Лекция по геодезии. 1. Предмет и задачи инженерной геодезии Геодезия
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
1. Предмет и задачи инженерной геодезии Геодезия - наука, изучающая форму и размеры Земли, геодезические приборы, способы измерений и изображений земной поверхности на планах, картах, профилях и цифровых моделях местности. В современной геодезии находят применение новейшие измерительные средства, используют последние достижения в физике, механике, электронике, оптике, вычислительной технике. По разнообразию решаемых народнохозяйственных задач геодезия подразделяется на ряд самостоятельных дисциплин, каждая из которых имеет свой предмет изучения: - высшая геодезия (гравимметрия, космическая геодезия, астрономическая геодезия) изучает форму и размеры Земли, занимается высокоточными измерениями с целью определения координат отдельных точек земной поверхности в единой государственной системе координат; - топография и гидрография развивают методы съемки участков земной поверхности и изображения их на плоскости в виде карт, планов и профилей; - фотограмметрия занимается обработкой фото-, аэрофото- и космических снимков для составления карт и планов; - картография рассматривает методы составления и издания карт; - маркшейдерия - область геодезии, обслуживающая горнодобывающую промышленность и строительство тоннелей; - инженерная (прикладная) геодезия изучает методы геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных зданий и сооружений, а также рациональном использовании и охране природных ресурсов. Задачами инженерной геодезии являются: 1) топографо-геодезические изыскания различных участков, площадок и трасс с целью составления планов и профилей; 2) инженерно-геодезическое проектирование - преобразование рельефа местности для инженерных целей, подготовка геодезических данных для строительных работ; 3) вынос проекта в натуру, детальная разбивка осей зданий и сооружений; 4) выверка конструкций и технологического оборудования в плане и по высоте, исполнительные съемки; 5) наблюдения за деформациями зданий и сооружений. При топографо-геодезических изысканиях выполняют: а) измерение углов и расстояний на местности с помощью геодезических приборов (теодолитов, нивелиров, лент, рулеток и др.); б) вычислительную (камеральную) обработку результатов полевых измерений на ЭВМ; в) графические построения планов, профилей, цифровых моделей местности (ЦММ). 6. Системы координат, используемые в геодезии Положение пунктов на физической поверхности Земли определяется в различных системах координат. Рассмотрим некоторые из них. Географические координаты (долгота и широта ) являются обобщенным понятием астрономических и геодезических координат и используются в случаях, когда нет необходимости учитывать разницу между названными координатами. Астрономические широту и долготу определяют с помощью специальных приборов относительно уровенной поверхности и направления силы тяжести. При проецировании астрономических координат на поверхность земного референц-эллипсоида получают геодезические широту и долготу. Прямоугольные местные координаты являются производными от зональной системы координат Гаусса-Крюгера (см. п.7) и распространяются на небольшой по площади территории. Ось абсцисс совмещают с меридианом некоторой точки участка либо ориентируют параллельно основным осям инженерных сооружений. Координатные четверти нумеруют по часовой стрелке и именуют по сторонам света: I-СВ, II-ЮВ, III-ЮЗ, IV-СВ. Полярная система координат определяет положение точки на плоскости полярным горизонтальным углом, отсчитываемым от некоторого начального направления, и горизонтальным проложением. Спутниковые системы определения координат (российская Глонасс и американская GPS), в состав которых входят: комплекс наземных станций автоматического наблюдения за спутниками, искусственные спутники Земли с радиусом орбит около 26 000 км и приемная аппаратура потребителей. При функционировании системы пространственное положение спутников определяют с наземных станций наблюдений, равномерно расположенных по всему миру и имеющих определенные пространственные координаты. Все станции связаны с головной станцией управления высокоскоростными линиями передачи данных и уточнения параметров орбит спутников в единой системе координат. Спутники передают периодически уточняемые эфемириды - набор координат, которые определяют положение спутников на орбите в различные моменты времени. Под влиянием гравитационного поля Земли и других факторов параметры исходных координат спутниковых систем изменяются и поэтому постоянно уточняются. В настоящее время точность "бортовых эфемирид", которые получают путем экстраполяции уточненной орбиты на несколько дней вперед, составляет 20-100 м, а при использовании специальных методов обработки - около 1 м. При эксплуатации системы GPS определение местоположения предусмотрено в Мировой системе координат 1984 г (WGS-84). Начало координат в этой системе находится в центре масс Земли, ось Z параллельна направлению на условный земной полюс, ось X определяется плоскостями начального меридиана WGS-84 и экватора. Начальный меридиан WGS-84 параллелен нулевому меридиану, закрепленному координатами станций наблюдений. Ось Y дополняет систему координат до правой. Начало и положение осей координат системы WGS-84 совпадают с геометрическим центром и осями общеземного эллипсоида WGS-84. В России создана геодезическая система координат ПЗ-90 (параметры Земли 1990 г). Она закрепляется 30 опорными пунктами на территории бывшего СССР, координаты которых получены методами космической геодезии. 7 Зональная система координат Гауса-Крюгера. В основу этой системы положено поперечно-цилиндрическая равноугольная проекция Гаусса-Крюгера (названа по имени немецких ученых ее предложивших). В этой проекции поверхность земного эллипсоида меридианами делят на шестиградусные зоны и номеруют с 1-й по 60-ю от Гринвичского меридиана на восток (рис.7). Средний меридиан шестиугольной зоны принято называть осевым. Р Х 0 6 Гринвич 0 6 12 18 24 30 У 12 18 24 30 36 42 Р1 Q Q1 1 2 3 4 5 6 зона и т.д. Рис.7.Зональная система прямоугольных координат Его совмещают с внутренней поверхностью цилиндра и принимают за ось абсцисс. Чтобы избежать отрицательного значения ординат (у), ординату осевого меридиана принимают не за нуль, а за 500 км, т.е. перемещают на запад на 500 км. Перед ординатой указывают номер зоны. Например, запись координат XМн=6350 км, YМн=5500 км указывает, что точка расположена в 5-й зоне на осевом меридиане (Мн=27 СШ, Мн=54 ВД). Для приближенных расчетов при переходе от географических к прямоугольным зональным координатам считают, что 1 соответствует 111 км (40000км/360 ). 8. Ориентирование линий. Азимуты, румб, дирекционный угол Ориентировать линию на местности - значит определить ее направление относительно некоторого начального направления. Для этого служат азимуты А, дирекционные углы , румбы r. За начальные принимают направления истинного меридиана Nи, магнитного меридиана Nм и направление Nо, параллельное осевому меридиану или оси Х системы прямоугольных координат (рис.8.1). Азимутом называют горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки до ориентируемого направления. Азимуты изменяются в 0 до 360 и бывают истинными или магнитными. Истинный азимут А отсчитывается от истинного меридиана, а магнитный Ам - от магнитного. Дирекционный угол - это горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линии параллельной ему (+Х) по ходу часовой стрелки до направления ориентируемой линии. Nи Nм N0 А АМ М О Рис.8.1. Ориентирование линии ОМ на местности Угол , отсчитываемый от северного направления истинного меридиана N до магнитного меридиана Nм, называется склонением магнитной стрелки.Склонение северного конца магнитной стрелки к западу называют западным и считают отрицательным -, к востоку - восточным и положительным +. Угол между северными направлениями истинного N и параллелью осевого Nо меридианов называется зональным сближением меридианов. Если параллель осевого меридиана расположена восточнее истинного меридиана, то сближение называется восточным и имеет знак плюс. Если сближение меридианов западное, то его принимают со знаком минус. Если известны долготы меридианов, проходящих через точки А и В, то сближение меридианов можно найти по приближенной формуле: = sin , (8) где - разность долгот меридианов, проходящих через точки А и В. Из формулы (8) следует, что на экваторе (=0 ) сближение меридианов = 0, а на полюсе (=90 ) = . С СВ r=360- r= r=180- З В СЗ r=-180 ЮЗ ЮВ Ю Рис.8.2. Зависимость между дирекционными углами и румбами Румб - горизонтальный острый угол отсчитываемый от ближайшего северного или южного направления меридиана до ориентируемого направления. Румбы имеют названия в соответствии с названием четверти, в которой находится линия, т.е.: северо-восточные СВ, северо-западные СЗ, юго-западные ЮЗ, юго-восточные ЮВ. На рис. 8.2 показаны румбы линий О-СВ, О-ЮВ, О-ЮЗ, О-СЗ и зависимость между дирекционными углами и румбами этих линий. 9. Зависимость между азимутами истинным, магнитным и дирекционным углом Вследствие непараллельности между собой меридианов истинный азимут протяженной прямой АВ (рис.9) принимает различные значения в точках А и В. В средних широтах истинный азимут изменяется на одну минуту через каждые один-два километра расстояния по параллели. Это осложняет применение азимутов и поэтому для построения планов используют дирекционные углы. Х Х (С) Х (С) Х (С) С АВ ВА ААВ ААВ А А В В АВА Рис.9.1 Зависимость между прямым Рис.9.2 Зависимость между прямым и обратным дирекционными углами и обратным истинными азимутами АВ = ВА + 180 . ААВ = АВА + 180 -. Из рис. 8.1 следует А = + , А = Ам+ . Приравняем правые части равенств + = Ам+ или = Ам+ - . Зональное сближение меридианов и магнитное склонение для данной местности указывают на топографических картах местности. 10. Зависимость между горизонтальными и дирекционными углами теодолитного хода. Уравнивание (увязка) горизонтальных углов Пусть имеем две стороны хода АВ и ВС (рис.10.1) Дирекционный угол стороны АВ будем считать известным. Если обозначить через правый по ходу горизонтальный угол, то ВС = АВ + 180 - . Д N0 ирекционный угол последующего направления равен дирекционному углу предыдущего направления плюс 180 и минус горизонтальный угол справа по ходу. ВС АВ АВ В А N0 С Рис.10.1. Зависимость между дирекционными углами сторон хода Предположим, что на местности проложен теодолитный ход между пунктами 512 и 513 (рис.10.2), начальный и конечный дирекционные углы в котором известны (511-512, 513-Граб.). Х Х 511-512 513 512 1 2 513-Гр. 20705,5 16030,5 15432,0 10255,5 Грабово Рис.10.2.Схема теодолитного хода Уравнять (увязать) означает выполнить четыре действия: 1.Найти невязку f=П-Т, где П - практическая сумма измеренных углов, Т - теоретическое значение горизонтальных углов. Для замкнутого теодолитного хода Т = теор = 180 (n-2), для разомкнутого используем полученную раннее формулу ВС = АВ + 180 - , или перепишем ее в виде кон=нач + 180 - теор. Из рис.10.2 имеем 512-1= 511-512 + 180 - 512, 1-2 = 512-1+ 180 - 1, 2-513= 1-2 + 180- 2, 513-Гр=2-513+ 180- 513. Откуда, теоретическая сумма горизонтальных углов теор = 511-512 + 180. n - 513-Гр. Тогда можно записать в общем виде Т = теор = нач + 180. n - кон; 2.Оценить полученную невязку, т.е. сравнить с допустимым в соответствии с требованиями нормативных документов значением f < fдоп= 2tn, где n - число измеренных углов; 3. Распределить невязку с обратным знаком пропорционально числу измеренных углов с округлениями до 0,1. В углы с более короткими сторонами вводятся большие по величине поправки, так как они измеряются менее точно; 4.Выполнить контроль: а)сумма поправок должна равняться невязке с обратным знаком; б)сумма исправленных углов равна теоретической сумме углов. 11. Прямая и обратная геодезическая задачи а). Прямая Д Х ХВ ано: XA, YA, AB, dAB О |