水利工程測(cè)量ppt版（共41）

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?？萍技歼M(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(zhuān)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(zhuān)業(yè)業(yè)的一一門(mén)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(guò)過(guò)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(zhuān)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)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)期課程考核核方法課堂表現(xiàn)試卷成績(jī)作業(yè)每節(jié)課開(kāi)開(kāi)始之前前對(duì)上節(jié)節(jié)課內(nèi)容容進(jìn)行提提問(wèn)每章作業(yè)業(yè)完成情情況第一章緒緒論論§1.1水工程測(cè)測(cè)量的任任務(wù)§1.2地面上點(diǎn)點(diǎn)位的確確定§1.3用水平面面代替水水準(zhǔn)面的的限度§1.4測(cè)量工作作的基本本原則§1.5測(cè)繪科學(xué)學(xué)的發(fā)展展概況§1.1水工程測(cè)測(cè)量的任任務(wù)一、測(cè)量量學(xué)的含含義及其其分類(lèi)1、定義：：研究地地球及其其表面各各種形態(tài)態(tài)的學(xué)科科,主要任務(wù)務(wù)是測(cè)定定地球表表面的的點(diǎn)位和和幾何形形狀，并并繪制成成圖，以以及測(cè)定定和研究究地球的的形狀和和大小。。2、分類(lèi)：：【1】大地測(cè)量量學(xué)【2】地形測(cè)量量學(xué)【3】攝影測(cè)量量學(xué)【4】工程測(cè)量量學(xué)【5】地圖制圖圖學(xué)大地測(cè)量量學(xué)研究在地地球表面面大區(qū)域域內(nèi)建立立國(guó)家大大地控制制網(wǎng)，測(cè)測(cè)定地球球形狀大大小和地地球重力力場(chǎng)的理理論、技技術(shù)和方方法的科科學(xué)，稱稱為大地地測(cè)量學(xué)學(xué)地形測(cè)量量學(xué)研究小區(qū)區(qū)域內(nèi)測(cè)測(cè)繪地形形圖的基基本理論論、技術(shù)術(shù)和方法法的學(xué)科科稱為地地形測(cè)量量學(xué)攝影測(cè)量量學(xué)利用攝影影像片測(cè)測(cè)定物體體的形狀狀、大小小和空間間位置的的方法稱稱為攝影影測(cè)量學(xué)學(xué)。工程測(cè)量量學(xué)研究礦山山、水利利、道路路、城市市建設(shè)等等各項(xiàng)工工程建設(shè)設(shè)在規(guī)劃劃設(shè)計(jì)、、施工和和工程管管理階段段進(jìn)行的的各項(xiàng)測(cè)測(cè)量工作作的學(xué)科科。地圖制圖圖學(xué)研究地圖圖及其制制作理論論、工藝藝和應(yīng)用用的學(xué)科科，稱為為地圖制制圖學(xué)。。二、水利利工程測(cè)測(cè)量的任任務(wù)1、為水利利工程規(guī)規(guī)劃設(shè)計(jì)計(jì)提供所所需的地地形資料料。規(guī)劃劃時(shí)需提提供中、、小比例例尺地形形圖及有有關(guān)信息息，建筑筑物設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)要測(cè)測(cè)繪大比比例尺地地形圖。。2、施工階階段要將將圖上設(shè)設(shè)計(jì)好的的建筑物物按其位位置、大大小測(cè)設(shè)設(shè)于地面面，以便便據(jù)此施施工，稱稱為施工工放樣。。3、在施工工過(guò)程中中及工程程建成后后運(yùn)行管管理中，，需要對(duì)對(duì)建筑物物的穩(wěn)定定性及變變化情況況進(jìn)行監(jiān)監(jiān)測(cè)——變形觀測(cè)測(cè)，確保保工程安安全?！?.2地面上點(diǎn)點(diǎn)位的確確定認(rèn)識(shí)地球球是人類(lèi)類(lèi)探索的的目標(biāo)之之一，也也是測(cè)量量學(xué)的任任務(wù)之一一;絕大多數(shù)數(shù)測(cè)量工工作是在在地球上上進(jìn)行，，或以地地球作為為參考系系。地物：地地面上的的道路、、河流、、房屋等等地面上上位置固固定的天天然、人人工物體體。地貌：地地表高低低起伏的的形態(tài)。。地形：地地物和地地貌的總總稱。一、地球球的形狀狀和大小小1、地球的的形狀和和大小地球既圍圍繞太陽(yáng)陽(yáng)旋轉(zhuǎn)又又繞自己己的軸自自轉(zhuǎn)，地地球上的的物體將將受到地地球、太太陽(yáng)、月月亮引力力、離心心力等多多種力的的作用，，而其中中主要是是受到離離心力和和地球質(zhì)質(zhì)心吸引引力的作作用，這兩個(gè)力力的合力力稱為重重力，重重力方向向即為垂垂線方向向。由于地球球的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，使得得地球成成橢球形形，其赤赤道半徑徑大，極極半徑小小。地球球表面并并不光滑滑，形狀狀十分復(fù)復(fù)雜，有有高山平平原，江江河湖泊泊，如：：有高于海海平面8848m珠穆朗瑪瑪峰有低于海海平面11022m馬里亞納納海溝但是這樣樣的高低低變化與與地球半半徑6371km相比只有有1/600變化是微微小的。。因?yàn)楹：Ｑ蠹s占占整個(gè)地地球表面面的71%。★所以人人們?cè)O(shè)想想將靜止止的海水水面向整整個(gè)陸地地延伸，，用所形形成的封封閉曲面面代替地地球表面面，這個(gè)個(gè)曲面稱稱為大地地水準(zhǔn)面面。大地地水準(zhǔn)面面所包含含的形體體，稱為為大地體體，它代代表了地地球的自自然形狀狀和大小小。2、水準(zhǔn)面面定義：設(shè)設(shè)想以一一個(gè)靜止止不動(dòng)的的水面向向陸地延延伸，形形成一個(gè)個(gè)閉合的的曲面包包圍整個(gè)個(gè)地球球，稱這這個(gè)閉合合曲面為為水準(zhǔn)面面。特點(diǎn)：1.重力等位位面，其其表面處處處與重重力方向向垂直。。2.有無(wú)窮多多個(gè)，但但各水準(zhǔn)準(zhǔn)面之間間是不平平行的。。3.是不規(guī)則則的閉合合曲面水準(zhǔn)面地球自然然表面3、大地水水準(zhǔn)面定義：水水準(zhǔn)面有有無(wú)數(shù)個(gè)個(gè)，其中中通過(guò)平平均海水水面的一一個(gè)水準(zhǔn)準(zhǔn)面稱為為大地水水準(zhǔn)面。。作用：測(cè)測(cè)量工作作的基準(zhǔn)準(zhǔn)面獲取：我我國(guó)在青青島設(shè)有有驗(yàn)潮站站大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面包圍圍的形體體稱為大大地體地球自然然表面大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面4、旋轉(zhuǎn)橢橢球面與與旋轉(zhuǎn)橢橢球體由于大地地水準(zhǔn)面面是不規(guī)規(guī)則曲面面，無(wú)法法準(zhǔn)確描描述和計(jì)計(jì)算。也也難以在在其面上上處理測(cè)測(cè)量成果果。因此此，用一一個(gè)非常常接近大大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面的數(shù)數(shù)學(xué)模型型——旋轉(zhuǎn)橢橢球面面代替替大地地水準(zhǔn)準(zhǔn)面。。用旋旋轉(zhuǎn)橢橢球體體描述述的地地球，，稱為為參考考橢球球體。。構(gòu)成：：由橢橢圓NWSWE繞其短短軸NS旋轉(zhuǎn)而而形成成的。。要求：：①總總質(zhì)量量=地球質(zhì)質(zhì)量，，中心心與質(zhì)質(zhì)心重重合，，短軸軸與旋旋轉(zhuǎn)重重合。。②旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角速速度與與地球球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速度度相等等。③表面面與大大地水水準(zhǔn)面面擬合合最好好。大地水水準(zhǔn)面面與橢橢球面面高差差最大大差為為±200m旋轉(zhuǎn)橢橢球面面大地水水準(zhǔn)面面abNSWEa=6378140m扁率α=(a-b)/a=1:298.257（1）1954年北京京坐標(biāo)標(biāo)系，，采用用前蘇蘇聯(lián)克克拉索索夫斯斯基參考橢橢球體體參數(shù)數(shù)：a=6378245m=1:298.3（2）1980年國(guó)家家大地地坐標(biāo)標(biāo)系采采用國(guó)國(guó)際大大地測(cè)測(cè)量協(xié)協(xié)會(huì)與與地球物物理聯(lián)聯(lián)合會(huì)會(huì)在1975年推薦薦的IUGG-75地球橢橢球。。其參數(shù)數(shù)：a=6378140m=1:298.257（3）在測(cè)測(cè)量工工作范范圍不不大時(shí)時(shí)，可可將地地球看看作圓圓球體體，以以球面面代替替大地地水準(zhǔn)準(zhǔn)面，，其半半徑R=6371km二、地地面上上點(diǎn)位位的表表示方方法（一））坐標(biāo)標(biāo)1、地理理坐標(biāo)標(biāo)以以經(jīng)度度和緯緯度表表示地地面點(diǎn)點(diǎn)位置置的稱稱為地地理坐坐標(biāo)。。NSWEoλ首子午午線格林威威治φ地面上上任意意點(diǎn)M（λ、Φ）子午面面子午線線又叫叫經(jīng)線線M點(diǎn)的經(jīng)經(jīng)度M點(diǎn)的緯緯度空間位位置包包括點(diǎn)點(diǎn)在球球面上上的位位置和到水水準(zhǔn)面面的距距離2、高斯斯平面面直角角坐標(biāo)標(biāo)以中央央子午午線作作為坐坐標(biāo)縱縱軸（（用X表示））以赤赤道作作為坐坐標(biāo)橫橫軸（（用Y表示））。S赤道中央子子午線線中央子子午線線赤道NNS6°帶的劃劃分為為限限制高高斯投投影離離中央央子午午線愈愈遠(yuǎn)，，長(zhǎng)度度變形形愈大大的缺缺點(diǎn)，，從經(jīng)經(jīng)度0°°開(kāi)始始，，將將整整個(gè)個(gè)地地球球分分成成60個(gè)帶帶，，6°°為一一帶帶。。9o0o3o6o1220102o105o108o111o120o1819114o12o117o500kmyMyxM我國(guó)國(guó)高高斯斯平平面面直直角角坐坐標(biāo)標(biāo)的的表表示示。。方法法：：（（1）先先將將自自然然值值的的橫橫坐坐標(biāo)標(biāo)Y加上上500000米；；（2）再再在在新新的的橫橫坐坐標(biāo)標(biāo)Y之前前標(biāo)標(biāo)以以2位數(shù)數(shù)的的帶帶號(hào)號(hào)。。例如如：：M點(diǎn)位位于于111o中央央子子午午線線以以西西4321.90m，那那么么對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的高高斯斯坐坐標(biāo)標(biāo)的的橫橫坐坐標(biāo)標(biāo)是是多多少少？？第一一步步：：計(jì)計(jì)算算帶帶號(hào)號(hào)N=(111+3)/6=19第二二步步：：計(jì)計(jì)算算橫橫坐坐標(biāo)標(biāo)19500000-4321.90=19495678.103°°帶的的劃劃分分從從東東經(jīng)經(jīng)1°°30開(kāi)始始，，將將整整個(gè)個(gè)地地球球分分成成120個(gè)帶帶，，3°°為一一帶帶。。例如如，，南南京京市市處處于于東東經(jīng)經(jīng)118°°47，即即6°°帶號(hào)號(hào)Ｎ=(118°°47’+3°°)/6°°=20.3=20Ｌ００=6××20-3=117°°3°°帶號(hào)號(hào)即n=118°°47′′/3°°=39.6=40Ｌ０=3=3°°××40=120°°適用用于于：：測(cè)測(cè)區(qū)區(qū)范范圍圍較較大大，，不不能能將將測(cè)測(cè)區(qū)區(qū)曲曲面面當(dāng)當(dāng)作作平平面面看看待待。。3、平平面面直直角角坐坐標(biāo)標(biāo)系系適用用于于：：測(cè)測(cè)區(qū)區(qū)范范圍圍較較小小，，可可將將測(cè)測(cè)區(qū)區(qū)曲曲面面當(dāng)當(dāng)作作平平面面看看待待。。西y(東)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAox(北)獨(dú)立立平平面面直直角角系系原原點(diǎn)點(diǎn)一一般般選選擇擇在在測(cè)測(cè)區(qū)區(qū)西西南南角角直接接將將地地面面點(diǎn)點(diǎn)沿沿鉛鉛垂垂線線方方向向投投影影到到水水平平面面上上。。在在實(shí)實(shí)際際測(cè)測(cè)量量中中，，一一般般將將坐坐標(biāo)標(biāo)原原點(diǎn)點(diǎn)選選在在測(cè)測(cè)區(qū)區(qū)的的西西南南角角，，使使測(cè)測(cè)區(qū)區(qū)內(nèi)內(nèi)的的點(diǎn)點(diǎn)位位坐坐標(biāo)標(biāo)均均為為正正值值，，并并以以該該測(cè)測(cè)區(qū)區(qū)的的子子午午線線(或磁子午午線)的投影為為X軸，向北北為正，，與之相相垂直的的為Y軸，向東東為正，，由此建建立了該該測(cè)區(qū)的的獨(dú)立平平面直角角坐標(biāo)系系。其與數(shù)學(xué)學(xué)中平面面直角坐坐標(biāo)系相相比，不不同點(diǎn)：：1．測(cè)量上上取南北北方向?yàn)闉榭v軸（（X軸），東東西方向向?yàn)闄M軸軸（Y軸）2．角度方方向順時(shí)時(shí)針度量量，象限限順時(shí)針針編號(hào)。。相同點(diǎn)：：數(shù)學(xué)中中的三角角公式在在測(cè)量計(jì)計(jì)算中可可直接應(yīng)應(yīng)用。（二）高高程1、絕對(duì)高高程（海海拔）：：指地面面點(diǎn)沿鉛鉛垂線方方向到大大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面的距距離，用用Ｈ表示示。2、相對(duì)高高程：地地面上一一點(diǎn)到假假定水準(zhǔn)準(zhǔn)面的鉛鉛垂距離離（H′）3、高差：：地面上上兩點(diǎn)間間的高程程之差。。（h）AB點(diǎn)的高差差：hAB=HB-HA=HB’-HA’ABHAHBH'AH'B大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)準(zhǔn)面黃海平均均海水面面hAB三、地面面點(diǎn)的相相互位置置關(guān)系及及測(cè)量的的基本工工作水平距離離、水平平角及高高程是確確定地面面點(diǎn)相對(duì)對(duì)位置的的三個(gè)基基本幾何何要素。。要確定定地面點(diǎn)點(diǎn)的相對(duì)對(duì)位置常常規(guī)測(cè)量量的基本本工作是是：①測(cè)測(cè)距距離D②測(cè)角度（（β）③測(cè)測(cè)高高差hABCabcxyαβ§1.3用水平面面代替水水準(zhǔn)面的的限度一、地球球曲率對(duì)對(duì)水平距距離的影影響oA’B’ABCtdRαR——地球半徑徑6371Kmα——圓心角將tgα用級(jí)數(shù)展展開(kāi)，去去前兩項(xiàng)項(xiàng)，得：：因?yàn)棣?d/R，故：相對(duì)誤差差：表1水平面代代替水準(zhǔn)準(zhǔn)面的距距離誤差差和相對(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由表可知知，在半半徑為10km的范圍內(nèi)內(nèi)（相當(dāng)當(dāng)于面積積320km2），用水水平面代代替水準(zhǔn)準(zhǔn)面可不不考慮地地球曲率率對(duì)距離離的影響響。當(dāng)精度要要求較低低時(shí)，還還可以將將測(cè)量范范圍的半半徑擴(kuò)大大到25km(相當(dāng)于面面積2000km2)。二、地球球曲率對(duì)對(duì)高程的的影響B(tài)’A’ABCtdRα將secα用級(jí)數(shù)展展開(kāi)，取取前兩項(xiàng)項(xiàng)，得：：代入得：：因?yàn)棣?d/R，故：取R＝637lkm，則得相相應(yīng)的高高差誤