水利工程测量1

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1、第1章绪论本章学习目标通过本章的学习,了解测量学的基本内容与任务、地球的形状和大小、测量常用坐标系统、测量的基本工作和测量工作必须遵守的原则。1测量学的研究对象及水利工程测量学的任务1.1.1测量学的研究对象及学科分类测量学是研究地球及其表面的各种形态的学科，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。随着科学技术的发展，测量学已发展为多个学科。按照研究对象和研究范围的不同，测量学可划分为以下几个学科：(1)大地测量学(2)地形测量学(3)摄影测量学(4)工程测量

2、学(5)制图学1.1.水利工程测量学的任务2水利工程测量任务1.1.2水利工程测量学的任务(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以及进行建筑物的具体设计时需提供大比例尺地形图。(2)在工程施工阶段，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的运行管理中，都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 测量学中确定地面点位置的方法由测量学的定义可知，研究地球表面各种形态及

3、服务于工程建设,首先要测定地球表面的点位，就需要对地球的形状和大小有一概略了解，并建立适当的确定地面点位的参照标准——坐标系。1.2.1球的形状和大小1.2.1.1大地水准面和参考椭球假想有一个静止的平均海水面，延伸至陆地下面形成一个封闭的曲面，这个曲面称为大地水准面(任一静止的液体表面称作水准面)。大地水准面所包围的形体称为大地体，大地体就代表了地球的形状和大小。我们把选定了形状和大小并在地球上定位的旋转椭球称为参考椭球。参考椭球的表面是一个规则的数学曲面，它是测量计算和投影制图所依据的面。我们把选定

4、了形状和大小并在地球上定位的旋转椭球称为参考椭球。参考椭球的表面是一个规则的数学曲面，它是测量计算和投影制图所依据的面。图1—1大地水准面图1—2参考椭球面1.2.1.2我国的大地坐标系所使用的椭球建国初期，鉴于当时的历史条件，我国以前苏联选定的克拉索夫斯基椭球和普尔科夫天文台为大地原点的椭球定位为依据，利用苏联境内的三角锁与我国境内的绥芬河、呼玛、吉拉林等处三角锁联测，并平差了我国东北部三角网，得出北京基线网点的坐标，作为全国坐标起算基础，建立了我国的大地坐标系，称为”1954年北京坐标系”。后来根据

5、新的测量数据，发现该坐标系所选的参考椭球面与我国范围内地表形态相差较大，1980年我国采用IUGG十六届大会推荐的椭球，建立了我国自己的大地坐标系，称为“1980年国家大地坐标系”1.2.2地面点位置的表示方法1.地心空间直角坐标系目前，卫星大地测量的日益发展，常用地心空间直角坐标来表示空间一点的地心空间直角坐标系的原点设在地球椭球的中心O，用相互垂直的x、y、z三个轴表示，x轴通过起始子午面与赤道的交点，z轴与地球旋转轴重合，形成右手坐标系。如图如图1—3所示图1—3空间直角坐标系2.地面点的大地坐标

6、系用地面点的大地坐标系表示地面点的位置需要三个参数：大地经度，大地纬度，大地高大地经度L和大地纬度B表示地面点在参考椭球面上的二维投影位置，用大地高H表示地面点到参考椭球面的垂直距离，如图1—4所示图1—4大地坐标系1.2.3二维坐标系1.2．3．1平面直角坐标在小范围进行测量工作时，可用水平面作为基准面，平面直角坐标系的原点以O表示(图1—5)。通过O点的南北方向线为x轴(纵轴)，向北为正，向南为负；通过O点而垂直于X轴的东西方向线为Y轴(横轴)，向东为正，向西为负。象限次序按顺时针方向排列。为了避免

7、测区内各点的坐标出现负值，通常将原点O选在测区西南角上，使地面各点都投影于第1象限内。如图1—5中，地面点A、B的位置分别用平面直角坐标(xA、yA)、(xB、yB)表示；该两点的坐标之差称为坐标增量，以⊿x、⊿y表示。坐标增量可以通过测量有关距离和角度进行计算求得。图1—5平面直角坐标2．3．2高斯平面直角坐标在大范围进行测量工作时，由于水平面和水准面存在较大的差异，所以不能用水平面代水准面。应将地面点投影到椭球面上，再按一定的条件投影到平面上，形成统一的平面直角坐标系。我国现采用的是高斯—克吕格投影

8、方法，该方法是按一定经差将地球椭球面划分成若干投影带，如图1-6所示图1—6高斯平面直角坐标。再将每一带投影到平面上，以中央子午线的投影为纵轴，赤道线的投影为横轴，建立统一的平面直角坐标系统。如图1-7所示图1—7高斯平面直角坐标系统分带时，既要考虑投影后长度变形不大，又要使带数不至于过多以减小换带计算工作，通常按经差6º或3º分为六度带或三度带。六度带自0º子午线起每隔经差6º自西向东分带，将整个地球分成60个投影带。用第1、第2、第3、