Геодезия

Геодезия – это многогранная наука, она изучает методы, технику геодезических измерений, приборы для производства измерений. Измерения широко применяются в производственной и научной деятельности.

Геодезия («деление земли») – древняя наука, возникшая по потребности человека. Первые сведения о геодезических измерениях в России относятся к Х веку. Первая карта московского государства была создана в XV веке. Быстрое развитие геодезия получала после подписания декрета о создании высшего Геодезического управления (ВГУ) – 1919 год.

Геодезия развивалась в тесной связи с древними науками: математика, физика, черчение, фотодело, астрономия.

В процессе развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных наук: высшая геодезия, топография, фототопография, инженерная геодезия, спутниковая геодезия, прикладная геодезия, картография, маркшейдерское дело, радио-геодезия и т.д.

ВЫСШАЯ ГЕОДЕЗИЯ занимается определением формы и размеров земли.

ТОПОГРАФИЯ («описываю место») изучает сравнительно небольшие участи земли с целью получения их изображения в виде карт, планов, профилей и их электронных аналогов.

ФОТОТОПОГРАФИЯ – раздел геодезии, изучающий методы создания планов по материалам фото или цифровой съемки.

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ рассматривает методы геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, т.е. на всех 4 стадиях строительства.

МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ДЕЛО – подземная геодезия, занимающаяся ведением съемок внутри горы и на соответствующих участках земной поверхности.

КОСМИЧЕСКАЯ ГЕОДЕЗИЯ решает задачи с помощью ИСЗ – это одно из самых крупных современных достижений технического прогресса.

Реконструкция и техническое перевооружение железнодорожного транспорта, изыскание и строительство новых путей сообщения, а также содержание в исправности всех сооружений при их эксплуатации немыслимы без проведения соответствующих геодезических работ. Весьма важным является внедрение автоматизации и механизации самых различных процессов топографо-геодезических работ, особенно на стадии технических изысканий.

Понятие о форме и размерах Земли. Уровенная поверхность и ее роль в геодезии. Понятие о геоиде

Сведения о форме и размерах Земли необходимы для правильного изображения ее поверхности на картах. Так же применяются в авиации, мореплавании и т.д. 2/3 мирового пространства занимает вода, поэтому приняли поверхность воды за фигуру земли. Тело, образованное этой поверхностью, называется ГЕОИД (не имеет правильной формы и не выражается ни одной математической формулой). Исследования показали, что наиболее близкой к геоиду математической поверхностью является эллипсоид вращения. Если удачно выбрать (рассчитать) и надлежащим образом ориентировать эллипсоид вращения в теле геоида, то его поверхность будет отличаться в среднем на 50м. Профессор Красовский рассчитал размер большой и малой полуоси эллипсоида. (1946г)

R = 6371,11 км a = 6378,245 км b= 6356,863 км Форма земли оценивается сжатием – α: α=(a-b)/a=1/298.3

Запуск ИСЗ подтвердил α. Земной эллипсоид с данными размерами называется земной референт-эллипсоид.

Уровенная поверхность.

Поверхность воды мирового океана в спокойном состоянии, мысленно продолженная под материками, называется уровенной поверхностью. Уровенных поверхностей может быть множество. Балтийское море – исходная уровенная поверхность, регулярно отсчитывается по Кронштадтскому футштоку (вертикально поставленная рейка).

Теодолит

Теодолит-геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, а также для измерения расстояний при помощи специальных приборов.

Классификация:

1)По точности(средняя квадратическая ошибка однократного измерения) :

• Высокоточные(до±1’’; Т05, Т1).

• Точные( от ±1,5” до ±10”; Т5, Т2).

• Технические( от ±15’’ ; Т15, Т30).

2)По конструкции осей:

• Простые(горизонтальный лимб наглухо соединен с подставкой)

• Повторительные(лимб имеет закрепительный и наводящий винты и может вращаться независимо от вращения алидады).

3)По назначению:

• Оптические

• Электронные (выводят значения измеренных углов на дисплей, что исключает ошибки взятия отсчета).

• Кодовые(на лимбах вместо градусных штрихов располагаются кодовые дорожки т.е. прозрачные и непрозрачные полосы, пропуская через них свет получают лишь 2 сигнала – темно\светло.)

• Лазерные (сочетание электронного теодолита с лазерным лучом).

• Гиротеодолиты(сочетание оптического теодолита и гирокомплекса; точность не зависит от погоды).

Российские теодолиты имеют название, исходя из серии, шифра изделия(Т), точности , изображения зрительной трубы( П при трубе прямого изображения), наличия компенсатора, заменяющего цилиндрический уровень(К), а также маркшейдерского исполнеия работ( М).

Поверка -проверка соответствия прибора некоторому условию.

Поверки: приемочные(наличие и исправность всех частей прибора), полевые(правильность геометрического соотношения всех частей прибора).

Первая полевая поверка: ось цилиндрического уровня перпендикулярна оси вращения(горизонтируем прибор и разворачиваем алидаду на 180°.Если отклонение > 2 дел-ий то необходимо половину отклонения исправить юст-винтами, а затем поверить заново и при необходимости, исправить, пока отклонение не будет < 2 делений).

Вторая полевая поверка: верт. нить сетки нитей должна лежать в одной плоскости с осью вращения теодолита(Горизонтируем, наводим на хорошо видимую точку, а затем наводящим винтом трубы перемещаем ее сверху вниз. Если смещение >2 толщин нити, то ослабляем крепежные винты окуляра и вручную разворачиваем сетку в правильное положение).

Третья полевая поверка(поверка коллимационной ошибки):визирная линия зрит.трубы перпендикулярна оси вращения зрительной трубы(горизонтируем, наводим на точку,при неподвижном лимбе делаем 2 отсчета: при круге лево и право, вычисляем ошибку(2С=КЛ-КП±180°); если ошибка>двойной точности прибора, то:

1)Вычисляют правильный отсчет, как среднее из двух отсчетов.

2)Глядя в окуляр отсчетного микроскопа, ставят этот отсчет наводящим винтом алидады гор.круга.При этом визирная линия сместится на величину коллимационной ошибки.

3)Ослабив юстировочные винты сетки боковыми винтами, возвращают визирную линию на точку.

Четвертая полевая поверка(гор.оси вращения зрит.трубы):гор.ось вращения зрит.трубы должна быть перпендикулярна оси вращения теодолита(выбирается точка, расположенная выше или ниже горизонта прибора; при неподвижном лимбе после гор-ия берутся 2 отсчета и вычисляется их разность(2А=КЛ-КП±180°); если 2А>2С, то юстировка теодолитов Т2 и Т5 в мастерской).

Гор-ные углы.

Первый способ — полные приемы.

Измерить угол одним полным приемом — это значит изме¬рить его двумя полуприемами (при разных положениях верти¬кального круга).

Один полуприем — измерение угла по разности двух отсчетов по горизонтальному кругу при неподвижном лимбе.

В инженерной геодезии чаще всего измеряются горизонталь¬ные углы справа по ходу лежащие.

При ЭТОМ

Βправ=З-П

где 3 и П— отсчеты направлений по горизонтальному лимб при визировании на заднюю и переднюю по ходу цели. Если задний отсчет меньше переднего, то

Вправ= (З+ 360) - П.

Работа ведется двумя полуприемами.

Контроль: разность м/у КЛ и КП должна быть не больше 2t.

где t— точность отсчитывания по микроскопу горизонтального угла. Если условие соблюдается, то вычисляется средний угол одного полного приема:(КЛ+КП)/2

На основании вычисления средних квадратических ошибок функций измеренных величин, если обозначить среднюю квад¬ратическую ошибку определения одного направления за /mнапр, то средняя квадратическая ошибка определения угла из одного полуприема вычислится как mB1 полуприем=mнапр√2

а средняя квадратическая ошибка определения угла из одного полного приема (двух полуприемов) будет равна.

приема (двух полуприемов) будет равна

При необходимости увеличить точность измерения угла, он может быть измерен несколькими полными приемами, при этом средняя квадратическая ошибка определения угла из n приемов вычислится как

Второй способ - круговые приемы.

Этот способ применяется, когда на одной точке необходимо определить более одного угла.

Направление на наиболее хорошо видимую точку принимают за начальное и ориентируют лимб по этомц направлению отсчетом 0гр, 5мин.(для удобства обработки наблюдений в последующем.

Один круговой прием состоит из двух полуприемов при разных положениях круга, выполняемых на неподвижном лимбе. Каждый полуприем начинается с отсчета на начальное направление и заканчивается на нем же, что дает первый контроль, называемый «замыкание горизонта», т. е. первый и последний отсчеты должны быть одинаковыми, но они разнятся на величину сдвижки лимба по ходу движения алидады. Для исключения влияния сдвижки лимба в разных полуприемах алидаду вращают в разные стороны: при круге «лево» — по ходу часовой стрелки, а при круге «право» — против хода.

Второй контроль измерений углов этим способом состоит в постоянстве коллимационной ошибки при вычислении ее по отсчетам на все направления.

При необходимости увеличения точности измерений углов: производят n приемов, при этом перед каждым новым приемом сдвигают лимб на угол 180° (для ослабления влияния систе-матических ошибок делений лимба).

Третьим контролем после обработки результатов измерений углов n приемами является равенство углов в приемах.

Измерение расстояний

Прямые:

• Мерными приборами: лентами, рулетками

• Дальномерами: оптическими, электронными

Косвенные:

• Параллактический способ

• Способ треугольников

Измерение расстояний лентой

Составляется бригада:

• первый – записатор

• второй – передний мерщик

• третий – задний мерщик

• четвертый – рабочий

Рабочий устанавливает в начальной и конечной точке расстояния, обеспечивает видимость с одной вехи на другую. Мерщики разворачивают ленту в створе между двумя точками, точность уложения в створе – толщина вешки. Записатор оценивает правильность уложения ленты, отмечает в журнале измеренное расстояние. Записатор подходит к переднему мерщику, дает команду дальше. Передний мерщик оставляет шпильку, заколотую в землю. Задний мерщик забирает шпильку и продвигается вперед. Так до тех пор, пока у заднего мерщика не окажется шпилек.

D=100p+20k+r

D – измерение расстояний

p – число передач шпилек

k – число шпилек

r - остаток

Непосредственные измерения длин (мерные приборы).

Мерные приборы – инструменты, непосредственно прикладываемые к измеряемому объекту.

Мерные ленты. (Л3-20 – лента землемерная 20м длиной.Бывают 20, 24 и 50 м.)

Рулетки. (Р-10. Бывают 10, 20, 30 и 50 м)

Измерительные колеса. (Применяются в практике ж/д строительства, например, при разметке дорожных знаков.)

Закрепление точек на местности.

В зависимости от назначения и выполнения геодезических работ точки могут закрепляться: временно, на продолжительное время, на длительное время.

Заводские вехи нельзя оставлять в поле несколько дней, поэтому вместо них оставляют колья, деревянные рейки или небольшие шесты из стволов молодых деревьев (заменки).

Если между периодами работ проходит несколько лет, трасса закрепляется осевыми столбами, угловыми столбами и т. д. Если невозможно обозначить линию точками, сторожками и осевыми столбами, осевые точки обозначают железнодорожными костылями или металлическими штырями.

Постоянное закрепление осуществляется привязкой к постоянным местным предметам (стена здания, опора ЛЭП, скала и т.п.).

Вешение линий.

Вешение – процесс установки вех в вертикальной плоскости между крайними точками прямой (в створе). Вехи в створе устанавливают через 70-100 м. Вешение производится на глаз или теодолитом.

Вешение можно производить «на себя» и «от себя». Вешение «на себя» дает более точный результат, т к при вешении «от себя» ранее выставленными вехами закрывается видимость на последующие.

Компарирование мерных приборов.

Условием применения мерных приборов является компарирование.

Компарирование – сравнение длины мерного прибора с другим прибором (эталоном).

Компараторы бывают полевые и стационарные. Длина компаратора, как правило, равна длине мерного прибора.

Дальномерные измерения.

Дальномернее измерения – измерение расстояний с использованием дальномеров. Реализуется параллактический метод измерения расстояний.

При измерении дальномерами необходимо выполнить:

• поверки

• центрирование

• горизонтирование

• установить отражатель (или установить марку)

Оптические дальномеры:

• с постоянным базисом

• с постоянным углом

По конструкции различают дальномеры:

• встроенные

• насадки

• в виде отдельных приборов

Мы использовали нитяной дальномер для определения расстояний. Когда визирная линия в теодолите горизонтальна, то горизонтальное проложениеd= cn. Когда визирная линия в теодолите наклонна, d= cn*cosα. n – отсчет по дальномеру. α – угол наклона (вертикальный угол).

Принцип измерения расстояний светодальномерами.

Светодальномеры – оптические приборы для определения расстояний при помощи светового луча.

Принцип действия светодальномера заключается в том, что от источника света электромагнитные волны передаются на отражатель, установленный в точке, до которой измеряют расстояние. От отражателя электромагнитные волны возвращаются к приёмному устройству, совмещённому с передающим. Приёмное устройство передаёт полученные сигналы на устройство обработки сигнала, откуда идёт на табло индикатора, где и высвечиваются результаты измерений в конечном виде, либо в промежуточных значениях.

Светодальномеры измеряют расстояния по двум принципам:

• волновой

• фазовый

Волновой принцип основан на измерении времени прохождения луча туда-обратно.

Фазовый – на измерении количества фаз (колебаний).

Ручные безотражательные дальномеры.

Безотражательный дальномер позволяет определить расстояние до удаленного объекта без необходимости установки призмы непосредственно в измеряемой точке. Измерения без отражателя открыли новые возможности съемки силами одного исполнителя, что существенно увеличило производительность. Могут измеряться объекты, которые ранее были недоступны или опасны, такие как обрывы, дамбы, горные выработки и забои, загруженные магистрали и др. Возможность бесконтактных измерений при работе на автомобильных и железных дорогах понижает травматизм и повышает безопасность.

В настоящий момент в безотражательных системах используются электронные дальномеры двух типов: импульсные дальномеры, основанные на принципе непосредственного измерения времени прохождения сигнала до цели и обратно, и фазовые дальномеры, работающие по методу определения разности фаз сигналов.

Излучаемые лазерные импульсы, хотя и имеют достаточную мощность для измерения на сотни метров, имеют короткую продолжительность и поэтому не накапливают энергию, которая может быть опасна для глаз.

Технология измерений без отражателей гарантирует пользователям значительное повышение производительности и безопасности работ.

Определение неприступных расстояний (между видимыми и невидимыми точками)

Измерение недоступных расстояний выполняется косвенным путем. Взаимосвязи величин в треугольнике. Сумма углов равна 180.

Теорема косинусов:

Т еорема синусов:

Дальномерные измерения.

Мерной лентой или рулеткой непосредственно на местности измеряют наклонное расстояние D, а для составления планов d.

d =D*cos

при угле наклона 2 градуса поправки не учитывают.

Оптические дальномеры

Нитяной дальномер

АВ=n по рейке, а расстояние между точками N и M, равное Д, определяют из соотношения: D = D' + f + δ. Где D'-расстояние от переднего фокусаобъекта до рейки. F-фокусное расстояние, δ - расстояние от объекта до оси вращения прибора. D' = f /P ∙ n.

Отношение f /P называется коэффициентом дальномера и обозначается K, а сумма (f +δ) – постоянная дальномера и обозначается С. D = K ∙ n + С.

Понятие о светодальномерах

Измерение расстояний с помощью светодальномера основано на измерении промежутка времени t, в течение которого свет дважды проходит расстояние D, в прямом и обратном направлении. D = V*t /2, где V – скорость света в атмосфере, t – время.

Система высот в стране.

класс	Тип нивелира	Ув. Зрит. Тр. крат	Расст от нив до рейки	Разность в h на станц. мм	F доп, невязка хода, мм
I	H05,H1	<44	50± 0,5	±0,5	<=±1 sqrt(L)
II	H2,H3	<40	60-75±1	±0,7	<=±5 sqrt(L)
III	H3,H3к	30	75±1	±3	<=±10 sqrt(L)
IV	H3	20	100±5	±5	<=±20 sqrt(L)
Тех нив-е	H10, H10кл	18	100-150±5	±10	<=±50 sqrt(L)

-Где L – число км нивелирного хода

-Т.к. разность плеч допускается 0,5 м, то расстояние от рейки до нивелира измеряют рулеткой или проволокой

-Для 1,2 клиспользуется (Ni+Fe, устойчивые к температуре) рейки

-Для 3 кл – деревянные штрихов.

-Для 4 кл и технического- деревянные шкаловые

-Техническое нивелирование -введено в 1962 для строительных организаций (постановление СМ СССР)

Высоты точек местности (абсл. и относит.).

Это важнейшие характеристики рельефа

Абсолютные – высота любой т. Земной пов-ти над уровнем океана

Она бывает положительной (местность лежит выше уровня океана) и отрицательной (местность расположена ниже уровня океана). Положительную абсолютную высоту имеет большая часть суши. Примеры отрицательной абсолютной высоты встречаются на суше реже

Относительная – превышение одной точки земн. пов-ти над другой

Виды нивелировок

Нивелирование – определение превышения одной точки относительно другой

Виды:

- геометрическое (гор-ый луч)

-тригоном-ое (наклонн. луч)

-баромет-ое (изменение давления с высотой)

-гидростатич-е (основано на связях жидкости в сообщающихся сосудах)

-Аэрорадионивелирование (радиовысотомером с лет. аппарата)

-Стереофотограмметрическое (по паре фотоснимков одной и той же местности)

- автоматическое (с помощью спец. техники)

Геометрическое нивелирование.

Геометрическое нивелирование – определение превышения горизонтальным визирным лучом. Особенности геометрического нивелирования: высокая точность, высокая производительность. При нивелировании точки закрепляют колышками (башмаками) на которые ставят рейки.