Основы геодезии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема 1. Введение

Современная геодезия - это наука об определении формы и размеров Земли, об изменениях на земной поверхности для отображения ее на планах и картах и для решения различных народно-хозяйственных задач. Она подразделяется на несколько научно-технических дисциплин:

1. Высшая геодезия - изучает форму и размеры Земли, а также методы определения координат точек поверхности Земли (создает ГГС).

2. Топография - изучает способы создания планов и карт при непосредственном измерении объектов местности.

3. Фототопография - занимается созданием планов и карт, измерением модели местности полученной по паре аэроснимков в стереоприботах.

4. Макшейдерия - изучает геодезические измерения в горных выработках и при строительстве подземных сооружений.

5. Космическая геодезия - решает различные геодезические задачи с помощью спутников Земли.

6. Инженерная геодезия - изучает методы геодезического обеспечения при разработке проектов в строительстве и эксплуатации зданий и сооружений; при монтаже технологического оборудования; при изучении, освоении и охране природных ресурсов.

Тема 2. Формы и размеры Земли

За форму Земли принимают геометрическое тело, ограниченное поверхностью морей и океанов, мысленно продолженной под континентами. Такая фигура называется геоид, а поверхность, ограничивающая ее называется нормальной или уровенной. По форме геоид наиболее близок к эллипсоиду вращения, полученному вращением эллипса вокруг малой оси.

Размеры земного эллипсоида, в м:

,

где - коэффициент сжатия

Так, как - невелико, форму Земли можно принимать за шар:

Тема 3. Определение положения точек Земной поверхности

В геодезии чаще всего используют две основные системы координат:

1. Географическая (геодезическая) - определяет положение точек на сферической поверхности Земли. Отсчетными плоскостями является плоскость экватора (широта); плоскость нулевого меридиана (долгота), а координатами широта и долгота.

Широта - это угол образованный отвесной линией искомой точки и плоскостью экватора .

Долгота - двугранный угол, образованный плоскостью нулевого меридиана проходящего через данную точку.

2. Плоская прямоугольная - определяет положение точек на плоскости. Координатными осями являются ось абсцисс, совпадающая с направлением осевого меридиана каждой зоны и ось ординат, совпадающая с направлением экватора.

Координатные оси делят плоскость на четыре четверти.

В нашей стране за начальную отсчетную поверхность принят среднегодовой уровень Балтийского моря в Финском заливе. Высота точки над начальной отсчетной поверхностью называется - абсолютной высотой. Высота точки над любой другой отсчетной поверхностью называется - условной высотой точки. Числовое выражение высоты называется - отметкой. Разность высот - превышением.

Тема 4. Изображение земной поверхности

Земная поверхность на плоскости изображается в виде планов и карт.

План - уменьшенное подобное изображение ограниченных участков земной поверхности рассматриваемых как плоскость.

Карта - уменьшенное подобное изображение значительной части земной поверхности полученная с учетом кривизны земли.

Для проектирования различного рода сооружений линейного типа составляют специальные чертежи, отображающие относительные высоты точек земной поверхности называемые - профилем.

Профиль местности - представляет собой уменьшенное изображение вертикального разреза земной поверхности по данному направлению. Обычно профили местности применяются для проектирования и строительства инженерных сооружений линейного вида (автомобильных и железных дорог), при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, в сельском хозяйстве при осушении и орошении земель.

Для большей наглядности и восприятия информации принято строить профили с различными значениями горизонтального и вертикального масштабов. Обычно вертикальный масштаб в 5-10 раз крупнее горизонтального. Исходным материалом для построения профилей могут служить топографические планы и карты или непосредственно результаты геодезических изысканий, выполненных инструментально на местности.

Инженерная геодезия предусматривает составление специальных разбивочных и исполнительных чертежей.

Разбивочный чертеж служит для переноса строительного объекта на местность, на которой показано положение основных точек объекта определяемых аналитическими данными. Исполнительный чертеж аналитически отображает фактическое положение элементов объекта в период строительства или при его возведении.

Тема 5. Масштабы

Масштаб - отношение длины линии на плане к соответствующему отрезку на местности.



ь Числовой - это правильная дробь, в числителе которой единица, а знаменатель показывает во сколько раз уменьшена местность при изображении ее на плане.

ь Именованный - показывает, сколько метров местности соответствует одному сантиметру данного чертежа.

ь Линейный - графическое изображение числового масштаба представляющий собой шкалу с делениями соответствующую числовому масштабу.

ь Поперечный - Он представляет собой график в виде металлической линейки длиной 10 или 12 см, Отрезок линейки АВ, равный 2 см и разбитый на 10 равных частей, называется основанием поперечного масштаба. Графическая точность определения длин отрезков, на плане с помощью поперечного масштаба составляет 1/100 его основания. Измерение длин линий на плане по поперечному масштабу выполняется с помощью измерителя (циркуля).



Точность масштаба - это расстояние на местности соответствующая 0,1 мм данного чертежа.

1см - 10м

1мм - 1м

0,1мм - 0,1м

Тема 6. Условные знаки топографических планов и карт

На топографических планах и картах объекты местности отображаются едиными условными знаками, которые подразделяются на масштабные, внемасштабные, линейные, пояснительные, специальные.

1. Масштабные знаки - показывают местоположение объекта и его фактические размеры. Границы таких объектов могут отображаться тонки сплошными линиями или точечным пунктиром.

2. Внемасштабные знаки - показывают местоположение объекта, но не отображают его размеры.

3. Линейные - отображают местоположение и протяженность линейных объектов.

4. Пояснительные - показывают название Ии характеристики объектов в буквенных и цифровых обозначениях.

5. Специальные - используются для отображения объектов на специальных картах различных ведомств.

Тема 7. Рельеф и его изображение на планах или картах

Рельеф - совокупность неровностей земной поверхности.

Рельеф отображается на картах мелкого масштаба интенсивностью цвета, на крупномасштабных планах горизонталями, бергштрихами, абсолютными отметками.

Горизонтали - это замкнутая кривая линия на плане, все точки которой на местности имеют одинаковые отметки.

Кратчайшее расстояние между соседними горизонталями на плане называется - заложением.

Вертикальное расстояние между соседними горизонталями на местности называется - высота сечение рельефа.

Бергштрихи - это короткие черточки на горизонталях, указывающие направление склона.



Тема 8. Ориентирование

Ориентирование - определение заданного направления относительно начального. Принято ориентироваться от северного направления меридиана.

В геодезии выделяют три меридиана, проходящие через данную точку.

1. Истинный - соединяет северный и южный полюса.

2. Магнитный - совпадает с направлением магнитной стрелки компаса.

3. Осевой - совпадает с осевым меридианом данной зоны на карте.

Угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления меридиана до заданного направления называется - азимутом.

Азимут, отсчитываемый от истинного меридиана называется - истинным, от магнитного - магнитным.

Дирекционный угол - это плоский или горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана ли линии параллельной ему по ходу часовой стрелки до заданного направления.

Угол между направлениями истинного и магнитного меридиана - называется склонением магнитной стрелки, а между направлениями истинного и осевого - угол сближения меридианов.



Формулы передачи дирекционных углов:

Тема 9. Прямая и обратная геодезические задачи

Прямая геодезическая задача заключается в определении последующих точек по известным координатам точки, известным расстоянием между этими точками, известными дирекционными углами.

Обратная геодезическая задача заключается в определении дирекционных углов направлений и расстояний по известным координатам начальных и конечных точек данных отрезков.

Тема 10. Геодезические измерения

Все геодезические измерения подразделяются на линейные и угловые.

К линейным измерениям относятся измерения, а так же построение заданных отрезков на местности.

К угловым относятся измерения и построение углов.

Измерения могут быть непосредственными и косвенными.

Непосредственными измерениями называют измерения, результаты которых получаются сравнением измеряемой величины с единицей измерения.

Косвенными измерениями называют измерения, результаты которых получают как функции других непосредственно измеренных величин.

Измерения бывают равноточными и неравноточными.

Равноточными называют измерения выполненные одним и тем же исполнителем, одним и тем же инструментом, одним и тем же методом, в одинаковых условиях окружающей среды.

Неравноточными называют измерения выполненные в различных условиях.

Тема 11. Линейные измерения

Расстояния измеряются и откладываются на местности специальными мерными приборами, к которым относятся стальные рулетки, а так же свето-радио-нитяные дальномеры.

Рулетки выпускаются длиной 10, 20, 30, 50, 100 м, шириной 10-12 мм и толщиной 0,15-0,30 мм. На полотно рулетки наносят штрихи через 1 мм и подписывают каждое дециметровое деление.

Длинномерные рулетки применяют в комплекте с приборами для натяжения.

До начала работ стальные мерные приборы компарируют, т. е. сравнивают с эталоном. При измерении линий вводится поправка в измеряемое расстояние, которая называется поправка закомпорирования:

Также вводится поправка за разность t при измерении и компорировании:

б - коэффициент линейного расширения

t - Температура при измерении

t₀ - температура при компорировании

L - Длина измеряемой линии.

Наклонные расстояния на местности пересчитываются в их горизонтальные проложения введением поправки за превышение:

L - Расстояние на местности

d - Горизонтальное проложение.

Тема 12. Угловые измерения

\Для измерения горизонтальных и вертикальных углов в геодезии используют специальный прибор, называемый - теодолитом.

Углы в теодолите проецируются на плоскости горизонтального и вертикального круга.

Вертикальным кругом или углом наклона называется угол составленный воображаемой плоскостью горизонта и направлением на объект.

Мерой горизонтального угла между направлениями в пространстве называется проекция этого угла в горизонтальную плоскость.

В строительстве в основном используют теодолиты средней точности Т-30.

Тема 13. Устройство теодолита Т-30

Т-теодолит

30-точность 30Ѕ

1. Горизонтальный круг - состоит из лимба и алидады и служит для измерения горизонтальных углов.

· Лимб - стеклянная или металлическая пластина, по скошенному краю которой нанесены деления от 0? до 360?

· Алидада - это такая же пластина как и лимб, на которой имеется индекс (шкала, штрих) для оценки долей деления лимба.

2. Вертикальный круг - устроен тик же как и горизонтальный и служит для измерения вертикальных углов.

3. Подставка - крепится на алидаде горизонтального круга и служит для крепления вертикального круга и оси вращения зрительной трубы.

4. Зрительная труба - это оптическая система, которая служит для наведения на объект.

5. Цилиндрический уровень - это стеклянная ампула заполненная спиртом или эфиром, которая крепится в металлическом корпусе на алидаде горизонтального круга и служит для приведения его в строго горизонтальное положение.

6. Подъемные винты - служат для приведения цилиндрического уровня.

7. Становой винт - предназначен для закрепления теодолита на штативе.

Тема 14. Основные винты теодолита

1. Закрепительные винты - служат для закрепления основных частей теодолита в неподвижное положение:

- лимба

- алидады

- зрительной трубы

2. Наводящие - служат для точного наведения на объект.

- лимба

- алидады

- зрительной трубы

3. Исправительные - служат для исправления отклонений в геометрических условиях теодолита

- цилиндрического уровня

- диафрагмы сетки нитей

4. Винт - кремальера - служит для наведения резкости изображения объекта.

Тема 15. Устройство зрительной трубы

1 - объектив; 2 - окуляр; 1-2 - двояковыпуклые линзы; 3 - фокусирующая двояковогнутая линза; 4 - кремальера; 5 - диафрагма сетки нитей

Увеличение - это отношение угла под которым объект виден в зрительную трубу к углу под которым объект виден невооруженным глазом. Определяется как отношение фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра:

Поле зрения зрительной трубы - пространство.

Тема 16. Основные оси зрительной трубы

1. Оптическая ось - воображаемая прямая, соединяющая оптические центры объектива и окуляра.

2. Геометрическая ось - воображаемая прямая, соединяющая центры геометрических сечений зрительной трубы.

3. Визирная ось - воображаемая прямая, соединяющая оптический центр объектива и центр сетки нитей.

В современных теодолитах в качестве оптических устройств используются шлаковые и штриховые микроскопы, закрепленные на зрительной трубе.

Тема 17. Поверки теодолита

Поверка - геометрическое условие теодолита.

Тема 18. Приведение теодолита в рабочее положение

При приведении теодолита в рабочее положение выполняется центрирование, нивелирование, а так же установка зрительной трубы для наблюдения.

1. Центрирование - установка центра лимба над вершиной измеряемого угла, которое выполняется при помощи нитяного отвеса или оптического центрира, перемещением ножек штатива.

2. Нивелирование - это приведение горизонтального руга в строго горизонтальное положение при помощи цилиндрического уровня, вращением подъемных винтов.

3. Установка зрительной трубы - заключается в наведении резкости изображения сетки нитей при помощи окулярного кольца и резкости изображения наблюдаемого объекта вращением винта кремальеры.

Тема 19. Задачи решаемые по карте с горизонталями

Задача 1: определить абсолютную отметку точки.

Если точка находится на горизонтали, то ее абсолютная отметка равна отметке горизонтали.

Если точка между горизонталями, то ее отметка определяется по формуле:

H₀ - высота нижерасположенной горизонтали

a - кратчайшее расстояние от точки до меньшей горизонтали

b - Расстояние между горизонталями

Дh - превышение

h_ср - высота сечения рельефа

Задача 2: определить уклон линии АВ

Уклон - отношение превышения к горизонтальному проложению.

Превышение - разность высот точек.

Горизонтальное проложение - проекция наклонного отрезка местности на горизонтальную плоскость.

Тема 20. Нивелирование

Нивелирование - это вид геодезических работ, при которых определяют превышения и высоты точек. Методы нивелирования:

1. Геометрическое - при котором превышения и высоты точек получают визированием горизонтальным лучом нивелира на отвесные нивелирные рейки.

2. Геодезическое - при котором превышения (h) и высоты (H) определяют по измеренному углу наклона и расстоянию между точками.

3. Физическое:

ь Барометрическое - h и H определяют по разности атмосферного давления в точках.

ь Гидростатическое - h и H получают по разности столбов жидкости в сообщающихся сосуда.

ь Стереофотограмметрическое - h и H определяют измерением макета местности полученному по стереопаре аэроснимков в специальных приборах.

ь Механическое - h и H получают при помощи приборов устанавливаемых на движущихся механизмах

Тема 21. Способы геометрического нивелирования

рельеф геодезический чертеж нивелирование

1. "вперед"

i - Высота инструмента

1.

2.

При нивелировании "вперед" на точку с известной отметкой устанавливается нивелир, а на определенную точку устанавливается рейка. Измеряется высота инструмента и берется отсчет по рейке.

Отметку точки можно вычислить двумя способами:

1. через превышение

2. через горизонт инструмента

ГИ - высота визирной оси над отсчетной поверхностью.

2. "из середины"

При нивелировании "из середины" на точку с известной отметкой и на определенную точку устанавливаются нивелирные рейки. Нивелир устанавливается примерно по середине между этими точками. Берутся отсчеты по обоим рейкам. Отметка искомой точки определяется через превышение или через горизонт инструмента

Сложное нивелирование

Сложное нивелирование (нивелирный ход) выполняется в случае, когда для определения высот превышений необходимо выполнить несколько установок нивелира, каждая установка называется станцией; на станции нивелир приводится в рабочее положение и берутся отсчеты по задней передней рейкам.

На каждой станции определяется превышение как разность заднего и переднего отсчетов.

Точки ода на которые устанавливаются рейки для взятия отсчетов с двух станций называются связующими. Отметки связующих точек определяются через превышение на станции. Если не требуется определить отметки связующих точек, то отметка конечной точки равна отметке начальной плюс сумма превышений по ходу.

Техническое нивелирование

В инженерной геодезии для определения отметок съемочного обоснования, а также при изыскании и строительстве инженерных сооружений выполняется чаще всего техническое нивелирование. Нивелирный ход может быть замкнутым, разомкнутым, висячим и свободным.

Замкнуты ход опирается начальной и конечной точками на один и тот же репер.

Репер - закрепленная на местности точка с известной абсолютной отметкой.

Разомкнутый ход прокладывается между двумя различными реперами.

Висячий ход опирается только начальной точкой на репер и выполняется обычно для контроля в прямом и обратном направлении.

Свободный ход не имеет известных абсолютных отметок.

Для контроля превышений на каждой станции отсчет берутся по обеим сторонам двухсторонних нивелирных реек (черной и красной).

Разность превышений на станции по черной и красной стороне реек не должна превышать 5 мм. Разность плеч на станции не должно превышать 5 м

Плечо - расстояние от нивелира до рейки.

Невязка в превышениях прямого и обратного хода:

Нивелирование и нивелирные рейки

Нивелир - это геодезический инструмент, предназначенный для определения разности высот двух точек горизонтальным визирным лучом по вертикально установленным в этих точках рейкам, Различают четыре основных типа нивелиров: оптические, цифровые, лазерные и гидростатические.

Оптические нивелиры - самые распространенные в мире приборы. Служат для определения разности высот точек. Современные приборы снабжены специальными компенсаторами для автоматического удержания визирной оси в горизонтальном положении и лимбами для измерения горизонтальных углов.

Цифровые нивелиры являются новинкой в области геодезического приборостроения. Для работы данных приборов используются рейки с нанесенным BAR-кодом. Цифровые нивелиры не только автоматически снимают отсчет по рейке, но и вычисляют расстояние до нее. Результаты выводятся на экран, Существуют модели, снабженные устройством накопления данных и электронным лимбом для измерения горизонтальных углов. Такие приборы могут применяться для съемки местности "горизонтальным лучом" и при разбивочных работах.

Лазерные нивелиры - это приборы, позволяющие строить горизонтальные, вертикальные или наклонные опорные лазерные плоскости. Применяются при планировке местности, монтаже различных конструкций, строительстве и отделке зданий. Лазерные нивелиры используются также для автоматического управления строительной и землеройной техникой. К числу последних разработок можно отнести лазерные нивелиры FG-L3 и FG-VL3 производства Германии.

Гидростатические нивелиры - это приборы, действующие по законам гидромеханики равновесия жидкостей под действием применяемых к ним сил. Применяются для решения геодезических задач в геофизических исследованиях, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений.

По точности нивелиры можно разделить на три группы: высокоточные, точные и технические.

Нивелирные рейки изготавливают из выдержанной древесины или алюминиевых сплавов. Они бывают: цельными складными, раздвижными, а также односторонними и двухсторонними длиной 3, 4 м.

Внешний вид нивелира ЗН5Л:

Устройство глухого нивелира:

1. Подставка - служит для закрепления оси вращения зрительной трубы.

2. Зрительная труба - оптическая система, которая служит для наблюдения на рейку.

3. Круглый уровень - служит для предварительной установки зрительной трубы в горизонтальное положение.

4. Подъемные винты - служат для приведения круглого уровня.

5. Цилиндрический уровень - служит для установки визирной оси нивелира в строго горизонтальное положение.

6. Эливационный винт - служит для приведения цилиндрического уровня.

Тема 22. Нивелирование поверхности

Нивелирование поверхности - съемка в равнинной местности, которая заключается в определении высот точек с целью организации рельефа.

Способы нивелирования поверхности:

1. По параллельным линиям или по поперечникам - заключается в проложении нескольких параллельных теодолитно-нивелирных ходов, от которых в обе стороны разбиваются перпендикулярные им ходы - выбирается в зависимости от масштаба плана.

2. По готовому плану - применяется при наличии контурной съемке крупного масштаба и заключается в определении высот точек хорошо опознаваемых на плане и на местности.

3. Нивелирование по квадратам - заключается в определении отметок вершин углов квадратов построенных на местности с помощью теодолита и рулетки.

Нивелирование по квадратам

В начале разбивают квадраты со сторонами 100, 200, 400 м, затем внутри основных квадратов строят сетку квадратов со сторонами 10, 20, 40 м соответственно, порядок нивелирования квадратов зависит от их размера, и может выполняться с одной или нескольких станций. Высоты углов квадратов определяется геометрическим нивелированием "из середины" и вычисляются через горизонт прибора.

Вертикальная планировка площадки

Основой для вертикальной планировки служит нивелирная съемка участка. Проект вертикальной планировки составляется для горизонтальных и наклонных поверхностей и заключается в определении проектных отметок точек, их рабочих отметок, составлении картограммы земляных работ, определении объемов земляных работ и их баланса.

Проектная или планировочная отметка горизонтальной площадки с учетом нулевого баланса земляных работ определяется по формуле:

, где

-соответствует сумме отметок вершин общих для одного, двух, трех, четырех квадратов;

- число квадратов

Рабочие отметки

Трассирование линейных сооружений состоит из двух основных этапов

1 этап: камеральное трассирование

Выполняется по картам мелкого масштаба или аэроснимкам,

Обработка результатов измерения

Основную обработку результатов измерения выполняют в специальных ведомостях вычислением координат в которые записывают среднее значение измеряемых углов и горизонтальное проложение сторон хода. Уравнивание измеренных углов выполняют в следующем порядке:

Вычисляют сумму измеренных углов

Построение плана теодолитного хода

Построение начинается с построения на чертежной бумаге координатной сетки со сторонами квадрата 10 см. Такую сетку можно построить при помощи специальной линейки Дробышева или при помощи масштабной линейки и измерителя. Сравниваем длины сторон и диагоналей каждого квадрата, отклонение не должно превышать 0,1 мм.

Вычерченную сетку подписывают таким образом, чтобы весь участок располагался примерно по середине листа. При помощи масштабной линейки и измерителя строят вершины теодолитных ходов по их координатам.

Правильность построения проверяют путем сравнения длин сторон хода измеряемых на плане с их размерами, записанными в координационной ведомости.

Размещено на Allbest.ru