知名高校水利工程测量教学课件图文丰富

水利工程测量主讲：郭向红太原理工大学水利科学与工程学院个人简介郭向红，博士，讲师。主要研究方向节水灌溉理论与技术、土壤水动力学计算机模拟、土壤-作物-大气（SPAC）系统水分传输与模拟。作为主要完成人参与了国家自然科学基金项目、国家“863”项目，国家科技部支撑项目、山西省科技攻关项目、山西省研究生创新项目、太原市大学生创新项目等多项纵向项目。在《农业工程学报》、《农业机械学报》、《水科学进展》、《水利学报》、《排灌机械工程学报》、《应用基础与工程科学学报》、《HydrologyResearch》等发表论文20余篇，被EI、SCI、ISTP收录10余篇。荣获山西省科技进步一等奖1项，山西省高等学校科技进步一等奖1项，国家知识产权局软件著作权2项，第六届农业水土工程专业委员会学术会年会优秀青年学术论文1项。主讲本科生课程：《水利工程测量》、《农田水利学》、《灌溉工程新技术》、《Fortran程序设计》，硕士博士研究生课程：《排灌理论与技术》。课程性质、目的和任务《水利工程测量》是水利工程专业的一门技术基础课，其教学目的是培养学生具有测绘科学方面的基础理论知识和基本的测绘技能。本课程的教学任务是通过理论讲授、实验和教学实习，使学生逐步掌握水利工程测量方面的基础理论、掌握常规测量仪器的操作使用方法、掌握小区域大比例尺地形图的测绘方法、掌握水利工程施工放样测量技术，并具有正确使用测绘资料的能力，为今后从事本专业的勘测、规划、设计、施工及管理打下基础。教学环节本学期下学期课程考核方法课堂表现试卷成绩作业每节课开始之前对上节课内容进行提问每章作业完成情况第一章绪论§1.1水工程测量的任务§1.2地面上点位的确定§1.3用水平面代替水准面的限度§1.4测量工作的基本原则§1.5测绘科学的发展概况§1.1水工程测量的任务一、测量学的含义及其分类

1、定义：研究地球及其表面各种形态的学科,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。

2、分类：

【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】地图制图学大地测量学研究在地球表面大区域内建立国家大地控制网，测定地球形状大小和地球重力场的理论、技术和方法的科学，称为大地测量学地形测量学研究小区域内测绘地形图的基本理论、技术和方法的学科称为地形测量学摄影测量学利用摄影像片测定物体的形状、大小和空间位置的方法称为摄影测量学。工程测量学研究矿山、水利、道路、城市建设等各项工程建设在规划设计、施工和工程管理阶段进行的各项测量工作的学科。地图制图学研究地图及其制作理论、工艺和应用的学科，称为地图制图学。二、水利工程测量的任务

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，建筑物设计时要测绘大比例尺地形图。

2、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运行管理中，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地面上点位的确定

认识地球是人类探索的目标之一，也是测量学的任务之一;绝大多数测量工作是在地球上进行，或以地球作为参考系。地物：地面上的道路、河流、房屋等地面上位置固定的天然、人工物体。地貌：地表高低起伏的形态。地形：地物和地貌的总称。一、地球的形状和大小1、地球的形状和大小

地球既围绕太阳旋转又绕自己的轴自转，地球上的物体将受到地球、太阳、月亮引力、离心力等多种力的作用，而其中主要是受到离心力和地球质心吸引力的作用，这两个力的合力称为重力，重力方向即为垂线方向。

由于地球的自转和公转，使得地球成椭球形，其赤道半径大，极半径小。地球表面并不光滑，形状十分复杂，有高山平原，江河湖泊，如：有高于海平面8848m珠穆朗玛峰有低于海平面11022m马里亚纳海沟但是这样的高低变化与地球半径6371km相比只有1/600变化是微小的。因为海洋约占整个地球表面的71%。★所以人们设想将静止的海水面向整个陆地延伸，用所形成的封闭曲面代替地球表面，这个曲面称为大地水准面。大地水准面所包含的形体，称为大地体，它代表了地球的自然形状和大小。2、水准面定义：设想以一个静止不动的水面向陆地延伸，形成一个闭合的曲面包围整个地球，称这个闭合曲面为水准面。特点：1.重力等位面，其表面处处与重力方向垂直。

2.有无穷多个，但各水准面之间是不平行的。

3.是不规则的闭合曲面水准面地球自然表面3、大地水准面定义：水准面有无数个，其中通过平均海水面的一个水准面称为大地水准面。作用：测量工作的基准面获取：我国在青岛设有验潮站大地水准面包围的形体称为大地体地球自然表面大地水准面4、旋转椭球面与旋转椭球体由于大地水准面是不规则曲面，无法准确描述和计算。也难以在其面上处理测量成果。因此，用一个非常接近大地水准面的数学模型——旋转椭球面代替大地水准面。用旋转椭球体描述的地球，称为参考椭球体。构成：由椭圆NWSWE绕其短轴NS旋转而形成的。要求：①总质量=地球质量，中心与质心重合，短轴与旋转重合。②旋转角速度与地球自转速度相等。③表面与大地水准面拟合最好。

大地水准面与椭球面高差最大差为±200m旋转椭球面大地水准面abNSWEa=6378140m扁率α=(a-b)/a=1:298.257（1）1954年北京坐标系，采用前苏联克拉索夫斯基参考椭球体参数：

a=6378245m

=1:298.3（2）1980年国家大地坐标系采用国际大地测量协会与地球物理联合会在1975年推荐的IUGG-75地球椭球。其参数：

a=6378140m

=1:298.257（3）在测量工作范围不大时，可将地球看作圆球体，以球面代替大地水准面，其半径R=6371km二、疤地面鸦上点添位的昂表示桂方法（一趟）坐兴标1、地理捕坐标换以经度乳和纬度勇表示地敌面点位排置的称柏为地理违坐标。NSWEoλ首子午喝线格林芽威治φ地面上腐任意点M（λ、Φ）子午多面子午叨线又鸟叫经唤线M点的脸经度M点的纬视度空间深位置伤包括凝点在涌球面详上的衰位置和到水层准面的装距离2、高斯季平面直资角坐标以中央隐子午线菊作为坐呜标纵轴撞（用X表示蚁）以夸赤道胶作为烈坐标伐横轴剧（用Y表示援）。S赤道中央烂子午筛线中央税子午小线赤道NNS6°带的划话分

为点限制高吨斯投影椅离中央料子午线吸愈远，刷长度变蓝形愈大借的缺点牵，从经让度0°开始，赵将整个框地球分题成60个带脸，6°为一火带。9o0o3o6o1220102o105o108o111o120o1819114o12o117o500kmyMyxM我国招高斯期平面屈直角它坐标哥的表垒示。方法：故（1）先将裳自然值楼的横坐候标Y加上50侄00症00米；（2）再毙在新辞的横姜坐标Y之前薄标以2位数狮的带喊号。例如黄：M点位于111o中央事子午牙线以群西43可21轻.9甜0m，那睬么对瘦应的答高斯麦坐标楚的横之坐标凝是多先少？第一步汤：计算览带号N=(抬111锁+3)册/6=森19第二步酱：计算葵横坐标195欢000喂00-铅432恼1.9棕0=1新94作95圾67肤8.呼103°带的激划分槽从房诚东经1°3议0开始，泽将整个伯地球分齿成12发0个带，3°为一醒带。例如与，南沿京市宪处于珍东经11跳8°睬47，即6°带号Ｎ=(环11溉8°肺47’+3炉°)农/6仿°=蜻2乱0.坦3=搬20Ｌ０=则6×序20奴-3离=另1烤17惰°3°带号即n葵=秧11露8°融47铲′/私3°篮=圈39摔.6僻=4主0Ｌ０=恢3玩=堆3°挂×4站0黑=滥12叫0°适用通于：跌测区扇范围企较大猾，不盟能将迅测区萌曲面醋当作卷平面笋看待斯。3、平面丸直角坐丹标系适用于锹：测区楚范围较姑小，可有将测区哗曲面当议作平面圈看待。西y(东)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAox(北)独立未平面石直角从系原萌点一倘般选概择在参测区醉西南扯角直接将瞒地面点致沿铅垂投线方向跪投影到唱水平面宪上。在花实际测复量中，蔑一般将滤坐标原剪点选在幸测区的迈西南角嚼，使测眨区内的屯点位坐先标均为棉正值，梢并以该估测区的登子午线(或磁圈子午穴线)的投影觉为X轴，授向北羽为正敌，与杀之相聋垂直根的为Y轴，向窜东为正良，由此干建立了颤该测区烤的独立友平面直谋角坐标庸系。其与数曲学中平答面直角诊坐标系树相比，挎不同点召：1．测宅量上研取南懒北方贤向为生纵轴勇（X轴），品东西方券向为横让轴（Y轴）2．角度猎方向顺区时针度魄量，象拦限顺时提针编号赞。相同点叔：数学摆中的三浓角公式奥在测量别计算中毫可直接娇应用。（二）帽高程1、绝懂对高到程（苹海拔蒸）：帽指地怒面点碰沿铅蛛垂线陆方向障到大槽地水浴准面蚊的距踢离，妖用Ｈ妹表示掌。2、相妨对高字程：故地面盆上一轨点到宗假定吗水准闪面的诵铅垂犬距离霉（H′）3、高腥差：患地面彼上两存点间罚的高傻程之洁差。鼻（h）AB点的高葵差：hAB=HB-HA=HB’-HA’ABHAHBH'AH'B大地览水准争面假定水歉准面黄海密平均抱海水电面hAB三、页地面泽点的火相互谱位置逝关系阵及测住量的施基本奸工作水平距杆离、水玩平角及五高程是糠确定地乎面点相撞对位置竿的三个拒基本几亦何要素吨。要确反定地面已点的相蹦对位置逮常规测男量的基座本工作替是：①祸测叙距离D②测角度棕（β）③杆测神高差hABCabcxyαβ§1奴.3用水榴平面夺代替博水准团面的葛限度一、地扒球曲率贺对水平牙距离的含影响oA’B’ABCtdRαR—止—地球半右径63长71席Kmα——圆心角将tgα用级数撤展开，胀去前两昌项，得尽：因为α=d/莲R，故：相对误摔差：表1水平面腹代替水奥准面的赢距离误现差和相药对误差距离D/km距离误差ΔD/mm相对误差ΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000由表敢可知有，在遭半径付为10k饮m的范族围内尺（相朋当于蔬面积320教km2），冷用水朱平面昂代替魂水准情面可邀不考言虑地研球曲冈率对宣距离胖的影占响。当精度辅要求较莲低时，熟还可以方将测量珍范围的似半径扩寇大到25k想m(相当盯于面滤积20揭00川km2)。二、地配球曲率聋对高程研的影响B’A’ABCtdRα将secα用级数惩展开，日取前两繁项，得恶：代入得向：因为α=d/晌R，故：取R＝63富7l影km，则尤得相还应的芒高差帝误差窝值，站如表领所列胃。距离D/km0.l0.20.30.40.512510△h/mm0.83713207831419627848表2水平痕面代取替水搬准面蹲的高嫌差误页差由表哥可知妻，在进恭行水围准(高程)测量烘时，真应当娱用水世准面冤作为辆测量偏的基缓准面。§1.俭4测量工说作的基拌本原则1、测量稳工作的馅基本原棋则在实际绩测量工售作中应正当遵守属以下基茶本原则: