геодезия Для специальностей: 270103

геодезия

Для специальностей: 270103 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений 270110 Монтаж и эксплуатация внутренних сантехнических систем и вентиляции 270301(270101) Архитектура Подготовлено преподавателем Буториной Тамарой Анатольевной

Предмет и задачи геодезии. История развития геодезии. Основные сведения о формах и размерах земли. Геодезия (от гр. землеразделение) — наука об измерениях на земной поверхности, проводимых для определения формы и размеров Земли, изображения земной поверхности в виде планов, карт и профилей; создания различных инженерных сооружений. В процессе своего развития геодезия разделилась на несколько самостоятельных научных дисциплин: высшую, космическую, топографию, инженерную идр. Высшая геодезия изучает вид и размеры Земли, а также методы определения геодезических координат отдельных точек земной поверхности. Космическая геодезия изучает геометрические соотношения между точками земной поверхности с помощью искусственных спутников Земли. Топография рассматривает способы изучения земной поверхности для изображения ее сравнительно небольших участков на планах и картах. Инженерная геодезия призвана решать геодезические задачи, связанные с построением опорной геодезической основы для проведения съемочных и разбивочных работ, составлением крупномасштабных планов и профилей для проектирования инженерных сооружений, производством разбивочных работ в плане и по высоте при строительстве зданий и сооружений, текущим обслуживанием строительно-монтажных операций, составлением исполнительных чертежей объектов и исследованием их деформаций в процессе строительства и эксплуатации. Геодезия имеет огромное значение в различных отраслях народного хозяйства. Особенно велика ее роль при картографировании страны и изучении ее природных богатств. Широкое развитие землеустроительных работ, направленных на наиболее рациональное использование земли, учет ее качества, проведение оросительных и осушительных мероприятий — все это невозможно без геодезических измерений. Геодезические работы ведут при планировке, озеленении и благоустройстве населенных мест, лесоустройстве и т. д. Развитие тяжелой индустрии, производство электроэнергии, металла, топлива и других отраслей промышленности ставят все новые задачи перед инженерной геодезией. Комплексная механизация и автоматизация строительно-монтажных операций невозможна без высокой точности геодезических измерений. В инженерной геодезии все более широкое применение находят новые методы фотограмметрической съемки, усовершенствованные автоматические, оптико-механические и электронные приборы, радиогеодезические и спутниковые системы. Исследования деформации земной поверхности и инженерных сооружений в период их строительства и эксплуатации также проводят на основе достижений инженерной геодезии. Исключительно велика роль геодезии в обороне страны: карта — «глаза» армии. Карту используют при разработке стратегических планов и проведении военных операций. Дальнейшее развитие народного хозяйства выдвигает новые задачи и перед геодезической наукой, которая должна более активно способствовать развитию всех отраслей промышленности, строительства, транспорта и обороны России.

• В процессе развития человеческого общества уже в древности возникла необходимость в различных видах измерений. Известно, что за несколько тысячелетий до нашей эры в Египте, Китае и других государствах проводилось межевание земель, возводились отдельные достаточно сложные сооружения, при этом выполнялись соответствующие измерения и вычисления размеров объектов. На такой практической основе оформилась наука геометрия (землеизмерение) и были созданы первые технические средства для измерений (приборы для определения длины ли-ний, отвесы, угольники, водяные уровни и др. )- Позже разделы геометрии, занимающиеся измерениями на земной поверхности, древнегреческие ученые назвали геодезией. Данный термин не раскрывает полностью современное содержание и задачи геодезической науки. • В середине второго тысячелетия нашей эры развитие геодезии определялось задачами создания карт для мореплавания и расширения торговых связей. Были созданы достаточно точные для того времени геодезические приборы для измерения углов, расстояний, превышений. • В России в связи с ее ускоряющимся экономическим развитием при Петре I стала возрастать потребность в достоверных картах. В этот период начали проводиться и первые топографические съемки, появились первые учебные заведения для подготовки военных и гражданских геодезистов, мастерские по ремонту и изготовлению геодезических приборов. Наш земляк И. Д. Капиевич заложил основы развития геодезии в России, подготовив по повелению царя Петра I учебники ("Морского плавания книга" и др. ) в которых рассматривались соответствующие сведения по геодезии того времени. • В первые годы советской власти геодезические работы в СССР получили развитие с учетом оборонных, народно- хозяйственных и научных задач. До конца 1940 -х гг. были выполнены работы по развитию государственной сети СССР, что позволило вычислить наиболее точные для того времени размеры фигуры Земли, которыми пользуются и до настоящего времени, и распространить на всю территорию страны единую систему координат. • Одновременно с общегосударственными геодезическими работами развивалась теория и практика геодезических работ в строительстве при сооружении как рядовых, так и сложных инженерных сооружений (атомных и тепловых электростанций, промышленных предприятий, водных систем, крупных плотин и т. д. ). • С 1960 -х гг. во всем мире появляются принципиально новые геодезические приборы и средства автоматизации получения и обработки результатов измерений. Для строительно-монтажных работ создаются специальные геодезические приборы, которые ускоряют и облегчают соответствующие технологические процессы строительства. С конца 1980 -х гг. в геодезических изысканиях для строительства и в ряде строительных работ все шире используются высокоточные спутниковые геодезические системы. • Спутниковые геодезические измерения внесли в высшую геодезию и в другие науки о планете Земля фактические данные, которые нельзя опровергнуть и которые служат основой пересмотра многих теоретических представлений. Так, точность специальных спутниковых геодезических измерений по определению расстояний на земной поверхности в 2, 5 тыс. км характеризуется погрешностями около 10— 50 см, а высота точек относительно друга на расстоянии 1 км погрешностью около 0, 5 мм. Спутниковыми геодезическими измерениями доказано отсутствие современного дрейфа материков и показано, что имеют место местные деформации земной коры на границах сочленения плит. Спутниковые наблюдения за деформациями земной коры дают возможность более точно предсказать место и силу землетрясений. Спутниковыми методами определены, наконец, точные геометрические размеры нашей планеты.

• Физическая поверхность Земли, состоящая из суши и водной поверхности, имеет сложную форму. Суша представляет собой сочетание низменностей и возвышенностей, высоты которых над уровнем моря достигают 8. . . 9 км. • Задача определения формы и размеров Земли включает в себя: установление формы и размеров некоторой типичной фигуры — математической поверхности Земли; изучение отступлений физической поверхности Земли от ее математической поверхности. • За математическую поверхность Земли принимают уровенную поверхностъ, которая представляет собой поверхность воды океанов в ее спокойном состоянии, мысленно продолженную под материки. • Уровенная поверхность обладает следующим свойством: в каждой данной точке ее поверхность перпендикулярна отвесной линии, проходящей через эту точку. В общем уровенная поверхность Земли не совпадает с поверхностью ни одной математической фигуры и представляет собой неправильную форму, которая называется геоидом. • В качестве первого приближения Землю принимают за шар. Более точные исследования показали, что математическая форма Земли больше соответствует поверхности эллипсоида, получающегося от вращения эллипса вокруг его малой оси. • В 1946 г. под руководством проф. Ф. Н. Красовского были вычислены размеры земного эллипсоида: большая полуось а = 6378245 м, малая полуось Ь = 6 356 863 м.

Географические и прямоугольные координаты. Высоты точек. • Географические координаты (широта и долгота) точек на земной поверхности, определенные по результатам наблюдений небесных светил, называются астрономическими координатами, а по результатам геодезических измерений на местности - геодезическими координатами. При определении астрономических координат точка проектируется отвесной линией на поверхность геоида, а при определении геодезических координат — нормалью на поверхность земного эллипсоида. Вследствие неравномерного распределения массы Земли и отклонения поверхности геоида от поверхности земного эллипсоида отвесная линия в общем случае не совпадает с нормалью. Угол уклонения отвесной линии на большей части территории России не превышает 3— 4" или в линейной мере около ± 100 м. В отдельных (преимущественно горных) районах уклонение отвесной линии достигает 40".

• Плоскими прямоугольными координатами в топографии называются линейные величины — абсцисса х и ордината у, определяющие положение точки на плоскости (карте), на которой отображена по определенному математическому закону (в проекции Гаусса) поверхность земного эллипсоида. Эти координаты несколько отличаются от принятых в математике декартовых координат на плоскости. За положительное направление осей координат принято для оси абсцисс (осевого меридиана зоны) направление на север, для оси ординат (экватора эллипсоида) на восток. Оси координат делят шестиградусную зону на четыре четверти , счет которых ведется по ходу часовой стрелки от положительного направления оси абсцисс X.

• Абсолютные, относительные и условные высоты • Спроецируем точку А физической поверхности Земли по направлению отвесной линии на уровенную поверхность. Высота На этой точки, измеряемая от уровня моря, называется абсолютной, а Наусл, измеряемая от произвольной уровенной поверхности, — условной. Относительной высотой, или превышением, точки называется высота ее над другой точкой земной поверхности; она обозначается через hа. Например, превышение точки А над точкой В составит h. А = НА - Нв. Для определения высоты уровня моря на его берегу надежно закрепляют в вертикальном положении рейку с делениями — футшток и периодически фиксируют уровень моря относительно этой рейки. • В Российской Федерации высоты точек физической поверхности Земли отсчитывают от нуля Кронштадтского футштока (черта на медной доске, установленной в гранитном устое моста через Обводной канал в г. Кронштадте). • Числовые значения высот точек называют отметками.

• Астрономические координаты. Астрономической широтой точки М называется угол (фи) , образованный отвесной линией в данной точке и плоскостью, перпендикулярной к оси вращения Земли. Астрономической долготой точки М называется двугранный угол (лямда) между плоскостями астрономического меридиана данной точки и начального (нулевого) астрономического меридиана. Астрономический меридиан точки представляет собой след сечения земной поверхности плоскостью, проходящей через направление отвесной линии в этой точке параллельно оси вращения Земли. В морской и воздушной навигации при астрономических наблюдениях разность долгот двух точек определяется разностью времени в тех же точках. Каждые 15° по долготе соответствуют 1 ч, так как поворот Земли на 360° совершается за 24 ч. Поэтому меридианы на навигационных картах подписывают не только в градусной, но и в часовой мере. Например, меридиан точки 45° 30' восточной долготы по времени будет иметь значение 3 ч 02 мин. Таким образом, зная долготу двух пунктов, легко определить разность местного времени в этих пунктах. • Геодезические координаты. Геодезической широтой точки А называется угол В, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора. Широта отсчитывается по меридиану в обе стороны от экватора и может принимать значения от 0 до 90°. Широты точек, расположенных к северу от экватора, называются северными (положительными), а к югу — южными (отрицательными). • Геодезической долготой точки А называется двугранный угол L между плоскостями геодезического меридиана данной точки и начального (нулевого) геодезического меридиана. Плоскость геодезического меридиана проходит через нормаль к поверхности земного эллипсоида в данной точке параллельно его малой оси. Долготы точек отсчитываются от начального меридиана к востоку и западу и называются соответственно восточными и западными. Счет их ведется от 0 до 180° в каждую сторону.

Определение масштаба, его точность. Решение задач на масштабы. • Масштаб карты - одна из важнейших её характеристик. Он определяет степень уменьшения линий на карте относительно горизонтальных проложений соответствующих им линий на местности. Масштаб указан на каждом листе карты под южной (нижней) стороной рамки в числовом (численный масштаб) и графическом (линейный масштаб) виде (см. карту). • Численный масштаб в общем виде, т. е. безотносительно к какой-либо определённой системе линейных мер, обозначается на картах в виде отношения 1 : М, где М - число, ука-зывающее, во сколько раз уменьшены длины линий на местности при изображении их на карте. Так, масштаб 1: 50 000 означает, что любой единице длины на карте соответствует 50 000 таких же единиц на местности. Для практического использования при измерениях по карте численный масштаб, кроме того, представляют именованным числом, указывая непосредственно величину масштаба, т. е. расстояние на местности, соответствующее 1 см карты. Так, для 1: 50 000 карты величина масштаба равна 500 м. Отсюда следует, что длина линии на местности равна произведению величины масштаба на длину отрезка (k), измеренную на карте в сантиметрах. Например, отрезку 3, 95 см на кар-те масштаба 1: 100 000 соответствует на местности расстояние d = 1 км ? 3, 95 = 3, 95 км. Очевидно, что такому же отрезку k, измеренному по карте какого-либо другого масштаба, на местности будет соответствовать расстояние во столько раз больше или меньше указанно-го, во сколько раз величина масштаба этой карты больше или меньше величины масштаба карты 1: 100 000. • Линейный масштаб представляет собой график, предназначенный для непосредственного отсчёта по нему расстояний (в км, м), измеряемых или откладываемых на карте.

• Для более точного измерения и откладывания расстояний по карте применяют поперечный масштаб - специальный график, награвированный на металлической линейке .

• Пользование поперечным масштабом показано на рисунке Пусть требуется определить расстояние на местности, соответствующее отрезку de на карте. Раствор циркуля, равный этому отрезку, устанавливают на поперечном масштабе так, чтобы, во-первых, обе ножки оказались на одной горизонтальной линии и, во - вторых, правая ножка находилась на одном из перпендикуляров к основанию (точка e), а левая - на одной из наклонных линий (точка d). Для 1: 25 000 карты основание масштаба соответствует 500 м, десятая доля основания - 50 м, сотая - 5 м. По цифровым обозначениям линий видно, что этот отрезок равен: • 500*1 + 50*3 + 5*6 = 680 м. • Опытным путём установлено, что с помощью циркуля измерение прямолинейных отрезков на карте и других чертежах не могут быть выполнены точнее, чем 0, 2 мм. Расстояние на местности, соответствующее 0, 2 мм на карте, называется предельной точностью масштаба карты. Однако точность определения расстояний по карте зависит не только от точности измерений, но и от погрешностей самой карты, неизбежных при её составлении и печатании, которые могут достигать 0, 5 мм, а на картах горных районов - 0, 75 мм. Источниками ошибок измерений являются также помятость и деформация бумаги. С учётом этого фактическая точность измерения прямых линий на карте, как показывает практика, колеблется в пределах 0, 5 - 1, 0 мм, что в масштабе 1: 25 000 на местности составляет: 12 -25 м, в масштабе 1: 50 000 - 25 -50 м, 1: 100 000 - 50 -100 м. • Измеренное по карте расстояние получается всегда несколько короче действительного. Одна из причин этого состоит в том, что по карте измеряются горизонтальные проложения, в то время как соответствующие им линии на местности наклонные, т. е. длиннее своих горизонтальных проложений. • Длина маршрута, измеренная по карте, бывает короче действительной не только вследствие влияния рассмотренной выше причины, но и потому, что в масштабе карты не всегда возможно изобразить все извилины дорог. При составлении карт дороги, как правило, спрямляются, и тем больше, чем мельче масштаб карты. Это особенно заметно на картах горной и холмистой местности. • •

Классификация условных знаков • Под местностью понимают участок земной поверхности, на котором предстоит возводить объект. Неровности земной поверхности называются рельефом местности, а все расположенные на ней объекты, созданные природой или трудом человека (реки, населенные пункты, дороги и т. п. ) - местными предметами. • Рельеф и местные предметы являются основными топографическими элементами местности, влияющими на организацию и ведение строительства. • Топографическая карта является точным отображением всех наиболее важных элементов местности, нанесенных во взаимно точном расположении относительно друга. Она дает возможность изучить любую территорию в относительно короткий срок. • По характеру рельефа местность делится на равнинную, холмистую и горную. • Равнинная местность характеризуется небольшими (до 25 м) относительными превышениями и сравнительно малой (до 2°) крутизной скатов. Абсолютные высоты обычно небольшие (до 300 м).

Холмистая местность характеризуется волнистым характером земной поверхности, образующей неровности (холмы) с абсолютными высотами до 500 м, относительными превышениями 25 - 200 м и преобладающей крутизной 2 -3°. Холмы обычно сложены твердыми породами, вершины и склоны их покрыты толстым слоем рыхлых пород. Понижения между холмами представляют собой широкие, ровные или замкнутые котловины.

Горная местность представляет собой участки земной поверхности, значительно приподнятые над окружающей местностью (имеющей абсолютные высоты 500 м и более). Она отличатся сложным и разнообразным рельефом, специфическими природными условиями. Основные формы рельефа - горы и горные хребты с крутыми скатами, часто переходящими в скалы и скалистые обрывы, а также лощины и ущелья, расположенные между горными хребтами. Горная местность характеризуется резкой пересеченностью рельефа, наличием труднодоступных участков, редкой сетью дорог, ограниченным количеством населенных пунктов, бурным течением рек с резкими колебаниями уровня воды, разнообразием климатических условий, преобладанием каменистых грунтов.

• изображение рельефа на топографических картах дает полное и достаточно подробное представление о неровностях земной поверхности, форме и взаимном расположении, превышениях и абсолютных высотах точек местности, преобладающей крутизне и протяженности скатов. Рельеф на топографических картах изображается горизонталями в сочетании с условными знаками обрывов, скал, оврагов, промоин, каменных рек и т. п. Изображение рельефа дополняется отметками высот характерных точек местности, подписями горизонталей, относительных высот (глубин) и указателями направления скатов (бергштрихами). На всех топографических картах рельеф изображается в Балтийской системе высот, то есть в системе исчисления абсолютных высот от среднего уровня Балтийского моря.

Горизонталь - замкнутая кривая линия на карте, которой соответствует на местности контур, все точки которого расположены на одной и той же высоте над уровнем моря. Различают следующие горизонтали: основные (сплошные) - соответствующие высоте сечение рельефа; утолщенные - каждая пятая основная горизонталь; выделяется для удобства чтения рельефа; дополнительные горизонтали (полугоризонтали) - проводятся прерывистой линией при высоте сечения рельефа, равной половине основной; вспомогательные - изображаются короткими прерывистыми тонкими линиями, на произвольной высоте.

Некоторые типовые формы рельефа местности на картах отображаются не только основными, но и дополнительными и вспомогательными горизонталями.

Условные обозначения М. И. Киселев Геодезия стр 29 -30

Определение на карте абсолютных высот и относительных превышений точек местности, подъемов и спусков, крутизны скатов. • . Определение на карте абсолютных высот и относительных превышений точек местности

Определение на карте подъемов и спусков. • Профиль - чертеж, изображающий разрез местности вертикальной плоскостью. • Для большей выразительности рельефа местности вертикальный масштаб профиля принимается в 10 или более раз крупнее горизонтального. • В связи с этим профиль, передавая взаимное превышение точек, искажает (увеличивает) крутизну скатов. • Для построения профиля нужно : • прочертить на карте профильную линию приложить к ней лист разграфленной (миллиметровой) бумаги, перенести на ее край короткими черточками места горизонталей, точки перегиба скатов и местные предметы, которые сечет профильная линия, и подписать их высоты; • подписать на листе разграфленной бумаги у горизонтальных линий высоты, соответствующие высотам горизонталей на карте, приняв условно промежутки между этими линиями за высоту сечения (установить вертикальный масштаб); • от всех черточек, обозначающих места пересечения профильной линии с отметками высот горизонталей, точек перегиба скатов и местных предметов, опустить перпендикуляры до пересечения их с соответствующими по отметкам параллельными линиями и отметить полученные точки пересечения; • соединить точки пересечения плавной кривой, которая и изобразит профиль местности.

Определение на карте крутизны скатов • Крутизна ската на карте определяется по заложению - расстоянию между двумя смежными основными или утолщенными горизонталями; чем меньше заложение, тем круче скат. • Для определения крутизны ската надо измерить расстояние между горизонталями циркулем, найти соответствующий отрезок на графике заложений и прочитать число градусов. • На крутых скатах это расстояние измеряется между утолщенными горизонталями и крутизна ската определяется по графику, расположенному справа.

Ориентирование на местности • При помощи компаса наиболее удобно и быстро можно определить север, юг, запад и восток. Для этого нужно компасу придать горизонтальное положение, освободить от зажима стрелку, дать ей успокоиться. Тогда стреловидный конец стрелки будет направлен на север. • При работе с компасом следует всегда помнить, что сильные электромагнитные поля или близко расположенные металлические предметы отклоняют стрелку от правильного ее положения. Поэтому при определении направлений по компасу необходимо отходить на 40 - 50 м от линий электропередач, железнодорожного полотна, машин и других крупных металлических предметов.

Ориентирование линий • Истинный азимут (Аи) - горизонтальный угол, измеряемый по ходу часовой стрелки от 0° до 360° между северным направлением истинного меридиана данной точки и направлением на объект. • Магнитный азимут (Ам) - горизонтальный угол, измеряемый по ходу часовой стрелки от 0 до 360° между северным направлением магнитного меридиана данной точки и направлением на объект. • Дирекционный угол (α; ДУ) - горизонтальный угол, измеряемый по ходу часовой стрелки от 0° до 360° между северным направлением вертикальной линии координатной сетки данной точки и направлением на объект. • Магнитное склонение (δ; Ск) - угол между северным направлением истинного и магнитного меридианов в данной точке. • Если магнитная стрелка отклоняется от истинного меридиана к востоку, то склонение восточное (учитывается со знаком +), при отклонении магнитной стрелки к западу - западное (учитывается со знаком -).

• Поправка направления и составляющие ее углы - сближение меридианов и магнитное склонение указываются на карте под южной стороной рамки в виде схемы. • Сближение меридианов (g) - угол между истинным меридианом точки и вертикальной километровой линией зависит от удаления этой точки от осевого меридиана зоны и может иметь значение от 0 до ± 3°. На схеме показывают среднее для данного листа карты сближение меридианов. • Магнитное склонение (d) - угол между истинным и магнитным меридианами указан на схеме на год съемки (обновления) карты. В тексте, помещаемом рядом со схемой, приводятся сведения о направлении и величине годового изменения магнитного склонения. • Чтобы избежать ошибок в определении величины и знака поправки направления, рекомендуется следующий прием. • Из вершины углов на схеме провести произвольное направление ОМ и обозначить дужками дирекционный угол ά и магнитный азимут Ам этого направления. Тогда сразу будет видно, каковы величина и знак поправки направления.

Переход от дирекционного угла к магнитному азимуту и обратно • Переход от дирекционного угла к магнитному азимуту и обратно выполняют тогда, когда на местности необходимо с помощью компаса (буссоли) найти направление, дирекционный угол которого измерен по карте, или наоборот, когда на карту необходимо нанести направление, магнитный азимут которого измерен, на местности с помощью компаса. • Для решения этой задачи необходимо знать величину отклонения магнитного меридиана данной точки от вертикальной километровой линии. Эту величину называют поправкой направления (ПН).

Дирекционные углы, румбы • Дирекционный угол α - это горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линии параллельной ему по ходу часовой стрелки до направления ориентируемой линии. • Румб - горизонтальный острый угол отсчитываемый от ближайшего северного или южного направления меридиана до ориентируемого направления. Румбы имеют названия в соответствии с названием четверти, в которой находится линия, т. е. : северо-восточные СВ, северо-западные СЗ, юго- западные ЮЗ, юго-восточные ЮВ.