水利工程测量

第1章绪论

本章学习目标

通过本章的学习,了解测量学的基本内容与任务、地球的形状和大小、测量常用坐标系统、测量的基本工作和测量工作必须遵守的原则。1测量学的研究对象及水利工程测量学的任务

1.1.1测量学的研究对象及学科分类

测量学是研究地球及其表面的各种形态的学科，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。

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同，测量学可划分为以下几个学科：(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)制图学

1.1.水利工程测量学的任务2水利工程测量任务1.1.2水利工程测量学的任务

(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以及进行建筑物的具体设计时需提供大比例尺地形图。

(2)在工程施工阶段，要将图上设计好的建筑物按其位置，大小测设于地面，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的运行管理中，都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

测量学中确定地面点位置的方法

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,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面点位的参照标准——坐标系。1.2.1球的形状和大小1.2.1.1大地水准面和参考椭球假想有一个静止的平均海水面，延伸至陆地下面形成一个封闭的曲面，这个曲面称为大地水准面(任一静止的液体表面称作水准面)。

大地水准面所包围的形体称为大地体，大地体就代表了地球的形状和大小。

我们把选定了形状和大小并在地球上定位的旋转椭球称为参考椭球。参考椭球的表面是一个规则的数学曲面，它是测量计算和投影制图所依据的面。我们把选定了形状和大小并在地球上定位的旋转椭球称为参考椭球。参考椭球的表面是一个规则的数学曲面，它是测量计算和投影制图所依据的面。图1—1大地水准面

图1—2参考椭球面1.2.1.2我国的大地坐标系所使用的椭球建国初期，鉴于当时的历史条件，我国以前苏联选定的克拉索夫斯基椭球和普尔科夫天文台为大地原点的椭球定位为依据，利用苏联境内的三角锁与我国境内的绥芬河、呼玛、吉拉林等处三角锁联测，并平差了我国东北部三角网，得出北京基线网点的坐标，作为全国坐标起算基础，建立了我国的大地坐标系，称为”1954年北京坐标系”。后来根据新的测量数据，发现该坐标系所选的参考椭球面与我国范围内地表形态相差较大，1980年我国采用IUGG十六届大会推荐的椭球，建立了我国自己的大地坐标系，称为“1980年国家大地坐标系”1.听2.唤2地骑面点文位置载的表凡示方仙法1.瓜地心糖空间下直角刻坐标构系目前绝，卫奇星大跑地测京量的梅日益铁发展甘，常胖用地颗心空牌间直难角坐谈标来左表示顽空间乘一点惯的地寒心空校间直拨角坐趋标系糖的原岸点设装在地悼球椭待球的捉中心O，用相搬互垂傻直的x、猫y、策z三个图轴表唯示，x轴通窄过起贷始子主午面叶与赤情道的概交点奥，z轴与虚地球均旋转预轴重浪合，呢形成签右手飞坐标脖系。狱如图会如图盘1—侧3所赚示图1重—3敬空间绵直角辈坐标搭系2.地面昨点的膨大地秧坐标寻系用地寸面点渠的大锣地坐词标系甘表示胁地面网点的仅位置咳需要矮三个让参数攀：大丢地经曲度，勇大地担纬度粒，大担地高大地会经度L和大诞地纬班度B表示卫地面碧点在奸参考言椭球握面上橡的二翅维投贫影位珠置，券用大赚地高H表示飞地面疑点到镰参考堤椭球死面的猫垂直平距离职，如图1—4所示图1遍—4龟大地易坐标成系1.商2.碑3二住维坐谊标系1.桌2．凡3．撑1平堵面直您角坐厚标在小仪范围肯进行测测量巡寿工作董时，端可用钳水平弄面作域为基碧准面张，平冬面直中角坐棍标系尘的原负点以O表示(图1—5)。通幼过O点的裳南北跌方向侍线为x轴(纵轴)，向民北为妄正，爸向南太为负供；通证过O点而莫垂直荣于X轴的胜东西龟方向社线为Y轴(横轴)，向帖东为迎正，处向西鬼为负锈。象巾限次库序按复顺时描针方改向排潮列。泊为了较避免缓测区失内各艺点的色坐标亦出现茶负值恭，通置常将扬原点O选在才测区歼西南违角上蒸，使搭地面够各点陡都投尊影于培第1象限赌内。促如图1—5中，地岭面点A、B的位诊置分郊别用平面辈直角夫坐标(xA、yA)、(xB、yB)表示灰；该秀两点送的坐标携之差贷称为李坐标晴增量叫，以⊿x、⊿y表示刚。坐逮标增量可轻以通两过测拾量有触关距候离和角忧度进银行计灵算求怀得。图1巧—5点平面喷直角屡坐标2．蛮3．盘2高啊斯平券面直紫角坐抱标在大罢范围心进行妄测量五工作擦时，远由于丧水平扔面和黎水准皮面存亭在较告大的和差异痰，所四以不泰能用神水平删面代曲水准口面。精应将裹地面冻点投辫影到笑椭球悬面上北，再交按一夸定的屑条件胜投影宽到平刊面上垃，形声成统被一的弦平面迫直角锅坐标矛系。荡我国窗现采篇用的祖是高个斯—攀克吕前格投蝇影方细法，遵该方潜法是锅按一册定经型差将牛地球剧椭球落面划设分成泳若干冷投影存带，伤如图裹1-忧6所圆示图1产—6参高斯土平面置直角吐坐标。再将暑每一番带投性影到犹平面梅上，腥以中专央子胜午线介的投命影为仇纵轴形，赤逮道线熟的投晋影为蹄横轴替，建估立统刷一的驱平面增直角胃坐标托系统哥。如挡图1-拖7所示图1时—7轧高斯贡平面循直角眠坐标晕系统分带炊时，杏既要疮考虑壳投影绸后长怜度变凳形不铅大，唐又要孩使带街数不番至于霉过多栗以减从小换反带计臂算工错作，美通常忽按经笑差6º或3º分磨为六谅度带裳或三多度带川。六趴度带惭自0º子抽午线尘起每常隔经她差6º自欣西向命东分秒带，覆将整耳个地位球分肚成60个投掘影带裕。用第1、第2、第3、…争、第60表示网投影叼带的奔带号鱼，如示图1-捏8所示校。三盾度带圆是在斩六度乖带的自基础醉上分阁成的抄，它诵的中漠央子运午线先与六阶度带首的中两央子生午线轧和分谢带子升午线葛重合透，即舍自东浴经1．5º子票午线接起每荒隔经供差3º自派西向顿东分蚊带，总将整敏个地曾球分梳成12晓0个投变影带朋。用芳第1、第2、第3、…耳、第12蔑0表示双投影偶带的湿带号食。图1秤--产--图8念椭锦球面谢分带撤示意孟图六度拦带中联任意御带的骄中央笛子午齐线经歇度Lo为：式中买，N为6º投影俘带的挠带号甩。如姜图1志-9摧所示毅三度遭带中虑任意喂带的扔中央肾子午些线经棕度划旨为Ll=3艰n式中饺，n为3º投影栗带的蔑带号咐。如吐图1势-9牵所示图1巨—9船高斯浑平面墨分带殃示意街图高斯沙平面川直角聋坐标嫂以赤格道为障零起消算，胡赤道膊以北外为正庙，以市南为伍负高斯扩平面粪直角名坐标海以赤只道为布零起讨算，国赤道去以北敬为正艘，以忆南为琴负.1.备2.期4撞高程蛇系1.盈绝对蹈高程地面宴点沿乏铅垂危线方券向至激大地煎水准病面的敢距离祸称为披绝对排高程阴，亦业称为功海拔酸。在著图1苗-1窑0中升，地早面点A和B的绝圣对高息程分胶别为HA和HB。我国膀规定俱以黄裤海平枕均海系水面兰作为徐我国蛛的大遣地水许准面伸。图1—粱10预绝对旗高程2.慢相对惕高程地面郊点沿头铅垂迁线方霸向至垮任意忧水准查面的握距离为称为裳该点多的相响对高销程，亦称供为独固立高准程。喉在图制1-驳10商中，舅地面童点A和B的相帖对高跑程分飞别为H‘A和H’B，两点独高程敌之差估称为衬高差昏，以急符号辅“h”表示依。图容1—刘10括中，A、B两点常的高久差为僚：影。在测轮量工累作中竭，一乌般采氏用绝故对高竞程，战只有崇在偏识僻地怪区，专没有档已知堡绝对盏高程扫点或命相对傲独立简的地扩区时分，才冻采用讽相对送高程掘。1.辟3用水游平面怠代替料水准术面的亩限度在普组通测泪量中段，当星测区陶面积降不大甚时，夸又可萄把球薄面视魂为平殃面，挥用水侨平面愤代替陆水准段面，麦使计碑算和惯绘图辉工作诸大为凳简化兆，但婚是多殃大范蝇围内猎才允醒许用窑水平半面代粪替水荒准面另。以汇下就恢讨论吗以水夸平面漠代替饼水准妈面对招水平罚距离呀、高纹差及敌角度阅测量软的影鬼响，士从而肃明确伐用水裤平面恼可以龙代替款水准厘面的抬范围犁。1.秘4事测可量工陈作概恋述1.兵4.竿1馒测尖量的赞基本狱工作在测津量工庆作中熊，地米面点墙的三藏维坐代标(X，乒y，搏H)一般相是间请接测浊出的誓。设A、管B、满C为地功面上泳的三某点(冲如图糕1-讽13企所示愉)，贫投影内到水宣平面财上的摸位置速分别袄为a、扩b、殃c.如果A点的徒位置袜已知屈，要忠确定B点的胶位置示，需栗要确削定B点到A点在炊水平玻面上拥的水睬平距秤离DAB和B点位宗于A点的据方位侧。图朵中ab的方迅向可巩用通兽过点街的指拼北方惕向与ab的夹麻角(谦水平什角)味表近示，友有了DAB和，B点在他图中钥的平颈面位吩置b就可倾以确否定。棚由于A、梯B两点腊的高扫程不借同，扛除平津面位席置外焰，还地要知蚁道它捷们的株高低纤关系斗，即A、挖B两点袭的高刚程HA、HB或A、镇B两点享间的知高差HAB，这样B点的厌位置磨就完慰全确鹿定了快。如酱果还丢要确择定C点在抬图中活的位王置c，则需养要测分量BC在水捐平面迹的水拔平距晚离DBC及b点上粥相邻喉两边寒的水让平夹谦角以运及Hc或hBC。1．神对水格平距光离的桌影响如图沉1—杆11夕所示疑，A、绝B为地硬面上雄两点扒，它够们在尊大地阴水准予面上故的投懂影为a、昏b，弧长即为D。在水愚平面马上的烤投影口为aˊ、bˊ，其距注离为Dˊ，两者娃之差D即为樱用水恢平面慌代替乎水准挠面所踏产生浆的误扩差。设地盆球的部半径足为R，粗AB所对冰的圆够心角未为还"崖，则因为则有将ta模n按级修数展漂开，熄并略坝去高俯次项批，取努前两金项得发：则谎△D=(1挽.1咐)以代嚷人式颤(1沃．1华)，础得尘(水1.隔2)表示滩成相骂对误泪差为东：冠(掉1.吊3)距离D(km)距离误差D(cm)相对误差△D/D距离D(km)距离误差△D(cm)相对误差△D/D10250.

812.81:1220001:20000050100102.7821.21:490001:12000表1—1用水饼平面讯代替鹅水准编面对宇距离便的影陈响图1索—1葵1水浸平面晕代替垂水准仰面对度水平距离标及高网差的湿影响2．咏对高站差的板影响在图偷1—蒜11宽中，A、添B两点往在同艺一水袋准面辰上，娘其高壶差应侄为零折。B点投答影在返水平敞面上兼得b′点，征则bb冲′即为感水平物面代续替水议准面届所产钉生的背高差趁误差软，或深称为忙地球孕曲率抛的影菌响。bb氧′=包△h(R异+△嫩h)化简佩得：(1挥.4君)D(m)1002005001000△h(mm)0.83.119.678.5表1—2用水馅平面联代替四水准砍面对眉高差戴的影帖响第四骨节昼测激量工绪作概挡述1．测量猫的基榆本工照作在测浪量工岸作中攀，地贡面点述的三研维坐怠标(X，燃y，礼H)一般滤是间成接测樱出的兴。设A、慕B、续C为地潜面上坐的三魂点(招如图隆1-办13从所示煎)，仰投影原到水哄平面至上的氏位置邀分别弊为a、掏b、板c.如果A点的两位置突已知牵，要翠确定B点的茶位置骂，需条要确吊定B点到A点在上水平丑面上蹄的水庙平距蜓离DAB和B点位返于A点的畏方位计。图翼中ab的方戒向可惜用通除过点屿的指僻北方嘴向与ab的夹悟角(烘水平采角)伟表写示，子有了DAB和，B点在短图中碗的平德面位鹅置b就可除以确嫂定。怎由于A、腹B两点尼的高叼程不距同，乓除平呢面位头置外惩，还贫要知般道它图们的捧高低蝴关系耐，即A、虑B两点拜的高肥程HA、HB或A、素B两点歌间的榴高差HAB，这样B点的间位置修就完嗽全确橡定了酒。如窝果还证要确雄定C点在竟图中倡的位照置c，则需要绒测量BC在水警平面挎的水经平距隶离DBC及b点上袖相邻与两边炊的水虎平夹饼角以复及Hc或hBC。由此旱可知，水平伶距离晶、水沃平角诱及高绩程是价确定乐地面掌点相校对位桂置的姿三个酸基本漠几何订要素度。测勿量地净面点抖的水狸平距首离、牲水平伙角及伞高程眯是测券量的抛基本敲工作尾。2．蚂测量漂的基丘本原夺则无论察是测裤绘地俘形图躺还是弱施工饼放样夕测量艇，要碗在某渗一点跌上测吴绘该谱地区女所有信的地团物和雹地貌娱或测火设建坡筑物清的全松部细末部是故不可庙能的障。例惯如图辩1—住14纠所示巨，在A点只碌能测翁绘附呜近的驶房屋并、道令路等跑的平她面位鱼置和订高程悔，对盐于山昨的另先一面爸或较作远的墓地物男就观袄测不衰到，我因此化，必宰须连分续地惊逐个券设站吧观测破。所菌以测深量工派作必因须按苍照一顾定的川原则脸进行克，这错就是承在布控局上“由笋整体度到局盲部”，在工郊作步刷骤上“先自控制久后碎剃部”。即撕先进号行控僻制测腰量，万然后期进行闭碎部尸测量齿。图1-间-1酬4控制煌测量怖包括童平面溪控制念测量吩和高辫程控军制测撑量，迈如图1—14，先崖在测芒区内独部设A、B、C、D、E，F等控会制点封连成球控制来网(图中笔为闭仪合多穴边形)，用唇较精捐密的建方法沉测定辞这些逮点的捧平面遗位置束和高流程，塌以控鸟制整粗个测俘区，吧并依惕一定谱比例犬尺将格它们押缩绘吗到图爽纸上砌，然艳后以酱控制鹊点为迷依据在进行烧碎部绞测量艺，即既在各辟控制阿点上这测量因附近钥的屋析角、薪道路鹊中心泥线和妙河岸杨线的拍转折你点，邮以及约地貌锯的特汁征点(山脊跃线、玩山谷孤线的毅起点娃终点淘，地侍貌方逗向及亲坡度色变化选点等)，对董照实布地情框况，渣按一僻定符节号，旦描绘异成图换。对化于建刺筑物磨的施可工放细样，紧也必乔须遵畏循“由籍整体姻到局眨部”派、“引先控距制后崖碎部滑”的原贺则。睛先在币施工用地区驶布设缎施工侦控制霜网，樱控制环整个渡建筑叉