Определение положения точек на земной поверхности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ

ГБОУ РХ СПО «ЧЕРНОГОРСКИЙ ГОРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Основы геодезии

Конспект лекций по дисциплине

Для студентов специальности

270802 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

ЧЕРНОГОРСК 2011

           Рассмотрено на заседании                                          Составлено в соответствии с

предметно – цикловой комиссии                                   планом учебно-методической работы

Протокол № _______                                                            Зам.директора по учебной работе

Председатель комиссии                                                    ___________ В.М. Ромашкина

__________ Г.М. Середова                                       ___________ 2011 г

Курс лекций составлен для студентов специальности 270802 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений» в соответствии с рабочей программой дисциплины. Материал предназначен для самостоятельного изучения студентами второго курса и выполнения контрольных заданий, может быть использован для подготовки к зачету и экзамену студентами заочного отделения.

Составитель: Никитина Е.Н. – преподаватель строительных дисциплин

Рецензенты: 

1.Стегней Н.Г. – главный инженер

2. Храмцов Н.П. – преподаватель строительных дисциплин

Содержание

Введение ……………………………………………………………………    

1.Общие сведения …………………………………………………………..   

2.Масштабы …………………………………………………………………

3.Рельеф ……………………………………………………………………..

4.Ориентирование линий …………………………………………………...

5.Прямая и обратная геодезическая задачи ………………………………..

6.Основные сведения об измерениях ……………………………………….

7.Угловые измерения. Устройство теодолита …………………………….

8.Вертикальная съемка ………………………………………………………

9.Назначение и виды съемок ………………………………………………..

10.Теодолитная съемка ………………………………………………………

11.Тахеометрическая съемка ………………………………………………..

12. Вертикальная планировка ………………………………………….........

13. Геодезические расчеты при вертикальной планировке ………………..

14.Производство технического нивелирования …………………………….

15.Построение продольного профиля трассы ……………………………….

16.Инженерно-геодезические задачи ………………………………………..

17.Контрольные задания ……………………………………………………..

Рекомендуемая литература …………………………………………………..  

ЛЕКЦИЯ №1

УРОК №1. ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Геодезия(греч. «землеразделение») – наука об измерениях на земной поверхности, проводимых для определения формы и размеров Земли, изображении земной поверхности в виде планов, карт и профилей, а также для создания различных инженерных сооружений.

В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных научных дисциплин – высшую геодезию, геодезию, инженерную геодезию, картографию, фототопографию и космическую геодезию.

Высшая геодезия занимается изучением вида и размеров Земли, а также определением геодезических координат отдельных точек земной поверхности.

Геодезия, часто называемая топографией, изучает методы съемки для изображения сравнительно небольших участков земной поверхности на планах или картах.

Инженерная геодезия призвана решать геодезические задачи, связанные с построением опорной геодезической основы для проведения съемочных и разбивочных работ, составлением крупномасштабных планов и профилей для проектирования инженерных сооружений; производством разбивочных работ в плане и по высоте при строительстве зданий и сооружений; текущим обслуживанием строительно-монтажных операций; составлением исполнительных чертежей возведенных объектов и исследованием их деформаций в процессе строительства и эксплуатации.

Космическая геодезия изучает геометрические соотношения между точками земной поверхности с помощью искусственных спутников Земли.

Геодезия имеет огромное значение в различных отраслях народного хозяйства. Особенно велика ее роль при картографировании страны.

Геодезические работы ведут при планировке, озеленении и благоустройстве населенных мест, при лесоустройстве и т.д. Комплексная механизация и автоматизация строительно-монтажных операций невозможна без высокой точности геодезических измерений.

Исключительно велика роль геодезии в обороне страны: «карта – глаза армии». Карту используют при разработке стратегических планов и проведении военных операций.

При проектировании вертикальной планировкистроительной площадки и подготовке выноса проектов зданий и сооружений в натуру составляют специальные разбивочные чертежи, на которых указывают линейные и угловые величины, определяющие положение на местности зданий и сооружений. Геодезические разбивочные работы обеспечивают соблюдение всех геометрических требований проекта и должны предусматриваться в технологических схемах возведения зданий и сооружений. В процессе возведения объектов выполняют контрольные геодезические измерения. После окончания строительства производят исполнительную съемку законченных объектов и составляют исполнительный генеральный план, используемый при эксплуатации зданий и сооружений. При эксплуатации сооружений ведут систематические геодезические наблюдения за их устойчивостью и прочностью.

Инженерная геодезия, тесно связанная другими дисциплинами, использует методы измерений и приборы, предназначенные для общегеодезических целей. В то же время для геодезического обеспечения строительно-монтажных работ, наблюдений за деформациями сооружений и других подобных работ применяют свои приемы и методы измерений, используют специальную измерительную технику, лазурные приборы и автоматизированные системы, соответствующие вычислительные программы.

Инженерно-геодезические измерения выполняют непосредственно на местности в различных физико-географических условиях, поэтому необходимо заботиться об охране окружающей природы: не допускать повреждения лесов, сельскохозяйственных угодий, не загрязнять водоемов.

 Понятие о форме и размерах Земли

Физическая поверхность Земли, состоящая из суши и водной поверхности имеет сложную форму. Суша представляет сочетание низменностей и возвышений, высоты которых над уровнем моря достигают 8-9 км.

За математическую поверхность Земли принимают уровенную поверхность, которая представляет поверхность воды океанов в ее спокойном состоянии, мысленно продолженную под материки. В общем уровенная поверхность Земли не совпадает с поверхностью ни одной математической фигуры и представляет собой неправильную форму, которая называется геоидом.

Рисунок 1.1 – Земной эллипсоид

В 1946г. под руководством профессора Ф.Н.Красовского вычислены размеры земного эллипсоида; большая полуось а=6378245 м, малая полуось b=6356863 м.

Определение положения точек на земной поверхности

Положение точек на земной поверхности может быть определено в различных системах координат.

Системы географических и геодезических координат. Система географических координат является единой системой для всех точек Земли. При этом уровенная поверхность принимается за поверхность сферы. За начало отсчета в географической системе координат принимают начальный меридиан РМ₀Р₁ , проходящий через центр Гринвичской обсерватории на окраине Лондона и плоскость экватораЕQ (рисунок 1.2)

Рисунок 1.2 – Географическая система координат

Угол φ,называемый географической широтой, отсчитывается от плоскости экватора к северу и к югу от 0 до 90˚. Широты точек, расположенных в северном полушарии, называют северными, а в южном – южными.

Угол λ, называемый географической долготой, отсчитывается от плоскости начального меридиана к востоку и западу от0 до 180˚. Точки, расположенные восточнее начального меридиана, имеют восточные долготы, а западнее – западные.

Зональная система прямоугольных координат Гаусса. Чтобы установить связь между географическими координатами любой точки на плоскости, применяют способ проектирования поверхности земного шара на плоскость по частям, которые называются зонами.

В такой системе начало координат для всех зон принимается в точке пересечения осевого меридиана данной зоны с экватором. Координатными осями являются соответственно ось абсцисс и ось ординат (рисунок 1.3)

Рисунок 1.3 – Зональная система координат

Абсциссы, отсчитываемые от экватора к северному полюсу, считаются положительными, на запад – отрицательными. Точка А₁ (рисунок 1.3) будет иметь координаты: абсциссу х_а и ординату у_а.

Система прямоугольных координат.В геодезической практике часто положение точек определяют плоскими прямоугольными координатами. В этой системе плоскость координат совпадает с плоскостью горизонта в данной точке О, являющейся началом этих координат; ось х всегда направлена на север, а ось у – на восток. Северное направление оси абсцисс считается положительным (+), южное – отрицательным (-); направление оси ординат считается положительным на восток и отрицательным на запад.

Оси координат делят плоскость чертежа на четыре части, которые называются четвертями: I – СВ, II – ЮВ, III – ЮЗ, IV – СЗ (рисунок 1.4)

Рисунок 1.4 – Система прямоугольных координат.

Полярная система координат.В полярной системе координат (рисунок 1.5) положение любой точки А на плоскости определяется радусом-вектором r, исходящим из точки О, называемой полюсом, и углом β, отсчитываемым по ходу часовой стрелки от линии ОХ – полярной оси – до радиуса-вектора.

Рисунок 1.5 – Полярная система координат

Абсолютные и условные высоты. Спроектируем точку А (рисунок 1.6) физической поверхности Земли по направлению отвесной линии на уровенную поверхность. Высота Н_А этой точки, измеряемая от уровня моря, называется абсолютной, а Н', измеряемая от произвольной уровенной поверхности, - условной. Относительной высотой точки или превышением называется высота ее над другой точкой земной поверхности, она обозначается через h. Например, превышение точки А над точкой В составит h_А = Н_А – Н_В. Для определения высоты уровня моря на его берегу надежно закрепляют в вертикальном положении рейку с делениями – футшток и периодически фиксируют уровень моря относительно этой рейки.

               Рисунок 1.6 – Абсолютные и условные отметки

В РФ высоты точек физической поверхности Земли отсчитываются от нуля Кронштадского футштока (черта на медной доске, установленной в гранитном устое моста через Обводной канал в Кронштадте).

Числовые значения высот точек называют отметками.

Контрольные вопросы

1. Что такое физическая и уровенная поверхность Земли?

2. Что называется географической широтой и долготой?

3. Какие системы координат применяются в геодезии?

4. Что называется абсолютной и условной высотой точки на земной поверхности?

5. Что называется относительной высотой точки на земной поверхности?

6. Что называется отметкой точки на земной поверхности?

ЛЕКЦИЯ №2

УРОК №2. МАСШТАБЫ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ПЛАНОВ И КАРТ. УСЛОВНЫЕ ЗНАКИ.

Понятие о геодезических планах и картах

Планом местности называется чертеж, представляющий собой уменьшенное и подобное изображение ее проекции на горизонтальную плоскость.

На плане длины линий, углы и площади контуров участков местности не искажаются, а степень уменьшения ее линейных элементов (масштаб изображения) постоянна для всех частей плана. Планы, на которых изображена только ситуация местности, называются ситуационными или контурными. Планы, на которых кроме предметов местности изображен еще и рельеф, называют топографическими.

Картой называется построенное по определенным математическим законам уменьшенное обобщенное изображение на плоскости всей Земли или значительных ее частей с учетом кривизны уровенной поверхности.

Карты в зависимости от масштабов условно делят на крупномасштабные – 1: 100000 и крупнее, среднемасштабные – от 1: 200000 до 1: 1000000, мелкомасштабные – мельче 1: 1000000.

При выполнении геодезических работ, входящих в комплекс строительно-монтажного производства, для составления планов применяют масштабы 1 : 200, 1 : 500, 1 : 1000, 1 : 2000, 1 : 5000.

Профилем местности называется изображенное в уменьшенном виде сечение вертикальной плоскостью поверхности Земли по заданному направлению. Профили местности используют для строительства и монтажа надземных и подземных инженерных сооружений и сетей.

Топографические планы применяют в основном для строительного проектирования. На таком плане изображают весь комплекс подземных и надземных сооружений. В зависимости от размеров и назначения строительства его рабочий проект составляют в масштабе 1 : 500 – 1 : 1000, на отдельные объекты в зависимости от их сложности – в масштабе 1 : 200 и крупнее.

Масштабы

Масштабом называется отношение длин линии на плане (профиле) к соответствующей проекции этой линии на местности. Следовательно, масштаб есть число отвлеченное – правильная дробь. Для удобства пользования и сравнения все масштабы имеют однообразный вид: числителем дроби всегда является единица; при этом знаменатель непосредственно выражает степень уменьшения

Численный масштаб – масштаб, где числитель выражен единицей.

                                      S₀ / S = 1 / S:S₀ = 1/М                                           (1)

В формуле (1) М – знаменатель численного масштаба, который показывает, во сколько раз были уменьшены проложения линий местности при изображении их на плане. Из численного масштаба следует, что определенной единице длины на плане соответствует 1000 или 2000 или 5000 и т.д. таких же единиц на местности. Например, 1см на разных планах или картах соответствует 1000, 2000, 50000, 10 000см на местности или в переводе на метры 10, 20, 50 и 100м.

При сравнении двух масштабов более крупным называют тот, у которого знаменатель меньше. Естественно, чем крупнее масштаб, тем больше подробностей может быть изображено на плане или карте. Планы, на которых должно быть показано больше подробностей, следует составлять в более крупном масштабе.

Задачи, решаемые с помощью масштаба

Масштабы планов или карт применяют при решении следующих двух задач:

1. по известной длине S проложения линии местности определить длину S₀ этого проложения на плане, имеющем численный масштаб 1/М