水利工程測(cè)量ppt版（共41頁）

1、水利工程測(cè)量主講：郭向紅太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院個(gè)人簡(jiǎn)介郭向紅，博士，講師。主要研究方向節(jié)水灌溉理論與技術(shù)、土壤水動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)模擬、土壤-作物-大氣（SPAC）系統(tǒng)水分傳輸與模擬。作為主要完成人參與了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家“863”項(xiàng)目，國家科技部支撐項(xiàng)目、山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目、山西省研究生創(chuàng)新項(xiàng)目、太原市大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等多項(xiàng)縱向項(xiàng)目。在農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)、農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)、水科學(xué)進(jìn)展、水利學(xué)報(bào)、排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)、應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)、Hydrology Research等發(fā)表論文20余篇，被EI、SCI、ISTP收錄10余篇。榮獲山西省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，山西省高等學(xué)?？萍歼M(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國

2、家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局軟件著作權(quán)2項(xiàng)，第六屆農(nóng)業(yè)水土工程專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)年會(huì)優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)論文1項(xiàng)。主講本科生課程：水利工程測(cè)量、農(nóng)田水利學(xué)、灌溉工程新技術(shù)、Fortran程序設(shè)計(jì)，碩士博士研究生課程：排灌理論與技術(shù)。課程性質(zhì)、目的和任務(wù)水利工程測(cè)量是水利工程專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生具有測(cè)繪科學(xué)方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本的測(cè)繪技能。本課程的教學(xué)任務(wù)是通過理論講授、實(shí)驗(yàn)和教學(xué)實(shí)習(xí)，使學(xué)生逐步掌握水利工程測(cè)量方面的基礎(chǔ)理論、掌握常規(guī)測(cè)量?jī)x器的操作使用方法、掌握小區(qū)域大比例尺地形圖的測(cè)繪方法、掌握水利工程施工放樣測(cè)量技術(shù)，并具有正確使用測(cè)繪資料的能力，為今后從事本專業(yè)的勘測(cè)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及管

3、理打下基礎(chǔ)。教學(xué)環(huán)節(jié)水利工程測(cè)量課堂講授課程實(shí)驗(yàn)測(cè)量實(shí)習(xí)本學(xué)期下學(xué)期課程考核方法課堂表現(xiàn)試卷成績(jī)作業(yè)每節(jié)課開始之前對(duì)上節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行提問每章作業(yè)完成情況第一章 緒 論1.1水工程測(cè)量的任務(wù)1.2地面上點(diǎn)位的確定1.3用水平面代替水準(zhǔn)面的限度1.4測(cè)量工作的基本原則1.5測(cè)繪科學(xué)的發(fā)展概況1.1水工程測(cè)量的任務(wù)一、測(cè)量學(xué)的含義及其分類 1、定義：研究地球及其表面各種形態(tài)的學(xué)科,主要任務(wù)是測(cè)定地球 表面的點(diǎn)位和幾何形狀，并繪制成圖，以及測(cè)定和研究地球的形狀和大小。 2、分類： 【1】大地測(cè)量學(xué) 【2】地形測(cè)量學(xué) 【3】攝影測(cè)量學(xué) 【4】工程測(cè)量學(xué) 【5】地圖制圖學(xué)大地測(cè)量學(xué)研究在地球表面大區(qū)域內(nèi)建立

4、國家大地控制網(wǎng)，測(cè)定地球形狀大小和地球重力場(chǎng)的理論、技術(shù)和方法的科學(xué)，稱為大地測(cè)量學(xué)地形測(cè)量學(xué)研究小區(qū)域內(nèi)測(cè)繪地形圖的基本理論、技術(shù)和方法的學(xué)科稱為地形測(cè)量學(xué)攝影測(cè)量學(xué)利用攝影像片測(cè)定物體的形狀、大小和空間位置的方法稱為攝影測(cè)量學(xué)。工程測(cè)量學(xué)研究礦山、水利、道路、城市建設(shè)等各項(xiàng)工程建設(shè)在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工和工程管理階段進(jìn)行的各項(xiàng)測(cè)量工作的學(xué)科。地圖制圖學(xué)研究地圖及其制作理論、工藝和應(yīng)用的學(xué)科，稱為地圖制圖學(xué)。二、水利工程測(cè)量的任務(wù) 1、為水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)提供所需的地形資料。規(guī)劃時(shí)需提供中、小比例尺地形圖及有關(guān)信息，建筑物設(shè)計(jì)時(shí)要測(cè)繪大比例尺地形圖。 2、施工階段要將圖上設(shè)計(jì)好的建筑物按其位置、大小

5、測(cè)設(shè)于地面，以便據(jù)此施工，稱為施工放樣。 3、在施工過程中及工程建成后運(yùn)行管理中，需要對(duì)建筑物的穩(wěn)定性及變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)變形觀測(cè)，確保工程安全。1.2地面上點(diǎn)位的確定認(rèn)識(shí)地球是人類探索的目標(biāo)之一，也是測(cè)量學(xué)的任務(wù)之一;絕大多數(shù)測(cè)量工作是在地球上進(jìn)行，或以地球作為參考系。地物：地面上的道路、河流、房屋等地面上位置固定的天然、人工物體。地貌：地表高低起伏的形態(tài)。地形：地物和地貌的總稱。一、地球的形狀和大小1、地球的形狀和大小 地球既圍繞太陽旋轉(zhuǎn)又繞自己的軸自轉(zhuǎn)，地球上的物體將受到地球、太陽、月亮引力、離心力等多種力的作用，而其中主要是受到離心力和地球質(zhì)心吸引力的作用，這兩個(gè)力的合力稱為重力，重力方

6、向即為垂線方向。 由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使得地球成橢球形，其赤道半徑大，極半徑小。地球表面并不光滑，形狀十分復(fù)雜，有高山平原，江河湖泊，如： 有高于海平面8848m珠穆朗瑪峰 有低于海平面11022m馬里亞納海溝 但是這樣的高低變化與地球半徑6371km相比只有1/600變化是微小的。因?yàn)楹Ｑ蠹s占整個(gè)地球表面的71%。 所以人們?cè)O(shè)想將靜止的海水面向整個(gè)陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個(gè)曲面稱為大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面所包含的形體，稱為大地體，它代表了地球的自然形狀和大小。2、水準(zhǔn)面定義：設(shè)想以一個(gè)靜止不動(dòng)的水面向陸地延伸，形成一個(gè)閉合的曲面包圍整個(gè)地 球，稱這個(gè)閉合曲面為水準(zhǔn)面。特點(diǎn)

7、： 1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。 2.有無窮多個(gè)，但各水準(zhǔn)面之間是不平行的。 3.是不規(guī)則的閉合曲面水準(zhǔn)面地球自然表面3、大地水準(zhǔn)面 定義：水準(zhǔn)面有無數(shù)個(gè)，其中通過平均海水面的一個(gè)水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面。 作用：測(cè)量工作的基準(zhǔn)面 獲?。何覈谇鄭u設(shè)有驗(yàn)潮站大地水準(zhǔn)面包圍的形體稱為大地體地球自然表面大地水準(zhǔn)面4、旋轉(zhuǎn)橢球面與旋轉(zhuǎn)橢球體 由于大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則曲面，無法準(zhǔn)確描述和計(jì)算。也難以在其面上處理測(cè)量成果。因此，用一個(gè)非常接近大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)模型旋轉(zhuǎn)橢球面代替大地水準(zhǔn)面。用旋轉(zhuǎn)橢球體描述的地球，稱為參考橢球體。構(gòu)成：由橢圓NWSWE繞其短軸NS旋轉(zhuǎn)而形成的。要求：總質(zhì)量=地球質(zhì)量

8、，中心與質(zhì)心重合，短軸與旋轉(zhuǎn)重合。 旋轉(zhuǎn)角速度與地球自轉(zhuǎn)速度相等。 表面與大地水準(zhǔn)面擬合最好。 大地水準(zhǔn)面與橢球面高差最大差為200m旋轉(zhuǎn)橢球面大地水準(zhǔn)面abNSWEa=6378140m扁率=(a-b)/a =1:298.257（1）1954年北京坐標(biāo)系，采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基 參考橢球體參數(shù)： a=6378245m =1:298.3（2）1980年國家大地坐標(biāo)系采用國際大地測(cè)量協(xié)會(huì)與 地球物理聯(lián)合會(huì)在1975年推薦的IUGG-75地球橢球。 其參數(shù)： a=6378140m =1:298.257（3）在測(cè)量工作范圍不大時(shí)，可將地球看作圓球體，以球面代替大地水準(zhǔn)面，其半徑R=6371km 二、地

9、面上點(diǎn)位的表示方法（一）坐標(biāo)1、地理坐標(biāo) 以經(jīng)度和緯度表示地面點(diǎn)位置的稱為地理坐標(biāo)。NSWEo首子午線格林威治地面上任意點(diǎn)M（、）子午面子午線又叫經(jīng)線M點(diǎn)的經(jīng)度M點(diǎn)的緯度空間位置包括點(diǎn)在球面上的位置和到水準(zhǔn)面的距離2、高斯平面直角坐標(biāo)以中央子午線作為坐標(biāo)縱軸（用X表示）以赤道作為坐標(biāo)橫軸（用Y表示）。S赤道中央子午線中央子午線赤道NNS6帶的劃分為限制高斯投影離中央子午線愈遠(yuǎn)，長(zhǎng)度變形愈大的缺點(diǎn)，從經(jīng)度0開始，將整個(gè)地球分成60個(gè)帶，6為一帶。9o0o3o6o1220102o105o108o111o120o1819114o12o117o500kmyMyxM我國高斯平面直角坐標(biāo)的表示。方法：（1

10、）先將自然值的橫坐標(biāo)Y加上500000米； （2）再在新的橫坐標(biāo)Y之前標(biāo)以2位數(shù)的帶號(hào)。 例如：M點(diǎn)位于111o中央子午線以西4321.90m，那么對(duì)應(yīng)的高斯坐標(biāo)的橫坐標(biāo)是多少？第一步：計(jì)算帶號(hào)N=(111+3)/6=19第二步：計(jì)算橫坐標(biāo)19500000-4321.90=19495678.103帶的劃分從東經(jīng)130 開始，將整個(gè)地球分成120個(gè)帶，3為一帶。 例如，南京市處于東經(jīng)11847 ，即6帶號(hào) =(11847+3)/6= 20.3=20 = 620-3 = 1173帶號(hào) 即 n = 11847/3= 39.6=40 = 3 = 340 = 120適用于：測(cè)區(qū)范圍較大，不能將測(cè)區(qū)曲面當(dāng)

11、作平面看待。 3、平面直角坐標(biāo)系適用于：測(cè)區(qū)范圍較小，可將測(cè)區(qū)曲面當(dāng)作平面看待。西y (東)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAox (北)獨(dú)立平面直角系原點(diǎn)一般選擇在測(cè)區(qū)西南角直接將地面點(diǎn)沿鉛垂線方向投影到水平面上。在實(shí)際測(cè)量中，一般將坐標(biāo)原點(diǎn)選在測(cè)區(qū)的西南角，使測(cè)區(qū)內(nèi)的點(diǎn)位坐標(biāo)均為正值，并以該測(cè)區(qū)的子午線(或磁子午線)的投影為X軸，向北為正，與之相垂直的為Y軸，向東為正，由此建立了該測(cè)區(qū)的獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系。其與數(shù)學(xué)中平面直角坐標(biāo)系相比，不同點(diǎn)：1測(cè)量上取南北方向?yàn)榭v軸（X軸），東西方向?yàn)闄M軸（Y軸）2角度方向順時(shí)針度量，象限順時(shí)針編號(hào)。相同點(diǎn)：數(shù)學(xué)中的三角公式在測(cè)

12、量計(jì)算中可直接應(yīng)用。（二）高程1、絕對(duì)高程（海拔）：指地面點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離，用表示。2、相對(duì)高程：地面上一點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離（H）3、高差：地面上兩點(diǎn)間的高程之差。（h） AB點(diǎn)的高差： hAB=HB-HA=HB-HAABHAHBHAHB大地水準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)面黃海平均海水面hAB三、地面點(diǎn)的相互位置關(guān)系及測(cè)量的基本工作水平距離、水平角及高程是確定地面點(diǎn)相對(duì)位置的三個(gè)基本幾何要素。要確定地面點(diǎn)的相對(duì)位置常規(guī)測(cè)量的基本工作是： 測(cè)距離 D 測(cè)角度（） 測(cè)高差 hABCabcxy1.3用水平面代替水準(zhǔn)面的限度一、地球曲率對(duì)水平距離的影響oABABCtdRR地球半徑6371Km圓心

13、角將tg用級(jí)數(shù)展開，去前兩項(xiàng)，得：因?yàn)?d/R，故：相對(duì)誤差：表1水平面代替水準(zhǔn)面的距離誤差和相對(duì)誤差 距離D/km距離誤差D/mm相對(duì)誤差D/D1081/1 220 000251281/200 0005010261/49 00010082121/12 000 由表可知，在半徑為10km的范圍內(nèi)（相當(dāng)于面積320km2），用水平面代替水準(zhǔn)面可不考慮地球曲率對(duì)距離的影響。 當(dāng)精度要求較低時(shí)，還可以將測(cè)量范圍的半徑擴(kuò)大到25km(相當(dāng)于面積2000km2)。二、地球曲率對(duì)高程的影響B(tài)AABCtdR將sec用級(jí)數(shù)展開，取前兩項(xiàng)，得：代入得：因?yàn)?d/R，故：取R637lkm，則得相應(yīng)的高差誤差值，如表所列。 距離D/km0.l0.20.30.40.512510h /mm 0.83713207831419627848表2 水平面代替水準(zhǔn)面的高差誤差由表可知，在進(jìn)行水準(zhǔn)(高程)測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)用水準(zhǔn)面作為測(cè)量的基準(zhǔn)面。1.4 測(cè)量工作的基本原則1、測(cè)量工作的基本原則在實(shí)際測(cè)量工作中應(yīng)當(dāng)遵守以下基本原則:在測(cè)量布局上，應(yīng)遵循“由整體到局部”的原則；在測(cè)量精度上，應(yīng)遵循“由高級(jí)到低級(jí)”的原則；在測(cè)量程序上，應(yīng)遵循“先控制后碎部”的原則。在測(cè)量過程中，應(yīng)遵循“隨時(shí)檢查，杜絕錯(cuò)誤”的原則。1.5 測(cè)繪科學(xué)歷史我國古代：夏禹治水春秋戰(zhàn)國：指南針東漢:張衡候風(fēng)地動(dòng)儀唐代：南宮