Автоматизация топографо-геодезических работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Курсовой проект по дисциплине «Автоматизация топографо-геодезических работ».

Объектом работы является топографический план 1:2000 масштаба.

Цель проекта - ознакомление с новейшими технологиями, методами и программным обеспечением, для составления топографического плана масштаба 1:2000.

Курсовой проект содержит требования к содержанию и точности плана, описание технологии ведения работ, содержание полевых и камеральных работ, технические характеристики используемых приборов.

Введение

Обучаясь на третьем курсе специальности «Прикладная геодезия», мне интересны все последние тенденции развития нашей специальности и науки геодезии в целом. Тем более что научно - технический прогресс позволил серьезно расширить границы возможностей данной отрасли.

С помощью данного курсового проекта мы закрепим и углубим наши знания в данной сфере, а также приобретем практические навыки по творческому применению полученных знаний в решении инженерных задач. Применять устаревшие методы работы и соответственно устаревшие приборы в нашем современном и постоянно развивающемся мире не актуально и не эффективно. Для того чтобы добиться наилучшего результата, при работе старыми методами и старыми приборами, от нас потребуется более кропотливая работа, занимающая много времени, при этом правильность и точность выполнения обеспечивать намного сложнее. В этом и заключается необходимость и актуальность этого курсового проекта в нашем учебном курсе. Главная задача проекта в соответствии с названием - создание крупномасштабного топографического плана при использовании наиболее рационального способа и проведение топографических работ, при использовании технологий, не требующих большой траты времени и сил.

Выполнение курсового проекта также является подготовкой к исполнению обязанностей инженера, умеющего ставить и решать инженерно-технические задачи, пользоваться специальной, справочной и периодической литературой, инструкциями, руководствами и средствами Интернета.

Отдельные разделы курсового проекта включают в себя:

1 раздел: представлены требования, которые предъявляются к точности и содержанию топографических планов. Знание информации из этого раздела позволит нам с нужной точностью и содержанием, соответствующим плану масштаба 1:2000 создать изображение рельефа и ситуации местности. Содержанием плана является то, что на него нанесено при заданном масштабе, в соответствии с ГОСТом.

2 раздел содержит обоснование того или иного метода при съёмке элементов ситуации местности и рельефа и главное целесообразность применения выбранного метода, а также описание оборудования, от которого непосредственно зависит выполнение работы. Здесь рассмотрены методы, основанные на использовании GPS оборудования и электронных тахеометров. Представлено сравнивание программных пакетов, дающих возможность обработать данные, полученные при измерениях.

3 раздел: последовательность действий, в предложенном программном пакете, по составлению фрагмента топографического плана.

4 раздел: несёт информацию о техническом усовершенствовании приборно-измерительной базы и о компьютеризации.

В заключении сделаны соответствующие выводы.

Результатом нашей работы является фрагмент топографического плана масштаба 1: 2000.

1. Анализ требований, предъявляемых к содержанию и точности топографических планов масштаба 1:2000

Съемке и отображению на топографических планах подлежат все объекты и участки местности, предусмотренные для конкретных масштабов действующими условными знаками. Рассмотрим требования, предъявляемые к топографическому плану масштаба 1:2000, на который должны наноситься такие объекты, как:

опорные пункты: пункты триангуляции, полигонометрии, трилатерации, реперы нивелирования, пункты съёмочного обоснования, закреплённые на местности. Эти объекты наносятся на план по координатам: на незастроенных территориях - все опорные пункты с их высотами, а на застроенных - в зависимости от нагрузки плана;

здания и постройки жилые и нежилые с указанием их назначения, материала (для огнестойких) и этажности. Постройки, выражающиеся в масштабе плана, изображают по контурам и габаритам их цоколей. Архитектурные выступы и уступы зданий и сооружений отображаются, если величина их на плане 0,5 мм и более.

Столбы телефонных, телеграфных, электрических проводов; покрытие проезжих частей, улиц с указанием материала покрытия; канавы, лотки, решетки дождеприёмников, водостока, выходы подземных коммуникаций, люки смотровых колодцев водопровода, канализации, теплосети, газа, водостока, телефонной сети и других подземных инженерных сетей;

промышленные объекты - комплексы строений и сооружений заводов, фабрик, электростанций, шахт, карьеров, торфоразработок и т.д.; нефтяные вышки, склады добытых ископаемых;

железные, шоссейные и грунтовые дороги всех видов и сооружения при них - мосты, туннели, переезды, переправы, путепроводы и т.п.;

гидрография - береговые линии морей, озёр, рек, ручьёв с указанием на плане отметок урезов воды рек, ручьёв и с датой их определения, площади разливов, приливно-отливные полосы, берега различных типов и т.д.;

объекты гидротехнические и водного транспорта - каналы, канавы, водоводы и водораспределительные устройства, плотины, набережные, пристани, молы, маяки, навигационные знаки и др.;

объекты водоснабжения - колодцы, колонки, резервуары, отстойники, естественные источники и др.;

линии электропередачи и связи - телефон, телеграф и электросети (снимаются и показываются все опоры и поворотные столбы);

линии подземных коммуникаций - водопровод, канализация, газификация, теплосети, электорокабели и др.;

растительность древесная, кустарниковая, травяная: участки, занятые выгоном, лугом, питомниками, садами, виноградниками, ягодниками, плантациями технических культур, рисовыми полями и др. При съёмке леса определяют и показывают на плане породу леса, среднюю высоту деревьев, толщину их на высоте груди; выделяют контуры вырубок, гарей, поляны сельскохозяйственных угодий, находящихся среди леса. Наименьшая площадь контуров, изображаемая на планах для хозяйственно - ценных участков, равна 20 мм, а для участков, не имеющих хозяйственного значения - 50 мм;

границы - политико-административные, городские черты, полосы отвода железных, шоссейных и грунтовых дорог, территории энергетических установок общего пользования, высоковольтных передач, территории радиостанций, защитных зон и зон санитарной охраны и др.

Рельеф местности изображают на топографических планах горизонталями, высотами и условными знаками обрывов, скал, воронок, осыпей, оврагов, оползней, ледников и др. Формы микрорельефа изображаются полугоризонталями или вспомогательными горизонталями с отметками высот местности.

На топографических планах помещаются собственные названия населенных пунктов, улиц, железнодорожных станций, пристаней, лесов, песков, солончаков, вершин, перевалов, долин, балок, оврагов и других географических объектов.

Средние погрешности в положении на плане предметов и контуров местности с чёткими очертаниями относительно ближайших точек съёмочного обоснования не должны превышать 0,5 мм, а в горных районах - 0,7 мм. На территории с капитальной и многоэтажной застройкой погрешности во взаимном положении на плане близлежащих важных контуров не должны превышать 0,4 мм.

Средние погрешности съёмки рельефа относительно ближайших точек геодезического обоснования не должны превышать по высоте:

*1/4 принятой высоты сечения рельефа при углах наклона до 2;

*1/3 - при углах наклона 2 - 6 и сечении рельефа 0,5 м.

На лесных участках допуски увеличиваются в 1,5 раза. В районе с углами наклона свыше 6 число горизонталей должно соответствовать разности высот, определённых на перегибах скатов, а средние погрешности высот, определённых на характерных точках рельефа, не должны превышать 1/3 принятой высоты сечения рельефа.

Точность топографических планов оценивается по расхождениям положения предметов и контуров местности, а так же в высотах точек, рассчитанных по горизонталям, с данными контрольных полевых измерений.

Предельные расхождения не должны превышать удвоенных значений средних погрешностей и не должны быть более 10% общего числа контрольных измерений.

2. Обоснование технологии выполнения полевых и камеральных работ с кратким описанием основных процессов

В этом разделе представлено ведение процесса съёмки и обработки её результатов в современных условиях. Этапы выполнения топографической съёмки местности:

1. работы с целью сгущения планово-высотного обоснования;

2. работы с целью съемки ситуации и рельефа;

3. обработка полученных измерений.

Для прохождения указанных этапов работы теоретических сведений не достаточно. Но при поддержке специального оборудования эти сведения могут быть применены для измерительных работ, производимых на поверхности земли.

Проходя через модернизацию и приобретая всё больше технических характеристик, инструментальная база для геодезических работ улучшается с нарастающей скоростью. Раньше больше дополнялись и усовершенствовались приспособления для съёмочных работ. В настоящее время больше внимания уделяется развитию технологий проведения полевых работ. За всё время, много способов съёмки было испробовано, а так же введено в её процесс. Некоторыми из них пользуются до сих пор, но только с применением новых приборов. К примеру, для производства работ связанных со съёмкой ситуации и рельефа местности можно применять методы, основанные на использовании теодолита и рулетки, а именно метод обхода с применением способа засечек (угловых и линейных), способ перпендикуляров, полярный метод, тахеометрическая съёмка местности, мензульная съёмка, основанная на использовании кипрегеля. Большинство из этих методов в настоящее время не эффективны при работе. Некоторые из них не используют как основную возможность для составления плана. Например, способы засечек и перпендикуляров применяют в основном для корректировки устаревшего плана и его дополнения, а не для основной съёмки. Использование мензулы и кипрегеля давно устарело. Следовательно, продуктивная работа, возможна при использовании метода тахеометрической съёмки местности.

2.1 Обоснование оптимальной технологии ведения полевых работ с целью сгущения планово-высотного обоснования

В этом разделе представлены все методы съёмки, описаны причины выбора определённых технологий проведения полевых работ, а также рассмотрены методы сгущения съёмочного обоснования на базе государственной геодезической сети и приспособления, применяемые для этого.

Сети сгущения проектируются таким образом, чтобы выполнялись требования «Инструкции по топографическим съемкам в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500». Плотность геодезической основы должна быть доведена развитием геодезических сетей сгущения в городах и прочих населенных пунктах не менее чем 4 пунктов триангуляции и полигонометрии на 1 км.2 в застроенной части и 1 пункта на 1 км2 на незастроенной территории. Главной геодезической основой топографических съемок является Государственная Геодезическая Сеть (ГГС) в виде пунктов триангуляции и полигонометрии и Государственная нивелирная сеть в виде марок и реперов нивелирования.

Создание сети сгущения - неотъемлемая часть работы по построению топографического плана, так как с пунктов и сторон этой сети и производится сама съёмка. Сети сгущения могут представлять собой систему треугольников называемую микротриангуляцией, либо систему полигонов, (теодолитные хода, замкнутые и разомкнутые, опирающиеся на один или два пункта полигонометрии). Не зависимо от вида съёмочного обоснования, способы измерения координат пунктов для них одинаковы. Опираясь на базисные стороны и пункты опорной сети, координаты которых известны, привязка планово-высотного обоснования выполняется:

1) определением примычного угла между стороной опорной сети и сети сгущения;

2) способом прямой и обратной угловой засечки.

В нынешний период для сгущения планово-высотного обоснования целесообразнее и намного эффективнее применять методы, основанные на использовании фазового GPS-оборудования. Усовершенствования приборов и методов существенно повысили точность, надежность и легкость выполнения съемки.

GPS-оборудование позволяет определить координаты любой точки земной поверхности, с высокой или низкой точностью, в зависимости от характеристик приборов. Сами приборы представлены в виде одно- или двухсистемных, одно- или двухчастотных приёмников, которые принимают сигналы нескольких спутников. Различные частоты позволяют лучше учитывать состояние атмосферы.

Пункты GPS заложены долговременно, с учетом взаимной видимости между смежными пунктами. Если видимость отсутствует, то закладываются временные пункты - пара на максимальном расстоянии не менее 500 м. Расстояние между пунктами GPS от 2 до 5 км. Часть пунктов была привязана к трем пунктам триангуляции. Общее число пунктов 9, которые заложены долговременно.

В настоящее время используются две спутниковые системы определения координат: российская система ГЛОНАСС и американская система NAVSTAR GPS (европейская спутниковая система Galileo имеет всего один спутник, поэтому большой популярностью не пользуется; однако уже созданы трехчастотные GPS-приемники, имеющие возможность принимать сигнал от спутников всех трех навигационных спутниковых систем). Орбиты спутников практически круговые и расположены на расстоянии около 20180 км над поверхностью Земли. Такое количество спутников и их расположение обеспечивает одновременный прием сигналов как минимум от четырех спутников в любой части Земли.

Каждая из систем включает три главных сегмента: наземного контроля и управления (НКУ), созвездия спутников (космических аппаратов - КА) и аппаратуры пользователей (АП).

Наземный сегмент состоит из сети станций слежения за спутниками, службы точного времени и центра управления (главной станции). Наземные станции собирают информацию об орбитах спутников, обрабатывают ее и передают на спутники прогноз их координат на определенное время (эфемериды), а также другие данные. Спутники принимают и хранят информацию с наземных станций, а также непрерывно излучают для пользователей измерительные радиосигналы, данные о системном времени, свои координаты и другие сведения. Сегмент пользователя включает совокупность аппаратно-программных средств, реализующих определение местоположения спутниковых приемников на поверхности Земли.

Для спутниковых определений установлены свои геодезические системы координат, представляющие собой пространственную, прямоугольную систему X,Y,Z с началом координат в центре масс Земли, ось которой направлена к северному полюсу, оси X и Y лежат в плоскости экватора; причем ось X совпадает с плоскостью Гринвичского меридиана, а ось Y - ей перпендикулярна. Для NAVSTAR принята система координат WGS-84, для ГЛОНАСС - ПЗ-90.

Определение местоположения на поверхности Земли с помощью спутников основано на измерении расстояний (дальностей) от спутников до приемника по скорости и времени распространения радиоволн. Если измерить дальности до трех спутников, зная их координаты, то методом линейной засечки можно определить координаты точки стояния спутника. В силу разных по точности «часов» на спутнике и в приемнике и некоторых других причин определенное до спутника расстояние будет содержать ошибки. Такое ошибочное расстояние получило название «псевдодальности». Чтобы правильно вычислить координаты пункта по псевдодальностям, надо их измерить не до трех спутников, а, как минимум, - до четырех (см. рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема спутниковых измерений

Методы определения местоположений с помощью GPS можно разделить на абсолютные и относительные. В результате применения абсолютного метода координаты пользователя определяются в общеземной системе координат в лучшем случае с ошибкой 1 м.

Для геодезических работ, включая и топографическую съемку, применяют относительный метод, для которого необходимо иметь не менее двух спутниковых приемников. Один из них устанавливается на пункте с известными координатами (базовая станция), другой (или другие) - на точках, координаты которых определяются. Наблюдая в течение некоторого времени одновременно с двух станций одни и те же спутники, можно получить приращения координат относительно базовой станции с ошибкой 0,5 - 2,0 см.

Точность относительных определений зависит в основном от времени наблюдений, поэтому различают три основные методики: статическую, кинематическую и динамическую.

Окончательная обработка результатов измерений производится на персональном компьютере по специальной программе.

Положительной стороной использования GPS-оборудования является то, что мы можем получить точные координаты в трехмерном пространстве с высокой скоростью и в реальном времени. Кроме того измерения можно производить хоть все 24 часа в сутки в любой точке Земного шара. GPS-оборудование может работать при любых погодных условиях, не требуя прямой видимости между точками (например, мы можем определить координаты одного пункта относительно другого, если координаты первого уже известны, даже на больших расстояниях, например из города в город). Такие характеристики упрощают процесс привязки съёмочного обоснования, определения точности взаимного положения пунктов. Если еще возникает вопрос о том, какие же технологии лучше применять с целью сгущения планово-высотного обоснования и построения или оценки геодезической сети, для более рационального приложения своих возможностей, лучше воспользоваться GPS оборудованием.

Определение положения пунктов при работе с приемником спутниковых сигналов возможно в различных технологических последовательностях. Изложим две из них: статический метод и метод «Стой - Иди» (псевдокинематический).

При статическом методе измеряют разность фаз от двух приемников, находящихся одновременно в зоне радиовидимости не менее чем четырех спутников. Статический метод является наиболее надежным и точным методом, позволяющим получить разность координат смежных пунктов с миллиметровой точностью.

Технологическая последовательность работ представлена на рисунке 2.



Рисунок 2 - Статический метод

Один из приемников (1) устанавливается на пункте с известными координатами. Второй приемник устанавливается на определяемом пункте. Разделение пунктов на известный и определяемый носит условный характер.

Работа с каждым приемником на станции сводится к:

- центрированию приемника над пунктом;

- измерению высоты антенны;

- включению приемника.

Центрирование приемника над пунктом выполняется оптическим отвесом.

Измерение высоты антенны производится с помощью секционной рейки. Для этого острый конец рейки совмещают с центром пункта. Саму рейку размещают в одном из двух углублений на ребре приемника и берут отсчет по штриху относительно нанесенной в углублении метке.

Для контроля высоту приемника измеряют дважды. Оба измерения не должны отличаться более чем на 2 мм.

Измеренное значение высоты приемника есть расстояние вдоль наклонной линии. Приведение высоты приемника к вертикали осуществляется программным путем в процессе обработки измерений.

До включения приемника надо подключить к нему аккумулятор.

Далее работа может выполняться в двух режимах. В первом режиме предусматривается использование контроллера.

Ввод необходимых параметров осуществляется через клавиатуру контроллера. При подключении контроллера приемник и сам контроллер должны быть выключены.

При измерениях в статическом режиме во время работы не требуется производить каких-либо действий. Приемник автоматически тестируется, отыскивает и захватывает все доступные спутники, производит GPS-измерения, открывает файл и заносит в него всю информацию.

Наблюдения на обеих станциях производятся в течение некоторого интервала времени (не менее 20 минут). Затем второй приемник переносится на следующую определяемую точку.

При определении положения пунктов методом «Стой - Иди» операции установки приемников аналогичны тому, как это делается в статическом методе. В отличие от последнего второй приемник после 10-15 минут наблюдений последовательно перемещается по определенным точкам. Не позднее, чем через 1 час, второй приемник должен быть помещен в начальную определяемую точку.

Рисунок 3 - Псевдо-кинематический метод

После завершения создания съёмочного обоснования настаёт следующий этап создания топографического плана, несущий в себе определение основной информации для поставленной задачи.

Итак, для создания и сгущения планово-высотного обоснования и построения или оценки геодезической сети целесообразнее воспользоваться фазовым GPS оборудованием и соответствующим программным обеспечением.

2.2 Обоснование оптимальной технологии ведения полевых работ с целью съёмки элементов ситуации и рельефа

Рассмотрим методы съёмки ситуации и рельефа, а так же определим наиболее эффективную технологию съёмки. Для этого необходимо описать подробный процесс съёмки. После завершения создания съёмочного обоснования, т.е. теодолитного или тахеометрического хода, переходят к следующему этапу создания топографического плана, несущему в себе определение основной информации для поставленной задачи.

Топографическая съёмка - это комплекс геодезических работ, выполняемых на местности для составления топографических карт и планов. Различают съёмки для составления топографических планов крупных и мелких масштабов. В инженерной геодезии выполняют в основном съёмки крупных масштабов (1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000).

Съёмке и отображению на топографических планах подлежат все элементы ситуации местности, существующей застройки, благоустройства, подземных и наземных коммуникаций, а также рельеф местности.

Для составления топографических планов применяют следующие методы съёмки:

- аналитический;

- мензульный;

- тахеометрический;

- аэрофототопографический;

- фототеодолитный;

- съёмка нивелированием поверхности;

- съёмка с помощью спутниковых приёмников.

· Аналитическому методу съёмки подлежат фасады зданий и ситуации проездов, внутриквартальные застройки и ситуации. Съёмку выполняют следующими способами:

а) створный способ

Данный способ применяется для съёмки контуров ограниченных прямыми линиями. В этом случае вокруг участка прокладывают теодолитный ход, со сторон которого методом перпендикуляров или засечек выполняют съёмку контуров.

б) способ перпендикуляров

Используют при съёмке рек, озёр, строений, дорог, границ сельхоз угодий, садовых участков и других контуров с не ярко выраженными границами, когда съёмочный ход проходит от фасадов не далее 8 м при съёмке в масштабе 1:2000. В этом способе опускаем из снимаемых точек на съёмочную линию перпендикуляры, измеряем расстояние от пункта до перпендикуляра и после длину самого перпендикуляра. Результаты съёмки наносятся на абрис.

в) способ засечек (угловых и линейных)

Если мы измеряем углы с двух противоположных пунктов от линии хода, на которой пункты лежат до точки нужного предмета, где углы пересекаются, то это способ угловых засечек. При помощи способа угловых засечек делают съёмку треугольных и отдельно стоящих контуров предметов, например: противоположный берег реки, сторона оврага, деревья, столбы и т.д. Но если мы измеряем не углы, а расстояния от одного пункта до двух любых точек лежащих на линии хода и расстояния от этих точек до точки нужного предмета, тогда это способ линейных засечек, он применяется в тех же случаях что и способ перпендикуляров.

г) полярный способ

Является самым распространённым способом съёмки ситуации местности. Его применяют для съёмки точек ситуации, удаленных от съёмочного хода (внутриквартальные застройки, нетвердые контуры - границы угодий, кусты, деревья), где расстояние измеряется с помощью рулетки, нитяного дальномера, лазерной рулетки и т.д. Теодолит устанавливается над точкой съёмочного обоснования, затем выполняется ориентирование лимба по линии теодолитного хода по передней или задней точке и начинается измерение углов от ориентира до предметов.

· Мензульная съемка применяется на небольших участках в случаях:

- отсутствия материалов аэрофотосъемки;

- экономической нецелесообразности аэрофототопографической съемки;

- сочетания с другими методами (закрытие «мертвых пространств» при наземной фототопографической съемке и т.д.).

Она выполняется на чертежных основах, изготовленных из прозрачных малодеформирующихся пластиков или из высококачественной чертежной бумаги, наклеенной на алюминий или авиационную фанеру.

· Для создания планов небольших незастроенных и малозастроенных участков, узких полос местности вдоль линий будущих дорог, трубопроводов и других коммуникаций используется тахеометрическая съёмка. Она производится с исходных точек - пунктов любых опорных и съёмочных геодезических сетей. Съёмка может быть создана в виде теодолитно-нивелирных или тахеометрических ходов.

· Съёмку в равнинной местности с небольшим числом контуров при высоте сечения рельефа через 0.1; 0,25; 0,5 м выполняют нивелированием поверхности. Выделяют нивелирование:

а) по квадратам;

б) по параллельным линиям.

· Для больших территорий топографические карты и планы всех масштабов, в том числе и крупных, составляют преимущественно аэрофототопографическим методом. Он заключается в том, что с воздушного носителя с определенной высоты, которая зависит от масштаба съёмки, местность фотографируют автоматическим аэрофотоаппаратом. Топографический план по снимкам создают с помощью цифровых фотограмметрических систем, которые позволяют преобразовывать снимки и получать цифровые модели местности.

· Наземная фототопографическая (фототеодолитная) съемка применяется в высокогорной и горной, преимущественно открытой местности со сложными формами рельефа и в особых случаях в равнинных районах для инженерных изысканий. На небольших участках она может быть применена как самостоятельный метод съемки, а при картографировании значительных площадей - в сочетании с другими методами съемок.

· К специальным методам крупномасштабной топографической съёмки относят съёмку с помощью спутниковых приёмников, которая состоит в том, что с их помощью в реальном времени с погрешностью 2…3 см определяют плановые координаты и высоты точек местности, описывающих её топографию. Обработку результатов выполняют непосредственно в поле. На тех участках съёмки, где применение спутниковых приёмников затруднено или нецелесообразно, используют электронный тахеометр.

Из описанных выше методов топографической съемки, можно сделать вывод о том, что оптимальным является тахеометрический.

Рассмотрим основные требования к тахеометрической съемке согласно книге «Инженерные изыскания для строительства».

Тахеометрическая съемка применяется для съемки небольших и узких полос местности, когда использование аэрофототопографической съемки и мензульной съемки экономически нецелесообразно или технически невозможно.

Тахеометрическая съемка выполняется с пунктов (точек) съемочного обоснования. Сгущение съемочного обоснования разрешается выполнять проложением тахеометрических ходов в соответствии с указаниями:

ь от аналитически определенных пунктов (точек) допускается проложение висячих тахеометрических ходов с двумя переходными точками при съемке в масштабах 1:2000;

ь расстояния между точками тахеометрического хода следует определять в прямом и обратном направлениях. Расхождения между прямым и обратным измерениями не должно превышать 1/200 длины линии. При углах наклона более 3° линии должны приводиться к горизонту. Относительная невязка: не должна превышать 1/300 длины хода;

ь для определения высот точек хода и висячих переходных точек измерение вертикальных углов следует производить в прямом и обратном направлениях при двух положениях вертикального круга. Расхождения между прямым и обратным превышениями или между превышениями, определенными на разных высотах визирования, не должны быть более 0,04 S, м, где S - длина стороны тахеометрического хода, сотни метров;

а также с соблюдением требований, указанных в таблице 1.

Таблица 1 - Требования к сгущению съемочного обоснования при тахеометрической съемке

Масштаб съемки	Максимально допустимая длина, м	Максимальное число линий в тахеометрическом ходе
	тахеометрического хода	стороны тахеометрического хода
1:2000	600	200	5

Допустимые невязки по высоте в тахеометрических ходах должны вычисляться согласно:

ь Высотная невязка мензульного хода, состоящего из нескольких сторон и опирающегося на пункты (точки) опорных и съемочных сетей, не должна превышать 0,04S , м, где п - число сторон хода.

Допустимые линейные невязки определяются по формуле

 , (1)

где [S] - длина хода в м, п - число линий в ходе.

Расстояния между пикетами и от прибора до рейки при выполнении тахеометрической съемки не должны быть более приведенных в таблице 2.

Таблица 2 - Требования к съемке при масштабе 1:2000

Масштаб съемки	Высота сечения рельефа, м	Максимально допустимое расстояние между пикетами, м, при съемке	Максимально допустимое расстояние от прибора до рейки при съемке, м
		мензульной	тахеометрической	рельефа	четких контуров ситуации
1:2000	0,5	50	40	200	100
	1,0	60	50	250	100
	2,0	70	60	250	100
Примечание. Расстояние от прибора до контуров с нечеткими очертаниями допускается увеличивать в 1,5 раза.

По окончании работы на станции следует проверить ориентирование лимба теодолита. Отклонение от первоначального ориентирования не должно быть более 1,5?.

На каждой станции должен вестись абрис, в котором следует показывать пикеты, ситуацию, а также структурные линии рельефа местности (тальвеги, водоразделы), направление скатов.

При тахеометрической съемке простого рельефа показ всех пикетов в абрисе не обязателен.

Планы тахеометрической съемки принимаются в полевых условиях с оформлением акта приемки.

Результатом выполнения тахеометрической съемки должна быть следующая документация: абрисы, журналы тахеометрической съемки, оригиналы планов съемки с формулярами, акты полевого приемочного контроля.

С появлением современного электронного тахеометра стала возможна частичная или полная автоматизация тахеометрической съёмки. Эти приборы позволяют одной наводкой измерить расстояние до пикета, высоту пикета, угол от ориентира, а так же координаты X и Y с высочайшей точностью. При этом все операции выполняются очень быстро с нажатием нескольких кнопок. Также важно то, что есть возможность выполнять съёмку и рельефа и контуров предметов с помощью одного прибора, что увеличивает скорость, качество и количество выполняемой работы за меньшие промежутки времени. Сам принцип съёмки тахеометром основан на полярном способе, но кроме контуров предметов, таким же образом, производится и съёмка рельефа.

В данной работе мы использовали электронный тахеометр Topcon GTS 105N, основные характеристики, которого приведены в приложении А.

Алгоритм действий

Предварительная подготовка к полевым измерениям:

Перед началом полевых измерений необходимо выполнить настройку тахеометра и загрузить в его память необходимую для работы информацию (координаты известных точек).

Полевые измерения:

Ш Установить тахеометр на станции Т1. Отцентрировать и отнивелировать инструмент. Замерить высоту тахеометра.

Ш Включить питание инструмента.

Ш Навестись на точку KRUK и установить отсчёт 0о 00' 00”.

Ш Запустить программу съёмки.

Ш Ввести имя файла, в котором будут храниться данные полевых измерений.

Ш Ввести информацию о текущей станции.

Ш Ввести имя точки стояния Т1, в поле «Код» ввести имя задней точки или предыдущей станции (пункта привязки) - KRUK/.

Ш Ввести высоту инструмента.

Ш В зависимости от параметров настройки ввести координаты станции.

Ш Выполнить запись введённых данных в память тахеометра.

Ш Войти в режим собственно съёмки.

Ш Ввести номер следующеё точки хода в поле «Точка».

Ш Ввести если необходимо код описания этой точки (необязательно) и высоту визирования (высоту отражателя).

Ш Выбрать режим измерений.

Ш После измерений выключить тахеометр и перейти на следующую точку.

ь При переходе на каждую новую станцию повторить всю последовательность действий.

ь С помощью программы PRINCOM передать файлы результатов измерений на компьютер.

Этапы работы с программой PRINCOM:

1) Запустите программу PRINCOM, нажав характерный ярлык.

2) Подключите выключенный тахеометр к компьютеру с помощью интерфейсного кабеля F-4.

3) Включите тахеометр.

4) Выберите иконку с изображением Вашего инструмента и красной стрелкой. Для приема данных с технических тахеометров предназначена иконка с подписью «GTS6».

5) На экране появиться окно настройки параметров связи компьютера с тахеометром: укажите порт компьютера, к которому подключен интерфейсный кабель F-4(программа поддерживает работу с портами Com1-Com4).

6) Нажмите клавишу [MENU] на тахеометре.

7) Выберите пункт меню (Память), нажав клавишу тахеометра [F3].

8) Найдете в списке пункт меню «Обмен данными», осуществляя пролистывание экранных форм с помощью клавиши [F4]. Он располагается на третьей экранной форме, т. е. клавишу [F4] необходимо нажать 2 раза.

9) Выберите этот пункт меню (Обмен данными), нажав соответствующую функциональную клавишу F1.

10) Нажмите клавишу [F3] для настройки параметров связи с компьютером.

11) Нажмите клавишу [F1] для настройки протокола передачи.

12) Нажмите клавишу [F1], чтобы установить значение ACK/NAK или Односторонний.

13) Нажмите клавишу тахеометра [F4] для сохранения введенного значения.

14) Выберите следующий параметр (Скорость) нажав [F2] для настройки скорости обмена данными.

15) Управляя черными клавишами на правой части клавиатуры, выберите значение «9600» и затем нажмите для сохранения клавишу [F4]. Установите то же самое значение параметра (Скорость) на компьютере.

16) Настройте следующий параметр (Бит/Четность), нажав клавишу [F3]. Нажмите еще раз клавишу [F3] для установки параметра (8/NONE) и затем нажмите [F4] для запоминания в памяти тахеометра. Установите те же значения на компьютере.

17) Нажмите клавишу [F4] для настройки последнего параметра.

18) Нажмите клавишу [F1] два раза. Нажмите клавишу [F4] для сохранения введенного значения. Установите тоже значение (Стоп бит 1) на компьютере.

19) Нажмите клавишу [ESC] на тахеометре.

Примечание. Параметры, установленные на компьютере и тахеометре должны иметь одинаковые значения.

20) Нажмите клавишу тахеометра [F1], выбрав пункт (Отправить)- т.е. передать данные с тахеометра.

21) Укажите, какой тип данных надо передать на компьютер:

а) нажмите [F1] (Измерения) для передачи результатов измерений;

б) нажмите [F2] (Координаты) для передачи файла координат измеренных точек;

в) нажмите [F3] (Список кодов) для передачи файла кодов описания точек.

Укажите имя файла, который надо передать.

22) После выбора файла нажмите [F4] (OK). Теперь инструмент готов к передаче данных.

23) Вернемся к компьютеру. Теперь необходимо нажать кнопку «ОК». В запрошенном окне так же нажить «ОК».

24) После чего, на тахеометре нажмите [Да].

25) Идет процесс передачи данных.

26) Когда передача будет успешно завершена, тахеометр издаст звуковой сигнал, а на компьютере в рабочем окне будут отражены переданные данные. Необходимо выбрать пункт главного меню «Файл». Дальше надо выбрать пункт «Сохранить». Появиться окно, в котором необходимо выбрать каталог, в который надо сохранить файл с результатами и ввести имя файла. После ввода информации нажмите «Сохранить».

27) Для конвертации данных из формата GTS-6 в формат GTS-7 необходимо выбрать пункт «Конвертация» «GTS-6» «GTS-7».

28) В появившемся окне выбрать файл, который надо конвертировать.

29) После выбора файла и нажатия кнопки «Открыть» начнется процесс конвертации.

30) По окончании конвертации на рабочем столе появится информация в текстовом виде.

31) Теперь снова выберите пункт главного меню «Файл» «Сохранить».

32) Укажите снова каталог, в котором надо разместить конвертированный файл, задайте ему новое имя и нажмите на кнопку «Сохранить».

33) Передача и конвертация данных завершена. Теперь можно закрыть все программы и выключить тахеометр.

Окончательным моментом любой работы, в которой производятся измерения, является обработка полученных данных, а именно камеральные работы. На сегодняшний день существует широкий ряд программного обеспечения направленного на реализацию камеральных работ. При этом автоматически учитываются все поправки в измеренные расстояния и за наклон вертикальной оси прибора.

Вывод: использование электронного тахеометра - самый эффективный и целесообразный метод съёмки местности.

2.3 Краткий обзор современного программного обеспечения, которое может быть использовано для составления топографических планов

По окончанию полевых работ начинается процесс камеральной обработки, а именно занесение данных в соответствующее программное обеспечение с их последующей обработкой.

Основное предназначение программ, подходящих для данной деятельности - составление топографического плана или цифровой модели местности. Различие состоит только в интерфейсе. В России допущены к применению и используются для обработки измерений такие программы, как Credo, AutoCAD, Pythagoras, Trimble, MapInfo и др. [11]

Программный продукт CREDO разработан компанией “Кредо-Диалог”. Основное предназначение это обработка материалов изысканий, проектирования объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства, разведки, добычи и транспортировки нефти и газа, создания и ведения крупномасштабных цифровых планов городов и промышленных предприятий. Данный программный продукт имеет модульную структуру. Основными модулями, поставляемыми в настоящее время, являются:

CREDO_DAT - предназначен для автоматизации камеральной обработки инженерно-геодезических данных, полученных при линейных и площадных инженерных изысканиях объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства. Исходными данными являются файлы электронных тахеометров (поддержка форматов всех современных тахеометров), GPS/ГЛОНАСС систем, рукописные журналы. Результат - каталоги и ведомости измерений, координат и отметок, чертежи и планшеты с зарамочным оформлением М 1:500 - 1:5000, файлы форматов DXF, MIF/MID.

CREDO Топоплан 1.01 - предназначен для создания цифровой модели местности инженерного назначения и выпуск чертежей топографических планов и планшетов при полосных и площадных инженерных изысканиях объектов промышленного и гражданского строительства. Исходными данными являются файлы CREDO_TER, CREDO_PRO, CREDO_MIX, CREDO_DAT 3.0, а так же данные в формате DXF. Результат - цифровая модель местности инженерного назначения, топографические планы в виде листов чертежа или планшетов, файлы формата CXYZ, DXF.

CREDO Генплан - предназначен для проектирования генеральных планов объектов любого назначения при проектировании, строительстве и эксплуатации строительных объектов, кадастровых и геоинформационных систем. Исходными данными являются цифровая модель местности, материалы полевой наземной съемки в системе Топоплан. Чтение данных CREDO_TER, CREDO_PRO, CREDO_MIX, CREDO_MIX, данные в формате DXF. Черно-белые и цветные растровые файлы карт, планов, аэрофотоснимков, подготовленные в программе Transform. Результат - полноценная трехмерная цифровая модель проекта, чертежи в том числе разбивочный план, план организации рельефа, сводный план инженерных сетей, план земляных масс, план благоустройства территории, ведомости объемов.

CREDO Дороги - используется при проектировании нового строительства и реконструкции загородных автомобильных дорог всех технических категорий, транспортных развязок, городских улиц и магистралей. Результат - трехмерная цифровая модель проекта, чертеж, в том числе плана, продольного профиля, поперечных профилей, ведомости и таблицы, экспорт цифровой модели проектного решения в формате DXF и в текстовый формат CXYZ.

Нивелир 1.0 - предназначен для камеральной обработки полевых измерений при геометрическом нивелировании I-IV классов, технического и высокоточного инженерного, выполняемого обычными и цифровыми нивелирами, при создании высотных государственных геодезических опорных сетей и местных высотных сетей, геодезическое обеспечение строительства, наблюдения за вертикальными смещениями зданий, сооружений и оборудования. Результат - ведомость превышений и высот пунктов, координат и высот, характеристик нивелирных линий, ведомости предобработки, отражающие учет поправок на среднюю длину рабочего метра пары реек, оценка точности высот пунктов, поправок.

CREDO Конвертер 1.0 - предназначен для обмена данными между продуктами на платформе CREDO III и продуктами других производителей. Исходными данными являются набор проектов, созданных в продуктах на платформе CREDO III.

Trimble Geomatics Office (TGO) - программное обеспечение Trimble для постобработки традиционных и GPS измерений, создания ЦММ, уравнивания сетей и преобразования координат. Программное обеспечение TGO является полным и универсальным пакетом, выполняющим совместную обработку геодезических данных любых типов.

Основные функции и возможности:

· Импорт данных с GPS-приемников, контроллеров TSC1, TSCe, содержащих любую комбинацию RTK GPS данных, сырых GPS данных (как Trimble так и RINEX), сырых тахеометрических данных электронных тахеометров (серии Trimble 3300, 3600, 5600, а также Geodimeter, Zeiss и других фирм-производителей), цифровых нивелиров (Trimble DiNi, Zeiss, Leica), лазерных дальномеров;

· обработка GPS данных, геодезических данных с электронных тахеометров и цифровых нивелиров;

· уравнивание геодезических сетей (GPS/Тахеометрические данные);

· оценка точности и качества, выполненной работы (QA/QC);

· обработка кодов полевых измерений;

· двухсторонняя передача данных из/в контроллеры Trimble TSCe и TSC1;

· экспорт/импорт данных проектирования дорог (более 20 различных форматов, включая AutoDesk Civil Design, Terramodel, Geodimeter, InRoads, SDMS, MXROAD, CLIP and DRD);

· экспорт/импорт пользовательских данные в формате ASCII;

· прорисовка планов и цифровое моделирование;

· преобразование картографических данных и проекций;

· создание систем координат (около сотни базовых систем координат);

· сбор и экспорт GIS данных. Данные могут экспортироваться в более 30 различных форматов, в том числе геодезические, инженерные, CAD и GIS форматы, включая ArcView, AutoCAD, MapInfo, Microstation;

· составление и ведение геодезических проектов;

· составление отчетов.

Программное обеспечение Terramodel - подходит для широкого диапазона геодезических работ, включая обработку топографической съемки (традиционной или RTK GPS) и создание сетей обоснования, а также CAD-редактирование и цифровое моделирование местности. Terramodel - система программ, включающая множество модулей, которые могут быть приобретены раздельно или в составе наборов Solution Paks, объединяющих несколько модулей. Модуль. Начальный уровень системы Terramodel - Модуль Полевых Данных (Terramodel FDM) стандартно поставляется со всеми тахеометрами Trimble и предоставляет множество функций по поддержке, управлению данными полевых измерений. FDM может быть модернизирован с помощью добавления других модулей Terramodel для решения разнообразных геодезических задач.

Основные функции и возможности:

· Связь с приборами Trimble и инструментам других производителей;

· вычисление, просмотр и анализ геодезических данных;

· автоматизированное уравнивание сетей методом наименьших квадратов;

· формирование отчетов, включая: контрольные вычисления и уравнивание, подробные распечатки приведения и координат, отчеты о геометрии, расчеты COGO: площади, расстояния и азимуты, контроль качества QA;

· предварительный просмотр графики, вычерчивание проекта съемки,

· импорт данных различных систем других производителей, включая: сырые данные съемки, координатные ASCII данные, данные геометрии трассы, графические обменные файлы (DXF, DWG, DGN), координатно-привязанные и обычные файлы изображений (BMP, TIF, JPG), MX (MOSS), SDMS, HecRas файлы;

· экспорт данных, включая: сырые данные съемки, ASCII координаты, информация о разбивке, проект трассы, данные изображений, графические обменные файлы (DXF, DWG, DGN, MX);

· стандартный CAD-интерфейс, позволяющий работать со слоями, цветами и типами линий;

· полный набор средств проектирования, моделирование проектов с использованием видов в плане, в профиле и в поперечных сечениях;

· вычисление объемов выемки/насыпи, подготовка данных для разбивки и отчетов, вычисление транспортировки масс и этапов строительства, подготовка данных для управляемых машин и создание встроенных съемочных записей на фазе строительства;

· средства CAD редактирования, включающие вырезку, продление, присоединение, подключение, разбиение, перемещение, вращение и смещение;

· средства CAD отрисовки, включающие составление отчетной ведомости, ввод аннотаций, заголовков ведомостей, штриховку, оцифровку и вычерчивание;

· ссылочные файлы позволяют вам вывести несколько проектов и предыдущих съемок в виде фоновых данных для текущей съемки.

· средства управления изображениями, позволяющие организовывать фоновые данные, сводку цифровой карты, ведомости четверки, и авиа- и наземные фотоснимки;

· цифровое моделирование местности (TIN-модель по 8 миллионам точек);

· интерактивная 3D-визуализация;

· создание аннотаций;

· совместимость с ГИС (набор средств, позволяющих использовать данные Terramodel в среде ArcView).

Pythagoras - современная интегрированная программа на русском языке для обработки данных топосъемки и проектирования, созданная специально для геодезистов и инженеров-строителей. Pythagoras работает и мыслит как геодезисты и инженеры-строители, что делает ее предельно простой в использовании. Но это не дает повода считать ее программой для неспециалистов.

Возможности PYTHAGORAS:

· Автоматический выбор объектов и контекстно-зависимые поля ввода, обеспечивающие удачный пользовательский интерфейс для любых геометрических построений.

· Использование различных встроенных функций геометрических расчетов: пересечений, засечек, аппроксимаций и т.п.

· Определение различных систем координат.

· Создание собственных условных знаков, стилей линий и штриховок.

· Преобразование данных проекта (вращение, масштабирование и перемещение) в различные системы координат, используя две или более известные точки.

· Использование данных в форматах ведущих производителей электронных тахеометров и внешних накопителей.

· Возможность автоматического вычерчивания линий, кривых и т.п. при использовании в поле специальных команд для тахеометра.

· Использование дорожного модуля для проектирования дорог, улиц, автомагистралей. Подготовка отчетной документации, включая объемы выемок и насыпей, каталоги координат точек для выноса в натуру, профили и поперечники. Выполнение трудоемких расчетов объемов земляных работ.

· Создание цифровых моделей рельефа по данным высот точек, разделительных линий и кривых.

· Импорт и экспорт DXF, DWG и других стандартных форматов данных, включая текстовый.

· Импорт, отображение, масштабирование и вывод на печать растровых подложек, которые обеспечивают идеальный фон при создании карт, проектировании, землеотводе и выполнении быстрой оцифровки.

· Поддержка различных кодировок, включая Кириллицу.

· Возможность создания макросов на языке Visual Basic for Applications (VBA) под задачи конкретного пользователя.

· Поддержка любых типов плоттеров и принтеров, стыкующихся с MS-Windows высокоточных чертежей и геодезических расчетов.

Сравнение программ можно производить по множеству признаков: скорость выполнения задачи, удобство пользовательского интерфейса, возможность эксплуатации в контакте с новейшим измерительным оборудованием, а так же с другими программными пакетами и приложениями. Все эти отдельные черты на прямую зависят друг от друга, т.е. удобство интерфейса кроме как от функций на панели инструментов и задач зависит и от возможности применения программы в контакте с современным оборудованием. Чем удобнее интерфейс, тем быстрее можно выполнить поставленную задачу. Следовательно, эффективность работы с любыми программами можно определить, применив их на практике для конкретной задачи.

Можно сделать вывод о том, что применение программного комплекса Pythagoras в данной работе будет наиболее оптимальным.

3. Технология обработки данных и составление фрагмента топографического плана застроенной территории

Практическая часть курсового проекта будет выполняться с помощью программы Pythagoras. Далее представлена основная последовательность действий по выполнению задания.

Импорт данных:

· С помощью интерфейсной программы (например, ПРИНКОМ) с тахеометра на ПК передается файл с результатами полевых измерений.

· Запускается программа Pythagoras.

· Для обработки необходимо загрузить файл описания кодов CDF. Для этого выбрать пункты меню «Настройка» ««Конфигурирование» ««Загрузить описания кодов».

· Необходимо настроить формат импортируемых данных. Выберите последовательно пункты меню «Настройка» ««Конфигурирование» ««Накопитель данных».

· Появится окно «Тахеометр\накопитель», в котором из списка необходимо выбрать нужный формат измерений. В данном случае Topcon GTS-105N.

· Для импорта полевых данных необходимо выбрать пункт меню «Файл» ««Импорт» ««Накопитель данных». Данные будут импортироваться в систему координат <местная>. Далее необходимо ввести имя файла с результатами измерений. И затем ввести имя, под которым сохранится уже обработанный программой файл.

Ведомость вычисления координат и высот точек:

ь Во время импорта можно выбрать тип увязки (только плановых координат или плановых координат и высот). Будет запрошено имя файла для сохранения результатов обработки. В этом файле будет представлена ведомость вычисления координат и высот точек, значения невязок и увязанные координаты точек хода.

ь Если необходимо просмотреть результаты увязки, можно воспользоваться встроенным редактором из меню «Файл» ««Открыть текстовые файлы» и выбрать необходимый файл из списка (имя которого вы ввели ранее).

ь в) Во время импорта программа запросит файл с координатами известных точек. Для этого необходимо создать текстовый файл, подобный представленному ниже.

T1 100.000 200.000 10.000 REF

T2 115.0460 149.7280 9.900 REF

T3 73.7120 294.0910 10.4250 REF

T4 57.2560 357.5990 11.1200 REF

1) Установите ключ и запустите программное обеспечение Pythagoras.

2) Установите параметры настройки. Для этого выберите Настройка, Параметры. Появится окно параметров (смотрите рисунок 6), в котором должны быть установлены:

единицы измерения расстояний метры (м);

единицы измерения углов градусы, минуты, секунды (ГМС);

отсчет вертикальных углов от горизонта (Вертикальный угол, «Горизонт=0»).

3) Создайте в новом чертеже исходный и ориентирный пункты. Отредактируйте номера пунктов. Измените обозначения пунктов на общепринятые.