知名高校水利工程測(cè)量教學(xué)課件（41圖文豐富）

水利工工程測(cè)測(cè)量主講：：郭向向紅太原理理工大大學(xué)水水利科科學(xué)與與工程程學(xué)院院個(gè)人簡(jiǎn)簡(jiǎn)介郭向紅紅，博博士，，講師師。主主要研研究方方向節(jié)節(jié)水灌灌溉理理論與與技術(shù)術(shù)、土土壤水水動(dòng)力力學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)模擬擬、土土壤-作物-大氣（（SPAC）系統(tǒng)統(tǒng)水分分傳輸輸與模模擬。。作為為主要要完成成人參參與了了國(guó)家家自然然科學(xué)學(xué)基金金項(xiàng)目目、國(guó)國(guó)家““863”項(xiàng)目目，國(guó)國(guó)家科科技部部支撐撐項(xiàng)目目、山山西省省科技技攻關(guān)關(guān)項(xiàng)目目、山山西省省研究究生創(chuàng)創(chuàng)新項(xiàng)項(xiàng)目、、太原原市大大學(xué)生生創(chuàng)新新項(xiàng)目目等多多項(xiàng)縱縱向項(xiàng)項(xiàng)目。。在《農(nóng)業(yè)工工程學(xué)學(xué)報(bào)》、《農(nóng)業(yè)機(jī)機(jī)械學(xué)學(xué)報(bào)》、《水科學(xué)學(xué)進(jìn)展展》、《水利學(xué)學(xué)報(bào)》、《排灌機(jī)機(jī)械工工程學(xué)學(xué)報(bào)》、《應(yīng)用基基礎(chǔ)與與工程程科學(xué)學(xué)學(xué)報(bào)報(bào)》、《HydrologyResearch》等發(fā)表表論文文20余篇，，被EI、SCI、ISTP收錄10余篇。。榮獲獲山西西省科科技進(jìn)進(jìn)步一一等獎(jiǎng)獎(jiǎng)1項(xiàng)，山山西省省高等等學(xué)校校科技技進(jìn)步步一等等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)國(guó)家知知識(shí)產(chǎn)產(chǎn)權(quán)局局軟件件著作作權(quán)2項(xiàng)，第第六屆屆農(nóng)業(yè)業(yè)水土土工程程專業(yè)業(yè)委員員會(huì)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)會(huì)年會(huì)會(huì)優(yōu)秀秀青年年學(xué)術(shù)術(shù)論文文1項(xiàng)。主主講本本科生生課程程：《水利工工程測(cè)測(cè)量》、《農(nóng)田水水利學(xué)學(xué)》、《灌溉工工程新新技術(shù)術(shù)》、《Fortran程序設(shè)設(shè)計(jì)》，碩士士博士士研究究生課課程：：《排灌理理論與與技術(shù)術(shù)》。課程性性質(zhì)、、目的的和任任務(wù)《水利工工程測(cè)測(cè)量》是水利利工程程專業(yè)業(yè)的一一門技技術(shù)基基礎(chǔ)課課，其其教學(xué)學(xué)目的的是培培養(yǎng)學(xué)學(xué)生具具有測(cè)測(cè)繪科科學(xué)方方面的的基礎(chǔ)礎(chǔ)理論論知識(shí)識(shí)和基基本的的測(cè)繪繪技能能。本課程程的教教學(xué)任任務(wù)是是通過過理論論講授授、實(shí)實(shí)驗(yàn)和和教學(xué)學(xué)實(shí)習(xí)習(xí)，使使學(xué)生生逐步步掌握握水利利工程程測(cè)量量方面面的基基礎(chǔ)理理論、、掌握握常規(guī)規(guī)測(cè)量量?jī)x器器的操操作使使用方方法、、掌握握小區(qū)區(qū)域大大比例例尺地地形圖圖的測(cè)測(cè)繪方方法、、掌握握水利利工程程施工工放樣樣測(cè)量量技術(shù)術(shù)，并并具有有正確確使用用測(cè)繪繪資料料的能能力，，為今今后從從事本本專業(yè)業(yè)的勘勘測(cè)、、規(guī)劃劃、設(shè)設(shè)計(jì)、、施工工及管管理打打下基基礎(chǔ)。教學(xué)環(huán)節(jié)本學(xué)期下學(xué)期課程考核方法法課堂表現(xiàn)試卷成績(jī)作業(yè)每節(jié)課開始之之前對(duì)上節(jié)課課內(nèi)容進(jìn)行提提問每章作業(yè)完成成情況第一章緒論論§1.1水工程測(cè)量的的任務(wù)§1.2地面上點(diǎn)位的的確定§1.3用水平面代替替水準(zhǔn)面的限限度§1.4測(cè)量工作的基基本原則§1.5測(cè)繪科學(xué)的發(fā)發(fā)展概況§1.1水工程測(cè)量的的任務(wù)一、測(cè)量學(xué)的的含義及其分分類1、定義：研究究地球及其表表面各種形態(tài)態(tài)的學(xué)科,主要任務(wù)是測(cè)測(cè)定地球表表面的的點(diǎn)位和幾何何形狀，并繪繪制成圖，以以及測(cè)定和研研究地球的形形狀和大小。。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)研究在地球表表面大區(qū)域內(nèi)內(nèi)建立國(guó)家大大地控制網(wǎng)，，測(cè)定地球形形狀大小和地地球重力場(chǎng)的的理論、技術(shù)術(shù)和方法的科科學(xué)，稱為大大地測(cè)量學(xué)地形測(cè)量學(xué)研究小區(qū)域內(nèi)內(nèi)測(cè)繪地形圖圖的基本理論論、技術(shù)和方方法的學(xué)科稱稱為地形測(cè)量量學(xué)攝影測(cè)量學(xué)利用攝影像片片測(cè)定物體的的形狀、大小小和空間位置置的方法稱為為攝影測(cè)量學(xué)學(xué)。工程測(cè)量學(xué)研究礦山、水水利、道路、、城市建設(shè)等等各項(xiàng)工程建建設(shè)在規(guī)劃設(shè)設(shè)計(jì)、施工和和工程管理階階段進(jìn)行的各各項(xiàng)測(cè)量工作作的學(xué)科。地圖制圖學(xué)研究地圖及其其制作理論、、工藝和應(yīng)用用的學(xué)科，稱稱為地圖制圖圖學(xué)。二、水利工程程測(cè)量的任務(wù)務(wù)1、為水利工程程規(guī)劃設(shè)計(jì)提提供所需的地地形資料。規(guī)規(guī)劃時(shí)需提供供中、小比例例尺地形圖及及有關(guān)信息，，建筑物設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)要測(cè)繪大大比例尺地形形圖。2、施工階段要要將圖上設(shè)計(jì)計(jì)好的建筑物物按其位置、、大小測(cè)設(shè)于于地面，以便便據(jù)此施工，，稱為施工放放樣。3、在施工過程程中及工程建建成后運(yùn)行管管理中，需要要對(duì)建筑物的的穩(wěn)定性及變變化情況進(jìn)行行監(jiān)測(cè)——變形觀測(cè)，確確保工程安全全?！?.2地面上點(diǎn)位的的確定認(rèn)識(shí)地球是人人類探索的目目標(biāo)之一，也也是測(cè)量學(xué)的的任務(wù)之一;絕大多數(shù)測(cè)量量工作是在地地球上進(jìn)行，，或以地球作作為參考系。。地物：地面上上的道路、河河流、房屋等等地面上位置置固定的天然然、人工物體體。地貌：地表高高低起伏的形形態(tài)。地形：地物和和地貌的總稱稱。一、地球的形形狀和大小1、地球的形狀狀和大小地球既圍繞太太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)又繞繞自己的軸自自轉(zhuǎn)，地球上上的物體將受受到地球、太太陽(yáng)、月亮引引力、離心力力等多種力的的作用，而其其中主要是受受到離心力和和地球質(zhì)心吸吸引力的作用用，這兩個(gè)力的合合力稱為重力力，重力方向向即為垂線方方向。由于地球的自自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，，使得地球成成橢球形，其其赤道半徑大大，極半徑小小。地球表面面并不光滑，，形狀十分復(fù)復(fù)雜，有高山山平原，江河河湖泊，如：：有高于海平面面8848m珠穆朗瑪峰有低于海平面面11022m馬里亞納海溝溝但是這樣的高高低變化與地地球半徑6371km相比只有1/600變化是微小的的。因?yàn)楹Ｑ笱蠹s占整個(gè)地地球表面的71%?！锼匀藗?cè)O(shè)設(shè)想將靜止的的海水面向整整個(gè)陸地延伸伸，用所形成成的封閉曲面面代替地球表表面，這個(gè)曲曲面稱為大地地水準(zhǔn)面。大大地水準(zhǔn)面所所包含的形體體，稱為大地地體，它代表表了地球的自自然形狀和大大小。2、水準(zhǔn)面定義：設(shè)想以以一個(gè)靜止不不動(dòng)的水面向向陸地延伸，，形成一個(gè)閉閉合的曲面包包圍整個(gè)地球球，，稱這個(gè)閉合合曲面為水準(zhǔn)準(zhǔn)面。特點(diǎn)：1.重力等位面，，其表面處處處與重力方向向垂直。2.有無(wú)窮多個(gè)，，但各水準(zhǔn)面面之間是不平平行的。3.是不規(guī)則的閉閉合曲面水準(zhǔn)面地球自然表面面3、大地水準(zhǔn)面面定義：水準(zhǔn)面面有無(wú)數(shù)個(gè)，，其中通過平平均海水面的的一個(gè)水準(zhǔn)面面稱為大地水水準(zhǔn)面。作用：測(cè)量工工作的基準(zhǔn)面面獲?。何覈?guó)在在青島設(shè)有驗(yàn)驗(yàn)潮站大地水準(zhǔn)面包包圍的形體稱稱為大地體地球自然表面面大地水準(zhǔn)面4、旋轉(zhuǎn)橢球面面與旋轉(zhuǎn)橢球球體由于大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面是不規(guī)則則曲面，無(wú)法法準(zhǔn)確描述和和計(jì)算。也難難以在其面上上處理測(cè)量成成果。因此，，用一個(gè)非常常接近大地水水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)學(xué)模型——旋轉(zhuǎn)橢球面代代替大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面。用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)橢球體描述述的地球，稱稱為參考橢球球體。構(gòu)成：由橢圓圓NWSWE繞其短軸NS旋轉(zhuǎn)而形成的的。要求：①總質(zhì)質(zhì)量=地球質(zhì)量，中中心與質(zhì)心重重合，短軸與與旋轉(zhuǎn)重合。。②旋轉(zhuǎn)角速度度與地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速度相等。。③表面與大地地水準(zhǔn)面擬合合最好。大地水準(zhǔn)面與與橢球面高差差最大差為±200m旋轉(zhuǎn)橢球面大地水準(zhǔn)面abNSWEa=6378140m扁率α=(a-b)/a=1:298.257（1）1954年北京坐標(biāo)系系，采用前蘇蘇聯(lián)克拉索夫夫斯基參考橢球體參參數(shù)：a=6378245m=1:298.3（2）1980年國(guó)家大地坐坐標(biāo)系采用國(guó)國(guó)際大地測(cè)量量協(xié)會(huì)與地球物理聯(lián)合合會(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)量工作作范圍不大時(shí)時(shí)，可將地球球看作圓球體體，以球面代代替大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面，其半徑徑R=6371km二、地面上點(diǎn)點(diǎn)位的表示方方法（一）坐標(biāo)1、地理坐標(biāo)以以經(jīng)度和緯緯度表示地面面點(diǎn)位置的稱稱為地理坐標(biāo)標(biāo)。NSWEoλ首子午線格林威治φ地面上任意點(diǎn)點(diǎn)M（λ、Φ）子午面子午線又叫經(jīng)經(jīng)線M點(diǎn)的經(jīng)度M點(diǎn)的緯度空間位置包括括點(diǎn)在球面上上的位置和到水準(zhǔn)面的的距離2、高斯平面直直角坐標(biāo)以中央子午線線作為坐標(biāo)縱縱軸（用X表示）以赤道道作為坐標(biāo)橫橫軸（用Y表示）。S赤道中央子午線中央子午線赤道NNS6°帶的劃分為為限制高斯投投影離中央子子午線愈遠(yuǎn)，，長(zhǎng)度變形愈愈大的缺點(diǎn)，，從經(jīng)度0°開始，將整個(gè)個(gè)地球分成60個(gè)帶，6°為一帶。9o0o3o6o1220102o105o108o111o120o1819114o12o117o500kmyMyxM我國(guó)高斯平面面直角坐標(biāo)的的表示。方法：（1）先將自然值值的橫坐標(biāo)Y加上500000米；（2）再在新的橫橫坐標(biāo)Y之前標(biāo)以2位數(shù)的帶號(hào)。。例如：M點(diǎn)位于111o中央子午線以以西4321.90m，那么對(duì)應(yīng)的的高斯坐標(biāo)的的橫坐標(biāo)是多多少？第一步：計(jì)算算帶號(hào)N=(111+3)/6=19第二步：計(jì)算算橫坐標(biāo)19500000-4321.90=19495678.103°帶的劃分從從東經(jīng)1°30開始，將整個(gè)個(gè)地球分成120個(gè)帶，3°為一帶。例如，南京市市處于東經(jīng)118°47，即6°帶號(hào)Ｎ=(118°°47’+3°)/6°=20.3=20Ｌ０=6×20-3=117°3°帶號(hào)即n=118°47′′/3°=39.6=40Ｌ０=3=3°×40=120°適用于：測(cè)區(qū)區(qū)范圍較大，，不能將測(cè)區(qū)區(qū)曲面當(dāng)作平平面看待。3、平面直角坐坐標(biāo)系適用于：測(cè)區(qū)區(qū)范圍較小，，可將測(cè)區(qū)曲曲面當(dāng)作平面面看待。西y(東)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAox(北)獨(dú)立平面直角角系原點(diǎn)一般般選擇在測(cè)區(qū)區(qū)西南角直接將地面點(diǎn)點(diǎn)沿鉛垂線方方向投影到水水平面上。在在實(shí)際測(cè)量中中，一般將坐坐標(biāo)原點(diǎn)選在在測(cè)區(qū)的西南南角，使測(cè)區(qū)區(qū)內(nèi)的點(diǎn)位坐坐標(biāo)均為正值值，并以該測(cè)測(cè)區(qū)的子午線線(或磁子午線)的投影為X軸，向北為正正，與之相垂垂直的為Y軸，向東為正正，由此建立立了該測(cè)區(qū)的的獨(dú)立平面直直角坐標(biāo)系。。其與數(shù)學(xué)中平平面直角坐標(biāo)標(biāo)系相比，不不同點(diǎn)：1．測(cè)量上取南南北方向?yàn)榭v縱軸（X軸），東西方方向?yàn)闄M軸（（Y軸）2．角度方向順順時(shí)針度量，，象限順時(shí)針針編號(hào)。相同點(diǎn)：數(shù)學(xué)學(xué)中的三角公公式在測(cè)量計(jì)計(jì)算中可直接接應(yīng)用。（二）高程1、絕對(duì)高程（（海拔）：指指地面點(diǎn)沿鉛鉛垂線方向到到大地水準(zhǔn)面面的距離，用用Ｈ表示。2、相對(duì)高程：：地面上一點(diǎn)點(diǎn)到假定水準(zhǔn)準(zhǔn)面的鉛垂距距離（H′）3、高差：地面面上兩點(diǎn)間的的高程之差。。（h）AB點(diǎn)的高差：hAB=HB-HA=HB’-HA’ABHAHBH'AH'B大地水準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)面黃海平均海水水面hAB三、地面點(diǎn)的的相互位置關(guān)關(guān)系及測(cè)量的的基本工作水平距離、水水平角及高程程是確定地面面點(diǎn)相對(duì)位置置的三個(gè)基本本幾何要素。。要確定地面面點(diǎn)的相對(duì)位位置常規(guī)測(cè)量量的基本工作作是：①測(cè)測(cè)距離D②測(cè)角度（β）③測(cè)測(cè)高差hABCabcxyαβ§1.3用水平面代替替水準(zhǔn)面的限限度一、地球曲率率對(duì)水平距離離的影響oA’B’ABCtdRαR——地球半徑6371Kmα——圓心角將tgα用級(jí)數(shù)展開，，去前兩項(xiàng)，，得：因?yàn)棣?d/R，故：相對(duì)誤差：表1水平面代替水水準(zhǔn)面的距離離誤差和相對(duì)對(duì)誤差距離D/km距離誤差ΔD/mm相對(duì)誤差ΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000由表可知，在在半徑為10km的范圍內(nèi)（相相當(dāng)于面積320km2），用水平面面代替水準(zhǔn)面面可不考慮地地球曲率對(duì)距距離的影響。。當(dāng)精度要求較較低時(shí)，還可可以將測(cè)量范范圍的半徑擴(kuò)擴(kuò)大到25km(相當(dāng)于面積2000km2)。二、地球曲率率對(duì)高程的影影響B(tài)’A’ABCtdRα將secα用級(jí)數(shù)展開，，取前兩項(xiàng)，，得：代入得：因?yàn)棣?d/R，故：取R＝637lkm，則得相應(yīng)的的高差誤差值值，如表所列列。距離D/km0.l0.20.30.40.