лекции по геодезии. Общие сведения по геодезии. Предмет геодезии
 Скачать 15.89 Mb.
|
|
ЛЕКЦИЯ 1 Тема: Общие сведения по геодезии. Предмет геодезии 1. Что такое геодезия Геодезия – это наука об измерениях на земной поверхности, выполняемых для изучения общей фигуры Земли, для составления планов и карт, для решения инженерных задач при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных научных дисциплин: высшую геодезию, топографию, инженерную геодезию, аэрофотогеодезию, картографию и космическую геодезию. Высшая геодезия занимается определением фигуры и размеров всей Земли и значительных ее частей. Топография занимается измерением и изображением на планах и картах земной поверхности. Инженерная геодезия занимается вопросами геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, при монтаже оборудования, при наблюдениях за вертикальными и горизонтальными смещениями инженерных сооружений и технологического оборудования. Аэрофотогеодезия занимается изучением методов и средств создания топографических карт и планов по материалам фотографирования Земли. Картография занимается изучением методов составления, издания и использования карт. Космическая геодезия занимается обработкой измерений, полученных при помощи искусственных спутников Земли, орбитальных станций и межпланетных кораблей. Геодезия имеет тесную связь с другими научными дисциплинами: математикой, астрономией, физикой, механикой, автоматикой, электроникой, географией, фотографией и черчением. 2. Предмет геодезии. Понятие о форме и размерах Земли Предметом геодезии является планета Земля. Общая площадь Земли – 510 млн км2; 71% поверхности Земли – это моря и океаны, 29% – суша. При определении положения точек земной поверхности обычно относят их к общей фигуре Земли, которую называют геоидом. Геоид – это геометрическое тело, ограниченное уровенной поверхностью. Уровенная поверхность – поверхность, совпадающая с поверхностью воды в морях и океанах, которые находятся в спокойном состоянии, продолженная под материками. Уровенная поверхность в каждой своей точке перпендикулярна к отвесной линии, проведенной через эту точку. Фигура геоида в геометрическом отношении является весьма сложной, однако она очень близка к эллипсоиду вращения. Такой эллипсоид получается в результате вращения вокруг малой полуоси эллипса РQP1Q1 (рис. 1).  Эти величины определяют форму и размеры Земли. В 1946 году были приняты размеры земного эллипсоида, вычисленные группой российских ученых под руководством профессора Ф.Н. Красовского. Эти размеры: а = 6 378 245 м, b = 6 356 863 м. 3. Способы изображения земной поверхности. Метод проекций в геодезии На местности точки, линии, углы и контуры расположены в силу неровностей земной поверхности на возвышениях или впадинах. Так как возвышения и впадины являются пространственными формами, изобразить их на бумаге в виде плоской карты или плана достаточно непросто. Способы изображения земной поверхности на плоскости основываются на методе проекций. При изучении действительной поверхности Земли точки местности проецируют отвесными линиями на поверхность земного эллипсоида. Так как уровенная поверхность радиусом до 20 км может быть заменена плоскостью, при относительно небольших площадях, точки местности проецируют на горизонтальную плоскость. Положение полученных проекций точек может быть определено координатами. В результате перенесения точек на плоскость длины линий заменяют их горизонтальными проекциями, называемыми горизонтальными проложениями; пространственные углы заменяются плоскими, и вся фигура заменяется проекцией на горизонтальную плоскость (рис. 2).  4. План, карта, профиль. При изображении небольшого участка земной поверхности радиусом до 20 км его проецируют на горизонтальную плоскость. Полученную горизонтальную проекцию участка в уменьшенном виде наносят на бумагу. Ошибки, возникающие в этом случае за счет кривизны Земли, находятся в пределах самой высокой точности линейных измерений и поэтому не имеют практического значения. Чертеж, дающий в подобном и уменьшенном виде изображения горизонтальной проекции участка местности, называется планом. При изображении на плоскости значительных территорий проектирование их производят уже на сферическую поверхность, которую затем развертывают в плоскость. При этом получают определенные искажения контуров. Уменьшенные изображения на плоскости значительных участков поверхности, полученные с учетом кривизны Земли, называются картами. При составлении карт по определенным математическим законам строят сетку меридианов и параллелей, называемую картографической сеткой, внутри которой располагают изображаемые контуры. Наличие такой сетки служит признаком карты. Классификация карт и планов: Планы и карты с изображением контуров и рельефа называют топографическими. Планы с изображением только контуров называются контурными или ситуационными. Карты, на которых изображены географические объекты, называются географическими. Карты и планы, на которых имеется дополнительная информация называются специальными (например климатические). Для проектирования сооружений линейного типа необходимо знать рельеф по оси сооружения. В этом случае строится профиль. Профилем называется изображение на бумаге в уменьшенном виде вертикального разреза местности. ЛЕКЦИЯ 2 Тема: Системы координат и высот принятые в геодезии. Системы координат, принятые в геодезии В геодезии применяются следующие системы координат:
4.1. Географические координаты С помощью географических координат, то есть широт (φ) и долгот (λ), определяют положение точки относительно экватора и начального меридиана. Широтой (φ) точки называется угол, составленный отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора. Долготой (λ) точки называется двугранный угол между плоскостью меридиана данной точки и плоскостью начального меридиана. Широта отсчитывается по дуге меридиана к северу и к югу от экватора от 0º до 90º. К северу от экватора широта называется северной, к югу – южной. Долгота отсчитывается от меридиана, проходящего через Гринвич на окраине Лондона. Долгота отсчитывается по дуге экватора или параллели от начального меридиана в сторону востока и запада от 0º до 180º. Долгота к востоку от Гринвичского меридиана называется восточной долготой, к западу – западной. Широты и долготы определяют положение любой точки на земной поверхности и выражаются в угловой мере. Географические координаты определяются из астрономических наблюдений и, а также с помощью геодезических измерений. 4.2. Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера При геодезических работах на больших территориях применяется зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера (рис. 3). Для этого земной шар делится меридианами на шестиградусные или трехградусные зоны (рис. 4). Счет зон ведется к востоку от Гринвичского меридиана. Каждая зона проецируется на плоскость таким образом, чтобы средний меридиан зоны был изображен прямой линией. Средний меридиан зоны называется осевым. Изображение осевого меридиана принимается за ось абсцисс, изображение экватора – за ось ординат. За начало координат принимают точку пересечения осевого меридиана с экватором. Чтобы не иметь отрицательных ординат, ординату осевого меридиана принимают равной 500 км. Перед ординатой точки указывается номер зоны, в которой точка расположена. Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера   Зная географические координаты точки земной поверхности, можно вычислить зональные прямоугольные координаты, и, наоборот. 4.2. Полярная система координат В полярной системе координат используются полярные углы и расстояния. Подробнее эта система будет рассмотрена в последующих лекциях. 5. Системы высот, принятые в геодезии Для полного определения положения точек земной поверхности необходимо знать высоты точек над принятой уровенной поверхностью. Высоты точек, которые определяются относительно поверхности эллипсоида (по отвесной линии), называются абсолютными высотами. Абсолютная высота – длина перпендикуляра, опущенного из точки на уровенную поверхность, принятую за начало отсчета (поверхность эллипсоида).  За начало счета абсолютных высот принимается нуль Кронштадтского футштока (средний уровень воды в Балтийском море). Такая система высот называется Балтийской.  Уровень Балтийского моря установленный по данным многолетних наблюдений и отмеченный награвированной чертой на металлической пластине, вмурованной в гранитный устой одного из мостов через обводной канал в Кронштадте, является началом счета высот уже третий век. Если счет высот ведется от другой уровенной поверхности, такая высота называется относительной высотой. Числовые значения абсолютных высот точек земной поверхности называют отметками. Разность абсолютных высот двух любых точек называют превышением (h). В строительстве для отдельных зданий счет высот ведется от чистого пола первого этажа. ЛЕКЦИЯ 3 Тема: Ориентирование линий местности. 6. Ориентирование линий Ориентировать линию – значит определить ее направление относительно исходного направления. В качестве исходного направления служит меридиан начальной точки линии, или осевой меридиан зоны. Для ориентирования линий служат углы, называемые азимутами, дирекционными углами и румбами.  Азимутом называется горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки до направления данной линии Азимуты изменяются от 0º до 360º. Азимут называется истинным, если он отсчитывается от истинного меридиана, и магнитным, если отсчитывается от магнитного меридиана. Направление истинного меридиана в данной точке определяется из астрономических наблюдений, а направление магнитного меридиана – при помощи магнитной стрелки.  Азимут одной и той же линии в разных ее точках различен. Меридианы разных точек не параллельны между собой, так как они сходятся в точках полюсов. Отсюда азимут линии в разных ее точках имеет разное значение. Угол между направлениями двух меридианов называется сближением меридианови обозначается γ. Для определения положения магнитного меридиана в геодезии применяют буссоль. Буссоль применяется в комплекте геодезических приборов (теодолитов, тахеометров и т.д.)  Для перехода от магнитного азимута к истинному надо знать величину и название склонения магнитной стрелки δ. Склонение магнитной стрелки указывается в зарамочном оформлении листа топографической карты. В зональной системе координат Гаусса-Крюгера за исходное направление принимается осевой меридиан зоны, поэтому для ориентирования используют дирекционные углы. Дирекционным углом называется горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линии ему параллельной по часовой стрелке до направления данной линии. Дирекционные углы бывают прямыми и обратными (рис.6).  Обратный дирекционный угол вычисляется по формуле:  Румбом называется острый угол, отсчитываемый от ближайшего направления осевого меридиана (северного или южного) до данной линии ®. Румб всегда сопровождается названием четверти, в которой расположена линия (рис. 7).  ЛЕКЦИЯ 4 Тема: Масштабы топографических планов и карт. 1. Масштабы Масштабом называется отношение длины линии на плане (карте) к длине горизонтальной проекции соответствующей линии на местности. Масштабы бывают:
Примеры численного масштаба: 1:2000, 1:500, 1:10000. Знаменатель дроби показывает, во сколько раз горизонтальная линия местности уменьшена при перенесении ее на план. Для удобства работы с планом или картой пользуются линейным или поперечным масштабом.  Точность, с которой можно производить измерения по плану или карте, зависит от масштаба. Наименьшая величина, различимая невооруженным глазом, составляет 0,1 мм. Расстояние на местности, соответствующее в данном масштабе 0,1 мм на плане или карте, называется точностью масштаба. Например:1:1000 – точность 0,1 м. Чем крупнее масштаб, тем выше точность. 3. Планы, применяемые в землеустройстве, кадастре, строительстве и сельском хозяйстве. Их номенклатура В землеустройстве используются обычно планы масштабов 1:10 000 и 1:25 000. Также такие планы используются для целей земельного кадастра и мониторинга земель. В строительстве применяются планы от масштаба 1:500 до 1:5000. Они используются для составления генпланов, технических проектов, рабочих чертежей. Для составления планов участков применяется разделение всех планов на листы, что и называется разграфкой. Чтобы определить положение листа нужного плана среди других листов, пользуются номенклатурой. Номенклатура – это система обозначений отдельных листов топографических планов. В основу разграфки и номенклатуры топографических карт и планов положена карта масштаба 1:1 000 000.  При создании топографических планов участков площадью до 20 км2 может быть применена прямоугольная разграфка. В основу разграфки в этом случае положен лист плана масштаба 1:5000 с размерами рамок 40х40 см.    4. Условные знаки топографических карт и планов. Для обозначения на планах и картах различных предметов и контуров местности применяются условные знаки. Условные знаки делятся на масштабные и внемасштабные. Масштабными или контурными называются такие знаки, которыми предметы местности изображаются с соблюдением масштаба данной карты или плана, например, леса, луга, пашни, озера. Если предмет в данном масштабе не может быть выражен контурным знаком вследствие своей малости, то применяется условный знак, который называется внемасштабным. Примером внемасштабных условных знаков могут являться знаки, обозначающие километровые столбы, колодцы, указатели дорог и т.д. ЛЕКЦИЯ 5 Тема: Рельеф земной поверхности. Задачи, решаемые по топографическому плану. 1. Изображение рельефа на планах и картах Рельефом местности называется совокупность неровностей физической поверхности Земли. Существует несколько способов изображения рельефа. Наиболее распространенным является способ горизонталей. Сущность этого способа заключается в следующем. Поверхность участка Земли через равные промежутки мысленно рассекают горизонтальными плоскостями. Пересечение этих плоскостей с поверхностью Земли образуют кривые линии, которые называются горизонталями.  Горизонталью называется линия, соединяющая точки с одинаковыми абсолютными высотами. Расстояние между секущими плоскостями называют высотой сечения рельефа (h). Для данного листа плана или карты высота сечения рельефа – величина постоянная. Чем меньше высота сечения, тем подробнее будет изображен рельеф. Расстояние между горизонталями в масштабе плана называется заложением (d). Для отличия повышения от понижения применяется бергштрих. Подписи отметок горизонталей делаются на повышение. Высота сечения рельефа для данного плана – величина постоянная, она зависит от масштаба плана и существующего рельефа. 2. Формы рельефа Гора – возвышение в виде купола или конуса.  Котловина – чашеобразная вогнутая часть земной поверхности.  Хребет – возвышенность, вытянутая в одном направлении.  Лощина – углубление, вытянутое в одном направлении.  Седловина – перегиб хребта между двумя вершинами.  3. Задачи, решаемые по топографическому плану при проектировании инженерных сооружений 3.1. Определение прямоугольных координат точки Для определения прямоугольных координат точек по плану или карте пользуются координатной сеткой, линии которой параллельны и перпендикулярны меридиану зоны. Координаты вершин квадратов координатной сетки подписаны на карте.  Например: XА=79200+ΔX, YА=66200+ΔY. 3.2. Длины отрезков прямых линий между заданными точками на плане измеряются с помощью измерителя и поперечного масштаба. 3.3. Дирекционный угол линии на плане измеряется между северным направлением вертикальной линии километровой сетки и данной линией с помощью транспортира. 3.4.Отметка любой точки может быть определена относительно горизонталей. При положении точки между горизонталями проводят прямую, перпендикулярную горизонталям, и измеряют расстояние от младшей горизонтали до точки и заложение d.  Отметки точки вычисляются по формуле:  ,где а – расстояние от младшей горизонтали до точки, d – заложение, H1 – отметка младшей горизонтали, h – высота сечения рельефа. 7. Крутизна ската линии Крутизна ската линии местности характеризуется ее уклоном (u). Уклоном называется тангенс угла наклона.  Уклон вычисляется по формуле:  7. Съемки Для составления планов и карт необходимо на местности производить геодезические измерения. Комплекс таких измерений называется съемкой. В зависимости от приборов и методов работы съемка бывает теодолитной, тахеометрической, фототопографической и т.д. При теодолитной съемке на местности измеряются теодолитом горизонтальные углы, лентой или дальномером – длины линий, а на плане изображается только ситуация. При тахеометрической съемке, кроме ситуации, производится съемка рельефа местности. При фототопографической съемке план или карту получают фотографированием местности и соответствующей обработкой фотоснимков. Фотографирование местности с самолета называется аэрофотосъемкой. Съемки, в результате которых на плане изображается только ситуация, называются горизонтальными. Съемки, в результате которых на плане изображается рельеф, называются вертикальными. Геодезические измерения, выполняемые на местности, называют полевыми работами. Обработка результатов измерений, вычислений и графические работы по составлению карт и планов называют камеральной обработкой полевых измерений. ЛЕКЦИЯ 6 |