知名高校水利工程測(cè)量教學(xué)課件圖文豐富

水利工程測(cè)量主講：郭向紅太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院個(gè)人簡介郭向紅，博士，講師。主要研究方向節(jié)水灌溉理論與技術(shù)、土壤水動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)模擬、土壤-作物-大氣（SPAC）系統(tǒng)水分傳輸與模擬。作為主要完成人參與了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家“863”項(xiàng)目，國家科技部支撐項(xiàng)目、山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目、山西省研究生創(chuàng)新項(xiàng)目、太原市大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等多項(xiàng)縱向項(xiàng)目。在《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》、《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》、《水科學(xué)進(jìn)展》、《水利學(xué)報(bào)》、《排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)》、《應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)》、《HydrologyResearch》等發(fā)表論文20余篇，被EI、SCI、ISTP收錄10余篇。榮獲山西省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，山西省高等學(xué)校科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局軟件著作權(quán)2項(xiàng)，第六屆農(nóng)業(yè)水土工程專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)年會(huì)優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)論文1項(xiàng)。主講本科生課程：《水利工程測(cè)量》、《農(nóng)田水利學(xué)》、《灌溉工程新技術(shù)》、《Fortran程序設(shè)計(jì)》，碩士博士研究生課程：《排灌理論與技術(shù)》。課程性質(zhì)、目的和任務(wù)《水利工程測(cè)量》是水利工程專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生具有測(cè)繪科學(xué)方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本的測(cè)繪技能。本課程的教學(xué)任務(wù)是通過理論講授、實(shí)驗(yàn)和教學(xué)實(shí)習(xí)，使學(xué)生逐步掌握水利工程測(cè)量方面的基礎(chǔ)理論、掌握常規(guī)測(cè)量儀器的操作使用方法、掌握小區(qū)域大比例尺地形圖的測(cè)繪方法、掌握水利工程施工放樣測(cè)量技術(shù)，并具有正確使用測(cè)繪資料的能力，為今后從事本專業(yè)的勘測(cè)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及管理打下基礎(chǔ)。教學(xué)環(huán)節(jié)本學(xué)期下學(xué)期課程考核方法課堂表現(xiàn)試卷成績作業(yè)每節(jié)課開始之前對(duì)上節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行提問每章作業(yè)完成情況第一章緒論§1.1水工程測(cè)量的任務(wù)§1.2地面上點(diǎn)位的確定§1.3用水平面代替水準(zhǔn)面的限度§1.4測(cè)量工作的基本原則§1.5測(cè)繪科學(xué)的發(fā)展概況§1.1水工程測(cè)量的任務(wù)一、測(cè)量學(xué)的含義及其分類

1、定義：研究地球及其表面各種形態(tài)的學(xué)科,主要任務(wù)是測(cè)定地球表面的點(diǎn)位和幾何形狀，并繪制成圖，以及測(cè)定和研究地球的形狀和大小。

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)研究在地球表面大區(qū)域內(nèi)建立國家大地控制網(wǎng)，測(cè)定地球形狀大小和地球重力場(chǎng)的理論、技術(shù)和方法的科學(xué)，稱為大地測(cè)量學(xué)地形測(cè)量學(xué)研究小區(qū)域內(nèi)測(cè)繪地形圖的基本理論、技術(shù)和方法的學(xué)科稱為地形測(cè)量學(xué)攝影測(cè)量學(xué)利用攝影像片測(cè)定物體的形狀、大小和空間位置的方法稱為攝影測(cè)量學(xué)。工程測(cè)量學(xué)研究礦山、水利、道路、城市建設(shè)等各項(xiàng)工程建設(shè)在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工和工程管理階段進(jìn)行的各項(xiàng)測(cè)量工作的學(xué)科。地圖制圖學(xué)研究地圖及其制作理論、工藝和應(yīng)用的學(xué)科，稱為地圖制圖學(xué)。二、水利工程測(cè)量的任務(wù)

1、為水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)提供所需的地形資料。規(guī)劃時(shí)需提供中、小比例尺地形圖及有關(guān)信息，建筑物設(shè)計(jì)時(shí)要測(cè)繪大比例尺地形圖。

2、施工階段要將圖上設(shè)計(jì)好的建筑物按其位置、大小測(cè)設(shè)于地面，以便據(jù)此施工，稱為施工放樣。

3、在施工過程中及工程建成后運(yùn)行管理中，需要對(duì)建筑物的穩(wěn)定性及變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)——變形觀測(cè)，確保工程安全。§1.2地面上點(diǎn)位的確定

認(rèn)識(shí)地球是人類探索的目標(biāo)之一，也是測(cè)量學(xué)的任務(wù)之一;絕大多數(shù)測(cè)量工作是在地球上進(jìn)行，或以地球作為參考系。地物：地面上的道路、河流、房屋等地面上位置固定的天然、人工物體。地貌：地表高低起伏的形態(tài)。地形：地物和地貌的總稱。一、地球的形狀和大小1、地球的形狀和大小

地球既圍繞太陽旋轉(zhuǎn)又繞自己的軸自轉(zhuǎn)，地球上的物體將受到地球、太陽、月亮引力、離心力等多種力的作用，而其中主要是受到離心力和地球質(zhì)心吸引力的作用，這兩個(gè)力的合力稱為重力，重力方向即為垂線方向。

由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使得地球成橢球形，其赤道半徑大，極半徑小。地球表面并不光滑，形狀十分復(fù)雜，有高山平原，江河湖泊，如：有高于海平面8848m珠穆朗瑪峰有低于海平面11022m馬里亞納海溝但是這樣的高低變化與地球半徑6371km相比只有1/600變化是微小的。因?yàn)楹Ｑ蠹s占整個(gè)地球表面的71%?！锼匀藗?cè)O(shè)想將靜止的海水面向整個(gè)陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個(gè)曲面稱為大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面所包含的形體，稱為大地體，它代表了地球的自然形狀和大小。2、水準(zhǔn)面定義：設(shè)想以一個(gè)靜止不動(dòng)的水面向陸地延伸，形成一個(gè)閉合的曲面包圍整個(gè)地球，稱這個(gè)閉合曲面為水準(zhǔn)面。特點(diǎn)：1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。

2.有無窮多個(gè)，但各水準(zhǔn)面之間是不平行的。

3.是不規(guī)則的閉合曲面水準(zhǔn)面地球自然表面3、大地水準(zhǔn)面定義：水準(zhǔn)面有無數(shù)個(gè)，其中通過平均海水面的一個(gè)水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面。作用：測(cè)量工作的基準(zhǔn)面獲?。何覈谇鄭u設(shè)有驗(yàn)潮站大地水準(zhǔn)面包圍的形體稱為大地體地球自然表面大地水準(zhǔn)面4、旋轉(zhuǎn)橢球面與旋轉(zhuǎn)橢球體由于大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則曲面，無法準(zhǔn)確描述和計(jì)算。也難以在其面上處理測(cè)量成果。因此，用一個(gè)非常接近大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)模型——旋轉(zhuǎn)橢球面代替大地水準(zhǔn)面。用旋轉(zhuǎn)橢球體描述的地球，稱為參考橢球體。構(gòu)成：由橢圓NWSWE繞其短軸NS旋轉(zhuǎn)而形成的。要求：①總質(zhì)量=地球質(zhì)量，中心與質(zhì)心重合，短軸與旋轉(zhuǎn)重合。②旋轉(zhuǎn)角速度與地球自轉(zhuǎn)速度相等。③表面與大地水準(zhǔn)面擬合最好。

大地水準(zhǔn)面與橢球面高差最大差為±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，采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基參考橢球體參數(shù)：

a=6378245m

=1:298.3（2）1980年國家大地坐標(biāo)系采用國際大地測(cè)量協(xié)會(huì)與地球物理聯(lián)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)量工作范圍不大時(shí)，可將地球看作圓球體，以球面代替大地水準(zhǔn)面，其半徑R=6371km二、疤地面鴉上點(diǎn)添位的昂表示桂方法（一趟）坐興標(biāo)1、地理捕坐標(biāo)換以經(jīng)度乳和緯度勇表示地?cái)趁纥c(diǎn)位排置的稱柏為地理違坐標(biāo)。NSWEoλ首子午喝線格林芽威治φ地面上腐任意點(diǎn)M（λ、Φ）子午多面子午叨線又鳥叫經(jīng)喚線M點(diǎn)的臉經(jīng)度M點(diǎn)的緯視度空間深位置傷包括凝點(diǎn)在涌球面詳上的衰位置和到水層準(zhǔn)面的裝距離2、高斯季平面直資角坐標(biāo)以中央隱子午線菊作為坐嗚標(biāo)縱軸撞（用X表示蟻）以夸赤道膠作為烈坐標(biāo)伐橫軸?。ㄓ肶表示援）。S赤道中央爛子午篩線中央稅子午小線赤道NNS6°帶的劃話分

為點(diǎn)限制高噸斯投影椅離中央料子午線吸愈遠(yuǎn)，刷長度變藍(lán)形愈大借的缺點(diǎn)牽，從經(jīng)讓度0°開始，趙將整個(gè)框地球分題成60個(gè)帶臉，6°為一火帶。9o0o3o6o1220102o105o108o111o120o1819114o12o117o500kmyMyxM我國招高斯期平面屈直角它坐標(biāo)哥的表壘示。方法：故（1）先將裳自然值樓的橫坐候標(biāo)Y加上50侄00癥00米；（2）再斃在新辭的橫姜坐標(biāo)Y之前薄標(biāo)以2位數(shù)獅的帶喊號(hào)。例如黃：M點(diǎn)位于111o中央事子午牙線以群西43可21輕.9甜0m，那睬么對(duì)瘦應(yīng)的答高斯麥坐標(biāo)楚的橫之坐標(biāo)凝是多先少？第一步湯：計(jì)算覽帶號(hào)N=(抬111鎖+3)冊(cè)/6=森19第二步醬：計(jì)算葵橫坐標(biāo)195歡000喂00-鉛432惱1.9棕0=1新94作95圾67膚8.呼103°帶的激劃分槽從房誠東經(jīng)1°3議0開始，澤將整個(gè)伯地球分齒成12發(fā)0個(gè)帶，3°為一醒帶。例如與，南沿京市憲處于珍東經(jīng)11跳8°睬47，即6°帶號(hào)Ｎ=(環(huán)11溉8°肺47’+3爐°)農(nóng)/6仿°=蜻2亂0.坦3=搬20Ｌ０=則6×序20奴-3離=另1烤17惰°3°帶號(hào)即n葵=秧11露8°融47鏟′/私3°籃=圈39摔.6僻=4主0Ｌ０=恢3玩=堆3°掛×4站0黑=濫12叫0°適用通于：跌測(cè)區(qū)扇范圍企較大猾，不盟能將迅測(cè)區(qū)萌曲面醋當(dāng)作卷平面筍看待斯。3、平面丸直角坐丹標(biāo)系適用于鍬：測(cè)區(qū)楚范圍較姑小，可有將測(cè)區(qū)嘩曲面當(dāng)議作平面圈看待。西y(東)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAox(北)獨(dú)立未平面石直角從系原萌點(diǎn)一倘般選概擇在參測(cè)區(qū)醉西南扯角直接將瞞地面點(diǎn)致沿鉛垂投線方向跪投影到唱水平面憲上。在花實(shí)際測(cè)復(fù)量中，蔑一般將濾坐標(biāo)原剪點(diǎn)選在幸測(cè)區(qū)的邁西南角嚼，使測(cè)眨區(qū)內(nèi)的屯點(diǎn)位坐先標(biāo)均為棉正值，梢并以該估測(cè)區(qū)的登子午線(或磁圈子午穴線)的投影覺為X軸，授向北羽為正敵，與殺之相聾垂直根的為Y軸，向竄東為正良，由此干建立了顫該測(cè)區(qū)烤的獨(dú)立友平面直謀角坐標(biāo)庸系。其與數(shù)曲學(xué)中平答面直角診坐標(biāo)系樹相比，挎不同點(diǎn)召：1．測(cè)宅量上研取南懶北方賢向?yàn)樯v軸勇（X軸），品東西方券向?yàn)闄M讓軸（Y軸）2．角度獵方向順區(qū)時(shí)針度魄量，象攔限順時(shí)提針編號(hào)贊。相同點(diǎn)叔：數(shù)學(xué)擺中的三濃角公式奧在測(cè)量別計(jì)算中毫可直接?jì)蓱?yīng)用。（二）帽高程1、絕懂對(duì)高到程（蘋海拔蒸）：帽指地怒面點(diǎn)碰沿鉛蛛垂線陸方向障到大槽地水浴準(zhǔn)面蚊的距踢離，妖用Ｈ妹表示掌。2、相妨對(duì)高字程：故地面盆上一軌點(diǎn)到宗假定嗎水準(zhǔn)閃面的誦鉛垂犬距離霉（H′）3、高腥差：患地面彼上兩存點(diǎn)間罰的高傻程之潔差。鼻（h）AB點(diǎn)的高葵差：hAB=HB-HA=HB’-HA’ABHAHBH'AH'B大地覽水準(zhǔn)爭面假定水歉準(zhǔn)面黃海密平均抱海水電面hAB三、頁地面澤點(diǎn)的火相互譜位置逝關(guān)系陣及測(cè)住量的施基本奸工作水平距桿離、水玩平角及五高程是糠確定地乎面點(diǎn)相撞對(duì)位置竿的三個(gè)拒基本幾亦何要素噸。要確反定地面已點(diǎn)的相蹦對(duì)位置逮常規(guī)測(cè)男量的基座本工作替是：①禍測(cè)敘距離D②測(cè)角度棕（β）③桿測(cè)神高差hABCabcxyαβ§1奴.3用水榴平面奪代替博水準(zhǔn)團(tuán)面的葛限度一、地扒球曲率賀對(duì)水平牙距離的含影響oA’B’ABCtdRαR—止—地球半右徑63長71席Kmα——圓心角將tgα用級(jí)數(shù)撤展開，脹去前兩昌項(xiàng)，得盡：因?yàn)棣?d/蓮R，故：相對(duì)誤摔差：表1水平面腹代替水奧準(zhǔn)面的贏距離誤現(xiàn)差和相藥對(duì)誤差距離D/km距離誤差ΔD/mm相對(duì)誤差ΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000由表敢可知有，在遭半徑付為10k飲m的范族圍內(nèi)尺（相朋當(dāng)于蔬面積320教km2），冷用水朱平面昂代替魂水準(zhǔn)情面可邀不考言慮地研球曲岡率對(duì)宣距離胖的影占響。當(dāng)精度輔要求較蓮低時(shí)，熟還可以方將測(cè)量珍范圍的似半徑擴(kuò)寇大到25k想m(相當(dāng)盯于面濾積20揭00川km2)。二、地配球曲率聾對(duì)高程研的影響B(tài)’A’ABCtdRα將secα用級(jí)數(shù)懲展開，日取前兩繁項(xiàng)，得惡：代入得向：因?yàn)棣?d/晌R，故：取R＝63富7l影km，則尤得相還應(yīng)的芒高差帝誤差窩值，站如表領(lǐng)所列胃。距離D/km0.l0.20.30.40.512510△h/mm0.83713207831419627848表2水平痕面代取替水搬準(zhǔn)面蹲的高嫌差誤頁差由表哥可知妻，在進(jìn)恭行水圍準(zhǔn)(高程)測(cè)量烘時(shí)，真應(yīng)當(dāng)娛用水世準(zhǔn)面冤作為輛測(cè)量偏的基緩準(zhǔn)面?！?.儉4測(cè)量工說作的基拌本原則1、測(cè)量穩(wěn)工作的餡基本原棋則在實(shí)際績測(cè)量工售作中應(yīng)正當(dāng)遵守屬以下基茶本原則: