Единицы мер в топографии и геодезии        

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

Курс лекций

 для студентов дневной формы обучения по специальностям «Садово-парковое строительство» и «Промышленное рыбоводство»

ПИНСК 2012

УДК 528.48

ББК 26.1 я 7

С 512

Рецензенты:   

       1)

2)

Мишустин Н.А.

Инженерная геодезия: курс лекций. Н.А. Мишустин – Пинск: ПолесГУ, 2012. - 185 с.

Курс лекций подготовлен в соответствии с программой курса «Инженерная геодезия» для студентов специальностей садово-паркового строительства и промышленного рыбоводства. В книге рассмотрены работы с топографическими планами и картами; обработка геодезических измерений и оценка точности результатов; используемые приборы и оборудование, порядок их поверки и юстировки;  описаны измерения углов и расстояний; основные виды съёмок; освещены вопросы организации геодезических работ при изысканиях.

Предназначено для студентов очной формы обучения, аспирантов и инженерных работников, выполняющих исследования и принимающих решения, связанные с необходимостью геодезических измерений.

Утверждено и рекомендовано к изданию решением редакционно-издательского совета ПолесГУ

Ответственный за выпуск.

 УДК 528.48)

ББК 26.1 я 7

ОГЛАВЛЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1 ОБЩИЕ ВВОДНЫЕ ВЕДЕНИЯ………………………………………….…...10

ЛЕКЦИЯ 1 ПРЕДМЕТ ГЕОДЕЗИИ……………………………………………………….10

1.1 Предмет и задачи инженерной геодезии........................................................................ 10

1.2 Краткий очерк развития топографии и геодезии.......................................................... 11

1.3 Форма и размеры Земли................................................................................................... 14

1.4 Понятие о форме и размерах Земли................................................................................ 16

1.4.1 Уровенная поверхность. Геоид..................................................................................... 16

1.4.2 Референц-эллипсоид....................................................................................................... 16

1.5 Влияние кривизны Земли на измеряемые расстояния и высоты точек...................... 17

Размеры участков земной поверхности, принимаемые за плоскость........................................ 17

1.6 Принципы изображения земной поверхности на плоскости...................................... 20

1.7 Единицы мер в топографии и геодезии......................................................................... 10

1.7.1 Предмет и задачи инженерной геодезии..................................................................... 10

ЛЕКЦИЯ 2 ОРИЕНТИРОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ……………………………………..23

2.1 Ориентирование линий................................................................................................... 23

2.2 Прямые и обратные азимуты и дирекционные углы.................................................... 25

2.3 Прямая и обратная геодезические задачи....................................................................... 26

ЛЕКЦИЯ 3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОСУДАРСТВЕННЫХ ПЛАНОВЫХ И ВЫСОТНЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЯХ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ ТОЧНОСТИ      ……...…28

3.1 Виды геодезических сетей............................................................................................... 28

3.2 Методы создания геодезических плановых сетей....................................................... 28

3.3 Общие сведения о государственной плановой геодезической сети.......................... 30

3.4 Общие сведения о государственной высотной геодезической сети......................... 33

3.5 Геодезические сети сгущения......................................................................................... 35

3.5.1 Плановая съемочная геодезическая сеть..................................................................... 36

ЛЕКЦИЯ 4……………………………………………………………...…………………….38

СИСТЕМЫ КООРДИНАТ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ГЕОДЕЗИИ………………….............38

4.1 Системы координат, используемые в геодезии............................................................. 38

4.1.1 Понятие о картографических проекциях. Проекция Гаусса-Крюгера. Зональная система координат Гаусса –Крюгера.......................................................................................................... 38

4.1.2 Системы географических и прямоугольных координат........................................... 40

4.2 Понятие о современных спутниковых системах позиционирования........................ 42

ЛЕКЦИЯ 5 …………………………………………………………………………………...45

ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ ПЛАНЫ И КАРТЫ. МАСШТАБЫ……………………………..45

5.1 План, карта, профиль........................................................................................................ 46

5.2 Масштаб, точность масштаба........................................................................................... 47

5.2.1 Точность масштаба...................................................................................................... 49

5.3 Понятие о лесных планах и картах. Условные знаки................................................... 49

5.4 Условные знаки................................................................................................................. 50

5.5 Разграфка и номенклатура топографических карт....................................................... 51

ЛЕКЦИЯ 6……………………………………………………………………………………54

ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЛЬЕФА ГОРИЗОНТАЛЯМИ      ………………………………………..54

6.1 Рельеф земной поверхности и его изображение на топографических картах........... 54

6.1.1 Основные положительные формы рельефа................................................................ 55

6.1.2 Основные отрицательные формы рельефа................................................................ 55

6.2 Инженерные задачи, решаемые на планах и картах.................................................... 60

13. Определение плановых координат и измерение ориентирующих направлений на топографических картах................................................................................................................................................ 64

6.3 Анализ топографических карт. Географическое описание местности....................... 67

РАЗДЕЛ 2 ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ…………………………………………......69

ЛЕКЦИЯ 7……………………………………………………………………………...…….69

ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ ЛЕНТАМИ И РУЛЕТКАМИ. СВЕТОДАЛЬНОМЕРЫ. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ ………………………………………………..……69

7.1 Измерение расстояний лентой ЛЗ................................................................................. ..69

7.1.1 Способы измерения расстояний. Мерные приборы................................................... 69

7.1.2 Измерение расстояний.................................................................................................. 70

7.1.3 Вешение линий................................................................................................................ 72

7.2 Оптические дальномеры геометрического типа. Лазерные светодальномеры.......... 72

7.3 Светодальномеры. Понятие о радиодальномерах......................................................... 74

7.3.1 Светодальномер 2СМ2.................................................................................................. 75

7.3.2 Светодальномер ДК-001............................................................................................... 76

7.3.3Светодальномеры фирмы «Карл Цейсе» (ГДР).......................................................... 76

7.3.4 Понятие о радиодальномерах....................................................................................... 76

7.4 Принципы измерения расстояний лазерными (квантовыми)

дальномерами.......................................................................................................................... 77

ЛЕКЦИЯ 8……………………………………………………………………………………79

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ УЧАСТКОВ МЕСТНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИМ, ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ, И АНАЛИТИЧЕСКИ СПОСОБАМИ………………………………….79

8.1 Измерение площадей на топографических картах и планах....................................... 80

8.2 Полярный планиметр....................................................................................................... 80

8.3 Измерение площадей палетками..................................................................................... 82

8.4 Точность измерения площадей разными способами..................................................... 82

ЛЕКЦИЯ 9 …………………………………………………………………………………...82

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОГРЕШНОСТИ (ОШИБОК) ИЗМЕРЕНИЙ…………………..82

9.1 Погрешности измерений................................................................................................. 83

9.2 Свойства случайных погрешностей............................................................................... 84

9.3 Характеристики точности измерений............................................................................ 84

9.4 Средняя квадратическая погрешность функции измеренных величин...................... 85

9.5 Математическая обработка результатов прямых равноточных

 измерений............................................................................................................................... 88

9.6 Средняя квадратическая погрешность арифметической средины.............................. 88

9.7 Обработка результатов равноточных измерений.......................................................... 89

9.8 Математическая обработка результатов прямых неравноточных измерений............ 89

РАЗДЕЛ 3. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ И ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ СЪЁМКА…90

ЛЕКЦИЯ 10 ИЗМЕРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ УГЛОВ И МАГНИТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ БУССОЛЕЙ, ГОНИОМЕТРОВ. ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ЭКЕРОВ И ЭКЛИМЕТРОВ ………………………………………………………...90

10.2 Теодолиты и их виды. Устройство оптических теодолитов...................................... 90

10.7.1 Установка теодолита в рабочее положение.......................................................... 91

10.7 Измерение горизонтальных углов................................................................................ 91

10.7.2.Измерение угла способом приемов............................................................................. 91

10.7.2 Измерение угла способом приемов............................................................................. 91

10.7.3 Понятие об измерении способом круговых приемов................................................ 91

10.8 Измерение вертикальных углов.................................................................................... 91

10.9 Буссоли и ганиометры, экеры и эклиметры................................................................ 91

10.9.5Эклиметр....................................................................................................................... 91

10.1 Измерения горизонтальных и вертикальных углов................................................... 91

Принцип измерения углов теодолитом................................................................................. 91

10.2 Теодолиты и их виды. Устройство оптических теодолитов...................................... 92

10.3 Поверки и юстировка теодолита................................................................................... 95

10.4 Полевые поверки и юстировки теодолита................................................................... 96

10.5 Теодолитная съемка........................................................................................................ 97

10.5.1 Способы определения положения точек местности.............................................. 97

10.6 Приборы........................................................................................................................... 99

10.6.1 Полевые работы........................................................................................................ 100

10.6.2 Камеральные работы................................................................................................ 102

10.7 Измерение горизонтальных углов.............................................................................. 104

10.7.1 Установка теодолита в рабочее положение........................................................ 104

10.7.2 Измерение угла способом приемов........................................................................... 105

10.7.3 Понятие об измерении способом круговых приемов.............................................. 105

10.8 Измерение вертикальных углов.................................................................................. 106

10.9 Буссоли и ганиометры, экеры и эклиметры.............................................................. 107

10.9.1 Штативная буссоль БС-2......................................................................................... 107

10.9.2 Ручная призменная буссоль....................................................................................... 109

10.9.3 Гониометр.................................................................................................................. 109

10.9.4 Экер............................................................................................................................. 110

10.9.5 Эклиметр.................................................................................................................... 111

ЛЕКЦИЯ 11…………………………………………………………………………………112

ТЕХНИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ…………………………………………………...112

11.1 Определение высот точек земной поверхности. нивелирование........................... 112

11.2 Геометрическое нивелирование.................................................................................. 112

11.3 Нивелиры и их устройство.......................................................................................... 113

11.4 Поверки и юстировки нивелиров............................................................................... 115

11.5 Нивелирование трассы................................................................................................. 116

11.6 Обработка результатов геометрического нивелирования........................................ 118

11.7 Построение профиля.................................................................................................... 120

11.8 Площадное нивелирование (нивелирование по квадратам).................................. 121

ЛЕКЦИЯ 12……………………………………………………………….………………...125

ТАХЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЁМКА………………………………………………………125

12.1 Способы съемки ситуации и рельефа......................................................................... 125

12.2 Тахеометрическая съемка............................................................................................. 126

12.3 Пример выполнения тахеометрической съемки....................................................... 130

12.4 Полевые работы............................................................................................................ 131

12.4.1 Плановое и высотное обоснование.......................................................................... 131

12.4.2 Рекогносцировка участка......................................................................................... 131

12.4.3 Измерение углов.......................................................................................................... 132

12.4.4 Измерение сторон...................................................................................................... 133

12.4.5 Привязка теодолитного хода к пунктам опорной геодезической

 сети....................................................................................................................................... 134

12.4.6 Производство тахеометрической съемки.............................................................. 135

ЛЕКЦИЯ 13 ………………...………………………………………………………………137

ПОНЯТИЕ О ЧИСЛОВЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ МЕСТНОСТИ. ТЕХНОЛОГИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ…………………………………………………….……………………...…….137

13.1 Электронные карты, цифровые и математические модели местности................... 137

13.1.1 . Понятие о геоинформационных системах............................................................ 137

13.1.2.Ццифровые и электронные топографические карты........................................... 139

13.1.3 Понятие о системах автоматизированного проектирования (САПР).............. 142

13.1.4. Цифровое и математическое моделирование местности.................................. 144

13.1.5 Виды цифровых моделей местности....................................................................... 145

13. 2 Методы построения цифровых моделей местности и их точность........................ 149

13.2.1. Математические модели местности.................................................................... 151

13.2.2 Задачи, решаемые с использованием цифровых и математических моделей..... 153

13.2.3 Построение цифровых моделей местности........................................................... 154

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………….……….156

 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Абрис –схематический чертёж участка местности.

Барометрическое нивелирование– нивелирование, основанное на зависимости между высотой и атмосферным давлением.

Биссектриса кривой– отрезок прямой, соединяющий вершину угла поворота трассы с серединой кривой.

Высота сечения рельефа –заданное расстояние между двумя секущими уровенными поверхностями при изображения рельефа горизонталями.

Географисческие координаты –обобщенное понятие об астрономических и географических координатах, когда уклонение отвесных линий не учитывается.

Географический азимут –двугранный угол между плоскостью меридиана данной точки и вертикальной плоскостью, проходящей в данном направлении, отсчитываемый от направления на север по ходу часовой стрелки.

Геодезическая высота – высота точки над поверхностью земного эллипсоида.

Геодезическая долгота – двугранный угол между плоскостями геодезического меридиана данной точки и начального геодезического меридиана.

Геодезическая засечка – определение координат точки по элементам, измеренным или построенным на ней или на исходных пунктах.

Геодезическая сеть – сеть закреплённых точек земной поверхности, положение которых определено в общей для них системе геодезических координат.

Геодезическая широта – угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью его экватора.

Геодезические координаты – три величины, две из которых характеризуют направление нормали к поверхности земного эллипсоида в данной точке пространства относительно плоскостей его экватора и начального меридиана, а третья является высотой точки над поверхностью земного эллипсоида.

Геодезический ход – геодезическое построение в виде ломаной линии. Геодезические ходы классифицируют по выдам применяемых приборов (например: тахеометрический ход, нивелирный ход), по геометрическим особенностям (например: замкнутый, разомкнутый ход).

Геодезия – наука об определении формы, размеров Земли и измерениях на земной поверхности.

Геоид– фигура Земли, образованная уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью Мирового океана в состоянии полного покоя и равновесия и проложенной под материками.

     Геометрическое нивелирование –нивелирование при помощи геодезического прибора с горизонтальной визирной осью.

Главные точки кривой – точки начала, конца и середины кривой трассы.

Горизонталь – линия равных высот на карте.

Горизонтальное проложение – длина проекции линии на горизонтальную плоскость.

Государственная геодезическая сеть (ГГС) - геодезическая сеть, обеспечивающая распространение координат на территорию государства и являющаяся исходной для построения других геодезических сетей.

     Дирекционный угол –горизонтальный угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления осевого меридиана данной зоны, или линии параллельной ему до заданного направления.

Заложение – расстояние на картемежду двумя последовательными горизонталями по заданному направлению.

Земной эллипсоид – эллипсоид, который характеризует фигуру и размеры Земли.

Инженерная геодезия – изучает методы геодезического обеспечения при разработке проектов, строительстве и эксплуатации разнообразных сооружений, а также при изучении, освоении и охране природных ресурсов.

Исходный геодезический пункт – геодезический пункт, относительно которого определяются соответствующие характеристики положения других геодезических пунктов.

Карта – уменьшенное обобщенное отображение на плоскости всей Земли или её части с учетом кривизны уровенной поверхности.

Картография – изучает методы и процессы отображения поверхности Земли и протекающих на ней процессов в виде различных, в том числе и цифровых и электронных карт.

Координаты– величины, определяющие положение любой точки на поверхности или в пространстве в принятой системе координат.

Крутизна ската – угол, образованный направлением ската с горизонтальной плоскостью в данной точке. Магнитный азимут – горизонтальный угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления магнитного меридиана до заданного направления и изменяющийся от 0^о до 360^о.

Масштаб– отношение длины на плане к соответствующей длине горизонтального проложения этой линии на местности.

Нивелирная сеть – геодезическая сеть, высоты пунктов которой над уровнем моря определены геометрическим нивелированием.

Нивелирный репер - геодезический знак, закрепляющий пункт нивелирной сети.

Нивелирование – определение превышений.

Обратная геодезическая задача – определение длины и направления линии по заданным координатам её начальной и конечной точек.

Обратная засечка – засечка, выполняемая на определенной точке.

Осевой меридиан – меридиан, принятый за ось какой-либо системы координат на поверхности.

Отметка- существующая высота точки относительно исходного уровня.

Переходная кривая трассы –часть оси трассы проектируемого сооружения. представляющая собой кривую переменного радиуса.

Пикетаж трассы – система обозначения и закрепления точек трассы.

Плоские прямоугольные географические координаты – прямоугольные координаты на плоскости, на которой отображена по определенному математическому закону поверхность земного эллипсоида.

Плоскость начального меридиана – плоскость меридиана, от которой ведется счет долгот (Гринвичский меридиан).

Погрешность измерений – разность между результатом измерений и истинным значением измеряемой величины.

Полигонометрия- метод построения геодезической сети путем измерения расстояний и углов между пунктами хода.

Превышение – разность высот точек.

Проектная отметка – высота точки относительно исходного уровня, заданная проектом.

Профиль - уменьшенное изображение вертикального разреза земной поверхности по заданному направлению. 

Прямая геодезическая задача – определение координат конечной точки линии по ее длине, направлению и координатам начальной точки.

Равноточные измерения – измерение однородных величин, полученных при многократных измерениях в сходных условиях (одним и тем прибором, одним методом, одним исполнителем и при одинаковых условиях окружающей среды).

Разбивочный чертеж – чертеж, содержащий все необходимые данные для перенесения отдельных элементов сооружения в натуру.

Референц-эллипсоид – земной эллипсоид, принятый для обработки геодезических измерений и установления системы геодезических координат.

Румб – острый угол, отсчитываемый от ближайшего конца северного или южного меридиана до заданного направления.

Сближение меридианов – угол в данной точке между ее меридианом и линией, параллельной оси абсцисс или осевому меридиану.

Створ – вертикальная плоскость, проходящая через две данные точки.

Створные наблюдения – метод определения горизонтальных смещений точек по уклонениям контрольных пунктов от створа.

Строительная геодезическая сетка – геодезическая сеть в виде системы квадратов или прямоугольников, ориентированных параллельно большинству разбивочных осей сооружений.

Тангенс кривой – отрезок прямой, соединяющий вершину угла поворота трассы с началом или концом кривой.

Тахеометрическая съемка – топографическая съемка, выполняемая при помощи тахеометра.

Топография - изучает небольшие участки земной поверхности, которые без ущерба для точности можно проектировать на плоскость без учета кривизны Земли.

Точка нулевых работ – точка, в которой проектная и фактическая отметки равны.

Триангуляция– метод построения геодезической сети в виде треугольников, в которых измерены их углы и некоторые из сторон.

Тригонометрическое нивелирование – нивелирование при помощи геодезического прибора с наклонной визирной осью.

Трилатерация- метод построения геодезической сети в виде треугольников, в которых измерены все их стороны.

Точность масштаба -  отрезок на местности соответствующий минимальному расстоянию на плане в 0,1 мм

Уклон местности – тангенс угла наклона линии местности к горизонтальной плоскости в данной точке.

Уровенная поверхность – поверхность Земли, в каждой точке которой нормаль совпадает с направлением силы тяжести.

Юстировка – регулировка геодезических приборов.

РАЗДЕЛ 1 ОБЩИЕ ВВОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ

ЛЕКЦИЯ 1

ПРЕДМЕТ ГЕОДЕЗИЯ

1.1 Предмет и задачи инженерной геодезии

1.2 Краткий очерк развития топографии и геодезии

1.3 Форма и размеры Земли

1.4 Понятие о форме и размерах Земли

1.4.1 Уровенная поверхность. Геоид.

1.4.2 Референц-эллипсоид

1.5 Влияние кривизны Земли на измеряемые расстояния и высоты точек

1.6 Принципы изображения земной поверхности на плоскости

Единицы мер в топографии и геодезии