ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

 

Федеральное агентство по образованию

 

 

ГОУ ВПО Кубанский государственный технологический университет (КубГТУ)

 

 

Кафедра кадастра и геоинженерии

 

 

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

 

КУРС ЛЕКЦИЙ

 

по изучению дисциплины для студентов заочного

и дистанционного обучения

специальностей 270102; 270104; 270105; 270106; 270115; 270205

высшего профессионального образования

(3-ий курс, 5-ый и 6-ой семестр)

 

 

Краснодар

 

 

 

 

Лекция №1

План:

1. Введение.

2. План и карта.

3. Условные знаки.

4. Масштабы.

5. Форма и размеры Земли

 

Введение

Геодезия - наука об измерениях, средствах измерений и математической обработке результатов этих измерений, выполняе­мых для решения различных научных, производственных и обо­ронных задач: для определения формы, размеров и гравитацион­ного поля Земли, планет и спутников Солнечной системы, для определения координат точек на поверхности Земли и в около­земном пространстве, для создания планов, карт, профилей и математических моделей местности, для выполнения инженер­но-геодезических работ при изысканиях, проектировании, строи­тельстве и эксплуатации инженерных сооружений.

Геодезия имеет широкое применение в различных областях науки, производства и в военном деле. Топографические карты используют при планировании и размещении производительных сил государства, при разведке и эксплуатации природных ресур­сов, в архитектуре и градостроительстве, при мелиорации зе­мель, землеустройстве, лесоустройстве, земельном и городском кадастре. Геодезия используется при строительстве зданий, мос­тов, тоннелей, метрополитенов, шахт, гидротехнических соору­жений, железных и автомобильных дорог, трубопроводов, аэро­дромов, линий электропередач, при определении деформаций зданий и инженерных сооружений, при строительстве плотин, при решении задач оборонного характера.

Геодезия - греческое слово, означающее «землеразделение», является одной из древнейших наук о Земле, имеет многовековую историю. В процессе своего развития содержание предмета обогатилось, расширилось и в связи с этим возникло несколько научных и научно-технических дисциплин.

Высшая геодезия, используя результаты высокоточных гео­дезических, астрономических, гравиметрических и спутниковых измерений, изучает форму, размеры и гравитационное поле Зем­ли и планет Солнечной системы, занимается созданием государ­ственных опорных геодезических сетей, изучением геодинами­ческих явлений, решением различных геодезических задач на поверхности эллипсоида и в пространстве.

Космическая геодезия - наука, изучающая использование результатов наблюдений искусственных и естественных спутни­ков Земли для решения научных и научно-технических задач геодезии. Наблюдения выполняют как с поверхности планеты, так и непосредственно на спутниках.

Топография рассматривает измерения, выполняемые для создания планов и карт сравнительно небольших участков зем­ной поверхности.

Фотограмметрия изучает формы, размеры, положение, ди­намику и другие качественные и количественные характеристи­ки объектов по их фотографическим изображениям. Фотограм­метрические методы применяют в различных областях науки и техники; в топографии и геодезии, астрономии, архитектуре, строительстве, географии, океанологии, медицине, кримина­листике, космических исследованиях и др. Такое широкое при­менение объясняется объективностью, достоверностью и быст­ротой получения информации обо всем объекте или отдельных его частях, возможностью бесконтактных исследований явлений и процессов, высокой точностью и производительностью.

Инженерная геодезия изучает геодезические работы при изысканиях, проектировании, строительстве, реконструкции, монтаже и эксплуатации различных инженерных сооружений и технологического оборудования, при разведке и добыче природ­ных богатств страны и ее недр, при создании уникальных объек­тов и т.п.

 

План и карта.

Карты условно делят на крупномасштабные (1:100000 и крупнее), среднемасштабные (1:200000 - 1:1000000) и мелко­масштабные - мельче 1:1000000. По… Планом называют уменьшенное и подобное изображение гори­зонтальной проекции… Профилем называют уменьшенное изображение вертикаль­ного разреза местности в заданном направлении. Профили ис­пользуют…

Условные знаки.

Площадные, или масштабные, условные знаки использу­ют, когда предметы местности изображают в масштабе плана или карты согласно их действительным… Линейные условные знаки используют для изображения объектов линейного типа:… Внемасштабные условные знаки применяют для изображе­ния предметов (колодцы, геодезические знаки, родники, столбы и…

Масштабы.

Численный масштаб - дробь, числитель которой равен еди­нице, а знаменатель величине М, показывающей, во сколько раз уменьшают горизонтальные… Если длину линии на карте обозначить через d, то горизон­тальное проложение S…  

Формы и размеры Земли

При решении научных и практических задач большое значе­ние имеет определение уровенных поверхностей и поверхности геоида. Уровенной называют… А = Fs cos a = 0, (2) где F - сила, s - путь, а - угол между направлением силы и дви­жения. Согласно второму закону Ньютона F = am. В…

Рельеф

Рельефом местности называют сочетание неровностей по­верхности Земли. Рельеф местности оказывает большое влияние на деятельность человека, его необходимо учитывать при проек­тировании и строительстве различных сооружений - железных и автомобильных дорог, каналов, населенных пунктов, аэродромов и т.п. Поэтому изображению рельефа на топографических картах должно быть уделено большое внимание.

Все многообразие форм рельефа можно разделить на сле­дующие основные формы (рис. 29).

Гис. 29. Формы рельефа

1. Гора, холм - конусообразное возвышение над окружаю­щей местностью, наивысшая ее точка - вершина, боковые по­верхности - скаты, линия их слияния с окружающей местно­стью - подошва, или основание, горы, примерно горизонталь­ные площадки на скате горы называют уступами.

2. Котловина (впадина) - замкнутое углубление, самая низ­кая ее точка - дно, боковая поверхность - скаты, линия их слия­ния с окружающей местностью - бровка.

3. Хребет - возвышенность, вытянутая в одном направлении. Скаты хребта при пересечении в верхней части образуют водо­раздел, или водораздельную линию.

4. Лощина - вытянутое и понижающееся в каком-либо на­правлении углубление, два ската лощины при пересечении обра­зуют водосливную линию, тальвег, по которой стекает вода, попадающая на скаты. Широкая лощина с пологими задернован­ными скатами называется долиной, а узкая лощина с крутыми обнаженными скатами - оврагом. Скат долины может иметь площадку, называемую террасой. Узкое углубление, возникаю­щее обычно в начале оврага под действием стекающей с возвы­шенностей воды, называют промоиной. Овраг, заросший травой и кустарником, называют балкой.

5. Седловина - наиболее низкое место водораздела, обычно имеет вид седла, от седловины обычно берут начало две, распо­ложенные в противоположных направлениях, лощины. В горной местности через седловины обычно проходят дороги или тропы, такие седловины называют перевалами.

Вершину горы и холма, дно котловины, самую низкую точку седловины, перегиб ската и т.п. называют характерными точ­ками рельефа, а водораздел хребта и водосливную линию - ха­рактерными линиями рельефа.

 

Изображение рельефа горизонталями

В настоящее время рельеф на топографических картах изо­бражают сочетанием горизонталей, условных знаков и отме­ток точек. Горизонталь - изображение на карте линии равных высот, которая получается при… Вертикальное расстояние h между смежными уровенными поверхностями Р, Т, W (горизонтальными плоскостями) называ­ется…

Высоты (отметки).

Аномалии высот z, определяющие положе­ние квазигеоида относи­тельно референц-эллипсоида, находят метода­ми астрономического и… Н=Нg+z Относительные высоты Н' применяют при выполнении работ на небольших участках.

Рис. 16. Высоты Н и А

H=Asecb+MoMo=Asecb - (Rsecb - R)

Раскладывая secb в ряд и ограничиваясь первыми двумя членами ряда

, получим

 

(17)

 

При А =1 км = 1000000мм, S = 20км, R = 6371 км последнее слагаемое равно 4,9 мм. При выполнении работ невысокой точ­ности этой величиной можно пренебречь. Второе слагаемое является значимым даже при небольших значениях S:

S,км … 0,1 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0 20,0

Dh, мм … 0,8 19,6 78,5 314 1962 7848 31392

Следовательно, величины Dh при определении высот Н или превышений h нужно учитывать даже при небольших расстоя­ниях S.

Следует обратить внимание на то, что в геодезии для опре­деления положения точек используют две независимые системы координат: систему плоских прямоугольных координат в проек­ции Гаусса-Крюгера (или в какой-либо другой проекции) и сис­тему высот относительно поверхности квазигеоида. Начала ко­ординат этих двух систем не совпадают: начальный пункт геоде­зической сети находится в центре круглого зала Пулковской обсерватории, в зональной системе плоских координат - в пересе­чении изображений экватора и осевого меридиана, а начало сис­темы высот совмещено с нулем Кронштадского футштока.

Для небольших участков местности (в пределах 1 км²) при работах невысокой точности можно использовать единую пространственную прямоугольную систему координат.

 

 

Лекция №3

План:

1. Виды съемки.

2. Теодолитная съемка

 

Виды съемки

На топографических планах изображают опорные плановые и высотные геодезические пункты, точки съемочного обоснова­ния, с которых выполняют съемку. На… Имеется несколько видов съемки. При создании топографических карт и планов…

Теодолитная съемка

1. Способ перпендикуляров ис­пользуют для съемки точек, располо­женных на открытой местности вбли­зи сторон теодолитного хода. Для определения… Перпендикуляры измеряют рулеткой, а расстояние от твер­дой точки до основания… Из экеров различных конструкций наибольшее распростра­нение получил двухзеркальный экер. Внутри металлического корпуса…

Камеральные работы

  Лекция №4 План:

Принцип измерение горизонтальных и вертикальных углов

Горизонтальный угол равен двугранному углу между вер­тикальными плоскостями Q… плоскостям Р и Q.

Классификация угломерных приборов

Угловые измерения выполняют в различных физико-геогра­фических условиях - от Заполярья до субтропиков и тропиков, в различное время года, при температуре воздуха от -20 до +50°С, при относительной влажности до 95%. Поэтому угломерные приборы (теодолиты) должны быть приспособлены к транспор­тировке любым видом транспорта, обеспечивать высокую точ­ность и производительность угловых измерений в трудных и длительных по времени экспедиционных условиях; иметь малые габариты и массу, высокую надежность. Они должны быть удобны и просты в обращении, отсчетные шкалы должны соот­ветствовать зрительным возможностям глаза наблюдателя, конструкция теодолитов должна позволять выполнение поверок и юстировок в полевых условиях.

Теодолиты классифицируют по разным признакам: по облас­ти применения (геодезические, астрономические, маркшейдер­ские и др.), по физической природе носителя информации (меха­нические, оптические, электронные, кодовые и т.п.); по конст­рукции отсчетного устройства (простые, повторительные, с уровнем при вертикальном круге, с компенсатором и др.), по точности.

По точности теодолиты делятся на: высокоточные, точные и технические. Высокоточные теодолиты позволяют в лаборатор­ных условиях измерять угол одним приемом со средней квадратической ошибкой m £ l², точные - с l² £ m £ 10', технические - с m ³ l0'. Согласно ГОСТу теодолиты обозначают буквой "Т" и числом, соответствующим средней квадратической ошибке из­мерения угла одним приемом в лабораторных условиях: Т05, Т1, Т2(Т2А), Т5(Т5Л), Т15К, ТЗО, Т60, 2Т2, 2Т5, 2Т5К, ЗТ2КП, ЗТ2КА, ЗТ5КП. Буква А обозначает теодолит с автоколлима­ционным окуляром, К - с компенсатором, П - труба имеет прямое изображено. Цифрами 2 и 3 перед "Т" обозначают уни­фицированные теодолиты группы 2Т и ЗТ.

Теодолиты Т05, Т1, Т2 имеют двустороннее (по диаметраль­но противоположным штрихам) отсчитывание по лимбу, а тео-¹ долиты Т5, Т15, ТЗО, Т60 - одностороннее. Все теодолиты, кроме Т60, имеют электроосвещение. В Т1, Т2, Т5 и Т15 оптические центриры встроены в алидаду, в ТЗО и Т60 возможно оптическое центрирование через полую вертикальную ось при помощи зрительной трубы.

Разработка теодолитов серии ЗТ выполнена с учетом опти­мизации оптических и кинематических схем при условии макси­мальной унификации конструкции узлов и деталей. В серии ЗТ использован модульный принцип, при котором конструкция распадается на несколько отдельных модулей (зрительная труба, вертикальная ось с горизонтальным кругом, отсчетная система вертикального круга, микрометр, колонна с горизонтальной осью), которые можно собирать, юстировать, заменять раз­дельно.

33. Условия эксплуатации оптических теодолитов

На рис. 49 изображены основные плоскости и оси теодолита. ГГ, ВВ - следы плоскостей горизонтального и вертикального

кругов; LL, ll, l'l' - ось цилиндрического накладного уровня, цилиндрического уровня при алидаде горизонтального и верти­кального кругов; vv, hh, pp - вертикальная ось теодолита, ось вращения зрительной трубы и оси вращения подъемных винтов соответственно; zz - визирная ось, проходит через перекрестие сетки нитей и оптический центр объектива.

Плоскость горизонтального круга и ось вращения трубы должны быть перпендикулярны к вертикальной оси теодолита. Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы. Ось вращения алидады и ось вращения горизонтального круга должны проходить через центр кольца делений лимба. При угловых измере­ниях вертикальная ось теодолита должна совпадать с отвесной линией в точке его стояния. Нарушения геомет­рической схемы теодолита приводят к ошибкам в отсчетах и в итоге - к ошибкам в конечных результатах угловых измерений.

В теодолите должны быть согласованы точность изготовле­ния осевой системы, точность нанесения делений, точность ви­зирования, точность изготовления и компоновки узлов отсчетно­го устройства, точность изготовления цилиндрических уровней, компенсаторов и т.д.

Измерение горизонтальных углов техническим теодолитом.

Рис. 72. Схема измерения горизонтального угла   отсчет а. Затем вращением алидады перекрестие нитей сетки наводят на точку С и берут отсчет с. Угол

Образец журнала измерения горизонтальных углов

Видимость: хорошая Начало: 16 ч. 17м.   Конец: 16 ч. 25 м. Пункт Отчеты Угол в полуприе-мах Среднее значение угла …

Поверки

Обязательными поверками на каждом пункте перед наблю­дениями являются следующие. Подъемные и наводящие винты должны вращаться плавно. Вращение алидады должно… 1. Ось цилиндрического уровня должна быть перпендикуляр­на к вертикальной оси вращения прибора.

Обработка замкнутых и разомкнутых теодолит ходов.

Теодолитным ходом (см. рис. 140) называют построенную на местности разомкнутую или замкнутую ломаную линию, в которой измерены все стороны и… Рис. 142. Схемы определения координат пункта:

Вычисление отметок точек тахеометрического хода

где i - высота прибора, l - высота визирной цели, f- поправка за кривизну… Высотная невязка

План погрешностей геодезических измерений.

Виды ошибок. Все используемые в геодезии величины получают из изме­рений или из вычислений… Грубые ошибки возникают вследствие неисправности при­бора, небрежности наблюдателя или аномального влияния внешней…

Равноточные измерения

Измерения, имеющие различные средние квадратические ошибки, называют неравноточными. При совместной обработке результатов неравноточных измерений их… обратно пропорциональную квадрату средней квадратической ошибки , (69)