《水利水电工程测量》课程教学课件

1、 青海水电技师学院 水利水电工程测量 专一水工学习重点1.了解测量学的研究对象及其在工程建设中的作用，掌握测量学的基本概念、基本知识、测量工作的基本原理和测图原理。2.本章基本概念：铅垂线、水准面、大地水准面、大地体、地球椭球体、地理坐标、平面直角坐标、相对高程、绝对高程。3.测量工作的基准线和基准面是什么？地形图上表示地面点位的几何要素有哪些？第一节 测量学的研究对象及其 在水利工程建设中的作用测量学测量学是研究如何测定地面点的平面位置和高程，将地球表面的地物、地貌及其它信息绘制成图，以及确定地球的形状和大小科学。测量学的主要技术主要表现为测量与绘图，因此测量学又有“测绘学”之称。测量学的分

2、支学科测量学的分支学科: :按照研究范围和对象的不同,通常分为大地测量学、地形测量学、摄影测量学与遥感、海洋测量学、工程测量学和地图制图学等。测量学的任务测量学的任务括测绘和测设两个部分。测绘，即对地球表面及其附属物的测绘，并进行存储、处理、分析、显示，其获得的数据和图像成为可以存储、传播和应用的地球空间信息。测设是将设计图纸上的建筑物的平面位置和高程按具体精度要求在实地标定出来，作为施工的指导和依据。工程测量学工程测量学: : 是研究各种工程建设(如土木工程、交通工程、水利水电工程、矿山工程等)在规划设计、施工放样、运营管理各阶段中的测量理论和方法的学科。工程测量的任务包括建立测量控制网，提

3、供规划设计所需的地形图、段面图和其它观测数据，进行施工放样和竣工测量，按照管理规范进行长期的安全监测工作。水利工程测量的任务水利工程测量的任务: :1.为水利工程勘测、规划、设计提供所需的测绘资料；勘测规划时需要中小比例尺地形图及有关信息，建筑物设计时需要测绘大比例尺地形图。2.施工阶段要将图上设计好的建筑物按其位置、大小测设于实地，以便据此施工，称为测设（或放样）。3.在施工过程中，或工程建成后的运行管理阶段，需要对建筑物的稳定性及变化情况进行监测，确保工程安全运行，即为变形监测。学完本课程后应达到的要求：学完本课程后应达到的要求：1.掌握测量学的基本理论、基本知识和水利水电工程中各项测绘工

4、作的基本技能；2.掌握经纬仪、水准仪、测距仪测距仪的使用方法；3.了解大比例尺地形图的测图原理和成图方法，并能正确熟练地使用地形图；4.具有运用所学测量知识解决水利工程测量实际问题的能力，掌握工程施工放样的基本方法；5.能够进行最基本的测量数据处理工作。 在本节里我们着重应掌握好以下概念：水准面：静止不动的水面上的每一个水分子，各自受到重力作用，在重力位相同时这些水分子便不流动而成静止状态，形成一个重力等位面，这个面称为水准面。（有无数多个）水平面：与水准面相切的平面叫做水平面。大地水准面：设想静止的海水面无限延伸通过地球表面的大陆、岛屿形成一个封闭的曲面，这个面叫做大地水准面。（不规则曲面）

5、大地体：由大地水准面包围的地球形体,叫做大地体。参考椭球面：为了测量数据处理的方便，假定一个与地球形状非常接近的旋转椭球，叫做参考椭球，其表面叫做参考椭球面。 大地水准面与参考椭球面示意图如图1-1所示，旋转椭球体如图1-2所示。一、地球的形状和大小1.地球是一个赤道略鼓,两极稍扁的椭球体。2. 测量工作的基准线：铅垂线 测量工作的基准面：大地水准面 测量计算的基准面：参考椭球面3.大地水准面是一个不规则曲面，无法在这个曲面上进行测量数据处理。为了测量计算方便，abba(a)(b)大地水准面地球自然表面参考椭球面大地水准面图11 大地水准与椭球面示意图返回图12 旋转椭球体示意图boa图13

6、地理坐标示意图NWSEMM点子午线起始子午线格林尼治返回假定一个与地球形状非常接近的旋转椭球，叫做参考椭球，其表面叫做参考椭球面。地球绕其短轴旋转，故地球椭球体又称旋转椭球体。5.地球椭球参数常用的地球椭球参数有长半径a、短半径b和扁率(=(a-b)/a)，我国目前采用如下值： 长半径a=6378140m 短半径b=6356755.3m 扁率=1:298.2576.我国现在使用的坐标系：1980国家大地坐标系，原点在陕西省泾阳县永乐镇。二、地面点位的表示方法 确定地面上一点的空间位置，包括确定它在某投影面上的位置（以坐标表示）及其到大地水准面的距离（即高程）。(一)地面点在投影面上的坐标1.地

7、理坐标 以经度和纬度为参数表示地面点的位置称为地理坐标。 如图1-3所示，N和S分别表示地球北极和南极。NS为地球自转轴。要确定地球表面某点的位置可以用经度和纬度表示。经度用表示，纬度用表示 。子午面：通过地球表面某点和地球自转轴所构成的平面称为子午面。起始子午面：通过格林尼治天文台的子午面称为起始子午面，也叫零子午面。子午线：子午面与地球表面的交线称为子午线。起始子午线：起始子午面与地球表面的交线称为起始子午线。经线：子午线又叫经线。纬线：与赤道平行的平面与地球表面的交线。 参见图1-3经度：通过地球表面某点的子午面与起始子午面间的夹角称为经度。从起始子午面开始向东0o180o称为东经，向西

8、0o180o为西经。纬度：通过地球表面某点的铅垂线与赤道面间的夹角称为纬度。赤道以北0o90o称为北纬，赤道以南0o90o为南纬。2.高斯平面直角坐标 在广大区域进行测量工作时，须以参考椭球面作为基准面，采用高斯平面直角坐标系。如果已知某点的大地坐标，可以划算为高斯平面直角坐标。3.平面直角坐标 平面上两个互相垂直的线段长度x和y表示地面点位置的坐标，称为平面直角坐标。小范围内进行测量工作时可用水平面代替水准面，平面直角坐标系的原点以o表示。通过O的南北轴方向为x轴(纵轴)，向北为正，向南为负。东西轴方向为y轴(横轴)，向东为正，向西为负。象限顺序按顺时针方向排列；4.测量平面坐标系与数学坐标

9、系的异同点 主要区别:坐标轴取名不同,坐标系象限顺序不同。但这并不影响数学上各种三角公式在测量中的应用。如图14左图为数学坐标系， a角是以x轴为起始方向按象限顺序在第一象限，op的长度为S，则p点坐标为 x=Scosa y=Ssinayxxa测量坐标系SPO数学坐标系aySPO图14 数学坐标系和测量坐标系如上右图为测量平面坐标系，a角是以x轴为起始方向按象限顺序在第一象限，op的长度为S，则p点坐标计算公式仍为x=Scosa，y=Ssina，因此，数学上的三角公式适用于测量坐标系。 (二)地面点的高程和国家高程基准 地面点高程是指地面点到某一高程基准面的距离。要确定地面点的高程，必须首先确

10、定一个高程起算面。用统一起算面作为基准确定所有地面点高程，成为一个高程系统。 我国规定用黄海平均海水面作为大地水准面。黄海平均海水面的位置，是青岛验潮站对朝夕观测井的水位进行长期观测而确定的。 以平均海水面的高度作为高程零点，用精确的方法联测求出预先建立的一个地面点的高程，以此为国家高程控制点(水准点)的起算基准，这个地面点叫做水准原点。1.绝对高程：地面点沿铅垂线方向至大地水准面的距离叫绝对高程或海拔，一般用H表示。2.相对高程：地面点沿铅垂线方向至任意假定水准面的距离叫做绝对高程，又称假定高程。3.高差：两点间的高程之差叫做高差，一般用h表示。但应强调，计算高差的两点必须是同A大地水准面H

11、ABHBHA假定水准面HB 地球自然表面hAB图15绝对高程和相对高程示意图一高程系中的高程，即具有统一的起算面。4.国家高程基准：国家水准原点位于青岛市观象山附近，现在使用的是“1985国家高程基准”，水准原点高程为72.260m。在此之前，还曾经使用“1956年黄海高程系”，水准原点高程为72.289m。5.在表示地面点位的平面直角坐标(x,y)和高程H中，坐标须通过观测有关角度和距离进行计算求得，而高程则需要用水准测量等方法求得，故角度距离和高程是确定地面点位置的三个基本要素。 练习题1.水利水电工程测量的任务是什么?2.测设与测定有何区别?3.什么叫水准面？它有什么特性?4.什么叫大地水准面?它在测量上的作用是什么?5.地球的形状近似于怎样的形体?大地体与地球椭球有什么区别?6.地球椭球的元素包括哪些?我国目前采用的椭球元素是值是多少?7.把地球看作圆球,其半径是多少?8.测量学上的基准线和基准面是什么?9.什么叫高程、绝对高程、和相对高程？10.某地假定水准面的绝对高程为89.764m，测得一地面点的相对高程为105.476m，试推算该点的绝对高程，并绘图说明。11.根据1956年黄海高程系统算得A点高程为165.718m，若改用1985年国家高程基准，则A点高正是多少？12.测量学上的平面直角坐标系与数学中的直角