀、大小和重力場(chǎng),地球整體與局部運(yùn)動(dòng),以及它們的變化的理論和技術(shù)?,F(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)與地球科學(xué)和空間科學(xué)的多個(gè)分支相互交叉,已成為推動(dòng)地球科學(xué)、空間科學(xué)和軍事科學(xué)發(fā)展的前沿科學(xué)之一,其范圍已從測(cè)量地球發(fā)展到測(cè)量整個(gè)地球外空間。
1.2 攝影測(cè)量學(xué)
攝影測(cè)量學(xué)主要利用攝影手段獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù),研究影像的成像規(guī)律,對(duì)所獲取影像進(jìn)行量測(cè)、處理、判讀,從中提取目標(biāo)物的幾何的或物理的信息,并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)測(cè)繪結(jié)果。其基本原理來(lái)自測(cè)量的交會(huì)方法。
1.3 地圖制圖學(xué)(地圖學(xué))
地圖具有可量測(cè)性、直觀性、一覽性,因此應(yīng)用廣泛。地圖制圖學(xué)主要研究地圖制作的基礎(chǔ)理論、地圖設(shè)計(jì)、地圖編制和制印的技術(shù)方法及其應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容一般包括:地圖設(shè)計(jì),地圖投影,地圖編制,地圖制印以及地圖應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和激光技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字制圖技術(shù)誕生,它以地圖、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、野外測(cè)量數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)等為數(shù)據(jù),以電子出版物為平臺(tái),使地圖制圖與印刷融為一體,給地圖制圖帶來(lái)了革命性的變化。
1.4 工程測(cè)量學(xué)
工程測(cè)量學(xué)主要研究在工程建設(shè)和自然資源開(kāi)發(fā)各個(gè)階段進(jìn)行測(cè)量工作的理論核技術(shù)。是測(cè)繪學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)中的直接應(yīng)用,因此包括規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測(cè)量、施工建設(shè)階段的測(cè)量和運(yùn)行管理階段的測(cè)量。
1.5 海洋測(cè)繪學(xué)
海洋測(cè)繪學(xué)主要研究以海洋水體和海底為對(duì)象所進(jìn)行的測(cè)量和海圖編制理論和方法,主要包括海洋大地測(cè)量、海道測(cè)量、海底地形測(cè)量、海洋專(zhuān)題測(cè)量以及航海圖、海底地形圖、各種海洋專(zhuān)題圖和海洋圖集的編制。一切海洋活動(dòng),包括經(jīng)濟(jì)、軍事、科研,像海上交通、海洋地質(zhì)調(diào)查和資源開(kāi)采、海洋工程建設(shè)、海洋疆界勘定、海洋環(huán)境保護(hù)、海底地殼和板塊運(yùn)動(dòng)研究等,都需要測(cè)繪提供不同種類(lèi)的海洋地理信息要素、數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)圖件。
2 地形測(cè)量
地形測(cè)量指的是測(cè)繪地形圖的作業(yè)。即對(duì)地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程進(jìn)行測(cè)定,并按一定比例縮小,用符號(hào)和注記繪制成地形圖的工作。包括控制測(cè)量和碎部測(cè)量。
在測(cè)量工作中,在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇一些控制點(diǎn),組成一定的幾何圖形,形成測(cè)區(qū)的骨架,即控制網(wǎng),用相對(duì)精確的測(cè)量手段和計(jì)算方法,在統(tǒng)一坐標(biāo)系中確定這些點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程,然后以它為基礎(chǔ)來(lái)測(cè)定其他地面點(diǎn)的點(diǎn)位或其他測(cè)量工作。這些對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)、觀測(cè)、計(jì)算,確定控制點(diǎn)位置的工作稱(chēng)為控制測(cè)量。
碎部測(cè)量是根據(jù)比例尺要求,運(yùn)用地圖綜合原理,利用圖根控制點(diǎn)對(duì)地物、地貌等地形圖要素的特征點(diǎn),用測(cè)圖儀器進(jìn)行測(cè)定并對(duì)照實(shí)地用等高線、地物、地貌符號(hào)和高程注記、地理注記等繪制成地形圖的測(cè)量工作。
地形測(cè)量的流程:(1)制定工作計(jì)劃,確定實(shí)施方案;(2)收集測(cè)區(qū)已有資料,并根據(jù)實(shí)際情況編制地形測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū);(3)組織人員,成立項(xiàng)目部,設(shè)立技術(shù)組及質(zhì)量檢查組;(4)準(zhǔn)備各類(lèi)測(cè)繪儀器及器材,制作測(cè)量標(biāo)志等;(5)進(jìn)行控制測(cè)量;(6)進(jìn)行地形圖野外數(shù)據(jù)采集,包括各地物點(diǎn)、地形點(diǎn)的平面位置和高程數(shù)據(jù);(7)內(nèi)業(yè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理,成圖及各種資料整理;(8)質(zhì)量檢查及驗(yàn)收工作。
3 工程測(cè)量
工程測(cè)量的任務(wù)是在工程施工中用各種工具來(lái)定長(zhǎng)度、距離和三維坐標(biāo)。就是將圖紙上建筑物的相關(guān)點(diǎn),通過(guò)實(shí)地的定位和放樣,將其平面位置和高程標(biāo)定到施工作業(yè)面上,為施工提供正確的位置,指導(dǎo)施工。工程測(cè)量的服務(wù)和應(yīng)用范圍包括工業(yè)與民用建筑、鐵路、公路、橋梁、隧道、水利工程、地下工程、管線工程以及城市和礦山建設(shè)等。
傳統(tǒng)的工程建設(shè)三大階段為,規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理三個(gè)階段。
規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測(cè)量主要是提供地形資料。取得地形資料的方法是,在所建立的控制測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行地面測(cè)圖或航空攝影測(cè)量。
施工建設(shè)階段的測(cè)量主要任務(wù)是,按照設(shè)計(jì)要求在實(shí)地準(zhǔn)確地標(biāo)定建筑物各部分的平面位置和高程,作為施工與安裝的依據(jù)。一般要求先建立施工控制網(wǎng),然后根據(jù)工程的要求進(jìn)行各種測(cè)量工作。
竣工后的運(yùn)營(yíng)管理階段的任務(wù),包括竣工測(cè)量以及為監(jiān)視工程安全狀況的變形觀測(cè)與維修養(yǎng)護(hù)等測(cè)量工作。
4 礦山測(cè)量
礦山測(cè)量是在礦山建設(shè)和采礦過(guò)程中,為礦山的規(guī)劃設(shè)計(jì)、勘探建設(shè)、生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)管理以及礦山報(bào)廢等進(jìn)行的測(cè)繪工作。 ?
礦山測(cè)量的主要工作內(nèi)容包括:主要包括:建立礦區(qū)地面控制網(wǎng)、礦區(qū)地形圖的測(cè)繪、礦山施工測(cè)量、地表移動(dòng)沉降觀測(cè)和礦體幾何圖繪制等。其中,礦山施工測(cè)量是礦山建設(shè)和開(kāi)采過(guò)程中為各種工程的施工所進(jìn)行的測(cè)量工作,即地面上的土建工程測(cè)量、井下控制測(cè)量和施工測(cè)量、豎井定向測(cè)量和豎井導(dǎo)人高程測(cè)量、豎井貫通測(cè)量。在施工建造過(guò)程中和運(yùn)營(yíng)管理階段,還需定期進(jìn)行巖層與地表移動(dòng)沉降觀測(cè)、巷道及井身各部位及其相關(guān)建筑物及輔助建筑物的沉降觀測(cè)和位移觀測(cè),以及為礦區(qū)的復(fù)耕進(jìn)行測(cè)量服務(wù)等。
在礦山的勘探、設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)各個(gè)階段直到礦井報(bào)廢為止,都要進(jìn)行礦山測(cè)量工作。
在礦床勘探階段,要建立勘探區(qū)域的地面控制網(wǎng),測(cè)繪1:5000比例尺的地形圖,標(biāo)定設(shè)計(jì)好的勘探工程,例如鉆孔、探槽及探井、探巷等,并將它們測(cè)繪到平面圖上。還要與地質(zhì)人員共同測(cè)繪、編制圖紙資料和進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算。 ?
在礦山設(shè)計(jì)階段,需測(cè)繪比例尺為1:1000、1:2000的地形圖,供工業(yè)廣場(chǎng)、建(構(gòu))筑物、線路等設(shè)計(jì)用。還應(yīng)進(jìn)行土方量計(jì)算等工作。 ?在礦山建設(shè)階段,主要是進(jìn)行一系列施工測(cè)量。例如標(biāo)設(shè)井筒或露天礦開(kāi)挖溝道位置,工業(yè)與民用建(構(gòu))筑物放樣,鑿井開(kāi)巷測(cè)量,設(shè)備安裝測(cè)量及線路測(cè)量等。 ?
在礦山生產(chǎn)階段,需要進(jìn)行巷道標(biāo)定與測(cè)繪,儲(chǔ)量管理,開(kāi)采監(jiān)督,巖層與地表移動(dòng)觀測(cè)與研究,參加采礦設(shè)計(jì)編制和環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾的工作。 ?
當(dāng)?shù)V山報(bào)廢時(shí),還須將全套礦山測(cè)量圖紙、測(cè)量手簿及計(jì)算資料轉(zhuǎn)交給有關(guān)單位長(zhǎng)期保存。
5 測(cè)量常用儀器與功能
5.1 水準(zhǔn)儀
水準(zhǔn)儀是建立水平視線測(cè)定地面兩點(diǎn)間高差的儀器。原理為根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量原理測(cè)量地面點(diǎn)間高差。主要部件有望遠(yuǎn)鏡、管水準(zhǔn)器(或補(bǔ)償器)、垂直軸、基座、腳螺旋。按結(jié)構(gòu)分為微傾水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、激光水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀(又稱(chēng)電子水準(zhǔn)儀)。按精度分為精密水準(zhǔn)儀和普通水準(zhǔn)儀。
5.1.1 儀器操作
????在未知兩點(diǎn)間,擺開(kāi)三腳架,從儀器箱取出水準(zhǔn)儀安放在三腳架上,利用三個(gè)機(jī)座螺絲調(diào)平,使圓氣泡居中,跟著調(diào)平管水準(zhǔn)器。水平制動(dòng)手輪是調(diào)平的,在水平鏡內(nèi)通過(guò)三角棱鏡反射,水平重合,就是水平。將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)第一個(gè)未知點(diǎn)上的塔尺,再次調(diào)平管水平器重合,讀出塔尺的讀數(shù)(后視),把望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)到第二個(gè)未知點(diǎn)的塔尺,調(diào)整管水平器,讀出塔尺的讀數(shù)(前視),記到記錄本上。
5.1.2 粗平與精平
????粗平:粗平是使儀器的視線粗略水平,利用腳螺旋置圓水準(zhǔn)氣泡居于圓指標(biāo)圈之中。具體方法:用儀器練習(xí)。在整平過(guò)程中,氣泡移動(dòng)的方向與大拇指運(yùn)動(dòng)的方向一致。
????精平:即使望遠(yuǎn)鏡的視線精確水平。微傾水準(zhǔn)儀,在水準(zhǔn)管上部裝有一組棱鏡,可將水準(zhǔn)管氣泡兩端,折射到鏡管旁的符合水準(zhǔn)觀察窗內(nèi),若氣泡居中時(shí),氣泡兩端的象將符合成一拋物線型,說(shuō)明視線水平。若氣泡兩端的象不相符合,說(shuō)明視線不水平。這時(shí)可用右手轉(zhuǎn)動(dòng) 微傾螺旋使氣泡兩端的象完全符合,儀器便可提供一條水平視線,以滿足水準(zhǔn)測(cè)量基本原理的要求。注意:氣泡左半部分的移動(dòng)方向,總與右手大拇指的方向不一致。
5.2 經(jīng)緯儀
經(jīng)緯儀是根據(jù)測(cè)角原理設(shè)計(jì)的,測(cè)量水平角和豎直角的儀器。目前最常用的是光學(xué)經(jīng)緯儀。
5.2.1 部件與構(gòu)造
???經(jīng)緯儀的主要部件有:望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺旋、望遠(yuǎn)鏡、望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)螺旋、水平制動(dòng)、水平微動(dòng)螺旋、腳螺旋、光學(xué)瞄準(zhǔn)器、物鏡調(diào)焦、目鏡調(diào)焦、 度盤(pán)讀數(shù)顯微鏡調(diào)焦、豎盤(pán)指標(biāo)管水準(zhǔn)器微動(dòng)螺旋、光學(xué)對(duì)中器、豎直度盤(pán)、照準(zhǔn)部管水準(zhǔn)器以及水平度盤(pán)位置變換手輪等。
望遠(yuǎn)鏡與豎盤(pán)固連,安裝在儀器的支架上,這一部分稱(chēng)為儀器的照準(zhǔn)部,屬于儀器的上部。望遠(yuǎn)鏡連同豎盤(pán)可繞橫軸在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸應(yīng)與橫軸正交,橫軸應(yīng)通過(guò)水盤(pán)的刻畫(huà)中心。照準(zhǔn)部的數(shù)軸(照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)軸)插入儀器基座的軸套內(nèi),照準(zhǔn)部可以作水平轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.2.2 對(duì)中整平
對(duì)中的目的是使儀器度盤(pán)中心與測(cè)站點(diǎn)標(biāo)志中心位于同一鉛垂線上。操作步驟為: 張開(kāi)腳架,調(diào)節(jié)腳架腿,使其高度適宜,并通過(guò)目估使架頭水平、架頭中心大致對(duì)準(zhǔn)測(cè)站點(diǎn)。 從箱中取出經(jīng)緯儀安置于架頭上,旋緊連接螺旋,并掛上錘球。如錘球尖偏離測(cè)站點(diǎn)較遠(yuǎn),則需移動(dòng)三腳架,使錘球尖大致對(duì)準(zhǔn)測(cè)站點(diǎn),然后將腳架尖踩實(shí)。 略微松開(kāi)連接螺旋,在架頭上移動(dòng)儀器,直至錘球尖準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)測(cè)站點(diǎn),最后再旋緊連接螺旋。
整平的目的是調(diào)節(jié)腳螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居中,從而使經(jīng)緯儀的豎軸豎直,水平度盤(pán)處于水平位置。其操作步驟如下:旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部,使水準(zhǔn)管平行于任一對(duì)腳螺旋。轉(zhuǎn)動(dòng)這兩個(gè)腳螺旋,使水準(zhǔn)管氣泡居中。將照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)90°,轉(zhuǎn)動(dòng)第三個(gè)腳螺旋,使水準(zhǔn)管氣泡居中。按以上步驟重復(fù)操作,直至水準(zhǔn)管在這兩個(gè)位置上氣泡都居中為止。使用光學(xué)對(duì)中器進(jìn)行對(duì)中、整平時(shí)旋轉(zhuǎn)對(duì)中器目鏡看清分劃板上的刻劃圓圈,再拉伸對(duì)中器的目鏡筒,使地面標(biāo)志點(diǎn)成像清晰。轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋使標(biāo)志點(diǎn)的影像移至刻劃圓圈中心。然后,通過(guò)伸縮三腳架腿,調(diào)節(jié)三腳架的長(zhǎng)度,使經(jīng)緯儀圓水準(zhǔn)器氣泡居中,再調(diào)節(jié)腳螺旋精確整平儀器。接著通過(guò)對(duì)中器觀察地面標(biāo)志點(diǎn),如偏刻劃圓圈中心,可稍微松開(kāi)連接螺旋,在架頭移動(dòng)儀器,使其精確對(duì)中,此時(shí),如水準(zhǔn)管氣泡偏移,則再整平儀器,如此反復(fù)進(jìn)行,直至對(duì)中、整平同時(shí)完成。
5.2.3 應(yīng)用
????測(cè)量角度,包括水平角和豎直角;在已知一點(diǎn)和一條直線的情況下,放出已知角度的另一條直線;方便的時(shí)候也可以代替水準(zhǔn)儀使用;實(shí)際使用最所的是極坐標(biāo)法和交匯法。
5.3 全站儀
全站儀,即全站型電子測(cè)距儀,是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器,是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器系統(tǒng)。
5.3.1 結(jié)構(gòu)
全站儀幾乎可以用在所有的測(cè)量領(lǐng)域。電子全站儀由電源部分、測(cè)角系統(tǒng)、測(cè)距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理部分、通訊接口、及顯示屏、鍵盤(pán)等組成。
5.3.2 功能與使用
水平角測(cè)量:按角度測(cè)量鍵,使全站儀處于角度測(cè)量模式,照準(zhǔn)第一個(gè)目標(biāo)A;設(shè)置A方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為0°00′00〃;照準(zhǔn)第二個(gè)目標(biāo)B,此時(shí)顯示的水平度盤(pán)讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。
距離測(cè)量:設(shè)置棱鏡常數(shù);設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值;量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀;距離測(cè)量:照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡中心,按測(cè)距鍵,距離測(cè)量開(kāi)始,測(cè)距完成時(shí)顯示斜距、平距、高差。全站儀的測(cè)距模式有精測(cè)模式、跟蹤模式、粗測(cè)模式三種。精測(cè)模式是最常用的測(cè)距模式,測(cè)量時(shí)間約2.5S,最小顯示單位1mm;跟蹤模式,常用于跟蹤移動(dòng)目標(biāo)或放樣時(shí)連續(xù)測(cè)距,最小顯示一般為1cm,每次測(cè)距時(shí)間約0.3S;粗測(cè)模式,測(cè)量時(shí)間約0.7S,最小顯示單位1cm或1mm。在距離測(cè)量或坐標(biāo)測(cè)量時(shí),可按測(cè)距模式(MODE)鍵選擇不同的測(cè)距模式。
????坐標(biāo)測(cè)量:設(shè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo);設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)或設(shè)定后視方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí),全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算后視方向的方位角,并設(shè)定后視方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為其方位角;設(shè)置棱鏡常數(shù)、大氣改正值或氣溫、氣壓值;量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀;照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡,按坐標(biāo)測(cè)量鍵,全站儀開(kāi)始測(cè)距并計(jì)算顯示測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
6 認(rèn)識(shí)與體會(huì)
????經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的測(cè)繪學(xué)概論的學(xué)習(xí),通過(guò)老師的引導(dǎo),我對(duì)測(cè)繪學(xué)有了極大的興趣。我了解了測(cè)繪學(xué)的歷史與現(xiàn)狀,學(xué)科分支以及專(zhuān)業(yè)研究?jī)?nèi)容,掌握了基本的測(cè)繪學(xué)科知識(shí)。理論來(lái)源于實(shí)踐,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷完善理論,在日后的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)中,我會(huì)不斷完善自己的專(zhuān)業(yè)理論,提升專(zhuān)業(yè)技能,為成為一個(gè)專(zhuān)業(yè)合格的測(cè)繪人而努力。