ГЕОДЕЗИЯ-2005. С. И. Чекалин г е оде з и я москва 2005 ббк 26. 1 Удк геодезия Учебник
 Скачать 37.56 Mb.
|
§ 18. Решение некоторых задач с использованием топографической карты. Измерение расстоянийРис. 2.20. Линейный масштаб. Пример 2.10. На карте масштаба 1:25000 измерено расстояние, которое получилось равным 36,7 мм. Определить расстояние на местности. Решение. При использовании численного масштаба соответствующее расстояние на местности будет равно 36,7 мм х 25000 = 917500 мм = 917,5 м. При использовании именованного масштаба (в 1 см 250 м) отрезок 36,7 мм = 3,67 см на местности будет соответствовать отрезку 3,67 см х 250 = 917,5 м. При использовании линейного масштаба величину измеряемого отрезка необходимо взять в раствор циркуля-измерителя и перенести его на шкалу линейного масштаба. Искомый отрезок будет определен непосредственно по линейному масштабу. Следует заметить, что при использовании численного и именованного масштабов получается одинаковый ответа при использовании линейного масштаба полученная величина может несколько отличаться от вычисленной из-за графических погрешностей, возникающих при использовании измерителя и при отсчете по шкале линейного масштаба, а также из-за возможной деформации листа топографической карты. В последнем случае использование линейного масштаба является предпочтительным, поскольку при использовании численного или именованного масштабов иногда бывает необходимо определять коэффициент деформации и вводить его значение в результат измерения. Использование поперечного масштаба. Для точного нанесения точек на топографические план и карту, а также при построении на карте и плане точек по их координатам, используют поперечный масштаб. Поперечный масштаб (рис. 2.21) представляет собой особую графическую шкалу (номограмму, основанием которой служит линейный масштаб. Линейный масштаб достраивают вертикальной шкалой с разбивкой ее, например, также, как и основания, на 10 частей по вертикальному направлению. Наклонными линиями (трансверсалями) соединяют нижние деления с верхними. Число делений n горизонтального отрезка шкалы поперечного масштаба и число делений m вертикального отрезка может быть различным. При n = m = 10 поперечный масштаб называют нормальным или сотенным. Основание анормального поперечного масштаба чаще всего делают равным 2 см. В соответствии с этим, цена деления меньшего отрезка основания будет 47 Рис. 2.21. Поперечный масштаб. Пример 2.11. Необходимо определить длину отрезка АВ, взятого в раствор измерителя с планов различных масштабов. Решение. На рис. 2.21 приведена оцифровка основания поперечного масштаба в соответствии с используемым масштабом плана и величины наименьших отрезков основания и трансверсали. Обратите внимание на то, что отрезки АВ, 2-2, 3-3 располагаются на трансверсали между горизонтальными линиями, что дает возможность точнее определить их длину. Для масштаба 1:500 отрезок АВ можно представить в виде следующего набора два полных основаниям, плюс восемь полных делений основаниям, плюс шесть с половиной делений по трансверсали (0,65 м) = 28,65 м. Для масштаба 1:2000 АВ = 2 хм хм хм м. Определите значения отрезка АВ для других масштабов. Пример 2.12. Отложить на поперечном масштабе отрезок L заданной длины в масштабе соответствующего плана. Решение: приведено на рис. Построение отрезка 1-1 длиной 14,9 м в масштабе 1:500 (основание равном отрезок содержит одно полное основанием остаток 14,9 – 10,0 = 4,9 м содержит четыре полных деления основаниям остаток 4,9 – 4,0 = 0,9 м содержит девять делений переходов) по трансверсали. Построение отрезка 2-2 длиной 16,5 м в масштабе 1:1000 (основание равном отрезок меньше основания, поэтому один его конец будет находиться на нулевой вертикальной линии в длине отрезка содержится восемь полных делений основаниям остаток 16,5 – 16,0 = 0,5 м соответствует перемещению по трансверсали вверх на два с половиной деления (водном делении по трансверсали 0,2 м. Аналогичным образом построены отрезки 3-3 (305,5 м в масштабе 1:5000) им в масштабе 1:2000). Проверьте результаты построения и потренируйтесь в решении подобных задач 18.2. Определение географических и прямоугольных координат Определение географических координат. Лист топографической карты ограничен по долготе меридианами и широте параллелями, географические координаты которых определяются по схемам разграфки карт при образовании их номенклатуры (см. § 10). Таким образом, точки или объекты местности, изображенные на листе топографической карты, имеют географические координаты в пределах разности долгот Δλ = (В – З и разности широт Δφ = (С – Ю. Здесь индексы В, З, С, Ю относятся к восточной, западной, северной и южной рамкам карты. Для удобства в определении географических координат и повышения точности разности долгот и широт разделены на минутные метки (рис. 2.22), которые, в свою очередь, точками поделены на 6 интервалов по десять секунд в каждом из них. Рис. 2.22. Определение по карте географических и прямоугольных координат. Определение географических координат т. А заключается в построении через нее параллели и меридиана. Полученные географические координаты этих линий и будут определять географические координаты искомой точки. 49 Построение параллели и меридиана выполняется с помощью большой линейки с ровным краем, перекрывающей внешнюю рамку карты. Линейку необходимо установить так, чтобы ее ребро проходило через т. Аи через одинаковые отсчеты широты (долготы) на соответствующих минутных метках. Для топографических карт малых и средних широт, представляющих собой практически прямоугольник, для определения широты или долготы можно воспользоваться треугольником с прямым углом. В этом случае проектирование точки А на шкалы широт и долгот производится попер- пендикуляру к рамке карты. Таким образом, долгота точки А А = 22º31'11" восточная, широта А = 54º35'26" (северная. Можно решить и обратную задачу нанести на карту точку по ее географическим координатам. Для этого с помощью большой линейки необходимо построить меридиан с долготой, равной долготе точки, и параллель с широтой, равной широте точки. На пересечении графически полученных меридиана и параллели будет находиться искомая точка. Определение прямоугольных координат. Сетка прямоугольных координат на топографической карте строится в виде квадратов, стороны которых параллельны оси х прямоугольной системы координат и перпендикулярны оси у. В зависимости от масштаба карты подписи километровых линий производятся через определенный шаг, выраженный в километрах. Например, для карт масштабов 1:10000, 1:25000 и 1:50000 этот шаг равен 1 км, для карты масштаба 1:100000 – 2 км. Километровые линии подписывают на внешней рамке карты (рис. 2.22) двумя последними цифрами километров. Полные координаты хи у подписывают только у крайних на листе карты километровых линий. Сокращенными координатами точки называют квадрат, в котором она находится. Обозначение квадрата складывается из значения горизонтальной и вертикальной линий километровой сетки для юго-западного его угла. Так, точка А находится в квадрате 5311 , точка В – в квадрате точка Св квадрате 5410 , точка D – в квадрате Определение прямоугольных координат т. В сводится к измерению отрезка а по оси хи отрезка b по оси у. Величину отрезка можно определить любым из способов, рассмотренных в разделе В некоторых случаях точка может находиться в неполном квадрате – точки Си. В рассматриваемом случае координатах точки С определяется также, как и соответствующая координата т. В. Для определения координаты у С необходимо измерить отрезок b´ и вычесть его из координаты линии 4811 км. Для точки D координата у определяется сложением координаты 4812 км и отрезка b , а для определения координаты х необходимо измерить отрезок аи вычесть его из координаты 6052 км. В табл. 2.6 представлен пример определения координат точек Си Здесь также можно решить и обратную задачу нанести точку на карту план) по ее прямоугольным координатам. Для этого необходимо определить квадрат, в котором находится данная точка, а затем, пользуясь измерителем и 50 линейным масштабом карты, либо именованным масштабом, либо поперечным масштабом, отложить в полученном квадрате отрезки аи. Для повышения точности построения точки сначала следует отложить по разным сторонам квадрата отрезки а (или b), а затем по полученной линии отложить отрезок b (или а). Таблица Пример 2.13. Определение прямоугольных координат (масштаб карты 1:25000) Точки Сокра- щенные координаты Величина отрезка а(а ´ Величина отрезка b(b ´ Координаты на карте, мм на местности, м на карте мм на местности, м Х, км У, км В 5211 24,1 602,5 32,3 807,5 6052,602 С 28,2 705,0 17,2 430,0 6054,705 4810,570 D 5112 2,6 65,0 12,8 320,0 6051,935 4812,320 Х В = 6052 км + 0,6025 км = 6052,602 км Х = 6054 км + 0,705 км = 6054,705 км У В = 4811 км + 0,8075 км = 4811,808 км У = 4811 км - 0,430 км = 4810,570 км Х D = 6052 км - 0,065 км = 6051,935 км У D = 4812 км + 0,320 км = 4812,320 км. Ориентирование линий Измерение дирекционных углов.В § 15 дано определение дирекционного угла, как горизонтального угла, отсчитываемого почасовой стрелке от северного направления осевого меридиана до направления линии. Поскольку линии километровой сетки параллельны осевому меридиану зоны, то значение дирекционного угла в пределах зоны для одной и той же линии остается постоянным. В связи с этими измерение дирекционного угла можно производить от вертикальной линии километровой сетки (рис. Так, дирекционный угол направления 1-2 измеряется непосредственно полукруглым транспортиром, а дирекционный угол направления 2-1 можно получить как сумму (α 12 + о. Такие же измерения выполняют и для линии 3-4 (прямого и обратного направлений). В некоторых случаях дирекционный угол может быть получен как слагаемое или разность для вспомогательных углов. Так, дирекционный угол, например, линии 5-6 (α 56 ) не может быть определен непосредственно от вертикальной линии 13 километровой сетки. В связи с этим придется выполнять дополнительные графические построения, что приведет к увеличению погрешности измерения угла. В таких случаях измеряют дополнительный угол. Из чертежа видно, что угол β меньше она угол t, а дирекционный угол α 56 на тоже значение больше о, те = о + (о – Точность измерения дирекционного угла на карте зависит от качества графических построений линии и точности транспортира. Линии следует проводить толщиной не более 0,1 мм. Геодезический транспортир (круглый 51 или полукруглый) имеет цену деления 30΄, при этом оценка дробной части наименьшего деления производится на глаз до Измерение истинного азимута Истинный азимут отсчитывается от северного направления истинного меридиана, которым являются западная или восточная рамки карты (рис. 2.22, линия 1-2). Для западной рамки карты значение измеренного истинного азимута линии 1-2 (рис. 2.22) определяется в точке пересечения линии с рамкой карты. Если линия своим продолжением не пересекает западную или восточную рамки карты, то измерить ее истинный азимут непосредственно не представляется возможным без дополнительных построений. В этом случае истинный азимут вычисляют по значению измеренного дирекцион- ного угла и величине сближения меридианов γ (§ Линии километровой сетки образуют угол с западной и восточной рамкой карты. Этот угол и является углом сближения меридианов γ (на рисунке γ - восточное. Для карт центральной части зоны, величина сближения меридианов близка к нулю, в связи с чем вертикальные линии километровой сетки получаются практически параллельными западной и восточной рамкам карты. Решение задач по ориентированию. При определении ориентирующих углов на карте обычно измеряют дирекционный угол, поскольку наличие большого числа линий километровой сетки позволяет решить эту задачу сравнительно легко и точно. Истинный азимут и магнитный азимут вычисляют с учетом данных, которые приводятся в левом нижнем углу карты рис. Склонение наг. западное 3 о 18΄.Среднее сближение меридианов западное о. При прикладывании буссоли (компаса) к вертикальным линиям километровой сетки среднее отклонение магнитной стрелки западное о. Годовое изменение магнитного склонения восточное о. Поправка в дирекционный угол при переходе к магнитному азимуту плюс 1 о 32΄. Рис. 2.23. Сетка меридианов Пример 2.14. Ориентирование линий На карте измерен дирекционный угол α = о. Определить истинный азимут и магнитный азимут на 2003 г. Решение. Истинный азимут этой линии АИ = α + γ = о + (- о) = 61 о 49΄. Для вычисления магнитного азимута предварительно необходимо определить склонение наго+ (о) · 10 = -о (западное). В этом случае поправка в дирекционный угол = δ 2003 – γ = -2 о 38΄-(-1 о 46΄)= - о Следовательно А М(2003) = α + Δα = о - (- о) = 64 о 27΄. Такой же ответ получится и при вычислении магнитного азимута через истинный азимут А М (2003) = АИ – δ 2003 = о - (о) = 64 о 27΄. При использовании в решении задачи сетки меридианов взаимное расположение меридианов получается наглядным, что уменьшает вероятность ошибки в арифметических действиях. Ориентирование карты на местности Ориентирование поместным предметам Наблюдатель должен находиться в опознанной точке А. На карте прочертить направление на точку Виз точки А, затем на глаз или с помощью визирной линейки ориентируют линию на соответствующую точку В местности. Определение на карте точки стояния наблюдателя Если точку А опознать затруднительно, то положение ее на карте определяют с помощью прозрачной кальки, располагаемой на планшете, на которую наносят направления на опознанные на местности и карте точки (способ Болотова) – рис. 2.24. Далее кальку переносят на карту и ориентируют ее таким образом, чтобы прочерченные направления прошли через соответствующие точки объекты) местности, изображенные на карте. Место пересечения указанных направлений и определит положение т. А (наблюдателя). Рис. 2.24. Ориентирование по карте способом Болотова Ориентирование карты с помощью компаса. Нулевой диаметр компаса при ориентировании прикладывают к вертикальной линии километровой сетки либо к ближней (западной или восточной) рамке карты и устанавливают стрелку компаса на север с совмещением одновременно со стрелкой его нулевого отсчета. В первом случае лист карты следует повернуть до тех пор, пока отсчет по северному концу магнитной стрелки компаса не будет равным величине поправки в дирекционный угол, определенной по формуле 53 (2.22). Если нулевой диаметр приложить к западной или восточной рамке карты, то учитывать необходимо только склонение магнитной стрелки, предварительно вычисленное по формуле (2.21). 18.5. Определение высот точек Для пояснения принципа определения высот по горизонталям карт и планов воспользуемся рис. При определении высот точек по горизонталям необходимо учитывать следующее- все точки одной и той же горизонтали имеют одинаковую высоту- высота любой сплошной горизонтали кратна высоте сечения рельефа- полугоризонталь (прерывистая линия) проводится на половине высоты сечения рельефа - наклон местности между соседними сплошными горизонталями, либо между соседними сплошной горизонталью и полугоризонталью считается однородным. Если точка находится между горизонталями, то ее высота может быть определена по формуле Н = Н Г + h i , (где Н Г – высота горизонтали h i – превышение точки i над горизонталью. Величину h i определяют интерполированием заложения а по величинам отрезков m и n. h i = Δh (m/a) или h i = Δh (а В зависимости от знака превышения получают и соответствующую высоту определяемой точки. Пример 2.15. Определение высот точек А, В, С, D, E, F, G рис. 2.16). Решение. Точки Аи В (гора. Точка А находится на горизонтали. В соответствии с указанной высотой сечения рельефам) высота соседней с вершиной горы горизонтали, кратная 1 м, составит 123 м. Следовательно, НА = 123 м. Точка В на глаз находится посредине между горизонталями 121 им, считая их высоты вниз от горизонтали 123 м. Значит Н В = 121,5 м. Точка С (котловина. Здесь нам известна высота горизонтали и направление к понижению – в сторону дна котловины. Это определяется по указанию бергштрихов и дополнительно подписью горизонтали (основание подписи ориентировано в сторону понижения рельефа). Определим высоту точки С интерполированием заложения а = n + Точка С находится между горизонталями 130 им (при высоте сечения рельефам. Предположим, что а = 11,6 мм, n = 3,9 мм, m = 7,7 мм. Из пропорции найдем превышениями м точки С относительно соседних горизонталей. Высота точки С определится как НС = 140 - 6,6 = 130 + 3,4 = 133,4 м Чаще всего высоты точек по карте определяют оценкой их положения относительно горизонталей на глаз. Это связано стем, что погрешность построения горизонталей на карте составляет примерно 1/3 от высоты сечения рельефа, а погрешность оценки на глаз положения точки значительно меньше, порядка 1/10 от величины заложения. Точка D (хребет. На этом фрагменте имеется подписанная высота точки местности (101,5 м. Учитывая высоту сечения рельефам, соседние сточкой м горизонтали имеют высоты 100 им (повышение рельефа в сторону точки D). Точка D находится между горизонталью 104 ми полугоризонталью 103 м, ближе к основной горизонтали. Оценкой на глаз Нм м. Точка Е (лощина. При высоте сечения рельефам точка Е находится между горизонталями 175 им посредине между ними. Таким образом, НЕ = 175,00 – 1,25 = 173,75 м. Точки F и G (седловина. При высоте сечения рельефам соседняя с вершиной горы горизонталь, кратная 5 м, имеет высоту 65 м. Переместимся в точку седловины. Первые по основанию гор горизонтали, находящиеся выше точки седловины, имеют высоту 55 м. Точка F находится на глаз нам выше горизонтали 55 м, те. Нм. Точка G находится на глаз посредине между горизонталями 40 им, значит Нм. Построение профиля Профиль – это вертикальный разрез рельефа местности по заданному направлению. Топографические профили местности используются для решения большого числа различных инженерных задач при составлении предварительных проектов строительства инженерных сооружений линейного типа, при составлении геологических разрезов, при определении на местности линий видимости между выбранными точками, для составления описания рельефа по выбранному маршруту и др. Построение профиля по направлению АВ показано на рис. 2.25. 1. Прочертить карандашом на карте линию АВ, направление которой задано тем или иным способом. Оценить максимальную и минимальную высоту по линии профиля. Н МАХ 88 м ; Нм. Задать горизонтальный и вертикальный масштабы профиля. Горизонтальной линией профиля является ось расстояний, вертикальной линией – ось высот. Масштабы профиля, построенного по топографической карте, по высоте и расстояниям различные. Обычно горизонтальный масштаб профиля равен масштабу топографической карты, на которой он строится, а вертикальный масштаб принимают враз крупнее горизонтального. Например, масштаб карты 1:50000. Следовательно, горизонтальный масштаб профиля равен 1:50000, а вертикальный масштаб – 1:5000. В некоторых случаях, для большей наглядности, применяют более крупные масштабы высот, либо укрупняют и горизонтальный масштаб. В любом случае для основания масштаба рекомендуется выбирать числа 1; 2; 2,5; 5 (1:1000, 1:200, 1:50 и т.п.). Горизонтальный масштаб 1:25000 (в 1 см 250 м) Вертикальный масштаб 1:2500 (в 1 см 25 м. На рисунке вертикальный масштаб принят 1:500 (в 1 см 5 м. Построить оси координат профиля и оцифровать их в соответствии с выбранными горизонтальными вертикальным масштабами Указать высоту условного горизонта. Условный горизонт (УГ) – это линия, абсолютная высота которой на графике профиля подбирается так, чтобы между нижней точкой профиля и линией условного горизонта оставалось место для нанесения другой информации, в отношении которой строится сам профиль. Рис. 2.25. Построение профиля местности по карте Условный горизонт УГ = 50 м. Отложить на горизонтальной линии отрезки, соответствующие пересечениям горизонталей с линией профиля, а также точек пересечения линии профиля с объектами ситуации (дорогами, линиями связи, объектами гидрографии, границами лесов и т.п.). 6. Нанести отмеченные точки на чертеже в соответствии сих абсолютными высотами. Полученные точки соединить плавной линией. В некоторых случаях на линии профиля можно определить высоты дополнительных точек. Если, например, точка находится между горизонталями, то ее высоту легко найти интерполированием заложения, как это пояснялось в разделе Н = Н Г ± (Δh) а, (2.24) 56 где Н Г – высота горизонтали а – заложение m – расстояние от горизонтали до точки линии профиля. Те. определяется аналогично определению высоты точки Св предыдущем разделе. При пересечении лощины (хребта) дополнительную точку определяют на линии водослива (водораздела) также методом интерполирования. При пересечении седловины для точки седловины принимают, что она находится на половине высоты сечения рельефа от ближайшей к ней гори- зонтали. Для точки 16, находящейся на вершине горы, определение высоты связано с построением однородного отрезка аб. В этом случае превышение точки б по отношению к вершине горы будет отрицательным б 85,0 – 87,8 = - 2,8 м. Длина отрезка аб равна 26 мм, отрезка а – 10 мм. Из пропорции находим, что h 16 = - 2,8 м (мм мм) = - 1,1 м Следовательно, высота точки 16 будет равна H 16 = 87,8 – 1,1 = 86,7 м. Если высоты точек профиля определяют дополнительно, то их значения записывают в скобках. В случаях, когда высота точки не может быть определена, точки с известными высотами соединяют на профиле линией сопряжения, характеризующей форму рельефа в данном месте. В сетке профиля выделить на глаз однородные склоны и вычислить для них уклоны. (Об определении уклонов см. п. Характерными точками рельефа и ситуации являются точки перегибов рельефа, линии водоразделов и водосливов (тальвеги), седловины, вершины гор (холмов, дна котловин (ям, пересечения с объектами линейного типа, гидрографией, а также и другие точки, представляющие интерес для исполнителя. Построение линии заданного уклона Обычно решают задачу построения линии предельного (возможного максимального) уклона (угла наклона). Углом наклона ν является угол в вертикальной плоскости между плоскостью горизонта и направлением на данную точку, либо направлением линии ската или заложения в выбранном месте рельефа. Тангенс угла наклона называется уклоном i tg ν = i (Величина заложения асвязана с углом наклона соотношением а= Δh ctg ν , (где Δh – высота сечения рельефа. В правом нижнем углу карты приводят график заложений, построенный с использованием формулы (2.26) для установленной для данной карты высоты сечения рельефа Для однородной линии тангенс угла наклона равен отношению превышения h крайних точек отрезка к горизонтальному проложению d между ними, те tg ν = h/d (В частном случае, для определения уклона местности между соседними сплошными горизонталями по заложению между ними можно записать, что ν = arctg(Δh / а ) (Значения уклонов задаются в разных формах. Простым значением тангенса угла наклона (0,0124, 0,005 и т.п.). Для сокращения записи значения уклона часто записывают его увеличенными на 1000 (0,002 → 2; 0,0236 → 23,6 и т.п.), при этом при произношении величины уклона обязательно добавляют слово тысячных. Часто величину уклона указывают в про-центах. Пример 2.16. Определение уклона линии (рис. 2.25). Решение. Для первого отрезка однородной линии профиля А горизонтальное проложение равном, превышение точки 2 относительно точки А положительное (в строке уклоны это отмечено соответствующим наклоном) 70,0 – 62,5 = +7,5 м. Уклон линии равен +7,5/500 = +0,015 = 15 тысячных. Например, для однородного отрезка 6-8, имеющего горизонтальное проложение 325 м, превышение отрицательное, -10 м. Уклон будет равен -10/325 = - 0,031 = -31 тысячная. Как следует из формулы (2.26), увеличение угла наклона или уклона соответствует уменьшению величины заложения. И наоборот. Значению предельного уклона пред соответствует и предельное значение угла наклона пред, а значит и предельная величина заложения а пред . Таким образом, при построении линии заданного уклона следует выбирать те направления на местности, по которым величина уклона не будет больше предельного, либо величина заложения не будет меньше предельного его значения. Порядок построения линии с заданным значением предельного уклона следующий (рис. Предположим, что необходимо построить на карте линию АВ со значением предельного уклона i = 0,026 (ν = о, соответствующего предельному значению заложения, показанного на рисунке. От точки А до точки 1 движение выполняется по линии АВ. Далее руч. Гремячий пересекается под прямым углом к линии водотока до точки 2. От точки 2 перемещение к точке В может выполняться по двум вариантами. Здесь очевидно, что вариант 1 является оптимальным, исходя из длины общей линии АВ. Однако следует иметь ввиду, что при оценке экономической целесообразности оптимальным может оказаться и второй вариант. Например, при изысканиях линейных сооружений (дорог, линий связи и т.п.) более выголным может оказаться путь в обход лесного массива Рис. 2.26. Построение на карте линии заданного уклона Возможны и другие варианты, например, вариант 3. Однако при постановке задачи проектирования кратчайшего расстояния этот вариант отпадает. Построение границы водосборного бассейна и зоны затопления Определение границы водосборного бассейна Водосборный бассейн представляет собой ту часть земной поверхности, с которой вода, поступающая из атмосферы, стекает по склонам неровностей и собирается затем водной точке водотока (лощины, оврага, реки и т.п.). При этом примем, что поступающая из атмосферы вода не будет поглощаться грунтом, а будет эвакуироваться по поверхности земли. Границей водосборного бассейна являются линии водоразделов. Для построения границы водосборного бассейна необходимо от заданной точки водотока А (рис. 2.27) подняться по линиям, перпендикулярным к горизонталям, до ближайшей водораздельной линии. Далее граница продолжается непосредственно по линиям водоразделов до их замыкания. Рис. 2.27. Построение водосборного бассейна и зоны затопления Используют границы водосборных бассейнов для последующего определения площади бассейна, необходимой при расчетах возможных притоков воды к отверстиям водопропускных систем под дорогами, при проектировании аэродромов ив других случаях. Водораздельные линии строят также перпендикулярно к горизонталям по хребтам через вершины гори точки седловин. Построение зоны затопления выполняют при проектировании 59 плотин, либо других гидротехнических сооружений, представляющих собой препятствие для свободного тока воды. Для построения зоны затопления исходной величиной является абсолютная высота плотины или подпорного сооружения, а также положение самой плотины 1-2 на местности. Абсолютная высота плотины задает абсолютную высоту горизонтали (рис. 2.27), которую сравнительно легко провести между горизонталями, имеющимися на карте. Граница зоны затопления показывает на карте местность, покрывающуюся водой после строительства плотины, что необходимо для принятия соответствующих предупредительных мер. Кроме того, использование горизонталей карты и отметки водного зеркала позволяет решить задачу о емкости водохранилища. Определение площадей на топографических картах и планах Существует несколько способов определения площадей аналитический, графический и механический. Аналитический метод заключается в определении площади земельного участка по результатам непосредственных или косвенных измерений линий, углов. Если площади земельных участков представляют собой простые геометрические фигуры (треугольники, многоугольники и т.п.), то их площадь определяют аналитически по размерам сторон треугольников, на которые следует разбить более сложные геометрические фигуры. В этом случае, если известны основания аи высоты h i , то площадь S многоугольника определяется как сумма нескольких треугольников (рис. 2.28 б Если в треугольнике известны все стороны a, b и сто для вычисления площади можно воспользоваться другой формулой ) )( )( ( c P b P a P P S − − − = (2.30) где Р – полупериметр треугольника. Если в треугольнике известны две стороны аи и угол между ними β , то площадь находится по формуле Площадь треугольника может быть найдена также и по известной стороне аи двум углами, прилежащим к ней Если известны прямоугольные координаты вершин многоугольника риса, то значение его площади может быть получено по формуле )] ( ) ( ) ( [ 5 , 0 1 1 1 3 2 2 1 − − + + − + − = n n n Y Y X Y Y X Y Y X S (2.33) или 1 1 1 3 2 2 Те. удвоенная площадь полигона равна сумме произведений абсциссы ординаты) каждой из точек на разность ординат последующей и предыдущей (абсцисс последующей и предыдущей) точек. Рис. 2.28. Аналитичесий (аи графический (б) способы определения площади многоугольника В зависимости от направления обхода значение площади может получиться со знаком минус. В связи с этим площадь надо брать по абсолютной величине. Вычисление площади многоугольника по координатам его вершин следует выполнять для контроля по формулами. Пример 2.17. Определение площади полигона по координатам его вершин. Исходные данные Точки 1 2 3 Хм, м 4563,842 4781,747 Решение = 0,5 [2156,847(4563,842 – 4763,226) + 1921,315(4781,747 – 4600,212) + 1541,242 (4763,226 – 4563,842) + 1756,211(4600,212 – 4781,747)] = 0,5[2156,847 (-199,384) + +1921,315 (181,535) + 1541,242(199,384) + 1756,211(-181,535)] = 46384,816 м = 0,5 [4600,212(1921,315 – 1756,211) + 4563,842(1541,242 – 2156,847) + 4781,747 (1756,211 – 1921,315) + 4763,226(2156,847 – 1541,242)] = 0,5[4600,212 (165,104) + +4563,842 (-615,605) + 4781,747(-165,104) + 4763,226(615,605)] = 46384,816 м 2 Ответы совпали Графический и механический методы используются для определения площадей на картографических изображениях Графический метод (рис. 2.28 б)предусматривает измерение на плане элементов сравнительно простых фигур (треугольника, прямоугольника, трапеции и др, позволяющих затем вычислить площадь. Сложные фигуры разбивают обычно на треугольники, в которых измеряют основание и высоту. В некоторых случаях и площади криволинейного контура также разбивают на треугольники или другие простые фигуры. Фигуры, на которые производят разбивку площадей объектов, должны быть по возможности крупными, мало вытянутыми, большая точность будет достигаться, например, при основании треугольника, равном его высоте, опущенной на это основание. Часто в пределах измеряемой площади есть линии или углы, величины которых известны из результатов непосредственных измерений на местности. В этом случае необходимо разбивку привязать к этим линиям или углами использовать известные данные при вычислении площади. Для повышения точности площадь фигуры следует определять не менее двух-трех раз, причем следует использовать разные разбивки. Расхождение в результатах определения площади по нескольким разбивкам не должно превышать 1:50 от величины площади всего участка. Рис. 2.29. Определение площади фигуры с помощью палеток а – квадратная палетка б – линейная палетка в – точечная палетка Механический метод определения площадей предусматривает использование палеток, ротометров, планиметров или других приборов. Определение площадей с помощью палеток. Принцип определения площади с помощью палетки пояснен на рис. 2.29. Палетка представляет собой прозрачную основу, на которой построена сетка квадратов с известной стороной (квадратная палетка, серия параллельных линий с известным расстоянием между ними (линейная палетка, упорядоченная группа точек с известными расстояниями между ними (точечная палетка. При использовании квадратной палетки для данного картографического материала определяют площадь элементарной ячейки (квадрата. Например, сторона квадрата равна 2 мм, масштаб карты 1:10000. В этом случае сторона квадрата на местности будет равна 20 м, а площадь – 400 м. Палетку накладывают произвольно на фигуру и определяют число полных квадратов (N) и число всех неполных квадратов (n). Площадь определяют по формуле S = 0,5 ( 2N + n ) S 0 (Пример 2.18. Определение площади с помощью квадратной палетки. Исходные данные риса Решением (при S 0 = 400 м 2 ). Похожий принцип реализуется и при использовании линейной палетки рис. 2.29 в. В качестве единичной площади здесь выступает элементарная полоса длиной l o , например, 1 см при известном расстоянии а между линиями. В пределах контура фигуры измеряют длины линий посредине между нанесенными на палетку параллельными линиями, суммируют их и переводят через значение S 0 в площадь. Если крайние границы контура образуют криволинейный треугольник, как это получилось на рисунке, то величину измеренного отрезка делят пополам. Те. площадь определяется в этом случае также, как и площадь треугольника. В примере, который приведен ниже, это учтено для соответствующих отрезков. Пример 2.19. Определение площади с помощью линейной палетки. Исходные данные (результаты измерения в пределах контура криволинейной фигуры (9,0:2 + 17,2 + 22,4 + 24,6 + 25,0 + 25,8 + 27,0 + 27,0 + 27,2 + 29,3 + 28,0 + 28,0 + 28,5 + 25,0 + 9,4:2 ) мм = 344,2 мм = 34,42 см. Площадь определяется на карте 1:5000. Расстояние между линиями палетки 2 мм. Длина единичного отрезка принята равной 1 см. Следовательно, единичная площадь ом м = 500 м 2 Решение. S = (500 · 34,42) = 17210 м 2 При использовании точечной палетки (рис. 2.29 б) определяют площадь зоны влияния каждой точки, которая, вообще говоря, равна площади квадрата, как ив квадратной палетке. В контуре подсчитывают число точек (N) и умножают его назначение элементарной площади. При этом рекомендуется не принимать во внимание точки, совпадающие с контуром измеряя- емой площади. Пример 2.20. Определение площади с помощью точечной палетки. Исходные данные ом (рис. 2.29 б). Решение. S = 200 · 87 = 17400 м 2 Для повышения точности площадь определяют несколько раз (5 – 6 раз) с произвольной перестановкой используемой палетки в любое положение в том числе и с поворотом относительно ее первоначального положения. За окончательное значение площади принимают среднее арифметическое из результатов измерений. Более точными простым в использовании является способ линейной палетки, в котором суммируются отрезки палетки, пересекающие контур. Определение площадей с помощью планиметра (рис. Планиметр был изобретен в 1850 г. русским конструктором П.А.Зарубиным. 63 Планиметр – это механический прибор, состоящий из полюсного рычага 1 с грузиком 3. Грузик содержит в центре иглу для закрепления его в устойчивом положении на столе. На другом конце полюсного рычага имеется сферическая шарнирная головка, которая свободно вставляется в гнездо 5 обводного рычага 2. На обводном рычаге имеется обводной штырь (игла) 4 и счетный механизм 6. Счетный механизм имеет дисковую шкалу 7 счета оборотов, счетное колесо 8, один оборот которого соответствует одному делению дисковой шкалы. Внешний ободок счетного колеса скользит по бумаге и за счет трения проворачивается и приводит в движение через червячную передачу дисковую шкалу. Со шкалой счетного колеса сопряжена шкала нониуса 9, по которой берут отсчет дробной части наименьшего деления шкалы счетного колеса. Рис. 2.30. Планиметр- полюсный рычаг 2 – обводной рычаг 3 – груз 4 – игла 5 – гнездо 6 – счетный механизм 7 – дисковая шкала 8 – счетное колесо 9 – нониус. Полный отсчет (рис. 2.30) содержит четыре значащих цифры я – отсчет по шкале диска (3); я – подписанное число на дисковой шкале до нулевого индекса нониуса (5); я – число полных наименьших делений от ближайшей по возрастанию подписанной цифры счетного колеса до нулевого индекса нониуса (8); я – ближайшее от нулевого индекса нониуса деление, совпадающее с делением шкалы счетного колеса (2). Таким образом, отсчет равен Последовательность измерения площади фигуры. Установить планиметр на карте таким образом, чтобы при обводе фигуры угол между полюсными обводным рычагом не был меньше о и больше о. При этом колесо счетного механизма обязательно должно перемещаться по поверхности бумаги. Если фигура большая, те. не обеспечивается поставленное выше условие, то ее следует измерять по частям. После подбора установки планиметра закрепить полюс нажатием на грузик ив дальнейшем при измерениях не смещать. Установить обводную иглу в точку фигуры, имеющей известную площадь и находящейся примерно в том же месте, что и измеряемая площадь. Такой фигурой может быть один, два или несколько квадратов километровой сетки системы прямоугольных координат карты. Если на картографическом материале отсутствуют фигуры известной площади, то можно их построить. Например, окружность известного радиуса, треугольник, квадрат и т.п. Взять начальный отсчет А о по шкалам счетного устройства (например, А о = 5783 ). 3. Аккуратно обвести фигуру с известной площадью с возвращением в начальную точку. Взять отсчет Во (например, Во = 5648 ). 4. Установить обводную иглу в точку фигуры с неизвестной площадью и взять начальный отсчет А (например, А = 4277 ). 5. Аккуратно обвести фигуру с неизвестной площадью с возвращением в начальную точку. Взять отсчет В (например, В = 4203 ). 6. Вычислить разности отсчетов С о =А о - Во и С = А – В Со = 5783 – 5648 = 135 ; С = 4277 – 4203 = 74 7. Вычислить площадь фигуры. Предположим, что известная площадь о о = 4 км, тогда = O O C C S S . В приведенном примере S = (4 км · 74) : 135 = 2,193 км 2 Отношение о / Со = μ называется ценой деления планиметра. Таким образом, S = μС. Для повышения точности измерений площадь определяют несколько раз по схеме, приведенной выше. Целесообразно обвод площадей (известной и неизвестной) выполнять почасовой и против часовой стрелки, те. один полный прием измерения площади будет заключаться в двойном измерении. Обычно достаточно двух полных приемов. Окончательное значение площади находят как среднее арифметическое из результатов полных приемов изме- рений. Если планиметр содержит два отсчетных устройства, то достаточно выполнить один полный приемно при использовании во всех случаях двух отсчетных устройств, те. по каждой из точек брать по два отсчета, например, А о1 , А о2 , Во, Во, А, Аи т.д. До начала работы с планиметром необходимо выполнить его поверки в соответствии с указаниями, приводящимися в инструкции по пользованию, либо в другой соответствующей литературе. При решении различных задач требования к точности определения площадей различные. В связи с этим в каждом случае требуется выбирать и способ определения площади. В настоящее время выпускаются планиметры различных конструкций, в том числе и электронные планиметры, выдающие результаты измерений на механическое или электронное табло. На рынке геодезических приборов 65 представлены механические планиметры полярного типа ППМ (Россия, механические планиметры полярного типа фирмы Sokkia КР, КР, планиметры механические роликового типа КР, КР, электронные полярного типа PLANIX 5, роликового типа PLANIX 7 и др. |