КУРС ЛЕКЦИЙ ДЛЯ ГЕОФИЗИКОВ ГЕОДЕЗИЯ АКОВЕЦКИЙ В

Скачать презентацию КУРС ЛЕКЦИЙ ДЛЯ ГЕОФИЗИКОВ ГЕОДЕЗИЯ АКОВЕЦКИЙ В

ГЕОДЕЗИЯ_ГЕОФИЗИКИ.ppt

Количество слайдов: 189

КУРС ЛЕКЦИЙ ДЛЯ ГЕОФИЗИКОВ «ГЕОДЕЗИЯ» АКОВЕЦКИЙ В. Г. , д. т. н. , профессор РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина,

ЛЕКЦИЯ 1 Тема 1 Геодезия. Основные положения 1. 1 Геодезия и ее содержание 1. 2 История развития геодезии 1. 3 Задачи геодезии при геологоразведочных и геофизических работах

Тема 1. Геодезия и ее содержание Геодезия – это наука об определении формы и размеров Земли, об измерениях объектов земной поверхности и отображении их на картах и планах. Решение данных задач в настоящее время осуществляется на основе методов, разработанных в рамках таких научных и научно-технических дисциплин, как: высшая геодезия, морская геодезия, топография, фотограмметрия, картография и инженерная геодезия (рис. 1. 1). Рис. 1. 1 Геодезия как система геодезических дисциплин

1. 1 Геодезия и ее содержание Высшая геодезия это научная дисциплина, изучающая фигуру и гравитационное поле Земли и планет Солнечной системы, количественные характеристики движений земной коры, а также занимающаяся точными измерениями координат пунктов государственной геодезической сети как основы картографирования территории. Методы высшей геодезии обеспечивают: решение геодезических задач на поверхности эллипсоида; определение параметров земного эллипсоида; измерение ускорения силы тяжести в точках земной поверхности; определение широт, долгот и азимутов объектов из наблюдений небесных тел; определение координат точек местности из наблюдений спутников. Она включает: теоретическую геодезию, гравиметрию, астрономическую геодезию и космическую геодезию.

1. 1 Геодезия и ее содержание Топография это научная дисциплина, изучающая физическую поверхность суши и расположенные на ней объекты , а также способы их изображения на картах и планах. В рамках топографии решаются задачи непосредственно относящиеся к топографической съемке местности на основе геодезических измерений объектов земной поверхности. В их основе лежит: проведение геодезических измерений на местности и обработка их результатов с целью создания топографических карт и планов (масштабы 1: 100 000 и крупнее); создание на местности съемочной сети, состоящей из пунктов, положение которых определено в единой системе координат; организация и выполнение съемочных работ земной поверхности; создание составительских оригиналов топографических карт и планов на бумажных и цифровых носителях. .

1. 1 Геодезия и ее содержание Морская геодезия это научно техническая дисциплина, обеспечивающая определение топографических характеристик объектов дна морей, океанов и континентального шельфа и их последующее отображение на картах и планах. К морской геодезии относятся задачи, связанные с проведением изыскательских работ на шельфе, а также морских акваториях. К таким задачам относятся: определение пространственных координат дна морей и континентальных шельфов; проведение топографической съемки дна морей и континентальных шельфов; проведение инженерных изысканий при строительстве портовых сооружений, обустройстве и эксплуатации морских нефтегазовых месторождений.

1. 1 Геодезия и ее содержание Фотограмметрия это научно техническая дисциплина, занимающаяся определением формы, размеров и положения объектов пространстве по изображениям наземных, воздушных и космических съемок. В рамках фотограмметрии рассматриваются технологии фотограмметрических измерений , дешифрирования и фототопографии. В задачи фотограмметрических измерений входит получение изображений, построение на их основе геометрической модели местности и определение плоских и пространственных координат объектов земной поверхности. В задачи дешифрирования входит обнаружение, распознавание и определение характеристик объектов по изображениям. Различают общегеографическое и отраслевое дешифрирование. Общегеографическое дешифрирование изображений решает задачи получения информации об объектах физической поверхности Земли посредством топографических и ландшафтных методов дешифрирования. Отраслевое дешифрирование решает задачи, связанные с определением характеристик определенных классов объектов, при изучении геологических, лесных, почвенных, военных и т. д. В задачи фототопографии входит получение изображений земной поверхности и создание на их основе графических оригиналов топографических карт и планов на цифровых, фотографических и бумажных носителях информации. Различают наземную фототопографию, аэрофототопографию и космическую фототопографию. Методы наземной фототопографии обеспечивают съемку и отображение объектов земной поверхности по изображениям, полученным с точек земной поверхности. Методы аэрофототопографии обеспечивают съемку и отображение объектов земной поверхности по изображениям, полученным с борта самолетов или вертолетов. Методы космической фототопографии обеспечивают съемку и отображение объектов земной поверхности по изображениям, полученным с борта пилотируемых и беспилотных космических носителей.

1. 1 Геодезия и ее содержание Картография это научно техническая дисциплина о географических картах, методах их создания и использования. Она отображает и исследует явления природы и общества, их пространственные размещения, сочетания и взаимосвязи. Инженерная геодезия, как научно техническая дисциплина, базируется на методических основах всего спектра перечисленных дисциплин и использует их для решения задач инженерно геодезических изысканий при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. На современном этапе в рамках геодезии рассматривается широкий круг информационно измерительных задач, связанный с пространственным описанием объектов земной поверхности и отображением их на бумажных, фотографических и цифровых носителях информации. Их диапазон простирается от решения проблем планетарного уровня, требующих знания параметров фигуры Земли, до решения локальных задач, ориентированных на отображение местоположения отдельных объектов и описания их параметров, используемых в различных видах инженерных изысканий. Данное направление сейчас широко развивается в рамках новой научной дисциплины – геоинформатики. Геоинформатика – это системообразующая научно техническая дисциплина, обеспечивающая решение объектно ориентированных задач в геопозиционированном пространстве на основе информационных технологий. Геопозиционированное пространство- это пространство земной поверхности, зафиксированное в земной системе координат.

1. 2 История развития геодезии Этапы 1 Представления пер вобытных народов (до IХ тысячеле тия до н. э. ) География в эпоху рабовладельческого строя (IХ тысяче летие до н. э. II в. н. э. ) Географические представления 2 Инстинктивное познание географических явлений как простых элементов. Примитивные способы при способления к среде обитания Утилитарное познание географических явлений, противостоящих человеку или благоприятствующих ему. Использование природных связей (простых) в неслож ных технических устройствах. Стихийно научное познание географических явлений как вза имосвязанных совокупностей простых и составных вещей, об разующих «царства природы» . Античные представления о гео графической реальности как о единстве немногих простых начал — «царств при роды» . Философское противопоставление человека и природы Пространственный кругозор и структура знаний Основные события, персоналии, картографические памятники 3 4 Микролокальный кругозор. Зачатки Наскальные рисунки религиозных представлений. Передача знаний путем воспитания Локальный кругозор. Пиктографические схемы. Элементы обучения. Начало Картосхемы на дереве и коже письменности. Региональный кругозор (кочевничество, обмен товарами) VIII — VII вв. до н. э. — «Илиада» Разобщенный макро и «Одиссея» . региональный кругозор VI в. до н. э. — Анаксимандр (военные походы, торговля, карту мира (первая в Древней Греции). путешествия). Первичное разделение географии на VI V вв. до н. э. —пифагорейцы: шарообразность Земли. математическую ( Птолемей) и 320 250 гг. до н. э. Аристарх с страноведческую (Страбон). о. Самос: центр Вселенной — Солнце. Появление картографической 276 194 гг. до н. э. Эрастофен из литературы и карт, специальное Кирены автор «Географии» обучение географии и карты мира в равнопромежуточной цилиндрической проекции Первое градусное измерение. 90 168 гг. н. э. Клавдий Птолемей составил серию карт, предложил коническую и псевдоконическую проекции

1. 2 История развития геодезии Этапы 1 География Средневековья и периода подготовки Великих географических открытий (V— XV вв. ) Географические представления Пространственный кругозор и структура знаний Основные события, персоналии, картографические памятники 2 3 4 Теологические представления о Разобщенный макрорегиональ XII— XIV вв. «Монастырские» соотно шении человека и природы. ный кругозор (паломничество, карты в Европе — схоластические Средневековый кризис географии, мисссионерство, крестовые походы). творения богословской мысли. сменившийся к XV в. медленным С XII в. расширение кругозора — VII в. — «Армянская география» . возрождением античных развитие плавания. «Растворение» IX — XV вв. – расцвет географических представлений географии в богословских ческих знаний в странах Арабского сочинениях. Богословские карты. ха лифата. Изобретение глобуса и X в. — «Атлас ислама» собрание возникновение книгопечатания (XV сочинений в 2 1 книге. в. ) 1271 — 1295 гг. —Марко Поло: путешествие в Центральную Азию, Китай, Западный Индостан, Переднюю Азию. 1440 г. изобретение книгопечатания (И. Гутенберг). XIV— XVI вв. — портоланы — морские навигационные карты. 1478 г. — первое издание «Географии» Птолемея с картами. 1491 г. — Н. Кузанский: первая печатная карта Центральной Ев ропы (р. Днепр, г. Киев и другие русские города). 1492 г. — первый средневековый глобус «Земное яблоко» М. Бехайма

1. 2 История развития геодезии Этапы 1 Эпоха Великих геогра фических открытий (XV — середина XVII в. ) Географические представления 2 Стихийное познание земной поверхности как простого глобального единства. Развитие античных традиции). Зачатки представлений о «царствах природы» с поправкой о власти Пространственный кругозор и структура знаний Основные события, персоналии, картографические памятники 3 4 Возникновение глобального XVI в. — зарождение русской географического картографии. Расцвет кар кругозора(плавания и тографии в Нидерландах. Ряд экспедиции) новых проекций, в том чис Представления о гло ле Меркатора. бальной, регионально локальной 1525 г. — карта Московского географии (Варениус). государства Батисты Агнезе, со Бурное развитие картографии ставленная по русским источникам. Ок. 1570 г. — «Большой Чертеж» Русского государства. 1595 г. — «Атлас» —систематичес кое собрание карт Мерка тора. Конец XVI— XVII в. —эпоха Великих русских географических открытий в Азии. 1613 г. — карта Русского государства. составленная по ру кописной карте Ф. Годунова. 1615 г. — Снеллиус: применение триангуляции

1. 2 История развития геодезии

1. 3 Задачи геодезии при геологоразведочных и геофизических работах Основные задачи геодезического обеспечения непосредственно вытекают из технологий работ, выполняемых в процессе: прогноза, поиска, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений; строительства буровых скважин в процессе поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений (залежей); подсчета запасов нефти и газа; проектирования и строительства предприятий; перенесения в нату ру проектов обустройства и съемки месторождений; наблюдений за оседанием земной поверхности, деформацией объектов; охраны окружающей среды от влияния разработки месторождений нефти и газа; мониторинга строительства и эксплуатации месторождений нефти и газа; проектирования и строительства магистральных трубопроводов; мониторинга строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов; обеспечения безопасности работ и судоходства.

1. 3 Задачи геодезии при геологоразведочных и геофизических работах Перечень работ по топогеодезическому обеспечению включает: сбор архивных материалов инженерных изысканий, материалов топографических съемок, данных дистанционного зондирования; рекогносцировочное обследование и изучение территорий; аэросъемку и космическую съемку объектов нефтегазового комплекса; дешифрирование изображений объектов нефтегазового комплекса; развитие и сгущение маркшейдерско геодезической основы; перенесение в натуру проектного положения устьев скважин и горных выработок; определение координат и высот скважин и других горных выработок; контроль за соблюдением проектных направлений проводки скважин и определения пространственного положений осей скважин при их бурении; топографическую съемку, в том числе и съемку подземных сооружений; съемку инженерных, а также наземных, подземных и подводных сооружений и коммуникаций в пределах территории деятельности предприятия; создание и издание инженерных планов, кадастровых и тематических карт и планов, атласов специального назначения в графической, цифровой и фотографической формах;

1. 3 Задачи геодезии при геологоразведочных и геофизических работах инженерно гидрографическую съемку; геодезические работы, связанные с определением координат горных выработок, геофизических и других точек инженерных изысканий; геодезические наблюдения за деформациями зданий и сооружений, магистральных трубопроводов, геодинамическими деформациями земной поверхности и толщи горных пород в районах развития опасных природных и техноприродных процессов; оформление материалов к получению горных, земельных и водных отводов; производство топографо геодезических и изыскательских работ, выполняемых для проектирования объектов строительства; контролъ за застройкой территории над горным отводом; составление графической документации, в ток числе каталогов координат и высот пунктов маркшейдерско геодезической основы, устьев скважин и других горных, выработок, а в необходимых случаях и точек пересечения скважинами пластов продуктивных и маркирующих горизонтов; контроль и приёмку маркшейдерско геодезических работ, выполняемых подрядными организациями составление технического отчета.

Тема 2: МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 2. 1 Фигура и размеры Земли 2. 2 Системы измерительных координат 2. 3 Планово-высотная основа

2. 1 Фигура и размеры Земли 2. 1. 1 Общая фигура и размеры Земли Вопросы изучения фигуры Земли возникли еще за несколько столетий до нашей эры. Первые наиболее серьезные и точные представления о поверхности Земли как шара были даны Аристотелем (384 – 322 гг. до н. э. ). Он первый научно доказал, что Земля имеет форму шара, наблюдая тень, отбрасываемую Землей на поверхности Луны при лунных затмениях. Этим он положил начало научным исследованиям фигуры Земли, которые используют геометрические и физические методы. В основе геометрических методов определения фигуры Земли лежит измерение ее геометрических параметров. Первые наиболее точные измерения Земли выполнил за 200 лет до н. э. древнегреческий ученый Эратосфен Киренский (276– 194 гг. до н. э. ). Он измерил угол отклонения Солнца в Александрии и Сиене (Асуане) в момент летнего солнцестояния. Этот угол составил величину 7° 12 , что равно 1/50 окружности Земли. Для измерения окружности Земли было достаточно измерить расстояние между Александрией и Сиеной, которое равно 5000 стадий, а вся окружность Земли составила 250 000 стадий или 39 500 км. В результате на основе известных соотношений был вычислен средний радиус Земли 6290 км и ее диаметр 12 580 км. Если учесть, что средний радиус шара равен 6371, 11 км, можно судить, с какой высокой точностью были выполнены измерения в то далекое время.

2. 1 Фигура и размеры Земли Для определения положения точек земной поверхности требуется знание фигуры Земли. Первоначально в качестве фигуры Земли принимался шар (рис. 2. 2 а, рис. 2. 2 б). В этом случае параметры земного шара определялись по формуле R = 360° S 2 , (2. 1) где R – радиус земного шара; S – длина дуги на земной поверхности; – центральный угол, определяется как разность широт. а) б) Рис. 2. 2. Определение параметров фигуры Земли, принятой за шар (а) и за эллипсоид (б) Во 2 м веке до нашей эры астрономами были введены понятия географической широты И долготы точки земной поверхности, были разработаны первые картографические проекции с сеткой меридианов и параллелей и методы определения точек земной поверхности из астрономических наблюдений. Великие путешествия Колумба в ХV веке и Магеллана в ХVI веке практически подтвердили, что Земля имеет форму шара.

2. 1 Фигура и размеры Земли Уточнение формы Земли было выполнено великим английским ученым Ньютоном (1643– 1727 гг. ). Им было высказано предположение, что Земля не может иметь форму шара. Исходя из того, что Земля вращается вокруг своей оси, под влиянием центробежной силы ее воздействие больше у экватора и практически отсутствует у полюсов. Она уравновешивается силой тяжести, когда масса Земли становится больше у экватора, чем у полюсов. Земной шар у экватора как бы расширяется, а у полюсов сплющивается. Для подтверждения этой гипотезы Французская академия наук (1735– 1742 гг. ) организовала две экспедиции: одну южную – к экватору, а другую – к Северному полярному кругу. Южная экспедиция проводила измерения в Перу, где была выбрана дуга меридиана длиной около 3° (330 км), берущая свое начало недалеко от экватора. Северная экспедиция выполняла работы в Лапландии (1736– 1737 гг. ), под широтой 66 , на западной стороне Кольского полуострова. После сравнения измерений было установлено, что северный градус длиннее экваториального. Тем самым была подтверждена гипотеза Ньютона.

2. 1 Фигура и размеры Земли Для определения параметров Земли были положены формулы, обеспечивающие определение длины дуги в зависимости от широты, представленные выражением вида [37] S 1 = a ( 1 – 2) / 1 – [ 1/4 + 3 /4 cos ( 1 + 2)] e 2 – … S 2 = a ( 3 – 4) / 1 – [ 1/4 + 3 /4 cos ( 3 + 4)] e 2 – … , (2. 2) где 1, 2, 3, 4 – измеренные астрономические широты концов обоих дуг, в угловых секундах; – радиан в угловых секундах; e 2 – первый эксцентриситет, e 2 = (а 2 – b 2)/a 2. Определение параметров фигуры Земли, принятой за эллипсоид, представлено на рис. 2. 2(б). На практике для определения параметров эллипсоида используется большее число отрезков, что позволяет составить системы уравнений (2. 2) и определить неизвестные параметры эллипсоида «а» и «е» по способу наименьших квадратов. Зная параметры эллипсоида, можно вычислить его сжатие по формуле = (а – b) / a, (2. 3) где а и b – соответственно большая и малая полуоси эллипсоида, – коэффициент полярного сжатия эллипсоида.

2. 1 Фигура и размеры Земли В основе физического принципа определения фигуры Земли лежит измерение силы тяжести. Основа данного физического принципа была заложена французским математиком Клеро, участником лапландской экспедиции Французской академии наук. Клеро предположил, что тело состоит из слоев различной плотности, но разграниченных эллипсоидальными поверхностями с малым сжатием, которые имеют единый центр и единую ось вращения. Он доказал теорему, устанавливающую связь между изменением силы тяжести на поверхности сфероида в зависимости от широты места и сжатия Земли. В основе этой теоремы лежит дифференциальное уравнение, связывающее плотность и сжатие внутренних сфероидальных слоев Земли. Оно имеет вид g =go + (g 90 – go) sin 2 , (2. 4) (g 90 – go) / go = (5/2)q – , где g , go , g 90 ускорения силы тяжести на широте , на экваторе и на полюсе; q – отношение центробежной силы к ускорению тяжести на экваторе. Здесь, q = ( 2 a) g 0, где – угловая скорость вращения Земли.

2. 1 Фигура и размеры Земли В 1828 году Гаусс предложил принять за математическую поверхность Земли уровенную поверхность потенциала силы тяжести, совпадающую со средним уровнем моря. В дальнейшем было установлено, что фигура Земли имеет более сложный вид, и 1873 году немецкий физик Листинг предложил для характеристики фигуры Земли более точную фигуру – геоид. В качестве геоида принимается поверхность, совпадающая с поверхностью морей и океанов в их спокойном состоянии и мысленно продолжающаяся под материками. Она характеризуется тем, что во всех ее точках потенциал силы тяжести имеет одинаковую величину. В этом случае уровенная поверхность в любой точке перпендикулярна к отвесной линии, совпадающей с направлением силы тяжести в каждой точке. Эта фигура близко совпадает с поверхностью эллипсоида вращения или сфероидом. Поверхность Земли имеет сложную форму, где 29% занимает суша и 71% поверхность морей и океанов. Логично, что за фигуру Землю принята фигура, совпадающая с поверхностью воды океанов в спокойном состоянии. Однако реальная поверхность геоида остается достаточно сложной для ее описания и использования в практических задачах. В результате в качестве поверхности относимости стали использовать поверхность квазигеоида. Его поверхность совпадает на морях и океанах с поверхностью геоида, а под материками она может отличаться от поверхности геоида до 2– 3 м. Высоты, которые определяются от поверхности квазигеоида, называются нормальными.

2. 1 Фигура и размеры Земли Эллипсоид вращения, форма и размеры которого наиболее близко совпадают с поверхностью геоида, является земным эллипсоидом. При его использовании для решения практических геодезических задач он должен быть ориентирован специальным образом внутри Земли. Данное ориентирование выполняется под условием минимизации расхождений разности астрономических и геодезических координат. В зависимости от условия ориентирования различают референц-эллипсоиды и общеземные эллипсоиды. В случае, если малая полуось эллипсоида ориентирована параллельно оси вращения Земли, а поверхность эллипсоида наиболее близко совпадает с поверхностью геоида в пределах фиксированных участков (территория государства, континента), то такой эллипсоид является референц-эллипсоидом. На основании большого объема геодезических работ в СССР под руководством российского ученого геодезиста Феодосия Николаевича Красовского в 1940 году были получены параметры эллипсоида, которые пришли на смену используемого до того времени референц эллипсоида Бесселя. Эти параметры составили: 1) большая полуось а = 6 378 245 м; 2) малая полуось b = 6 356 863 м; 3) сжатие = (a – b)/ a = 1/298, 3.

2. 1 Фигура и размеры Земли Центры референц эллипсоидов, как правило, не совпадают с центром масс Земли. На референц эллипсоиде Красовского его центр смещен относительно центра масс Земли более, чем на 155 м. Связь между уровенной поверхностью геоида и уровенной поверхностью референц эллипсоида определяется уклонением отвесной линии геоида и нормалью референц эллипсоида (рис. 2. 3). Рис. 2. 3. Схема взаимного расположения поверхности референц эллипсоида, поверхности геоида и физической поверхности Земли За уровенную поверхность референц эллипсоида Красовского принята уровенная поверхность, совпадающая с нулевой отметкой Кронштадтского футштока (соответствует среднему уровню Балтийского моря).

2. 1 Фигура и размеры Земли Развитие методов геодезических измерений потребовало для решения навигационных Задач на основе спутниковых наблюдений перехода от референц эллипсоидов отдельных стран к единым общеземным международным эллипсоидам. Для их построения малая полуось эллипсоида ориентируется параллельно оси вращения Земли, центр эллипсоида совмещается с центром масс Земли, а высоты геоида над эллипсоидом должны иметь минимальное квадратическое рассогласование по всей земной поверхности. При соблюдении требований получаемый эллипсоид становится общеземным эллипсоидом. Для этих целей в настоящее время используются эллипсоиды: GRS-80 (Geodetic Reference System, 1980 г. ); WGS-84 (Word Geodetic. System, 1984 г. ); ПЗ-90 (Параметры Земли, 1990 г. ). Эллипсоид GRS-80 был разработан для получения единых параметров связи для ряда геодезических координатных систем Европы, Австралии и Америки. На основе этого эллипсоида построена общеземная координатная система. Система пунктов, расположенных на всех материках. Погрешности их положения не превышают 10 см. Эллипсоид WGS-84 был создан для обеспечения спутниковой системы глобального позиционирования GPS. Начало системы координат данного эллипсоида зафиксировано в центре масс Земли с точностью 1 м. Эллипсоид ПЗ-90 был разработан в СССР для обеспечения работы спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС. Система координат закреплена координатами трех десятков опорных пунктов космической геодезической сети. Погрешность их взаимного положения менее 30 см. Начало координат совмещено с центром масс Земли с точностью около 1 м.

2. 1 Фигура и размеры Земли

2. 2 Системы координат Все множество систем координат можно классифицировать: по области применения; по расположению начала системы координат; по положению координатных осей. По области применения различают: звездные, земные системы координат и системы координат средств измерений. Звездные системы координат используются для определения местоположения небесных объектов, а земные системы координат для определения местоположения объектов, находящихся на поверхности Земли. Системы координат средств измерений фиксируют местоположение объекта в системе координат измерительного прибора. По расположению начала систем координат различают: геоцентрические, квазигеоцентрические и топоцентрические. В геоцентрической системе координат начало системы координат находится в центре масс Земли. В квазигеоцентрической системе координат начало системы координат находится в центре используемого референц эллипсоида. В топоцентрической системе координат начало системы координат находится на поверхности используемой фигуры Земли. По положению координатных осей различают: сферические координаты; пространственные прямоугольные координаты; плоские прямоугольные координаты и полярные координаты.

2. 2 Системы координат

2. 2 Системы координат Земные системы координат используются для решения измерительных задач на земной поверхности. Они не зависят от времени отсчета и неподвижны относительно точек земной поверхности. В зависимости от характера решаемых задач используют пространственные и плоские системы координат. Пространственные прямоугольные системы координат классифицируют по расположению начала системы координат на: геоцентрические, квазигеоцентрические и топоцентрические координатные системы. В геоцентрической системе координат ОХУZ начало системы координат находится в центре шара со средним радиусом Rс=6371 км. Ось Z – направлена на северный полюс Земли; ось Х – направлена в точку пересечения гринвичского меридиана с экватором; ось У – лежит в плоскости экватора и дополняет систему координат до правой. Положение точки на поверхности шара определяется географическими координатами широтой ( ) и долготой ( ). В квазигеоцентрической системе координат ОХУZ координатные оси фиксируют положение точек физической поверхности относительно принятого референц эллипсоида. В этой системе начало системы координат находится в центре масс референц эллипсоида, а координатные оси параллельны соответствующим координатным осям Гринвичской системы координат. Для определения местоположения объектов на референц эллипсоиде используются сферические геодезические координаты широта (B) и долгота (L), а также геодезическая высота Н.

2. 2 Системы координат

2. 2 Системы координат Рассмотренные выше системы координат используются при решении задач, связанных с обработкой результатов геодезических измерений на больших территориях. Они широко используются при решении навигационных задач, в геоинформационных системах, решении задач картографирования. Однако при решении геодезических задач на ограниченных территориях их использование затруднено значительными Объемами вычислений. Поэтому для решения данного класса задач с успехом Используются плоские прямоугольные координаты. В России для составления топографических карт масштаба 1: 1 000 и крупнее применяется проекция Гаусса Крюгера и используются плоские прямоугольные координаты в равноугольной проекции Гаусса-Крюгера. При использовании проекции Гаусса–Крюгера искажения длин линий S определяются по формуле где d – длина отрезка на плоскости; S – длина отрезка на поверхности эллипсоида; уср. – расстояние от осевого меридиана до средней точки линии; R – радиус эллипсоида (земного шара).

2. 2 Системы координат Данная проекция была разработана Гауссом в 1825 году, а в 1912 году Л. Крюгером были разработаны рабочие формулы для вычисления координат в этой проекции. Сущность проекции Гаусса–Крюгера определяется следующими положениями. Земной эллипсоид делится меридианами через 6° по долготе на 60 зон, простирающихся от полюса до полюса. Нумерация зон ведется от нулевого (гринвичского) меридиана на восток. Каждая зона проектируется по отдельности на плоскость, чем обеспечивается максимальное подобие фигур. Средний меридиан каждой зоны называется осевым. Осевой меридиан зоны и экватор изображаются в виде взаимно перпендикулярных прямых, образующих координатные оси Х и Y. Остальные меридианы и параллели отображаются симметрично осевому меридиану и экватору соответственно. В этой проекции длина осевого меридиана передается без искажений, а остальные длины линий получаются несколько длиннее их горизонтальных проекций на уровенную поверхность.

2. 2 Системы координат

2. 2 Системы координат Постановлением Правительства РФ от 28 июля 2000 г. для геодезических и картографических работ с 1 июля 2002 г. принята единая система координат СК 95, а для обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач – геоцентрическая система координат ПЗ 90. Координатная система СК 95 создана на основе совместной обработки 164 тыс. астрономо геодезических пунктов, 134 пунктов ДГС и 26 пунктов КГС. Она построена на эллипсоиде Красовского, оси которого ориентированы параллельно соответствующим координатным осям ПЗ 90. При решении измерительных задач в автоматизированных и автоматических измерительных системах, используемых в цифровой картографии, фотограмметрии и в последнее время в геодезии, для регистрации наблюдаемых параметров применяют системы координат средств измерений. Для воспроизведения их метрики используют эталоны, образцовые шкалы, образцовые средства измерений, которые обеспечивают нормировку используемых координатных систем в принятых линейных и угловых значениях. В частности, в качестве таких инструментальных систем координат используются системы координат монитора, сканирующих систем, системы координат съемочных камер, системы координат снимка, системы координат плоттера, системы координат фотограмметрических приборов и дигитайзеров. Их отличие заключается в выборе начала систем координат и ориентации координатных осей.

2. 3 Планово-высотная основа Одной из важных задач, решаемой при выполнении геодезических работ, является построение сети опорных точек. Сети опорных точек позволяют воспроизвести системы координат земной поверхности в единых метрических единицах. В настоящее время для обеспечения возможности картографирования, решения научных и практических задач на территории Российской Федерации размещена сеть точек, образующая систему надежно закрепленных на местности пунктов, координаты которых получены с высокой точностью в единой системе. Основной принцип построения сетей: от общего к частному, от крупных высокоточных к более мелким и менее точным. В соответствии с этим геодезические сети подразделяются на государственные, сети сгущения, съемочные и специальные сети. Основу геодезических сетей составляет государственная геодезическая опорная сеть, реализованная с учетом: непрерывности; необходимой густоты пунктов и точности, обеспечивающей решение научных и практических задач. Государственная геодезическая сеть подразделяется на плановую и высотную (нивелирную). Первая служит для определения плановых координат (Х, Y), вторая – для определения абсолютных высот. Координаты и высоты пунктов государственных геодезических сетей записываются в специальные каталоги координат и каталоги высот геодезических пунктов. Они содержат описания физико географических условий работ, схему обоснования, характеристики использованных геодезических приборов, оценку точности приведенных координат.

2. 3 Планово-высотная основа

2. 3 Планово-высотная основа Каталоги координат и высот пунктов государственных геодезических плановых и Высотных сетей хранятся в Госгеокартфонде, в подразделениях Роскартографии, в Госгеонадзоре, а также районных администрациях. Они могут быть получены в соответствующих территориальных инспекциях. Геодезические сети сгущения создаются для увеличения плотности государственных геодезических сетей. Съемочные геодезические сети создаются на базе государственных геодезических сетей и сетей сгущения. Они служат в качестве опорных точек при съемке рельефа и контуров, привязке объектов геологических наблюдений. Специальные геодезические сети создают для строительства инженерных сооружений. В качестве опорной геодезической сети при выполнении разбивочных работ и исполнительных съемок служит строительная координатная сетка. Государственные плановые геодезические сети подразделяется на сети 1, 2, 3 и 4 классов, различающихся между собой точностью измерений, расстоянием между пунктами сети и порядком развития. Началом единого отсчета плановых координат на территории Российской Федерации служит центр круглого зала Пулковской обсерватории в Санкт Петербурге. В основе создания плановых геодезических сетей лежат геодезические измерения. В зависимости от используемого вида измерений и, соответственно, способа определения плановых координат сети создаются методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии, а также космической геодезии.

2. 3 Планово-высотная основа Развитие современных систем космической навигации GPS (Global Position System) и ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система), позволило перейти к созданию геодезической спутниковой сети. Для ее реализации была разработана и принята концепция построения трех уровней государственной геодезической спутниковой сети. Она предполагает создание: • фундаментальной астрономо геодезической сети (ФАГС); • высокоточной астрономо геодезической сети (ВАГС); • спутниковой геодезической сети I класса (СГС 1). Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть состоит из 50– 70 пунктов, расположенных по всей территории России со средними расстояниями 700– 800 км. Из них 10– 15 пунктов предполагается сделать постоянно действующими астрономическими обсерваториями. На этих обсерваториях предполагается разместить радиотелескопы, предназначенные для наблюдений удаленных источников радиоизлучений (квазаров), и спутниковые приемники GPS ГЛОНАСС. Средняя квадратическая погрешность взаимного положения этих пунктов должна находиться в пределах 1– 2 см. Высокоточная астрономо-геодезическая сеть должна стать аналогом сетей триангуляции I класса. Она строится в виде пространственных звеньев, с расстоянием между смежными пунктами 150– 300 км. Общее число таких пунктов предполагается создать порядка 500– 700. Часть этих пунктов должна размещаться на пунктах ФАГС. Средняя квадратическая погрешность взаимного положения пунктов не должна превышать 2– 3 см.

2. 2 Планово-высотная основа Спутниковая геодезическая сеть I класса по своим характеристикам должна заменить сети триангуляции I и II классов. Расстояние между пунктами этой сети должно составлять в среднем 30– 35 км, а общее число пунктов должно составить порядка 15 тысяч. Средняя квадратическая погрешность взаимного положения пунктов не должна превышать 1– 2 см. Реализовать данную концепцию предполагается в течение 10– 15 лет. Наряду с государственными сетями для проведения инженерных изысканий и создания геодезического обоснования топографических съемок масштабов 1: 500 – 1: 5000 создаются геодезические сети сгущения. Они создаются для увеличения плотности государственных геодезических сетей и подразделяются на сети 1 и 2 разряда. Данные сети развиваются методами триангуляции и полигонометрии и строятся между пунктами государственных сетей. Съемочные геодезические сети создаются на базе государственных геодезических сетей и сетей сгущения. Они служат в качестве опорных точек при съемке рельефа и контуров, привязке объектов геологических наблюдений. Густота пунктов определяется масштабами топографических съемок, а также требованиями к точности привязки объектов. Они создаются посредством теодолитных ходов и геодезическими засечками. Предельные погрешности координат пунктов съемочной сети должны обеспечить возможность определения положения пунктов не грубее, чем 0. 2 мм в масштабе карты.

Тема 3 Карты. Классификация карт. Содержание карты 3. 1 Общие положения 3. 2 Математическая основа 3. 2. 1 Геодезическая основа 3. 2. 2 Картографические проекции 3. 2. 3 Масштаб и номенклатура карты 3. 3 Элементы содержания топографических карт 3. 3. 1 Рельеф 3. 3. 2 Гидрография 3. 3. 3 Растительность и грунты 3. 3. 4 Населенные пункты 3. 3. 5 Пути сообщения и средства связи 3. 3. 6 Политико-административное деление 3. 4 Вспомогательные данные 3. 4. 1 Легенда 3. 4. 2 Картометрические графики 3. 4. 3 Справочные данные

3. 1 Общие положения Решение задач исследования и отображения явлений и процессов, происходящих в природе и обществе, их пространственного размещения, сочетания и взаимосвязи осуществляется в рамках научно технической дисциплины картография. Картография, в соответствии с определением Международной картографической ассоциации, – это наука о картах как особом способе изображения действительности, их создании и использовании. Отечественные стандарты определяют картографию как область науки, техники и производства, охватывающую изучение, создание и использование картографических произведений. Конечной целью картографирования является создание карт или производных картографических продуктов, используемых для пространственно локализованной характеристики заданных объектов. Карта – это уменьшенное изображение объектов земной поверхности или других небесных тел на плоскости, построенное с использованием системы условных знаков в определенной картографической проекции.

3. 1 Общие положения Бумажные (аналоговые)карты представляют собой полиграфически изданную на бумажной основе карту, построенную с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт условных знаках, проекции, разграфке, системе координат и высот. Фотокарта – полиграфически изданный фотоплан или фотокарта в заданной картографической проекции и разграфке с нанесенной на него картографической нагрузкой. Цифровые карты местности представляют собой цифровые модели земной поверхности, сформированные с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции, разграфке, системе координат и высот. Выбор формы отображения картографической продукции определяется требованиями к срокам создания и характером ее использования. Для быстрого оперативного получения информации о местности создаются фотокарты. Для этой цели применяют материалы аэрокосмических съемок и технологии фотограмметрической обработки изображений. При выполнении инженерных изысканий посредством использования геоинформационных систем используются цифровые карты местности.

3. 1 Общие положения Наряду с рассмотренными видами карт для решения задач картографического обеспечения используются: глобусы, атласы, рельефные карты, блок-диаграммы. Глобусом является вращающаяся шарообразная модель Земли, планет или небесной сферы, с нанесенным на ее поверхность картографическим изображением. Глобусы имеют масштаб, систему меридианов и параллелей, условные обозначения, но не имеют искажений присущих картографическим проекциям. Атласом является систематическое собрание карт, выполненных по единой программе и изданных в виде книги или набора листов. Внутреннее единство атласа обеспечивается сопоставимостью, взаимодополняемостью, взаимосвязью карт и их проекций.

3. 1 Общие положения Рельефные карты представляют собой трехмерные объемные картографические изображения местности, изготовленные из пластика, папье маше или гипса. Для наглядности вертикальный масштаб рельефных карт увеличивается по сравнению с горизонтальным для горных районов в 2– 5 раз и для равнинных – в 5– 10 раз. Рельефные карты целесообразно использовать для проектирования дорог, трубопроводов, водохранилищ. Блок–диаграммы представляют собой трехмерные плоские картографические рисунки, совместно отображающие изображение земной поверхности с продольными и поперечными вертикальными разрезами. Эти виды картографической продукции широко используются при создании геологических и геоморфологических карт, где блок диаграммы отображают земную поверхность одновременно с разрезами земной коры.

3. 1 Общие положения. Классификация карт Карты природных явлений включают: геофизические, геохимические, геологические карты, карты рельефа, климатические карты, гидрологические карты; океанографические карты, почвенные карты, мелиоративные карты, ботанические карты, зоологические карты, экологические карты, ландшафтные карты; карты природного районирования. При создании карт общественных явлений различают: медико географические карты; политические и политико административные карты, карты населения, экономические карты, исторические карты, карты социальной инфраструктуры.

3. 1 Общие положения. Классификация карт

3. 1 Общие положения Основными структурными элементами карты являются (рис. 3. 1): математическая основа; картографическое изображение ; вспомогательные данные. Структура содержания карты

3. 2. 1 Математическая основа. Геодезическая основа карт. Геодезической основой карт являются пункты государственной геодезической сети 1 4 класса, а также точки съемочной сети. Именно наличие данных точек на картах позволяет построить их математическую основу, которая определяет масштаб карты и точность их построения. (см. Таблицу)

3. 2. 2 Математическая основа карт. Картографические проекции Картографическая проекция – это математический способ отображения поверхности эллипсоида (шара) на плоскости. В общем виде формулы картографических проекций, связывающие геодезические координаты точки B, L на эллипсоиде (шаре) с ее прямоугольными координатами на плоскости x, y, имеют следующий вид x = f 1(B, L) y = f 2(B, L). Поверхность эллипсоида (шара) невозможно развернуть на плоскость без деформаций, что приводит к разного рода искажениям изображаемых объектов. По характеру искажений, возникающих в ходе проектирования сферической поверхности Земли на плоскость, различают: • равноугольные проекции (сохраняется равенство углов, искажаются длины и площади); • равновеликие проекции (сохраняется равенство площадей, искажаются длины и углы); • произвольные (искажаются все параметры в допустимых диапазонах).

3. 2. 2 Математическая основа карт. Картографические проекции 3. 2. 4 Математическая основа карт. Картографические проекции

3. 2. 3 Математическая основа карт. Масштаб карт Масштабом карты называется отношение длины линии на карте к длине соответствующей линии на эллипсоиде. На картах масштаб указывается под южной рамкой и дается в трех видах: численный, именованный и линейный. Численный масштаб выражается дробью, у которой в числителе – единица, а в знаменателе – число М, показывающее степень уменьшения горизонтального проложения на карте (1: М = 1: 25 000). Именованный масштаб поясняет текстом значение численного масштаба: в 1 сантиметре 250 метров. Линейный масштаб служит для определения по картам длин линий с помощью измерителя. Пользуясь линейным масштабом можно сразу измерить расстояние на местности в метрах или километрах, не прибегая к вычислениям.

3. 2. 3 Математическая основа карт. Масштаб карт Кроме перечисленных видов представления масштаба карты, в ряде случаев используется поперечный масштаб, который представляет собой график на металлической линейке, применяемый для измерения и откладывания расстояний на карте с предельной графической точностью. Поперечный масштаб гравируют на специальных металлических линейках, называемых масштабными. Он позволяет определять длины отрезков с точностью цены наименьшего деления. Поперечный масштаб, у которого L=20 мм, а m=n=10, называют нормальным. Цена его наименьшего деления равна 0, 2 мм. Она определяется для масштаба 1: 25 000 по формуле P 1 F 1 = PF/OF = 50/10 =5 м. Это позволяет определить длины отрезков АВ и А 1 В 1 посредством следующих вычислений АВ = 1500 м + 50 м 7 + 5 м 9 = 1895 м; А 1 В 1 = 500 м + 50 м 6 + 5 м 5, 5 = 827, 5 м Поперечный масштаб

3. 2. 4 Математическая основа карт. Номенклатура карт Для построения и определения листов топографических карт используется разграфка и номенклатура. Разграфкой топографических карт называется их деление на листы. Топографические карты делятся на отдельные листы линиями географических меридианов и параллелей. Практически до конца XIX века в странах использова лись различные подходы к созданию и разграфке карт. Применялись различные масштабы, условные знаки и элементы содержания. Это продолжалось до V Международного географического конгресса, где в 1891 году профессор Венского университета Альбрехт Пенк (1858– 1945) предложил выполнять составление карт масштаба 1: 1000 на всю территорию Земли в единых проекциях, условных знаках и с однотипными элементами содержания. В 1913 году в Париже на очередной конференции представителями 34 государств были приняты единые требования к номенклатуре листов, проекции, элементам содержания и условным знакам. Свое развитие требования к Международной миллионной карте получили в 1962 году, когда техническая конференция ООН приняла новую программу, в которой были определены ее основные области применения: общее изучение территории; основа при разработке планов экономического развития; основа при создании тематических карт; основа при построении карт последующего масштабного ряда.

3. 2. 4 Математическая основа карт. Номенклатура карт Международная карта масштаба 1: 1000 составлена на всю территорию Земного шара в равноугольной проекции Гаусса Крюгера. Границы листа данной карты ограничены разностями долгот в 6° и разностями широт в 4°. Для связи между смежными листами топографических карт, а также листами карт более крупных масштабов используется номенклатура. Термин «номенклатура» в обычном понимании рассматривается как совокупность названий, предметов, употребляемых при изучении или инвентаризации интересующих объектов. В картографии под номенклатурой понимают систему обозначений (кодирования) листов топографической карты. Она включает топографические карты масштабов 1: 10 000, 1: 25 000, 1: 50 000, 1: 100 000, 1: 200 000, 1: 500 000 и 1: 1 000 и топографические планы масштабов 1: 500, 1: 1000, 1: 2000 и 1: 5000. Схема разграфки и номенклатуры топографических карт проекции Меркатора представлена на рисунке , а проекции Гаусса –Крюгера на рисунке.

3. 2. 4 Математическая основа карт. Номенклатура карт В соответствии с принятой методикой размеры рамок Международной миллионной карты определяются 6° колоннами и 4° рядами (поясами). Нумерация колонн производится в восточном направлении, начиная от меридиана с долготой 180° от 1 до 60. Ряды (пояса) расположены от экватора к северу (22) и югу (22) и обозначаются заглавными буквами латинского алфавита от A до V. Номенклатура листа миллионного масштаба складывается из буквы ряда и номера колонны. Например, номенклатура листа, N 38. Каждому листу карты масштаба 1: 1 000 соответствуют 4 листа карты масштаба 1: 500 000, которые обозначаются заглавными буквами (А, Б, В, Г), 36 листов карты 1: 200 000, обозначаемых римскими цифрами (I–XXVI) и 144 листа карты 1: 100 000, которые записываются арабскими цифрами (1– 144). В свою очередь, лист карты 1: 00 000 содержит 4 листа карты масштаба 1: 50 000, обозначаемых заглавными буквами (А, Б, В, Г). В лис те карты масштаба 1: 50 000 находятся четыре листа карты масштаба 1: 25 000, обозначаемых строчными буквами а, б, в, г, каждый из которых содержит по четыре листа карты масштаба 1: 10 000, показываемых арабскими цифрами (1, 2, 3, 4).

3. 2. 4 Математическая основа карт. Номенклатура карт

3. 3 Элементы содержания карт 3. 3. 1 Общие положения 3. 3. 2 Объекты местности. Характер локализации объектов. Условные знаки. Графические переменные. 3. 3. 3 Высотное положение точек на земной поверхности. Высота абсолютная и условная. Балтийская система высот, принятая в России и странах СНГ. Изображение рельефа карт. 3. 3. 4 Вспомогательные данные. Легенда карты.

3. 3. 1 Элементы содержания карт. Общие положения Элементами содержания топографической карты является множество объектов земной поверхности, отображаемых условными знаками Условные знаки топографических карт - это графические, буквенные и цифровые обозначения, с помощью которых на карте показывают местоположение объектов местности, их качественные и количественные характеристики. Различают: масштабные , линейные, внемасштабные и пояснительные знаки. Масштабные (площадные) знаки – это знаки, показывающие площадные объекты местности в масштабе карте. Масштабный знак состоит из контура, внутри которого значками или цветом показывается тип объекта. Примером масштабных условных знаков служат: границы растительного покрова и грунтов. Линейные условные знаки – это знаки, показывающие положение линейных объектов в соответствии с масштабом карты, а ширина значительно увеличивается по сравнению с истинным масштабом. Примерами линейных условных знаков являются: дорожная сеть, гидрография, линии связи, трубопроводы. Внемасштабные (точечные) условные знаки – это знаки, изображающие объекты местности, положение которых не может быть представлено в масштабе карты. Примерами внемасштабных условных знаков являются: заводы, фабрики, памятники, пункты государственной геодезической сети, радиомачты, склады горючего, сооружения башенного типа. Пояснительные условные – это знаки, используемые для дополнительной характеристики объектов местности и представляют собой графические значки, буквенные обозначения и сокращенные пояснительные подписи.

3. 3. 1 Элементы содержания карт. Общие положения Подписи названий объектов местности дают различными шрифтами, по размеру и начертанию которых определяется характер объекта (тип населенного пункта, транспортное значение реки и т. д. ) Все множество условных знаков с точки зрения элементов содержания можно выделить условно в два определяющих типа: физико географические объекты и социально экономические объекты инфраструктуры региона. Физико-географические объекты ландшафта земной поверхности включают элементы гидpогpафии, pастительного покpова и гpунтов, pельефа суши. Социально-экономические объекты содержат населенные пункты; пpомышленные, сельскохозяйственные и социально культуpные объекты. Изображения основных условных знаков представлены на рисунках. На этих изображениях элементы гидрографии включают береговые линии морей и океанов, границы озер, водоемов, линии рек, ручьев, каналов и канав, а также местоположения источников (родников), колодцов, характеристики паромов, гидротехнических сооружений. Растительность представлена лесными объектами, кустарником, фруктовыми садами, болотной и луговой растительностью, парками, питомниками, а грунты скальными выходами пород, песками, скоплениями камней и каменистыми поверхностями.

3. 3. 2 Элементы содержания карт. Условные знаки

3. 3. 3 Изображение рельефа карт Важным элементом ландшафта земной поверхности является рельеф местности. Под рельефом, в общем случае, понимается совокупность неровностей земной поверхности. На топографических картах основным методом отображения рельефа местности является построение горизонталей. Горизонталью называется замкнутая кривая линия, изображающая геометрическое место точек земной поверхности одинаковой высоты. Для их построения земную поверхность через равные промежутки высот h по вертикали условно рассекают секущими плоскостями, параллельными уровенной поверхности. Проекции пересечений этих плоскостей с поверхностью Земли образуют кривые линии горизонтали. Расстояние между секущим плоскостями h называется высотой сечения рельефа. Расстояние между смежными горизонталями d называется заложением. Изображение рельефа местности горизонталями на топографических картах

3. 3. 3 Изображение рельефа карт Из многообразия существующих форм рельефа можно выделить пять основных форм: гора, котловина, хребет, лощина, впадина и седловина. (рис. 6. 14) Гора представляет собой возвышенность в виде купола или конуса. Ее основание называется подошвой, а ее наивысшая точка вершиной, от которой во все стороны идут скаты или склоны. Разновидностью горы является сопка и холм. Котловина или впадина образуется чашеобразным вогнутым углублением , самая низкая часть которого называется дном, а верхняя часть – бровкой. Хребет, выпуклая форма рельефа, постепеннно понижающася в каком то направлении. Основным элементом хребта является водораздельная линия, соединяющая наиболее высокие его точки. Лощина, вогнутая форма рельефа, постепенно понижающаяся в каком то направлении. Линия, связывающая наиболее низкие точки называется водосливной линией или тальвегом. Разновидностями лощины являются долины, ущелья, овраги и балки. Седловина находится в понижении между двумя горами или двумя хребтами Очертания горизонталей, изображающих гору и котловину, лощину и хребет похожи. Для облегчения чтения рельефа на некоторых горизонталях проводят короткие черточки в направлении ската, называемые берг-штрихами.

3. 3. 3 Изображение рельефа карт Изображения основных форм рельефа местности Горизонтали используют для отображения форм рельефа местности с углами наклона не превышающими 400, при большей крутизне они сливаются. Для отображения участков местности большей крутизны используют, как правило, специальные условные знаки. С их помощью показывают скалы, валуны, курганы, пещеры, уступы, промоины, карстовые воронки, овраги. На географических картах для повышения наглядности показа рельефа горизонталями применяют способ гипсометрической или послойной окраски. При этом ступени шкалы , независимо от количества красок, ясно отображают различные уровни высот точек местности.

3. 3. 4 Вспомогательные данные. Легенда карты Вспомогательные данные включают легенду карты, картометрические графики и справочные данные. Легенда карты включает сведения об условных обозначениях и текстовых пояснений к ним. Для топографических карт создаются специальные таблицы условных знаков, которые используются при создании карт соответствующих масштабов. При создании тематических карт условные знаки часто не унифицированы, поэтому легенды создаваемых карт размещают непосредственно на самом листе карты. Картометрические графики облегчают определение углов склонов, отображают графики углов ориентирования. Справочные сведения содержат указания исходных материалов, время и год съемки местности и дату издания карты. Эти данные, как правило, входят в зарамочное оформление карты.

3. 3. 4 Вспомогательные данные. Легенда карты Зарамочное оформление карты

4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПИСАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 4 Выбор математической модели, используемой для описания характеристик объекта, определяется перечнем наблюдаемых объектов. В первую очередь, в этот перечень входят объекты, отображаемые на картах и планах: элементы планово высотной основы (опорная сеть); рельеф суши (горизонтали); гидрография и гидротехнические сооружения; населенные пункты; промышленные, сельскохозяйственные объекты; транспортная сеть; растительный покров и грунты; границы, ограждения, отдельные природные явления; подписи; а цифровые представления еще и матрицу высот. Все множество перечисленных объектов можно представить аналитически посредством их пространственного описания на основе структурных, линейных, матричных и растровых моделей.

4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПИСАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 4 При структурном описании пространственная модель R(S) объекта представляется совокупностью точек, положение которых задается множеством вида где (Xn , Yn , H n) – пространственные координаты n-й точки структурного описания точки объекта; N – число точек структурного описания объекта местности. Положение точки в пространстве описывается пространственными координатами Xn, Yn, Hn. Для их определения необходимо знать координаты опорной точки, в качестве которой, используются точки государственной геодезической сети или точки съемочной планово высотной сети. Для определения координат точек структурного описания используются уравнения вида где Хn, Yn, Нn – координаты текущей точки; Хo, Yo, Нo – координаты опорной точки; Хi, Yi, Нi – приращения координат текущей точки.

4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПИСАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 4 При линейном двумерном описании пространственная модель R(L) объекта выражается посредством совокупности точек, отнесенных к некоторой плоскости, принятой за уровненную поверхность. Линейная модель, используемая для описания пространственных характеристик объектов местности, задается выражением вида где Xn, Yn, Hm – плоские координаты текущей точки горизонтали с высотой Н m го сечения (Hi, Xi 1, Yi 1, Xi 2, Yi 2, …, Xin, Yin); Nm – число точек, описывающих m ю плоскость; М – число плоскостей. Эта модель используется для векторного описания высот точек местности в виде горизонталей. Положение точки задается для каждой плоскости отдельно. В общем случае уравнения определения плановых координат задаются уравнениями вида где Х mn, Ymn – координаты n-й текущей точки для m-й плоскости уровенной поверхности с высотой Нm; Хm o, Ym o – координаты опорной точки для m-й плоскости уровенной поверхности с высотой Нm; Хij, Yij– приращения координат текущих точек для m-й плоскости уровенной поверхности с высотой Нm.

4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПИСАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 4 Частный случай этой модели имеет место при описании положения объекта на отдельной плоскости посредством выражения вида где (Xn, Yn, H 0) – плоские координаты текущей точки с высотой Н 0(X 1, Y 1, X 2, Y 2, …, Xn, Yn); N – число точек, описывающих положение объекта на плоскости. Положение точки на плоскости описывается плоскими координатами Xn, Yn. Для их определения необходимо знать координаты опорной точки. Для определения координат искомой точки на плоскости используются уравнения вида где Хn, Yn – координаты текущей точки; Х 0, Y 0 – координаты опорной точки; Хi, Yi – приращения координат текущей точки.

4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПИСАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 4 Разновидностью линейной модели является описание в виде замкнутых полигонов. Положение точек на плоскости можно представить посредством уравнения вида где Хo, Yo – координаты начальной опорной точки; Хn, Yn – приращения координат текущей точки. Полигональная модель используется для описания положения на плоскости замкнутых площадных объектов. Ее характерной особенностью является равенство координат Х, Y начальной и конечной точки описываемого объекта.

4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПИСАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 4 При матричном описании пространственная модель R(M) объекта представляется совокупностью высот в фиксированных, регулярно расположенных точках в виде где Hij – высота i й точки j й строки, I, J – число точек в строке и число строк. Положение точки в пространстве при матричном дискретном описании объектов земной поверхности представляется уравнениями вида Хij = Хo + Х i Yij =Yo + Y j Нij =Нo + Нij , где Хij, Yij, Нij – пространственные координаты текущей точки; Хo, Yo, Нo – пространственные координаты опорной точки; Х, Y – шаг дискретизации регулярной дискретной сетки; Нij – превышения высот точек местности i-й строки j-го столбца дискретной сетки.

4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПИСАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 4 Матричное описание является частным случаем растрового представления изображений объектов, при использовании которого происходит сплошное заполнение регулярной двумерной структуры значениями цифровых кодов оптической плотности или цвета объекта в соответствии с уровнем высот точек местности. В этом случае уравнение описания точек в этой структуре примет вид Хij = Хo + Х i Yij = Yo + Y j Нij = Нo + Нij Uij = Uo + Uij , где Uij, Uo, Uij – значения, соответственно, цифрового кода плотности, его начального значения и приращения относительно начального значения. Описание объектов на основе представленных математических моделей осуществляется посредством наблюдения неизвестных параметров методами геодезических, фотограмметрических и картометрических измерений земной поверхности.

Тема 5 Измерения на картах 4 6. 1 Общие положения 6. 2 Определение географических и прямоугольных координат по карте. 6. 3 Измерение углов ориентирования. Дирекционный угол, истинный и магнитный азимуты. Сближение меридианов и его определение. Переход от дирекционных углов к магнитным азимутам. 6. 4 Измерения высот точек местности. 6. 5 Определение площадей участков местности по картам. 6. 6 Определение крутизны ската и уклонов линий по карте. 6. 7 Построение профиля местности по карте.

5. 1 Измерения на картах. Общие положения Обеспечение возможности определения пространственных характеристик объектов местности является одной из важнейших задач топографических карт. С этой целью топографические карты создаются в строго заданных масштабах и картографических проекциях, обеспечивающих наибольшее геометрическое подобие картографических изображений отображаемой местности. В соответствии с основным функциональным предназначением картометрические измерения определим как процесс определения координат объектов земной поверхности посредством наблюдений объектов картографического изображения, выполняемых в метрической системе координат используемой карты. Именно наблюдения объектов картографических изображений, в ходе которых происходит регистрация интересующих параметров объектов местности, лежит в основе выполняемых картометрических измерений.

5. 1 Измерения на картах. Общие положения 4

5. 2 Измерения на картах. Определение географических координат 4 Определение географических координат по карте является одним из важнейших элементов работы с картой. Исходными данными для решения этой задачи выступают географические сетки координат. Географическая сетка полностью показывается на листах карт масштаба 1: 500 000 и 1: 1 000. На картах масштаба 1: 10 000, 1: 25 000, 1: 50 000, 1: 100 000 и 1: 200 000 стороны рамок карты разделены на отрезки , равные в градусной мере 1’, которые оттенены через один и разделены точками через 10” (кроме масштаба 1: 200 000). Для определения географических координат точки используются выражения вида = ю + , = з + где , - соответственно, широта и долгота определяемой точки; ю - широта южной параллели, з - долгота западного меридиана. Здесь = - ю ; = - з.

5 Измерения на картах. Определение географических координат 4

5. 3 Измерения на картах. Определение прямоугольных координат 4

5. 4 Измерение высот точек местности. Построение профиля

5. 5. Измерение углов ориентирования по карте При ориентировании с помощью карты на местности используются углы ориентирования, в качестве которых используются: дирекционный угол, истинный и магнитный азимуты. Дирекционным углом называется угол, измеряемый в горизонтальной плоскости от северного направления осевого меридиана (или линии ему параллельной) по ходу часовой стрелки до направления на заданную точку. Значение дирекционного угла изменяется от 0 до 360 0. (рис. 9. 2). Истинным азимутом Аи называется угол, измеряемый в горизонтальной плоскости от северного направления истинного (географического) меридиана по ходу часовой стрелки до направления на заданную точку. Значение истинного азимута изменяется от 0 до 360 0. (рис. 9. 2) Магнитным азимутом Ам называется угол, измеряемый в горизонтальной плоскости по ходу часовой стрелки от северного направления магнитного меридиана и направлением на заданную точку. Его направление совпадает с северным направлением магнитной стрелки компаса или магнитной буссоли.

5. 5. Измерение углов ориентирования по карте Для установления связи между дирекционным углом и истинным азимутом необходимо знать значение сближения меридианов . Сближением меридианов называется угол между северным направлением истинного меридиана и северным направлением осевого меридиана ( километровой сетки) (рис. 9. 5). Для точек находящихся восточнее истинного меридиана сближение восточное положительное, а западнее западное –отрицательное При определении углов ориентирования по карте с помощью транспортира измеряют угол между северным направлением осевого меридиана, который совпадает с линией километровой сетки и направлением на наблюдаемую точку и (рис. 9. 2) С этой целью совмещают центр продольной оси транспортира с положением начала измеряемого направления, параллельно линии километровой сетки и определяют измеряемй дирекционный угол . Затем устанавливают связь между дирекционным углом и истинным азимутом Аи посредством выражения вида Аи = + ( ).

6. 5. Измерение углов ориентирования по карте Для установления связи между магнитным и истинным азимутами необходимо знать магнитное склонение . Магнитным склонением называется угол между истинным и магнитным меридианами. Магнитное склонение на восток считается положительным, а на запад – отрицательным. Значение магнитного склонения и ее годовое изменение можно узнать на метеорологической станции.

5. 5. Измерение углов ориентирования по карте Зная значение истинного азимута, величину магнитного азимута определим посредством выражения вида Ам = Аи – ( ). Значение магнитного азимута через дирекционный угол можно получить в виде следующего соотношения Ам = + ( ) – ( ). В случае, если на местности определен первоначально магнитный азимут, то значение истинного азимута получим из выражения вида Аи = Ам + ( ), а значение дирекционного угла, соответственно, из выражения = Ам + ( ) - ( ) . Следует отметить, что сближение меридианов, приведенное на карте, относится к средней точке листа карты. В общем случае, для текущей точки оно вычисляется по формуле = sin ср. = ( - ос. ) sin ср. , где разность долгот среднего меридиана листа карты и осевого меридиана зоны; ср. – широта средней параллели.

5. 6 Определение крутизны ската и уклонов линий по карте Для определения крутизны ската tg , которая характеризуется углом наклона линии местности к горизонтальной плоскости , измеряют величину заложения d. Крутизну ската определяют по формуле tg = h / d, где h –высота сечения рельефа, d –заложение горизонталей. Крутизну ската можно представить не углом наклона , а уклоном i, который равен i = tg . Уклон линии выражают в процентах или в промилях (тысячные доли единицы). Он представляет собой превышение на единицу длины. Уклон линии при i = 0, 05(5%) означает, что на 1 метр длины превышение составит 5 см. В промилле уклон i = 0, 015 записывается в виде 15 %0.

5. 6 Определение крутизны ската и уклонов линий по карте Для быстрого определения угла наклона местности по карте строится график заложения. Его построение осуществляется в соответствии с формулой d = h ctg . Для построения графика на горизонтальной прямой последовательно откладывают произвольные, но равные отрезки. Их подписывают в порядке возрастания значений угла наклона линий . Из полученных точек строят перпендикуляры, на которых в масштабе карты откладывают значения заложений горизонталей d, вычисляемые по формуле. Концы перпендикулярных отрезков соединяют плавной кривой. На карте он находится под южной стороной рамки карты. Для определения угла наклона с помощью графика заложений посредством циркуля измерителя фиксируют расстояние между смежными горизонталями и по этому расстоянию на графике заложения определяют соответствующее значение угла.

5. 7. Построение трассы с заданным уклоном При проведении инженерных изысканий линейных объектов (автодорог, трубопроводов) возникает задача выбора трассы с предельно допустимыми уклонами. В этом случае по графику заложений горизонталей с помощью измерителя определяется расстояние соответствующее заданному уклону. После этого раствором измерителя засекают на последующей горизонтали возможные направления трассы как в справа, так и слева от осевой линии. Затем из полученных точек определяют на последующей горизонтали следующие места засечек, заданного возможного направления трассы. Эта операция повторяется, пока не достигнем конечной точки заданной осевой линии. Из двух возможных направлений трассы, выбирается трасса с минимальным расстоянием.

5. 8 Определение площадей участков местности по топографическим картам Определение площадей участков земной поверхности по картам используется при решении многих задач инженерной геодезии и мониторинга территорий. Площади интересующих участков земной поверхности могут быть измерены по карте или плану с помощью аналитических, графических или механических методов. Выбор метода определяется объемом работ, формой представления картографических материалов, а также площадью измеряемых участков. Следует отметить, что в основе всех перечисленных методов лежит аналитическая модель вычисления площадей участков. Она основана на определении плоских координат вершин замкнутого многоугольника.

5. 8 Определение площадей участков местности по топографическим картам Пусть известны прямоугольные координаты вершин треугольника 1(x 1, y 1) 2(x 2, y 2) 3(x 3, y 3) , тогда его площадь с помощью формул аналитической геометрии можно определить как алгебраическую сумму площадей трех трапеций: (1 2 2’ 1’), (2 3 3’ 2’), (1 3 3’ 1’). Площади трех рассматриваемых трапеций определим по формулам S 1= ½ (x 1 + x 2)(y 2 -y 1) ; S 2= ½ (x 2 +x 3)(y 3 –y 2) ; S 3= ½ (x 1 + x 3)(y 3 -y 1) ;

5. 8 Определение площадей участков местности по топографическим картам Удвоенная площадь треугольника определится по формуле 2 S= (x 1 + x 2)(y 2 -y 1) + (x 2 + x 3)(y 3 -y 2) (x 1 + x 3)(y 3 -y 1). Делая перегруппировку ее членов, и, раскрывая ее для случая n многоугольника, получим n S = ½ xi (y i+1 – y i-1) i=1 , S = ½ yi (x i-1 – x i+1) i=1 n где i =1, 2, 3, …, n. Следует отметить, что в связи с развитием цифровой картографии основным способ определения площадей участков земной поверхности является именно аналитический способ.

5. 8 Определение площадей участков местности по топографическим картам Наряду с аналитическим способом для решения широкого круга задач при работе с бумажными картами широко распространены графические способы с использованием квадратной и параллельной палеток. В первом случае , для определения площади участка местности на прозрачной основе изготавливают палетку, на которую наносится сетка квадратов со стороной квадрата 1 5 мм. Эта сетка накладывается на карту или на электронное изображение карты и подсчитывается число полных квадратов N 1, покрывающих участок, и число квадратов, попадающих на контур участка N 2. В общем случае, площадь участка определим по формуле S= s (N 1+N 2/2), ) где S – площадь определяемого участка; s – площадь элементарного квадрата палетки.

5. 8 Определение площадей участков местности по топографическим картам Во втором случае , на палетку через равные промежутки 2 5 мм наносится серия параллельных линий. Для определения площадей палетка накладывается на интересующий участок карты таким образом, чтобы осевая линия участка находилась посередине участка. В этом случае, внутри палетки образуется серия трапеций, где средние параллельные линии являются средними линиями трапеций, что позволяет площадь участка определить по формуле n S = d ( l 1 + l 2+ l 3+…+ ln)= d l i, . i=1 где d - расстояние между параллельными линиями; l i -длины средних линий трапеций.

5. 8 Определение площадей участков местности по топографическим картам В случае применения механических способов определение площадей выполняют с помощью специальных приборов планиметров. При их использовании осуществляется считывание и фиксация положения контура в начале перемещения измерительного элемента и в конце, что позволяет площадь участка определить по формуле S= µ (U 2 -U 1), где µ - цена деления измерительного устройства планиметра; U 2 -U 1 – разность отсчетов, фиксирующих значение площади измеряемого участка. Значение цены деления планиметра определяют перед началом измерений. Для этого обводят контур участка с известным значением площади и значение цены деления вычисляют по формуле µ = S /(U 2 -U 1) , где S –задается в мм 2. Следует отметить, что в настоящее время механические способы измерения площадей имеют достаточно ограниченное применение, что связано с широким использованием цифровых технологий картометрических измерений.

Тема 6 Геодезические технологии измерений координат точек местности 6. 1 Общие положения 6. 2 Геодезические измерения: угловые, линейные, высотные. 6. 3 Создание планово-высотной съемочной сети. геодезические приборы. Прямая и обратная геодезические задачи. Виды геодезических засечек. Теодолитный ход. Виды нивелирования. 6. 4 Геодезические определения координат на основе спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. 6. 5 Топографическая съемка: тахеометрическая, теодолитная , нивелирная съемки. Построение топографического плана участка местности. 6. 6 Геометрическое нивелирование. Построение профиля рельефа местности.

6. 1 Геодезические технологии. Общие положения Структурная схема геодезических измерений

6. 1 Геодезические технологии. Общие положения. Виды продукции Все множество видов геодезической продукции можно классифицировать по описанию объектов земной поверхности посредством: пространственных координат точек, плановых координат точек и высот точек. На основе этих описаний создают: топографические карты и планы масштабов 1: 500 – 1: 10 000, ситуационные и специальные карты и планы масштаба 1: 200 – 1: 10 000, профили трасс линейных объектов, цифровые модели рельефа и цифровые модели местности.

6. 2 Геодезические измерения углов В основе определения координат точек объектов земной поверхности лежат угловые измерения. Различают измерения горизонтальных и вертикальных углов. Горизонтальным углом называется ортогональная проекция двугранного пространственного угла на горизонтальную плоскость. Пусть АВС – угол на местности, стороны которого не лежат в горизонтальной плоскости. Ортогональной проекцией этого угла будет угол аbс = ; Следовательно, горизонтальный угол – угол, являющийся мерой двугранного угла, образованного вертикальными плоскостями Р 1 , и сторонами ВА и ВС данного угла Принцип измерения горизонтального угла Мерой того же двугранного угла будет являться любой другой линейный угол, а 1 b c 1, вершина которого находится на ребре В b двугранного угла, а стороны в горизонтальной плоскости. Поэтому горизонтальный угол можно измерить с помощью круга, разделенного на градусы и доли градуса. Если деления на круге оцифрованы по ходу часовой стрелки, то угол можно определить как разность отсчетов по кругу = с1 – а 1.

6. 2 Геодезические измерения углов Вертикальным углом или углом наклона называют угол, образованный линией визирования и горизонтальной плоскостью. Зенитным расстоянием z называют вертикальный угол между отвесной линией и заданным направлением. Для измерения горизонтальных и вертикальных углов в настоящее время используется серия геодезических приборов, основные принципы работы которых первоначально были реализованы в теодолите. В настоящее время на базе принципов, заложенных в теодолите, разработаны приборы, существенно расширяющие спектр решаемых с их помощью задач. К таким приборам относятся: гиротеодолиты, фототеодолиты, лазерные теодолиты и тахеометры. Эти приборы наряду с измерением углов позволяют решать задачи автономной ориентации, определения высот, пространственных координат и площадей объектов.

6. 2 Геодезические измерения углов.

6. 2 Геодезические измерения углов. Теодолиты Теодолит – геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, а также длин линий и расстояний. VV – визирная ось зрительной трубы; ZZ – вертикальная ось прибора; НН – горизонтальная ось прибора. Лимб 6 – угломерный круг, устанавливаемый горизонтально так, чтобы его центр находился на одной отвесной линии с вершиной измеряемого угла. Лимб имеет закрепительный 14 и наводящий 13 винты. Зрительная труба 9, которая при вращении вокруг горизонтальной оси образует вертикальную плоскость, последовательно совмещаемую со сторонами измеряемого угла. Зрительная труба имеет закрепительный 10 и наводящий 11 винты. Алидада 7 – часть прибора, вращающаяся вместе со зрительной трубой и вертикальным кругом вокруг вертикальной оси ZZ 1 теодолита. Во время вращения осуществляется регистрация отсчетов положения визирной плоскости по лимбу. Алидада имеет закрепительный 5 и наводящий 4 винты. Для измерения вертикального угла (угла наклона) теодолит имеет Вертикальный круг 8, который также состоит из лимба и алидады. Вертикальный круг 8 может располагаться справа или слева от зрительной трубы, если смотреть от окуляра. Первое положение вертикального круга называется «круг право» (КП), второе – «круг лево» (КЛ). Теодолит на станции устанавливается на штативе 15 и закрепляется на нем становым винтом 2. Центрирование теодолита на вершину измеряемого угла, осуществляется с помощью отвеса 1.

6. 2 Геодезические измерения углов. Теодолиты Зрительная труба и ее характеристики. Для визирования на удаленные предметы в теодолитах применяют зрительные трубы, как с обратным, так и с прямым изображением. Зрительная труба имеет объектив 1, фокусирующую линзу 2, которая перемещается с помощью кремальеры 3. Лучи, идущие от наблюдаемого предмета, ограничиваются диафрагмой 4 . и фокусируются в плоскости сетки нитей 5, затем поступают в окуляр 7. Сетка нитей выполнена в виде штрихов на стеклянной пластинке и закреплена в трубе юстировочными винтами 6. Она содержит биссектор 1, соответственно горизонтальные и вертикальные штрихи 2 и 3, и дальномерные штрихи 4. Схема зрительной трубы (а) и сетка штрихов (б) Воображаемая линия, соединяющая центр объектива и перекрестье сетки крестов, называется визирной осью трубы.

6. 2 Геодезические измерения углов. Теодолиты Отсчетные устройства предназначены для считывания Отсчетов по вертикальному и горизонтальному лимбам теодолита. В настоящее время существуют следующие отсчетные устройства: штриховые микроскопы (теодолиты ТОМ, Т 30); шкаловые микроскопы (теодолиты 2 Т 30, 2 Т 30 П, 4 Т 30 П); оптические микроскопы (теодолит Т 2); микроскопы микрометры (теодолит Т 1). При инженерных изысканиях используются отсчетные микроскопы первых двух типов: штриховые и шкаловые. Примеры снятия отсчетов по штриховым и шкаловым микроскопам приведены на рис. 11. 7. На рис. 11. 7 а отсчет по вертикальному кругу 358 37 , по горизонтальному кругу 69 24. На рис. 11. 7 б отсчет по вертикальному кругу 0 16 , по горизонтальному кругу 124 18. Рис. 11. 7. Поле зрения штриховых (а) и шкаловых (б) микроскопов

6. 2 Геодезические измерения. Измерения углов Поверки оптического теодолита. При выполнении измерений углов в теодолите должны быть обеспечены следующие геометрические условия : вертикальная ось инструмента должна быть отвесна; плоскость лимба должна быть горизонтальна; визирная плоскость должна быть вертикальна. Для соблюдения этих условий выполняются следующие поверки теодолита. 1. Ось цилиндрического уровня горизонтального круга должна быть перпендикулярна вертикальной оси теодолита, то есть должно соблюдаться условие: UU 1 ZZ 1. 2. Визирная ось должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси теодолита, то есть должно соблюдаться условие: VV HH. 3. Горизонтальная ось должна быть перпендикулярна к вертикальной оси теодолита, то есть должно выполняться условие: НН ZZ. 4. Вертикальный штрих сетки нитей должен располагаться в коллимационной плоскости трубы, то есть горизонтальный штрих сетки должен быть перпендикулярным к оси вращения теодолита.

6. 2 Геодезические измерения. Измерения углов В практике инженерно геодезических изысканий обычно используют два способа измерения горизонтальных углов: способ приемов; способ круговых приемов. Способ приемов. Первый полуприем: при неподвижном лимбе, поворачивая алидаду, визируют на точку С (рис. ), получают отсчет по лимбу с1, затем наблюдают на точку А и получают отсчет а 1. Вычисляют значение угла 1 из первого полуприема 1 = с1 – а 1. Второй полуприем: переводят трубу через зенит и, поворачивая алидаду, наблюдают сначала точку А, получают отсчет а 2 и затем на точку С, получают отсчет с2. Значение угла из второго полуприема 2 = а 2 – с2 , если 1 – 2 2 t, где t – точность отсчета теодолита, вычисляют среднее значение ср = ( 1 + 2) / 2. Если результаты измерения в полуприемах различаются больше, чем двойная точность отсчитывания, то измерения повторяют.

6. 2 Геодезические измерения. Измерения углов Способ круговых приемов. Данный способ применяется, когда наблюдаемых направлений больше трех. В этом случае при закрепленном лимбе поворачивают алидаду по ходу часовой стрелки, наводят на наблюдаемые точки и записывают отсчеты а 1, а 2, а 3, …, а. N, а в конце для контроля наводят на первую точку (рис. 11. 8). Во втором полуприеме алидаду поворачивают против хода часовой стрелки, вычисляют значения направлений, принимая первое за нулевое. Расхождения значений направлений в полуприемах не должны превышать двойной точности отсчитывания.

6. 2 Геодезические измерения. Измерения углов Измерение вертикального угла (угла наклона) выполняют с помощью вертикального круга и отсчетного приспособления. При измерениях горизонтальная нить сетки совмещается с наблюдаемой точкой, ось цилиндрического уровня приводится в горизонтальное положение. Отсчет по вертикальному кругу, соответствующий горизонтальному положению визирной оси, когда пузырек уровня при алидаде находится в нуль пункте, называется местом нуля вертикального круга и обозначается МО. В принципе он должен быть равен 0 , но на практике из за конструктивных условий он отличаются от нуля (рис. 11. 9). Для теодолита Т 30 угол наклона визирной оси трубы и отсчет Л по вертикальному кругу при КЛ связаны соотношением = Л – МО. Связь между углом наклона и отсчетом П при круге КП будет следующей = 360 – (П +180 ) + МО = МО – (П + 180 ); МО= (Л + П)/2; если Ω =0 ÷ 90 , то Л(П)= Ω; если Ω = 90 ÷ 270 , то Л(П)= Ω – 180 ; если Ω =270 ÷ 360 , то Л(П)= Ω – 360.

6. 2 Геодезические измерения. Измерения углов

6. 3 Геодезические измерения. Измерения линий

6. 3 Геодезические измерения. Измерение линий где = / (2 f ).

6. 3 Геодезические измерения. Измерение линий

6. 4 Геодезические измерения. Измерение высот

6. 5 Геодезические измерения координат. Тахеометры

6. 6 Геодезические измерения координат. Космические методы

6. 6 Геодезические измерения. Измерение координат. Космические методы

7 Топографическая съемка 7. 1 Общие положения 7. 2 Прямая и обратная геодезические задачи 7. 3 Теодолитная съемка 7. 4 Нивелирная съемка 7. 5 Тахеометрическая съемка

7. 1 Топографическая съемка. Общие положения Топографической съемкой называют комплекс полевых и камеральных работ по определению пространственного положения характерных точек местности, выполняемых с целью получения оригиналов топографических карт и планов, представленных в аналоговом или цифровом виде. Основными видами наземных методов топографических съемок являются: тахеометрическая, теодолитная и нивелирная съемки. Теодолитная съемка предназначена для построения планового контурного описания объектов местности с целью создания ситуационных (горизонтальных) планов и карт масштабов 1: 2000, 1: 5000 и 1: 10 000. В ее основе лежит определение плановых координат (Х, У) снимаемых объектов или процессов. Теодолитная съемка выполняется с помощью теодолита (тахеометра) и мерных приборов. В качестве мерных приборов используют стальные ленты или дальномеры различных конструкций. Тахеометрическая съемка предназначена для пространственного описания (Х, У, Н) объектов местности с целью создания планов и цифровых моделей местности масштабов 1: 500, 1: 1 000 и 1: 2000. Тахеометрическая съемка выполняется с помощью теодолитов и тахеометров. Нивелирная съемка предназначена для определения высот точек местности в фиксированных точках. Для создания планов и ЦММ нивелирование земной поверхности осуществляется по квадратам с использованием нивелира и землемерной ленты, при этом особенно эффективно использование регистрирующих электронных нивелиров.

7. 2 Прямая и обратная геодезические задачи Для определения координат в ходе наземных геодезических съемок используют решение прямой и обратной геодезической задачи. Исходными данными при решении прямой геодезической задачи являются координаты ХА и УА точки А, определяющие начало линии АВ, ее горизонтальное проложение d и дирекционный угол α. В ходе решения задачи необходимо определить координаты ХВ и УВ точки В.

7. 3 Геодезические технологии. Теодолитная съемка. Теодолитный ход Теодолитные съемки включают: рекогносцировку, создание планового обоснования и съемку ситуации, камеральную обработку. Рекогносцировка выполняется с целью ознакомления с участком проведения работ, определения границ участка, выбора точек съемочного обоснования и закрепление их на местности колышками. На колышках подписывается номер точки плановой основы. Создание планового обоснования осуществляется посредством прокладки теодолитных ходов , прямых и обратных угловых засечек. Теодолитный ход представляет собой совокупность линейных построений на местности, выполняемых с целью определения плановых координат точек земной поверхности посредством угловых и линейных измерений. Разомкнутые теодолитные хода прокладывают для геодезического обоснования съемок линейных сооружений (трасс автодорог, трубопроводов). В своих начальных и конечных точках они опираются на пункты государственной геодезической сети. Висячий теодолитный ход представляет собой разомкнутый ход опирающийся только на один пункт государственной геодезической сети и одно направление. Замкнутые теодолитные хода прокладывают при съемке площадных объектов. Одна из точек теодолитного хода должна быть привязана к пункту государственной геодезической сети. Диагональный теодолитный ход прокладывают в границах замкнутого теодолитного хода с целью съемки ситуации внутри полигона. Начальная и конечная точки диагонального хода опираются на точки замкнутого хода.

7. 3 Геодезические технологии. Прокладка теодолитного хода включает в себя: вешение линий, измерение горизонтальных углов и горизонтальных проекций длин линий. В ходе вешения линий устанавливают вешки на точках съемочного обоснования и устанавливают наличие прямой видимости со съемочной станции. При измерениях горизонтальных углов на станциях теодолит горизонтируют, посредством приведения цилиндрического уровня в нуль пункт, а затем центрируют над съемочной точкой посредством отвеса с точностью 0. 5 см. Горизонтальные углы теодолитных ходов 1, 2, 3, …, n измеряют по способу приемов, правые вправо по ходу движения и внутренние для замкнутого хода. Углы измеряют при круге лево и круге право, при этом расхождения углов между приемами не должны превышать 2’ для теодолита Т 30. Во время измерения горизонтальных углов на начальной и конечной станциях разомкнутого хода, и на одной из станций замкнутого теодолитного хода измеряют магнитный азимут Ам, а затем с помощью сближения меридианов и магнитного склонения ( ) переходят к дирекционному углу по формуле = Ам + ( ) - ( ) . Измерение длин линий выполняют с помощью лент, рулеток и дальномеров. Стороны съемочного обоснования измеряют дважды с относительной погрешностью 1: 2000, а длины линий теодолитных ходов вдоль трасс линейных объектов измеряют одним приемом с относительной погрешностью 1 : 1000. В случае, если углы наклона линий превышают 20 определяют горизонтальные проложения по формуле d = D cos 2 , где d – горизонтальное проложение линии; D – измеренная длина линии; угол наклона линии.

7. 3 Геодезические технологии. Вычисление теодолитного хода

7. 3 Съемка ситуации. Теодолитная съемка. Засечки Съемка ситуации включает отображение зданий, изгородей, поворотов дорог, линий электропередач, границ полей, лесных массивов, водоемов. При съемке зданий, в зависимости от масштаба плана, строения показывают по проекции цоколя с передачей его выступов и уступов, имеющих размеры более 0, 5 мм. При съемке ситуации используются следующие способы: прямая засечка, обратная засечка; ортогональных координат; полярных координат; угловых засечек; линейных засечек; створа. Способ угловых засечек (рис. 14. 5. а. ) предполагает измерения горизонтальных углов со смежных станций теодолитного хода, когда по известной длине стороны L и значением двух углов А и В определяется положение третьей точки. При использовании способа полярных координат (рис. 14. 5. б. ) измеряют горизонтальный угол визирования на точку φ1, 2, , а затем по полученному направлению откладывают соответствующее расстояние ρ1, 2. до этой точки. Способ линейных засечек (рис. 14. 5. в ) основан на измерении длин сторон со смежных станций до определяемой точки, когда измеряют расстояния l 1, l 2 и l 3, зная которые определяют положение снимаемой точки. В основе ортогональной засечки ( способ перпендикуляров) (рис. 14. 5. г. ) лежит нанесение положения точек по оси абсцисс, соответственно, Х 1, Х 2 , которая совпадает с направлением стороны теодолитного хода, а затем по оси ординат У 1, У 2 , которая перпендикулярна оси абсцисс. Способ створов (рис. 14. 5. д. ) основан на определения положения точек на одной линии и измерения отрезков S 1 и S 2 вдоль фиксированной линии.

7. 3 Построение ситуационного плана

7. 4 Геодезические технологии. Нивелирный ход. Вычисление

7. 4 Геодезические технологии. Построение профиля трассы

7. 5 Геодезические технологии. Тахеометрическая съемка

АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЗАДАЧАХ ИЗМЕРЕНИЙ И КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ РАЗВИТИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ Инновационные циклы Содержание инновации Этапы Содержание модификации Носители, съемочные комплексы Обрабатывающие комплексы Продукция 1900 1960 Аналоговые технологии аэросъемки, дешифрирования и картирования по аэроснимкам 1861 1910 Съемка с воздушных шаров и воздушных змеев, АФА 1910 1945 Съемка с самолетов, топографи ческие АФА, стабилизирующие фотоустановки Съемка с вертолетов. Панорамные АФА, высотомеры, гироустановки цветные, спектрозональные снимки Съемка с КА (метеорология, гео логия), разрешение 1000 м, ИК съемки, радиолокационные съемки Съемка с КА для исследования природных ресурсов, разрешение 30 м – 100 м 1945 1962 1960 1985 2005 – продолжается Аналоговые технологии космической съемки и аналитические фотограмметрические комплексы картирования 1960 1972 Цифровые технологии съемки, дешифрирования и картирования и моделирования 1985 1995 1972 1985 1995 2005 Глобальные системы наб 2005 людения и интегрированные системы интерпретации и моделирования Космические картографические комплексы. Разрешение 2 30 м Фототрансформаторы, оптические проекторы, стереокомпараторы Стереометры, мультиплексы Картосхемы, фотопланы Карты, фотокарты масштаба 1: 25 000 1: 100000 Стереопроекторы. стереографы Карты, фотокарты и планы: 1: 5000 1: 10 000 Автоматизированные стереокомпараторы Сети фототриангуляции, ортофотопланы Универсальные анали тические сереоприборы Цифровые модели рельефа и местности, цифровые карты, цифровые ортофотопланы Цифровые фотограм метрические рабочие станции Цифровые космические АФА, раз Интегрированные цифровые решение 0, 6 м 2 м, цифровые АФА, геоинформационные и разрешение 0, 02 0, 05 м. фотограмметрические Гиперспектральные съемки. системы Лазерные съемки, Радиолокационные съемки Интегрированные объектно разрешение 1 30 м, ориентированные системы Спутниковые мониторинговые группировки разрешения 5 м, съемки с БПЛА. Трехмерные модели объектов и местности, трехмерные карты Динамические 3 D модели земной поверхности Динамические 3 D модели геологических, гидрометеорологических, экологических и технологических процессов. Модели аварийных ситуаций АФА – аэрофотоаппарат; КА –космический аппарат; БПЛА беспилотный летательный аппарат; ИК –инфракрасная съемка

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ РАЗВИТИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРВЫЙ ЭТАП (1860 -1962 гг. ) Картографические задачи ПЕРВЫЙ ЭТАП (1950 -1962 гг) Геологические задачи 1. 2 3 4 5 6 7 АНАЛОГОВЫЕ ТЕХНОЛОГИ АЭРОСЪЕМКИ АНАЛОГОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ АНАЛОГОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕРЕНИЙ И ДЕШИФРИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ АНАЛОГОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТОБРАЖЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ СОЗДАНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ МАСШТАБОВ 1: 100 000 -1: 10 000 СОЗДАНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ МАСШТАБОВ 1: 200 000 -1: 25 000 СОЗДАНИЕ ПЛАНОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА МАСШТАБОВ 1: 10 000

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ РАЗВИТИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ: Первый инновационный цикл (1861 -1961 гг. )

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ РАЗВИТИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ВТОРОЙ ЭТАП (1962 - 1990 гг. ) 1. Совершенствование технологий спектрозональной аэросъемки 2. Разработка аналоговых технологий космической съемки 3 Разработка аналитических технологий фотограмметрической обработки космических изображений, 4 Автоматизация тематической интерпретации 5 Автоматизация отображения наблюдаемых объектов

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ РАЗВИТИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ: Второй цикл инновационного развития (1961 1985 гг. )

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ТРЕТИЙ ЭТАП (1990 – 2005 гг. ) 1. Разработка гибридных технологий получения цифровых изображений местности по их аналоговым фотоснимкам 2. Разработка технологий получения цифровой регистрации изображений непосредственно на борту носителей 3 Разработка цифровых технологий фотограмметрической обработки 4 Разработка тематической интерпретации цифровых изображений 5 Отображения наблюдаемых объектов посредством использования специализированных рабочих станций и устройств отображения;

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ РАЗВИТИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ: Третий цикл инновационного развития (1985 2005 гг. )

ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП (2005 г- по настоящее время) 1 Разработка комплексных цифровых технологий получения аэрокосмических изображений, их фотограмметрической обработки, тематической интерпретации и отображения наблюдаемых процессов в рамках интегрированных геоинформационных систем 2 Создание геоинформационных Баз данных и Баз знаний для решения объектно-ориентированных задач 3 Решение функциональных задач посредством пространственного моделирования объектов земной поверхности и исследуемых динамических процессов: геологических, экономических.

8. 1. Аэрокосмические технологии. Общие положения

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Физические принципы построения изображений используют законы теории информации, описывающие процессы передачи информации от источника сообщения к приемнику. В качестве источника сообщения выступают объекты земной поверхности, а в качестве приемника – съемочные камеры. Объекты земной поверхности, состоящие из различных естественных и искусственных материалов, обладают способностью избирательно поглощать и отражать электромагнитные излучения. Данное свойство объектов позволяет с помощью специальных приемных устройств съемочных систем, чувствительных к определенной длине электромагнитной волны, осуществлять регистрацию электромагнитного излучения различной мощности и преобразовывать его в соответствующий видеосигнал с помощью фотохимических или электрических преобразователей. При этом различают регистрацию изображений на фотопленку и цифровые носители. При регистрации на светочувствительный материал получаются аналоговые фотоизображения, а при регистрации на цифровые носители – цифровые изображения. В последнем случае для получения видеоизображения необходимо использовать устройства, обеспечивающие визуализацию цифрового изображения.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Преимуществом цифровых изображений по сравнению аналоговыми фотоизображениями и цифровыми фотоизображениями является : возможность реализации полностью цифровой технологии создания картографической продукции; сокращение технологического цикла за счет исключения процессов фотохимической обработки и сканирования снимков; возможность одновременно получать панхроматическое, цветное и спектрозональное изображения; полное исключение погрешностей, связанных с деформацией фотоматериала. Практическая реализация дистанционного изучения окружающей среды строится на использовании приемников, чувствительных к определенной зоне электромагнитного спектра излучения. С этой точки различают виды съемок, обеспечивающие регистрацию: ультрафиолетового излучения, видимого излучения, инфракрасного излучения, радиоизлучения, акустического излучения, магнитного поля, гамма-излучения и испарения объектов.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Ультрафиолетовая съемка выполняется в диапазоне от 0. 01 до 0. 4 мкм длин электромагнитных волн. Для регистрации изображений используются как фотоумножители, так и фотопленка. Следует отметить, что ультрафиолетовое излучение активно поглощается атмосферой, что позволяет ее использовать только при съемках на низких высотах. Съемка в видимом диапазоне – видеосъемка 0. 4– 0. 74 мкм выполняется в настоящее время на фотографические пленки и твердотельные приемники. В зависимости от используемых диапазонов регистрации и типов регистраторов различают черно белые панхроматические изображения, цветные изображения, спектрозональные и многозональные (многоспектральные) изображения. Черно белые панхроматические изображения получают во всем видимом спектре электромагнитных волн на черно белую фотопленку или черно белый светочувствительный твердотельный приемник. При цветной съемке изображения регистрируются на цветную фотопленку или твердотельный приемник цветных изображений. При такой съемке регистрируются естественные цвета объектов местности.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Ультрафиолетовая съемка выполняется в диапазоне от 0. 01 до 0. 4 мкм длин электромагнитных волн. Для регистрации изображений используются как фотоумножители, так и фотопленка. Следует отметить, что ультрафиолетовое излучение активно поглощается атмосферой, что позволяет ее использовать только при съемках на низких высотах. Съемка в видимом диапазоне – видеосъемка 0. 4– 0. 74 мкм выполняется в настоящее время на фотографические пленки и твердотельные приемники. В зависимости от используемых диапазонов регистрации и типов регистраторов различают черно белые панхроматические изображения, цветные изображения, спектрозональные и многозональные (многоспектральные) изображения. Черно-белые панхроматические изображения получают во всем видимом спектре электромагнитных волн на черно белую фотопленку или черно белый светочувствительный твердотельный приемник. При цветной съемке изображения регистрируются на цветную фотопленку или твердотельный приемник цветных изображений. При такой съемке регистрируются естественные цвета объектов местности. При многозональной съемке регистрация осуществляется одновременно несколькими приемниками, чувствительными к определенному узкому диапазону видимого излучения. Съемка в видимом диапазоне осуществляется как с воздушных, так и с космических носителей, практически во всем масштабном ряде с разрешением объектов от нескольких сантиметров до нескольких километров.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Инфракрасная (тепловая) съемка выполняется в трех диапазонах: ближнем 0, 74 – 1. 2 мкм, среднем 1. 8– 5. 3 мкм и дальнем 7, 0– 14 мкм. В ближнем диапазоне осуществляется регистрация отраженного излучения Солнца. В этом диапазоне в качестве приемника может использоваться пленка со специальной фотоэмульсией. В среднем и дальнем диапазонах регистрируется собственное тепловое излучение объектов земной поверхности, для регистрации которых используются тепловизоры. Они обеспечивают преобразование теплового излучения в аналоговые или цифровые видеосигналы с разрешением от 1 м до 10– 30 м. Она с успехом используется для выявления источников температурных аномалий, вызванных пожарами, авариями трубопроводов. Лазерная съемка проводится в видимом или ближнем инфракрасном спектральных диапазонах посредством использования активного источника электромагнитного излучения, лазерного локатора (лидара). Лазер работает в импульсном режиме. Он испускает короткие импульсы , направление которых задается оптической сканирующей системой. Режим сканирования должен обеспечивать заданную полосу сканирования. В поперечном направлении сканирование осуществляется посредством использования качающегося зеркала, а в продольном направлении – за счет движения носителя. Лазерная съемка с успехом применяется при выполнении топографических и землеустроительных работ, при съемках объектов электроэнергетики, лесоустроительных и лесотехнических съемках.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Радиотепловая съемка регистрирует пассивное излучение объектов земной поверхности в микроволновом диапазоне 100 см – 1 мм с помощью радиолокаторов. Это излучение прозрачно для атмосферы, поэтому может с успехом регистрироваться приемниками, установленными на космических носителях. Регистрация магнитного излучения выполняется в ходе аэромагнитной съемки посредством использования в качестве приемников аэромагнитометров. Основное назначение магнитной съемки – изучение геолого геофизических свойств земной поверхности. Гамма-спектрометры используются в ходе проведения аэрогамма съемки. Учитывая, что гамма излучение активно поглощается атмосферой, ее целесообразно проводить с высот, не превышающих 150– 200 м. Они с успехом могут использоваться при выявлении источников радиоактивного загрязнения земной поверхности. Аэрогеохимическая съемка основана на регистрации летучих элементов и соединений, испаряемых объектами земной поверхности в атмосферу. К летучим относятся сернистый ангидрид, углеводороды, сероводород. Приемниками для регистрации испарений служат оптические спектрометры, регистрирующие спектры атомного поглощения химических элементов и соединений в парообразном состоянии. Эти виды съемок с успехом используются при контроле наличия загрязняющих веществ в атмосфере городов.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Радиолокационная съемка использует активный источник излучения радиолокатора бокового обзора. Она осуществляется в микроволновом диапазоне электромагнитного излучения. Этот вид съемки основан на изменении интенсивности отраженного радиосигнала от различных объектов земной поверхности. Она с успехом применяется как при съемках из космоса, так и с самолета. Ее основным достоинством является возможность съемки территорий в любое время суток при любых метеоусловиях. В настоящее время она обеспечивает разрешение объектов земной поверхности до 1– 5 м.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ По способам проектирования изображений различают (рис. 5. 4. ): кадровую, щелевую, панорамную и сканерную съемки, а также съемку с боковым линейным сканированием и одновременную съемку на три линейки (pushbroom, вперед-в надир -назад). При кадровой съемке (рис. 5. 4 а) оптическое изображение участка земной поверхности одновременно проектируется посредством объектива на светочувствительный материал, который находится в фокальной плоскости, ограниченной прикладной рамкой. При щелевой съемке (рис. 5. 4 б) оптическое изображение проектируется во время поступательного перемещения носителя с фотокамерой посредством совокупности полос земной поверхности, формируемых экспонирующей щелью фотообъектива. При панорамной съемке (рис. 5. 4 в) кадр оптического изображения формируется в процессе построчного сканирования участка зем ой поверхности перпендикулярно н линии полета центральной частью поля зрения объектива, когда скорость перемещения оптического изображения синхронизирована со скоростью перемещения носителя.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В современных технологиях стереоскопических видов съемки в зависимости от значений элементов ориентирования снимков и, соответственно, положения осей визирования различают: нормальную, параллельную и конвергентную схемы съемок При нормальном случае съемки направления оптических осей съемочной системы перпендикулярны базису фотографирования. Стереоизображения в этом случае формируются путем получения перекрывающихся кадров с различных точек базиса фотографирования. Данное взаимное расположение изображений стереопары обеспечивает оптимальные, с точки зрения стереоизмерений, условия построения стереоскопических изображений и стереоскопической модели местности. В параллельном случае съемки направления оптических осей систем взаимно параллельны базису фотографирования. Конвергентная съемка выполняется при взаимно пересекающихся направлениях оптических осей съемочных систем. С этой целью используется съемка, как с параллельных орбит (маршрутов), так и с одной орбиты (маршрута). При съемке с параллельных орбит одной съемочной камерой должна быть предусмотрена возможность отклонения ее оптической оси поперек орбиты как в одну, так и в другую сторону. При съемке с одной орбиты при использовании одной съемочной камеры должна быть предусмотрена возможность отклонения ее оптической оси от вертикального положения вперед и назад.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Фотометрические параметры изображений Фотометрические (радиометрические) параметры изображений определяют изобразительные свойства изображений. Они позволяют оценить возможности отображения на фотографических и цифровых носителях объектов земной поверхности. Эти возможности зависят от показателей контрастов изображений объектов, которые определяют основные информационные свойства объектов земной поверхности. В качестве основных показателей изобразительных свойств изображений и, соответственно, информационных характеристик объектов земной поверхности используются следующие фотометрические параметры : контраст изображений объектов; разрешающая способность изображения; резкость изображения; контрастно частотная характеристика изображения; разрешение изображения.

Геометрические параметры изображений. Съемочная камера Принципы построения изображения позволяют в качестве определяющих геометрических параметров съемочной камеры определить следующие характеристики: • • • фокусное расстояние объектива fоб; относительное отверстие; разрешающая способность объектива; поле зрения; формат кадра изображения.

Построение геометрической модели земной поверхности по одиночному снимку Построение геометрической модели земной поверхности по одиночному изображению выполняется посредством установления связи между координатами точки на изображении и соответствующими плановыми координатами точки местности. Данная задача решается для участка земной поверхности, где превышениями между точками земной поверхности можно пренебречь, то есть его можно рассматривать как плоскость с постоянным значением высоты точек местности. Для решения данной задачи используются элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимка. Связь между системой координат снимка и системой координат съемочной камеры устанавливается посредством элементов внутреннего ориентирования. Элементами внутреннего ориентирования называются параметры съемочной камеры, которые позволяют восстановить связку проектирующих лучей съемочной камеры, существовавшую в момент съемки. Такими параметрами являются: f – фокусное расстояние камеры; х0, у0 – координаты главной точки оптического изображения, определяющие место пересечения главного проектирующего луча с плоскостью оптического изображения. В системе координат снимка начало системы координат находится на месте пересечения координатных меток прикладной рамки съемочной камеры. Ось х –горизонтальная ось снимка, ось вертикальная ось снимка.

Построение геометрической модели земной поверхности по одиночному снимку Положение оптического изображения в кадровой съемочной камере определяют (рис. 6. 6): SO – оптическая ось фотокамеры, главный луч, проходящий через центр проекции перпендикулярно плоскости фотоснимка; о – главная точка снимка, лежащая на пересечении оптической оси с плоскостью прикладной рамки; fк – фокусное расстояние камеры, определяющее расстояние от центра проекции S до плоскости прикладной рамки. В состав фотокамеры входят: 1– объектив, 2– корпус, 3 – прикладная рамка, 4 – фотопленка. Рис. 6. 6 Элементы внутреннего ориентирования снимка и съемочной камеры

Построение геометрической модели земной поверхности по одиночному снимку Элементами внешнего ориентирования изображения называются параметры съемочной камеры, определяющие положение связки проектирующих лучей в пространственной системе координат земной поверхности. Элементами внешнего ориентирования являются шесть параметров: три линейных Хs, Ys, Zs , которые определяют координаты центра проекции съемочной камеры в пространственной системе координат местности, и три угловых ( , , ), фиксирующих положение главного луча камеры в пространстве. Здесь: – продольный угол наклона оптической оси, угол между осью Z и проекцией главного луча на плоскость ХZ; – поперечный угол наклона, угол между главным лучом и плоскостью XZ; – угол поворота снимка.

АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК МЕСТНОСТИ ПО ИЗОБРАЖЕНИЯМ Определение плановых координат точек местности Определение пространственных координат точек местности

ТЕХНОЛОГИИ ДЕШИФРИРОВАНИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ВИДЫ И МЕТОДЫ ДЕШИФРИРОВАНИЯ МОДУЛЬ ДЕШИФРИРОВАНИЯ

БАЗА ЗНАНИЙ ДЕШИФРОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ: ПРЯМЫЕ И КОСВЕННЫЕ

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ДАННЫХ: СПЕКТРАЛЬНЫЕ ДИАПАЗОНЫ СЪЕМОК ПАНХРОМАТИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН 0. 90 0. 45 ВИДИМЫЙ БЛИЖНИЙ ИК КОРОТКОВОЛНОВЫЙ ИК 1 синий 0. 45 2 зеленый 0. 52 3 красный 4 ближний ИК 0. 60 0. 63 0. 69 0. 79 5 SWIR 7 SWIR ДЛИННОВОЛНОВЫЙ ИК 6 LWIR ДИАПАЗОНЫ КАМЕРЫ 0. 90 1. 55 1. 75 2. 08 2. 35 10. 4 12. 4 LANDSAT- 7 Длина волны в микрометрах

БАЗА ЗНАНИЙ ДЕШИФРОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ: ПРЯМЫЕ И КОСВЕННЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ДИАПАЗОНЫ ТЕМАТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ДАННЫХ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ДИАПАЗОНЫ СЪЕМОК 530 570 нм 400 450 нм 590 610 нм

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД (IRS) Панхроматический, 0. 4 - 0. 5 мкм Панхроматический, 0. 6 -0. 7 мкм Панхроматический, 0. 5 -0. 6 мкм Ближний ИК 0. 7 -1. 1 мкм

ОБРАЗЕЦ ТОПОГРАФИЧЕСКОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ АЭРОСНИМКОВ

ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДЕШИФРИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА «ENVI» Дешифрирование дорог Дешифрирование крыш зданий Дешифрирование гидрографии Дешифрирование облаков

ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДЕШИФРИРОВАНИЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДЕШИФРИРОВАНИЕ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ: ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ Предаварийное состояние Нормальное состояние Выброс промышленных стоков в Москвуреку

ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ (ОСНОВА) ТЕРРИТОРИИ Цифровая модель рельефа Ортофотокарта Трехмерная модель местности Трехмерная модель объектов Ортофотоплан Топографический план

Контрольные вопросы и задания для промежуточной аттестации (коллоквиумы и контрольные работы) по итогам освоения дисциплины I Контрольные работы (ОК-1, ПК-6, ПК-36) • Системы координат в геодезии широта, долгота, высота. Прямоугольная система координат • Ориентирование. Азимуты истинные магнитные, дирекционные углы • Предмет и задачи геодезии и топографии (ОК 1, ПК 6, ПК 36) II Задачи геодезии. • Геоид. Общеземной эллипсоид. Референц эллипсоид. • Понятие о геодезической системе координат. • Проекция Гаусса – Крюгера. • Дирекционные углы, азимуты, румбы, связь между ними. • План и карта. Картографические проекции. • Прямая геодезическая задача на координаты. • Масштабы: численный, именованный, графический. Точность масштаба. • Картографические знаки. • Понятие о картографической генерализации. Виды генерализации. • Номенклатура карт. • Формы рельефа местности и их изображение горизонтали.

III Геодезические измерения и съёмки (ПК-36) 1 Единицы измерения. 2 Классификация геодезических измерений к их погрешностей. 3 Свойства случайных погрешностей измерений. Средняя квадратичная погрешность измерений, её свойства. Предельная погрешность. Понятие относительной погрешности. 4 Способы измерения площадей на плане, их точность. 5 Принцип измерения горизонтального угла теодолитом. 6 Устройство теодолита. 7 Измерение углов наклона теодолитом. 8 Линейные измерения. Точность измерений. 9 Нитяный дальномер. 10 Электромагнитные дальномеры. 11 Нивелирование, его виды (их сущность). 12 Способы геометрического нивелирования. 13 Типы нивелиров. 14 Определение невязки и увязка превышений в разомкнутом и замкнутом нивелированных ходах. 15 Тригонометрическое нивелирование, его точность. 16 Государственная геодезическая сеть, плановая и высотная. Классификация и точность. 17 Состав и последовательность полевых работ при создании планового обоснования теодолитной съемки. 18 Увязка углов в замкнутом и разомкнутом теодолитных ходах. 19 Увязка приращений координат в замкнутом и разомкнутом теодолитных ходах. 20 Методы съёмки ситуации. 21 Сущность тахеометрической съёмки.

IV Аэрокосмические системы дистанционного зондирования Земли. 1 Классификация, основные характеристики, назначение. 2 Фотограмметрические технологии картографирования. 3 Внутреннее и внешнее ориентирование изображений. Построение геометрической модели местности. 4 Решение простейших задач по аэроснимку. Определение масштаба снимка. 5 Дешифрирование аэроснимка. Факторы, определяющие полноту и достоверность дешифрирования. 6 Стереоскопические изображения. Определение превышений по стереопаре.