《水利水電工程測量》課程教學課件

1、 青海水電技師學院 水利水電工程測量 專一水工學習重點1.了解測量學的研究對象及其在工程建設中的作用，掌握測量學的基本概念、基本知識、測量工作的基本原理和測圖原理。2.本章基本概念：鉛垂線、水準面、大地水準面、大地體、地球橢球體、地理坐標、平面直角坐標、相對高程、絕對高程。3.測量工作的基準線和基準面是什么？地形圖上表示地面點位的幾何要素有哪些？第一節(jié) 測量學的研究對象及其 在水利工程建設中的作用測量學測量學是研究如何測定地面點的平面位置和高程，將地球表面的地物、地貌及其它信息繪制成圖，以及確定地球的形狀和大小科學。測量學的主要技術主要表現(xiàn)為測量與繪圖，因此測量學又有“測繪學”之稱。測量學的分

2、支學科測量學的分支學科: :按照研究范圍和對象的不同,通常分為大地測量學、地形測量學、攝影測量學與遙感、海洋測量學、工程測量學和地圖制圖學等。測量學的任務測量學的任務括測繪和測設兩個部分。測繪，即對地球表面及其附屬物的測繪，并進行存儲、處理、分析、顯示，其獲得的數(shù)據(jù)和圖像成為可以存儲、傳播和應用的地球空間信息。測設是將設計圖紙上的建筑物的平面位置和高程按具體精度要求在實地標定出來，作為施工的指導和依據(jù)。工程測量學工程測量學: : 是研究各種工程建設(如土木工程、交通工程、水利水電工程、礦山工程等)在規(guī)劃設計、施工放樣、運營管理各階段中的測量理論和方法的學科。工程測量的任務包括建立測量控制網(wǎng)，提

3、供規(guī)劃設計所需的地形圖、段面圖和其它觀測數(shù)據(jù)，進行施工放樣和竣工測量，按照管理規(guī)范進行長期的安全監(jiān)測工作。水利工程測量的任務水利工程測量的任務: :1.為水利工程勘測、規(guī)劃、設計提供所需的測繪資料；勘測規(guī)劃時需要中小比例尺地形圖及有關信息，建筑物設計時需要測繪大比例尺地形圖。2.施工階段要將圖上設計好的建筑物按其位置、大小測設于實地，以便據(jù)此施工，稱為測設（或放樣）。3.在施工過程中，或工程建成后的運行管理階段，需要對建筑物的穩(wěn)定性及變化情況進行監(jiān)測，確保工程安全運行，即為變形監(jiān)測。學完本課程后應達到的要求：學完本課程后應達到的要求：1.掌握測量學的基本理論、基本知識和水利水電工程中各項測繪工

4、作的基本技能；2.掌握經(jīng)緯儀、水準儀、測距儀測距儀的使用方法；3.了解大比例尺地形圖的測圖原理和成圖方法，并能正確熟練地使用地形圖；4.具有運用所學測量知識解決水利工程測量實際問題的能力，掌握工程施工放樣的基本方法；5.能夠進行最基本的測量數(shù)據(jù)處理工作。 在本節(jié)里我們著重應掌握好以下概念：水準面：靜止不動的水面上的每一個水分子，各自受到重力作用，在重力位相同時這些水分子便不流動而成靜止狀態(tài)，形成一個重力等位面，這個面稱為水準面。（有無數(shù)多個）水平面：與水準面相切的平面叫做水平面。大地水準面：設想靜止的海水面無限延伸通過地球表面的大陸、島嶼形成一個封閉的曲面，這個面叫做大地水準面。（不規(guī)則曲面）

5、大地體：由大地水準面包圍的地球形體,叫做大地體。參考橢球面：為了測量數(shù)據(jù)處理的方便，假定一個與地球形狀非常接近的旋轉橢球，叫做參考橢球，其表面叫做參考橢球面。 大地水準面與參考橢球面示意圖如圖1-1所示，旋轉橢球體如圖1-2所示。一、地球的形狀和大小1.地球是一個赤道略鼓,兩極稍扁的橢球體。2. 測量工作的基準線：鉛垂線 測量工作的基準面：大地水準面 測量計算的基準面：參考橢球面3.大地水準面是一個不規(guī)則曲面，無法在這個曲面上進行測量數(shù)據(jù)處理。為了測量計算方便，abba(a)(b)大地水準面地球自然表面參考橢球面大地水準面圖11 大地水準與橢球面示意圖返回圖12 旋轉橢球體示意圖boa圖13

6、地理坐標示意圖NWSEMM點子午線起始子午線格林尼治返回假定一個與地球形狀非常接近的旋轉橢球，叫做參考橢球，其表面叫做參考橢球面。地球繞其短軸旋轉，故地球橢球體又稱旋轉橢球體。5.地球橢球參數(shù)常用的地球橢球參數(shù)有長半徑a、短半徑b和扁率(=(a-b)/a)，我國目前采用如下值： 長半徑a=6378140m 短半徑b=6356755.3m 扁率=1:298.2576.我國現(xiàn)在使用的坐標系：1980國家大地坐標系，原點在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。二、地面點位的表示方法 確定地面上一點的空間位置，包括確定它在某投影面上的位置（以坐標表示）及其到大地水準面的距離（即高程）。(一)地面點在投影面上的坐標1.地

7、理坐標 以經(jīng)度和緯度為參數(shù)表示地面點的位置稱為地理坐標。 如圖1-3所示，N和S分別表示地球北極和南極。NS為地球自轉軸。要確定地球表面某點的位置可以用經(jīng)度和緯度表示。經(jīng)度用表示，緯度用表示 。子午面：通過地球表面某點和地球自轉軸所構成的平面稱為子午面。起始子午面：通過格林尼治天文臺的子午面稱為起始子午面，也叫零子午面。子午線：子午面與地球表面的交線稱為子午線。起始子午線：起始子午面與地球表面的交線稱為起始子午線。經(jīng)線：子午線又叫經(jīng)線。緯線：與赤道平行的平面與地球表面的交線。 參見圖1-3經(jīng)度：通過地球表面某點的子午面與起始子午面間的夾角稱為經(jīng)度。從起始子午面開始向東0o180o稱為東經(jīng)，向西

8、0o180o為西經(jīng)。緯度：通過地球表面某點的鉛垂線與赤道面間的夾角稱為緯度。赤道以北0o90o稱為北緯，赤道以南0o90o為南緯。2.高斯平面直角坐標 在廣大區(qū)域進行測量工作時，須以參考橢球面作為基準面，采用高斯平面直角坐標系。如果已知某點的大地坐標，可以劃算為高斯平面直角坐標。3.平面直角坐標 平面上兩個互相垂直的線段長度x和y表示地面點位置的坐標，稱為平面直角坐標。小范圍內進行測量工作時可用水平面代替水準面，平面直角坐標系的原點以o表示。通過O的南北軸方向為x軸(縱軸)，向北為正，向南為負。東西軸方向為y軸(橫軸)，向東為正，向西為負。象限順序按順時針方向排列；4.測量平面坐標系與數(shù)學坐標

9、系的異同點 主要區(qū)別:坐標軸取名不同,坐標系象限順序不同。但這并不影響數(shù)學上各種三角公式在測量中的應用。如圖14左圖為數(shù)學坐標系， a角是以x軸為起始方向按象限順序在第一象限，op的長度為S，則p點坐標為 x=Scosa y=Ssinayxxa測量坐標系SPO數(shù)學坐標系aySPO圖14 數(shù)學坐標系和測量坐標系如上右圖為測量平面坐標系，a角是以x軸為起始方向按象限順序在第一象限，op的長度為S，則p點坐標計算公式仍為x=Scosa，y=Ssina，因此，數(shù)學上的三角公式適用于測量坐標系。 (二)地面點的高程和國家高程基準 地面點高程是指地面點到某一高程基準面的距離。要確定地面點的高程，必須首先確

10、定一個高程起算面。用統(tǒng)一起算面作為基準確定所有地面點高程，成為一個高程系統(tǒng)。 我國規(guī)定用黃海平均海水面作為大地水準面。黃海平均海水面的位置，是青島驗潮站對朝夕觀測井的水位進行長期觀測而確定的。 以平均海水面的高度作為高程零點，用精確的方法聯(lián)測求出預先建立的一個地面點的高程，以此為國家高程控制點(水準點)的起算基準，這個地面點叫做水準原點。1.絕對高程：地面點沿鉛垂線方向至大地水準面的距離叫絕對高程或海拔，一般用H表示。2.相對高程：地面點沿鉛垂線方向至任意假定水準面的距離叫做絕對高程，又稱假定高程。3.高差：兩點間的高程之差叫做高差，一般用h表示。但應強調，計算高差的兩點必須是同A大地水準面H

11、ABHBHA假定水準面HB 地球自然表面hAB圖15絕對高程和相對高程示意圖一高程系中的高程，即具有統(tǒng)一的起算面。4.國家高程基準：國家水準原點位于青島市觀象山附近，現(xiàn)在使用的是“1985國家高程基準”，水準原點高程為72.260m。在此之前，還曾經(jīng)使用“1956年黃海高程系”，水準原點高程為72.289m。5.在表示地面點位的平面直角坐標(x,y)和高程H中，坐標須通過觀測有關角度和距離進行計算求得，而高程則需要用水準測量等方法求得，故角度距離和高程是確定地面點位置的三個基本要素。 練習題1.水利水電工程測量的任務是什么?2.測設與測定有何區(qū)別?3.什么叫水準面？它有什么特性?4.什么叫大地水準面?它在測量上的作用是什么?5.地球的形狀近似于怎樣的形體?大地體與地球橢球有什么區(qū)別?6.地球橢球的元素包括哪些?我國目前采用的橢球元素是值是多少?7.把地球看作圓球,其半徑是多少?8.測量學上的基準線和基準面是什么?9.什么叫高程、絕對高程、和相對高程？10.某地假定水準面的絕對高程為89.764m，測得一地面點的相對高程為105.476m，試推算該點的絕對高程，并繪圖說明。11.根據(jù)1956年黃海高程系統(tǒng)算得A點高程為165.718m，若改用1985年國家高程基準，則A點高正是多少？12.測量學上的平面直角坐標系與數(shù)學中的直角