水利工程施工测量二

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.箩2.饿2地倦面点榴位置明的表幼示方封法1.尊地心单空间益直角袍坐标赛系目前玩，卫苹星大优地测筐量的罩日益始发展们，常茶用地虚心空佳间直制角坐雁标来哀表示累空间草一点俩的地结心空拥间直床角坐炭标系裁的原良点设亮在地个球椭毅球的播中心O，用相铺互垂绢直的x、楚y、屯z三个讲轴表肢示，x轴通使过起打始子介午面吹与赤年道的飞交点撑，z轴与怠地球仿旋转如轴重泉合，并形成劝右手夏坐标且系。亡如图屑如图耗1—慨3所蜂示图1恒—3顷空间当直角盯坐标母系2.地面受点的男大地方坐标死系用地浑面点贡的大普地坐馅标系殖表示猾地面医点的赞位置款需要晶三个宴参数其：大夏地经侧度，皮大地继纬度熟，大摊地高大地绢经度L和大暴地纬递度B表示施地面返点在巷参考区椭球扯面上促的二杂维投帐影位炉置，娱用大排地高H表示礼地面酒点到碍参考话椭球次面的刃垂直序距离顽，如图1—4所示图1欲—4徒大地萝坐标至系1.构2.嘴3二爸维坐美标系1.烧2．现3．剖1平适面直蹲角坐恰标在小畜范围已进行辫测量摇工作粱时，淡可用屈水平掌面作贩为基傅准面冒，平耽面直崇角坐将标系辉的原明点以O表示(图1—5)。通锻过O点的乞南北抚方向腊线为x轴(纵轴)，向谈北为拾正，窄向南迅为负俗；通独过O点而覆垂直订于X轴的谱东西的方向仅线为Y轴(横轴)，向答东为逗正，姿向西株为负剑。象含限次席序按泽顺时甲针方卷向排企列。光为了漫避免厚测区浮内各宣点的侨坐标汪出现数负值板，通童常将躁原点O选在堂测区焦西南骄角上任，使讲地面骂各点蹲都投铸影于梳第1象限煎内。廊如图1—5中，地蛇面点A、B的位糟置分辆别用平面伸直角蚁坐标(xA、yA)、(xB、yB)表示取；该紧两点绒的坐标舌之差鬼称为另坐标器增量贝，以⊿x、⊿y表示匆。坐考标增量可拦以通哥过测落量有痒关距祝离和角报度进更行计曾算求禁得。图1属—5麻平面籍直角签坐标2．胶3．侮2高转斯平栋面直吐角坐稀标在大歪范围批进行懂测量当工作棉时，拉由于假水平议面和就水准晴面存拉在较锦大的碧差异掠，所惑以不团能用肝水平虚面代需水准辅面。除应将卡地面朋点投稻影到朗椭球兼面上等，再污按一中定的栋条件灾投影沸到平商面上来，形肌成统泛一的欣平面环直角忠坐标卸系。捡我国苍现采苏用的矿是高村斯—符克吕某格投购影方贺法，慰该方可法是返按一锦定经炼差将闲地球胀椭球鲁面划个分成思若干邪投影狡带，浓如图轧1-侄6所盾示图1阻—6间高斯蔑平面在直角光坐标。再将驳每一协带投笛影到拜平面咏上，纹以中牌央子割午线恼的投暴影为巨纵轴寺，赤富道线咽的投粒影为败横轴峡，建垒立统巴一的疗平面劲直角史坐标适系统坝。如菌图1-苍7所示图1作—7刮高斯曾平面廊直角倚坐标思系统分带战时，简既要洁考虑齐投影厌后长扣度变睡形不前大，柜又要笼使带晃数不食至于介过多恰以减像小换何带计遮算工标作，圆通常达按经成差6º或3º分岭为六族度带告或三妻度带换。六妖度带淡自0º子钩午线楼起每伍隔经捏差6º自宅西向异东分砌带，姿将整申个地储球分昆成60个投糕影带弄。用第1、第2、第3、…哪、第60表示厉投影遗带的央带号牢，如及图1-肝8所示裳。三乒度带父是在叼六度辅带的帆基础染上分沸成的捐，它莫的中罩央子怒午线战与六轧度带藏的中窝央子侵午线娇和分驼带子尖午线矿重合蛛，即帆自东臭经1．5º子阳午线孔起每毙隔经捡差3º自肢西向予东分蜡带，敢将整酸个地腊球分瞎成12被0个投并影带富。用粘第1、第2、第3、…骡、第12披0表示疑投影锯带的届带号杀。图1蓄--西--很8籍椭流球面惰分带旧示意蒸图六度代带中芬任意渠带的语中央总子午亩线经从度Lo为：式中堆，N为6º投影践带的井带号绕。如本图1渐-9鲁所示长三度绍带中敏任意椒带的宽中央熄子午计线经册度划琴为Ll=3朝n式中币，n为3º投影员带的不带号顽。如以图1灰-9宾所示图1蝇—9吼高斯拜平面码分带工示意截图高斯桥平面馒直角校坐标磁以赤闻道为仅零起慨算，卫赤道勉以北呜为正亚，以窄南为奋负高斯才平面娃直角辩坐标面以赤尊道为冷零起修算，惊赤道捆以北腿为正米，以洋南为斜负.1.瓶2.疲4被高程锻系1.焦绝对颗高程地面蜜点沿拳铅垂者线方汗向至瞎大地营水准嗽面的嗽距离愤称为嘱绝对示高程磁，亦孟称为胁海拔凡。在供图1巨-1乒0中鄙，地掘面点A和B的绝球对高舒程分能别为HA和HB。我国临规定介以黄刚海平习均海拖水面厅作为穷我国狠的大骡地水萍准面源。图1—纽奉10想绝对排高程2.恳相对薄高程地面判点沿锐铅垂港线方告向至框任意酿水准盾面的绑距离对称为俯该点嘱的相奏对高犁程，亦称黄为独竹立高宝程。篮在图逆1-焦10洞中，盈地面肾点A和B的相再对高希程分黑别为H‘A和H’B，两点殖高程红之差单称为公高差触，以杰符号肃“h”表示葱。图每1—总10钱中，A、B两点拜的高悼差为胃：像。在测攻量工估作中鹊，一津般采谎用绝以对高绿程，碑只有况在偏必僻地晨区，鹿没有里已知昼绝对买高程滔点或胡相对牵独立回的地鉴区时跃，才慌采用奥相对鉴高程洪。1.记3用水价平面接代替巷水准负面的侦限度在普峰通测绍量中个，当外测区伪面积箩不大彻时，秘又可口把球骂面视有为平晓面，辉用水自平面嫂代替衫水准血面，衣使计券算和垄绘图舰工作雄大为话简化麻，但腔是多略大范众围内愿才允雪许用究水平直面代帖替水抖准面某。以刺下就孕讨论券以水给平面垫代替栏水准拼面对洪水平艇距离焰、高殊差及庸角度汗测量刑的影炕响，利从而神明确艰用水石平面坏可以交代替策水准己面的系范围角。1.淋4县测遇量工界作概蓄述1.奇4.繁1绸测嚼量的止基本轮工作在测者量工冤作中愈，地倚面点膛的三漠维坐进标(X，多y，体H)一般答是间长接测改出的腹。设A、邻B、席C为地那面上伐的三放点(镰如图敬1-氏13咬所示玩)，颗投影鲁到水脚平面既上的碎位置扯分别坊为a、当b、科c.如果A点的床位置策已知泊，要霜确定B点的城位置嘴，需哥要确钞定B点到A点在状水平木面上心的水营平距殿离DAB和B点位珠于A点的侧方位胳。图钓中ab的方浮向可登用通歉过点跟的指蜡北方骑向与ab的夹艘角(绑水平扯角)刃表吼示，常有了DAB和，B点在福图中狠的平敲面位峰置b就可义以确费定。核由于A、洪B两点劝的高做程不惑同，爆除平匆面位覆置外奏，还朝要知橡道它差们的张高低抱关系警，即A、财B两点标的高顾程HA、HB或A、凭B两点烦间的仆高差HAB，这样B点的形位置热就完始全确鸣定了寺。如短果还血要确夕定C点在盛图中泰的位纷置c，则需愁要测感量BC在水疑平面帮的水体平距扫离DBC及b点上掩相邻苗两边锅的水捞平夹离角以旱及Hc或hBC。1．撕对水痕平距色离的雕影响如图芬1—椅11挖所示男，A、碍B为地闪面上膀两点房诚，它铺们在响大地茂水准盈面上拨的投值影为a、蜂b，弧长腿为D。在水胆平面基上的傍投影辩为aˊ、bˊ，其距项离为Dˊ，两者火之差D即为将用水捷平面呈代替究水准钳面所虽产生送的误花差。设地敬球的缓半径划为R，胖AB所对迹的圆板心角益为糖"恩，则因为则有将ta绑n按级慨数展骆开，驱并略导去高悔次项就，取失前两更项得居：则单△D=(1帝.1息)以代做人式颤(1错．1进)，遣得问(坑1.膨2)表示恳成相碎对误福差为拿：塑(漠1.伍3)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用水扇平面月代替迁水准唇面对誉距离惜的影陵响图1更—1歇1水深平面煌代替址水准奶面对冻水平距离促及高答差的徐影响2．爱对高栋差的阻影响在图漏1—防11歇中，A、救B两点乡丰在同我一水拼准面拍上，所其高欲差应招为零寇。B点投秤影在聪水平散面上珠得b′点，常则bb柄′即为牺水平断面代孕替水的准面默所产船生的巡寿高差它误差少，或旦称为湿地球事曲率缸的影董响。bb党′=甩△h(R污+△区h)化简哀得：(1驰.4讽)D(m)1002005001000△h(mm)0.83.119.678.5表1—2用水络平面榜代替森水准书面对盾高差姑的影龟响第四篇节脾测邮量工证作概颜述1．测量迟的基震本工驱作在测福量工品作中菜，地差面点映的三普维坐融标(X，误y，夹H)一般顶是间慎接测垂出的冒。设A、你B、您C为地刊面上铃的三拆点(堪如图旋1-黎13奴所示枣)，咬投影要到水膛平面田上的侄位置排分别句为a、随b、先c.如果A点的霞位置甜已知蛙，要召确定B点的拳位置之，需腾要确罚定B点到A点在橡水平驴面上防的水栗平距厉离DAB和B点位能于A点的买方位帐。图讽中ab的方害向可赔用通毒过点花的指枯北方眉向与ab的夹常角(星水平亭角)茅表会示，有有了DAB和，B点在巩图中肤的平甘面位予置b就可处以确向定。卵由于A、樱B两点鞠的高捕程不闪同，毛除平进面位构置外薯，还峡要知朽道它争们的祸高低论关系阁，即A、川B两点踏的高端程HA、HB或A、富B两点构间的迈高差HAB，这样B点的裕位置运就完华全确稻定了俘。如怕果还全要确址定C点在匙图中酬的位骆置c，则需要偶测量BC在水族平面奶的水常平距框离DBC及b点上贤相邻岁两边岩的水叫平夹犯角以晶及Hc或hBC。由此恐可知，水平逃距离订、水宗平角密及高赌程是班确定弊地面柄点相夫对位妈置的象三个滨基本扑几何邻要素厅。测染量地谷面点犬的水朵平距房诚离、南水平伙角及球高程术是测忽量的滚基本伙工作蚊。2．劲测量贴的基划本原虫则无论依是测算绘地笔形图别还是仪施工买放样盆测量葱，要凳在某曾一点监上测价绘该桐地区夫所有穴的地穿物和吊地貌灭或测为设建状筑物到的全帝部细葬部是榆不可宿能的屿。例师如图牵1—嘱14龙所示浪，在A点只搞能测揭绘附阅近的缴房屋颈、道乱路等乒的平撞面位诱置和生高程秩，对丝式于山暮的另仆一面圈或较戏远的性地物仪就观担测不雾到，哈因此饮，必护须连翅续地冠逐个催设站轮观测射。所巴以测惊量工衡作必抄须按酸照一臂定的隆原则友进行匪，这杰就是用在布廉局上“由鞭整体触到局碗部”，在工比作步鼓骤上“先堂控制阿后碎酱部”。即苦先进倒行控讨制测驰量，老然后次进行揉碎部贯测量扯。图1-情-1闻4控制枕测量斜包括敬平面总控制对测量狠和高来程控刊制测狸量，友如图1—14，先漂在测肯区内刑部设A、B、C、D、E，F等控识制点眉连成解控制泻网(图中默为闭摩合多鹿边形)，用袜较精传密的支方法沙测定壁这些侧点的布平面冠位置公和高每程，静以控澡制整剪个测碎区，眼并依奖一定截比例闭尺将搅它们开缩绘踩到图圆纸上澡，然粱后以准控制忧点为用依据真进行肠碎部窄测量距，即剧在各握控制盛点上屿测量森附近嫁的屋角角、镜道路哭中心酱线和设河岸旁线的环转折叮点，暂以及扰地貌可的特企征点(山脊砍线、佳山谷务线的很起点即终点帽，地债貌方每向及归坡度胖变化沿点等)，对光照实汉地情假况，导按一辫定符让号，缸描绘集成图扇。对功于建招筑物泥的施骗工放仁样，泪也必绞须遵萄循“由弄整体茄到局她部”体、“植先控盲制后封碎部缘瑞”的原盆则。危先在冻施工踪蝶地区哪布设宜施工揭控制质网，柄控制灭整个身建筑沸