Геодезия как наука. Предмет и задачи геодезии. История геодезии. Связь геодезии с картографией и земельными отношениями.

Стр 1 из 39Следующая ⇒

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Вопросы на дифференцированный зачет

ГЕОДЕЗИЯ ("гео" - земля, "де" - разделять) - наука об определении фигуры, размеров и гравитационного поля Земли, а так же об измерениях на её поверхности, с целью получения планов и профилей местности для удовлетворения потребностей народного хоз-ва.

Задачи геодезии подразделяются на научные и научно-технические.

Главной научной задачей геодезии является определение формы и размеров ЗЕМЛИ и ее внешнего гравитационного поля. Наряду с этим геодезия играет большую роль в решении многих других научных задач, связанных с изучением Земли. К числу таких задач, например, относятся: исследования структуры и внутреннего строения Земли, горизонтальных и вертикальных деформаций земной коры; перемещений береговых линий морей и океанов; определение разностей высот уровней морей, движений земных полюсов и др.

Научно-технические и практические задачи геодезии чрезвычайно разнообразны; с существенными обобщениями они заключаются в следующем:

- полевые исследования - полевая геодезия обеспечивает составление проектов сооружений путём выполнения полевых геодезических измерений и вычислительно графических работ;

- разбивочные работы - перенесение запроектированных сооружений на местность;

- исполнительные съёмки - с целью того, чтобы выяснить на сколько отличаются результаты исполненного этапа от проекта;

- наблюдения за деформациями

Все задачи геодезии решаются на основе результатов специальных измерений, называемых геодезическими, выполняемых при помощи специальных геодезических приборов. Поэтому разработка программ и методов измерений, создание наиболее целесообразных типов геодезических приборов составляют важные научно-технические задачи геодезии.

Геодезия подразделяется на ряд научных и научно-технических дисциплин:

Высшая геодезия, занимается определением фигуры, размеров, гравитационного поля Земли. Разрабатывает теорию и методы основных геодезических измерений, служащих для построения опорной геодезической сети.

Топография ("топос" - место, "граф" - пишу), занимается детальным изучением конкретных участков Земли (земной поверхности), путём создания топографических карт на основе съёмочных работ (наземные, воздушные). Соединение фотоснимков в единое целое - план или карту производится при помощи пунктов геодезической сети; при этом используются математические законы соответствия между объектом фотографирования и его изображением на снимке.

Область научно-технических знаний, рассматривающая эти законы, а также методы и приборы, используемые для определения взаимного положения объектов фотографирования по фотоснимкам, называется фотограмметрией (измерительной фотографией).

Спутниковая геодезия, (космическая), в её задачи входит рассмотрение теории и методов использования спутников Земли для решения различных практических задач геодезии.

Картография, это наука о картографическом отображении земной поверхности, о методах создания карт и их использовании. Создание карт основано на использовании и обобщении различных геодезических и топографических материалов.

Инженерная геодезия, изучает методы, технику и организацию геодезических работ, связанных с проведением различных инженерных организаций (строительство, мелиорация, рекультивация).

Определение положения точек земной поверхности. Изображение земной поверхности методами проекций.

Астрономические координаты

Астрономические координаты ‒ широту и долготу точек местности определяют из астрономических наблюдений, потому они и называются астрономическими. Названные координаты проецируют на поверхность сферы (рис. 2.7).

Параметры сферы: точка O ‒ центр сферы, точкаP ‒ северный полюс, точкаP' ‒ южный полюс. Линия экватора QQ', получается от пересечения сферы плоскостью экватора, перпендикулярной осиРР' и проходящей через центрО сферы. Плоскость меридиана точкиA, лежащей на поверхности сферы, проходит через отвесную линию точки A и ось вращения ЗемлиPP'. Меридиан точкиA ‒ это линия пересечения поверхности сферы плоскостью меридиана точки A.

Рис.2.7.

Астрономическая широта точки A ‒ это уголφ, образованный отвесной линией в точке A и плоскостью экватора; этот угол лежит в плоскости астрономического меридиана точки.

Астрономическая широта отсчитывается в обе стороны от экватора (к северу ‒ северная широта, к югу ‒ южная) и изменяется от 0o до 90°.

Астрономическая долгота точки A ‒ это двугранный угол λ между плоскостью начального астрономического меридиана и плоскостью астрономического меридиана точки A. Начальный астрономический меридиан проходит через центр главного зала Гринвичской обсерватории, расположенной вблизи Лондона. Долготы изменяются от 0o д 180° к западу от Гринвича‒ западные и к востоку‒ восточные.

Все точки одного меридиана имеют одинаковую долготу.

Проведем через точку A плоскость, параллельную плоскости экватора; линия пересечения этой плоскости с поверхностью сферы называется астрономической параллелью точки; все точки параллели имеют одинаковую широту.

Проведем плоскость G, касательную к поверхности сферы в точкеA; эта плоскость называется плоскостью горизонта точкиA. Линия пересечения плоскости горизонта и плоскости астрономического меридиана точки называется полуденной линией; направление полуденной линии ‒ с юга на север. Если провести полуденные линии двух точек, лежащих на одной параллели, то они пересекутся в точке на продолжении оси вращения Земли PP' и образуют угол γ, который называется астрономическим сближением меридианов этих точек.

ВИДЫ ГОРИЗОНТАЛЕЙ

Высота сечения рельефа на карте зависит от масштаба карты и характера рельефа. Для равнинной и холмистой местности ее величина равна 0,02 величины масштаба карты (например, на картах масштабов 1:50 000 и 1:100 000 нормальная высота сечения соответственно равна 10 и 20 м). На картах же высокогорных районов, чтобы изображение рельефа не затемнялось из-за излишней густоты горизонталей и лучше бы читалось, высоту сечения принимают в два раза больше нормальной (на карте масштаба 1:25 000 – 10 м, 1:50 000 – 20 м, 1:100 000 – 40 м, 1:200 000 – 80 м). На картах плоскоравнинных районов масштабов 1:25 000 и 1:200 000 высоту сечения принимают в два раза меньше нормальной, т. е. соответственно 2,5 и 20 м.

Горизонтали на карте, соответствующие установленной для нее высоте сечения, проводятся сплошными линиями и называются основными, или сплошными, горизонталями (рис. 9.3).

Нередко бывает, что важные подробности рельефа не выражаются на карте основными горизонталями. В этих случаях помимо основных горизонталей применяют половинные (полугоризонтали), которые проводятся на карте через половину основной высоты сечения. В отличие от основных половинные горизонтали вычерчивают прерывистыми линиями.

В отдельных местах, где нужные подробности рельефа не выражаются основными и половинными горизонталями, проводятся между ними еще вспомогательныегоризонтали – примерно через четверть высоты сечения. Их вычерчивают также прерывистыми линиями, но с более короткими звеньями.

Рис. 9.3. Основные, половинные и вспомогательные горизонтали

Для облегчения счета горизонталей при определении высот точек по карте все сплошные горизонтали, соответствующие пятикратной высоте сечения, вычерчивают утолщенной линией (утолщенные горизонтали).
Основная высота сечения указана на каждом листе карты – под южной стороной его рамки. Например, надпись «Сплошные горизонтали проведены через 10 м» означает, что на данном листе все горизонтали, показанные сплошными линиями, кратны 10 м, а утолщенные – кратны 50 м.

ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПО КАРТАМ (ПЛАНАМ) С ПОМОЩЬЮ ГОРИЗОНТАЛЕЙ

Определение уклона линии

Пусть линия местности AB (рис. 9.11) наклонена к горизонту АС под углом v. Тангенс этого угла называют уклоном линиии обозначают буквой i:

i = tg v = ,

т. е. уклон линии равен отношению превышения h к горизонтальному проложению S.

Рис. 9.11. Схема определения уклона линии

Определение крутизны ската

Мерою крутизны склона служит уклон, или тангенс угла наклона линии местности к плоскости горизонта. Расстояние между горизонталями (заложение) может быть разное, а превышение (вертикальное расстояние) между горизонталями в любом случае одно и то же. Следовательно, линия, соответствующая меньшему заложению, имеет больший уклон. Очевидно, самому короткому расстоянию между двумя соседними горизонталями соответствует самая крутая линия на местности.

Для графического определения углов наклона v по заданному значению заложения а, масштабу 1:М и высоте сечения h строят график заложения (рис. 9.12).

Вдоль прямой линии основания графика намечают точки, соответствующие значению углов наклона. По перпендикуляру к основанию графика от этих точек откладывают отрезки (в масштабе карты), равные соответствующим заложением, а именно a = h / tgv. Концы этих отрезков соединяют плавной кривой.

Рис. 9.12. Графики заложения:
а – для углов наклона; б – для уклонов

При работе с картой или планом угол наклона либо уклон определяют, пользуясь графиками, которые помещают под южной рамкой топографических карт и планов. Для этого с карты раствором циркуля-измерителя, берут заложения между двумя горизонталями по данному скату, затем по графику находят то место, где расстояние между кривой и горизонтальной прямой равно этому заложению. Для найденной таким образом ординаты определяют значение ν или i по горизонтальной прямой (на приведенных графиках отмечено звездочками: ν = 1º15′; i = 0,025 = 25%).

График заложений может быть использован только для работы на карте (плане) лишь того масштаба и такой высоты сечения рельефа, для которых он построен.

Поверки теодолита Т20.

До начала работы с теодолитом внешним осмотром проверяют его устойчивость на штативе, плавность хода подъемных и наводящих (микрометренных) винтов, прочность фиксации вращающихся частей закрепительными винтами.

Если теодолит получен с завода, после ремонта, от другого специалиста, до ввода теодолита в эксплуатацию выполняют поверки. В процессе поверок удостоверяются в правильном взаимном положении осей прибора (рис. 34, а).

Рис. 34. Схемы расположения геометрических осей теодолита:

а – общая; б, в, г, д – при поверках

Первая поверка. Ось UU цилиндрического уровня горизонтального круга должна быть перпендикулярна оси VV вращения прибора (рис. 34, б).

Поверку выполняют в такой последовательности. Приводят ось вращения инструмента в вертикальное положение при помощи уровня на горизонтальном круге. Затем уровень на горизонтальном круге располагают по направлению двух любых подъемных винтов и, вращая их в разные стороны, приводят пузырек уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают горизонтальный круг теодолита на 180°. Если пузырек остался на середине или отклонился не более чем на одно деление, уровень исправен, если более чем на одно деление — неисправен.

Для устранения неисправности пузырек перемещают исправительными винтами уровня к нуль-пункту на одну половину дуги отклонения, а затем подъемными винтами – на вторую половину дуги отклонения.

После выполнения поверки удостоверяются, что теодолит сохраняет рабочее положение. Для этого горизонтальный круг поворачивают на 90°, приводят пузырек цилиндрического уровня на середину и поворачивают горизонтальный круг в произвольном направлении. Если при различных положениях круга относительно подъемных винтов пузырек остался на середине или сместился на одно деление, то поверка считается выполненной.

Вторая поверка. Визирная ось РР трубы должна быть перпендикулярна оси НН вращения трубы (рис. 34, в).

Поверку выполняют следующим образом. Приводят ось вращения инструмента в вертикальное положение. При закрепленном винте алидады открепляют лимб и трубу. Наводят трубу на удаленную точку. Закрепляют лимб и берут отсчет а₁ по горизонтальному кругу. Отпускают зажимной винт зрительной трубы и переводят трубу через зенит. Открепляют зажимной винт алидады и наводят трубу на ту же точку, берут повторный отсчет а₂. Если отсчеты а₁ и а₂ равны или отличаются не более чем на двойную точность отсчетного устройства, теодолит исправен, если больше – неисправен. Так, при точности инструмента 30'' предельное значение коллимационной ошибки с = 0,5 (а₁ – а₂) не должно превышать 1'.

Чтобы устранить неисправность, из отсчетов а₁ и а₂ находят среднее значение: a = 0,5 (а₁ + а₂). Микрометренным (наводящим) винтом алидады устанавливают на горизонтальном круге средний отсчет а (при этом изображение точки сместится от вертикальной нити).

Снимают с окулярного колена трубы колпачок, ослабляют горизонтально расположенные исправительные винты сетки нитей и вращением этих исправительных винтов (один винт откручивают, а другой закручивают) смещают сетку до совпадения перекрестия сетки нитей с точкой визирования. После юстировки закрепляют винты.

Третья поверка. Ось НН вращения трубы должна быть перпендикулярна оси VV вращения прибора (рис. 34, г).

Поверку выполняют в такой последовательности. Теодолит устанавливают на расстоянии 8 – 10 м от стены здания. Вертикальную ось вращения приводят в отвесное положение. Трубу наводят на точку, высоко расположенную на здании, и закрепляют горизонтальный круг. Трубу плавно опускают до горизонтального положения. На стене отмечают проекцию точки. Переводят трубу через зенит, опускают закрепительный винт алидады и снова наводят на ту же точку. Проецируют точку на тот же уровень и закрепляют. Если проекции точки совпадают, теодолит исправен, если не совпадают – неисправен. При нарушении условия прибор направляют в мастерскую для ремонта.

Четвертая поверка. Вертикальная нить АА сетки зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси НН ее вращения (рис. 34, д).

Поверку выполняют в такой последовательности. Вертикальную ось вращения теодолита приводят в отвесное положение. На расстоянии 8 – 10 м от теодолита закрепляют отвес. Вертикальную нить наводят на отвес. Если вертикальная нить сетки совпадает с нитью отвеса, то теодолит исправен, если не совпадает – неисправен.

Чтобы исправить соотношение осей, снимают с окулярного колена трубы колпачок, ослабляют исправительные винты сетки и поворачивают диафрагму так, чтобы вертикальная нить сетки совместилась с нитью отвеса.

После выполнения этой поверки повторно делают вторую поверку.

Пятая поверка. Место нуля (МО) вертикального круга должно быть равно нулю или отличаться не более чем на 1¢.

Значение МО определяется визированием на одну и ту же точку, желательно ближе к горизонту, при двух положениях круга и вычисляется по формуле

МО= 0,5(КП+КЛ).

Для исправления МО необходимо установить по вертикальному кругу отсчет, равный (KJl – МО), и смещением окулярной сетки юстировочными винтами в вертикальном направлении совместить перекрестие сетки с изображением выбранной точки предмета. После юстировки снова следует повторить проверку МОи коллимационной ошибки (вторая поверка).

Нивелиры и их устройство.

Нивелиром называют геодезический прибор, предназначенный для измерения превышений методом геометрического нивелирования. По своей точности нивелиры подразделяются на высокоточные, точные и технические.

Высокоточные нивелиры предназначены для выполнения наиболее точных работ — нивелирования I и 11 классов, точные — для нивелирования 111 и IV классов, технические — для инженерно-технических работ, в том числе для технического нивелирования. Примером технического нивелира является нивелир Н-3 (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Нивелир Н-3:

1 — объектив; 2 — зрительная труба; 3 — защитный колпачок; 4 — диоптрийное кольцо; 5 — цилиндрический уровень; б — подставка; 7 — подъемные винты; 8 — пружинящая пластина; 9 — кремальера; 10 — визир; 11 — закрепительный винт; 12 — наводящий винт; 13 — круглый уровень; 14— исправительный винт;

15 — элевационный винт

Нивелир Н-3 имеет подставку, расположенную на трех подъемных винтах. Для визирования используется зрительная труба с внутренней фокусировкой, имеющая сетку нитей. Для установки трубы по глазу — получения четкого изображения сетки нитей — используется диоптрийное кольцо окуляра. Для установки трубы по предмету — получения четкого изображения наблюдаемого предмета (рейки) — предназначена кремальера, при вращении которой внутри трубы перемещается фокусирующая линза.

Для быстрого приведения прибора в рабочее положение служит круглый уровень, его цена деления равна 5'. Для точного приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение предназначен цилиндрический уровень. Цилиндрический уровень нивелира имеет такую же конструкцию, как и цилиндрический уровень теодолита. Отличие заключается только в его более высокой чувствительности, цена деления цилиндрического уровня нивелира составляет 15". Цилиндрический уровень нивелира жестко скреплен со зрительной трубой, поэтому при наклонах цилиндрического уровня наклоняется и визирная ось зрительной трубы. И наоборот: при наклонах зрительной трубы наклоняется цилиндрический уровень, вследствие чего происходит перемещение его пузырька. Для приведения пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт служит элевсщионный винт. Одновременно с перемещением пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт визирная ось зрительной трубы занимает горизонтальное положение.

Рис. 7.3. Поле зрения нивелира

Цилиндрический уровень является контактным. Это означает, что нивелир имеет специальную оптическую систему для передачи изображения концов цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы (рис. 7.3). Если пузырек цилиндрического уровня находится в нуль-пункте, то изображения концов его пузырька в поле зрения трубы совпадают, что представлено на рис. 7.3, б. Если пузырек цилиндрического уровня не находится в нуль-пункте, то в поле зрения трубы изображения концов цилиндрического уровня расходятся так, как в увеличенном масштабе показано на рис. 7.3, а. Отсюда следует, что для приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение необходимо с помощью элевационного винта совместить изображения концов пузырька цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы.

Для плавного перемещения зрительной трубы по горизонту служит наводящий винтзрительной трубы, который работает только при закрепленном положении закрепительного винтазрительной трубы. Увеличение зрительной трубы нивелира составляет 30^х, поле зрения — Г20".

Существуют нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования. Для этой цели служат компенсаторы — специальные призмы, подвешенные на тонких металлических нитях. С помощью круглого уровня прибор приводится в рабочее положение. Если при этом отклонение оси вращения прибора от отвесной линии не превышает 5', то с помощью компенсатора визирная ось нивелира автоматически приводится в горизонтальное положение.

Определение превышений по результатам спутниковых измерений. Использование спутниковой системы ГЛОНАСС – Глобальная Навигационная Спутниковая Система позволяет определять пространственные координаты точек.

Плановые геодезические сети: сети сгущения, сети специального назначения, съемочные сети.

Геодезические сети по назначению классифицируют на государственные геодезические сети, геодезические сети сгущения, геодезические сети специального назначения и съемочные сети.

Государственная геодезическая сеть. Государственная геодезическая сеть покрывает всю территорию Российской Федерации и служит ее главной геодезической основой.

По мере совершенствования средств измерений и накопления новых данных ГГС модернизируется. Создаваемая в настоящее время сеть согласно “Основным положениям о государственной геодезической сети Российской Федерации” включает: фундаментальную астрономо-геодезическую сеть, высокоточную геодезическую сеть, спутниковую геодезическую сеть 1 класса, а также астрономо-геодезическую сеть и геодезические сети сгущения.

Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС) - сеть пунктов, геоцентрические координаты которых определяются методами космической геодезии относительно центра масс Земли с погрешностью не более 10-15 см. Расстояния между пунктами 650 - 1000 км.

Астрономо-геодезическая сеть включает ранее созданные сети 1 и 2 классов. Сети 1 класса создавались в виде звеньев длиной 200 - 250 км, расположенных главным образом вдоль меридианов и параллелей и образующих замкнутые полигоны периметром 800 - 1000 км. Сеть 2 класса - сплошная сеть внутри полигонов. Сети 3 и 4 классов опираются на пункты 1 и 2 классов и служат сгущению сети.

Высокоточная геодезическая сеть (ВГС) обеспечивает распространение на всю территорию страны геоцентрической системы координат и уточнение параметров связи геоцентрической системы с действующей системой координат СК-95. Пункты ВГС определяются по наблюдениям спутников навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Расстояния между пунктами 150 - 300 км.

Спутниковая геодезическая сеть 1 класса (СГС-1) - сеть, создаваемая по мере необходимости по наблюдениям спутников систем ГЛОНАСС и GPS. Расстояния между пунктами 25 - 35 км.

Сети сгущения. Там, где требуется дальнейшее сгущение сети (например, в населенных пунктах), опираясь на государственную геодезическую сеть, развивают сети сгущения 1 и 2 разряда, чем достигается плотность на 1 не менее 4 пунктов на застроенной территории и 1 пункт на незастроенной территории.

Геодезические сети специального назначения создают в тех случаях, когда требуется особо высокая точность геодезической сети. Геодезическую сеть специального назначения строят в государственной или в местной системе координат. Примерами таких сетей являются создаваемые на железных дорогах реперные системы, которые должны служить основой для всех съемочных и разбивочных геодезических работ, возникающих при проектировании, строительстве и текущем содержании железных дорог, а также для мониторинга пути и сооружений, межевания земель и кадастровой съемки в пределах полосы отвода.

Триангуляция

Триангуляция - это метод построения плановой геодезической сети в виде примыкающих друг к другу треугольников, в которых измеряют все углы и длину хотя бы одной стороны, называемой базисом или базисной стороной. Триангуляция является наиболее распространенным методом построения плановых геодезических сетей. Система треугольников строят в виде рядов или сетей. Решая последовательно треугольники от начальной непосредственно измеряемой стороны, находят все стороны системы треугольников (рисунок 1).

Рисунок 1. Триангуляция и трилатерация

Триангуляционные сети в инженерно-геодезических работах используются в качестве основы для топографических съемок и разбивочных работ, а также для наблюдений за деформациями сооружений.

Для съемочных работ триангуляционная сеть позволяет сократить длины развиваемых на ее основе сетей сгущения и способствует уменьшению ошибок в сетях низших разрядов и съемочных сетях. Выбор класса сети для этой цели определяется в основном площадью съемки. Так, для крупнейших городов применяется триангуляция до 2 класса включительно. В большинстве случаев исходным обоснованием для съемочных работ служит триангуляция 4 класса. Триангуляция используется и для построения сетей сгущения 1 и 2 разрядов.

При развитии инженерно-геодезических сетей методом триангуляции наиболее типичными построениями являются цепи треугольников (для линейно протяженных объектов), центральные системы (для городских и промышленных территорий), геодезические четырехугольники (для мостовых и гидротехнических сооружений).

В сетях триангуляции треугольники стараются проектировать близкими к равносторонним; в особых случаях острые углы допускаются до 200, а тупые - до 1400. В свободных сетях для контроля масштаба сети необходимо иметь не менее двух непосредственно измеренных базисных сторон.

Трилатерация

Трилатерация - построение на местности примыкающих друг к другу треугольников и измерение длин всех их сторон. Сети трилатерации, создаваемые для решения инженерно - геодезических задач, часто строят в виде свободных сетей, состоящих из отдельных типовых фигур: геодезических четырехугольников, центральных систем или комбинаций с треугольниками. Решаются треугольники по формулам тригонометрии, находятся углы треугольников аналогично вычислениям элементов системы треугольников триангуляции (рисунок 1).

Метод трилатерации применяют для построения инженерно-геодезических сетей 3 и 4 классов, а также сетей сгущения 1 и 2 разрядов различного назначения. Приведем наиболее распространенные требования к сетям (таблица 2).

Широкое распространение сети трилатерации получили при строительстве многоэтажных зданий, дымовых труб, атомных электростанции.

Полигонометрия

Полигонометрия - построение на местности системы ломаных разомкнутых и замкнутых линий и измерений длин d отдельных отрезков, образующих ломаную линию, и горизонтальных углов поворота ? между смежными сторонами (рисунок 2). В методе полигонометрии все элементы построения измеряются непосредственно, а дирекционные углы ? и координаты вершин углов поворота определяются на тех же основаниях, что и в методе триангуляции. Метод полигонометрии в общем случае предусматривает выделение через несколько сторон хода некоторых главных пунктов, между которыми углы измеряются с более высокой точностью; в этом случае определение координат хода производится с меньшими погрешностями.

Рисунок 2. Полигонометрия

Содержание топографических съемок

Сутью съемочных процессов в топографических работах, безусловно, является получение данных (координат) пространственного положения всех снимаемых точек относительно той геодезической основы, которая и формирует всю систему координат страны. И на основании этих работ вычерчивание топографических планов. При этом следует отметить два направления измерений съемочных элементов:

• съемку ситуации, представляющую собой определение координат всех точек контурных объектов;
• съемку рельефа, заключающуюся во множественном получении сведений (координат точек) о форме и содержании рельефа местности.

Съемка ситуации имеет своей задачей нахождение оптимального числа характерных точек для измерений и естественно строительства всего контура изображения.

Основными предметами съемок ситуации являются:

• все городские и сельские населенные пункты;
• отдельные строения в них;
• все виды наземных сооружений;
• водоемы и водные объекты;
• земельные участки всех видов и назначений;
• всевозможные границы городских районов, контуров и отводов для автомобильных, железнодорожных дорог, аэропортов и других замкнутых контуров промышленного, сельскохозяйственного, культурного и спортивного назначения.

Для съемки ситуации критериями оценки контуров всех элементов ее изображения на топографических планах считаются материалы, из которых они возведены. Они разделены на два вида контуров:

• твердые контуры, построенные из прочных материалов (железобетон, кирпич);

• нетвердые, созданные из непрочных материалов, и естественные контуры.

При определении контуров зданий правильной конфигурации производят измерения необходимого количества угловых точек, а линейными промерами рулеткой недостающие до замкнутого контура. При съемке строений неправильной геометрической формы выполняют измерения всех углов

При съемке рельефа выполняется измерения высотных координат совместно с контурной съемкой на незастроенной территории. На плотно застроенных территориях обычно горизонтальные и вертикальные съемки выполняют отдельно друг от друга. С использованием современных технологий в топографических съемках эти процессы объединены.

Рельеф на топографических планах отображается изолиниями с одинаковыми высотными отметками (горизонталями). Как правило, для наилучшего отображения рельефа местности выбирается оптимальное количество съемочных точек. Для сплошных съемок разных масштабов расстояния между съемочными точками имеют различные значения и рекомендуются в соответствующих нормативных документах.
Для съемок и прорисовок рельефа используют такие характерные точки:

• вершины холмов и курганов;
• головки рельсовых путей;
• точки вдоль осей дорог;
• места сопряжений и откосов около мостов;
• вдоль контуров насыпей и выемок;
• у оснований сооружений и зданий;
• у колодцев подземных коммуникаций;
• многих других точек, характерных для описания рельефа местности.

Виды топографических съемок

В зависимости от используемого геодезического оборудования в различные периоды применяли, а некоторые из них до сегодняшнего времени и применяют, следующие топографические съемки:

• тахеометрическим способом, с использованием современных электронных тахеометров;

• горизонтальные (теодолитные) и вертикальные (нивелирования) на застроенных участках местности;
• фототеодолитные;
• нивелирование поверхности по квадратам, различных размеров (200×200, 100×100) в зависимости от местности и масштабов съемки.
• съемки городских проездов и внутренниих кварталов в населенных пунктах с густой застройкой. В них ранее использовались высокоточные рулеточные измерения способом линейной засечки от характерных угловых точек зданий с привязкой к съемочному обоснованию. Могут также применяться и другие инструментальные способы измерений такие, как способ перпендикуляров, полярный способ, створов и комбинированный. Наиболее эффективным в городской черте можно считать самый современный способ лазерного сканирования. Особенно при создании цифровых моделей съемки местности.
• с использованием глобальной навигационной спутниковой системы и GPS-приемников в RTK режиме кинематики реального времени;
• мензульный способ может представлять в настоящее время разве, что только исторический интерес.

Каждый из этих видов имеет свою специфику измерительного процесса, различное геодезическое оборудование, дополнительные инструменты и принадлежности. Но все они служат главной задаче выполнения точных геодезических измерений для построения топографических планов земной поверхности и объектов, находящихся на ней. Они регламентируются соответствующими инструкциями, в которых установлены требования, определенные методологические принципы и технологические схемы их проведения.

Тахеометры

Тахеометрическую съемку выполняют либо техническими теодолитами типа ТЗ 0, Т 15 и другими, либо специально сконструированными для таких работ приборами-тахеометрами, которые бывают различных типов.

Тахеометры номограммные имеют в поле зрения трубы номограмму, с помощью которой определяют расстояния и превышения.

Тахеометры с дальномерами двойного изображения имеют оптические устройства, которые позволяют по горизонтальной рейке определять горизонтальное проложение наклонных линий (это тахеометры ТД, Редта 002 и др.).

Тахеометры внутрибазовыеиспользуются для съемок труднодоступных участков местности и могут работать без рейки. Тахеометры указанных типов в настоящее время не выпускают, но иногда еще применяют на практике.

Рейки, используемые при тахеометрической съемке, - либо обычные дальномерные рейки для съемки, либо специальные с выдвижной пяткой для установления нуля рейки на высоту прибора, аналогичные тем, которые применяют при мензульной съемке кипрегелем КН.

Электронные (цифровые) тахеометры. Электронный тахеометр объединяет в себе возможности электронного теодолита, высокоточного светодальномера и полевого компьютера. Основу угломерной части тахеометров с электронным считыванием составляют датчики накопительного или позиционного типа. Дальномеры электронных тахеометров могут оснащаться разнообразными дальномерными блоками, позволяющими измерять расстояния по призме, отражающей пластинке или пленке, и без отражателя. Центрирование прибора выполняют с помощью лазерного отвеса. В качестве источника электропитания в электронных тахеометрах преимущественно используют литий-ионные аккумуляторные батареи.

Управление процессом измерений осуществляется с помощью многофункциональных клавиш (рис. 12.1). Результаты измерений отражаются на жидкокристаллическом экране тахеометра и могут записываться во внутреннюю память прибора емкостью 10-20 тыс. измерений. Кроме результатов измерений на экране могут постоянно отображаться некоторые наиболее важные характеристики настройки прибора: вид режима измерения расстояния, уровень зарядки батареи и т.д.

Рис. 12.1. Электронный тахеометр Leica ТС 307: I - клавиши управления; 2 -жидкокристаллический экран; 3 - клавиша записи результатов измерения; 4 - бесконечный микрометренный винт для наведения на наблюдаемую цель; 5 - кнопка включения

Набор прикладных программ тахеометра позволяет в режиме реального времени вычислять: наклонные расстояния; горизонтальные проложения; координаты и высоты наблюдаемых точек; превышения и дирекционные углы между точками, выбранными из памяти или выведенными с клавиатуры; координаты новой станции по наблюдениям известных (обратная засечка) и другие элементы. Дополнительные программы позволяют уравнивать теодолитный ход, решать задачи по выносу в натуру геометрических элементов проектируемых и строящихся сооружений. Результаты измерений и предварительной обработки могут переписываться затем в ЭВМ для последующей обработки.

В настоящее время электронные тахеометры находят самое широкое применение при создании геодезических сетей (съемочного обоснования), в проведении топографических съемок местности, землеустроительных работах, геодезическом обеспечении строительства, монтаже и юстировке промышленного оборудования.

Планы и карты. Элементы карты. Свойство карты.

Карта - уменьшенное, обобщенное изображение поверхности Земли, других небесных тел или небесной сферы, построенное по математическому закону на плоскости и показывающее посредством условных знаков размещение и свойства объектов, связанных с этими поверхностями.

Элементы карты— это ее составные части, включающие само картографическое изображение, легенду и зарамочное оформление

Основной элемент—картографическое изображение, т.е. содержание карты, совокупность сведений об объектах и явлениях, их размещении, свойствах, взаимосвязях, динамике. Общегеографические карты имеют следующее содержание: населенные пункты, социально-экономические и культурные объекты, пути сообщения и линии связи, рельеф, гидрографию, растительность и грунты, политико-административные границы.

На тематических и специальных картах различают две составные части картографического изображения. Во-первых, это географическая основа, т.е. общегеографическая часть содержания, которая служит для нанесения и привязки элементов тематического или специального содержания, а также для ориентировки по карте. Во-вторых,тематическое или специальное содержание(например, геологическое строение территории или навигационная обстановка).

Важнейший элемент всякой карты — легенда, т.е. система использованных на ней условных обозначений и текстовых пояснений к мим.

Картографическое изображение строится на математической основе, элементами которой на карте являются координатные сетки, масштаб и геодезическая основа. На мелкомасштабных картах элементы геодезической основы не показываются. С математической основой тесно связана и компоновка карты,т.е. взаимное размещение в пределах рамки самой изображаемой территории, названия карты, легенды, дополнительных карт и других данных.

Вспомогательное оснащение картыоблегчает чтение и пользование ею. Оно включает различные картометрические графики (например, на топографической карте помещают шкалу крутизны для определения углов наклона склонов), схемы изученности картографируемой территории и использованных материалов, разнообразные справочные сведения.

К дополнительным даннымотносятся карты-врезки, фотографии, диаграммы, графики, профили, текстовые и цифровые данные. Они не принадлежат непосредственно картографическому изображению или легенде, но тематически связаны с содержанием карты, дополняют и поясняют его.

Свойства карты

♦ математический закон построения — применение специальных картографических проекций, позволяющих перейти от сферической поверхности Земли к плоскости карты;

♦ знаковость изображения — использование особого условного языка картографических символов;

♦ генерализованность карты — отбор и обобщение изображаемых объектов;

♦ системность отображения действительности — передача элементов и связей между ними, отображение иерархии геосистем.

Картографические условные знаки во многом обогащают изображение. Они позволяют передать количественные и качественные характеристики объектов (например, указать породы леса, ширину и покрытие автодорог, проходимость болот), отразить объекты, недоступные взору человека (рельеф дна океана, строение земной коры на больших глубинах и т.п.), наглядно показать даже то, что не воспринимается органами чувств (магнитные склонения, аномалии силы тяжести и др.), передать динамику процессов, их ход во времени и перемещение в пространстве (атмосферные вихри, грузопотоки, миграции населения). Наконец, с помощью условных знаков на карте можно представить расчетные показатели и научные абстракции.

Виды надписей

Кроме условных знаков на картах присутствуют различные надписи. Они составляют важный элемент содержания, поясняют изображенные объекты, указывают их качественные и количественные характеристики, служат для получения справочных сведений. Надписи обогащают карту, но могут одновременно ухудшить ее читаемость. Поэтому установление оптимального количества надписей и правильное их размещение составляют важную задачу при создании любого картографического произведения.

Выделяют три группы надписей.

Топонимы — собственные географические наименования объектов картографирования. Они включают оронимы — названия элементов рельефа, гидронимы — названия водных объектов, этнонимы — названия этносов, зоонимы — названия объектов животного мира и т.п.

Термины — понятия, относящиеся к объектам картографирования. Это могут быть общегеографические, геологические, океанологические, социально-экономические и любые другие термины (например, «провинция», «область», «залив», «низменность», «антеклиза», «экономический район» и др.).

Пояснительные надписи, которые включают:

- качественные характеристики («ель», «сосна», «горькое», «соленое», «каменный»);

- количественные характеристики (указание ширины шоссе, абсолютные и относительные высоты и глубины, скорость течения реки и др.);

- хронологические надписи (даты событий, географических открытий, наступления каких-либо явлений, например начала ледостава на реках);

- пояснения к знакам движения («Путь Магеллана», «Дрейф ледокола "Седов"»);

- оцифровка меридианов и параллелей и пояснения к линиям картографической сетки («Северный полярный круг», «К востоку от Гринвича»).

Картографическая топонимика

Топонимы — это собственные имена (названия) географических объектов. Картографическая топонимика — раздел картографии на стыке с топонимикой, в котором изучаются географические наименования объектов, показываемых на картах. В задачи раздела входят также первичный сбор географических названий на местности, их анализ, систематизация и стандартизация, разработка нормативов и правил их написания на картах.

Первичное установление названий происходит во время полевых съемок. Наставления по топографическим работам предусматривают выписку наименований из официальных документов, выявление ранее присвоенных наименований по старым картографическим и литературным документам, опрос местных жителей, присвоение новых наименований вновь открытым объектам. Это непростые задачи, необходима тщательная проверка наименований, с тем чтобы устранить возможные орфографические ошибки, вкравшиеся в официальные документы, проанализировать разные названия одного и того же объекта, употребляемые местными жителями, особенно в малообжитых районах, исключить случайное, ничем не мотивированное присвоение новых названий.

Выбор географических наименований необходим в тех случаях, когда есть несколько названий одного и того же объекта на разных языках, принятых в качестве официальных государственных. Таковы ситуации в Бельгии, где многие наименования существуют во французской и фламандской формах (например, Антверпен и Анверс, Брюгге и Брюж), а также в Швейцарии, где параллельно используются названия на немецком, французском и итальянском языках.

В России можно встретить параллельное употребление таких наименований, как Татария и Татарстан, Башкирия и Башкортостан, Якутия и Республика Саха, река Белая и Акитиль и т.п. Еще большие сложности возникают в тех случаях, когда один и тот же географический объект принадлежит разным государствам. Например, река Дунай в Германии и Австрии называется — Донау, в Венгрии — Дуна, в Румынии — Дунэря, в Болгарии и Югославии — Дунав. Спорная территория, которая по-английски именуется Фолклендскими островами, в Аргентине носит название Мальвинских островов — и написание названия на карте становится проблемой политической. Японское море на корейских картах называется Восточным или Восточно-Корейским.

На русских картах иногда приводят одновременно два названия, например для рек, пограничных между Германией и Польшей, — Одер и Нейсе (немецкое) и Одра и Ныса (польское). Река Западная Двина в Латвии называется Даугавой, а испанские реки Дуэро и Тахо в Португалии приобретают названия Дору и Тыжу — в этих случаях на картах даются параллельные гидронимы.

Немало сложностей и неопределенностей возникает при передаче иностранных названий. На русских картах принято писать названия американских городов Нью-Йорк, но Новый Орлеан, а канадские провинции по установившейся традиции даются в таких разных написаниях: Нью-Брансуик и Ньюфаундленд, однако Новая Шотландия.

Специальные национальные и международные топонимические комиссии предпринимают немало усилий для нормализации географических наименований, разрабатывают инструкции по передаче иноязычных названий, в особенности с языков, имеющих неевропейские системы письменности (иероглифы, арабица), вводят правила написания на картах новых географических названий. Такая деятельность была особенно актуальна в связи со множеством переименований, прошедших в странах Азии и Африки после освобождения их от колониальной зависимости. В последние годы волна переименований охватила бывшие республики Советского Союза.

Международная нормализация особенно актуальна для топонимов, впервые присваиваемых географическим объектам в Антарктиде, в Мировом океане, а также на других планетах. Любопытен опыт Международного астрономического союза в отношении наименования деталей рельефа планет. Например, объектам Венеры — единственной планеты, названной женским именем, было решено присваивать исключительно женские имена. Кратерам — фамилии знаменитых женщин (на карте Венеры есть кратеры, названные в честь Ахматовой, Войнич, Дашковой, Ермоловой, Маньяни), возвышенностям — имена богинь (Афродита, Иштар, Лада и др.), бороздам и каньонам — имена прочих мифологических персонажей (Баба Яга, Дали, Диана и т.п.).

Картографические шрифты

Шрифты, используемые на картах для географических названий, терминов и пояснительных надписей, должны удовлетворять нескольким требованиям: быть четкими и хорошо читаемыми на цветном фоне, убористыми (компактными), пригодными для воспроизведения при печати. Скажем, изящное тонкое начертание букв, пригодное для воспроизведения гравюрой, оказывалось малопригодным при фоторепродуцировании и плоской печати, поскольку тонкие линии просто «рвутся». Кроме того, сами шрифты могут выполнять роль условных обозначений, тогда они должны различаться по размеру, рисунку, цвету. Например, названия крупных судоходных рек подписывают синим прямым шрифтом, а несудоходных — курсивом, названия населенных пунктов разного административного значения дают шрифтами разного размера и рисунка.

В зависимости от ряда графических признаков картографические шрифты подразделяются на группы:

- по наклону букв — прямые (обыкновенные) и курсивные с наклонами вправо и влево;

- по ширине букв — узкие, нормальные и широкие;

- по светлоте — светлые, полужирные и жирные;

- по наличию подсечек.

Шрифты различают еще и по кеглю — высоте букв. Кегль измеряется в пунктах (1 пункт = 0,376 мм). Некоторым шрифтам присвоены полиграфические названия: например, «текст» — 20 пунктов, «корпус» — 10, «нонпарель» — 6 пунктов и т.п.

Важное качество шрифта — его эстетичность. На старинных картах употреблялись надписи со многим декоративными элементами. Это украшало карту, но снижало ее читаемость. Современный дизайн ориентируется на удобство чтения, компактность, красоту пропорций, гармоничность сочетания с другими элементами содержания карты.

Для выделения названий карт или важных элементов в легенде применяют оригинальные художественные и архитектурные шрифты, в начертание которых вводится объемность, орнамент, цвет и штриховое оформление.

Современные компьютерные технологии обеспечивают широкий, практически не ограниченный выбор шрифтов разного вида, размера, рисунка, наклона. Кроме того, разработаны специальные алгоритмы для оптимального, компактного, автоматического размещения надписей объектов (например, населенных пунктов) при их большой плотности на карте.

Классификация гис

ГИС системы разрабатываются с целью решения научных и прикладных задач по мониторингу экологических ситуаций, рациональному использованию природных ресурсов, а также для инфраструктурного проектирования, городского и регионального планирования, для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций др.

Множество задач, возникающих в жизни, привело к созданию различных ГИС, которые могут классифицироваться по следующим признакам: По функциональным возможностям: - полнофункциональные ГИС общего назначения; - специализированные ГИС ориентированы на решение конкретной задачи в какой либо предметной области; - информационно-справочные системы для домашнего и информационно-справочного пользования.

Функциональные возможности ГИС определяются также архитектурным принципом их построения: - закрытые системы - не имеют возможностей расширения, они способны выполнять только тот набор функций, который однозначно определен на момент покупки. - открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования).

По пространственному (территориальному) охвату: - глобальные (планетарные); - общенациональные; - региональные; - локальные (в том числе муниципальные). По проблемно-тематической ориентации: - общегеографические; - экологические и природопользовательские; - отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, геологические, туризма и т.д.). [4]

Кроме того, ГИС можно классифицировать по типам представления географической информации. Выделяют два типа ГИС, в которых используются разные модели представления данных (рис.1): - ГИС на основе растровой модели представления данных.

В таких ГИС цифровое представление географических объектов формируется в виде совокупности ячеек растра (пикселей) с присвоенным им значением класса объекта; - ГИС на основе векторной модели представления данных. В этом случае цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов осуществляется в виде набора координатных чисел.

Следует отметить, что современные геоинформационные системы обычно работают как с векторной, так и с растровой моделями представления данных.

Рассмотрим преимущества растровой и векторной моделей.

Растровая модель:

1. Картографические проекции просты и точны, т.е. любой объект неправильной формы описывается с точностью до одной ячейки растра.

2. Непосредственное соединение в одну картину снимков дистанционного зондирования (спутниковые изображения или отсканированные аэрофотоснимки).

3. Поддерживает большое разнообразие комплексных пространственных исследований.

4. Программное обеспечение для растровых ГИС легче освоить и оно более дешевое, чем для векторных ГИС.

Векторная модель:

1. Хорошее визуальное представление географических ландшафтов.

2. Топология местности может быть детально описана, включая телекоммуникации, линии электропередач, газо- и нефтетрубопроводы, канализационную систему.

3. Превосходная графика, методы которой детально моделируют реальные объекты.

4. Отсутствие растеризации (зернистости) графических объектов при масштабировании зоны просмотра. [5]

Рис.1 Растровая и векторная модели пространственных данных

Подсистемы ГИС:

1. Подсистема ввода и преобразования данных. Основная функциональная задача этой подсистемы – создание целостного информационного цифрового образа исследуемого объекта или явления на основе преобразования графической информации в цифровой вид и ввода ее в компьютер. Источниками данных могут быть бумажные и цифровые карты, различные геодезические приборы, аэрофото- и космические снимки. Такая информация может быть введена с клавиатуры, с помощью сканера или получена из другой компьютерной системы.

Наиболее распространены три способа преобразования графической информации в цифровую форму: точечный, линейный и сканирование.

2. Подсистемы обработки и анализа ГИС. В их задачи входит выполнение процедур обработки данных, манипулирования пространственными и семантическими данными, осуществляемых при отработке пользовательских запросов.

К наиболее важным относят операции, обеспечивающие выбор и внесение данных в память машины, а также все аналитические операции, которые происходят при решении задачи: поиск данных в памяти; установление размерности отдельных исследуемых областей; проведение размерности отдельных исследуемых областей; проведение логических операций над данными территориальных единиц исследуемого региона; статистические расчеты; специальные математические расчеты в соответствии с требованиями пользователя.

3. Подсистема вывода (визуализации) данных. Она служит для вывода изображений на экран монитора или печатающие устройства, что позволяет выполнять следующие действия: создание диаграмм; вывод статистических данных; создание картографической продукции; совмещение этих результатов в отчетах и т.д.

4. Подсистема предоставления информации. Она предназначена для оперативного предоставления данных по запросам пользователей ГИС. В данной подсистеме также определяются условия и режимы предоставления информации по запросам пользователей, осуществляется защита от несанкционированного доступа.

5. Пользовательский интерфейс. Он должен отвечать требованиям физического и психологического комфорта пользователя, быть эффективным, быстродействующим, обладать возможностями адаптации для конкретного пользователя, сочетать возможности интерактивного ввода, текстовых и графических меню.

Пользовательский интерфейс должен обеспечить многооконное отображение графических данных с возможностью открытия неограниченного числа окон, связывать с окнами как различные изображения, так и фрагменты одного и того же изображения, представленные в разных масштабах. 6. Подсистема хранения данных. Она служит для организации хранения и обновления баз данных с помощью систем управления ими.

Принцип действия ГНСС

Принцип, на котором основано действие ГНСС, весьма прост – местоположение объекта определяется путем измерения расстояний от него до исходных точек, координаты которых известны. Сложность его реализации с помощью ГНСС обусловлена стремлением сделать систему глобальной, т. е. доступной в любое время на всей Земле и в окружающем пространстве. Для этого в качестве исходных точек выбраны искусственные спутники Земли, излучающие дальномерные радиосигналы, которые пользователь принимает на специальный приемник. Так как спутники движутся по своим орбитам, система предоставляет пользователю информацию о координатах ИСЗ на любой момент выполнения измерений.

Применяемый в ГНСС метод определения местоположения точек основан на линейной геодезической засечке. Ее суть сводится к известной геометрической задаче: найти на плоскости положение точки K, если известны положения двух других точек А и В и расстояния от них до точки K соответственно S1 и S2 (рис. 102).

Рис. 102. Линейная засечка

Искомая точка K принадлежит одновременно двум окружностям с радиусами S₁ и S₂, описанным из центров А и В, т. е. является одной из двух точек пересечения этих окружностей. В аналитическом представлении эта задача выражается в виде системы двух уравнений

где XА, YА, XВ, YВ и XK, YK – прямоугольные координаты точек на плоскости. Таким образом, искомые координаты XK, YK точки K получаются из решения системы двух уравнений с двумя неизвестными. При обобщении этой задачи от плоского построения к пространственному вводится третья координата Z, и для определения теперь уже трех искомых координат ХK, YK, ZK точки K необходимо решить систему из трех уравнений

Следовательно, при решении пространственной линейной засечки должно быть три исходных пункта, которые не должны лежать на одной прямой, иначе система уравнений не будет иметь определенного решения. Количество исходных точек, до которых измеряются расстояния, может быть и больше трех, тогда система уравнений становится переопределенной, и задача решается методом наименьших квадратов. Привлечение избыточных измерений, позволяет повысить точность определения координат и к тому же дает еще возможность включения в систему уравнений дополнительных неизвестных параметров, определение которых необходимо для корректной работы с ГНСС.

Рис. 103. Схемы определения координат спутника (а) и наземного пункта (б) ;

С помощью описанного метода линейной геодезической засечки в ГНСС решаются две главные задачи (рис. 103): - определение координат спутника по измеренным до него расстояниям от наземных пунктов с известными координатами (прямая геодезическая засечка); - определение координат наземного (или надземного) объекта по измеренным до него расстояниям от нескольких спутников, координаты которых известны (обратная геодезическая засечка).

Вопросы на дифференцированный зачет

Задачи геодезии подразделяются на научные и научно-технические.

- разбивочные работы - перенесение запроектированных сооружений на местность;

- наблюдения за деформациями

Геодезия подразделяется на ряд научных и научно-технических дисциплин:

Дата: 2019-07-30, просмотров: 309.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒