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.