水利工程測量ppt版（共41）

水利工工程測測量主講：：郭向向紅太原理理工大大學水水利科科學與與工程程學院院個人簡簡介郭向紅紅，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術、土土壤水水動力力學計計算機機模擬擬、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家家自然然科學學基金金項目目、國國家““863”項目目，國國家科科技部部支撐撐項目目、山山西省省科技技攻關關項目目、山山西省省研究究生創(chuàng)創(chuàng)新項項目、、太原原市大大學生生創(chuàng)新新項目目等多多項縱縱向項項目。。在《農業(yè)工工程學學報》、《農業(yè)機機械學學報》、《水科學學進展展》、《水利學學報》、《排灌機機械工工程學學報》、《應用基基礎與與工程程科學學學報報》、《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進步一一等獎獎1項，山山西省省高等等學校?？萍技歼M步步一等等獎1項，國國家知知識產產權局局軟件件著作作權2項，第第六屆屆農業(yè)業(yè)水土土工程程專業(yè)業(yè)委員員會學學術會會年會會優(yōu)秀秀青年年學術術論文文1項。主主講本本科生生課程程：《水利工工程測測量》、《農田水水利學學》、《灌溉工工程新新技術術》、《Fortran程序設設計》，碩士士博士士研究究生課課程：：《排灌理理論與與技術術》。課程性性質、、目的的和任任務《水利工工程測測量》是水利利工程程專業(yè)業(yè)的一一門技技術基基礎課課，其其教學學目的的是培培養(yǎng)學學生具具有測測繪科科學方方面的的基礎礎理論論知識識和基基本的的測繪繪技能能。本課程程的教教學任任務是是通過過理論論講授授、實實驗和和教學學實習習，使使學生生逐步步掌握握水利利工程程測量量方面面的基基礎理理論、、掌握握常規(guī)規(guī)測量量儀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測繪方方法、、掌握握水利利工程程施工工放樣樣測量量技術術，并并具有有正確確使用用測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、、規(guī)劃劃、設設計、、施工工及管管理打打下基基礎。教學環(huán)節(jié)節(jié)水利工程測量課堂講授課程實驗測量實習本學期下學期課程考核核方法課堂表現試卷成績作業(yè)每節(jié)課開開始之前前對上節(jié)節(jié)課內容容進行提提問每章作業(yè)業(yè)完成情情況第一章緒緒論論§1.1水工程測測量的任任務§1.2地面上點點位的確確定§1.3用水平面面代替水水準面的的限度§1.4測量工作作的基本本原則§1.5測繪科學學的發(fā)展展概況§1.1水工程測測量的任任務一、測量量學的含含義及其其分類1、定義：：研究地地球及其其表面各各種形態(tài)態(tài)的學科科,主要任務務是測定定地球表表面的的點位和和幾何形形狀，并并繪制成成圖，以以及測定定和研究究地球的的形狀和和大小。。2、分類：：【1】大地測量量學【2】地形測量量學【3】攝影測量量學【4】工程測量量學【5】地圖制圖圖學大地測量量學研究在地地球表面面大區(qū)域域內建立立國家大大地控制制網，測測定地球球形狀大大小和地地球重力力場的理理論、技技術和方方法的科科學，稱稱為大地地測量學學地形測量量學研究小區(qū)區(qū)域內測測繪地形形圖的基基本理論論、技術術和方法法的學科科稱為地地形測量量學攝影測量量學利用攝影影像片測測定物體體的形狀狀、大小小和空間間位置的的方法稱稱為攝影影測量學學。工程測量量學研究礦山山、水利利、道路路、城市市建設等等各項工工程建設設在規(guī)劃劃設計、、施工和和工程管管理階段段進行的的各項測測量工作作的學科科。地圖制圖圖學研究地圖圖及其制制作理論論、工藝藝和應用用的學科科，稱為為地圖制制圖學。。二、水利利工程測測量的任任務1、為水利利工程規(guī)規(guī)劃設計計提供所所需的地地形資料料。規(guī)劃劃時需提提供中、、小比例例尺地形形圖及有有關信息息，建筑筑物設計計時要測測繪大比比例尺地地形圖。。2、施工階階段要將將圖上設設計好的的建筑物物按其位位置、大大小測設設于地面面，以便便據此施施工，稱稱為施工工放樣。。3、在施工工過程中中及工程程建成后后運行管管理中，，需要對對建筑物物的穩(wěn)定定性及變變化情況況進行監(jiān)監(jiān)測——變形觀測測，確保保工程安安全?！?.2地面上點點位的確確定認識地球球是人類類探索的的目標之之一，也也是測量量學的任任務之一一;絕大多數數測量工工作是在在地球上上進行，，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陽旋轉又又繞自己己的軸自自轉，地地球上的的物體將將受到地地球、太太陽、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質心吸引引力的作作用，這兩個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。由于地球球的自轉轉和公轉轉，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，形狀狀十分復復雜，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。。因為海海洋約占占整個地地球表面面的71%?！锼匀巳藗冊O想想將靜止止的海水水面向整整個陸地地延伸，，用所形形成的封封閉曲面面代替地地球表面面，這個個曲面稱稱為大地地水準面面。大地地水準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、水準面面定義：設設想以一一個靜止止不動的的水面向向陸地延延伸，形形成一個個閉合的的曲面包包圍整個個地球球，稱這這個閉合合曲面為為水準面面。特點：1.重力等位位面，其其表面處處處與重重力方向向垂直。。2.有無窮多多個，但但各水準準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面地球自然然表面3、大地水水準面定義：水水準面有有無數個個，其中中通過平平均海水水面的一一個水準準面稱為為大地水水準面。。作用：測測量工作作的基準準面獲?。何椅覈谇嗲鄭u設有有驗潮站站大地水準準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準面4、旋轉橢橢球面與與旋轉橢橢球體由于大地地水準面面是不規(guī)規(guī)則曲面面，無法法準確描描述和計計算。也也難以在在其面上上處理測測量成果果。因此此，用一一個非常常接近大大地水準準面的數數學模型型——旋轉橢橢球面面代替替大地地水準準面。。用旋旋轉橢橢球體體描述述的地地球，，稱為為參考考橢球球體。。構成：：由橢橢圓NWSWE繞其短短軸NS旋轉而而形成成的。。要求：：①總總質量量=地球質質量，，中心心與質質心重重合，，短軸軸與旋旋轉重重合。。②旋轉轉角速速度與與地球球自轉轉速度度相等等。③表面面與大大地水水準面面擬合合最好好。大地水水準面面與橢橢球面面高差差最大大差為為±200m旋轉橢橢球面面大地水水準面面abNSWEa=6378140m扁率α=(a-b)/a=1:298.257（1）1954年北京京坐標標系，，采用用前蘇蘇聯克克拉索索夫斯斯基參考橢橢球體體參數數：a=6378245m=1:298.3（2）1980年國家家大地地坐標標系采采用國國際大大地測測量協協會與與地球物物理聯聯合會會在1975年推薦薦的IUGG-75地球橢橢球。。其參數數：a=6378140m=1:298.257（3）在測測量工工作范范圍不不大時時，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準面，，其半半徑R=6371km二、地地面上上點位位的表表示方方法（一））坐標標1、地理理坐標標以以經度度和緯緯度表表示地地面點點位置置的稱稱為地地理坐坐標。。NSWEoλ首子午午線格林威威治φ地面上上任意意點M（λ、Φ）子午面面子午線線又叫叫經線線M點的經經度M點的緯緯度空間位位置包包括點點在球球面上上的位位置和到水水準面面的距距離2、高斯斯平面面直角角坐標標以中央央子午午線作作為坐坐標縱縱軸（（用X表示））以赤赤道作作為坐坐標橫橫軸（（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，，長度度變形形愈大大的缺缺點，，從經經度0°°開始始，，將將整整個個地地球球分分成成60個帶帶，，6°°為一一帶帶。。9o0o3o6o1220102o105o108o111o120o1819114o12o117o500kmyMyxM我國國高高斯斯平平面面直直角角坐坐標標的的表表示示。。方法法：：（（1）先先將將自自然然值值的的橫橫坐坐標標Y加上上500000米；；（2）再再在在新新的的橫橫坐坐標標Y之前前標標以以2位數數的的帶帶號號。。例如如：：M點位位于于111o中央央子子午午線線以以西西4321.90m，那那么么對對應應的的高高斯斯坐坐標標的的橫橫坐坐標標是是多多少少？？第一一步步：：計計算算帶帶號號N=(111+3)/6=19第二二步步：：計計算算橫橫坐坐標標19500000-4321.90=19495678.103°°帶的的劃劃分分從從東東經經1°°30開始始，，將將整整個個地地球球分分成成120個帶帶，，3°°為一一帶帶。。例如如，，南南京京市市處處于于東東經經118°°47，即即6°°帶號號Ｎ=(118°°47’+3°°)/6°°=20.3=20Ｌ００=6××20-3=117°°3°°帶號號即n=118°°47′′/3°°=39.6=40Ｌ０=3=3°°××40=120°°適用用于于：：測測區(qū)區(qū)范范圍圍較較大大，，不不能能將將測測區(qū)區(qū)曲曲面面當當作作平平面面看看待待。。3、平平面面直直角角坐坐標標系系適用用于于：：測測區(qū)區(qū)范范圍圍較較小小，，可可將將測測區(qū)區(qū)曲曲面面當當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)獨立立平平面面直直角角系系原原點點一一般般選選擇擇在在測測區(qū)區(qū)西西南南角角直接接將將地地面面點點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。。在在實實際際測測量量中中，，一一般般將將坐坐標標原原點點選選在在測測區(qū)區(qū)的的西西南南角角，，使使測測區(qū)區(qū)內內的的點點位位坐坐標標均均為為正正值值，，并并以以該該測測區(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區(qū)的的獨立平平面直角角坐標系系。其與數學學中平面面直角坐坐標系相相比，不不同點：：1．測量上上取南北北方向為為縱軸（（X軸），東東西方向向為橫軸軸（Y軸）2．角度方方向順時時針度量量，象限限順時針針編號。。相同點：：數學中中的三角角公式在在測量計計算中可可直接應應用。（二）高高程1、絕對高高程（海海拔）：：指地面面點沿鉛鉛垂線方方向到大大地水準準面的距距離，用用Ｈ表示示。2、相對高高程：地地面上一一點到假假定水準準面的鉛鉛垂距離離（H′）3、高差：：地面上上兩點間間的高程程之差。。（h）AB點的高差差：hAB=HB-HA=HB’-HA’ABHAHBH'AH'B大地水準準面假定水準準面黃海平均均海水面面hAB三、地面面點的相相互位置置關系及及測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相對對位置的的三個基基本幾何何要素。。要確定定地面點點的相對對位置常常規(guī)測量量的基本本工作是是：①測測距距離D②測角度（（β）③測測高高差hABCabcxyαβ§1.3用水平面面代替水水準面的的限度一、地球球曲率對對水平距距離的影影響oA’B’ABCtdRαR——地球半徑徑6371Kmα——圓心角將tgα用級數展展開，去去前兩項項，得：：因為α=d/R，故：相對誤差差：表1水平面代代替水準準面的距距離誤差差和相對對誤差距離D/km距離誤差ΔD/mm相對誤差ΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000由表可知知，在半半徑為10km的范圍內內（相當當于面積積320km2），用水水平面代代替水準準面可不不考慮地地球曲率率對距離離的影響響。當精度要要求較低低時，還還可以將將測量范范圍的半半徑擴大大到25km(相當于面面積2000km2)。二、地球球曲率對對高程的的影響B(tài)’A’ABCtdRα將secα用級數展展開，取取前兩項項，得：：代入得：：因為α=d/R，故：取R＝637lkm，則得相相應的高高差誤