现代土木工程测量

土木工程测量是一门土木工程专业基础课，主要介绍工程测量的原理、方法及其在土木工程中的应用。近年来，测绘科学与技术的飞速发展为工程测量的应用带来了新的变革。首先，以电子水准仪、全站仪、GNSS接收机为代表的数字测量仪器全面取代了以水准仪、经纬仪为代表的传统光学仪器；其次，以倾斜摄影、三维激光扫描技术为代表的现代测量技术在土木工程中得到广泛应用，以BIM技术为代表的土木工程信息化的快速发展也对测绘技术提出了新的需求。在教学方面，许多高校采用了“大平台、新工科模式”，教学目标从传统的以培养学生的专业知识和技能为主，转变为以提升学生的知识、能力、综合素质等目标导向为主。因此，无论是测量技术的发展还是教学要求的变化，都对土木工程测量相关教材提出了更新、更高的要求。
目前面向土木工程专业的本科教材大部分仍以介绍传统大地测量方法和仪器操作等内容为主，对现代测量技术的介绍相对较少。数字化仪器的普及和商业软件的应用，降低了非测绘专业人员使用测绘仪器的难度，而随着土木工程从大规模建设到既有建筑和设施的运营管理与维护的转变，现代测绘技术在土木工程中的应用也越来越广泛。基于上述背景，本书删减了传统大地测量仪器与方法的相关内容，增加了现代测绘技术内容，旨在为土木工程专业学生系统介绍现代测绘的新技术和新方法，展示现代测绘技术在土木工程中的应用。
本书共12章，内容总体上分为4大板块。第1板块为测绘的基本理论和方法，包括第1章绪论、第2章测量误差的原理与小二乘平差、第7章小地区控制测量和第8章大比例尺数字测图与应用；第2板块为传统大地测量方法，包括第3章水准测量、第4章经纬仪测量和第5章全站仪测量；第3板块为现代测量技术，包括第6章GNSS测量、第9章数字摄影测量、第10章三维激光扫描测量和第11章水下地形测量；第4板块，即第12章土木工程测量，介绍了测设和变形测量的原理和方法以及建筑、道路、桥梁、隧道等典型工程施工过程中涉及的测量工作。从内容上看，本书对传统测量方法中仪器和操作流程的介绍进行了缩减，我们认为学生通过课堂学习和课后实验与实习，基本能很好地掌握相关知识。现代测量方法的原理相对复杂，而土木工程专业的学生具备的测绘基础知识和计算方法相对欠缺，建议该类学生课后通过相关教材、网站、视频、慕课等资料的学习相关知识、实际操作相关软件，以便加深对现代测量技术的理解和应用。
本书由周拥军、陶肖静、寇新建共同编写，周拥军负责测绘的基本理论和方法、现代测量技术、土木工程测量相关章节的编写和统稿，陶肖静负责传统测量技术相关章节的编写，后由寇新建对全书进行审阅修改。书中介绍的相关仪器及应用案例得到了仪器厂商和测绘单位的支持，本书的出版得到了上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院教材出版基金的资助，在此表示衷心感谢！由于编者水平所限，书中疏漏之处难免，请各位同仁批评指正！

本书共12章，分别介绍了测绘的基本理论和方法；测量误差的原理与小二乘平差；小地区控制测量和大比例尺数字测图与应用；传统大地测量方法，包括水准测量、经纬仪测量和全站仪测量；现代测量技术，包括GNSS测量、数字摄影测量、三维激光扫描测量和水下地形测量；土木工程测量，包括测设和变形测量的原理和方法以及建筑、道路、桥梁、隧道等典型工程施工过程中涉及的测量工作。
本书旨在帮助读者熟悉和掌握现代测量的新技术、新方法，以及其在土木工程中的应用，可作为高等院校土木、交通、园林、水利等非测绘专业的专业基础课教材，也可作为从事土木工程测量相关技术人员的参考资料。

周拥军，上海交通大学土木工程系副教授，主要研究方向：CIM和 BIM的空间信息采集与三维重建，结构和基础设施的变形监测与智能监控，基于人工智能方法的监测数据分析与安全评估，发表学术论文50余篇，以作者或通讯作者共发表SCI/EI论文25篇。

第1章绪论1
1.1测量学的基本概念与内容1
1.2测绘科学与技术简介2
1.3地球自然表面、大地水准面与参考椭球面5
1.4空间点位置的表示方法7
1.5测量的任务、仪器和方法12
1.6学习要求和建议14
习题116
第2章测量误差的原理与小二乘平差17
2.1测量误差的来源、分类及处理原则17
2.2偶然误差的统计特性20
2.3衡量测量误差的指标和评定方法23
2.4测量误差的传播规律及其应用26
2.5不等精度观测与观测值的权31
2.6小二乘法平差33
习题239
第3章水准测量41
3.1水准测量的原理41
3.2普通水准仪的简介及应用42
3.3水准路线的测量方法及成果计算48
3.4水准测量的误差及其减弱措施53
3.5其他水准仪的介绍56
习题359
第4章经纬仪测量60
4.1经纬仪的构造及使用60
4.2经纬仪角度测量64
4.3角度测量的误差分析71
4.4经纬仪视距测量74
习题476
第5章全站仪测量78
5.1全站仪测量概述78
5.2电磁波测距的原理80
5.3直线定向与方位角85
5.4全站仪的基本使用方法87
5.5其他类型的全站仪92
习题593
第6章GNSS测量94
6.1GNSS概述94
6.2GPS系统的定位原理与误差来源98
6.3GNSS的定位模式102
6.4连续运行参考站104
6.5测量型GNSS接收机及其应用105
习题6109
第7章小地区控制测量110
7.1控制测量概述110
7.2控制网的基准与坐标正反算113
7.3导线测量115
7.4交会测量123
7.5GNSS控制测量126
7.6高程控制测量131
习题7132
第8章大比例尺数字测图与应用134
8.1地图的基本知识134
8.2地貌与等高线142
8.3常规测图方法147
8.4全站仪大比例尺数字测图方法150
8.5建筑物立面图的测绘154
8.6地形图的分析与应用156
习题8160
第9章数字摄影测量161
9.1遥感概述161
9.2数字摄影测量的原理162
9.3摄影测量的流程与成像模式170
9.4无人机摄影测量173
习题9179
第10章三维激光扫描测量181
10.1三维激光扫描的原理与设备181
10.2三维激光扫描的误差来源184
10.3三维激光扫描作业的流程185
10.4三维激光扫描技术的应用189
习题10191
第11章水下地形测量192
11.1水下地形测量概述192
11.2单波束水深测量的原理和设备195
11.3无验潮水下地形测量的误差分析197
11.4多波束水下测量系统199
11.5水下地形测量的应用201
习题11203
第12章土木工程测量204
12.1土木工程测量概述204
12.2测设方法208
12.3变形测量213
12.4建筑工程测量219
12.5线路工程测量227
12.6桥梁工程测量236
12.7隧道工程测量239
习题12243
参考文献245

本书共12章，分别介绍了测绘的基本理论和方法；测量误差的原理与小二乘平差；小地区控制测量和大比例尺数字测图与应用；传统大地测量方法，包括水准测量、经纬仪测量和全站仪测量；现代测量技术，包括GNSS测量、数字摄影测量、三维激光扫描测量和水下地形测量；土木工程测量，包括测设和变形测量的原理和方法以及建筑、道路、桥梁、隧道等典型工程施工过程中涉及的测量工作。
本书旨在帮助读者熟悉和掌握现代测量的新技术、新方法，以及其在土木工程中的应用，可作为高等院校土木、交通、园林、水利等非测绘专业的专业基础课教材，也可作为从事土木工程测量相关技术人员的参考资料。

周拥军，上海交通大学土木工程系副教授，主要研究方向：CIM和 BIM的空间信息采集与三维重建，结构和基础设施的变形监测与智能监控，基于人工智能方法的监测数据分析与安全评估，发表学术论文50余篇，以作者或通讯作者共发表SCI/EI论文25篇。