一、基本概念
测绘学是一门研究如何确定地球形状和大小，地面及地下和空间各种物体的几何形态、位置关系的科学，为人类了解自然、认识自然和改造自然服务。测绘学根据服务目的又可进行分类，如大地测量学、地图制图学、工程测量学等等。
今天主要初步了解工程测量。工程测量是工程建设中的所有测绘工作的统称，包括工程建设勘测、设计、施工和管理阶段所进行的各种测量工作。
二、工程测量的主要任务
工程测量的主要任务有三类。
一类是测量空间地面点或物体的空间位置。如：1.把工程建设区域内的各种物体的位置、形状以及地面的起伏形态，依据规定符号和比例尺绘制成地形图。2.建立施工控制网，控制该区域测量对象的三维位置（平面位置和高程）。施工控制网具有控制全局、提供基准、控制测量误差累积的作用，是施工放样、工程竣工，建筑物变形、沉降观测的基础。
第二类是建筑物放样，就是把设计图纸上工程建筑物的平面位置和高程，用一定的测量仪器和方法测设到实地上。
第三类是对已建成的工程进行变形观测，主要分为沉降观测、位移观测、倾斜观测和裂缝观测等。获得工程的各种变形数据和变形规律。
这些测量最后都归集为对物体距离和角度的测量，可以组合为不同形式的测量。
三、地球的形状和位置表示
1.高程的基准面
大家都知道描述地球上一个物体的三维空间位置应该有平面坐标和高程。而地球是表面是不平的，总体是一个两级略扁的椭球体。要测量高程就像测量一个人的身高或者比较两个人的身高，必须有一个统一的基准面。所以我们设想处于完全静止的平均海水面向陆地延伸且穿过陆地形成闭合曲面，这个曲面作为高程的起算基准面，也称为大地水准面，再让测量高程的仪器铅垂于基准面，便能正确测量出地面或物体的高程。
2.平面坐标系。
确定平面位置一般可采用地理坐标、平面直角坐标、斯平面直角坐标。
地理坐标：就是我们熟知的用经度、纬度表示地面点的绝对位置。
平面直角坐标：当范围较小时，可将地球的球面当作平面看待，采用平面直角坐标，以X轴为纵轴，一般用它表示南北方向，以Y轴为横轴，表示东西方向。注意测绘学中的坐标轴和象限表示与数学中的平面直角坐标系是相反的。
高斯平面直角坐标系：进行大区域测图时，不能将地球的球面当作平面看待。如何将球面上的位置较准确的表示到平面上？是必须解决的一个问题。如果直接将球面上的地理投影到平面上，则会产生较大的误差和变形。所以科学家们想了很多办法来消除这种误差和变形。我国常采用高斯坐标投影方法。我们首先可以把地球想象成为一个西瓜，将它切成一瓣一瓣的，再对它进行压平，这样球面到平面就不会产生过大的变形。如下图：
高斯平面直角坐标系就是将地球以经度分为一瓣一瓣的，再投影到与椭球体相切的椭圆柱体上，将椭圆柱体沿着母线剪开展平，再以每一带的中央子母线为纵坐标，以赤道为横坐标，两交点为原点，这样就建立了平面直角坐标系。我国常用6°和3°为一带，
高斯投影没有角度变形，但有长度变形和面积变形，离中央子午线越远，变形就越大。其主要特点有以下三点：
（1）投影后中央子午线为直线，长度不变形，其余经线投影对称并且凹向于中央子午线，离中央子午线越远，变形越大。
（2）赤道的投影也为一直线，并与中央子午线正交，其余的经纬投影为凸向赤道的对称曲线。
（3）经纬投影后仍然保持相互垂直的关系，投影后角度无变形。如下图:
四、测量高程的方法
测量高程的方法很多，通常在工程测量中采用的方法有：水准测量、三角高程测量。
1.水准测量。水准测量是利用一条水平视线，并借助于竖立在地面点上的标尺，来测定地面上两点之间的高差，然后根据其中一点的高程来推算出另外一点高程的方法，也是最精密的方法，主要用于国家水准网的建立。如下图:
2.三角高程测量。三角高程测量是通过观测两个控制点的水平距离和天顶距(或高度角)通过三角函数关系求定两点间高差的方法。如下图:
五、平面坐标的测量方法
平面坐标的测量方法也很多，主要有直角坐标法、极坐标法、交会法等。
1.直角坐标法。
直角坐标法是根据直角坐标原理，利用纵横坐标之差，测设点的平面位置。该法适用于施工控制网为建筑方格网或轴线形式，且量距方便的建筑施工场地，用直角坐标法测定一已知点的位置时，只需要按其坐标差数量取距离和测设直角，用加减法计算即可，工作方便并便于检查，测量精度较高。如下图:
直角坐标法测设点位
2.极坐标法。
极坐标法是在控制点上测设一个角度和一段距离来确定点的平面位置。极坐标法适用于量距方便、距离较短的情况。如下图:
3.交会法。
交会测量是根据多个已知点的平面坐标，通过测定已知点到某待测点的方向（角度）或距离，再通过三角函数关系推求待测点平面坐标的测量技术和方法。
若仅在已知点设站进行观测称前方交会，仅在待定点设站进行观测称后方交会，既在待定点设站又在个别已知点设站进行观测称侧方交会。
交会法根据测量的物理量不同又可分为角度交会法、距离交会法和边角交会法等。
（1）角度交会法:仅测量角度称为角度交会法，如下图。为提高交会定点的精度，选择 P 点时应尽可能使交会角γ接近90°，并保证30°≤γ≤150°。为了检核，需要从3个已知点分别向新点进行角度观测，由2个三角形分别解算 P 点坐标。
（2）距离交会法:以两个已知控制点为中心，分别以目标点与两已知控制点的距离为半径划圆，交会点即为要求目标点（注意方向二选其中一个）。这种方法称为距离交会法。如下图:
