Основы геодезии. Горизонтальный круг теодолита

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОСНОВЫ ГЕОДЕЗИИ И ТОПОГРАФИИ

Допущено УМО по образованию в области прикладной геологии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по горно-геологическим и нефтяным специальностям, для направлений

130300 «Прикладная геология»,

130500 «Нефтегазовое дело»

4-е издание

Издательство

Томского политехнического университета

Томск 20 10 г.

Антропова геодезии и топографии. Учебное пособие. - Томск: изд. ТПУ, 2с.

В учебном пособии представлены основные сведения по геодезии и топографии; системам координат, методам ориентирования на топографических картах и местности, геодезическим приборам , методам полевых измерений и последующих вычислений. Даны принципы и технологии проведения полевых контурных, топографических съемок и построения по их результатам соответствующих планов и карт.

Томского политехнического университета.

Р е ц е н з е н т ы:

К. т.н., доцент Томского политехнического университета

ISBN © Томский политехнический университет. 2010

© Оформление. Издательство ТПУ. 2010

ВВЕДЕНИЕ

Геодезия, одна из древнейших наук, возникла в ответ на потребности производственной деятельности человека. В начале зарождения обеспечивала в основном землеразделение, военное и гражданское строительство зданий, защитных сооружений, дорог, ирригационных систем и т. д. торговый обмен по суше и морям.

В настоящее время, геодезия и топография играют огромную экономическую роль в самых разных отраслях экономики, в том числе в геологии, нефтегазовом, горном деле обеспечивающих минеральным сырьем и энергоресурсами жизненные потребности населения, промышленности и т. д.

Геодезическое обеспечение проектирования и производства геологических работ по поискам, разведке и эксплуатации месторождений дает основу для успешного решения поставленных задач.

Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ так же требуют геодезического обеспечения, как и решение экологических проблем, возникающих при проведении геологоразведочных работ, эксплуатации разнообразных месторождений полезных ископаемых, а так же при строительстве газонефтепроводов и газонефтехранилищ.

На современном этапе научно-технического прогресса геодезия и топография опирается на достижения электроники, приборостроения , космической отрасли, что позволяет использовать для выполнения инженерно-геодезических работ материалы космических съемок, аэрофототопографические материалы, спутниковую навигацию, фототеодолитные комплексы, электронные полуавтоматические и автоматические тахеометры, лазерные приборы, регистрирующие нивелиры, свето - и ради одальномеры, стереофотогрмметрическое оборудование, компьютеры, графопостроители и другие средства автоматизации проектирования (САПР), автоматизированные системы управления строительством (АСУС) различных объектов с использованием GPS – технологий

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ГЕОДЕЗИИ

1. 1. История развития геодезии

Геодезия (в переводе с греческого – землеразделение) – одна из наук о Земле, возникла в глубокой древности и развивалась, исходя из практических запросов производственной деятельности человека. Искусство измерять землю и графически изображать отдельные её участки возникло в Египте и датируется 3000 лет до н. э. В те годы осуществлялось гражданское и военное строительство, которое обеспечивала геодезия (наука об измерениях), т. е. она была «инженерной». Первая из известных карт была составлена в 1320 г. г. до н. э. Греком Эраcтофеном в 220 г. до н. э. определён радиус Земли, которая тогда принималась за шар.

Начало геодезических познаний в России относится к Х веку. В сборнике законов «Русская правда» содержится постановление об определении земельных границ путём измерений. Геодезия начала развиваться при Петре I, который основал в Москве школу математических и навигационных наук. Наибольшее развитие, геодезия получила после Октябрьской революции, когда 15 марта 1919 г. был подписан декрет об учреждении Высшего геодезического управления (ВГУ). Затем оно было преобразовано в ГУГК (Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров. В настоящее время это «Федеральная служба геодезии и картографии России».

1.2. Разделы геодезии

Геодезия как наука, при своем развитии опирается на достижения математики, физики, астрономии и географии . Математика даёт средства анализа и методы обработки результатов измерения, физика способствует конструированию приборов, астрономия обеспечивает геодезические работы необходимыми исходными данными, география помогает правильно понять и изобразить на картах и планах детали земной поверхности.

Современная геодезия разделяется на следующие научные дисциплины.

I. Высшая геодезия изучает форму Земли, её гравитационное поле, теорию и методы построений опорной геодезической сети.

Космическая геодезия использует искусственные спутники Земли для решения задач высшей геодезии.

II. Топография занимается детальным изучением земной поверхности и её отображением на картах и планах.

III. Аэрофототопография использует материалы воздушной съёмки для создания топографических карт и планов. Позднее появилась космическая фототопография.

IV. Картография разрабатывает методы создания и использования карт.

V. Гидрография занимается методами съёмки водных объектов.

VI. Маркшейдерия осуществляет пространственно-геометрические измерения в недрах Земли

VII. Инженерная геодезия обеспечивает геодезические измерения, необходимые при изысканиях, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Главные задачи инженерной геодезии следующие:

· Получение исходных геодезических материалов, прежде всего карт, планов и профилей, для проектирования объектов.

· Перенесение проектов на местность.

· Геодезическое обеспечение и контроль в ходе строительства и эксплуатации объектов, а так же при выполнении других видов работ на местности, в том числе геологических.

Инженерная геодезия использует методы высшей геодезии, топографии, картографии, а так же материалы аэрофото - и космических съемок и, вместе с тем, аэрофотографии и располагает своими специфическими приёмами и средствами. Базируясь на геодезических дисциплинах, инженерная геодезия находится в тесной связи с инженерным строительным искусством, которое, в связи с усложнением конструкций, требующих высокой точности при их монтаже, предъявляет всё более строгие требования к геодезическим работам.

1.3. Форма и размеры Земли

Для правильного изображения земной поверхности в виде планов и карт необходимо знать фигуру Земли. На физической поверхности Земли встречаются самые различные неровности: горы, хребты, долины, котловины и т. д. Описать такую фигуру какой-то аналитической зависимостью невозможно. В то же время, для решения многих геодезических задач надо основываться на какой-то математически строгой фигуре, только тогда возможно получение расчётных формул и методов для определения координат и ориентирования на земной поверхности, в том числе для создания карт. Поэтому задачу по определения формы и размеров Земли принято делить на две части:

1) установить форму и размеры некоторой геометрически правильной фигуры, представляющей Землю в общем виде;

2) изучить отступления реальной физической поверхности Земли от этой фигуры.

При этом необходимо отметить, что:

· Центробежная сила, как результат вращения вокруг оси, делала бы Землю правильным эллипсоидом вращения, если бы она была изотропна.

· Геологические силы - внутренние (эндогенные) и внешние (экзогенные) - делают внутреннее строение Земли и ее поверхность очень сложным. Все эти силы искажают форму Земли и делают её геоидом. Из-за горообразовательных процессов, движения литосферы и неоднородности строения литосферы, вариаций в плотности разных зон Земли и литосферных пород.

Известно, что 71 % земной поверхности покрывают моря и океаны, доля суши составляет только 29 %. Поверхность морей и океанов, находящаяся в спокойном состоянии, характерна тем, что она в любой её точке перпендикулярна к отвесной линии, т. е. к направлению действия силы тяжести. Направление действия силы тяжести можно установить в любой точке простым прибором и, соответственно, построить поверхность, перпендикулярную к направлению этой силы. Такая поверхность называется уровенной (рис. 1).

Основная (исходная, нулевая) поверхность - уровенная поверхность, совпадающая со средним уровнем воды в морях и океанах в их спокойном состоянии и мысленно продолженная под материками.

В геодезии за общую фигуру Земли принимают тело, ограниченное основной уровенной поверхностью, и такое тело именуется «геоид » (рис.1). Тем не менее, поверхность геоида не может служить той формой, относительно которой можно изучать физическую поверхность Земли, так как аналитической зависимостью точно описать геоид невозможно. Это обусловлено тем, что плотности масс, составляющих земную кору, распределены неравномерно. Кроме того, эти массы под действием внешних и внутренних сил перемещаются (в частности, перемещаются и материковые плиты), следовательно, меняется положение отвесных линий и сама форма геоида.

Рис. 1. Форма земли: ξ – угол между отвесной линией и нормалью к эллипсоиду

Вследствие особой сложности, то есть геометрической неправильности геоида, его заменяют другой фигурой – эллипсоидом , который получается при вращении эллипса вокруг его малой оси РР1 (рис. 2). Размеры эллипсоида определялись учёными ряда стран. В России они были вычислены под руководством профессора в 1940 г. и в 1946 г. утверждены постановлением Совета министров.

Рис. 2. Эллипсоид вращения

Земной эллипсоид ориентируют в теле Земли так, чтобы его поверхность в наибольшей мере соответствовала поверхности геоида. Отклонения геоида от эллипсоида в отдельных местах составляет не более 100-150 м. В тех случаях, когда при решении практических задач фигуру Земли принимают за шар, то радиус шара, равновеликого по объёму эллипсоиду Красовского, составляет:

R = 6 371, 11 км.

Такие отступления от действительной фигуры Земли целесообразны, т. к. упрощается проведение геодезических работ. Но эти отступления приводят к искажениям при отображении физической поверхности Земли тем методом, который принят в геодезии – методом проекций .

1.4. Метод проекций при составлении карт и планов

Метод проекций при составлении карт и планов состоит в том, что:

1) точки физической поверхности земли А , В проектируются отвесными линиями на уровенную поверхность (рис.3). В нашем случае шар. Точки а и в называются проекциями соответствующих точек физической поверхности);

2) положение этих точек а и в определяется на уровенной поверхности двумя координатами различных систем координат; для определения положения точек А и В на реальной физической поверхности Земли необходимо знать их третью координату – расстояние аА и вВ , то есть высоту над уровенной поверхностью (над уровнем моря), которая называется абсолютной высотой.

3) точки можно перенести на лист бумаги, т. е. на лист бумаги будет нанесён отрезок ав , который является горизонтальной проекцией отрезка АВ .

1.4.1. Искажения при проектировании точек на плоскость

Решение Задачи составления карт и планов имеет два этапа:

1) определение положения проекций точек на земной поверхности, то есть их координат;

2) определение абсолютных высот точек местности.

Из схемы (рис. 3) видно, что при проектировании точек на плоскость с уровенной поверхности, появляются искажения:

· вместо отрезка ав будет отрезок а1в1

· вместо высот точек местности аА и вВ будут а1А и в1В .

Итак, длины горизонтальных проекций отрезков и высоты точек будут искажены и различны при проектировании на уровенную поверхность (т. е. при учёте кривизны Земли) и при проектировании на плоскость (когда кривизна Земли не учитывается) (рис. 3). Эти различия будут проявляться:

· в длинах проекций ;

· в высотах точек .

Рис. 3. Проекции точек земной поверхности

1.4.2. Оценка искажения длин линий при проектировании их на плоскость

Принимая Землю за шар с радиусом , необходимо определить, для какого наибольшего значения отрезка дуги S можно не учитывать кривизну Земли при условии, что в настоящее время погрешность в считается допустимой при самых точных измерениях ( = 1 см на 10 км), т. е.

. (1)

Искажение по длине будет (рис. 3):

Но так как S мало по сравнению с радиусом Земли R , то для малого угла α можно принять

(3)

(6)

соответственно:

и(7)

Рассчитано, что при измерении расстояний участок сферы радиусом 11 км (380 км2) можно принимать за плоскость при наивысшей точности измерений, т. е. кривизну Земли в пределах такого участка можно не учитывать. В инженерно-геодезических измерениях допускается считать плоским участок R = 25 км (1900 км2).

1.4.3. Оценка искажения в высоте точки при проектировании её на плоскость

Искажение в высоте точки (рис. 3):

. (8)

принимая (9)

получим (10)

Принимая разные значения S, получим следующие ∆h - погрешность по высоте (табл. 1).

Таблица 1

Искажения в высотах

S , км
∆h , см

В инженерно-геодезических работах обычно допускается погрешность по высоте не более 5 см на 1 км расстояния (поэтому кривизну Земли следует учитывать при сравнительно небольших расстояниях между точками). Например, при строительстве тоннелей ошибка по высоте учитывается уже для расстояний в 200-300 метров.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕК И ОБЪЕКТОВ НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

В геодезии используются различные системы координат различны, но во всех случаях положение точки в пространстве определится тремя координатами: высотой точки и двумя координатами, определяющими местоположение проекции точки на уровенной поверхности.

2.1. Географическая система координат

В системе географических координат местоположение проекции точки на уровенной поверхности определяется двумя координатами - углами: широтой и долготой (рис. 4).

Широтой точки φ называется угол, образованный отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора. Этот угол отсчитывается от плоскости экватора на север и на юг, изменяясь от 0° до 90°. Широта бывает северная (+) и южная (-).

Долготой точки l называют двугранный угол, заключенный между плоскостью начального (Гринвичского) меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через данную точку.

От начального нулевого меридиана долготу отсчитывают на восток и запад, до ±180°. Соответственно, долгота называется восточной (+) и западной (-).

Для непосредственного определения географических координат точки на карте используют линии меридианов и параллелей .

Меридиан - линия пересечения уровенной поверхности (эллипсоида или шара) плоскостями, проходящими через ось вращения Земли.

Параллель - линия пересечения уровенной поверхности плоскостями, перпендикулярными оси вращения Земли и параллельными экватору.

Рис. 4. Географические координаты

2.2. Зональная система плоских прямоугольных координат (проекция Гаусса-Крюгера)

Эта проекция предложена Гауссом в 1828 г., удобные для практических расчетов формулы разработаны Крюгером к 1912 г. В России проекция Гаусса-Крюгера принята с 1928 г. Сущность проекции заключается в следующем. Поверхность земного сфероида делят меридианами на зоны в 6° по долготе, начиная от нулевого меридиана, и нумеруют по направлению к востоку (рис. 5), всего зон 60.

Рис. 5. Деление поверхности земного шара на 60 градусные зоны

Рис. 6. Проекция зоны на поверхность цилиндра

Из центра сфероида (рис. 7) зону проектируют на поверхность цилиндра - при этом углы сферы изобразятся без искажения. Поэтому эту проекцию называют равноугольной, поперечно-цилиндрической.

Рис. 7 Проекция зоны на цилиндров плоскости экватора

Цилиндр разрезается на две половинки и изображение разворачивают на плоскость. В поперечно - цилиндрической проекции искажения будут в длинах линий: зоны на цилиндре получаются более широкими, чем на шаре. Что касается осевого меридиана, то не будет его искажения, так как он касается поверхности цилиндра, но чем дальше расположены отрезки дуги от осевого меридиана, тем больше искажения в длинах линий.

Ширина зоны на экваторе около 670 км, т. е. крайние точки зоны удалены от осевого меридиана на 335 км. Искажения в длинах линий достигают: при удалении на 100 км – 1/8000 от измеряемой длины линии, на 300 км -1/800. Для широт территории России эти искажения в худшем случае составляют примерно 1/1000.

Наличие искажений в общем случае определяет возможное непостоянство масштаба в отдельных частях карты, и поэтому существуют понятия главного масштаба и частных масштабов . Главный масштаб - масштаб того глобуса, который изображают при составлении карты, частные масштабы относятся к различным частям карты.

Если искажение (порядка 1/1000) недопустимо, то проводится зонное деление в 3° по долготе, и тогда линейные искажения на территории нашей страны не превышают 1/8000.

Система географических координат удобна для изучения всей физической поверхности Земли или значительных ее участков, но неудобна для решения многих инженерных задач. Проекция Гаусса дает изображение земной поверхности с разрывами, однако ее ценность в том, что в силу малых искажений она сближает карту с планом и позволяет применять систему плоских прямоугольных координат в каждой зоне, что удобно при решении инженерных задач.

Проекция Гаусса даёт возможность вычислять по прямоугольным координатам координаты географические, и наоборот. В этой проекции за начало каждой зоны принимается точка пересечения осевого меридиана с линией экватора, которые образуют прямой угол. Они и принимаются за оси координат (рис. 8). Осевой меридиан служит осью абсцисс х , а линия экватора - осью ординат у . Положительным направлением абсцисс считается от экватора к северу, положительным направлением ординат - на восток.

В математике применяется левая система координат (нумерация четвертей против движения часовой стрелки), в геодезии – правая система. Но, так как наименования осей координат тоже противоположны, то знаки координат точек, расположенных в одноименных четвертях совпадают, что позволяет применять формулы тригонометрии без всяких изменений и в данной системе.

Для территории России, расположенной в северном полушарии, абсциссы х везде положительны, а ординаты у могут быть и положительными, и отрицательными. Например, для точки А (см. рис. 8) .

Отрицательные ординаты затрудняют обработку геодезических материалов и отсчет их на карте может не совпадать с направлением отсчета долготы в географической системе. То есть осевой меридиан и начало отсчета координаты у переносится на запад из зоны на 500 км. Чтобы избежать этого, ординату осевого меридиана принимают не за 0, а за 500 км. Следовательно, к ординатам всех точек зоны прибавляется эта условная величина (500 км) и теперь

Дополнительно в записи ординаты точки указывают номер зоны в связи с тем, что во всех шестидесяти зонах системы координат одинаковые. Следовательно, значение координат точки необходимо дополнить номером зоны, в которой эта точка находится. Этот номер приписывается впереди ординаты, и если в нашем случае точка А (см. рис. 8) находится в третьей зоне, то запись ординаты будет .

Таким образом, ординаты точек получают двойные преобразования и, соответственно, называются преобразованными . Для определения местоположения точки в зоне надо, зная ее координату у , действовать в обратном порядке: убрать из записи ординаты номер зоны, для чего, справа на лево отделить 3 целых значащих цифры, за которыми следует номер зоны, и от этих цифр отнять 500 км:

, где цифра 3 означает номер зоны.

Рис. 8. Прямоугольная система координат

2.3. Определение координат по карте

На топографических картах обычно представлены обе системы координат (рис. 9).

Рис. 9. Пример топографического плана

Географическая система координат представлена двумя меридианами (западным и восточным) и двумя параллелями (южной и северной), ограничивающими рисунок карты. Начало отсчета географических координат в левом нижнем углу карты, где записаны координаты этой угловой точки (φ – 54 и λ - ). Для определения географических координат точки А необходимо спроецировать ее на линию меридиана для отсчета широты φ и на линию параллели, для отсчета долготы λ (при помощи треугольника опускаем перпендикуляр из точки А на вертикальную и горизонтальную линии широты и долготы). Для определения Δφ и Δλ точки А необходимо просчитать количество целых минутных и 10-секундных отрезков, и, если необходимо, то и доли секунд (при помощи линейной интерполяции). К известным координатам широты и долготы, обозначенным в левом нижнем углу топографического плана или карты (в нашем случае φ – 54 и λ - ) прибавить рассчитанные приращения координат Δφ и Δλ.

Прямоугольная система координат представлена на карте километровой сеткой. Вертикальные линии километровой сетки параллельны осевому меридиану зоны. Расстояние между километровыми линиями беруться равными:

· на картах - 1 км,

· на картах – 2 км.

Крайнее левое пересечение осевого меридиана с перпендикулярной к нему параллелью километровой сетки оцифрованы полной цифрой (Х=6065, У=4311), в остальных местах – только последними двумя цифрами, называемыми сокращенными координатами. Эти сокращённые координаты применяются для обозначения квадратов координатной сетки: точка А расположена в квадрате 66/12.

Для определения прямоугольных координат достаточно измерить приращение расстояния до ближайших к точке сторон квадрата километровой сетки (∆Х; ∆У) и прибавить их к известным координатам Х и У левого нижнего угла квадрата, в котором находится данная точка.

3. ОРИЕНТИРОВАНИЕ

Для ориентирования карт или объекта на местности достаточно ориентировать линию, принадлежащую данной карте или объекту.

Для того, чтобы ориентировать линию в пространстве, надо знать угол ориентирования.

Угол ориентирования - это угол между ориентируемой линией и направлением, принятым за начальное в данной системе координат.

3.1. Углы ориентирования в географической системе координат

В географической системе координат за начальное направление принято северное направление географического меридиана (рис. 10) и углами ориентирования являются географический азимут Аг и географический румб r г .

Географический азимут – угол, отсчитываемый по часовой стрелке от северного направления географического меридиана, проходящего через точку ориентирования, до ориентируемой линии. Изменяется от 0˚ до 360˚.

Географические меридианы в концевых точках линии не параллельны между собой, поэтому азимут одной и той же линии (рис. 10 а, линия АВ) в различных её точках будет различен (в точке А азимут Аг А) не равен азимуту в точке В - Аг (В). Это различие определяется углом γ , который называется сближением меридианов.

(12)

В географической системе координат, за начальное направление принято северное направление географического меридиана (рис. 10) и углами ориентирования являются географический азимут и географический румб .

В геодезии пользуются терминами: прямое направление линии и обратное направление линии. Так, если исходное направление линии – направление АВ прямое (рис. 10 б), то обратное направление – направление ВА . Соответственно, азимут линии АВ будет прямым, линии ВА – обратным. Зная азимут прямой в точке А – Агп(А) и сближение меридианов γ (В) можно вычислить азимут обратный в точке В . В данном случае:

. (13)

Расчётом определено, что для средних широт при расстояниях между точками менее 0,5 км сближение меридианов составляет меньше 30˝. В геологической и строительной практике такая погрешность в 30˝ в определении направлений считается допустимой и тогда при l < 0,5 км в общем случае:

(14)

Географический румб – угол между ориентируемой линией и ближайшим направлением географического меридиана, проходящего через точку ориентирования (северным или южным).

Рис.10. Географический азимут

Румб может иметь значения от 0˚ до 90˚. Связь румбов и азимутов показана на рис. 11. Числовые значения румба необходимо сопровождать названием четверти, в которой находится линия.

Например, для линии М N 1 будет: ;

для линии М N 3 - и т. д.

Обратные румбы отличаются от прямых названием, а их угловая величина не изменяется. Так, если прямой румб , то обратный румб.

Рис. 11. Связь между азимутами и румбами

3.2. Углы ориентирования в прямоугольной системе координат

В системе плоских прямоугольных координат за начальное направление принято северное направление линии, параллельной осевому меридиану (для упрощения называемой осевым меридианом Nx ) и проходящей через точку ориентирования. (рис. 12 а) Углы ориентирования - дирекционный угол ( a ) и дирекционный румб ( r ) .

Дирекционный угол a - это угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линии, ему параллельной, проходящей через точку ориентирования по ходу часовой стрелки, до ориентируемой линии. Изменяется от 0 ˚ до 360 ˚ .

Дирекционный угол в разных точках прямой является величиной постоянной и, соответственно, обратный дирекционный угол будет:

. (15)

Зная географический азимут, можно вычислить дирекционный угол, и наоборот. Так как для точек, расположенных восточнее осевого меридиана сближение γ со знаком плюс (рис. 12 б), а для точек, расположенных западнее – со знаком минус, то во всех случаях

На топографических картах даётся значение γ для средней точки листа карты. При решении задач следует иметь в виду, что для карт М 1:50 000 и М 1:сближение меридианов изменяется на 15´ и 30´.

Дирекционный румб – угол между ориентируемой линией и ближайшим направлением осевого меридиана или линии, ему параллельной (рис. 11).

Связь между румбами и дирекционными углами такая же, как в географической системе.

На топографической карте представлены географическая система координат и общегосударственная система прямоугольных координат. Соответственно, направления линий характеризуются географическими азимутами или дирекционными углами.

Рис. 12. Углы ориентирования в прямоугольной и географической системах координат

3.3. Углы ориентирования на местности

Когда необходимо ориентировать линию, объект или карту на местности, отобразить на карте или плане линию определенного направления, решить другие аналогичные задачи, т. е., перейти «от карты к местности» и, наоборот, то ориентируются относительно магнитного меридиана , проходящего через точку ориентирования, направление которого показывает магнитная стрелка компаса или буссоли.

При ориентировании относительно магнитного меридиана за начальное направление принято северное направление магнитного меридиана N м (рис. 13). Углами ориентирования являются магнитный азимут (Ам) и магнитный румб ( r м ).

Рис. 13. Положение географического и магнитного полюсов на Земле

Магнитный азимут – это угол, отсчитываемый от северного направления магнитного меридиана, проходящего через точку ориентирования по ходу часовой стрелки до ориентируемой линии.

Магнитный меридиан, как правило, не совпадает с географическим, так как не совпадают географический и магнитный полюса (рис. 14). Между ними есть угловое и линейное расстояние.

Магнитное склонение ( d ) - это угол, между магнитным и географическим меридианами, проходящими через точку ориентирования.

Рис. 14 Магнитный азимут и магнитный румб

Приписывая восточному склонению знак плюс, а западному – минус, во всех случаях получаем:

. (17)

Магнитное склонение – величина непостоянная по величине, по направлению и во времени. Известны его суточные, годовые и вековые изменения. В частности, суточное изменение в средней полосе России достигает 15´и больше, следовательно, ориентирование линий относительно магнитного меридиана возможно в тех случаях, когда не требуется высокой точности. Есть районы магнитных аномалий, где вообще нельзя пользоваться показаниями магнитной стрелки.

Уточнённую величину магнитного склонения можно узнать на метеостанциях, а так же по специальным картам. Среднее значение магнитного склонения приводится на всех топографических картах.

Магнитный румб – это угол между ориентируемой линией и ближайшим направлением северным или южным магнитного меридиана, проходящего через точку ориентирования .

Связь между магнитными румбами и азимутами такая же, как и в географической системе. Обобщённая схема связи дирекционных углов и азимутов показана на рисунке 15, их аналитические зависимости выражены формулами:

и (18)

Рис. 15. Связь между дирекционными углами и азимутами

Пример решения задачи на ориентирование представлен на рисунке 16.:

На карте измерен дирекционный угол a = 260˚30´ . Найти магнитный азимут,

если γ = - 2˚10´ ; d = +6˚30´ .

Решение: Ам АВ = αАВ – δ – γ; Ам АВ= 2600 30/ – 60 30/ – 20 10/ = 2510 50/

Рис. 16. Пример расчета азимута магнитного со схемой ориентирования

3.4. Ориентирование карты на местности

Ориентирование карты возможно двумя приёмами.

1. Приложить буссоль (компас) к боковой линии рамки географических координат (т. е. к линии географического меридиана) и поворачивать карту до тех пор, пока по северному концу магнитной стрелки не будет получен отсчёт, равный магнитному склонению d , значение которого приведено в левом нижнем углу карты.

2. Прикладывают буссоль к вертикальной линии километровой сетки (т. е. к направлению осевого меридиана) и поворачивают карту вместе с буссолью до получения отсчёта, равного поправке направления ПН (включающей d и γ ):

. (19)

4. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЪЁМКИ

Инженерные задачи различного вида решаются с использованием карт и, главным образом, планов и профилей .

4.1. Виды планов

Планы часто изготавливают непосредственно проектные и производственные организации, карты – предприятия «Роскартографии». Процесс изготовления планов длительный и дорогостоящий, то и другое существенно возрастает с увеличением точности съемки и требуемой полноты отображения деталей физической поверхности Земли и имеющихся объектов. Кроме деления планов на контурные и топографические , существует деление планов на основные и спе циализированные .

Основные планы имеют универсальное назначение, предназначены для многих отраслей народного хозяйства, а специализированные - для конкретных ведомств . При изготовлении специализированных планов возможно исключение какой-то части содержания, предусмотренного в основных планах, или, наоборот, нанесение дополнительной информации.

4.2. Виды геодезических измерений

Для получения плана производят на местности геодезические измерения, их точность определяют инструкциями на основе теории ошибок измерения.

Все измерения в инженерной геодезии сводятся к следующим:

1) Линейные измерения - определение расстояний между точками и размеров различных объектов;

2) Угловые измерения - определение горизонтальных и вертикальных углов;

3) Высотные измерения (нивелирование) - определение превышений, а через них, абсолютных высот точек физической поверхности Земли.

4.3. Принципы геодезических съемок

При проведении полевых геодезических съемок руководствуются двумя принципами:

выполнение работ от общего к частному ;

контроль на всех этапах .

Первый принцип (выполнение работ от общего к частному ) заключается в том, что первоначально с высокой точностью определяют взаимное расположение и координаты ограниченного числа точек и линий их связывающих (рис. 17, точки 1-5), а затем, основываясь на эти опорные точки и линии (съемочную сеть), определяют местоположение большого числа точек, представляющих различные объекты съемок с несколько меньшей точностью.

Рис. 17. Местоположение точек съемочной сети объектов ситуации

4.4. Виды геодезических съёмок

Геодезические измерения можно производить с помощью различных приборов или их сочетания. Но применение приборов, имеющих различные технические характеристики, отражается на качестве съемки. Поэтому в инженерной геодезии не ограничиваются разделением на контурные и топографические планы. Но в наименовании съемки, по материалам которой составлен план, указывают наименование основного геодезического прибора. Так, основным прибором в теодолитной съемке является теодолит. В тахеометрической съемке - тахеометр, и т. д.

Наиболее распространены следующие виды съемок.

I. Контурные съемки (для получения контурных ситуационных планов):

Космическая фотографическая съемка

Аэрофотографическая съемка - применяется для больших участков, производится с помощью автоматического аэрофотоаппарата (АФА), установленного на самолете.

Теодолитная съемка , основной прибор - теодолит, служащий для измерения горизонтальных углов; вертикальных углов и дальномерного расстояния.

Полуинструментальная съемка служит для получения плана местности невысокой точности. Применяют упрощенные приборы: вместо теодолита - буссоль и т. д.

Глазомерная съемка - для получения приблизительного плана местности при рекогносцировочных изысканиях. Горизонтальные углы определяют с помощью компаса и визирной линейки, расстояния определяют глазомерно или шагами.

II. Топографические съёмки (для получения изображения ситуации и рельефа):

Тахеометрическая съемка. Тахеометрия в переводе означает «скороизмерение» (быстрая съемка), все работы выполняются одним прибором - тахеометром. Простейший тахеометр - теодолит, которым можно измерить не только горизонтальные и вертикальные углы, но и расстояния. Под тахеометрами подразумевают приборы с различной степенью автоматизации, позволяющие непосредственно, без всяких вычислений, получать превышения и горизонтальные проложения линий.

Мензульная съемка, выполняется с помощью мензульного комплекта. План местности полностью рисуется в поле.

Нивелирование площади или линейных объектов - основной прибор нивелир.

Фототеодолитная съемка , производится прибором, представляющим сочетание теодолита и специальной фотокамеры. Производится фотографирование участка с двух точек, после соответствующей обработки получают план, по точности не уступающий плану мензульной съемки.

Аэрофототопографическая съемка . Для отображения рельефа горизонталями применяют два метода: комбинированный и стереофотограмметрический. При комбинированном методе контурную часть плана создают по аэроснимкам, для построения горизонталей производится дополнительная наземная высотная съемка. При стереофотограмметрическом методе получают по аэроснимкам и контуры объектов, и отметки точек, но для этого аэроснимки должны иметь перекрытие не менее 50 %. Аэрофототопографическая съемкаявляется высокопроизводительной, допуская широкую механизацию.

Космическая топографическая съемка , которой охвачен весь земной шар.

4.5. Наземные съёмки

Выделяют следующие этапы наземной геодезической съёмки :

v Рекогносцировка;

v Создание съёмочного обоснования;

v Съёмка участка (ситуации)

v Камеральная обработка результатов полевых измерений и построение планов или карт

Съёмки различного вида начинаются с выбора на местности и закрепления точек съёмочной сети (рис. 17). В последующем, при съёмке участка, все объекты местности будут привязаны к точками линиям съемочной сети в плановом и высотном отношениях. В свою очередь, съёмочная сеть должна быть привязана к государственной геодезической сети .

Государственной геодезической сетью называется система пунктов на земной поверхности, закреплённых на местности специальными знаками, взаимное положение которых определено в плане и по высоте.

Геодезические сети подразделяются на плановые и высотные . У плановой сети в единой системе определены координаты пунктов, у высотной – абсолютные отметки (высота над уровенной поверхностью или уровнем моря).

Второе подразделение геодезических сетей:

v Государственные ;

v Местные (сети сгущения );

v Съёмочные .

4.6. Плановые геодезические сети

Государственная плановая сеть, охватывающая всю территорию Российской федерации, подразделяется по точности на 4 класса : 1-й, 2-й, 3-й и 4-й.

Для определения координат пунктов в единой системе применяются следующие три метода.

1. Триангуляция. Координаты исходного пункта А (рис. 18) и геодезический (географический) азимут базисной стороны АВ определяют из астрономических наблюдений, длину базисной стороны измеряют. Далее разбивают сеть примыкающих треугольников, измеряют в каждом треугольнике все три угла, вычисляют координаты пунктов С, Д и т. д.

Рис. 18. Триангуляция

Ряды треугольников располагают по возможности в направлении меридианов и параллелей на расстоянии 200-250 км друг от друга (рис. 19). Длина сторон в треугольниках - не менее 20 км.

Для обеспечения наземных съемок плотность государственных сетей увеличивают заполняя сеть 1 класса сетью 2 класса с длиною сторон треугольников от 7 до 20 км. Далее сеть развивается за счет сетей 3 и 4 классов с еще меньшим расстоянием между пунктами.

2. Полигонометрия . В лесистой равнинной местности, где развитие сети триангуляции затруднительно, используют метод полигонометрии. Здесь измеряют длины сторон Li и углы βi (рис. 20). Если известны координаты одного из пунктов и дирекционный угол одной из сторон, то можно вычислить координаты всех пунктов полигонометрического хода. В сетях I класса длина сторон хода составляет 8-З0 км, в сетях 2 класса, соответственно, 5-18 км.

Полигонометрию, как и триангуляцию, разделяют на 4 класса. Точность определения полигонометрических пунктов должна быть одинаковой с точностью триангуляции тех же классов, аналогична последовательность развития этих сетей (рис. 21).

Рис. 19. Разбивка съемочной сети на классы

Рис. 20. Полигонометрия

3. Трилатерация . Государственные геодезические сети 3 и 4 классов могут строиться также методом трилатерации. Это система треугольников, но в данном способе измеряют не углы, а длины сторон треугольников с применением свето - и радиодальномеров. Из решения треугольников определяют горизонтальные углы, а через них – дирекционные углы сторон. Дальнейшие вычисления координат пунктов производят так же, как и в триангуляции.

Рис. 21. Полигонометрические пункты

Каждый пункт геодезической сети любого класса закрепляют на местности центром (рис. 22). Капитальность этих сооружений зависит от физико-географической характеристики района и класса сети.

Центр состоит из нескольких ярусов, образуемых бетонными блоками. В каждом ярусе ось центра отмечают специальной маркой. Все марки должны располагаться на одной отвесной линии.

Чтобы все центры можно было увязать в единую систему, необходимо обеспечить их взаимную видимость. Для этого над центром сооружаются геодезические знаки, называемые сигналами (рис. 23). Их возможные конструкции:

Если видимость на соседние пункты открывается с земли, то тур или пирамида;

Если для обеспечения видимости необходим подъём геодезического прибора над землёй до 10 м, то простой сигнал (рис. 23); от 10 до 40 м – сложный сигнал.

Рис. 22. Центр пункта плановой геодезической сети: 1) монолит; 2) якорь; 3) пилон; 4) марки; 5) опознавательный столб

Местные плановые геодезические сети создаются в экономически развитых или перспективных районах, когда плотность пунктов государственной сети для проведения съёмок недостаточна (местная сеть называется сетью сгущения).

Сети сгущения создаются теми же методами, что и государственные сети (триангуляция, трилатерация, полигонометрия). Их точность соответствует 4-му классу (при измерении угла m = ± 02˝ , или несколько ниже: m = ± 05˝ - сеть сгущения 1 разряда и m = ± 10˝ - 2-го разряда). Закрепляются сети сгущения центрами и знаками в упрощённом варианте.

Рис. 23. Геодезические знаки (сигналы): 1) центр; 2) столик для установки теодолита; 3) площадка для наблюдателя; 4) визирный цилиндр

Длины сторон треугольников триангуляции и требуемая точность для государственных сетей и сетей сгущения приведены в табл. 2.

Съёмочные сети непосредственно обеспечивают съёмки конкретных участков. Они строятся как развитие сетей сгущения и, следовательно, имеют привязку к государственной сети. Иногда съёмочная сеть строится для небольших участков совершенно самостоятельно (свободная сеть).

Плановое положение пунктов определяется прокладкой теодолитных ходов или способом засечек.

Теодолитные ходы бывают сомкнутые , разомкнутые и висячие .

Сомкнутым ходом (полигоном) называется такой, начало и конец которого опираются на один и тот же пункт государственной сети (рис. 24 а). Разомкнутый ход опирается на два различных пункта (рис. 24 б), висячий – на один пункт (рис. 24 в), второй его конец остаётся свободным. Для привязки измеряются углы βпр1 и βпр2, которые называются примычными.

Таблица 2

Характеристики плановых сетей

Составляемые показатели	Государственная плановая сеть, классы	Сети сгущения
					1 разряд	2 разряд
Длина стороны треугольника, км	Не менее 20
Средняя квадратическая ошибка измерения угла	± 0,7˝	± 1,0˝	± 1,5˝	± 2,0˝	± 2,0˝	± 5,0˝	± 10,0˝
Точность определения базисной стороны

Предельные длины теодолитных ходов и длины линий в этих ходах ограничиваются в зависимости от масштаба съемки. Прокладка висячего хода допускается как исключение, по возможности его следует избегать.

Сомкнутые ходы могут дополняться разомкнутыми (рис. 24 а). Такой разомкнутый ход называется диагональным, а точки, в которых сходятся несколько ходов, называются узловыми.

Рис. 24. Теодолитные ходы:

а) сомкнутый; б) разомкнутый; в) висячий

Положение пунктов съемочной сети может определяться также засечками, которые бывают трех видов: прямые (рис. 25 а), об ратные (рис. 25 б) и комбинированные (рис.25 в).

Рис. 25. Виды засечек пунктов съемочной сети:

а) прямые; б) обратные; в) комбинированные

Для определения местоположения этих пунктов измеряют горизонтальные углы или производят графические построения на бумаге. Пункты съемочной сети закрепляют на местности деревянными столбами (иногда кольями, обрезками арматуры). Знак должен иметь фиксированную точку (например, гвоздь на вершине столба) и, кроме того, должен быть окопан канавкой.

4.7. Высотные геодезические сети

Высотная геодезическая сеть также подразделяется на сеть государственную, сеть сгущения и съёмочную сеть.

Абсолютные высоты пунктов государственной сети определяются геометрическим нивелированием, делятся на 4 класса (I, II, III и IV).

Нивелирные ходы I класса связывают уровни всех морей и океанов, омывающих нашу страну, и выполняются с наивысшей точностью (табл. 3).

Таблица 3

Характеристики высотных сетей

Наименование допусков	Классы нивелирования	Техническое нивелирование
Длина хода или полигона, км
Допустимые расхождения в превышениях на станции, мм
Допустимые расхождения в превышениях хода, мм

Нивелирные ходы II класса начинаются и заканчиваются на пунктах I класса, прокладываются вдоль железных и шоссейных дорог (рис. 26), образуя полигоны периметром 500-600 км. Нивелирные ходы Ш и IV классов опираются на пункты нивелирной сети более высокого класса.

Нивелирные ходы всех классов закрепляются на местности. На нивелирных ходах I и II классов через 50-60 км устанавливают фундаментальные реперы (рис. 27), на всех нивелирных ходах через 5-7 км устанавливают рядовые реперы (упрощенной, по сравнению с фундаментальным репером, конструкции). Закрепление осуществляют также закладкой марок в стены капитальных зданий (рис. 28).

Рис. 26. Нивелирные ходы разных классов

Рис. 27. Фундаментальные реперы: 1-марка; 2 – пилон репера; 3- якорь репера; 4 – опознавательная плита; 5 – опознавательный столб

Рис. 28. Закладка марок в фундаменты или стены зданий и сооружений

В тех случаях, когда для съемок в масштабе 1:500 ÷ 1:5000 плотность пунктов государственной сети недостаточна, создается нивелирная сеть сгущения. Ее создают проложением отдельных ходов, как нивелирование II, III и IУ классов, но с некоторыми изменениями характеристик ходов (по точности, по длине ходов и т. д.).

Высотная съемочная сеть и пункты планового обоснования совмещаются, т. е. для каждого пункта определяются и координаты, и абсолютные отметки. Закрепление пунктов съемочной сети производится временными знаками: деревянными столбами (рис. 29), обрезками арматуры и др.

Рис. 29. Закрепление пунктов съемочной сети на местности

Реперы, кроме деления по капитальности (фундаментальный , рядовой , временный ), различают и по месту их установки. Репер, заложенный в грунт, называют грунтовым и т. п.

5. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

Основные части оптических геодезических приборов: зрительная труба , круглый и цилиндрический уровни, вертикальный и горизонтальный угломерные круги.

5.1. Зрительные трубы

Зрительные трубы бывают астрономические, дающие перевернутое изображение, и земные, дающие изображение прямое .

Схематично устройство зрительной трубы представлено на рис. 30:

Рис. 30. Устройство зрительной трубы: С1 , С2, С3 – центры оптических линз, Z – центр сетки нитей

Сетка нитей – стеклянная пластинка, на которой нанесены тончайшие линии. Системы линий различны (рис. 31). Пересечение средней горизонтальной линии с вертикальной образует центр сетки нитей Z (рис. 31 а).

Рис. 31. Типы сетки нитей: 1 - металлический кожух зрительной трубы; 2 – металлическая обойма сетки нитей; 3 – стеклянная пластина сетки нитей; 4 – юстировочные винты сетки нитей (пара вертикальных и пара горизонтальных)

Две крайние горизонтальные нити служат для дальномерного определения расстояний .

Если у сетки нитей половина вертикальной нити двойная (биссектор), то этой частью визируют на далекие предметы, располагая точку в центре сетки нитей Z или линию визирования между нитями биссектора.

Геометрическая ось – прямая, являющаяся центром симметрии металлического кожуха зрительной трубы.

Оптическая ось - прямая, проходящая через центры всех линз.

Визирная ось - прямая, проходящая через центр сетки нитей и оптические центры линз.

Визирование - наведение центра сетки нитей на точечную цель, вертикальной или горизонтальной нитки сетки нитей на линию визирования.

Для визирования необходимо подготовить зрительную трубу:

1. вращение окуляра добиться четкого изображения сетки нитей (объект визирования - вешка или рейка, не виден, или виден не резко). Эта операция называется «наводка по глазу».

2. вращением кремальеры проецируем четкое изображение объекта визирования на четкое изображение сетки нитей. Эта операция называется «наводка по предмету».

Перед визированием следует устранить параллакс сетки нитей (рис. 32).

Рис. 32. Параллакс сетки нитей

Параллакс имеет место тогда, когда плоскость изображения предмета ПП1, (рис. 32 а, б) не совпадает с плоскостью сетки нитей СС1. В этом случае при перемещении глаза q относительно окуляра центр сетки нитей Z будет перемещаться по изображению предмета в точки Р0, Р1, Р2, что понижает точность визирования. Устраняют параллакс вращением окулярного колена или кремальеры - при этом несколько ухудшается установка по глазу или установка по предмету, но обеспечивается точность визирования (рис. 32, в).

5.2. Уровни

Уровни служат для приведения плоскостей, на которых они установлены, в горизонтальное положение. По форме уровни бывают круглые и цилиндрические .

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ УРОВНИ

Уровни состоят из ампулы, оправы, закрепительных и исправительных (юстировочных) винтов. Внутренняя поверхность ампулы отшлифована по дуге (рис. 33).

Ампула заполняется нагретым спиртом или эфиром. При охлаждении образуется небольшое пространство - пузырёк уровня. На наружной поверхности ампулы цилиндрического уровня наносятся деления.

Точка 0 в средней части ампулы называется нульпунктом уровня. Касательная к внутренней криволинейной поверхности ампулы в нульпункте называется осью уровня.

Рис. 33. Цилиндрический уровень

Пузырек уровня всегда занимает наивысшее положение. Когда концы пузырька расположены симметрично относительно нульпункта - ось уровня горизонтальна.

Уровни разделяются по их чувствительности. Чем чувствительнее уровень, тем меньше наклон его оси, при котором заметно начало движения пузырька. В свою очередь, чувствительность уровня тем больше, чем больше радиус кривизны внутренней поверхности ампулы (этот радиус изменяется от 3,5 м до 200 м). Мерой чувствительности, является цена деления уровня - угол, на который наклонится ось уровня, если пузырек сместится на одно деление.

Чувствительность уровня должна соответствовать его назначению. При более чувствительном уровне можно точнее привести прибор в горизонтальное положение. Но чем чувствительнее уровень, тем сложнее с ним работать.

Цена делений уровней колеблется от .

КРУГЛЫЕ УРОВНИ

Круглые уровни менее чувствительны по сравнению с цилиндрическими и поэтому обычно служат для приблизительной установки прибора в горизонтальное положение. У круглых уровней выгравированы две окружности (рис. 34), центр которых является нульпунктом.

Нормаль к внешней плоской поверхности ампулы в нульпункте называется осью круглого уровня.

Рис. 34. Круглый уровень

5.3. Поверка и юстировка уровней

Плоскость, к которой прикреплён цилиндрический уровень, будет горизонтальна в том случае, если пузырек уровня находится на середине, т. е. расположен симметрично относительно нульпункта. При этом ось вращения плоскости будет вертикальной (что должно обеспечиваться при изготовлении прибора). Но это справедливо в том случае, если уровень к плоскости прикреплен правильно, т. е. так, что ось цилиндрического уровня параллельна плоскости.

Поэтому перед работой, наряду с другими поверками , прежде всего производится поверка уровня , которая формулируется следующим образом.

Поверка уровня - ось цилиндрического уровня должна быть горизонтальной и перпендикулярна к вертикальной оси вращения инструмента.

Методика выполнения этого условия основывается на следующем. Пусть цилиндрический уровень прикреплен к плоскости неверно, т. е. его ось не параллельна плоскости, на которой он закреплен, и не перпендикулярна к вертикальной оси вращения инструмента. Тогда, при вертикальном положении оси вращения инструмента, пузырек уровня отклонится на n делений (рис. 35 а - вправо). Повернем плоскость, к которой прикреплен уровень, ровно на 180°. Теперь пузырек уровня отклонится так же на n делений, но в противоположную сторону (рис. 35 б - влево). Следовательно, при повороте на 180° между первым и вторым положениями пузырька разница будет 2 n делений и для исправления положения уровня необходимо, вращая винты уровня (1) или (2), переместить пузырёк уровня к нульпункту на n делений.

В соответствии с вышеизложенным исправление положения уровня (юстировку ) производят следующим образом. Первоначально плоскость, к которой прикреплен уровень, устанавливают (с помощью подъемных винтов или иным образом) так, чтобы пузырек уровня был на середине. Плоскость отклонится от горизонта. Затем поворачивают плоскость ровно на 180°. Если имеет место отклонение пузырька от середины (более одного деления ампулы), то на половину отклонения пузырек уровня перемещают в сторону нyльпункта регулировочными винтами уровня. Теперь ось цилиндрического уровня будет параллельна плоскости, и уровень можно использовать для ее горизонтирования (для приведения оси вращения плоскости в вертикальное положение), для чего подъёмными винтами прибора перемещают пузырек на вторую половину схода, то есть устанавливают пузырёк в нульпункт.

Исправление круглого уровня аналогично: если пузырек уровня выходит за пределы внутреннего кружка, то исправительными винтами уровня перемещают пузырек на половину отклонения к центру. Затем подъемными винтами прибора, перемещают пузырек на вторую половину смещения, то есть в нульпункт.

Поверки цилиндрического и круглого уровня повторяют 2-3 раза, добиваясь необходимой точности установки уровня.

Рис. 35. Поверка уровня

5.4. Угломерные круги

Для измерения горизонтальных и вертикальных углов у геодезических приборов имеются горизонтальный и вертикальный угломерные круги, состоящие из лимба и алидады. Эти круги представляют собой металлические диски или стеклянные кольца, на которых радиальными штрихами нанесена мерительная угловая шкала, которая называется лимбом. Величина дуги лимба между двумя ближайшими штрихами, выраженная в градусной мере, называется ценой деления лимба l (рис. 36а -ℓ=10/ , рис 36 б - ).

Рис. 36. Типы оцифровки лимбов

Для взятия отсчета по лимбу имеются отсчётные устройства трех видов: верньер в старых теодолитах, штриховое устройство (штриховой микроскоп ); шкаловое устройство (шкаловой микроскоп ).

У лимбов горизонтальных кругов оцифровка всегда возрастает по ходу часовой стрелки, у лимбов вертикальных кругов бывает оцифровка, возрастающая по ходу и против хода часовой стрелки.

5.5. Взятие отсчётов по отсчетному микроскопу

Если отсчетное приспособление - штриховой микроскоп , то здесь отсчет по лимбу берут по штриху-указателю на алидаде (рис. 37). Увеличение микроскопа позволяет, оценивая десятые доли деления лимба на глаз, взять отсчет с точностью до 1"

Рис. 40. Поле зрения шкалового микроскопа теодолита Т15: по горизонтальному кругу 1250 05/, по вертикальному кругу - 00 33/

Отсчетных приспособлений у одних приборов бывает два, у других - одно (одностороннее отчетное приспособление). Наличие двух диаметрально расположенных отсчётных приспособления позволяет определить и устранить влияние эксцентриситета алидады. Эксцентриситет будет в том случае, когда ось вращения алидады А не проходит точно через центр лимба L (рис. 41).

Если ось вращения алидады А пройдет через центр лимба L, то отсчёты М и N будут отличаться ровно на 180°. В противном случае один отсчет будет больше на величину X (рис. 41, отсчет М), другой отсчет меньше на эту же величину. Среднее из отсчетов по двум верньерам дает результат, свободный от эксцентриситета.

У приборов c односторонним отсчетным приспособлением исключение влияния эксцентриситета достигается соответствующей методикой работ при угловых измерениях.

§ технические

Соответственно, их марки по ГОСТ: Т05; TI; Т2; Т5; TI5; Т30; по ГОСТ: TI; Т2; Т5; TI5; ТЗО; Т60.

В инженерной практике широко применяются технические теодолиты со стеклянными кругами.

Точность установки прибора . При измерении горизонтальных углов вертикальная ось вращения прибора должна быть расположена над вершиной измеряемого угла с необходимой точностью, т. е. прибор следует центрировать . Для центрирования применяются механические и оптические центриры .

Механический центрир (отвес) - нить с грузом (рис. 43).

Сетка нитей

Рис. 43. Центрирование теодолита

Наименьшая погрешность центрирования по отвесу составляет 5 мм. Оптический центрир , вмонтированный в подставку или, у новейших теодолитов, в алидадную часть, представляет собой зрительную трубу с поворотом оси визирования нарис. 43 б). У этой трубы вертикальная алидадная часть визирной оси оптического центрира совпадает с вертикальной осью вращения инструмента ZZ.

6.3. Поверки теодолитов

Правильные результаты измерений могут быть обеспечены только исправным прибором. Поэтому при получении прибора следует:

v произвести его внешний осмотр;

v провести поверки и юстировки .

При осмотре решается вопрос о пригодности прибора. При этом выявляются возможные дефекты изготовления или наличие внешних повреждений прибора при его предыдущей эксплуатации. При осмотре проверяют следующее :

ü плавность вращения всех деталей, рукояток и винтов;

ü точность нанесения делений лимба;

ü плавность перемещения пузырьков уровней;

ü четкость и неокрашенность в цвета радуги изображений рассматриваемых предметов в зрительной труб;

ü резкость изображения шкал отсчётного приспособления.

После осмотра проводят поверки прибора и, если необходимо, его юстировки.

Поверка - выявление правильности взаимного расположения отдельных частей и осей прибора, определяющих соблюдение его геометрической схемы.

Юстировка - исправление нарушенных условий взаиморасположения осей теодолита .

Взаиморасположение осей теодолита условно показано на рисунке 44.

Рис. 44. Взаиморасположение осей теодолита: Z - Z – вертикальная ось вращения прибора; Т-Т – ось вращения зрительной трубы; V - V – ось цилиндрического уровня при горизонтальном круге; W - W – визирная ось трубы; SS –вертикальная нить сетки нитей

6.3.1. Поверки теодолитов с металлическими кругами

Поверка 1 - Поверка цилиндрического уровня. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга (ГУК) должна быть перпендикулярна к оси вращения прибора (рис.44), т. е. параллельна плоскости лимба ГУК и контролирует его горизонтальность. VV ZZ .

Последовательность проведения поверки и юстировка изложены выше. Все последующие поверки производят при отвесном положении оси вращения прибора, т. е. после его горизонтирования.

Поверка 2. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы (рис. 44), т. е. WW ТТ.

Угол отклонения визирной оси трубы WW от перпендикуляра МК к оси ее вращения ТТ (рис. 45, угол С) называется коллимационной погрешностью трубы .

Рис. 45. Коллимационная погрешность визирной трубы теодолита (WW не перпендикулярна к ТТ)

Поверка выполняется при двух положениях вертикального круга относительно зрительной трубы. Вертикальный круг может располагаться справа (если смотреть со стороны окуляра) - это положение называется «круг право» (сокращенно КП ). Соответственно, при расположении вертикального круга слева будет «круг лево » (КЛ ).

При поверке данного условия берут отсчеты по лимбу, визируя на одну и ту же удалённую точку, расположенную горизонтально с при КП и КЛ, вычисляют коллимационную погрешность:

(25)

и если она больше двойной точности отсчетного устройства , то производят юстировку. (Методика проведения юстировок изложена в методических указаниях к лабораторным работам).

Поверка 3. Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения прибора, т. е. ТТ ZZ .

Заводы, выпускающие в настоящее время теодолиты, гарантируют выполнение этого условия. Однако поверка необходима по двум причинам:

Ø вследствие износа цапф горизонтальной оси трубы указанное условие может быть нарушено;

Ø у теодолитов старых марок данная поверка и последующая юстировка обусловлены конструкцией прибора.

Для проведения поверки теодолит устанавливают в 20-30 м от стены здания, визируют при круге лева (КЛ) на высоко расположенную на стене точку (рис. 46 а), опускают трубу примерно до горизонтального положения, отмечают на стене точку визирования . Затем, переведя трубу через зенит, производят то же при круге право (КП), фиксируют точку . Если отношение , то у теодолитов старых марок проводится юстировка, теодолиты последних выпусков ремонтируются в мастерской.

Поверка 4. Вертикальная нить сетки нитей должна быть строго горизонтальна и перпендикулярна к горизонтальной оси вращения трубы, т. е. SS TT .

Визируют правый конец (П) сетки нитей на какую-нибудь точку (рис. 46 б), плавно поворачивают микрометренным (наводящим) винтом зрительную трубу слева направо. И если левый конец (Л) сетки сходит с наблюдаемой точки* - на величину больше толщины штриха сетки нитей, то производят юстировку поворотом сетки нитей.

Ту же поверку производят (рис. 46 в), наводя вертикальную нить сетки нитей на нитку подвешенного отвеса. Если вертикальная нить сетки нитей совпадает с нитью отвеса, то отклонение вертикальной нитки сетки нитей от вертикали равно нулю. Поскольку перпендикулярность вертикальной и горизонтальной нитей сетки нитей гарантируется заводом - изготовителем.

Рис. 46. Поверка теодолита: а) - поверка № 3; б), в) - поверка № 4

После данной поверки и юстировки следует повторить поверку на коллимационную погрешность.

6.3.2. Поверки оптических теодолитов

ПОВЕРКА 1. Поверка цилиндрического уровня производится так же, как у теодолитов с металлическими кругами.

Если кроме цилиндрического уровня имеется круглый уровень, ось которого должна быть параллельна оси вращения прибора, то поверка и юстировка его производится по предварительно выверенному цилиндрическому уровню.

ПОВЕРКА 2. При одностороннем отсчетном приспособлении на отсчет по горизонтальному кругу одновременно оказывают влияние и коллимационная ошибка, и эксцентриситет алидады. Для выявления коллимационной ошибки визируют на удаленную точку, берут отсчеты КП1 и КЛ1, затем открепляют лимб, поворачивают верхнюю часть теодолита примерно на 180°, берут отсчеты КП2 и КЛ2 и вычисляют коллимационную ошибку (двойную):

Если , то осуществляют юстировку.

ПОВЕРКА 3. Поверку перпендикулярности оси вращения трубы к оси вращения прибора проводят так же, как и у теодолитов с металлическими кругами, при необходимости исправление производят в мастерской.

Ø ПОВЕРКА 4. Поверка оптического центрира. Визирная ось оптического центрира должна совпадать с осью вращения прибора ZZ.

Ø Поверку производят следующим образом:

· в 3-4 м от теодолита забивают колышек, визируют на его

торец и отмечают точку визирования;

· переводят трубу через зенит, по противоположному направлению визирования забивают 2-й колышек, отмечают точку визирования;

· между метками двух колышков натягивают нить,

*- поворачивают трубу на 900 и повторяют те же операции в перпендикулярном направлении, так же натягивают нить;

· Центр сетки оптического отвеса должен проектироваться в точку пересечения натянутых нитей.

Юстировку производят исправительными винтами сетки нитей центрира.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Глазовский технический колледж

специальность 270103

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине ОСНОВЫ ГЕОДЕЗИ И

Шифр 1051

Разработал

Крюков А.С.

Проверил

1. Понятие о географических и прямоугольных координатах

Географические координаты. Земля имеет форму сфероида, т. е. сплюснутого шара. Так как земной сфероид весьма мало отличается от шара, то обычно этот сфероид называют земным шаром.

Земля вращается вокруг воображаемой оси и делает полный оборот за 24 ч. Концы воображаемой оси называются полюсами: один из них называется северным, а другой - южным.

Мысленно разрежем земной шар плоскостью, проходящей через ось вращения Земли. Эта воображаемая плоскость называется плоскостью меридиана. Линия пересечения этой плоскости с земной поверхностью называется географическим (или истинным) меридианом. Меридианов можно провести сколько угодно, и все они пересекутся в полюсах.

Плоскость, перпендикулярная земной оси и проходящая через центр земного шара, называется плоскостью экватора, а линия пересечения этой плоскости с земной поверхностью - экватором.

Если мысленно пересечь земной шар плоскостями, параллельными экватору, то на поверхности Земли получаются круги, которые называются параллелями.

Нанесенные на глобусы и карты параллели и меридианы составляют градусную сетку. Градусная сетка дает возможность определить положение любой точки на земной поверхности (рис. 1).

Рис. 1. Градусная сетка земной поверхности

координата теодолит геодезическое нивелирование фундамент

За начальный меридиан при составлении карт в метрических мерах принят Гринвичский меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию (вблизи Лондона).

Положение любой точки на земной поверхности, например точки А, может быть определено следующим образом: определяется угол между плоскостью экватора и отвесной линией из точки А (отвесной линией называется линия, по которой падают тела, не имеющие опоры).

Этот угол называется географической широтой точки А (рис. 2.).

Рис. 2. Географическая широта

Широты отсчитываются по дуге меридиана от экватора к северу и к югу от 0 до 90°. В Северном полушарии широты положительны, в Южном - отрицательны.

Угол заключенный между плоскостями начального меридиана и меридиана, проходящего через точку А, называется географической долготой точки А (рис. 3).

Рис. 3. Географическая долгота

Долготы отсчитываются по дуге экватора или параллели в обе стороны от начального меридиана от 0 до 180°, на восток - со знаком «плюс», на запад - со знаком «минус».

Географическая широта и долгота точки называются ее географическими координатами.

Чтобы полностью определить положение точки над земной поверхностью, необходимо знать еще третью ее координату - высоту, отсчитываемую от уровня моря.

Понятие о прямоугольных координатах

Для характеристики положения точек земной поверхности применяются не только географические, но и прямоугольные координаты. Применение последних особенно удобно тогда, когда поверхность эллипсоида можно заменить горизонтальной плоскостью.

На горизонтальной плоскости выбираются две взаимно перпендикулярные линии XX и YY (рис. 4), принимаемые за оси абсцисс и ординат. Точка пересечения осей О является началом координат.

В СССР направление оси абсцисс совмещают с направлением меридиана, проходящего через выбранное начало координат на земной поверхности. При этом положительное направление оси абсцисс идет к северу от начала координат, а отрицательное --- к югу. Положительное направление оси ординат идет к востоку от начала координат, отрицательное -- к западу.

Оси прямоугольных координат делят плоскость на четыре четверти: I, II, III и IV, нумерация которых возрастает в направлении движения часовой стрелки (рис. 4).

Рис. 4. Система плоских прямоугольных координат, применяемая в геодезии

Иногда направление оси абсцисс совмещают не с направлением меридиана, а с каким-либо произвольным направлением. Такая система прямоугольных координат называется условной.

2. Назначение и устройство теодолита (Т-30). Виды теодолитов. Геометрическая схема

Технические теодолиты

Теодолит предназначен для измерения вертикальных и горизонтальных углов, для измерения расстояний и определения магнитных азимутов по буссоли. В соответствии с ГОСТом 10529-86 теодолиты по точности измерения углов разделяются на:

Высокоточные (Т-1)

Точные (Т-2,Т-5)

Технические (Т-15, Т-30)

(цифры - это средняя квадратичная ошибка измерения углов).

Рис. 5. Теодолит ТЗО:

а. Устройство Т-30: 1 -- подставка; 2, 3 -- окулярные кольца окуляра и отсчетного микроскопа; 4 -- вертикальный круг; 5 -- зрительная труба; 6 -- визир; 7 -- закрепительный винт трубы; 8 -- кремальера; 9 -- наводящий винт трубы; 10 -- цилиндрический уровень; 11,12 -- закрепительный и наводящий винты алидады; 13 -- закрепительный винт лимба; 14 -- подъемный винт;

б. Оптическая схема Т-30:1 -- горизонтальный круг; 2, 3, 6,13 -- линзы; 4,10,14 -- призмы; 5 -- пситапризма; 7 -- окуляр отсчетного микроскопа; 8 -- вертикальный круг; 9 -- сетка; 11 -- матовое стекло; 12 -- зеркало

Технические теодолиты предназначены для угловых измерений при прокладке теодолитных и тахеометрических ходов, в съемочных сетях, при инженерных, геологических и линейных изысканиях, при переносе проектов в натуру, при геодезическом обеспечении строительства и т. п. Технические теодолиты обычно имеют небольшие размеры и массу, просты в использовании, снабжены простейшим отсчетным приспособлением -- односторонними штриховыми и шкаловыми микроскопами.

Этот класс состоит из оптических теодолитов Т15, ТЗО (рис. 5) Т60 (б.СССР), Theo-020 (б.ГДР), TE-D2 (б.ВНР), теодолиты фирм: «Ниппон» (Япония), «Отто Феннель» (б.ФРГ), «Филотехника» (Италия), «Вильд Хербругг» (Швейцария) и др.

Теодолит Т15 имеет односторонню систему отсчитывания по кругам с передачей изображения штрихов в пол зрения одного шкалового микроскоп, (рис. 6). Имеется возможность использования Т15 по трехштативному методу. На базе Т15 создан теодолит Т15К со зрительной трубой прямого изображения и компенсатором при вертикальном круге, работающем в диапазоне ±3" (Т15 и Т15К выпускались с 1973 по 1981 г.).

Рис. 6 . Поле зрения шкалового микроскопа теодолитов с секторной оцифровкой вертикального круга (Т15К, 2Т15, 2Т5, 2Т5К). Отсчеты: по горизонтальному кругу -- 12°05,65"; по вертикальному кругу -- 2° 34,64"

Теодолиты ТЗО, 2Т30 имеют одностороннюю отсчетную систему, оценка доли деления круга выполняется на глаз по неподвижному индексу. На рисунке 7 отсчеты по горизонтальному кругу: а -- 70°05", б -- 18°02,0", в -- 111°37,5"; по вертикальному: а -- 358°46", б +1°36,5", в - 0°42,5".

Рис. 7. Поле зрения отсчетного устройства теодолита: а -- ТЗО; б-- 2Т30 при положительном угле наклона; в -- 2Т30 при отрицательном угле наклона

3. Геометрическое нивелирование способом «из середины», его схема

Геометрическое нивелирование производится горизонтальным визирным лучом, который получают чаще всего при помощи приборов, называемых нивелирами. Точность геометрического нивелирования характеризуется средней квадратической погрешностью нивелирования на 1 км двойного хода равной от 0.5 до 10.0 мм в зависимости от типа используемых приборов

Способ геометрического нивелирования

Геометрическое нивелирование выполняется горизонтальным лучом визирования. Перед нивелированием точки на местности закрепляют колышками, костылями, башмаками, на которые устанавливают вертикально нивелирные рейки. Место установки нивелира для работы называют станцией, а расстояние от нивелира до рейки - плечом нивелирования.

Рис.8. Способ геометрического нивелирования из середины.

При нивелировании из середины (рис.4) нивелир устанавливается примерно на равных расстояниях от реек, поставленных на точки А и В, а превышение вычисляют по формуле:

где а и b - отсчеты в мм по рейкам, установленным соответственно на задней по ходу движения при нивелировании и передней точках.

Знак превышения h получится положительным, если а больше b, и отрицательным, если а меньше b. Если известна высота НА задней точки А, то высота передней точки В

НВ = НА + h.

Установка нивелира в рабочее положение

Для установки нивелира в рабочее положение его закрепляют на штативе становым винтом и вращением сначала двух, а затем третьего подъемных винтов приводят пузырек круглого уровня на середину. Отклонение пузырька от середины допускается в пределах второй окружности. В этом случае диапазон работы элевационного винта позволит установить пузырек цилиндрического уровня в нульпункт и установить визирную ось зрительной трубы в горизонтальное положение при соблюдении главного условия (для нивелира с цилиндрическим уровнем UU1 WW1). Приближенное наведение на нивелирную рейку выполняют с помощью мушки, расположенной сверху зрительной трубы. Более точное наведение осуществляют вращением наводящего винта зрительной трубы, которую перед отсчетом по рейке предварительно устанавливают по глазу (вращением окуляра) и по предмету (вращением кремальеры) для четкого совместного изображения сетки нитей и делений на нивелирной рейке. Перед отсчетом по средней нити тщательно совмещают концы пузырька цилиндрического уровня в поле зрения трубы, медленно вращая элевационный винт.

4. Геодезическое сопровождение при монтаже ленточных фундаментов

Большое значение имеет постоянное геодезическое сопровождение монтажа и контроль точности установки сборных элементов в проектное положение. При этом производят исполнительную съемку -- геодезическую проверку фактического положения смонтированных конструкций в плане и по высоте. По данным съемки составляют исполнительный чертеж, позволяющий произвести оценку точности монтажа. После рассмотрения исполнительной документации решается вопрос о возможности продолжения строительно-монтажных работ.

Выверка конструкций с помощью геодезических инструментов производится по нанесенным осевым рискам и маркировочным отметкам.

При выверке фундаментов теодолит устанавливают над осевым знаком обноски или крайнего фундамента и наводят крест нитей трубы на осевой, знак обноски {(фундамента) в противоположном конце здания. Затем, постепенно поворачивая трубу, наводят крест нитей на все проверяемые фундаменты и фиксируют на них фактическое положение осей. При отсутствии знаков закрепления разбивочных осей теодолит устанавливают над первым фундаментом и центрируют в точку пересечения продольной и поперечной осей здания. Из этого положения наводят трубу на риску последнего фундамента проверяемого ряда и, действуя трубой, как и в предыдущем случае, наносят положение оси на все фундаменты.

Однако выверка теодолитом, установленным над первым фундаментом, возможна только при сравнительно небольшой длине ряда (до 100--120 м), когда дальние фундаменты хорошо видны. При большей длине зданий "(до 250 м) теодолит устанавливают в середине ряда и также центрируют в точку пересечения продольной и поперечной осей данного ряда фундаментов. Выверку осей производят так же, как и в предыдущем случае, с той лишь разницей, что после нанесения рисок на одной половине ряда (фундаментов трубу поворачивают ца 180° и из этого положения наносят риски на второй половине ряда фундаментов.

После выверки оси одного ряда рулеткой измеряют расстояния поперек пролета на первом и последнем фундаментах и между фундаментами ряда; при этом для уменьшения ошибок рулетку растягивают на всю длину, размечая по ней расположение промежуточных фундаментов.

Поперечные оси фундаментов проверяют путем по-» ворота на 90° трубы теодолита, устанавливаемого поочередно в центре каждого фундамента на оси первого продольного ряда.

Положение фундаментов по высоте контролируют нивелиром относительно временных реперов, расположенных вблизи строящегося здания. Отметки временных реперов устанавливают по основным реперам объекта. Фундаменты нивелируют только группами, одновременно по одному или нескольким рядам. При измерениях определяют Отметку дна стакана фундамента в центре, отметку верха бетона фундамента и анкеров. В стаканах для двухветвевых колойн отметки берут в двух точках -- по осям ветвей.

Все результаты измерений --действительные положения осей, размеры между фундаментами, размеры стаканов понизу и их отметки---наносят на исполнительную геодезическую схему.

Определить отметку точек 1 и 2 на плане с горизонталями аналитическим путем

НА=НН.Г+h/d*a(м);

НН.Г=28.00 м;

d=40 м; а=10 м,

h - высота сечения (h=1 м)

d - заложение

а - растояние от нижней горизонтали до искомой точки

НА1= 28.00 + 1/40*10 = 28.25 м

НА2= 29.00 + 1/50*10 = 28.20 м

Список использованной литературы

1. Баздырев Г. И., Лошаков В. Г., Пупонин А. И. и др. Земледелие. -- М.: Колос, 2000. -- 552 с.: ил.

2. Дубенок Н. Н., Шуляк А. С. Землеустройство с основами геодезии. -- М.: КолосС, 2004. -- 320 с: ил.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Основные виды геодезических чертежей. Отличительные признаки плана и карты. Основные поверки и юстировка теодолита. Суть геодезического обоснования. Геодезическое сопровождение при монтаже колонн в стаканы фундаментов. Схема выверки колонн по вертикали.

контрольная работа , добавлен 15.10.2009


Основные типы нивелиров. Геодезическое трассирование линейных сооружений. Высотная сеть сгущения. Геометрическое нивелирование из "середины" и "вперед". Порядок снятия отсчетов при работе с двусторонними рейками. Контроль наблюдений и их обработка.

презентация , добавлен 08.12.2014


Определение средней квадратической ошибки угла, измеренного одним полным приемом при помощи теодолита Т-30. Оценка точности коэффициента дальномера зрительной трубы. Уравновешивание результатов нивелирования системы ходов способом косвенных измерений.

контрольная работа , добавлен 17.05.2010


Решение геодезических задач на масштабы, чтение топографического плана и рельефа по плану (карте), ориентирных углов линий, прямоугольных координат точек, линейных измерений. Изучение и работа теодолита, подготовка топографической основы для планировки.

практическая работа , добавлен 15.12.2009


История геодезии. Явление рефракции. Изучение рефракционных искажений в инженерно-геодезических измерениях. Геометрическое нивелирование или нивелирование горизонтальным лучом. Современные инструменты высокоточных инженерно-геодезических измерений.

реферат , добавлен 25.02.2009


Вычисление дирекционных углов сторон, прямоугольных координат и длины разомкнутого теодолитного хода. Построение и оформление плана теодолитной съемки. Журнал нивелирования железнодорожной трассы. Расчет пикетажного положения главных точек кривой.

контрольная работа , добавлен 13.12.2012


Ознакомление с геодезическими приборами. Конструктивные особенности теодолита 4Т30, нивелира 3Н-5Л и электронного тахеометра 3Та5. Геометрическое, тригонометрическое, гидростатическое, барометрическое нивелирование. Автоматизация тахеометрической съемки.

отчет по практике , добавлен 16.02.2011


Исследование работ, выполняемых нивелиром. Геометрическое, барометрическое и гидростатическое нивелирование. Построение плоскостей. Проектирование и разбивка горизонтальной площадки. Камеральная обработка результатов нивелирования строительной площадки.

курсовая работа , добавлен 23.12.2014


Геометрическое и тригонометрическое нивелирование, физический смысл. Сферы применения астрономического и астрономо-гравиметрическое нивелирования. Высокоточные и технические нивелиры, типы реек. Виды лазерных уровней. Особенности построения профиля.

курсовая работа , добавлен 15.05.2012


Описание систем координат, применяемых в геодезии. Технологические схемы преобразования координат. Составление каталогов геодезических, пространственных прямоугольных, плоских прямоугольных координат Гаусса-Крюгера в системах ПЗ-90.02, СК-42, СК-95.

Геодезия – наука об определении фигуры, размеров и гравитационного поля Земли и об измерениях на земной поверхности для отображения ее на планах и картах, а также для проведения различных инженерных и народнохозяйственных мероприятий. На практике измерения приходится проводить и на поверхности земли, и под ее поверхностью (тоннели метро, шахты), и над землей (например, при постройке высотных зданий или таких уникальных сооружений, как Останкинская телебашня). Геодезические работы нужны для самых разнообразных целей, и прежде всего для составления планов и карт.

Задачи геодезии подразделяются на научные и научно-технические.

Главной научной задачей геодезии является определение формы и размеров Земли и ее внешнего гравитационного поля. Наряду с этим геодезия играет большую роль в решении многих других научных задач, связанных с изучением Земли. К числу таких задач, например, относятся: исследования структуры и внутреннего строения Земли, горизонтальных и вертикальных деформаций земной коры; перемещений береговых линий морей и океанов; определение разностей высот уровней морей, движений земных полюсов и др.

Научно-технические и практические задачи геодезии чрезвычайно разнообразны; с существенными обобщениями они заключаются в следующем:

– полевые исследования – полевая геодезия обеспечивает составление проектов сооружений путём выполнения полевых геодезических измерений и вычислительно графических работ;

– разбивочные работы – перенесение запроектированных сооружений на местность;

– исполнительные съёмки – с целью того, чтобы выяснить на сколько отличаются результаты исполненного этапа от проекта;

– наблюдения за деформациями.

Все задачи геодезии решаются на основе результатов специальных измерений, называемых геодезическими, выполняемых при помощи специальных геодезических приборов. Поэтому разработка программ и методов измерений, создание наиболее целесообразных типов геодезических приборов составляют важные научно-технические задачи геодезии.

Многочисленность научных и практических задач, решаемых геодезией, привела к выделению в ней ряда самостоятельных разделов: топографии, высшей геодезии, картографии, прикладной (инженерной) геодезии, аэрофотогеодезии и космической геодезии (дистанционные методы зондирования):

Высшая геодезия – изучает фигуру, размеры и гравитационное поле Земли и планет Солнечной системы, а также теорию и методы построения геодезической сети в единой системе координат. Высшая геодезия тесно связана с астрономией, гравиметрией, геофизикой и космической геодезией.

Геодезия (топография) – занимается съемкой сравнительно небольших участков земли и разрабатывает способы их изображения на планах и картах.

Картография – изучает методы, процессы создания и использования карт, планов, атласов и другой картографической продукции.

Фотограмметрия – изучает способы определения формы, размеров и положения объектов в пространстве по их фотографическим изображениям.

Космическая геодезия – изучает методы обработки данных, полученных из космического пространства с помощью искусственных спутников, межпланетных кораблей и орбитальных станций, которые используются для измерений на земле и планетах солнечной системы.

Инженерная (прикладная) геодезия – изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации разнообразных и инженерных сооружений, при разведке, использовании и эксплуатации природных богатств.

Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает методы проведения геодезических работ в подземных горных выработках.

Четко обозначенных границ между перечисленными дисциплинами нет. Так, топография включает в себя элементы высшей геодезии и картографии, инженерная геодезия использует разделы практически всех остальных геодезических дисциплин и т.д.

Уже из этого неполного перечня геодезических дисциплин видно, какие разнообразные задачи – и теоретического, и практического характера, – приходится решать геодезистам, чтобы удовлетворить требования государственных и частных учреждений, компаний и фирм. Для государственного планирования и развития производительных сил страны необходимо изучать ее территорию в топографическом отношении. Топографические карта и планы, создаваемые геодезистами, нужны всем, кто работает или передвигается по Земле: геологам, морякам, летчикам, проектировщикам, строителям, земледельцам, лесоводам, туристам, школьникам и т.д. Особенно нужны карты армии: строительство оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям, использование ракетной техники, планирование военных операций, – все это без карт и других геодезических материалов просто невозможно.

Геодезия постоянно впитывает в себя достижения математики, физики, астрономии, радиоэлектроники, автоматики и других фундаментальных и прикладных наук. Изобретение лазера привело к появлению лазерных геодезических приборов – лазерных нивелиров и светодальномеров; кодовые измерительные приборы с автоматической фиксацией отсчетов могли появиться только на определенном уровне развития микроэлектроники и автоматики. А достижения информатики вызвали в геодезии подлинную революцию, в последние годы строительство так называемых уникальных инженерных сооружений потребовало от геодезии резкого повышения точности измерений, и учитывать десятые и даже сотые доли миллиметра. По результатам геодезических измерений изучают деформации и осадки действующего промышленного оборудования, обнаруживают движение земной коры в сейсмоактивных зонах, наблюдают за уровнями воды в реках, морях и океанах и уровнем грунтовых вод. Возможность использования искусственных спутников Земли для решения геодезических задач привела к появлению новых разделов геодезии – космической геодезии и геодезии планет.



Министерство образования и науки Самарской области

Министерство имущественных отношений Самарской области

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Тольяттинский индустриально-педагогический колледж (ГОУ СПО ТИПК)

ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Дисциплина: Основы геодезии

Принял: преподаватель____

Гусарова С.А.

подписьФ.И, О.

Выполнил:

студент группы С-271

«_______» 2008 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для закрепления теоретических знаний и для приобретения необходимых практических умений учебной программой дисциплины «Основы геодезии» предусматриваются лабораторные и практические работы, которые проводятся после изучения соответствующей темы на лекционных занятиях.

Следует обратить внимание студента на то, что перед началом решения задач по каждой из тем Вы должны изучить соответствующие разделы из рекомендованного Вам учебника (учебного пособия) и/или материалы лекций.

Если работа сдана позже установленного срока, то она должна быть защищена на консультациях.

К данному пособию прилагается лист контроля, который заполняется преподавателем после выполнения каждой практической работы.

Работы должны выполняться аккуратно. За небрежность оценка может быть снижена.

В результате изучения дисциплины и выполнения данных лабораторных, практических работ студент должен

суть основных геодезических понятий,

типы и устройство основных геодезических приборов

Использовать мерный комплект для измерения длин линий, теодолит для измерения горизонтальных и вертикальных углов, нивелир для измерения превышений; по известным координатам определять положение проектной точки на местности в плане и по высоте инструментальными методами

ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Практическая работа №1. Решение задач на масштабы

Масштаб - это отношение длины линии на карте, плане (чертеже) Sp к длине горизонтального приложения соответствующей линии в натуре (на местности) Sm.

Численный масштаб - 1/ М, правильная дробь, у которой числитель равен 1, а знаменатель М показывает во сколько раз уменьшены линии местности по сравнению с планом.

Например, масштаб 1:10000 означает, что все линии местности уменьшены в 10000 раз, т.е. 1 см плана соответствует 10000 см на местности

или 1 см плана = 100 м на местности,

или 1 мм плана = 10 м на местности.

Следовательно, зная длину отрезка Sp плана по формуле Sm=Sp*M можно вычислить длину линии на местности или по формуле Sp= Sm:M определить длину отрезка на плане.

Например, длина линии на местности 252 м; масштаб плана 1:10000. Тогда длина линии на плане Бр=252м: 10000=0,0252м = 25,2мм.

И обратно, длина отрезка на плане равна 8,5 мм; масштаб плана 1:5000. Требуется определить длину линии местности. Она будет 8,5 мм * 5000 = 42,5м.

Задача №1 Вычислите длину линии на местности Sm, для данных, приведенных в таблице 1. Результаты запишите в соответствующую графу таблицы 1.

Таблица 1

Таблица 2

Часто в геодезической практике приходится определять масштабы аэроснимков. Для этого измеряют длину отрезка на аэроснимке и длину горизонтального проложения этой линии на местности. Затем, используя определение масштаба, вычисляют масштаб.

Например: длина отрезка на аэроснимке 2.21 см.; длина горизонтального проложения этой линии на местности 428,6 м.

Тогда, согласно определению:

Задача №2 Определите масштабы аэроснимков, по данным приведенным в таблице 3. результаты записать в соответствующую графу таблицы 3

Таблица 3

Точность масштаба

Длины линий на местности, соответствующие 0,1 мм карты (плана) называется точностью масштаба - tm. Это величина, характеризующая точность определения длин линий по карте (плану). Например: точность масштаба 1:25000 равна 2,5 м.

Расчет можно вести следующим образом:

в 1 см - 250м;

в 1 мм - 25 м;

в 0,1 мм-2,5 м

или to =0,1мм* 25000=2,5 м.

Задача №3

а) Определите точность масштабов:

б) Точность масштаба карты (плана) равна:

tm1=0,5м; t2=0,05M; t3=____ ___; t4=_______;

Определите масштаб карты (плана).

1/М1=______; 1/М2=_______; 1 /МЗ=_______; 1/М4=_______;

Задача №4 На карте масштаба 1:10000 (рис. 1) показан раствор измерителя, равный расстоянию между двумя точками карты KL. Используя приведенный ниже график линейного масштаба (рис.2), определите длины горизонтальных приложений линий местности для всех вариантов.

Указание: в начале определите расстояния на местности (в соответствующем масштабе) для отрезков 0-2; а1в1; а2в2; аЗвЗ.

Задача №6 Постройте диаграмму масштаба 1:2000 на чертежной бумаге с основанием 2,5 см; число делений по основанию и по высоте принять равным 10 (n=m=10). Подпишите деления по основанию и высоте (через одно). Диаграмму приклеить, на оставленное ниже место.

Масштаб 1:2000

Практическая работа №2. Чтение топографического плана

Задача №1 Изучите условные знаки, имеющиеся на выданной Вам топографической карте, пользуясь таблицей условных знаков, в соответствии с их подразделением на 4-е группы: 1-я - контурныеусловные знаки;

2-я - внемасштабные условные знаки;

3-я - линейные условные знаки;

4-я - поясняющие условные знаки и надписи.

Выберите по 3 условных знака из каждой группы, скопируйте их, в отведенных для этого прямоугольниках, и подпишите рядом с прямоугольником названного условного знака.

Практическая работа №3. Чтение рельефа по плану (карте)

Задача №1 Изучите рельеф, представленный на Вашей карте горизонталями.

Найдите на карте пять основных форм рельефа. Скопируйте по каждой форме одну наиболее характерную. Подпишите в соответствии с правилами высоты горизонталей, поставьте скат штрихи. Проведите характерные линии рельефа (линии водотока и водораздела).

Основные формы рельефа.

Практическая работа №4. Определение ориентирных углов линий по плану

Задача №1 На учебной топографической карте преподавателем кружками с наколами обозначены вершины замкнутой фигуры, называемой в геодезии полигон. Прочертить карандашом (по линейке) прямыми линиями стороны полигона. Составить, схематический чертеж полигона.

Пример составления схемы показан на рисунке 4

Рисунок 4

Задача №2 Измерить геодезическим транспортиром внутренние углы полигона, округляя отчеты до 5*.

Выписать результаты измерения углов на составленную Вами схему полигона, расположив надписи как указано на образце.

Вычислить практическую сумму измеренных углов:

∑β 1 =β 1 +……+β 4

и теоретическую сумму углов по формуле ∑β 0 = 180(n-2), где n-число углов в полигоне.

Вычислить разность ∑β 1 -β 0 =f β называемую в геодезии невязкой.

Сравнить полученную невязку с допустимой f βа i определяемую по формуле: f βа i = l5√ n

Схема полигона.

Задача №3 С помощью геодезического транспортира измерить на учебной карте географический азимут и дирекционный угол стороны полигона 1-2. Вычислить азимут магнитный. Величину склонения магнитной стрелки рассчитать по данным карты.