1 ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДЕЗИИ.

Геодезия -- (греч) землеразделение.

Геодезия -- наука, изучающая форму и размеры Земли, а также отдельных

участков её поверхности. В геодезии разрабатывают различные методы и

средства измерений для решения различных научных и практических задач,

связанных с определением формы и размеров Земли, изображения всей или

отдельных частей её на планах и картах, выпол нения работ, необходимых

для решения различных поизводственно-технических и оборонных задач. В

геодезии применяют приемущественно линейные и угловые измерения.

Практические задачи:

1. Определение положения отдельных точек земной поверхности.

2. Составление карт и планов местности.

3. Выполнение измерений на земной поверхности и под землёй, необходимых

для проектирования и стоительства инженерных сооружений.

1. ПРЕДМЕТ ГЕОДЕЗИИ И ЕЁ СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ

Геодезия, — наука о методах и технике производства измерений на земной поверхности и в околоземном пространстве, проводимых для:

определения фигуры и размеров Земли;

изображения земной поверхности и отдельных её частей в виде планов, карт и

вертикальных разрезов в виде профилей;

решения разнообразных научных и практических задач по созданию и

эксплуатации исскуственных сооружений (ИССО) на земной поверхности;

создания геодезических опорных сетей как основы для выполнения

перечисленных задач.

Геодезия одна из древнейших наук, возникла с началом земледелия и её название образовано из двух греческих слов - "гео" -"земля" и "дайдзо" - "разделяю" (землеразделение).

В настоящее время геодезия подразделяется на следующие научные дисциплины

высшая геодезия;

космическая геодезия;

топография;

картография;

фотограмметрия;

инженерная геодезия.

Высшая геодезия определяет:

вид и размеры Земли (как планеты);

внешнее гравитационное поле Земли (значение и направление силы тяжести в

земном пространстве и на поверхности);

взаимное расположение значительно удалённых друг от друга геодезических

пунктов;

точность изображения пунктов на плоскости в проекции с учётом искажений

из-за кривизны земной поверхности.

Космическая геодезия рассматривает теорию и методы решения научных и практических задач на земной поверхности по наблюдениям небесных тел (Луна, Солнце, ИСЗ) и по наблюдениям Земли из космоса.

Космическая геодезия включает в себя глобальные навигационные системы, являющиеся основой применяемых в настоящее время координатных систем, и системы космического дистанционного зондирования многоцелевого назначения, используемые для мониторинга поверхности Земли.

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

Предмет изучения картографии - методы и процессы отображения поверхности Земли и протекающих на ней процессов в виде различных, в том числе цифровых и электронных карт.

Фотограмметрия решает задачи измерений по азрофото- и космическим снимкам для различных целей, в том числе: для получения карт и планов, обмеров зданий и сооружений и т. п.

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

Несмотря на многообразие инженерных сооружений, при их проектировании и возведении решаются следующие общие задачи:

---- получение геодезических данных (геодезические измерения) при разработке проектов строительства сооружений (инженерно- геодезические изыскания);

---- определение на местности основных осей и границ сооружении в соответствии с проектом строительства (разбивочные работы);

---- обеспечение в процессе строительства геометрических форм и размеров элементов сооружения в соответствии с его проектом, геометрических условий установки и наладки технологического оборудования;

---- определение отклонений геометрической формы и размеров возведенного сооружения от проектных (исполнительные съемки);

---- -изучение деформаций (смещений) земной поверхности под сооружением, самого сооружения или его частей под воздействием природных факторов и в результате действий человека.

Для решения каждой из указанных задач применительно к разным видам сооружений существуют свои методы, средства и требования к точности их выполнения. Например, при инженерно-геодезических изысканиях в основном производят измерения для составления карт и планов, на которых изображают то, что есть на местности, а при строительстве здания, наоборот, определяют на местности то место, где здание должно располагаться по проекту. Конструкции здания устанавливают на предусмотренные проектом места с погрешностью 5.,10 мм, детали заводского конвейера—1...2 мм, а оборудование физических лабораторий (ускорителей ядерных частиц) — 0,2...0,5 мм

По виду работ инженерная геодезия бывает:

наземная

подземная (маркшейдерское дело)

воздушная

подводная

Геодезия развивается в тесной связи с другими научными дисциплинами. Большое влияние на развитие геодезии оказывают математика, астрономия, физика.

Математика вооружает геодезию средствами анализа и методами обработки результатов измерений.

Астрономия обеспечивает необходимые в геодезии исходные данные.

На основе физики рассчитывают оптические приборы и инструменты. В современном геодезическом приборостроении используются и другие науки, как, например, механика, автоматика, электроника.

Тесную связь геодезия имеет также сгеографией, геологией, в особенности с геоморфологией.

Знание географии обеспечивает правильную трактовку элементов ландшафта, который составляют: рельеф, естественный покров земной поверхности (растительность, почвы, моря, озера, реки и т. д.) и результаты .деятельности человека (населенные пункты, дороги, средства связи, предприятия и т. д.).

Формы рельефа и закономерности их изменения познаются при помощи геологии и геоморфологии.

Применение фотоснимков в геодезии требует знания фотографии. Для графического оформления планов и карт необходимо изучение приемов топографического черчения.

В свою очередь, геодезические данные являются необходимой информационной основой в основных сферах науки и производства.

На современном этапе в геодезии широко применяют цифровое и электронное картографирование, дистанционное зондирование Земли аэрокосмическими средствами, использованием глобальных навигационных систем определения положения, переходом на принципы геоинформатики и геоинформационных компьютерных систем. В связи с этим большое значение для геодезии приобретают информатика, автоматика, электроника.

2. Понятие о форме и размерах Земли.

Знание фигуры и размеров Земли необходимо во многих областях науки и техники и прежде всего для правильного изображения земной поверхности в виде планов и карт.

Физическая поверхность Земли состоит из поверхности суши 24,4% и из водной поверхности, рассматриваемой, в спокойном состоянии 70,6%.

Представление о фигуре Земли в целом можно получить, вообразив, что вся планета ограничена мысленно продолженной поверхностью океанов в спокойном состоянии. Такая замкнутая поверхность в каждой своей точке перпендикулярна к отвесной линии, т. е. к направлению действия силы тяжести. Её называют уровенной поверхностью.

Уровенных поверхностей, огибающих Землю, можно вообразить множество. Та из них, что совпадает со средним уровнем воды океанов в спокойном состоянии (в момент полного равновесия всей массы находящейся в ней воды под влиянием силы тяжести), называется основной уровенной поверхностью, или поверхностью геоида.

За математическую поверхность Земли принято считать уровенную поверхность, в каждой точке которой направление отвесной линии (сила тяжести) и нормаль совпадают.

Из-за неравномерного-распределения масс внутри Земли геоид не имеет правильной геометрической формы и его поверхность не может быть выражена математически, поэтому для практических расчетов ее заменяют более простыми геометрическими моделями. Из них ближе всего к геоиду подходит сфероид или эллипсоид вращения, получаемый вращением эллипса вокруг его малой оси.

Задача определения фигуры и размеров Земли заключается в математическом описании небесного тела Земли и установлении разницы между математической моделью и истинным телом Земли (отступлений).

Математическая модель Земли, наиболее удачная, была предложена в 1946 г. проф. Красовским в виде референц-эллипсоида

с большой полуосью a=6378245 м и малой - b=6356863 м,

коэффициент сжатия у полюсов a = (a-b)/a = 1/298.3 ~ 1/300.

Эллипсоид Красовского - фигура, полученная вращением эллипса вокруг его малой оси. Земля сплюснута у полюсов под действием центробежной силы, возникающей при вращении земли вокруг своей оси.

В практических расчетах Землю принимают за шар со средним радиусом R=6371.11 км. Небольшой участок поверхности Земли практически можно считать горизонтальной плоскостью, более крупный участок - как часть сферы.

В России за уровенную поверхность принята Балтийская система высот, отсчитываемая от уровня Балтийского моря (Кронштадский футшток).

Местная система высот - Тихоокеанская - (-1873 мм).

В инженерной геодезии за форму Земли принят сфероид вращения.

14 Нивелиры

Нивелир - геодезический прибор, предназначенный для определения разности высот двух точек при помощи горизонтального луча и нивелирных реек, вертикально установленных в этих точках.

По классу точности нивелиры разделяют на: высокоточные Н-05; точные Н-3 и технические Н –10. Числа в шифре нивелира означают допустимую среднюю квадратическую погрешность, получаемую при нивелировании на 1 км двойного хода. Кроме того, числа, стоящие впереди Н, – номера последующих моделей. Нивелиры всех типов в зависимости от устройства, применяемого для приведения луча визирования в горизонтальное положение, выпускают в двух исполнениях: с уровнем при зрительной трубе (уровенные) и с компенсатором углов наклона (компенсационные). При наличии компенсатора к шифру нивелира добавляется индекс К, например Н-3К. Нивелиры типов Н-3 и Н-10 допускается изготовлять с лимбом для измерения горизонтальных углов с точностью до 5'. При наличии лимба к шифру нивелира добавляется индекс Л, например Н-10КЛ.

Нивелир Н-3 (рис.6) относится к точным нивелирам, увеличение зрительной трубы – 31,5^х, наименьшее расстояние визирования – 1 м, цена деления уровней: круглого - 10', контактного цилиндрического - 15». Прибор предназначен для нивелирования III и IV классов, а также для инженерно-геодезических работ при изысканиях и в строительстве.

Нивелир крепят к штативу с помощью станового винта и пружинящей пластины. В отвесное положение ось вращения нивелира устанавливают по круглому уровню 3 с помощью подъемных винтов 1, винтовая нарезка которых входит в гнезда подставки. Для приближенного наведения трубы на рейку служит мушка над объективом зрительной трубы нивелира, для точного - наводящий винт 6, который работает, когда труба зафиксирована закрепительным винтом 8. Винт кремальеры 4 служит для фокусировки трубы, а резкость изображения сетки нитей достигается вращением диоптрийного кольца окуляра 10. Перед каждым отсчетом по рейке визирную ось нивелира устанавливают в горизонтальное положение элевационным винтом 2. Изображения половинок концов пузырька контактного цилиндрического уровня 11 через систему призм передаются в поле зрения трубы. Если центр пузырька уровня совместить с нуль-пунктом ампулы, то произойдет оптический контакт - изображения половинок концов пузырька уровня будут равными по длине и образуют в верхней части один овал. При наклоне оси уровня контакт нарушается.

Точный нивелир Н-3: 1 – подъемные винты; 2 – элевационный винт; 3 – круглый уровень; 4 – кремальера; 5 – корпус зрительной трубы; 6 – наводящий винт; 7 – трегер; 8 – закрепительный винт; 9 – объектив; 10 – окуляр с диоптрийным кольцом; 11 – контактный цилиндрический уровень; 12 – юстировочные винты цилиндрического уровня; 13 – крышка; 14 – сетка нитей; 15 – металлическая пластина; 16 – крепежные винты сетки нитей . Точный нивелир Н-3К (а) и поперечный разрез окулярной части трубы (б): 1 – винт наводящего устройства бесконечной наводки; 2 – кремальера; 3 – окуляр с диоптрийным кольцом; 4 – предохранительный колпачок; 5 – откидное зеркальце; 6 – круглый уровень с тремя юстировочными винтами; 7 – подъемный винт; 8 – юстировочные винты сетки нитей; 9 – оправа окуляра; 10 – диафрагма сетки нитей