水利工程测量 绪论

1、绪绪 论论2l 目的和要求：目的和要求：1 1、了解测量学的概念，水利工程测量的主要任务；、了解测量学的概念，水利工程测量的主要任务；2 2、了解确定地面点位的方法；、了解确定地面点位的方法；3 3、了解测量的基本工作及基本原则。、了解测量的基本工作及基本原则。 3l 1、是研究地球的形状、大小以及确定地是研究地球的形状、大小以及确定地面点之间相对位置的科学面点之间相对位置的科学。l 2、是研究地球及其表面的各种形态的学是研究地球及其表面的各种形态的学科，科，是测定地球表面的点位和几何形状，是测定地球表面的点位和几何形状，并绘制成图，以及测定和研究地球的形状和大小。并绘制成图，以及测定和研究地

2、球的形状和大小。l 3、测量学的内容：测量学的内容：测定和测设测定和测设4l测定：测定：以测量技术测定地以测量技术测定地面点位置并用图象或图形面点位置并用图象或图形和数据等形式表示出来，和数据等形式表示出来，这种技术过程称为测定，这种技术过程称为测定，又称测图或测绘。又称测图或测绘。l测设：测设：利用测量技术把设利用测量技术把设计图上拟定的地面点测定计图上拟定的地面点测定到实地上，这种技术过程到实地上，这种技术过程称为测设，称为测设，或称为工程放或称为工程放样，简称放样样，简称放样。5随着科学技术的发展，测量学已发展为多个学随着科学技术的发展，测量学已发展为多个学科。按照研究对象和研究范围的不

3、同，测量学可划科。按照研究对象和研究范围的不同，测量学可划分为以下几个学科：分为以下几个学科： ( 1 ) 大地测量学大地测量学 地球性状、大小地球性状、大小 ( 2 )地形测量学地形测量学 地形图地形图 ( 3 )摄影测量学摄影测量学 物体的性状、大小、位置物体的性状、大小、位置 ( 4 )工程测量学工程测量学 工程建设工程建设 ( 5 )制图学制图学 地图地图6是测量学的一个组成部分。是测量学的一个组成部分。它是研究水利工程在它是研究水利工程在勘测设计勘测设计、施工建设施工建设和和运营管理运营管理阶段所进行的各种测量工作的阶段所进行的各种测量工作的理论、技术和方法的学科理论、技术和方法的学

4、科勘测设计阶段：测图、用图；勘测设计阶段：测图、用图；施工建设阶段：进行放样和竣工测量；施工建设阶段：进行放样和竣工测量；工程运营阶段：变形观测。工程运营阶段：变形观测。7l作用：作用：水利工程测量贯穿于建筑工程的始终，水利工程测量贯穿于建筑工程的始终，其工作质量直接影响到整个工程的质量和进度。其工作质量直接影响到整个工程的质量和进度。l学习要求：学习要求：掌握测量的基本理论知识和基本技能；掌握测量的基本理论知识和基本技能；掌握常用测量仪器和工具的使用方法掌握常用测量仪器和工具的使用方法; ;初步掌握小区域大比例尺地形图的测绘方法；初步掌握小区域大比例尺地形图的测绘方法；具有进行一般建筑施工测

5、量的能力。具有进行一般建筑施工测量的能力。8l地球的自然表面：地球的自然表面：l海洋海洋71%71%，陆地，陆地29%29%；l不规则曲面，平均半径不规则曲面，平均半径6371km6371km；l珠峰珠峰8848.13m8848.13m，马里亚那海沟，马里亚那海沟11022m11022m；由测量学的定义可知，研究地球表面各种形态及服由测量学的定义可知，研究地球表面各种形态及服务于工程建设务于工程建设, ,首先要测定地球表面的点位，就需要对首先要测定地球表面的点位，就需要对地球的形状和大小有一概略了解，并建立适当的确定地球的形状和大小有一概略了解，并建立适当的确定地面点位的参照标准地面点位的参照

6、标准坐标系。坐标系。9l 把地球总的形状看成是被海把地球总的形状看成是被海水包围的球体水包围的球体,l 设想有一个不受风浪和潮汐设想有一个不受风浪和潮汐影响的静止海水面，向陆地影响的静止海水面，向陆地和岛屿延伸而形成的一个和岛屿延伸而形成的一个封封闭曲面闭曲面(大地水准面大地水准面),l 用它所包围的形体代表地球用它所包围的形体代表地球的形状和大小，的形状和大小，这个形体称这个形体称为大地体。为大地体。参考椭圆面大地水准面10l由于大地体是不规则的形由于大地体是不规则的形体，因此，测量工作便取大小体，因此，测量工作便取大小与大地体非常接近的旋转椭球与大地体非常接近的旋转椭球体来描述地球体来描述

7、地球, ,称参考椭球体。称参考椭球体。l椭球体的参数：椭球体的参数： 长半径：长半径：a=6378140ma=6378140m； 短半径：短半径：b=6356755mb=6356755m 扁率：扁率：=(a-b)/a=1/298.257=(a-b)/a=1/298.257。l当测区面积不大时，可当测区面积不大时，可把地球把地球看看成圆球成圆球, ,其半径为：其半径为：R=6371kmR=6371km。参考椭圆面大地水准面11l 水准面水准面：任何自由静止的水面都是水准面，有无数个。：任何自由静止的水面都是水准面，有无数个。l 大地水准面：大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面与平均海水面相吻合

8、的水准面。水准面。水准面特性：特性：处处与铅垂线垂直。处处与铅垂线垂直。l 铅垂线：铅垂线：某点的重力方向线。某点的重力方向线。l 水平线：水平线：与铅垂线正交的直线。与铅垂线正交的直线。l 水平面：水平面：与铅垂线正交的平面或与水准面相切的平面。与铅垂线正交的平面或与水准面相切的平面。l 测量工作的基准面和基准线：是测量工作的基准面和基准线：是大地水准面大地水准面和和铅垂线铅垂线。12确定地面点位的方法：确定地面点位的方法：l可以用点在水准面或水可以用点在水准面或水平面上的平面上的投影投影位置位置及到及到大地水准面的铅垂距离大地水准面的铅垂距离来确定，如图。来确定，如图。13l 地理坐标（大

9、地坐标）地理坐标（大地坐标）l 独立平面直角坐标独立平面直角坐标l 高斯高斯平平直角坐标直角坐标以参考椭球体面为基准面的球面以参考椭球体面为基准面的球面坐标；坐标；通常以大地经度和大地纬度表示；通常以大地经度和大地纬度表示；用来表示该点在地球表面上的位用来表示该点在地球表面上的位置。置。14 当测区范围较小时（半径不大于当测区范围较小时（半径不大于10km10km的面积内），的面积内），可把可把测区的球面当平面看待，并在平面建立独立平面测区的球面当平面看待，并在平面建立独立平面直角坐标系直角坐标系，用平面直角坐标来确定点位。，用平面直角坐标来确定点位。15l 地理坐标表示地面点的球面坐标，不能

10、直接用于测地理坐标表示地面点的球面坐标，不能直接用于测图图。l 在大范围进行测量工作时，由于水平面和水准面在大范围进行测量工作时，由于水平面和水准面存在较大的差异，所以不能用水平面代水准面。存在较大的差异，所以不能用水平面代水准面。l 在我国采用高斯投影的方法，将球面上的点位投影在我国采用高斯投影的方法，将球面上的点位投影到高斯投影面上，转换成平面直角坐标到高斯投影面上，转换成平面直角坐标。1.高斯投影的高斯投影的几何意义：几何意义： 1)沿沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线经线)和分带。和分带。 2)假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上。假想一个横椭圆柱

11、面套在参考椭球面上。 3)地球表面投影到横地球表面投影到横椭圆柱面上椭圆柱面上。16l 按经差按经差 L分带分带l 分带分带子午线子午线l 中央子午线中央子午线1718l 地球的投影地球的投影 l 红线为投影线l 取出投影取出投影-剪开剪开-压平压平19高斯投影根据高斯投影根据LL逐带连续进行，全球连续逐带连续进行，全球连续逐带高斯投影展开成如下图的高斯平面。逐带高斯投影展开成如下图的高斯平面。 L=6L=6 六度带中央子午线经度六度带中央子午线经度 Lo=6N-3Lo=6N-3 L=3L=3 三度带中央子午线经度三度带中央子午线经度 Lo=3nLo=3n20l L=6 六度带六度带中央子午线

12、经度中央子午线经度Lo=6N-3 l L=3 三度带三度带中央子午线经度中央子午线经度Lo=3nl 我国在大地坐标系中的经度位置我国在大地坐标系中的经度位置74135l 六度带六度带编号编号N在在我国我国: :在在1323之间。之间。l 三度带三度带编号编号n在在我国我国: :在在2545之间。之间。211)1)投影后的中央子午线投影后的中央子午线NBSNBS是直线，是直线，长长度不变度不变。2)2)投影后的赤道投影后的赤道ABCABC是直线，是直线，保持保持ABCNBSABCNBS。3)3)离开中央子午线的子午线投影是以二离开中央子午线的子午线投影是以二极为终点的弧线，离中央子午线越远，极为

13、终点的弧线，离中央子午线越远，弧线的曲率越大，说明弧线的曲率越大，说明离中央子午线离中央子午线越远投影变形越大越远投影变形越大。22l 建立规则建立规则: :X X轴是中央子午线的投影，轴是中央子午线的投影，向北为正；向北为正；Y Y轴是赤道的投影，向东轴是赤道的投影，向东为正；为正；原点为中央子午线与赤原点为中央子午线与赤道道交点，用交点，用O表示；表示；四象限按四象限按顺时针顺时针顺序顺序、排列。排列。23如：如：x=2433586.693m， y=38514366.157m。 表示的意义表示的意义:l (1)表示点在高斯平面上至赤道的距离为表示点在高斯平面上至赤道的距离为l 243358

14、6.693ml (2)(2)包括有投影带的带号、附加值包括有投影带的带号、附加值500km500kml 和实际坐标和实际坐标Y Y三个参数，即三个参数，即l y=带号带号N(或或n)+500km+Yp l 38 +500 + 14366.157ml 由于我国位于北半球，由于我国位于北半球，x坐标均为正值，坐标均为正值，y坐标则有正有负，坐标则有正有负，为了避免为了避免y坐标出现负值，将坐标出现负值，将每带的坐标原点向西移每带的坐标原点向西移500km，并在横坐标值前冠以带号。，并在横坐标值前冠以带号。 241、绝对高程：绝对高程：地面点地面点到大地水准面的铅垂到大地水准面的铅垂距离，简称高程，

15、用距离，简称高程，用H H表示。（海拔）表示。（海拔）大地水准面假定水准面验潮站平均海水面ABABABHHHHh2、相对高程：相对高程：地面点地面点到假定水准面的铅垂到假定水准面的铅垂距离，又称假定高距离，又称假定高程，用程，用HH表示。表示。3、高差：高差：地面两点之间的高程地面两点之间的高程之差，用之差，用h h表示。表示。如图中，如图中，A A、B B两点的高差为两点的高差为: :高差的大小与高程起算面无关。高差的大小与高程起算面无关。“1956黄海高程系”“1985国家高程基准” 72.2604m25地球表面曲率对测量工作的影响地球表面曲率对测量工作的影响1、对水平距离的影响对水平距离

16、的影响（如图）（如图） （推导略）（推导略） 其中，其中， 将不同的将不同的D值代入上式得：值代入上式得：ACBaDccRODhbb水平面大地水准面26l 影响：影响：l 结论：在半径为在半径为10km10km的面积范围内进行距离测量时，可的面积范围内进行距离测量时，可以以不考虑不考虑地球曲率对其的影响，把水准面当作水平面看待。地球曲率对其的影响，把水准面当作水平面看待。D（km） D（cm） 相对误差相对误差D/D 允许允许 D/D 50.11/487万万1/100万万100.81/122万万152.81/54万万206.61/30.4万万27高程高程误差：误差：h=Bb-Bbh=Bb-Bb

17、 =D =D2 2/2/2R RACBaDccRODhbb水平面大地水准面结论：结论：在高程测量中，即使距离很短也必在高程测量中，即使距离很短也必须考虑地球曲率的影响，可通过改正计须考虑地球曲率的影响，可通过改正计算或采用正确的观测方法，来消减影响。算或采用正确的观测方法，来消减影响。影响：影响：D(m)1002005001000h(mm)0.83.119.678.528l 地面点的空间位置是地面点的空间位置是以投影平面上的坐标以投影平面上的坐标（x x，y y）和高程）和高程H H决定决定的。的。l点的坐标点的坐标一般是通过一般是通过水平角测量和水平距水平角测量和水平距离测量来确定的。离测量

18、来确定的。l点的高程点的高程是通过测定是通过测定高差来确定的。高差来确定的。投影平面2129l 如图所示，设如图所示，设A、B为已知坐标点，为已知坐标点，P为待定点。为待定点。l 首先测出了水平角首先测出了水平角和水平距离和水平距离DAP，再根据，再根据A、B的坐标，即可推算出的坐标，即可推算出P点的坐标。点的坐标。 30l 设设A为已知高程点，为已知高程点，P为待定点。为待定点。l 只要测出只要测出A、P之间之间的高差的高差hAP，即可算，即可算出出P点的高程。点的高程。31l 测量的三项基本工作：测量的三项基本工作：l 高差测量、角度测量、距离测量。高差测量、角度测量、距离测量。l 确定地面点的三个基本要素：确定地面点的三个基本要素：l 高差、水平角和水平距离。高差、