Білокриницький С. М. Геодезія

2

УДК 528(075.8) ББК 26.12я73

Б 614

Рекомендовано Міністерством освіти і науки, молоді та спорту України

(лит № 1/11-4201 від 26.05.2011 р.)

Рецензенти:

Дубровін В.О., доктор технічних наук, професор, Київський національний університет біоресурсів і природокористування; Бондаренко Е.Л., доктор географічних наук, доцент, Київський національний університет імені Т. Шевченко;

Дроздівський О.П., кандидат технічних наук, доцент, Київський національний університет будівництва та архітектури.

Білокриницький С.М.

Б 614 Геодезія : навч. посібник / С.М. Білокриницький. – Чернівці : Чернівецький нац. ун-т, 2011. – 576 с.

ІSВN

Навчальний посібник підготовлений відповідно до освітньо-професійних програм підготовки фахівців за освітньо-кваліфікаційним рівнем «Бакалавр» у галузі знань «Геодезія та землеустрій».

Запропановане видання містить загальні відомості про топографічні зйомки місцевості, методи топографічних зйомок, їх геодезичну основу. Значна увага приділена геометричному нівелюванню, мензульній зйомці. Розглянута тахеометрична зйомка, її суть, прилади для тахеометричної зйомки, знімальна основа тахеометричної зйомки, порядок її виконання та камеральні роботи. Описано геодезичні мережі. Подано характеристику картографічних проекцій, зокрема проекції Гаусса. Розглянуто питання редукування ліній та площ на площину в проекції Гаусса, GPS-системи. Висвітлено множення, копіювання і збереження карт (планів).

Для студентів базового напряму “Геодезія, картографія та землеустрій”, а також інших напрямів навчання, які вивчають дисципліни топографогеодезичного і картографічного спрямування.

УДК 528 (075.8) ББК 26.12я73

3

ВСТУП

Предмет і задачі геодезії Геодезія в її сучасному змісті – наука, яка вивчає фігу-

ру Землі й питання створення на її поверхні геодезичної мережі опорних пунктів, що слугують планово-висотною основою для топографічних зйомок і різних військових, інженерних та інших робіт, які потребують точних вимірювань і розрахунків на місцевості.

Слово «геодезія» в перекладі з грецької мови означає землеподілення (geo – земля, desio – поділяю).

Геодезія – одна з найдавніших наук про Землю. Навіть сама назва предмета показує, що геодезія як наука виникла з практичних потреб людства, пов’язаних із вимірюваннями і діленням земельних ділянок. Сучасна геодезія є багатогранною наукою, яка розв’язує складні наукові, науковотехнічні й інженерні задачі шляхом спеціальних вимірювань, що виконуються за допомогою геодезичних і інших приладів, та наступною математичною і графічною обробкою їх результатів.

Геодезію можна також визначити як науку про методи і техніку виконання вимірювань на земній поверхні, що виконуються з метою вивчення фігури Землі, а також побудову геодезичної основи для створення карт, планів і профілів та розв’язання різних прикладних задач.

Із розвитком суспільства, з підвищенням рівня науки і техніки змінюється і зміст геодезії. В процесі свого розвитку геодезія розділилась на декілька напрямів або розділів, які з часом перетворились на ряд самостійних наукових і науково-технічних дисциплін.

Вища геодезія розв’язує задачі по вивченню фігури і розмірів Землі та методи визначення координат точок на поверхні для території всієї країни. При досконалому вивченні методів розв’язання задач вищої геодезії з неї виок-

4

ремлюються в такі дисципліни, як геодезична астрономія, геодезична гравіметрія і космічна (супутникова) геодезія. Геодезична астрономія вивчає питання визначення координат зірок, способи визначення часу, а також астрономічних широт і довгот та азимутів у точках земної поверхні. Геодезична гравіметрія займається вивченням фігури Землі шляхом визначення за допомогою спеціальних приладів сили тяжіння в окремих точках земної поверхні. Космічна (супутникова) геодезія розв’язує різні геодезичні задачі з використанням штучних супутників Землі (ШСЗ).

Топографія розробляє методи створення топографічних карт і планів, тобто вивчає поверхню суші в геометричному відношенні. Але задачі сучасної топографії не обмежуються тільки геометричними вимірюваннями на земній поверхні. В топографії широко використовуються дані про місцевість, отримані географами, гідрологами, геоботаніками й іншими спеціалістами. Науковою дисципліною, яка вивчає і розробляє методи створення топографічних карт і планів по фотознімках, є фототопографія. В фототопографії широко застосовуються способи обробки фотознімків, які дозволяють визначати форми, розміри і положення об’єктів за їхнім фотографічним зображенням. У фототопографії в основному розглядається теорія відокремленого фотознімка. Теорію стереоскопічної пари аерофотознімків розглядає наукова дисципліна фотограмметрія.

Інженерна (прикладна) геодезія займається методами геодезичного забезпечення при розробці проектів, будівництві і експлуатації різних споруд, а також при вивченні, засвоєнні й охороні природних ресурсів.

Картографія – наука, яка вивчає питання картографічного зображення й розробляє методи створення карт та їх використання. До основних розділів картографії належать картознавство, математична картографія, складання і реда-

5

гування карт, оформлення карт, видання карт, картометрія, організація й економіка картографічного виробництва.

Основними задачами геодезії є:

визначення розмірів і форми Землі;

побудова на поверхні Землі мережі опорних геодезичних пунктів, тобто точне визначення положення окремих точок земної поверхні, які мають назву геодезичних пунктів; горизонтальне положення цих пунктів визначається їх географічними координатами (широтами і довготами) або координатами в іншій, доцільно обраній системі; вертикальне положення геодезичних пунктів визначається їх висотами, відстанями по вертикальній лінії від поверхні, яка взята за початкову (нульову);

вивчення змін, які відбуваються на поверхні Землі, деформацій земної кори, рухів материків, переміщення берегових ліній і т. ін.;

визначення на основі державної геодезичної мережі (ДГМ) пунктів розрядних геодезичних мереж, точок (пунктів) зйомочної мережі відносно яких безпосередньо визначають положення об’єктів місцевості;

вивчення методів вимірювання ліній і кутів на поверхні землі, під землею (в шахтах, тунелях) за допомогою спеціальних геодезичних приладів;

виконання різних вимірювальних робіт при вишукуваннях, які виконуються з метою проектування і будівництва споруд, перенесення проектів цих споруд у натуру;

вивчення методів обчислювальної обробки резуль-

татів вимірювань з використанням ЕОМ.

До загальних науково-технічних задач геодезії можна віднести:

6

розробку й удосконалення методів вимірювань із різною, необхідною у відповідних випадках, точністю;

встановлення й розробку типів інструментів і приладів, необхідних для вимірювань;

розробка питань наукової організації всього комплексу геодезичних робіт з урахуванням вимог, які пред’являються до їх результатів та фізикогеографічних умов районів робіт;

розробка й удосконалення методів математичної обробки результатів вимірювань.

Основними задачами геодезії в Україні на сучасному етапі розвитку є:

забезпечення функціонування та розвитку державної геодезичної мережі – створення національної геодезичної системи відліку, пов’язаної з європейськими та світовими системами координат;

модернізація і розвиток державної геодезичної та гравіметричної мереж, згущення та оновлення державної висотної мережі;

розвиток мережі постійно діючих станцій для супутникових радіонавігаційних спостережень;

моніторингові дослідження на геодинамічних полігонах і територіях інтенсивного антропогенного навантаження для вдосконалення системи попередження про сейсмічні та інші небезпечні процеси і явища;

розвиток фундаментальних досліджень і прикладних наукових розробок, геодезичне та фотограмметричне приладобудування – дослідження планетарної еволюції Землі (рухи земної кори та переміщення полюсів, варіації гравітаційного поля, швидкість обертання тощо);

7

розроблення методів створення національної референтної системи відліку;

теоретичне обґрунтування побудови та функціонування мережі перманентних СРНС-станцій;

розроблення схем та методів побудови геодезичних мереж і геодинамічних полігонів із застосуванням СРНС-технологій;

розроблення методів математичної обробки результатів геодезичних вимірів;

розвиток фундаментальних досліджень фігури Землі.

Зв’язок геодезії з іншими науками

Геодезія спирається на досягнення ряду наукових дисциплін, насамперед математики, фізики і астрономії. Математика озброює геодезію засобами аналізу і методами обробки результатів вимірювань. Астрономія забезпечує геодезію вихідними даними для розвитку геодезичних опорних мереж. На основі законів фізики будують геодезичні прилади. Успішно використовуються досягнення науки і техніки в галузі автоматики, телемеханіки і радіоелектроніки, на базі яких конструюються геодезичні прилади.

Вивченням Землі в різних аспектах займається географія, геологія, геоморфологія, гравіметрія і геофізика. Тому й існує природний зв’язок геодезії з цими науками. Знання географії забезпечує правильну трактовку елементів ландшафту, який складає рельєф, природний покрив земної поверхні (рослинність, ґрунти, моря річки і т. ін.) і результати діяльності людини (населені пункти, дороги, споруди, засоби зв’язку і т. ін.). Форми рельєфу й закономірності їх змін розглядаються геологією і геоморфологією. Вивчення фігури Землі пов’язано з дослідженнями її зовнішнього гравітаційного поля, які неможливі без використання законів і приладів гравіметрії.

8

Дослідження навколоземного і космічного простору потребує детального вивчення зовнішнього гравітаційного поля Землі і розподілення мас в її тілі. Тому роль геодезії в розв’язанні задач космічних досліджень вагома.

Геодезичні вимірювання широко використовуються в сучасних наукових дослідженнях по вивченню внутрішньої будови Землі і процесів, які відбуваються на її поверхні і в надрах. За їх допомогою фіксуються величини вертикальних і горизонтальних тектонічних рухів земної кори, зміни берегових ліній морів і океанів, коливання рівнів останніх і т. ін.

Тепер неможливо знайти практичну галузь господарства, в якій геодезія і геодезичні роботи не мали б суттєвого значення.

Для забезпечення безперервного розвитку продуктивних сил країни дуже важливе вивчення її території в топографічному відношенні, що здійснюють за допомогою карт і планів, створених на геодезичній основі.

Геодезія відіграє важливу роль при розв’язанні багатьох задач господарства країни: при вишукуваннях, проектуванні і будівництві самих різних споруд, при розвідці і розробці родовищ корисних копалин, при плануванні, озелененню і благоустрою населених пунктів, земле- і лісоустрою, осушенні і зрошенні земель, при спостереженнях за деформацією споруд і т. ін.

Простежимо роль геодезичних робіт при будівництві того чи іншого об’єкта, наприклад, залізниці.

На основі господарських (насамперед економічних) міркувань встановлюється необхідність будівництва залізниці між адміністративно-економічними центрами. Уже на цій початковій стадії проектування необхідні карти дрібного масштабу; вони дозволяють накреслити загальний напрямок дороги, райони, через які вона проходить; з урахуванням даних карти, обґрунтовується економічний ефект

9

від проведення даної залізниці. Крім того, вже по карті більш великого масштабу, розробляють ряд варіантів прокладання дороги, з яких обирається лише один, що найбільш задовольняє вимогам, вказаним у проектному завданні.

Обравши остаточний варіант прокладання дороги, на основі топографічних карт району розташування дороги складають технічний проект. При цьому виконують деякі додаткові топографічні роботи і спеціальні вишукування в особливих місцях будівництва дороги, наприклад у місцях будівництва мостів через ріки тощо. З використанням топографічних даних розраховують об’єми деяких трудомістких видів робіт (об’єм земляних робіт при виїмках і насипах і т. ін.).

На основі складеного проекту далі здійснюють будівництво залізниці. За допомогою геодезичних вимірювань на місцевості встановлюють трасу дороги, роблять розмічування закруглень і встановлюють межі земляних робіт, які забезпечують отримання профілю шляху із заданими в проекті ухилами. При будівництві різного роду інженерних споруд (доріг, мостів, залізничних станцій, тунелів і т. ін.) геодезичні вимірювання є необхідною складовою частиною робіт, які виконуються і забезпечують на місцевості розмічування осей і меж споруд, встановлення їх у проектне положення в плані і по висоті як у цілому, так і в окремих їх частинах.

З вельми короткого і схематичного розгляду ходу проектування і будівництва залізниці видно, що геодезичні роботи відіграють у ньому важливу роль. Більше того, від повноти і подробиць топографічних матеріалів і правильності їх використання залежать ефективність споруди, вартість будівництва й економічні показники в процесі її експлуатації.

10

Аналогічне значення мають геодезичні роботи і при будівництві численних і різноманітних інших споруд, а також при здійсненні всіляких заходів, пов’язаних із використанням території країни.

Роль геодезії в землеустрої

Землеустрій – це сукупність соціально-економічних та екологічних заходів, спрямованих на регулювання земельних відносин і раціональну організацію території адмініст- ративно-територіальних утворень, суб’єктів господарювання, що здійснюються під впливом суспільновиробничих відносин і розвитку продуктивних сил.

Землеустрій передбачає:

встановлення (відновлення) на місцевості меж ад- міністративно-територіальних утворень, землеволодінь і землекористувань;

складання схем землеустрою, розроблення технікоекономічних обґрунтувань використання та охорони земель відповідних адміністративнотериторіальних утворень;

складання проектів впорядкування існуючих землеволодінь і землекористувань та створення нових;

складання проектів відведення земельних ділянок;

встановлення в натурі (на місцевості) меж земельних ділянок;

складання проектів землеустрою, що забезпечують еколого-економічне обґрунтування сівозмін, упорядкування угідь, а також розроблення заходів щодо охорони земель;

проведення топографо-геодезичних, картографічних, ґрунтових, геоботанічних та інших обстежень і

розвідувань земель.

Крім того, створення і ведення державного земельного кадастру передбачає застосування єдиної системи просто-