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1、,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,水 工 测 量 学,任课教师：李明伟,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,第一章 绪 论, 1.1 水利工程测量的任务 1.2 地面上点的确定 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,3,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 1水利工程测量的任务,1
2、.1.1测量学的定义,研究地球形状和大小以及确定地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）物体的空间位置，并对这些空间位置信息进行处理、存储、管理的科学。,1.1.2测量学的分类,大地测量学 卫星大地测量学 地形测量学 摄影测量学 制图学 工程测量学,1.1.2水利工程测量学定义,水利工程测量是为水利工程建设服务的专门测量 属于工程测量学的范畴,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 1水利工程测量的任务,1.1.3 水利工程测量的主要任务,设计阶段：为水利工程规划设计提供所需的地形资料 施工阶段：要将图上设计
3、好的建筑物按其位置和大小测设于地面以便据此施工，称为放样。 施工和工程完工后：需要定期对建筑物的稳定性和变化情况进行监测，称为变形监测。,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2地面上点位的确定,1.2.1 地球的形状和大小,地物：地面上的道路、河流、房屋等称为地物。 地貌：地面呈现的各种起伏状态。 地形：地物和地貌统称地形。,水准面 大地水准面 大地体 旋转椭球面（参考椭球）,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,大地基
4、准点（大地原点）的确定,1. 2地面上点位的确定,为了使测量成果化算到椭球上，采用与大地体接近的椭球体，同时选择地面上一点作为大地基准点，也成大地原点。并将其作为推算大地坐标的起算点。,1945年大地原点设在北京。 1980年大地原点设在陕西劲阳境内,7,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,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,我国采用的参考椭球体几何参数,(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 f=1:2
5、98.3,(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 f=1:298.257,(3) WGS-84坐标系 a=6378137m f=1：298.257,1. 2地面上点位的确定,8,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1.2.2 地面上点位的表示方法,球面上的位置（坐标） 到大地水准面的距离（高程）,1. 2地面上点位的确定,1.2.2.1 坐标,1）地理坐标系（天文坐标）,通常用经度（）和纬度（）表示。以垂线和大地
6、水准面为基准线和基准面,对整个地球有一个统一的坐标系，多用于天文大地观测。 但观测和计算都比较复杂。,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2地面上点位的确定,2）高斯平面直角坐标,划分方法：将地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上。 投影方法：以中央子午线为纵轴x，以赤道为横轴y，建立全国统一的平面直角坐标系统。,P,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2地面上点位的确定,2）高斯平面直角坐标,划分方法：将地球
7、划分成若干带，然后将每带投影到平面上。 投影方法：以中央子午线为纵轴x，以赤道为横轴y，建立全国统一的平面直角坐标系统。,P,P,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2地面上点位的确定,P,高斯投影六度带和三度带投影示意图,高斯投影特点：, 解决了地面点向椭球面投影并展绘于平面的问题； 满足全国范围内地形图测绘的要求,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2地面上点位的确定,3）平面直角坐标,适用条件：测量范围小于
8、等于10KM时。 建系方法：纵轴为X轴，与南北方向一致，以向北为正，向南为负。横轴为Y轴，与东西方向一致，以向东为正，向西为负。,m(x、y),x,y,例：X=138567.923mY=126738.357m,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2 地面上点位的确定,1.2.2.2 高程,绝对高程：地面上一点到大地水准面的铅垂距离（H） 相对高程：地面上一点到假定水准面的铅垂距离（H ） 高 差：地面上两点间的高程之差。（h）,两个高程系统, 1956年黄海高程系统 1985年国家高程基准,适用条件,
9、一般采用绝对高程，只有在偏僻地区没有绝对高程点可引测时，才采用相对高程,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2地面上点位的确定,HA,A,B,HB,HA,HB,h,假 设 水 准 面,大地 水 准 面,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2地面上点位的确定,A,水准原点H,自然表面,大地水准面（高程为0）,绝对高程 （海拔）,青岛验潮站,HA,H,56年黄海高程系统：H=72.289m 85年国家高程基准：H=
10、72.260m,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2地面上点位的确定,1.2.3 地面点测量的基本工作,测水平距离(D) 测水平角() 测高程(h),A,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 2 用水平面代替水准面的限度,地球曲率对水平距离和高程的影响,R=6371km,上节回顾,水利工程测量的主要任务,地面上点位的表示方法,坐标的表示方法,高程分类,地面点测量的基本工作,地球曲率对水平距离和高程的影响,19,港
11、口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 3 用水平面代替水准面的限度,1.3.1 地球曲率对水平距离的影响, 半径为10KM区域，地球曲率对水平距离的影响可以忽略不计。 在精度要求较低的测量工作中其半径也可扩大到25KM。,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 3 用水平面代替水准面的限度,1.3.2 地球曲率对高程的影响, 尽管距离很短，也不能忽略地球曲率对高程的影响。,曲率影响总结：, 半径为10KM区域，曲率对水平
12、距离的影响可以忽略不计。 在精度要求较低的测量工作中其半径可扩大到25KM。 地球曲率对高程的影响可以忽略不计。,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,1. 4测量工作的基本原则,基本原则, 在布局上：由整体到局部, 在工作步骤上：先控制后碎部,测绘地形图,1)控制测量（控制整个测区） 2)碎部测量（屋角、道路中心线、河岸线转折点、地貌特征点）,施工放样,1)先对施工工地布设控制网 （控制整个建筑物的施工放样） 2)在图纸计算放样数据 （水平距离，水平角，细部高程） 3)最后在实地将细部点位置定出,港口航道与近
13、海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,每 图 鉴 赏,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,第二章 水准仪及水准测量,2.1 水准测量原理 2.2 水准仪和水准尺 2.3 水准测量方法和要求 2.4 水准路线闭合差的调整与计算 2.5 水准仪的检验和校正,24,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,2. 1 水准测量原理,大 地 水 准 面,高程测量：水准测
14、量和三角高程测量,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,2. 1 水准测量原理,hAB= a(后) - b (前),HB= HA+ hAB,A、B点高差,知A点高程，求B点高程,高差法,仪高法,HB= HA+ a-b,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,2.2 DS3型微倾式水准仪及其使用,DS05 0.5mmDS1 1mmDS3 3mmDS10 10mm,水准仪的等级,水准仪的误差（每公里往返中误差）,普通水准测量,精密水准
15、测量,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,2.2.1 DS3型微倾式水准仪的构造,基座：连接仪器和支架望远镜：瞄准目标 放大目标水准器：管水准器 圆水准器,DS3型微倾式水准仪组成,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,2.2.1 DS3型微倾式水准仪的构造,望远镜,组成：物镜、对光透镜、十字分划板和目镜 十字丝的作用：瞄准目标和读数 视准轴：十字丝的交点和物镜关心的连线 作用：1、提供一条瞄准目标的视线 2、将远处目标放大，提高瞄准和读数精度,港口航道与近海工程研究所 Institute of Port Channel and Coast Engineering,2.2.1 DS3型微倾式水准仪的构造,水准器,1、管水准器（又叫水准管） 水准管轴（LL） ：管内圆弧中点处（圆弧最高点）的切线。 原理：水准管轴要求与视准轴水平，所以如果气泡居中水准管轴水平则视准轴水平,
