水利工程测量ppt版（共41页）

1、水利工程测量主讲：郭向红太原理工大学水利科学与工程学院个人简介郭向红，博士，讲师。主要研究方向节水灌溉理论与技术、土壤水动力学计算机模拟、土壤-作物-大气（SPAC）系统水分传输与模拟。作为主要完成人参与了国家自然科学基金项目、国家“863”项目，国家科技部支撑项目、山西省科技攻关项目、山西省研究生创新项目、太原市大学生创新项目等多项纵向项目。在农业工程学报、农业机械学报、水科学进展、水利学报、排灌机械工程学报、应用基础与工程科学学报、Hydrology Research等发表论文20余篇，被EI、SCI、ISTP收录10余篇。荣获山西省科技进步一等奖1项，山西省高等学校科技进步一等奖1项，国

2、家知识产权局软件著作权2项，第六届农业水土工程专业委员会学术会年会优秀青年学术论文1项。主讲本科生课程：水利工程测量、农田水利学、灌溉工程新技术、Fortran程序设计，硕士博士研究生课程：排灌理论与技术。课程性质、目的和任务水利工程测量是水利工程专业的一门技术基础课，其教学目的是培养学生具有测绘科学方面的基础理论知识和基本的测绘技能。本课程的教学任务是通过理论讲授、实验和教学实习，使学生逐步掌握水利工程测量方面的基础理论、掌握常规测量仪器的操作使用方法、掌握小区域大比例尺地形图的测绘方法、掌握水利工程施工放样测量技术，并具有正确使用测绘资料的能力，为今后从事本专业的勘测、规划、设计、施工及管

3、理打下基础。教学环节水利工程测量课堂讲授课程实验测量实习本学期下学期课程考核方法课堂表现试卷成绩作业每节课开始之前对上节课内容进行提问每章作业完成情况第一章 绪 论1.1水工程测量的任务1.2地面上点位的确定1.3用水平面代替水准面的限度1.4测量工作的基本原则1.5测绘科学的发展概况1.1水工程测量的任务一、测量学的含义及其分类 1、定义：研究地球及其表面各种形态的学科,主要任务是测定地球 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。 2、分类： 【1】大地测量学 【2】地形测量学 【3】摄影测量学 【4】工程测量学 【5】地图制图学大地测量学研究在地球表面大区域内建立

4、国家大地控制网，测定地球形状大小和地球重力场的理论、技术和方法的科学，称为大地测量学地形测量学研究小区域内测绘地形图的基本理论、技术和方法的学科称为地形测量学摄影测量学利用摄影像片测定物体的形状、大小和空间位置的方法称为摄影测量学。工程测量学研究矿山、水利、道路、城市建设等各项工程建设在规划设计、施工和工程管理阶段进行的各项测量工作的学科。地图制图学研究地图及其制作理论、工艺和应用的学科，称为地图制图学。二、水利工程测量的任务 1、为水利工程规划设计提供所需的地形资料。规划时需提供中、小比例尺地形图及有关信息，建筑物设计时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

5、测设于地面，以便据此施工，称为施工放样。 3、在施工过程中及工程建成后运行管理中，需要对建筑物的稳定性及变化情况进行监测变形观测，确保工程安全。1.2地面上点位的确定认识地球是人类探索的目标之一，也是测量学的任务之一;绝大多数测量工作是在地球上进行，或以地球作为参考系。地物：地面上的道路、河流、房屋等地面上位置固定的天然、人工物体。地貌：地表高低起伏的形态。地形：地物和地貌的总称。一、地球的形状和大小1、地球的形状和大小 地球既围绕太阳旋转又绕自己的轴自转，地球上的物体将受到地球、太阳、月亮引力、离心力等多种力的作用，而其中主要是受到离心力和地球质心吸引力的作用，这两个力的合力称为重力，重力方

6、向即为垂线方向。 由于地球的自转和公转，使得地球成椭球形，其赤道半径大，极半径小。地球表面并不光滑，形状十分复杂，有高山平原，江河湖泊，如： 有高于海平面8848m珠穆朗玛峰 有低于海平面11022m马里亚纳海沟 但是这样的高低变化与地球半径6371km相比只有1/600变化是微小的。因为海洋约占整个地球表面的71%。 所以人们设想将静止的海水面向整个陆地延伸，用所形成的封闭曲面代替地球表面，这个曲面称为大地水准面。大地水准面所包含的形体，称为大地体，它代表了地球的自然形状和大小。2、水准面定义：设想以一个静止不动的水面向陆地延伸，形成一个闭合的曲面包围整个地 球，称这个闭合曲面为水准面。特点

7、： 1.重力等位面，其表面处处与重力方向垂直。 2.有无穷多个，但各水准面之间是不平行的。 3.是不规则的闭合曲面水准面地球自然表面3、大地水准面 定义：水准面有无数个，其中通过平均海水面的一个水准面称为大地水准面。 作用：测量工作的基准面 获取：我国在青岛设有验潮站大地水准面包围的形体称为大地体地球自然表面大地水准面4、旋转椭球面与旋转椭球体 由于大地水准面是不规则曲面，无法准确描述和计算。也难以在其面上处理测量成果。因此，用一个非常接近大地水准面的数学模型旋转椭球面代替大地水准面。用旋转椭球体描述的地球，称为参考椭球体。构成：由椭圆NWSWE绕其短轴NS旋转而形成的。要求：总质量=地球质量

8、，中心与质心重合，短轴与旋转重合。 旋转角速度与地球自转速度相等。 表面与大地水准面拟合最好。 大地水准面与椭球面高差最大差为200m旋转椭球面大地水准面abNSWEa=6378140m扁率=(a-b)/a =1:298.257（1）1954年北京坐标系，采用前苏联克拉索夫斯基 参考椭球体参数： a=6378245m =1:298.3（2）1980年国家大地坐标系采用国际大地测量协会与 地球物理联合会在1975年推荐的IUGG-75地球椭球。 其参数： a=6378140m =1:298.257（3）在测量工作范围不大时，可将地球看作圆球体，以球面代替大地水准面，其半径R=6371km 二、地

9、面上点位的表示方法（一）坐标1、地理坐标 以经度和纬度表示地面点位置的称为地理坐标。NSWEo首子午线格林威治地面上任意点M（、）子午面子午线又叫经线M点的经度M点的纬度空间位置包括点在球面上的位置和到水准面的距离2、高斯平面直角坐标以中央子午线作为坐标纵轴（用X表示）以赤道作为坐标横轴（用Y表示）。S赤道中央子午线中央子午线赤道NNS6带的划分为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度0开始，将整个地球分成60个带，6为一带。9o0o3o6o1220102o105o108o111o120o1819114o12o117o500kmyMyxM我国高斯平面直角坐标的表示。方法：（1

10、）先将自然值的横坐标Y加上500000米； （2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。 例如：M点位于111o中央子午线以西4321.90m，那么对应的高斯坐标的横坐标是多少？第一步：计算带号N=(111+3)/6=19第二步：计算横坐标19500000-4321.90=19495678.103带的划分从东经130 开始，将整个地球分成120个带，3为一带。 例如，南京市处于东经11847 ，即6带号 =(11847+3)/6= 20.3=20 = 620-3 = 1173带号 即 n = 11847/3= 39.6=40 = 3 = 340 = 120适用于：测区范围较大，不能将测区曲面当

11、作平面看待。 3、平面直角坐标系适用于：测区范围较小，可将测区曲面当作平面看待。西y (东)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAox (北)独立平面直角系原点一般选择在测区西南角直接将地面点沿铅垂线方向投影到水平面上。在实际测量中，一般将坐标原点选在测区的西南角，使测区内的点位坐标均为正值，并以该测区的子午线(或磁子午线)的投影为X轴，向北为正，与之相垂直的为Y轴，向东为正，由此建立了该测区的独立平面直角坐标系。其与数学中平面直角坐标系相比，不同点：1测量上取南北方向为纵轴（X轴），东西方向为横轴（Y轴）2角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。相同点：数学中的三角公式在测

12、量计算中可直接应用。（二）高程1、绝对高程（海拔）：指地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，用表示。2、相对高程：地面上一点到假定水准面的铅垂距离（H）3、高差：地面上两点间的高程之差。（h） AB点的高差： hAB=HB-HA=HB-HAABHAHBHAHB大地水准面假定水准面黄海平均海水面hAB三、地面点的相互位置关系及测量的基本工作水平距离、水平角及高程是确定地面点相对位置的三个基本几何要素。要确定地面点的相对位置常规测量的基本工作是： 测距离 D 测角度（） 测高差 hABCabcxy1.3用水平面代替水准面的限度一、地球曲率对水平距离的影响oABABCtdRR地球半径6371Km圆心

13、角将tg用级数展开，去前两项，得：因为=d/R，故：相对误差：表1水平面代替水准面的距离误差和相对误差 距离D/km距离误差D/mm相对误差D/D1081/1 220 000251281/200 0005010261/49 00010082121/12 000 由表可知，在半径为10km的范围内（相当于面积320km2），用水平面代替水准面可不考虑地球曲率对距离的影响。 当精度要求较低时，还可以将测量范围的半径扩大到25km(相当于面积2000km2)。二、地球曲率对高程的影响BAABCtdR将sec用级数展开，取前两项，得：代入得：因为=d/R，故：取R637lkm，则得相应的高差误差值，如表所列。 距离D/km0.l0.20.30.40.512510h /mm 0.83713207831419627848表2 水平面代替水准面的高差误差由表可知，在进行水准(高程)测量时，应当用水准面作为测量的基准面。1.4 测量工作的基本原则1、测量工作的基本原则在实际测量工作中应当遵守以下基本原则:在测量布局上，应遵循“由整体到局部”的原则；在测量精度上，应遵循“由高级到低级”的原则；在测量程序上，应遵循“先控制后碎部”的原则。在测量过程中，应遵循“随时检查，杜绝错误”的原则。1.5 测绘科学历史我国古代：夏禹治水春秋战国：指南针东汉:张衡候风地动仪唐代：南宫