0.1 测量的基本知识
测量学也称测绘学，是研究地球的形状、大小以及确定地面点之间相对空间位置的科学。它的内容包括测定和测设两个部分。
测定又称测图，是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列的测量数据，并按照一定的测量程序和方法将地面上地物和地貌的位置缩绘成地形图，以供工程建设的规划、设计、管理和科学研究使用。
测设也称放样，是指使用测量仪器和工具，按照设计要求，采用一定的方法将设计图纸上设计好的建筑物、构筑物的位置标定到实地，作为工程施工的依据。
0.1.1 测量学的分支学科
测量学应用范围很广泛，测量对象由地球表面到空间星球，由静态发展到动态，按照研究范围和对象的不同，可分为以下几个分支学科。
大地测量学：研究地球的大小、形状、地球重力场以及建立国家大地控制网的学科。现代大地测量学已进入以空间大地测量为主的领域，可提供高精度、高分辨率、适时、动态的定量空间信息，是研究地壳运动与形变、地球动力学、海平面变化、地质灾害预测等的重要手段之一。
摄影测量学：利用摄影或遥感技术获取被测物体的影像或数字信息，进行分析、处理后以确定物体的形状、大小和空间位置，并判断其性质的学科。按获取影像的方式不同，摄影测量学又分水下、地面、航空摄影和航天遥感等测量学。
海洋测量学：以海洋和陆地水域为对象，研究港口、码头、航道、水下地形的测量以及海图绘制的理论、技术和方法的学科。
地图制图学：研究各种地图的制作理论、原理、工艺技术和应用的学科。主要内容包括地图的编制、投影、整饰和印刷等。自动化、电子化、系统化已成为其主要发展方向。
工程测量学：研究各类工程在规划、勘测设计、施工、竣工验收和运营管理等各阶段的测量理论、技术和方法的学科。其主要内容包括控制测量、地形测量、施工测量、安装测量、竣工测量、变形观测、跟踪监测等。
此外，测绘仪器学和地籍测量学等也是测绘学科的重要分支。
0.1.2 工程测量的任务
工程测量学是测量学科中的一门分支学科，是研究工程建设和自然资源开发各个阶段中所进行的控制测量、地形测绘、施工放样、变形监测及建立相应信息系统的理论和技术的学科。工程测量直接为各项工程建设服务。工业与民用建筑、城镇建设道路、桥梁、给排水管线等任何土建工程，从勘测、规划、设计到施工阶段，甚至在使用管理阶段，都需要进行测量工作。
工程测量的主要任务有测定、测设和监测。测定是把地面上的情况描绘到图纸上，为设计和规划提供资料。测设是把图纸上设计的建筑物和构筑物标定到地面上，为施工提供依据。监测是对建筑物施工过程和竣工后所产生的各种变形进行观测。
职业贴士
交通工程测量属于工程测量学的范畴，是工程测量学在交通工程建设领域中的具体表现。它主要包括勘察设计、施工建设和变形观测等阶段所进行的各种测量工作。
交通工程测量是交通工程施工中一项非常重要的工作，贯穿于建设工作的始终，在交通工程工程建设各个阶段都要进行测量工作。交通工程测量在交通工程建设的各个阶段的工作任务如下：
（1）测绘大比例地形图。在工程勘测阶段，测绘地形图为规划设计提供各种比例尺地形图和测绘资料；在工程设计阶段，应用地形图进行总体规划和设计。
（2）施工放样。在工程施工阶段，要将图纸上设计好的建筑物、构筑物的平面位置和高程按设计要求测设于实地，以此作为施工的依据；在施工过程中还要进行土方开挖、基础和主体工程的施工测量；同时，在施工中还要经常对施工和安装工作进行检验、校核，以保证所建工程符合设计要求；施工竣工后，还要进行竣工测量，施测竣工图，以供日后改建和维修之用。
（3）变形观测。对建筑和构筑物进行变形观测，以保证工程的安全使用。
0.1.3 测量学的起源与发展现状
1.我国古代测量学的发展
测绘科学的起源可追溯到原始社会，是人类最早创造的科学体系之一。
我国两千多年前的夏商时代，为了治水开始了水利工程测量工作。司马迁在《史记》中对夏禹治水有这样的描述：“陆行乘车，水行乘船，泥行乘撬，山行乘樟，左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道，陂九泽，度九山。”所记录的是当时的工程勘测情景，准绳和规矩就是当时所用的测量工具，准是古代用的水准器，绳是丈量距离的工具，规是画圆的器具，矩则是一种可定平、测长度、高度、深度和画圆画矩形的通用测量仪器。战国时期李冰父子领导修建的都江堰水利枢纽工程，曾用一个石头人来标定水位，当水位超过石头人的肩时，下游将受到洪水的威胁；当水位低于石头人的脚背时，下游将出现干旱。这种标定水位的办法与现代水位测量的原理完全一样。
1973年从长沙马王堆汉墓出土的地图包括地形图、驻军图和城邑图3种，如图0.1所示。不仅表示的内容相当丰富，绘制技术也非常熟练，在颜色使用、符号设计、内容分类和简化等方面都达到了很高水平，是目前世界上发现的最早的地图，这与当时发达的测绘术是分不开的。
图0.1 地形图和驻军图
2.国外测量学的发展
17世纪望远镜的发明和应用对测量技术的发展起到了很大的促进作用，奠定了近代测绘的物质基础，引领了测绘科学的第一次革命。1730年英国的西森制成第一台经纬仪、三角测量方法的创立等对进一步研究地球的形状和大小以及测绘地形图都起了重要的作用，同时在测量理论方面也有不少创新，如高斯的最小二乘法理论和横圆柱投影理论就是其中的重要例证，一直使用至今。
3.3S技术发展概况
（1）GPS全球定位系统
GPS全球定位系统（Global Positioning System）是美国国防部为满足其军事部门海、陆、空高精度导航、定位和定时的要求而建立的一种卫星定位和导航系统。它由24颗工作卫星组成，其中包括3颗可随时启动的备用卫星，如图0.2所示。工作卫星均匀分布在6个相对于赤道面倾角为55°的近似圆形轨道面内，每个轨道面上有4颗卫星，轨道之间的夹角为60°，轨道平均高度为20200km，卫星运行周期为11小时58分。同时在地平线以上的卫星数目随时问和地点而异，最少为4颗，最多时达11颗。保证在地球任一点任一时刻均可收到4颗以上卫星的信息，实现实时定位。
图0.2 全球卫星导航系统工作示意图
我国GPS技术研究和应用可分为两个阶段，第一阶段是20世纪80年代，以测绘领域的应用为主，引进GPS技术和接收机，开发GPS测量数据处理软件，以静态定位为主，现在全国施测几千个各种精度的GPS点，其中包括：国家A、B级网点。第二阶段是进入20世纪90年代，随着差分GPS技术的发展，GPS定位从静态扩展到动态，从事后处理扩展到实时或准实时定位和导航。
（2）RS遥感技术
遥感技术（Remote Sensing）是指从远距离高空，在外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波等电磁波探测仪器，通过摄影和扫描、信息感应、传输和处理，研究地面物体的形状、大小、位置及其环境相互关系与变化的现代科学技术。
我国遥感技术发展已从单纯的应用国外卫星资料到发射自主设计的遥感卫星，如风云系列气象卫星。遥感图像处理技术也取得了很大发展，如机载224波段成像光谱仪、全数字摄影测量系统等。
（3）GIS地理信息系统
地理信息系统（Geographic Information System）是采集、存储、描述、检索、分析和应用与空间位置有关的相应属性信息的计算机系统，它是集计算机、地理、测绘、环境科学、空间技术、信息科学、管理科学、网络技术、现代通信技术、多媒体技术为一体的多学科综合而成的新兴学科。
随着“3S”技术（地理信息系统技术GIS、全球卫星定位技术GPS、遥感技术RS）以及多学科技术的不断渗透与融合，传统的工程测量从为土木工程建设和工业设备安装等施工服务的较为单一的测绘技术，发展到当前面向经济建设和城市现代化建设的测绘学科。现代工程测量辐射范围广阔、涉及领域广，对国家或区域大型工程建设项目以及城市规划、建设和管理，都提供了全过程、全方位的测绘服务保障。当今测绘科学技术快速发展，已经实现了从模拟测绘时代向数字化测绘时代的跨越，正积极朝向信息化测绘时代迈进，现代工程测量学科也在不断实施技术进步，在更广、更深的层面上为社会经济发展与建设提供及时、适用、可靠的测绘服务保障。