第1章 土木建筑工程测量的特点及基准体系

1.1 土木建筑工程测量的学科特点

在我国，土木建筑工程测量是测绘科学的3级学科，也是工程测量科学的2级学科。在世界各个发达国家，土木建筑工程测量与材料工程学、岩土工程学、结构工程学、建筑施工学、交通工程学、水利工程学、环境工程学共同构建起了土木工程的科学体系，是土木工程科学的8大二级学科之一，其地位的重要性不言而喻。常被人们称呼为“测量”的“测绘科学”，是研究与量度地球或其他天体表面高低起伏的自然形态及其四维变化规律的科学。测绘科学的研究对象是地球或其他天体的固体表面，因此属于地球科学（简称地学）的研究范畴。地球或其他天体固体表面以下的部分（内部）是地质科学的研究范畴，地球或其他天体固体表面与液体表面之间的区域是水科学的研究范畴，环绕地球或其他天体的气体空间是大气科学的研究范畴，地球与其他天体之间的关系问题是天文科学的研究范畴，从巨（宏）观领域对地球、天体各种问题进行综合集成化分析与研究是地理科学的工作范畴，因此，测绘科学与地质科学、地理科学、水科学、大气科学、天文科学共同组成了地学大家族，是地学领域的六朵金花之一。大家知道，地质科学、地理科学、水科学、大气科学、天文科学每个学科自身都是多学科集成的综合性大学科，各自都有自己的分支学科（即所谓的2级学科）和独特的科学体系，作为地学领域的六朵金花之一的测绘科学本身也是一个多学科集成的综合性大学科并有着自己的分支学科和独特科学体系，测绘科学的主要分支学科有地形测量、大地测量、测绘遥感（航空摄影测量与遥感）、地图制图、工程测量、海洋测绘、地籍测绘、测绘仪器八大学科。

地形测量学是研究地形测绘理论、方法和技术的科学，其成果是各种各样的地形图，这些地形图就是各种建设项目（涵盖工业、农业、国防等各行各业）规划、设计的基础图件，也是各类地图编制的基础图件，与该领域有关的国际性科学组织是国际测绘联合会（International Union of Surveying and Mapping，IUSM）。大地测量学是研究大区域（指地理区域）或全球地壳形态及其变化和重力场特征的科学，大地测量的成果是地球空间信息的基础，是地球科学其他五大学科关键性的、不可或缺的基础平台，在西方国家，大地测量与数学、化学学科等并称为构成自然科学体系的16大自然科学学科，与该领域有关的国际性科学组织是国际大地测量学协会（International Association of Geodesy，IAG），IAG是国际大地测量学与地球物理学联合会（International Union of Geodesy and Geophysics，IUGG）的创始者和主要成员之一，也是世界上成立最早的国际性学术团体之一。测绘遥感（摄影测量与遥感）学是研究利用遥感的手段获取地表形态信息的科学，与该领域有关的国际性科学组织是国际摄影测量与遥感学会（International Society for Photogrammetry and Remote Sensing，ISPRS）。地图制图学是研究地图绘制理论与技术的科学，与该领域有关的国际性科学组织是国际地图学协会（International Cartographic Association，ICA）。工程测量学是利用测绘科学综合理论与技术为各类工程建设提供测绘保障服务的应用科学（也可称为应用测绘学），与该领域有关的国际性科学组织是国际测量师联合会（Federation Internationale des Geometres，FIG）。海洋测绘学是研究海底地形及其四维变化规律的科学，主要为海洋运输、海洋科学考察、航道开拓、航道疏浚、海洋军事活动、海下资源开发、海洋救助等提供测绘保障，为海洋科学研究（如潮汐、洋流、海温变化、海平面升降等）提供基础地理信息，是海洋科学研究的关键支持平台，与该领域有关的国际性科学组织是国际海道测量组织（International Hydrography Organization，IHO）。地籍测绘学是研究地籍管理中地籍图测量与绘制理论和技术的科学，国外地籍测绘是一种具有法律效力的公共服务活动（它既服务于政府也服务于民众）。测绘仪器学是研究测绘仪器制造理论与技术的科学，测绘仪器属于精密仪器，现代测绘仪器是集光（光学）、机（机械）、电（电子）、算（计算机）于一体的高技术含量设备，其涉及领域非常广泛且需多学科的密切协同，当代测绘仪器的制作水平代表着一个国家的综合科技势力。另外，还有房产测绘学，即研究房产管理中房产面积界定以及房产图测量与绘制理论和技术的科学，也是一种具有法律效力的公共服务活动。我国主管测绘工作的政府机构是国家测绘地理信息局。

国际大地测量学与地球物理学联合会（IUGG）隶属于国际科学联盟理事会（International Council of Scientific Unions，ICSU），1999年时IUGG由7个协会组成，即国际大地测量协会（International Association of Geodesy，IAG）、国际地震和地球内部物理协会（International Association of Seismology and Physics of the Earth's Interior，IASPEI）、国际火山和地球内部化学协会（International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior，IAVCEI）、国际地磁和高空物理协会（International Association of Geomagnetism and Aeronomy，IAGA）、国际气象和大气科学协会（IAMAS）、国际水文科学协会（International Association of Hydrological Science，IAHS）、国际海洋物理科学协会（International Association of Physical Sciences of the Ocean，IAPSO）。曾经是IUGG成员的国际学术机构有国际气象学和大气物理学协会（International Association of Meteorology and Atmospheric Physics，IAMAP）、国际动力学联盟间委员会（Inter-union Commission Geodynamics，ICG）（也隶属于国际地质科学联合会International Union of Geological Sciences，IUGS）、国际极地气象学委员会（International Commission Polar Meteorology，ICPM）。与IUGG关系密切的其他重要国际学术组织还有国际地理学联合会（International Geographical Union，IGU），隶属于国际科联理事会、国际天文学联合会（International Astronomical UnionI，IAU，隶属于国际科联理事会）、国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）、国际气象组织（International Meteorological Organization，IMO，1951年改为World Meteorological Organization，WMO）、联合国教（育）科（学和）文（化）组织（United Nations Educational，Scientific and Cultural Organization，UNESCO）。

测绘科学是人类各种活动及各类工程建设的“眼睛”和“指南针”，各类工程项目的设计（或规划）空间位置均必须借助测绘仪器（或测绘技术）进行定位，测绘科学成果之一的地图（比如智能手机上的百度地图、谷歌地图）是人类出行的伴侣和依靠。总而言之，人类的任何活动和任何工程建设都离不开测绘科学，测绘科学是人类活动和各种工程建设不可或缺的重要技术保障。测绘仪器是测绘人员的武器，也是贵重、精密仪器，一定要按规定小心使用、精心呵护，并应做好五方面的防护工作（即防振、防摔、防水、防潮、防高温）。

测绘科学的起源可追溯到原始社会，是人们最早创造的科学体系之一。测绘科学的发展时刻与人类的文明史同步，随着人类文明的历史进程一直发展到了今天，对人类社会的发展作出了不可磨灭的重大贡献，成为人类各种活动不可或缺的重要依靠和技术手段。在“穴居巢处”的人类蛮荒文明时代，人类“逐水而居”开始了治水、用水并驯化野生动植物，于是就有了原始农业、畜牧业，因而也就有了地籍测量和最古老的土木建筑工程测量——水利测量，人们懂得了利用铅垂线进行各种建造活动，在建造活动中又领悟了“两铅垂线之间距离最短的直线为水平线”的道理（即所谓的“揆平”），因此，使土木建筑的质量和水平不断提高。火使人类从蛮荒文明进入古代文明，火改变了人类的饮食习惯，人类也用火来改造自然物，于是就有了简陋的司南、磁勺、准绳、规矩之类的土木建筑测量工具。电使人类从古代文明进入近代文明，电为人类提供了动力，使人类改造自然的能力得到了飞跃性的提升，于是人们造出了照相机、望远镜（奠定了近代测绘的物质基础，可以说是引领了测绘科学的第一次革命）、飞机（奠定了航空摄影测量的基础，引发了测绘科学的第二次革命）。网络信息技术使人类从近代文明进入现代文明，网络信息技术使人类探索未知世界的能力得到了极大的提升，1945年第一台电子计算机（美国）的出现引发了测绘科学的第三次革命（电子计算机不仅将测绘从繁重的计算工作中解脱了出来，大大提高了计算速度，而且为现代测绘技术、测绘仪器、测绘方法的改变奠定了重要的技术基础），1957年10月4日，世界第一颗人造地球卫星的发射（苏联）引发了测绘科学的第四次革命（诞生了卫星大地测量学这一测绘新学科），1960年世界上第一台红宝石激光器的诞生（瑞典）引发了测绘科学的第五次革命（使得距离测量摆脱了对尺子的依赖，测绘进入了激光测量的时代），20世纪70年代GPS技术（全球定位系统）的出现引发了测绘科学的第六次革命（带来了空间测量技术的普及化和高精度），随之而来的是人类创造的各个领域的新技术的交叉与融合对测绘科学的改造与拉动，测绘科学迎来了一个更加充满朝气的新时代，现代测绘技术的手段更加先进，现代测绘科学的理论更加进步并不断完善，ETS（电子全站仪）、GNSS（卫星定位系统）、RS（遥感技术）、GIS（地理信息系统）以及它们四者之间的集成已经成为当今测绘的主旋律，它们与惯性测量系统（INS——根据惯性原理设计的测定地面点大地元素的系统）、甚长基线干涉测量技术（VLBI——独立站射电干涉测量技术）、激光测月技术（LLR）、激光测卫技术（SLR）、卫星轨道跟踪和定位技术（DORIS）、通信技术、自动化技术、信息技术、物联网技术等各种技术一起构建起了测绘科学的绚丽大花园，为人类文明的发展、为人类社会的进步、为各类工程建设源源不断地发挥着独特的、不可替代的重要作用。智能化自动电子全站仪、智能化电子水准仪、GNSS接收机、智能化激光铅垂仪、智能化激光扫平仪、手持式激光测距仪、智能化自动陀螺经纬仪、全站扫描仪、超站仪等已成为现代土木建筑工程不可或缺的设备，这些现代测量仪器确保了各种超高、超大、超宽、超深土木建筑结构能够顺利、高质量建造与运营。