Краткие теоретические сведения

ОСНОВЫ ГЕОДЕЗИИ

Методические указания к выполнению практических и лабораторных работ

для студентов специальности 23.05.04

«Эксплуатация железных дорог»

очнойформы обучения

Составитель: А.В. Тарасов

Самара

2017

УДК 528

Основы геодезии: методические указания к выполнению практических и лабораторных работ для обучающихся по специальности 23.05.04 «Эксплуатация железных дорог» очной формы обучения / составители : А.В. Тарасов. – Самара : СамГУПС, 2017. – 59 с.

Методические указания содержатматериал для подготовки к выполнению практических и лабораторных работ по дисциплине «Основы геодезии».

Утверждены на заседании кафедры ППХ06 сентября 2017 г., протокол №1

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Составители:   Андрей Викторович Тарасов

Рецензенты: к.т.н., доцент СамГУПС С.А. Галанский;

                к.т.н., доцент СамГУПС Е.В. Лукенюк

Подписано в печать ______________. Формат ____________.

Усл. печ. л. . Тираж 100 экз. Заказ ______.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2017

Введение

Инженерно-геодезические работы являются неотъемлемой частью комплекса работ по изысканиям, проектированию и строительству железных дорог, объектов транспортной инфраструктуры и гражданских зданий и сооружений.

Целями данных лабораторных и практических работ являются:

– закрепление теоретических знаний, полученных студентами на лекциях и при самостоятельном изучении учебного материала;

– приобретение студентами практических навыков и умений выполнения инженерно-геодезических изысканий на местности и работе с современными геодезическими инструментами, а также выполнять камеральные работы по обработке результатов полевых измерений.

Требования к выполнению работ, подготовке отчета и его защите:

По данной дисциплине студентам необходимо проделать всего 5 работ. Работы выполняются как аудиторно, так и в полевых условиях с применением геодезического оборудования, наглядных иллюстративных материалов, применением современных программых продуктов для выполнения расчетной (например, Excel, Mathcad), а также графической части (например, Компас, Autocad). Для выполнения работ в программах, студент может воспользоваться компьютерным классом Л44, расположенным в корпусе «Л» по ул. Литвинова. Результаты каждой проделанной работы вносятся в рабочую тетрадь, которая будет являться отчетом проделанных работ. Готовый отчет распечатывается и подшивается в скоросшиватель, после чего студент защищает его преподавателю. Вопросы для подготовки к защите отчета приведены в данных методических указаниях в конце каждой работы, вопросы могут быть заданы также и по лекционному материалу. Форма получения зачета – защита рабочей тетради.

В качетсве дополнительного источника литературы, информации по данной дисциплине, а также решения вопросов, возникающих в ходе выполнения работ и организационных вопросов, создана группа в социальной сети «Вконтакте»https://vk.com/club113981359 .

Компетенции обучающегося, формируемые в ходе выполнения самостоятельных занятий

ОПК-3:способность применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.

ОПК-2:способность использовать знания о современной физической картине мира и эволюции Вселенной, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы.

ОПК-6: способность использовать знание основных закономерностей функционирования биосферы и принципов рационального природопользования для решения задач профессиональной деятельности

В ходе выполнения самостоятельных занятий студент должен

Знать:

Задачи геодезии, определение прямоугольных координат точек, конструктивные элементы геодезических измерительных приборов, геодезические измерения, топографические карты и планы, измерение площади участков местности, топографическую съемку местности.

Уметь:

Читать топографические карты и планы, составлять план участка местности.

Владеть:

Приемами геодезических измерений на местности.

Практическая работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПО КАРТЕ (ПЛАНУ) МЕТОДОМ РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ

Цель работы

На фрагменте топографической карты преподаватель наносит участок, являющийся индивидуальным заданием для каждого студента. Для данного участка необходимо определить:

– отметки вершин многоугольника;

– географические и плоские прямоугольные координаты точек вершин многоугольника;

– выполнить ориентирование сторон земельного участка;

– определить площадь участка двумя способами: графическим и аналитическим.

Полученные результаты запишите в таблицах 1–3 Приложения.

Краткие теоретические сведения

Топографической картой называют уменьшенное изображение на плоскости горизонтальных проекций контуров и рельефа значительных участков земной поверхности на плоскости с учетом влияния кривизны Земли.

Компоновка листа топографической карты определяет расположение внешних и внутренних элементов карты, т. е. размещение географического содержания относительно рамок карты, размещение элементов математической основы, графиков линейного масштаба и других схем, необходимых для проведения измерительно-вычислительных работ по карте.

К элементам математической основы относят рамки карты, обозначение номенклатуры, сетку прямоугольных координат и ее обозначений, выходы прямоугольной сетки листов смежной зоны, обозначение масштаба карты в трех видах.

Рамка карты - это система линий, ограничивающих географическое содержание карты. На топографической карте рамки карты стандартны и строятся по заранее установленным образцам, различают три рамки: внутреннюю, внешнюю и минутную. Внутренняя рамка - тонкая линия, вплотную примыкающая к рисунку условных знаков и ограничивающая его. На топографической карте это дуги меридианов и параллелей, участвующие в разграфке карты определенного масштаба на отдельные листы. Внешняя рамка - утолщенная линия, выполняющая роль декоративной рамки, размещаемой обычно снаружи на карте. Между внешней и внутренней рамками расположена минутная рамка с разграфленными на ней черными и белыми чередующимися отрезками. Это обозначения минут долготы (на южной и северной сторонах рамки) и широты (на западной и восточной сторонах). Число отрезков всегда соответствует числу минут между угловыми точками внутренней рамки. Если протяженность рамки, например, по долготе, 7'30", что соответствует рамке карты масштаба 1:25 000, значит, на рамке следует отметить семь с половиной отрезков, обозначающих минуты. Черные отрезки обозначают нечетные минуты.

Меридианы и параллели, представляющие внутреннюю рамку, подписаны в ее углах в градусах и минутах. Отсчет географических координат производят по минутной рамке с учетом долей минуты - секунд.

К элементам математической основы относят также картографическую сетку прямоугольных координат. Подписываются линии сетки на выходах за внутренней рамкой по всему периметру. Крайние линии вблизи углов рамки карты подписываются полным значением (в км) ординат (горизонтальная ось) и абсцисс (вертикальная ось). Далее каждая линия подписывается только последними цифрами, подразумевая сохранение начальных цифр.

На рисунке 1.1 представлена уменьшенная схема компоновки листа топографической карты масштаба 1:10 000 и указаны все элементы карты.

За внешней рамкой для листов, близких к краю зоны, даются выходы сетки прямоугольных координат соседней зоны, которые могут понадобиться при расчетах проектов сооружений, расположенных на краях смежных шестиградусных зон в проекции карты.

Между внутренней и внешней рамками даются также подписи направлений железных и крупных шоссейных дорог до узловых железнодорожных станций или крупных населенных пунктов.

Рисунок 1.1 Схема компоновки листа топографической карты

Для быстрого нахождения определенного листа карты создана определенная система обозначения, которая называется номенклатурой карт.На рисунке1.1 карта имеет обозначения У-37-65-Б-а-4, где У обозначает, что карта учебная, 37 – номер зоны, 65 – номер листа карты масштаба 100 000, Б – номер листа карты масштаба 1:50000 и а – номер листа масштаба 1:25000, 4 - номер листа карты масштаба 1:10000.

Содержание общегеографических карт передается условными знаками и различными надписями. Условный знак должен иметь точки или линии, положение которых на карте можно определить с высокой точностью (0,2-0,5 мм). Это может быть геометрический центр условного знака, середина его основания, вершина угла и пр.

Площадные условные знаки применяются для изображения объектов, которые занимают какую-либо площадь, выражающуюся в масштабе карты. Если площадь, занимаемая объектом, не выражается в масштабе карты, то применяют внемасштабные условные знаки. Площадные знаки указывают местоположение объекта (населенный пункт, отдельно стоящие деревья и пр.), дают его характеристику (размеры, форму и качественные признаки). Внемасштабные условные знаки не дают представление о размерах и плановых очертаниях.

Линейные картографические условные знаки применяют для изображения объектов линейного характера. По ширине они внемасштабные. Условные знаки повышают наглядность, информативность, содержательность и измеримость карт. Надписи на картах несут большую смысловую нагрузку. Характер и размеры шрифта служат качественной и количественной характеристиками объектов. Они подразделяются на собственные названия (город) и пояснительные подписи (фабрика, завод). Могут быть числовые данные (количество домов, ширина реки).

Например, надпись у дерева 0,2/20*5 обозначает, что средний диаметр дерева 0,2 м, высота - 20 м, а количество деревьев на 1м² - 5. Карты бывают одноцветные или многокрасочные (геологические карты, раскраска океанов, рек, лесных массивов и т.д.).

Масштаб — это степень уменьшения изображения (объекта) на карте (плане) к длине горизонтального проложения соответствующей линии на местности. Масштаб для удобства изображается в виде дроби с числителем единица (1/m) (рисунок1.1, 1.2). Масштаб показывает, сколько сантиметров (знаменатель) на местности соответствует 1 см карты (числитель). Масштаб может выражаться отрезком прямой (линейный масштаб), дробью (численный масштаб), рисунок 1.2.

Рисунок 1.2 Образцы масштабов карт 1:25000; 1:50000; 1: 100000; 1:200000

Если длину линии на карте обозначить через d,то горизонтальное проложение линии на местности будет равно: l = d × M,

где М – знаменатель масштаба.

Например, масштаб 1:М = 1:100000, а d = 6,35 см, тогда l = 6,35×100 000=635 000 см, или 6350 м, или 6,35 км.

Для измерения длины линии по карте циркулем–измерителем измеряют отрезок между заданными пунктами (например, M и N рисунок 1.3). Зная масштаб, можно по доле целых делений (сантиметры) и доле малых делений (доли сантиметров) определить длину отрезка.

Рисунок1.3 Измерение длины линии

Чтобы повысить точность измерений пользуются поперечным масштабом (рисунок1.4). Для его построения жесткое основание (обычно металлическая линейка) делят на части, равные одному или двум сантиметрам. Из каждой точки восстанавливают перпендикуляр высотой 3 см, проводят замыкающую горизонтальную линию и делят прямоугольник на 10 равных частей по вертикали. В каждом полученном прямоугольнике проводят диагонали. Таким образом, по горизонтали имеем по 10 делений. По вертикали прямоугольник разделен на 10 частей и диагональю на сотые части. Если масштаб 1:50000, то в 1см – 500 м.

Рисунок1.4 Измерение с помощью поперечного масштаба: а – при целом числе равном 1;

 б – при целом числе больше 1 (равно 5)

Для определения расстояния (горизонтального проложения) циркулем–измерителем измеряем расстояние d по карте. Затем одну ножку измерителя ставим на линию 1, 2, 3 … так, чтобы вторая ножка находилась в области поперечного масштаба.Перемещаем измеритель вверх, следя, чтобы первая ножка не сходила с линии 1, 2 … , до тех пор, пока вторая ножка не попадает в точку пересечения горизонтальной и наклонной линий. Расстояние на плане будет равно:

d= n_ц m+ n_г 0,1m+n_в 0,01 m,

где n_ц- целое число сантиметров на линейке;

n_г, n_в – соответственно число делений на горизонтальной и вертикальной линиях поперечного масштаба.

На рисунке 1.4, n_ц=1, n_г=8, n_в=4, масштаб 1:25 000 (в 1см 250 м). Длина линии на карте d=1 250+0,1 8 250+0,01 4 250=250+200+10=460 м.

Если цена деления на линейке не 1, а 2 см тогда цена деления по горизонтали и вертикали поперечного масштаба удваивается. Для нашего примера масштаб 1:25000,

(1см =250 м), т.е. в двух сантиметрах 500 м. Разделив их на 10, получим 50 м по горизонтали, разделив которые на 10 получим 5 м по вертикали, а расстояние:

d=250 2+0,1 2 8 250 0,1+0,01 2 4 250=500+400+20=920 м.

При большем расстоянии, измерения проводятся, как показано на рисунке 1.4. При масштабе 1:100 000 (1см = 1000 м) расстояние на местности равно:

d=5 1000+0,1 6 1000+0,01 4 1000=5000+600+40=5640 м.

Предельной графической точностью масштаба t_пр называется горизонтальное расстояние на местности, соответствующее 0,1 мм плана. Это является наибольшей точностью, с которой можно измерить расстояние по карте (плану).