Геодезия 1 Предмет геодезии. Геодезия – наука о фигуре Земли и ее размерах, проводит измерения на поверхности Земли с целью определения взаимного положения точек, занимается съемкой местности, составлением карт, планов, решает задачи, необходимые для народного хозяйства и обороны страны. -Высшая геодезия (изучает фигуру Земли, ее размеры, выполняет высокоточные измерения для определения координатных точек); -Геодезия (съемка местности, составление карт, планов); -Картография (составление различных карт, издание и использование карт, планов); -Аэрофотосъемка (съемка местности с различных летательных аппаратов, составление карт и планов по результатам съемки); -Инженерная геодезия (съемка небольших объектов местности, выбор участка для строительства, составление карт и планов для вопросов проектирования, задачи обеспечения строительства объекта). 2 Краткий исторический обзор развития геодезии. 1. С древнейших времен до конца 17в., когда землю принимали за шар. 2. С конца 17в. До второй половины 19в., когда считали, что Земля является сплюснутым у полюсов шаром, близким к эллипсоиду вращения. 3. Со второй половины 19в. До сороковых годов 20в., когда установили, что более правильно представлять Землю трёхосным эллипсоидом, который является моделью более сложной формы Земли – геоида. 4. С сороковых годов 20в. До настоящего времени, когда за фигуру Земли принимают тело, ограниченное физической поверхностью земли. Геодезия (в переводе с греч. – землеразделение) - это одна из наиболее древних наук нашего мира. Как и прочие науки, потребность в развитии геодезии обуславливалась потребностью человеческого общества. Так, еще за несколько тысячелетий до нашей эры, древние греки, индийцы, египтяне и жители средней Азии использовали геодезические работы для прокладки тоннелей, строительства дорог, каналов, сооружений. В России геодезия начала развиваться с ХI века. Связано это с измерением ширины Керченского пролива. Однако уже с XII века геодезия получила широкое распространение и у нас – для исследования местности и составления карт были осуществлены многие экспедиции к побережью Северного Ледовитого океана, в Сибирь, Новую Землю и на Дальний Восток. В 1570 году увидела свет первая геодезическая карта Московского государства под названием "Большой чертеж". Следующий всплеск развития геодезии приходится на время правления Петра I. Так, в Москве в 1701 году в школе математических и навигационных наук началось обучение первых профессиональных геодезистов. В 1739 году при Петербургской академии наук создается Географический департамент, в 1758 году его руководителем становится Ломоносов М.В. За время управления Ломоносовым исправляются карты "Атласа Российского" (вносятся новые более точные данные) и создаются несколько новых карт. Огромнейший вклад в развитие геодезии внесло генеральное межевание, проходившее с 1765 года по 1855 год. По площади покрытия – от Европейской России до Крыма. Для измерения углов использовалась астролябия, а для линий – железная цепь в десять саженей длиной. Для подготовки специалистов по межеванию в 1779 году в Москве специально открывается Константиновское землемерное училище (в 1835 году преобразовано в Константиновский межевой институт). Немалую роль в развитие геодезии внесли русские ученые Струве и Теннер. Их работа по измерению дуги меридиана протяженностью 25º осуществлялась на протяжении 15 лет (с 1816 года по 1831 году). Из-за нарастающей популярности топографии в 1822 году создается Корпус военных топографов, который проводил геодезические и астрономические исследования, топографические съемки местности. На момент создания Корпуса уже действовали и занимались съемками и изучением местности - Переселенческое управление, межевое ведомство, Геологический комитет и Русское географическое общество. 3 Понятие о фигуре и размерах Земли. Первоначальное представление о фигуре Земли – шар (Пифагор). Земля, вращаясь вокруг оси, имеет сжатие, форму, близкую к эллипсоиду. Уровенная поверхность – выпуклая линия, в каждой точке которой направление силы тяжести перпендикулярно к этой уровенной поверхности (на примере силы тяжести – отвесная линия). Поверхность Геоида – уровенная поверхность, совпадающая с поверхностью морей и океанов в спокойном их состоянии и мысленно продолженная под материками. Земной эллипсоид – эллипс, характеризующий форму и размеры Земли вообще. Земной эллипс, который принят для обработки геодезических измерений и установления системы геодезических координат (а=6 378 245 м, α=(а-b)/а=1/298,3, b= 6 356 863 м, где а и b - большая и малая полуоси эллипса, α – полярное сжатие). 4 Величины, подлежащие измерению в геодезии. При всем многообразии геодезических измерений все они сводятся в основном к трем видам: - линейные – определяются расстоянием между заданными точками; - угловые – определяются значением горизонтальных и вертикальных углов между направлениями на заданные точки; - высотные(нивелирование) – определяются разности высот отдельных точек. За единицу линейных и высотных измерений в геодезии принят метр. Единицей для измерения углов служит градус. Градус содержит 60 угл. мин., минута делиться на 60 угл. сек. Измерения различают равноточные и неравноточные: - равноточные – это измерения однородных величин, выполняемые с помощью приборов одного класса, одним и тем же методом, одним исполнителем при одних и тех же условиях; - неравноточные – это все остальные измерения. 5 Понятие о топографических планах и картах. Топографическая карта – уменьшенное обобщенное и построенное по определенным математическим законам изображение значительных участков поверхности земли на плоскости. Топографический план – уменьшенное и подобное изображение на бумаге горизонтальных проекций контуров и форм рельефа местности без учета сферичности Земли. План - уменьшенное и подобное изображение на бумаге ситуации рельефа местности(ортогональное проецирование участков земной поверхности 20х20 на горизонтальную плоскость) Масштаб-до 1:5000 Карта - уменьшенное изображение на плоскости, составленное в проекции ГауссаКрюгера, содержащее изображение ситуации рельефа с учетом кривизны. Масштаб-с 1:1000 6 Масштаб и его точность. Виды масштабов. Масштаб – степень уменьшения изображения на плане контуров местности. М карт: 1:100 000, 1:50 000, 1:25 000, 1:10 000. М планов: 1:5000, 1:2000, 1: 1000, 1: 500. Точность Масштаба – горизонтальное расстояние на местности, соответствующее на карте 0,1 мм Численный Масштаб – отношение длины линии на плане к длине горизонтального проложения этой линии на местности. Горизонтальное проложение – длина ортогональной проекции линии на горизонтальную плоскость. Линейный Масштаб – прямая линия, разделенная на равные отрезки. Поперечный Масштаб – график, основанный на пропорциональном делении отрезков. 7 Условные знаки, используемые при составлении топографических планов и карт. Условные топографические знаки – изображение местных предметов на топографических планах и картах. Условные знаки: - масштабные (контурные) (пашни, луга, леса, моря, озера). Изображают предметы подобными оригиналу, по ним можно определить размеры и форму; - внемасштабные (ширина дорог, малых рек, мосты колодцы). Определяют местоположение предметов, по ним нельзя определять их размеры. - Пояснительные условные знаки, представленные значком, числом, надписью или всем этим вместе, служат для дополнительной характеристики объектов. Условные знаки дополняются знаками и цифровыми данными, дающими характеристики предметов. 8 Рельеф земной поверхности и его изображение на планах и картах. Формы рельефа. Принцип изображения рельефа горизонталями. Рельеф – совокупность неровностей земной поверхности. Формы и изображение рельефа: Горизонталь – линия равных высот на карте. Высота сечения рельефа – разность высот соседних горизонталей. Заложение – расстояние между соседними горизонталями на плане. Основные формы рельефа: - гора, холм, сопка; - котловина – чашеобразное замкнутое со всех сторон углубление; - хребет – вытянутая возвышенность, постепенно понижающаяся в одном напр. и имеющая два крутых склона, пересечение которых образует ось хребта; - лощина – вытянутое углубление, постепенно понижающееся в одном напр. - седловина – пониженная часть м/у двумя соседними возвышенностями. 9 Высота сечения рельефа, заложение, уклон и их взаимосвязь. Высота сечения рельефа – разность высот соседних горизонталей. Заложение – расстояние между соседними горизонталями на плане. Уклон – это тангенс угла наклона линии к горизонту. При помощи масштаба заложений определяется угол наклона и соответственно уклон. Высота сечения рельефа, заложение, уклон и их взаимосвязь. -Разность высот смежных горизонталей называется высотой сечения рельефа и обозначается буквой h. Высота сечения рельефа в пределах плана или карты строго постоянна. Её выбор зависит от характера рельефа, масштаба и назначения карты или плана. Для определения высоты сечения рельефа иногда пользуются формулой h = 0,2 мм · М, где М – знаменатель масштаба. Такая высота сечения рельефа называется нормальной. - Расстояние между соседними горизонталями на плане или карте называется заложением ската или склона. Заложение есть любое расстояние между соседними горизонталями, оно характеризует крутизну ската местности и обозначается d. Вертикальный угол, образованный направлением ската с плоскостью горизонта и выраженный в угловой мере, называется углом наклона ската ν. Чем больше угол наклона, тем круче скат. -Другой характеристикой крутизны служит уклон i. Уклоном линии местности называют отношение превышения к горизонтальному проложению. Из формулы следует, что уклон безразмерная величина. Его выражают в сотых долях (%) или тысячных долях – промиллях (‰).Если угол наклона ската до 45°, то он изображается горизонталями, если его крутизна более 45°, то рельеф обозначают специальными знаками. Эти характеристики связаны формулой 10 Понятие о цифровых моделях рельефа местности и их использование в строительстве. Под термином цифровая модель рельефа (ЦМР) понимают математическое представление участка земной поверхности, полученное путем обработки материалов топографической съемки. ЦМР состоит из двух категорий данных: геометрической и семантической. Геометрические данные содержат информацию о пространственном положении моделируемой поверхности и, как правило, могут быть представлены в виде функции двух переменных z = F(x, y), где z - отметка точки; x и y - северная и восточная координаты. Семантические данные характеризуют принадлежность точек поверхности к различным типам топографических объектов (поле, луг, дорога, река и т.д.). Эти данные имеют вид специальных семантических кодов, приписываемых дискретным элементам цифровой модели. Исходными данными для построения ЦМР являются съемочные точки. Каждая точка должна быть задана, как минимум, пятью параметрами: - номером точки; - северной координатой x; - восточной координатой y; - отметкой z; - семантическим кодом. : Понятие о цифровых моделях рельефа местности и их использования в строительстве. В последнее время без использования цифровых моделей рельефа (ЦМР) не обходятся многие ГИС- проекты. Задачи, решаемые путем применения ЦМР разнообразны и среди них можно выделить следующие: вычисление уклонов и экспозиции склонов, что важно в строительстве дорог и продуктопроводов, сельском хозяйстве при выборе полей под культуры с разными требованиями к освещенности и др.; анализ поверхностного стока на территории; моделирование затопления территорий; анализ видимости, который используют при планировании коммуникационных сетей, в военном деле и других отраслях; ортокоррекция изображений; измерение площадей и объемов, получение профилей поверхности; просмотр данных в трех измерениях, создание виртуальных полетов над местностью и светотеневых моделей. Для решения таких задач требуются цифровые модели рельефа с различной плановой и высотной точностью. Источниками информации для построения ЦМР служат топографические карты, стереопары аэро- и космических снимков, данные радиолокационной съемки и т.п. На точность построения рельефа оказывают влияние многие факторы, такие как, пространственное разрешение и геометрическое качество изображений, состояние атмосферы, масштаб карты, точность опорных точек и др. 11 Номенклатура топографических карт и планов. Система условного обозначения (буквами и цифрами) листов, планов и карт различных масштабов называется – номенклатурой карт. Основой номенклатуры составляет карта в масштабе 1:1000000. Для листа такой карты принят участок земной поверхности в 4* по широте(ряды) и 6* по долготе(колонны). Земная поверхность изображена картами 1:1000000 полученными разделением на 60 полос меридианами и на 22 пояса, называемых рядами. 12 Система координат и высот, применяемые в геодезии. Существует две системы координат: географическая и прямоугольная – они даются на топографических картах. Географическая – в системе географических координат местоположение точки на уровенную поверхность определяется двумя углами, которые называются широтой () и долготой (). Широтой () точки называется угол, образованный отвесной линией проходящей через эту точку и плоскостью экватора. Изменяется в пределах до 90' (рис.). Долготой () называется двугранный угол, образованный плоскостями, проведёнными через данную точку и начальный (гринвичиский) меридиан. Изменяется т 0' до 180'. ЗВ – восточная долгота (+), ВЗ – западная долгота (-). Для определения географических координат на картах наносят параллели и меридианы. Меридианы – это линии пересечения уровенной поверхности плоскостями, проходящими через ось вращения Земли, т.е. плоскостями долгот. Параллели – это линии пересечения уровенной поверхности плоскостями, перпендикулярными оси вращения Земли, т.е. плоскостями широт. 13 Географическая система координат. Существует две системы координат: географическая и прямоугольная – они даются на топографических картах. Географическая – в системе географических координат местоположение точки на уровенную поверхность определяется двумя углами, которые называются широтой () и долготой (). Широтой () точки называется угол, образованный отвесной линией проходящей через эту точку и плоскостью экватора. Изменяется в пределах до 90' (рис.). Долготой () называется двугранный угол, образованный плоскостями, проведёнными через данную точку и начальный (гринвичиский) меридиан. Изменяется т 0' до 180'. ЗВ – восточная долгота (+), ВЗ – западная долгота (-). Для определения географических координат на картах наносят параллели и меридианы. Меридианы – это линии пересечения уровенной поверхности плоскостями, проходящими через ось вращения Земли, т.е. плоскостями долгот. Параллели – это линии пересечения уровенной поверхности плоскостями, перпендикулярными оси вращения Земли, т.е. плоскостями широт. 14 Понятие о зональной системе плоских прямоугольных координат Гаусса-Крюгера. Поверхность эллипса делят меридианами на равные 6-градусные интервалы – зоны. Счет зон ведут от Гринвича на восток. В каждой зоне проводят осевой меридиан. Поверхность эллипса оборачивают в цилиндр. Точки, находящиеся в зоне проектируются из центра эллипса на поверхность цилиндра. При этом линия осевого меридиана зоны соприкасается с поверхностью цилиндра. Поверхность цилиндра разрезают по образующим и разворачивают в плоскость. Выбор размера зоны (6° или 3°) зависит от масштаба выполняемых в данном районе съемок. Долгота осевого меридиана 6-градусной зоны: λ0=6° n - 3°,где n-номер зоны. В каждой зоне задается своя система прямоугольных координат, в которой ось абсцисс – осевой меридиан, а ось ординат – экватор. Координатами какой-либо зоны являются ее расстоянием от экватора и от осевого меридиана. На территории России абсциссы всех точек положительны, для того чтобы ординаты точек были положительны, осевой меридиан зоны условно переносят на 500 км к западу. 15 Ориентирование линии. Склонение магнитной стрелки и сближение меридианов. Азимуты, дирекционные углы и румбы. Ориентировать объект (направление) – определить его расположение относительно известного направления (север-юг). В системе прямоугольных координат углами ориентирования являются дирекционный уголи румб. Дирекционным углом называют горизонтальный угол, отсчитываемый от положительного направления линии параллельной оси абсцисс, по ходу часовой стрелки до направления ориентируемой линии.Изм. от 0° до 360°. Дирекционный угол в разных точках прямой одинаков. Связь между азимутом и дирекционным углом:A=± (-западное сближение меридиан, + - восточное сближение меридиан)об=пр+180˚. Для того чтобы вести все вычисления с углами первой четверти вводится понятие румба. Азимут – горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления истинного меридиана, изм. от 0° до 360°. А2-1=А1-2 +180° + γ. Румб – острый горизонтальный угол, отсчитываемый от ближайшего направления меридиана (север или юг) до заданного направления. Изм. от 0° до 90°.Обратный румб отличается от прямого только противоположной стороной света. 16 Взаимосвязь дирекционных углов и румбов. Связь между дирекционным углом и румбами: 0-90° r1= α1 (СВ); 90-180° r2=180°- α2 (ЮВ); 180-270° r3= α3-180° (ЮЗ); 270-360° r4=360°-α4 (СЗ). 17 Связь между дирекционными углами смежных линий. Дирекционный угол а заданного напрвления называется прямым, а противоположного направления - обратным а' . а'=a+180 На основании зависимости между прямыми и обратными дирекционными углами можем написать: α1 + β1 = α0 + 180° из данного выражения следует, что α1 = α0 + 180° – β1 (1). Аналогично вычисляются дирекционные углы последующих сторон теодолитного хода: α2 + β2 = α1 + 180° → α2 = α1 + 180° – β2 (2) α3 + β3 = α2 + 180° → α3 = α2 + 180° – β3 (3) То есть, дирекционный угол последующей стороны равен дирекционному углу предыдущей стороны плюс 180° и минус угол, лежащий справа по ходу. 18 Решение прямой геодезической задачи. Прямой геодезической задачей - называют вычисление геодезических координат - широты и долготы некоторой точки, лежащей на поверхности земли, по координатам другой точки и по известным длине и дирекционному углу данного направления, соединяющей эти точки. Для определения координат точки в прямой геодезической задаче обычно применяют формулы: 1) нахождения приращений: 2) нахождения координат: 19 Решение обратной геодезической задачи. В обратной геодезической задаче находят дирекционный угол и расстояние: 1) вычисляют румб по формуле: 2) находят дирекционный угол в зависимости от четверти угла: четверти: Первая четверть Вторая четверть Третья четверть Четвертая четверть знак приращения +X, +Y -X, +Y -X, -Y +X, -Y диреционный угол a=r a = 180 - r a = 180 + r a = 360 - r 3) определяют расстояние между точками: 20 Способы определения площадей на планах и картах, их точность. - Графический. Заключается в разбивке участка на плане на простейшие фигуры, вычислении площадей их в отдельности и последующем суммировании. Определение элементов фигур для вычисления их площадей производится графически. - Аналитический. Вычисление по формуле П=0,5 yi(xi-1 – xi+1)=0,5 xi(yi+1 – yi-1), где i=1,2,3...n. - Механический. Использование специального прибора – планиметра. Наиболее употребляемые – полярные планиметры (состоит из двух рычагов) Наиболее точный – аналитический способ 1/1000. Точность остальных способов характеризуется относительными погрешностями: механический – 1/200-1/300, графический – 1/100. 21.Общие понятия о геодезических измерениях. Виды измерений. 1. Угловые измерения; выполняют теодолитом, измеряют горизонтальные углы, углы наклона. 2. Линейные измерения: непосредственный способ (с помощью лент, рулеток, проволок); косвенный способ (дальномеры – оптические, светодальномеры). 3. Нивелирование (изменение превышений): геометрическое (горизонтальным лучом визир.); тригонометрическое (наклонным лучом визир.). 22.Погрешности геодезических измерений. Свойства случайных погрешностей измерений. Если принять какую-то в-ну за истинную X, измерив ее, получим результат измерения l. lX=∆, ∆ - истинная ошибка погрешности измерения в общем случае рассматривают как сумму трех составляющих ее видов погрешности: грубой, систематической, случайной. Ошибки бывают: элементарные (зависят от одного фактора), совокупные (несколько факторов), по происхождению, по причине. Классификация ошибочных измерений: 1. Грубые ошибки, которые при заданных условиях измерений превышают установленный предел. Грубые ошибки – результат просчета. Их обнаруживают повторными измерениями и исключают. 2. Систематические ошибки, которые сохраняют свой знак и в-ну или изменяются по в-не в небольших пределах. Возникают из-за неправильной методики измерений, неисправности прибора, внешних условий. Их полностью исключить нельзя, можно уменьшить. 3. Случайные ошибки, характер и влияние которых на каждое отдельное измерение остаются неизвестными. Свойства случайных погрешностей: - Случайная ошибка в заданных условиях измерения не может превышать установленного предела; - Положительные и отрицательные ошибки равновозможны; - Малые по абсолютн.в-не ошибки встречаются чаще, чем большие; - Предел среднего арифметического из суммы случайной ошибки стремится к нулю, если число изм. m стремится к бесконечности. 23. Критерии, используемые при оценке точности измерений. 24.Равноточные измерения. Понятие об арифметической средине. Равноточные – это результаты измерений однородных величин, выполняемые с помощью приборов одного класса, одним и тем же методом, одним исполнителем при одних и тех же условиях. Все остальные измерения относятся к неравноточным. Понятия об арифметической средине При неоднократном измерении одной и той же величины, для которой истинное значение X неизвестно, из ряда измерений l1, l2,.. ., ln, произведенных в одинаковых условиях, находят среднее арифметическое значение данного результата которое называют арифметической срединой. При числе измерений n, стремящемся к бесконечности, арифметическая средина стремится к истинному значению X. Практически при ограниченном числе результатов равноточных измерений среднее арифметическое считают наиболее надежным результатом при любом числе измерений n. 25.Оценка качества функций измеренных величин. 26.Неравноточныхе измерения. Понятие веса. Неравноточные измерения – измерения, выполненные в различных условиях, приборами различной точности, различным числом приемов и т.д. Надежность результата, выраженная числом, называется его весом. Чем надежнее результат, тем больше его вес. Вес связан с точностью результата измерения, которая характеризуется средней квадратической погрешностью. Поэтому вес результата измерения принимают обратно пропорциональным квадрату средней квадратической погрешности. По определению веса p его общее математическое выражение можно записать: pi = c/m2i, где с – некоторая постоянная в-на – коэффициенту пропорциональности, m – средняя квадратическая ошибка измерения. Обычно вес какого-либо результата принимают за единицу и относительно его вычисляют веса остальных неизвестных. 27.Виды геодезических измерений на местности. Сущность угловых, линейных измерений и измерений превышений. Принцип измерения горизонтальных и вертикальных углов. Горизонтальные углы, порядок наблюдений: 1) Способ приёмов. В т. О устанавливают теодолит, в т. А и В – визирные цели. А) центрирование. Основная ось теодолита должна проходить через вершину угла (т. О) Б) нивелирование. Плоскость лимба должны быть горизонтальна, т.е. основная ось должна быть отвесна В) Наводят визирную ось трубы на т.А берут отсчет аL (при круге лево КЛ) Г) Открепляют алидаду; наводят визирную ось зрительной трубы на т.В; берут отсчет bL (при КЛ) Д) Вычисляют значение угла βL=bL-aL Е) Аналогичные действия выполняют при КП (круге право) (aR КП, bR КП): βR= bR- aR Ж) Осуществляют контроль правильности измерений. Разность значений Δβ= βL- βR не должна превышать по абсолютной величине двойной точности теодолита: |Δβ|≤2t. В этом случае выч-ют среднее значение угла βср= βL+βR/2 – это среднее свободно от коллимационной ошибки. 2) Способ круговых приемов – применяют, когда число направлений >2. В т. О устанавливают теодолит, визируют на все направления по ходу часовой стрелки. В конце измерений для контроля наблюдают начальное направление. Аналогичные действия выполняют при другом положении круга, визируют против хода часовой стрелки. Измерение вертикального угла: Лимб жестко скреплен со зрительной трубой. Алидада всегда неподвижна. Необходимые условия измерения: 1) визирная ось должна проходить через нулевой диаметр лимба (00-1800). 2) Ось уровня должна быть параллельна нулевому диаметру алидады. Если эти условия выполнены, то при горизонтальном положении визирной оси отсчет по вертикальному кругу должен быть равен 0. Обычно эти условия немного нарушены, и отсчет отличается от нуля – «место нуля» (МО - отсчет по шкале вертикального круга, при котором визирная ось зрительной трубы горизонтальна, а пузырек уровня находится в нуль пункте) Измерение угла наклона при КП. ν- угол наклона между направлением визирной оси и ее горизонт проекцией, R- отсчет по лимбу при КП, М- наблюдаемая точка. ν=R-MO. При КЛ L-отсчет по лимбу при КЛ. ν=МО+(3600-L), ν=МО-L. У различных типов теодолитов оцифровка вертикального круга не одинаковая. До начала измерений необходимо посмотреть оцифровку, а затем применять формулы. У Т-30- оцифровка от 00 до3600 против часовой стрелки. ν=(L-R-1800)/2, МО=(R+L+1800)/2, ν=MO-R-1800=L-MO. Геодезические измерения – измерения, проводимые в процессе топографо-геодезических работ. Принципом геодезических измерений является физическое явление, положенное в основу геодезических измерений. В геодезических средствах измерений используется ряд принципов, реализующих различные физические явления: оптический, оптико-механический, оптикоэлектронный, электромагнитный, импульсный, фазовый, спутниковый, доплеровский, интерференционный и др. принципы. Методом геодезических измерений является совокупность операций по выполнению геодезических измерений в соответствии с реализуемым принципом измерений, выполнение которых обеспечивает получение результатов с заданной точностью Объектами геодезических измерений являются предметы материального мира (местности, сооружения, строительной площадки, производственного помещения и т.д.), которые характеризуются одной или несколькими геодезическими величинами, подлежащими измерениям. Вид геодезических измерений – классификационная категория геодезических выделяемая по признаку измеряемой геодезической величины. измерений, Различают следующие виды геодезических измерений: Угловые (геодезические) измерения – вид геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной являются горизонтальные и (или) вертикальные углы (зенитные расстояния). Линейные (геодезические) измерения – вид геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной являются длины сторон геодезических сетей (расстояния или их разности). Геодезические измерения превышений – вид линейных геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной являются разности высот пунктов (точек). 28.Основные части геодезических приборов и их назначение. Основные части теодолита и их назначение. 1- лимб- оцифрованная составляющая горизонтального круга 2- ось горизонт круга входит в алидаду 3- зрительная труба, при вращении вокруг основной оси HH’ образует коллимационнуюплть 4- подставки(колонки) зрительной трубы 5- цилиндрический ур-нь 6- вертикальный круг (для измерения углов наклона) находится на осн оси зрит трубы 7- подставка с подъемными винтами 29.Уровни, их точность, зрительная труба и ее параметры. Подготовка зрительной трубы к наблюдению. В геодезических приборах различают уровни: цилиндрические, круглые, контактные. 1) Цилиндрические. Верхняя поверхность ампулы – сферическая, чем больше радиус кривизны поверхности, тем точнее уровень. Ампулу, заполненную подогретым спиртом или эфиром, который после остывания образует пузырек, помещают в металлическую оправу, снабженную исправительным винтом. Точка О в средней части ампулы – нуль пункт. Касательная к внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте – ось уровня UU’. Точность уровня: τ=l*ρ”/R, ρ”-постоянная величина=206265”, Rрадиус кривизны, τ – угол, образованный осью уровня UU’ когда пузырек в нульпункте, и той же осью, когда пузырек смещен на одно деление ампулы. 2) Круглый уровень используется для предварительной установки (наименее точный) 3) Контактный– наиболее точный, над уровнем уст система призм, позволяющая привести пузырек в нуль-пункт наиболее точно (точность в 5-6 раз выше, чем у обычных уровней. Зрительная труба: 1-объектив, 2-окуляр, 3-фокусирующая линза, 4-пластинка сетки нитей, 5-фокусир барабан(кремальера). Зрительная труба имеет три оси: (главная) визирная ось (для наблюдений, измерений) проходит через оптический центр объектива и центр сетки нитей, оптическая – соединяет оптический центр объектива и окуляра, геометр ось – проходит через центры сечений зрит трубы в объективе и окуляре. Параметры зрит трубы: 1) Увеличение (см рис) АВ – предмет, V- увеличение, <β-предмет виден в зрит трубу, <α-предмет виден невооруженным глазом; V=β/α=fоб/fок, fоб-фокусное расстояние объектива, fок-окуляра. Колебание увеличения от15 до 50 2) Поле зрения аb- сетка нитей, об-объектив, <φ - характеризует поле зрения трубы. φ=38,20/V. 3) Точность визирования mV=60”/V, 60”-критич угол. 30. Отсчетные устройства теодолита. Отсчитывание – это определение положения отсчетного индекса относительно штрихов рабочей меры. В оптических теодолитах отсчитывание может вестись по одной стороне лимба ГК и ВК – односторонняя система отсчитывания при двух положениях круга или одновременно по двум диаметрально противоположным его частям – двухсторонняя система отсчитывания при любом положении круга. Отсчетные устройства: штриховой и шкаловой микроскопы. Эксцентриситет горизонтального круга. С помощью отсчетных устройств в теодолитах считывают показания с лимбов. В современных точных и технических теодолитах применяются штриховые микроскопы (отсчет по штриху-индексу) и шкаловые микроскопы (отсчет по шкале), а высокоточных теодолитах используют микрометры. Отсчетный микроскоп через систему призм и линз выводит в окуляр изображения градусных делений горизонтального и вертикального кругов. (На рис.23а (далее исправлен) показано поле зрение штрихового микроскопа с изображением штриха и лимбов с ценой деления в 10': вертикального В и горизонтального Г. Визуально оценивая десятые доли делений лимбов с точностью до 1', отсчеты на рисунке В=7˚ 45' и Г=345˚ 54'. В поле зрения шкалового микроскопа теодолита 2Т30 (рис.23б) цена деления лимба составляет 1 , отсчетная шкала разделена через 5', отсчеты на рисунке В = -9˚ 37', Г = 293˚ 42'.) В теодолитах со штриховыми и шкаловыми микроскопами отсчеты производят по одному концу диаметра лимба. Для уменьшения влияния эксцентриситета горизонтального круга (рис.23.2)несовпадения оси вращения прибора С' с центром кольца делений лимба C - измерение горизонтального угла производят дважды: при круге лево (отсчет М') и при круге право (отсчет N'). Так как при этом отсчеты берутся по диаметрально противоположным концам лимба, то среднее из полученных результатов не содержит погрешности от влияния эксцетриситета (M+N)/2 =(M'+N')/2. 31.Классификация современных теодолитов. В настоящее время отечественными заводами в соответствии с действующим ГОСТ 10529 – 96 изготавливаются теодолиты четырех типов: Т05, Т1, Т2, Т5 и Т30. Для обозначения модели теодолита используется буква "Т" и цифры, указывающие угловые секунды средней квадратической ошибки однократного измерения горизонтального угла. По точности теодолиты подразделяются на три группы: технические Т30, предназначенные для измерения углов со средними квадратическими ошибками до ±30"; точные Т2 и Т5 – до ±2" и ±5"; высокоточные Т05 и Т1 – до ±1". ГОСТом 10529 – 86 предусмотрена модификация точных и технических теодолитов. Так, например, теодолит Т5 должен изготовляться в двух вариантах: с цилиндрическим уровнем при алидаде вертикального круга и с компенсатором, заменяющим этот уровень. Теодолит с компенсатором при вертикальном круге должен обозначаться дополнительно буквой "К", например обозначается Т5К. Технические и эксплуатационные характеристики теодолитов постоянно улучшаются. Шифр обновленных моделей начинается с цифры, указывающей на соответствующее поколение теодолитов: 2Т2, 2Т5К, 3Т5КП, 3Т30, 3Т2, 4Т30П и т.д. По конструкции предусмотренной ГОСТ 10529 – 96 типы теодолитов делятся на повторительные и не повторительные. У повторительных теодолитов лимб имеет закрепительный и наводящий винты и может вращаться независимо от вращения алидады. Неповторительная система осей предусмотрена у высокоточных теодолитов. 32.Устройство теодолита 2Т30П. Теодолит – устройство, предназначенное для измерения горизонтальных углов, углов наклона и расстояний. 1 Становой винт 2 Нитяной отвес 3 Головка штатива 4 Подъемные винты 5 Закрепительный винт лимба 6 Закрепительный винт алидаты 7 Наводящий винт алидаты 8 Цилиндрический уровень 9 Наводящий винт зрительной трубы 10 Барабан Кремальеры 11 Закрепительный винт зрительной трубы 12 Зрительная труба 13 Микроскоп отчетного устройства 14 Вертикальный круг 15 Дно футляра 16 Трегер 17 Зеркало подсветки 18 Лимб 19 Наводящий винт лимбы 33.Поверки и юстировки теодолита 2Т30П. Поверки теодолита. II’- основная ось – ось вращения алидады, UU’- ось уровня (касательная к нуль-пункту внутренней пов-ти), VV’- визирная ось (проходит через крест нитей и оптический центр объектива), ТТ’- ось вращения трубы (образует коллимационную пл-ть) (см рис) 1-ая поверка: Ось цилиндричур-няд.б. перпендикулярна основной оси (VV’┴II’) 2-ая: Визирная ось д.б.перпендик-на к оси вращения трубы (VV’┴TT’) 3-я: Ось вращения трубы д.б. перпендик-на основной оси (TT’┴II’) 4-я: Сетка нитей не должна иметь перекоса. Наводят зрит трубу на отвес, помещенный в защищенном от ветра месте, отклонение вертикальной сетки от нити отвеса не должно превышать толщину нити. 34.Установка теодолита в рабочее положение. а) центрирование – совмещение основной оси II’с вершиной угла при помощи отвеса б) нивелирование – (горизонтирование) – приведение основной оси II’ в отвесное положение с помощью подъемных винтов в) подготовка зрительной трубы для наблюдений: -установка по глазу (фокусировка сетки нитей), осуществляется с помощью окулярного кольца -установка по предмету (фокусировка зрительной трубы), осуществляется с помощью барабана кремальеры -устранение параллакса осуществляется одновременным вращением кольца и барабана кремальеры 35.Способы измерения горизонтальных углов. Контроль и точность измерения. Горизонтальные углы, порядок наблюдений: 1) Способ приёмов. В т. О устанавливают теодолит, в т. А и В – визирные цели. А) центрирование. Основная ось теодолита должна проходить через вершину угла (т. О) Б) нивелирование. Плоскость лимба должны быть горизонтальна, т.е. основная ось должна быть отвесна В) Наводят визирную ось трубы на т.А берут отсчет аL (при круге лево КЛ) Г) Открепляют алидаду; наводят визирную ось зрительной трубы на т.В; берут отсчет bL (при КЛ) Д) Вычисляют значение угла βL=bL-aL Е) Аналогичные действия выполняют при КП (круге право) (aR КП, bR КП): βR= bR- aR Ж) Осуществляют контроль правильности измерений. Разность значений Δβ= βLβR не должна превышать по абсолютной величине двойной точности теодолита: |Δβ|≤2t. В этом случае выч-ют среднее значение угла βср= βL+βR/2 – это среднее свободно от коллимационной ошибки. 2) Способ круговых приемов – применяют, когда число направлений >2. В т. О устанавливают теодолит, визируют на все направления по ходу часовой стрелки. В конце измерений для контроля наблюдают начальное направление. Аналогичные действия выполняют при другом положении круга, визируют против хода часовой стрелки. известно несколько способов измерения горизонтальных углов: это способ отдельного угла (способ приемов), способ круговых приемов, способ во всех комбинациях и др. Точность измерения горизонтального угла зависит главным образом от погрешностей самого прибора (за счет эксцентриситета алидады, коллимационной ошибки и др.), от точности установки прибора и вех, от точности визирования и отсчитывания по кругу. Можно считать, что погрешность отсчета по верньерам в среднем равна половине точности верньера. Например, в теодолите с точностью верньера Г погрешность отсчета равна 0,5'; в теодолите 30-секунд-ной точности погрешность отсчета 15". Влияние этой погрешности на окончательный результат можно уменьшить, измеряя угол способом повторений. Влияние погрешности центрирования теодолита увеличивалось с уменьшением длин сторон угла и с приближением его к 180°. Так, при длине стороны Ь, равной 20 м, и погрешности центрирования, равной 2 см, погрешность измерения угла, близкого к 180°, может достигнуть ±7'. Поэтому в подобных случаях теодолит необходимо центрировать особенно тщательно, не допуская отклонения острия отвеса от точки более чем на 2—3 мм. Погрешность наведения трубы на знак, установленный в конце стороны измеряемого угла, также возрастает при коротких сторонах, поэтому вместо вехи в этих случаях следует устанавливать над точкой шпильку от стальной ленты или гвоздь. При хорошем состоянии прибора и при соблюдении основных правил измерения угла (отсчитывание по двум верньерам, измерение угла полным приемом, наведение на цель путем ввинчивания наводящего винта) инструментальные ошибки несущественны. В результате исследований установлено, что предельная погрешность измерения угла одним приемом при соблюдении всех принятых правил и мер предосторожности не превышает для верньерного теодолита полуторной точности верньера, т.е. для 1-минутного теодолита ±1,5', а для 30-секундного ±45". 36.Измерение вертикального угла. Понятие о МО вертикального круга. Лимб жестко скреплен со зрительной трубой. Алидада всегда неподвижна. Необходимые условия измерения: 1) визирная ось должна проходить через нулевой диаметр лимба (00-1800). 2) Ось уровня должна быть параллельна нулевому диаметру алидады. Если эти условия выполнены, то при горизонтальном положении визирной оси отсчет по вертикальному кругу должен быть равен 0. Обычно эти условия немного нарушены, и отсчет отличается от нуля – «место нуля» (МО - отсчет по шкале вертикального круга, при котором визирная ось зрительной трубы горизонтальна, а пузырек уровня находится в нуль пункте) Измерение угла наклона при КП. ν- угол наклона между направлением визирной оси и ее горизонт проекцией, R- отсчет по лимбу при КП, М - наблюдаемая точка. ν=R-MO. При КЛ L-отсчет по лимбу при КЛ. ν=МО+(3600-L), ν=МО - L. У различных типов теодолитов оцифровка вертикального круга не одинаковая. До начала измерений необходимо посмотреть оцифровку, а затем применять формулы. У Т-30оцифровка от 00 до3600 против часовой стрелки. ν=(L-R-1800)/2, МО=(R+L+1800)/2, ν=MO-R-1800=L-MO. 37.Источники ошибок угловых измерений. Оценка точности результатов измерений. Ошибки угловых измерений – случайные и систематические – делят на три группы: личные, приборные и из-за влияния внешней среды. Наиболее трудно устранить систематические ошибки, поэтому их необходимо тщательно изучать и сводить к минимуму путем введения поправок или соответствующей организации измерений. Влияние случайных ошибок ослабляют, увеличивая число приемов измерений до определенной величины. Личные ошибки измерений возникают из-за несовершенства системы наблюдательприбор. К личным можно отнести случайные и систематические ошибки визирования, случайные ошибки совмещения изображений штрихов лимба и отсчитывания по шкале оптического микрометра; систематические ошибки из-за неодинаковой освещенности штрихов лимба, ошибки отсчета по накладному уровню, позволяющему определять поправки в направлении за наклон вертикальной оси теодолита. Приборные ошибки возникают из-за неточного изготовления узлов и деталей, остаточных погрешностей регулировки прибора и юстировки и т.п. К приборным относят ошибки из-за различия номинальной и фактической цен деления окулярного и отсчетного микрометров, погрешности хода фокусирующей линзы зрительной трубы, эксцентриситет лимба и алидады, ошибки диаметров лимба, коллимационные ошибки, ошибки из-за наклона оси вращения трубы, вертикальной оси теодолита, лимба, ошибки вследствие температурных деформаций узлов теодолита и др. Ошибки из-за влияния внешней среды являются наиболее существенным источником систематических ошибок при угловых измерениях. В первую очередь к ним относят оптическую рефракцию, которая, если не принять мер по ее учету, лимитирует дальнейшее повышение точности угловых измерений. К этой группе относят ошибки из-за кручения и гнутия геодезических сигналов и др. 38.Линейные измерения. Принцип измерения длин линий. Прямые и косвенные измерения. Косвенный способ измерения расстояний. Измерение расстояния с помощью дальномеров. Различают дальномеры: оптические, светодальномеры и радиодальномеры. Принцип измерение расстояния сводится к решению треугольника, в котором по малому углу β и противолежащей стороне (базису) b нужно вычислить расстояние D. D=b*ctgβ Различают дальномеры: с постоянным углом и переменным базисом, с постоянным базисом и переменным углом. Представителем оптич дальномера с пост углом явлнитяной дальномер. В поле зрения трубы теодолита имеются дополнительные штрихи (дальномерные); они позволяют с помощью рейки с делениями измерить расстояние от теодолита до рейки. 39. Методика измерения длин линий мерными лентами и рулетками. Поправки, вводимые в измеряемые длины линий. Длина 20, 24, 40 метров; ширина 20-30см. Ленты бывают шкаловые и штриховые. На металлической ленте наносят метровые, полуметровые и дециметровые отметки. Для дециметровых лент точность отсчета – 1см. Любая измеряемая линия должна быть закреплена. Измерения линии производят путем последовательного укладывания ленты между точками. l-длина рабочей меры (лента или рулетка), n-число полных уложений мерного прибора, r-остаток. D=l*n+r. Длина D разнится с d-горизонтальным проложением на ΔD. d=DΔDk+ΔDt+ΔDh(ν), ΔDk+ΔDt+ΔDh(ν)=ΔD. ΔDk-поправка за компарирование (сравнение рабочей меры с эталоном)=D*Δl/l, Δl=l-l0- поправка в рабочую меру, l0эталон; ΔDt=D*α(tизм-t0)- поправка за температуру, tизм-темп измерения, t0-темп компарирования, α-коэффициент линейного расширения материала из которого изготовлена раб мера; ΔDh(ν)-поправка за наклон, ΔDh= ΔDν=-h2/2D=-2D*sin2(ν/2). Точность измерения рулетками и мерными лентами 1/2000, проволокой-1/100000. 40.Дальномеры, их классификация. Принцип измерения длин линий светодальномером. Различают дальномеры: оптические, светодальномеры, радиодальномеры.С постоянным углом и переменным базисом, с постоянным базисом и переменным углом. Малые дальномеры(насадки) измеряют расстояние до 500м ±2мм; большие до 2000м с погрешностью 2-3 мм на 1км хода. Время измерения 10-15 секунд. Возможность измерять расстояние с использованием электромагнитных волн основывается на известной зависимости пути S, проходимого волной за время t. Эта зависимость выражается уравнением прямолинейного равномерного движения: S=Vt. В одной точке находится приемо-передатчик, в другой – отражатель. Сигнал от передатчика направляется в приемник одновременно по двум путям: на дистанцию – «измерительный», и непосредственно без выхода на дистанцию – опорный. Т.к. сигналы образованы одним передатчиком, то их различие зависит от разности пути. 41.Измерение длин линий оптическими дальномерами. Принцип измерения расстояния нитяным дальномером. Представителем оптического дальномера с пост углом является нитяной дальномер. Теор нитяного дальномера. т.М – на поверхности земли, ↑-ось инструмента, об- объектив, F-фокус, Р-расстояние между дальномерными штрихами, АВ-нивелирная рейка, n-кол-во делений на рейке, β-малый параллакт угол, δ-расстояние от оси до объектива, f-фокусное расстояние объектива, D’- расстояние от фокуса до рейки, D-расстояние от оси инструмента до рейки. D=D’+f+δ, обозначим f+δ=с- постоянная дальномера, тогда D=D’+с. D’=n/2*ctg(β/2) (из постр). Т.к. β мал, тогда ctg(β/2)=2ctgβ, D'=n*ctgβ. Обозначим ctgβ=k-коэф дальномера, тогда D=kn+c. В современных приборах: с=0,1м-мало, β=34’,38, ctg34’,38=k=100. Относительная ошибка измерения расстояния нитяным дальномером: 1/300-1/400. 42. Определение недоступного расстояния. 43.Нивелирование. Методы нивелирования. Нивелирование-изменение превышений. -Геометрическое нивелирование - выполняется горизонтальным лучом визирования -Тригонометрическое – выполняется наклонным лучом визирования. -Физическое - основано на использовании различных физических явлений (барометр. нивелиров.,гидростатич.,гидродинамич.) 2. Нивелирование — определение разности высот двух или многих точек земной поверхности относительно условного уровня (напр., уровня океана, реки и пр.), т.е определение превышения. Существуют следующие методы нивелирования: 1. Геометрическое (нивелиром и рейками); 2. Тригонометрическое (угломерными приборами (в осн. теодолитом посредством измерения наклонения визирных линий с одной точки на другую); 3. Барометрическое (при помощи барометра). 4. Гидростатическое (основано на свойстве жидкости сообщающихся сосудов всегда находиться на одном уровне, независимо от высоты точек, на которых установлены эти сосуды) 5. Аэрорадионивелирование (осуществляется с помощью радиовысотомеров, установленных на самолетах) 6. Механическое (производится с помощью приборов, автоматически вычерчивающих профиль проходимого пути) 7. Стереофотограмметрическое. 8. Радиолокационное. Геометрическое нивелирование производится горизонтальным визирным лучом, который получают чаще всего при помощи приборов, называемых нивелирами. Точность геометрического нивелирования характеризуется средней квадратической погрешностью нивелирования на 1 км двойного хода равной от 0.5 до 10.0 мм в зависимости от типа используемых приборов. Тригонометрическое нивелирование предусматривает измерение расстояния и угла наклона, которые необходимы для вычисления превышения по тригонометрическим формулам. Точность определения превышения на станции зависит от погрешностей измерений угла и расстояния и обычно на один порядок (в 10 раз) меньше чем при геометрическом нивелировании. Гидростатическое нивелирование основано на свойстве поверхности жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаться на одной высоте. Этот метод применяют для выверки строительных конструкций по высоте в стесненных условиях, а также при наблюдениях за деформациями инженерных сооружений. Точность определения превышений достигает 0.1 - 1.0 мм. Барометрическое нивелирование использует зависимость высот точек местности от величины атмосферного давления в этих точках. Наиболее точные барометры позволяют определять превышения с погрешностью 0.3 -0.5 м. Радиолокационное нивелирование производят с летательных аппаратов посредством определения длины пути прохождения электромагнитных волн отраженных от земной поверхности. Механическое нивелирование производят при помощи специального прибора, содержащего датчик углов наклона продольной оси транспортного средства относительно маятника, сохраняющего отвесное положение, и датчик пути. Погрешность такого нивелирования со скоростью 30 км/ч от 0.3 до 0.6 м на 1 км хода. 44.Геометрическое нивелирование. Способы геометрического нивелирования. Порядок работы на станции. Контроль измерений. Геометрическое нивелирование выполняется горизонтальным лучом визирования. Геометрическое нивелирование, при котором превышение между точками получают как разность отсчетов по рейкам при горизонтальном положении визирной оси нивелира. Этот метод является наиболее простым и точным, но позволяет с одной постановки прибора получить превышение не более длины рейки. Геометрическое нивелирование выполняется горизонтальным лучом визирования 1)Нивелирование из середины HA=HB+h 2)Нивелирование вперёд. Целесообразно применять в том случае, когда на небольшом участке необходимо определить превышение или высоты нескольких точек. Удобно высоты точек определять через горизонт прибора. h=i-bHГП=HA+i, HB=HГП-b. 2. Способы геометрического нивелирования. Геометрическое нивелирование основано на применении нивелира, который обеспечивает горизонтальное положение линии визирования. Геометрическое нивелирование может быть выполнено также с помощью теодолита-тахеометра. Различают 2 способа геометрического нивелирования: «из середины» и «вперед». При нивелировании «из середины» нивелир устанавливают посередине между точками. Визирная ось инструмента приводится в горизонтальное положение. На точках А и В устанавливают отвесные рейки. Точка, высота которой известна, называется задней, а точка, высота которой определяется, называется передней. Визируя поочередно на заднюю и переднюю рейку, берут отсчеты. Превышение определяется как разность заднего и переднего отсчетов: h=a-b. Для контроля отсчеты берут по черным и красным сторонам рейки. Превышение подсчитывают дважды: как разность черных отсчетов и как разность красных отсчетов. По известной высоте HA и измеренному превышению h вычисляют высоту в точке В: HB=HA+h. Этот способ применяют при проложении нивелирных ходов. Он позволяет снизить влияния погрешностей. При геометрическом нивелировании «вперед» нивелир устанавливается над одной из нивелируемых точек. При этом окуляр зрительной трубы нивелира располагается над точкой. В определяемой точке устанавливают рейку. Визирная ось инструмента приводится в горизонтальное положение. Берут отсчет по рейке b и измеряют высоту инструмента i. Превышение h подсчитывают из выражения : h=i-b. Высоту точки В определяется по формуле:HB=HA+h. Если с одной станции измеряют высоты нескольких точек, то выполняют расчеты по горизонту инструмента: HГИ=HA+h. Высота определяемой точки: HB=HГИ-b. 45.Классификация нивелиров и нивелирных реек. В зависимости от устройств, применяемых для приведения визирной оси трубы в горизонтальное положение, нивелиры изготавливают двух видов - с цилиндрическим уровнем на зрительной трубе и с компенсатором углов наклона, т.е. без цилиндрического уровня. Нивелиры бывают трех классов точности: а) Н-05, Н-1, Н-2 - высокоточные для нивелирования I и II классов; б) Н-3 - точные для нивелирования III и IV классов; в) Н-10 - технические для топографических съемок и других видов инженерных работ. Число в названии нивелира означает среднюю квадратическую погрешность в мм нивелирования на 1 км двойного хода. Для обозначения нивелиров с компенсатором к цифре добавляется буква -К, а для нивелиров с горизонтальным лимбом - буква Л, например Н-10КЛ. 46.Устройство нивелира с цилиндрическим уровнем. Поверки, юстировки. 1)Окуляр 2)Зрительная труба 3)Коробка цилиндрического уровня 4)Барабан кремальеры 5)Объектив 6)Закрепительный винт 7)Наводящий винт 8)Трегер 9)Подъемные винты 10)Пружинная пластина 11)Исправительный винт круглого уровня 12)Элевационный винт 13)Круглый уровень (для предварительной установки прибора) Поверки:1)Ось круглого уровня должна быть параллельна основной оси 2)Вертикальный штрих сетки нитей должен быть параллелен основной оси 3)Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси. 47Устройство нивелира с компенсатором. Поверки, юстировки. Наводящий винт; Корпус нивелира; Объектив; Барабан кремальеры; Окуляр; Зрительная труба; Круглый уровень (для предварительной установки прибора); Зеркало; Подъемные винты; Фокусирующая линза; Подвижная призма компенсатора; Неподвижная призма компенсатора; Сетка нитей; Демпфер. Поверки: 1) Ось круглого уровня должна быть параллельна основной оси 2)Вертикальный штрих сетки нитей должен быть параллелен основной оси 3)Визирный луч должен быть горизонтален в пределах угла компенсации. 48.Точность геометрического нивелирования. Источники ошибок измерения превышений и способы их ослабления. Источники ошибок при геометрическом нивелировании. Ошибка установки визирной линии трубы в горизонтальное положение по уровню; при t = 25" она достигает 3" - 4". Для расстояния 100 м это приводит к ошибке отсчета по рейке 2 мм. Ошибка отсчета из-за ограниченной разрешающей способности трубы нивелира; при увеличении V = 25x эта ошибка достигает 1.2 мм на 100 м расстояния. Нарушение главного условия нивелира; при нивелировании строго из середины эта ошибка исключается. Наклон рейки. Для уменьшения влияния наклона рейки ее рекомендуется слегка покачивать вперед-назад около вертикального положения; при отсчетах меньше 1000 мм рейку качать нельзя. При покачивании рейки отсчеты по ней изменяются; наименьший отсчет является правильным. Ошибка нанесения делений на рейке. Общая ошибка отсчета по шашечной рейке нивелиром Н3 оценивается в 4 мм на 100 м расстояния. 49. Влияние кривизны земли и вертикальной рефракции при измерении превышений между точками. При нивелировании строго из середины влияние кривизны Земли и рефракции почти полностью исключается. Это - первое теоретическое обоснование нивелирования из середины. Влияние рефракции может быть исключено не полностью, так как условия прохождения луча до задней и передней реек могут отличаться. Инструкция дает строгий допуск на неравенство расстояний до задней и передней реек: для нивелирования IV класса этот допуск равен 5 м, а для нивелирования I класса - 0,5 м. 50.Сущность тригонометрического нивелирования. Вывод основной формулы. Тригонометрическое нивелирование – определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки с помощью угла наклона визирного луча, проходящего через две точки местности, Выполняют тригонометрическое нивелирование с помощью теодолита в точке А угол наклона визирного луча, проходящего через визирную цель в точке В, и зная горизонтальное расстояние s между этими точками, высоту инструмента l и высоту цели а разность высот h этих точек вычисляют по формуле: h = stg + l - a. Тригонометрическое нивелирование называют также геодезическим или нивелированием наклонным лучом. Оно выполняется теодолитом; для определения превышения между двумя точками нужно измерить угол наклона и расстояние. В точке А устанавливают теодолит, в точке В - рейку или веху известной высоты V. Измеряют угол наклона зрительной трубы теодолита при наведении ее на верх вехи или рейки (рис.4.38). Длину отрезка LK можно представить как сумму отрезков LC и CK с одной стороны и как сумму отрезков LB и BK с другой. Отрезок LC найдем из ΔJLC: LC = S*tg ν , остальные отрезки обозначены на рисунке. Рис.4.38 Тогда LC + CK = LB + BK и S * tg( ν) + i = V + h. Отсюда выразим превышение h h = S * tg(ν) + i - V. (4.67) Выведем формулу превышения из тригонометрического нивелирования с учетом кривизны Земли и рефракции. Вследствие рефракции луч от верхнего конца вехи идет по кривой, а визирная линия трубы будет направлена по касательной к этой кривой в точке J. Визирная линия трубы пересечет продолжение вехи в точке L1, а не L. Проведем уровенные поверхности в точках A, B, J (рис.4.39). Проведем касательную к уровенной поверхности в точке J и обозначим: высоту прибора - i, высоту вехи - V, горизонтальное проложение линии AB - S. Превышение точки B относительно A выражается отрезком BK. Отрезок L1K на рис.4.39 можно выразить через его части двумя путями: L1K = L1E + EF + FK, L1K = L1L + LB + BK. Рис.4.39 Отрезок L1E найдем из Δ JL1E. Этот треугольник можно считать прямоугольным, так как угол L1EJ очень мало отличается от прямого, всего лишь на величину центрального угла ε =(S / R)*r. Этот угол при S = 1 км не превосходит 0.5'. Итак, L1E = JE * tg(ν), но поскольку JE = S, то L1E = S * tg(ν). Отрезок EF выражает влияние кривизны Земли: EF = p = S2 / 2*R; отрезок FK равен высоте прибора FK = i; отрезок L1L выражает влияние рефракции: L1L = r * (S2 / 2*R) * k = p * k; отрезок LB равен высоте вехи V. Таким образом, S * tg(ν) + p + i = r + V + h, откуда h = S * tg(ν) + (i - V) + (p - r), или h = S * tg(ν) + (i - V) + f. (4.68) При измерении расстояния с помощью нитяного дальномера формула превышения несколько изменяется; так как S = (Cl + c)* Cos2(ν), то h = 0.5*(Cl + c)*Sin(2*ν) + i - V + f = h'+ i - V + f, Величину h'= 0.5*(Cl + c)*Sin(2*ν) называют тахеометрическим превышением. При S = 100 м величиной f можно пренебречь, так как f = 0.66 мм . S2 , где S - расстояние (в сотнях метров). Ошибка измерения превышения из тригонометрического нивелирования оценивается величиной от 2 см до 10 см на 100 м расстояния. При последовательном измерении превышений получается высотный ход; в высотном ходе углы наклона измеряют дважды: в прямом и обратном направлениях. 51.Определение высоты недоступного сооружения. Работа выполняется с помощью теодолита, мерной ленты или рулетки. Для этого необходимо на местности разбить базис d такой длины, чтобы его конечные точки M и N отстояли от основания определяемого предмета, примерно, в полуторной высоте этого предмета, и угол b3 (β3)в вершине с недоступным предметом (мачты) "О" был не менее 300 . Базис d измеряется дважды с относительной погрешностью 1/2000. С концов базиса M и N измеряются полным приемом горизонтальные углы b 1 и b2, вертикальные углы n1 и n2 при точке N и n3 и n 4 – при точке М, наведением зрительной трубы на верхнюю точку А и основание предмета (мачты) О. Отсчет по вертикальному кругу при наблюдении верхней точки и основания предмета производится при КЛ и КП. Обработка наблюдений начинается с определения горизонтальных расстояний d1 и d2 по формулам: , Углы наклона определяются по известной формуле вертикального круга для теодолитов типа 2Т30, то есть Полная высота предмета (мачты) Н определяется из формулы: . Вычисленные значения высоты предмета Н по обеим формулам могут различаться в пределах 2–3 см. За окончательное значение высоты предмета принимается среднее арифметическое из полученных значений. 52.Основные сведения о геодезических сетях и методах их создания. Геодезическая сеть - это группа зафиксированных на местности точек, для которых определены плановые координаты (X и Y) в принятой двухмерной системе координат Принцип построения геод. сетей: от общего к частному от больших расстояний к меньшим расстояниям от более точных измерений к менее точным. Методы построения геодезических сетей: 1. Триангуляция- создается путем построения на местности простых фигур, чаще всего – треугольников. Во всех треугольниках измеряются горизонтальные углы; сторону АБ измеряют светодальномером или радиодальномером. Затем по теореме синусов вычисляют стороны треугольников, после решают прямую геодезическую задачу. 2. Трилатерация –измерение всех сторон светодальномером или радиодальномерами. Вычисляют горизонт углы. Последующие вычисления смотри метод триангуляции. Методы триангуляции и трилатерации целесообразно использовать на открытых территориях (степь, пустыня, залесенная территория (над пунктом строится сигнал)). 3.Полигонометрия –универсальный метод используется как на открытой местности, так и на закрытой (в городах). Измеряют горизонт углы и стороны. От дирекционного угла αА-Б стороны АБ переходят к дирекционному углу αА-1 стороны А1. По известному дирекционному углу и измеренным горизонтальным углам можно вычислить дирекционные углы сторон. Зная α и d (длину стороны) можно вычислить координаты искомых точек. 53.Плановое обоснование топографических съемок. Полевые работы. Требования, предъявляемые к проложению теодолитных ходов. Создается с целью обеспечения всех съёмок и всех стадий проектирования. Плановое обоснование может быть в виде замкнутого и разомкнутого теодолитного хода, системы теодолитных ходов с угловыми точками. Полевые работы при создании планового съемочного обоснования: 1)Рекогносцировка местности; 2)Измерение ходов полным приемом теодолитом с технической точностью; 3)Измерение длин сторон (с относительной ошибкой не грубее 1/2000, лентами и рулетками); 4)Камеральная обработка результатов. Согласно ГОСТу выпускают три типа реек: РН-05, РН-3, РН-10 РН-05 – штриховая трёхметровая рейка с инварной полосой, на которую нанесены основная и дополнительная шкала с делениями 5 мм., предназначены для нивелирования 1 и 2 классов и высокоточного нивелирования в прикладной геодезии. РН-3, РН-10 – сантиметровые, шашечные, двусторонние, 3 и 4-метровые рейки, целые или складные. РН-3 используют при нивелировании 3 и 4 классов. 54.Камеральная обработка материалов теодолитного хода. Камерные работы-работы ,которые производятся зимой в кабинете (камера по-латыни означает комната) с целью окончательной обработки в летнее время полученного материала полевой работы. Делаются подсчеты, составляются карты, от-четы, статьи, книги для печати, являющиеся результатом произведенных на месте геологических, геофизических, разведочных и проч. работ. Назначение: автоматизация обработки инженерно-геодезических изысканий, полученных из журналов полевых измерений. Функции программного обеспечения: расчет и уравнивание теодолитных ходов различной конфигурации; обработка результатов тахеометрической съемки местности; обработка результатов нивелирования; решение задач геодезической привязки (снесение координат, треугольник и др.); вычисление площади замкнутого полигона по координатам его граничных точек; нанесение результатов расчета и уравнивания на карту; формирование и печать ведомостей решения геодезических задач. Описание применения: Для выполнения камеральной обработки инженерно-геодезических изысканий в ГИС «Карта 2008» предусмотрен программный комплекс «Геодезические вычисления». Процедуры, входящие в состав программного комплекса позволяют выполнить обработку данных полевых измерений, нанести результаты расчетов на карту и составить отчетную документацию в виде расчетных ведомостей данными в ходе выполнения расчетов. Процедуры, входящие в состав комплекса позволяют выполнить расчеты и уравнивание геодезических измерений для последующего использования результатов в целях составления топографических планов, формирования землеустроительной документации, проектирования и мониторинга сооружений линейного типа, построения моделей рельефа и пр. Все режимы предназначены для обработки «сырых» измерений и предусматривают табличную форму ввода данных. Внешний вид и порядок ввода максимально приближены к традиционным формам заполнения полевых журналов. Обязательные поля для ввода информации выделяются цветом. Вряд ли нужно: Информацию в таблицы можно вводить ручным или автоматическим способами. При автоматическом способе ввода, данные для таблиц получаются в результате импорта геодезических измерений. Для этих целей в диалогах предусмотрена кнопка «Импорт». Введенные данные можно сохранить для повторного использования, кнопки и «Сохранить» «Чтение». Результаты расчетов и уравнивания можно нанести на карту (кнопка ) или оформить в виде отчетной ведомости (кнопка ). Предусмотрена возможность сохранения, полученных в ходе расчетов координат точек в каталоге координат. Каталог координат представляет собой таблицу базы данных в формате DBF и предназначен для хранения и использования планово высотного обоснования, координат точек теодолитных ходов и пикетов. 55.Высотное обоснование топографических съемок. Полевые и камеральные работы. Точки высотного обоснования, как правило, совмещают с точками планового обоснования. Высотное обоснование создают методами геометрического или тригонометрического нивелирования. Удаление нивелира от реек должно превышать 150м. Разность плеч не должна превышать 20м. Нивелируют по двум сторонам рейки. Расхождение превышений не должно превышать ±4мм. Высотное съёмочное обоснование обычно создается в виде сетей нивелирования IV класса или технического нивелирования. На больших площадях при создании высотного обоснования методом геометрического нивелирования получают редкую сеть пунктов, которая в последующем сгущается высотными ходами. В этих ходах превышения определяют тригонометрическим способом. Для получения необходимой точности в инструкциях по топографическим съемкам регламентируют точность измерений превышений, методику их определения и предельные длины высотных ходов. По назначению, составу и методам исполнения полевых и камеральных работ различают два вида фототеодолитной съемки — топографическую и специальную. При топографической фототеодолитной съемке, выполняемой с целью получения топографических карт и планов в масштабах 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10 000, в состав работ входят: 1) составление проекта работ (выбор масштаба съемки, составление программы работ и сметы на них, календарного плана) 2) рекогносцировка участка съемки (осмотр ситуации и рельефа местности, выбор типа геодезической опорной сети съемочного обоснования, мест расположения базисов фотографирования и контрольных точек); 3) создание геодезической опорной сети (установка знаков сети, измерения в сети, предварительное вычисление координат и отметок точек сети); 4) создание съемочного рабочего обоснования и планово-высотная привязка точек базисов и контрольных точек; 5) фотографирование местности; 6) измерение длин базисов фотографирования; 7) лабораторные и камеральные работы. 2.2 Камерные работы-работы ,которые производятся зимой в кабинете (камера по-латыни означает комната) с целью окончательной обработки в летнее время полученного материала полевой работы. Делаются подсчеты, составляются карты, от-четы, статьи, книги для печати, являющиеся результатом произведенных на месте геологических, геофизических, разведочных и проч. работ. Камерные работы-работы ,которые производятся зимой в кабинете (камера по-латыни означает комната) с целью окончательной обработки в летнее время полученного материала полевой работы. Делаются подсчеты, составляются карты, от-четы, статьи, книги для печати, являющиеся результатом произведенных на месте геологических, геофизических, разведочных и проч. работ. Назначение: автоматизация обработки инженерно-геодезических изысканий, полученных из журналов полевых измерений. Функции: расчет и уравнивание теодолитных ходов различной конфигурации; обработка результатов тахеометрической съемки местности; обработка результатов нивелирования; решение задач геодезической привязки (снесение координат, треугольник и др.); вычисление площади замкнутого полигона по координатам его граничных точек; нанесение результатов расчета и уравнивания на карту; формирование и печать ведомостей решения геодезических задач. Процедуры, входящие в состав комплекса позволяют выполнить расчеты и уравнивание геодезических измерений для последующего использования результатов в целях составления топографических планов, формирования землеустроительной документации, проектирования и мониторинга сооружений линейного типа, построения моделей рельефа и пр. Все режимы предназначены для обработки «сырых» измерений и предусматривают табличную форму ввода данных. Полевые работы-работы, которые топограф, геолог, горноразведчик и т. п. предпринимает с инструментами в руках обыкновенно в летнее, сезонное, время с выходом в поле (а также в лес или горы) для выполнения намеченной им задачи. Иногда полевые разведочные работы могут происходить и зимой, и даже их производить зимой удобнее, как, напр., разведки на золото в руслах рек ,глубокое алмазное и др. разведочное бурение. Нынешние геофизические методы разведок также допускают зимнюю полевую работу. 56.Методы топографических съемок. Тахеометрическая съемка – топографическая съемка, выполняемая с помощью тахеометра и дальномерной рейкой, в результате которой получают план местности с изображением ситуации и рельефа. 57.Способы съемки ситуации местности. Существует 5 способов: 1)Способ прямоугольных координат (Перпендикуляров); 2)Способ полярных координат (mβ=1/2000); 3)Способ угловой засечки (биполярных координат) применяется для съёмки удалённых сооружений;4)Способ линейной засечки. Длина измеряемой линии не должна превышать длины рабочей меры; 5)Способ створов. Результаты измерений заносят в специальный журнал – абрис. 58.Особенности съемки застроенных территорий. 2.Особенности съемки застроенных территорий. 1.Горизонтальная съемка застроенных территорий в масштабах 1:2000 - 1: 500 выполняется самостоятельности или в сочетании с высотной съемкой. Горизонтальная съемка выполняется способами: полярным, створов, графоаналитическим, засечек, перпендикуляров (абсцисс и ординат), стереотопографическим. При всех способах горизонтальной съемки должны составляться абрисы, производиться обмеры контуров зданий (сооружений) и измеряться контрольные связки между ними. 2.Съемка застроенной территории должна производиться с пунктов (точек) опорной и съемочной геодезических сетей (приложение Г). Производить съемку с точек мензульных ходов не разрешается. Створные точки, определяемые от пунктов и точек геодезической основы, должны определяться с точностью не менее 1:2000. При использовании способа засечек допускаются углы в пределах от 30° до 150°. 3.Измерение горизонтальных углов при съемке следует выполнять теодолитом при одном положении вертикального круга со средней погрешностью не более 1' и с контролем ориентирования лимба на станции, расхождение от первоначального ориентирования допускается не более 1,5'. 4. Накладка контуров капитальных зданий (сооружений) с помощью транспортира допускается при величине полярных расстояний до 6 см в масштабе плана. При полярных расстояниях, превышающих указанную величину, накладка таких контуров на план должна производиться по координатам. 5. При графоаналитическом способе съемки углы кварталов и капитальные здания (сооружения), опоры, колодцы, центры стрелочных переводов должны наноситься на план по координатам, определенным с пунктов планового съемочного обоснования, и данным обмеров контуров зданий (сооружений). Съемку прочих элементов ситуации допускается производить методом мензульной или тахеометрической съемки. 6. Высоты люков колодцев подземных сооружений и верха труб на дорогах, урезов воды в водоемах (водотоках), полов в капитальных зданиях (по дополнительному заданию) должны определяться геометрическим нивелированием по двум сторонам рейки или тригонометрическим нивелированием при двух положениях вертикального круга. Расхождение между превышениями не должны быть более 2 см. Высоты других пикетов следует определять по одной стороне рейки (при одном положении вертикального круга в случае тригонометрического нивелирования), при расстояниях до пикетов более 250 м следует вводить поправки за кривизну земной поверхности и рефракцию. 7. На улицах (проездах) поперечные профили должны измеряться через 40, 60, 100 м (в зависимости от масштаба планов), а также в местах перегиба рельефа и по осям пересекающихся улиц (проездов). 8. При нивелировании поперечных профилей должны быть определены высоты у фасадной линии, бровки тротуара (бордюрного камня), оси улицы (проезда), бровки и дна кюветов, а также других характерных точек рельефа. Расстояние между нивелирными точками на поперечных профилях не должны превышать 40 м на планах и в масштабе 1:2000 и 20 м - 1:1000 и 1:500. 59.Тахеометрическая съемка, состав и порядок работы. Это одновременное определение плановое и высотное положение точки. Плановое положение реечных точек, характеризующих рельеф, определяют полярным способом. Расстояние измеряют с помощью нитяного дальномера. Отметки реечных точек определяют тригонометрическим нивелированием. В процессе тахеометрической съемки составляют абрис, на котором показывают направление ската стрелками. Порядок работы на станции при тахеометрической съёмке 1. установить теодолит на штативе; выполнить центрирование и горизонтирование теодолита; 2. выбрать направление полярной оси - на любой другой хорошо видимый пункт съёмочного обоснования; выбор заключается в наведении зрительной трубы на вешку, установленную на выбранном пункте и установке на лимбе горизонтального круга отсчёта 0° 00'; 3. выполнить поверку места нуля вертикального круга; 4. измерить высоту инструмента i ,то есть, расстояние по вертикали от центра пункта до оси вращения трубы; 5. установить основное положение круга (КЛ или КП); 6. нарисовать абрис, на котором указать положение пункта установки теодолита, положение ориентирного пункта, зарисовать плановую ситуацию (объекты местности, подлежащие съёмке), показать местоположение всех пикетов и проставить их номера (рисовку пикетов можно выполнять и в процессе съёмки); 7. съёмка одного пикета: • установить вертикально рейку на пикет; навести зрительную трубу на рейку; • взять отсчёт по горизонтальному кругу и записать его в журнал; • взять отсчёт по вертикальному кругу теодолита и записать его в журнал; • измерить дальномерное расстояние с помощью нитяного дальномера, • записать его в журнал; о записать семантическую информацию о пикете. 60.Нивелирование поверхности, как метод съемки. Нивелирование поверхности по квадратам - это вид геодезической съемки, который используется для создания крупномасштабных топографических планов. Топографические планы на основе нивелирования поверхности по квадратам широко применяются в строительстве для вертикальной планировки строительных площадок. Целью данной работы является составление топографического плана участка местности по результатам нивелирования поверхности по квадратам и на основе этого плана– проектирование вертикальной планировки строительной площадки. Основой для производства нивелирования является сеть квадратов, разбиваемая на местности. Сторона квадрата может быть 10, 20, 40 и более метров. Разбивку сети квадратов выполняют при помощи теодолита и мерной ленты. Вершины квадратов закрепляются колышками. Одновременно с разбивкой квадратов ведут съемку контуров местности. Для этого на листе бумаги строят ту же сеть квадратов и наносят ситуацию условными знаками. Стороны внешнего прямоугольника привязывают к пунктам опорной геодезической сети. На одну из вершин передается отметка с пункта нивелирной сети . При нивелировании поверхности обычно используется метод геометрического нивелирования. В зависимости от рельефа и площади участка нивелирование производится с одной или нескольких станций. При нивелировании с одной станции нивелир устанавливают посередине участка и приводят в рабочее положение. Рейку поочередно устанавливают в точки а1, б1,... и т.д. и снимают отсчеты по черной и красной сторонам реек. Контроль нивелирования осуществляется путем вычисления разности отсчетов по красной и черной сторонам реек. Отсчеты, снятые по рейке (в мм), записывают у соответствующих вершин квадратов. Так отсчет в точке а1 равен 2950, а в точке б1 – 2000, …т.д. Все записи заносят в журнал нивелирования. Он представляет собой план сетки квадратов, где указаны местоположения станций нивелирования и даются отсчеты по рейкам, установленным в соответствующую вершину квадрата.
