3. Геодезические приборы, инструменты и вспомогательное оборудованиеобща

Измерение расстояний

Самая простая геодезическая задача — это измерение длины линии. Ленты и рулетки, длинномеры и геометрического типа дальномеры — это приборы, с помощью которых измеряют короткие линии со сравнительно невысокой точностью. А вот если речь идёт об измерениях высокоточных или базисных, а также о значительных расстояниях, понадобится уже дальномер — световой, электромагнитный, радиоволновый или лазерный. Особенно распространены такие приборы в космической и морской геодезии.

Измерение превышений

Для измерения высот и их разницы используются нивелиры и профилографы. Нивелиры используют вместе со специальными нивелирными рейками. Существуют оптические, цифровые и лазерные нивелиры. Причём последние нельзя путать с просто лазерными уровнями, которые отличаются не коструктивно, а по обеспечению точности.

Измерение углов

Измерение углов очень долго обеспечивалось с помощью довольно простых инструментов — транспортиров, экеров и эклиметров. Более сложным прибором является буссоль — подвид компаса, которым можно измерить магнитный азимут, то есть угол, на который линия отклоняется от направления на север магнитного меридиана. Основной современный прибор для измерения углов — это теодолит, довольно сложный оптический прибор, позволяющий добиваться очень высокой точности измерений.

-Тахеометр.

Понятное дело, измерять углы, длины и высоты разными приборами — не слишком удобно и довольно долго к тому же. Поэтому для тех случаев, когда нужно проводить несколько типов измерений, существуют приборы комбинированные, такие как тахеометр. Это наиболее современный электронно-оптический прибор, который позволяет измерять любые длины, разницы высот и горизонтальные углы.

В большинстве случаев этого прибора достаточно для фиксации всех необходимых измерений на объекте, при условии, что точность прибора соответствует виду работ. Именно подобные приборы в большинстве своем Вы можете видеть на стройплощадках и вдоль дорог нашей страны.

-Нивелир

Во многих случаях нет необходимости в более громоздких и намного более дорогих и сложных в использовании тахеометрах. В строительстве зданий, дорог и других сооружений после планового определения местоположения объекта нужно лишь контролировать высоту, уровень и вертикальность поверхностей. С этими функциями легко справляется нивелир. Его основная задача — измерять превышения между объектами. Бывают нивелиры электронные, оптические, лазерные, с автоустановкой и проч. Во многих случаях нивелиры использовать удобнее и целесообразнее -например, при наблюдении за осадками зданий и сооружений используются высокоточные нивелиры с автоустановкой, нежели тахеометры- опять же из-за дороговизны последних..

-GPS оборудование

GPS модули или приемники сопутствуют нам в повседневной жизни в наших телефонах, навигаторах, планшетах и т.д. Они призваны помочь нам сориентироваться на местности и не потеряться в городских джунглях. Однако они имеют мало общего с  геодезическим GPS оборудованием.

Геодезистам эти приборы тоже нужны, чтобы сориентироваться на местности, однако точность определения положения тарелки (обычно такой формы придерживаются производители GPS приемников) составляет 0,5-2 сантиметра относительно ближайшего пункта Государственной Геодезической Сети (ГГС). В то время, как обычные навигаторы дают ошибку местоположения около 10-20 метров, что в работе геодезиста недопустимо.

-Штатив

Очень простой инструмент геодезиста. Многие сталкивались с ним при съемках фотографий или фильмов в хорошем качестве. От фотоштативов  геодезические отличаются в основном простотой конструкции и неприхотливостью в использовании. Основная задача геодезического штатива- неподвижно зафиксировать прибор, который на него ставится над определенной точкой/пунктом на земле. На штатив сначала ставится трегер- специальное устройство для центрования над точкой и горизонтирования прибора. Потом уже ставится прибор-тахеометр, нивелир и т.д. Различают деревянные, металлические и штативы из композитных материалов.

Теодоли́т — измерительный прибор для измерения горизонтальных и вертикальных углов при топографических съёмках, геодезических и маркшейдерских работах, в строительстве и т. п. Основной рабочей мерой в теодолите являются лимбы с градусными и минутными делениями (горизонтальный и вертикальный). Теодолит может быть использован для измерения расстояний нитяным дальномером и для определения магнитных азимутов с помощью буссоли.

4. Общая характеристика топографических съемок  Топографические съемки местности – это комплекс полевых и камеральных измерительных работ с целью создания крупномасштабной топографической карты или плана. Съемки выполняются различными методами, с применением различных инструментов и с различной степенью точности измерений. В зависимости от поставленной цели различают съемки топографические (инструментальные), обеспечивающие высокую точность измерительных работ и глазомерные (полуинструментальные), выполняющиеся с меньшей точностью измерений. Результатом топографической съемки являются топографические карты и планы масштабов от 1:1000 до 1:100 000. При выполнении топографических съемок местности основой, обеспечивающей привязку к системе плановых и высотных координат, служат триангуляционные пункты государственной геодезической сети. Глазомерные полуинструментальные съемки выполняются на произвольной основе в системе относительных координат и служат для создания наглядного, но схематичного изображения небольших участков местности, на которые отсутствуют топографические карты.

Различают наземные и дистанционные топографические съемки. При наземных съемках все работы выполняются непосредственно на земной поверхности. При дистанционных съемках съемочные системы удалены от земной поверхности на значительные расстояния – от сотен метров до тысячи километров. Съемка, производимая с самолета или вертолета, называется аэросъемкой. Съемка аппаратами, размещенными на космических кораблях, искусственных спутниках, орбитальных станциях, называется космической съемкой. Материалы дистанционной фотосъемки содержат большой объем информации и по ряду свойств близки к картам, т.к. обладают обзорностью, наглядностью и выполнены в масштабе. Аэрофотографическая съемка, включающая получение фотографических изображений местности с высоты птичьего полета и их обработку (дешифрирование) является главным способом создания крупномасштабных топографических карт. Материалы космической съемки используют в целях изучения природных ресурсов Земли, а также для создания карт малоизученных и труднодоступных районов, при составлении обзорно-топографических карт.

Наземные съемки в свою очередь подразделяются на плановые (горизонтальные), высотные (нивелировки) и планово-высотные съемки. Работа, выполняемая непосредственно на местности, называется полевой, а обработка полученных данных в лабораторных условиях – камеральной. 

4.1. Наземные плановые съемки

При проведении плановых съемок местности определяется положение любого объекта относительно планового основания путем измерения расстояния и горизонтального угла направления от точки к точке, т.е. создается лишь контурное изображение участка местности без характеристики рельефа. В зависимости от того, каким путем определяют направления на объекты, плановые съемки подразделяют на два вида - угломерные и углоначертательные. При проведении угломерных съемок измеряют горизонтальные углы на объекты при помощи угломерных приборов и инструментов (компас, буссоль, астролябия и др.). При выполнении углоначертательных съемок направления на объекты местности прочерчиваются по визирной линейке в масштабе на предварительно сориентированном по сторонам горизонта планшете (или мензуле).

Плановые съемки, в зависимости от характера местности и величины участка, могут быть выполнены различными способами: маршрутным, полярным, обхода, створов, ординат, засечек и др. Выбор способа зависит от характера местности и назначения съемки.  Маршрутный способ применяется, когда нужно показать на плане маршрут похода. Последовательно на каждой точке измеряется горизонтальный угол на следующую точку и расстояние до неё, данные заносят в полевой журнал, по которому в камеральных условиях строят план.

При полярном способе съемка производится из одной точки – «полюса», из которой хорошо просматривается весь участок, путем последовательного измерения по часовой стрелке горизонтальных углов направления (магнитных азимутов) и расстояний от точки стояния до каждого из объектов.

Способ обхода применяется при съемке в закрытых, плохо просматриваемых, затрудненных для доступа территориях, таких как лес, парк и др. Сущность этого способа состоит в последовательном обходе контура снимаемого участка с измерением на каждой опорной точке горизонтального угла направления на следующую точку и расстояния между соседними точками контура.

Способ створов заключается в определении положения линейных объектов, например, границ угодий, улиц и др., расположенных под углом к съемочному ходу. При этом из точек пересечения основного хода (маршрута) с отходящей в сторону линией определяют горизонтальный угол направления вдоль этой линии (створа) без измерения расстояний.

Способ ординат применяют для съемки небольших объектов, имеющих криволинейные границы, например, берега реки или озера, контура леса и др. Вдоль снимаемого контура прокладывают прямолинейный съемочный ход, от точек которого последовательно под прямым углом промеряют расстояние до каждой из характерных точек снимаемого объекта.

Способ засечки применяется для определения положения третьей точки по двум известным. Из известных точек определяют горизонтальные углы направления на недосягаемую точку, положение которой на плане будет отображено в точке пересечения этих направлений. Угол засечки допускается от 60º до 120º.

В зависимости от характера местности обычно при проведении плановых съёмок целесообразно совмещение сразу несколько способов.

Все наземные съёмки производятся на основе закреплённых на местности опорных геодезических пунктов, для которых с высокой точностью определены плановые координаты и абсолютные высоты. Совокупность таких геодезических пунктов, равномерно размещённых на территории страны, образует геодезическую опорную сеть. Все пункты государственной геодезической сети закрепляются на местности реперами и марками, которые в сельской местности закладываются в грунт в виде бетонных свай, над которыми устанавливают геодезические сигналы, в городской черте металлические реперы закладывают в стены каменных зданий. На начальном этапе создания съёмочного обоснования проводится рекогносцировка – осмотр местности, выбор и закрепление колышками или иными сигналами точек съёмочного хода. При проведении плановой угломерной и всех высотных видов топографической съёмки ведется полевой дневник, в который заносятся все полученные в ходе съёмки данные, и создаётся абрис (внемасштабный рисунок) снимаемого участка местности.

4.2. Угломерные съемки

Плановые угломерные съемки позволяют создать плановую основу небольшого участка местности без отображения особенностей рельефа.

Плановые съемки невысокой точности могут быть проведены простыми приборами – компасом, буссолью, экером, астролябией. Плановые съемки высокой точности проводятся с использованием теодолита.  Компасная угломерная съемка отличается малой точностью, т.к. цена деления у разных видов компасов может колебаться от 1° до 5°. Вместе с тем, компас представляет собой один из наиболее доступных и простых в использовании приборов для определения сторон горизонта и магнитных азимутов. Перед началом съёмки необходимо изучить устройство компаса и освоить порядок работы с ним .

Наиболее целесообразно компасную съемку вести маршрутным способом, когда съёмочный ход разомкнут, с применением способов створов или ординат для показа объектов, пересекающих маршрутную линию.

Для проведения съёмки сначала вдоль маршрута выбираются опорные точки, с которых по компасу производится дальнейшее определение магнитных азимутов направлений вперёд по съёмочному ходу и вдоль линий, пересекающих маршрут. Между опорными точками проводится измерение расстояний любым доступным способом – рулеткой, дальномером, шагами и др. Перед началом съёмки необходимо подготовить полевой журнал. По данным журнала компасной съёмки вычисляется общая протяженность маршрута, выбирается удобный горизонтальный масштаб, в котором и строится план маршрута с использованием типовых условных знаков. Направления сторон строят по транспортиру относительно заранее проведённой линии магнитного меридиана. Наличие абриса помогает избежать ошибок в расположении объектов вдоль маршрута.

Буссольная угломерная съёмка может применяться как для съемки маршрута, так и для съемки полигона. Она может проводиться способом обхода с использованием способа засечки для отображения объектов, недоступных непосредственным измерениям. Съёмка плана полигона проводится по замкнутому ходу, т.е. начальная точка должна стать конечной. В процессе последовательного обхода опорных точек полигона на каждой производят измерение горизонтального угла на следующую точку и расстояния между ними. Буссоли разных видов могут обеспечить точность измерений углов от 1°.

Для избежания неточностей по буссоли измеряют прямые и обратные магнитные азимуты, длины сторон хода измеряют рулеткой дважды, и берется средняя величина. Для съёмки объектов, находящихся внутри полигона применяют способ засечки. Все полученные данные последовательно заносят в полевой журнал и выполняют абрис.

Обработка полевых измерений начинается с построения полигона по азимутам и длинам сторон в выбранном горизонтальном масштабе. Направления сторон полигона строят по транспортиру, откладывая выверенные прямые магнитные азимуты относительно заранее проведенной линии магнитного меридиана (рис. 3).

При построении плана полигона может обнаружиться несовпадение начальной и конечной точек на отрезок, называемый «линейная невязка полигона». Величина линейной невязки считается допустимой, если не превышает 1/200 периметра полигона, в противном случае требуется проведение повторной съёмки. Допустимая невязка полигона устраняется любым известным способом, например, методом параллельных линий с построением треугольника невязки.

Положение характерных точек местности наносят на увязанный план полигона, откладывая азимуты и расстояния от точек и сторон полигона. Точки на плане соединяют сообразуясь с абрисом и получают план участка местности типовыми условными знаками.  Теодолитная съемка – это высокоточная плановая угломерная съемка, при которой все измерения производятся теодолитом – универсальным угломерным геодезическим инструментом. Перед проведением съёмки необходимо детально изучить устройство теодолита и порядок работы с ним. Для измерения горизонтальных проекций углов между линиями местности теодолит имеет горизонтальный угломерный круг с градусными делениями, называемый лимбом. Стороны угла проектируют на лимб с использованием подвижной визирной плоскости зрительной трубы. Она образуется визирной осью трубы при её вращении вокруг горизонтальной оси. Данную плоскость поочередно совмещают со сторонами измеряемого угла, последовательно направляя визирную ось зрительной трубы на точки.  При помощи специального отсчетного приспособления алидады, которая находится над лимбом на одной оси с ним и перемещается вместе с визирной плоскостью, на лимбе фиксируют начало и конец дуги, беря отсчеты по градусным делениям. Разность взятых отсчетов является значением измеряемого угла. Лимб и алидада, используемые для измерения горизонтальных углов, составляют в теодолите горизонтальный круг. Ось вращения алидады горизонтального круга называют основной осью теодолита .

Для установки, настройки и наведения теодолита на цели в нем имеется система винтов: становой и подъемные винты, закрепительные (зажимные) и наводящие (микрометренные) винты, исправительные (юстировочные) винты. Становым винтом теодолит крепят к головке штатива, подъемными винтами – горизонтируют. Закрепительными винтами скрепляют подвижные части теодолита (лимб, алидаду, зрительную трубу) с неподвижными. Наводящими винтами сообщают малое и плавное вращение закрепленным частям.

Опорная съёмочная сеть при теодолитной съёмке создаётся в виде замкнутого хода, опорными точками являются поворотные точки хода. В полигоне измеряют способом приёмов внутренние углы – правые при движении по часовой стрелке.

Данные полевых измерений: номера точек установки теодолита (станций) и визируемых точек, значения отсчетов при правом КП и левом КЛ положении вертикального круга, средние значения отсчетов и вычисленные значения углов, длины и азимуты сторон хода тщательно фиксируют в полевом журнале. Съёмка подробностей осуществляется с точек опорной сети, где поочередно устанавливают теодолит. Камеральные работы включают вычислительную обработку полевых данных и построение плана. По вычисленным углам и длинам сторон теодолитного хода строят план полигона с помощью транспортира, циркуля-измерителя и поперечного масштаба. Ситуацию наносят на план по данным журнала и абриса, измеряя углы направления транспортиром и расстояния от опорных точек и применяя условные топографические знаки. 4.3. Углоначертательные съемки

Углоначертательная планшетная съёмка применяется в том случае, когда требуется быстро получить наглядный план местности в крупном масштабе. Для производства съёмки применяют планшет – кусок фанеры размером около 30 х 40 см с прикреплённым к нему листом бумаги, на котором находятся компас и визирная линейка. Эту съёмку удобнее всего проводить полярным способом. Для организации работы на листе бумаги, прикреплённой к планшету, вдоль одной из его сторон вычерчивают стрелку направления магнитного меридиана и обозначают её концы буквами: С и Ю. Вверху листа помещают заголовок, а внизу – масштаб в трёх видах. В точке, с которой производится съёмка, при визировании на предмет ориентируют планшет путём поворота его в горизонтальной плоскости так, чтобы северное направление стрелки на бумаге совпало с направлением магнитной стрелки компаса, показывающей на север. Затем на планшете отмечают точку полюса, к которой прикладывают визирную линейку и по ее верхнему ребру от изображения точки стояния проводят прямую линию вперёд на визируемый объект. Расстояние до объекта измеряют рулеткой или шагами и откладывают вдоль полученной линии в выбранном масштабе, используя циркуль-измеритель. Съёмка ситуации (визирование) обычно ведётся последовательно от точки к точке по ходу часовой стрелки. В процессе визирования и прочерчивания направлений необходимо внимательно следить за горизонтальностью планшета и его ориентированием по магнитному меридиану. Наносимые на планшет объекты изображаются типовыми условными знаками. В полевых условиях строят черновой план карандашом, затем, после проверки и уточнения на местности деталей план окончательно оформляют в камеральных условиях.  4.5. Высотные съемки местности

Высотные съёмки местности - это комплекс геодезических измерительных работ на местности, производимых с целью получения превышений между точками земной поверхности, с последующим вычислением абсолютных или относительных (условных) высот этих точек. Полевые работы по определению высот точек топографической поверхности местности называют нивелированием. Нивелирование производят для изучения рельефа, определения высот точек при проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений. В зависимости от способа определения высот и используемых инструментов нивелирование бывает геометрическое, тригонометрическое, физическое и др. Результатом проведения любой высотной съёмки является построение профиля местности и изображение на плане особенностей рельефа способом горизонталей и высотных отметок. Абсолютные или относительные высоты точек в масштабе откладываются по вертикальной оси профиля, горизонтальные проекции расстояния между точками – по горизонтальной оси в выбранном масштабе. При оформлении профиля местности в верхней части листа помещают название чертежа и местонахождение участка, под профилем подписывают вертикальный и горизонтальный масштабы, внизу справа – вид работы и сведения об исполнителе. Под профилем выполняют план-врезку, на котором показывают рельеф, вычертив горизонтали в соответствии с заданной высотой сечения. План-врезка служит основой для вычерчивания горизонталей на плане местности при выполнении комплексных съемок.

4.6. Физическое (барометрическое) нивелирование

Физическое нивелирование основано на закономерности изменения атмосферного давления с изменением абсолютной высоты места: с подъёмом давление падает, со спуском – повышается. Нивелирование, при котором разность высот двух соседних точек (превышение) определяется по данным изменения атмосферного давления, измеренного в этих точках, называется барометрическим.

Барометрическое нивелирование даёт возможность быстро определять относительные и абсолютные высоты точек, оно используется для съёмки рельефа высокогорной и сильно пересеченной местности. По разности давления, с учетом метеорологических условий можно вычислить и разность высот двух не очень удалённых друг от друга точек. Для этой цели применяют понятие барической (барометрической) ступени высот - это расстояние по вертикали в метрах, при поднятии или опускании на которое атмосферное давление изменяется на 1 мм ртутного столба. Превышение между точками определяется как произведение величины барической ступени на разность атмосферного давления в них. Атмосферное давление меняется не только с высотой, оно зависит от температуры воздуха и от ряда других метеорологических факторов. Широкое применение при барометрическом нивелировании получили пружинные барометры-анероиды (безжидкостные) (рис. 6). Определение температуры воздуха производится с помощью термометра.

Барометрическое нивелирование проводится путем проложения по характерным точкам и линиям рельефа нивелировочного хода. На узловых точках маршрута определяется давление и температура воздуха. Давление воздуха меняется в течение дня, поэтому съёмку проводят в ограниченный период времени при устойчивом состоянии атмосферы. Съёмщик, измерив температуру и давление воздуха на исходной точке, обходит все точки маршрута, где последовательно делает те же наблюдении. Расстояние между точками определяют по дальномеру или измеряют рулеткой, эти данные заносятся в полевой журнал с указанием точного времени наблюдения. В камеральных условиях, вычислив средние значения давления и температуры воздуха между соседними точками хода, находят из специальных таблиц значения барических ступеней высот. По формуле определяют превышения между точками. Зная абсолютную высоту одной точки и превышения, находят высотные отметки всех точек маршрута. Точность определения высот барометрическим нивелированием составляет примерно 2 – 2,5 м. По вычисленным абсолютным высотам точек строят профиль местности с планом-врезкой.  Геометрическое нивелирование 

Геометрическое нивелирование – это наиболее распространенный способ определения превышений. Сущность геометрического нивелирования заключается в том, что положение условной уровенной поверхности определяется горизонтальным визирным лучом соответствующего инструмента, а величины отрезков между точками измеряются мерной лентой или с использованием дальномерных устройств. В зависимости от крутизны склонов, характера местности и требуемой точности измерений может быть применено техническое нивелирование, ватерпасовка или нивелирование со школьным нивелиром.

Техническое нивелирование.

Для проведения технического нивелирования необходимы: нивелир той или иной конструкции, штатив, на котором он устанавливается и две нивелирные рейки (рис. 7).

Место установки нивелира называется станцией, в точки (пикеты), для которых будут определяться высоты, устанавливаются нивелирные рейки. Определение превышений производится визированием горизонтальным лучом трубы нивелира на рейки. Нивелирование между точками, далеко отстоящими друг от друга, проводят последовательно с нескольких станций, образующих нивелирный ход. 

Перед началом съемки необходимо познакомиться с устройством нивелира и получением отсчетов по рейке.

Нижняя часть рейки заключена в металлическую оковку и называется пяткой. Основная шкала имеет деления черного и белого цвета, ноль совмещен с пяткой рейки. Дополнительная шкала на другой стороне рейки имеет чередующиеся красные и белые деления. Превышения, измеренные по красным сторонам реек, будут больше или меньше на 100 мм измеренных по черным сторонам реек.

Связующими точками называют пикеты, общие для двух смежных станций. Предварительно по трассе нивелирного хода производят разметку – пикетаж (размечаются местоположения станций и пикетов). В ходе съёмки нивелир поочередно устанавливается на станциях, а рейки в пикетах. Превышения h1, h2, h3 и т.д. определяют по линии хода между пикетами, т.е. между связующими точками.

Нивелирование на каждой станции выполняется следующим образом: нивелирные рейки устанавливаются на пикетах вдоль нивелирного хода, головой цифр вниз, т.к. при визировании нивелиром их изображение в зрительной трубе будет перевёрнуто. На станции между пикетами устанавливается технический нивелир.

Следуя инструкции к используемому нивелиру, приводят его зрительную трубу в горизонтальное положение и берут отсчеты по рейкам с точностью до 1 мм. Рейка, расположенная по ходу движения сзади нивелира называется «задняя» (З), а находящаяся перед нивелиром – «передняя» (П). Визирный луч зрительной трубы нивелира последовательно наводят на рейки и берут отсчеты З и П, которые записывают в миллиметрах в журнал нивелирования. Отсчет по рейке производят по средней нити нивелира, т.е. по месту, где проекция средней нити пересекает рейку. Расстояние от нивелира до пикетов определяют по дальномеру зрительной трубы нивелира. Результаты измерений записываются в соответствующие графы журнала технического нивелирования. Топографическая ситуация по обеим сторонам трассы фиксируется в журнале в виде абриса в условных топографических знаках.

В камеральных условиях проводят обработку данных журнала технического нивелирования. Проверка правильности проведения съёмки и последующих расчетов осуществляется вычислением и сравнением следующих величин: разность суммы всех отсчетов по задней рейке и суммы всех отсчетов по передней рейке, разность относительной высоты последней и первой точек и разность абсолютных высот этих точек должны иметь одинаковое значение. Если названные величины одинаковы, значит, ошибок в расчетах нет и можно приступать к построению профиля местности, выбрав удобные вертикальный и горизонтальный масштабы. Под линией профиля выполняют план – врезку топографической ситуации вдоль линии технического нивелирования с указанием направления магнитного азимута, с показом рельефа способом горизонталей и отображением топографической ситуации типовыми условными знаками. Нивелирование со школьным нивелиром

Высотная съёмка местности с применением школьного нивелира относится к простейшим видам съемок, и отличается тем, что позволяет выполнять работу преимущественно вверх по склону. Школьный нивелир представляет собой скреплённые вместе под прямым углом вертикальную планку высотой 1 метр с отвесом и более короткую горизонтальную планку При нивелировании пологого склона школьным нивелиром превышения соседних точек равны высоте инструмента, а горизонтальные проложения отдельных отрезков линии между точками различны в зависимости от крутизны склона. В первой точке нивелирного хода по компасу определяют магнитный азимут вдоль линии и устанавливают школьный нивелир вертикально по отвесу таким образом, чтобы верхняя короткая планка получила горизонтальное положение. По верхнему ребру горизонтальной планки, заменяющему ось зрительной трубы нивелира, визируют по линии хода и отмечают на склоне точку, куда попадает горизонтальный визирный луч. В эту точку ставят второй школьный нивелир

Превышение второй точки над первой будет равно 1 м. Горизонтальное проложение измеряют рулеткой от середины верхней планки до подножья второго нивелира. Затем последовательно школьные нивелиры переносят в другие точки вверх по склону.

Данные измерений заносят в полевой журнал, в абрисе отмечают объекты окружающей местности. В камеральных условиях данные журнала обрабатывают, проводят вычисление относительных и абсолютных (если есть такая возможность) высот точек, осуществляют проверки соответствия суммы всех превышений разности абсолютной и относительной высот между последней и первой точками, вычисляют горизонтальное расстояние до каждой точки от начальной и, выбрав удобные масштабы, приступают к построению профиля местности. Внизу под горизонтальной осью профиля по абрису выполняют план-врезку участка съёмки.

Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование производится теодолитом или кипрегелем, позволяющим измерять вертикальные углы и расстояния между точками. При тригонометрическом нивелировании определение превышений между двумя точками основывается на решении треугольника, катеты которого образованы направлением горизонтального проложения между точками и отвесной линией склона. Если склон повышается, то угол наклона и превышение положительные (записываются со знаком плюс), понижается – отрицательные (знак минус). Рулеткой или рейкой измеряют высоту теодолита. По дальномеру определяют горизонтальное проложение между точками, по вертикальному кругу теодолита или кипрегеля – угол наклона топографической поверхности между точками. Удобнее при измерении угла наклона визировать на метку, закрепленную на рейке равной высоте инструмента, тогда при небольших углах наклона и расстоянии до 300 м для вычисления превышений нужно умножить величину горизонтального проложения на тангенс угла наклона.

Полученные данные заносятся в журнал тригонометрического нивелирования, после обработки по вычисленным значениям относительных или абсолютных высот точек строят профиль местности.  2.1. Планово-высотные (комплексные) съемки

Комплексные планово-высотные съёмки осуществляют с целью получения подробного топографического плана местности с изображением рельефа способом горизонталей с высотными отметками точек местности. С помощью угломерной или углоначертательной съёмки получают плановое положение объектов, а абсолютные отметки высот для показа рельефа местности – нивелированием. Совместные съёмки производятся с помощью кипрегеля и мензулы или теодолита-тахеометра. В полевых глазомерных съемках часто используют планшет в сочетании с барометром-анероидом или школьную мензулу и школьный нивелир. В зависимости от способа проведения планово-высотные съёмки подразделяются на тахеометрическую, техническую мензульную и полуинструментальную.

4.5. Тахеометрическая съемка 

Тахеометрическая съемка  – комбинированная съемка, в процессе которой одновременно определяют плановое и высотное положение точек, что позволяет сразу получать топографический план местности. Тахеометрия в буквальном переводе означает скороизмерение или быстрое измерение.

Положение точек определяют относительно пунктов съемочного обоснования: плановое – полярным способом, высотное – тригонометрическим нивелированием. При производстве тахеометрической съемки используют геодезический прибор тахеометр, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, длин линий и превышений. Теодолит, имеющий вертикальный круг, устройство для измерения расстояний и буссоль для ориентирования лимба, относится к теодолитам–тахеометрам. Теодолитами–тахеометрами является большинство теодолитов технической точности, например Т30.

Тахеометрическая съемка выполняется с пунктов съемочного обоснования, их называют станциями. Чаще всего в качестве съемочного обоснования используют теодолитно-высотные ходы. Характерные точки ситуации и рельефа называют реечными точками или пикетами. Для определения планового положения точек съемочной сети измеряют горизонтальные углы и длины сторон. Длины измеряют землемерными лентами или стальными рулетками в прямом и обратном направлениях с точностью 1:2000. Высоты точек определяют тригонометрическим нивелированием. Углы наклона измеряют при двух положениях вертикального круга в прямом и обратном направлениях. Расхождение в превышениях допускается не больше 4 см на каждые 100 метров расстояния.

Работу на станции при тахеометрической съемке выполняют следующим образом.

Устанавливают теодолит в рабочее положение над точкой хода (прибор приводят в горизонтальное положение и центрируют), измеряют высоту прибора V, отмечают её на рейке и записывают в журнал.

При круге право «П» наводят зрительную трубу на рейку, установленную на соседнюю (заднюю или переднюю) точку хода, и берут отсчет по вертикальному кругу. Далее переводят трубу через зенит и ориентируют лимб по стороне хода, т.е. по горизонтальному кругу устанавливают отсчет 0°, закрепляют алидаду и, вращая лимб, направляют зрительную трубу на рейку. Затем берут отсчет по вертикальному кругу при круге лево «Л» и вычисляют место нуля (МО) вертикального круга. Отсчеты и значение МО записывают в журнал.

После указанных действий приступают к съемке подробностей (характерных точек ситуации и рельефа) на станции, все измерения записывают в тахеометрический журнал.

На каждой станции одновременно с заполнением журнала составляется абрис – схематический чертеж, на котором зарисованы положения реечных точек с указанием их номеров, проведены контуры местности, указан скелет рельефа и подписаны угодья (рис. 14). Скелет рельефа изображают в виде линий, соединяющих точки, между которыми на местности ровный скат, т.е. нет перегибов. Стрелками указывают направление ската. Четко выраженные формы рельефа иногда показывают на абрисе условными горизонталями. Контуры ситуации и снимаемые объекты обозначают условными знаками или надписями. Иногда абрис рисуют до начала съемки и затем уже ведут съемку в соответствии с абрисом. 

На реечные точки устанавливают рейку. При круге лево «Л» и ориентированном лимбе, вращая алидаду, последовательно наводят зрительную трубу на реечные точки, делают отсчеты по дальномерным нитям, горизонтальному и вертикальному кругам и записывают их в журнале. Средний штрих сетки нитей зрительной трубы наводят на высоту прибора, отмеченную на рейке. Если высота прибора на рейке не видна из-за помех, то наводят на любой отсчет на рейке (чаще всего кратный метрам или полуметрам, например: 2, 2.5 м или 3 м). Высоту визирования l записывают в журнал.

После окончания съемки на станции зрительную трубу снова наводят на точку хода, по которой ориентировали теодолит, и берут отсчет по горизонтальному кругу.  Расхождение между 0° и взятым отсчетом допускается не более ± 5'.

Реечные точки должны равномерно покрывать территорию съемки. Расстояния от станции до реечных точек и расстояния между реечными точками не должны превышать допусков, указанных в инструкции по тахеометрической съемке.  4.6.Мензульная съемка

Мензульная планово-высотная съёмка является основным наземным способом создания точных планов местности, т.к. топографическая ситуация и рельеф местности отображаются на плане непосредственно в поле во время съёмки. Мензульная съёмка с технической мензулой относится к крупномасштабным углоначертательным планово-высотным съёмкам и выполняется мензульным комплектом.

В мензульный комплект входят: мензула с центрировочной вилкой и отвесом, кипрегель, ориентир – буссоль, мензульная рейка и полевой зонт (рис. 16).

На планшете мензулы закрепляется ватман, на котором вычерчивают план местности. Кипрегелем визируют на точки местности, прочерчивая направления на планшете, измеряют вертикальные углы и расстояния или их горизонтальные проложения.

Мензульную съемку производят на основе опорной геодезической сети.

Съемка ситуации и рельефа производится полярным способом при вертикальном круге кипрегеля слева от наблюдателя.

Мензула устанавливается в точке съёмочного обоснования, ориентируется, приводится в горизонтальное положение и центрируется. Линейку кипрегеля придвигают вплотную к изображенной на планшете точке стояния и последовательно визируют на рейки, установленные в узловых точках местности. Если рейка выставляется для съёмки контура участка, такая точка называется контурной, если же рейка устанавливается для съёмки рельефа, точка называется высотной. Вдоль линейки кипрегеля прочерчиваются направления на каждую точку. По дальномерным штрихам кипрегеля измеряется расстояние до точки в метрах. Измеренное расстояние, переведённое в масштаб плана, откладывается вдоль прочерченного направления на объект. Полученная точка подписывается. Далее определяется превышение данного объекта над точкой стояния инструмента по наклонной прямой кипрегеля. Абсолютная высота объекта вычисляется как алгебраическая сумма высоты точки стояния инструмента (точки съёмочного обоснования) и превышения пикета. Получив на планшете местоположение нескольких точек, соединяют точки, относящиеся к одному контуру. Ситуация вычерчивается в условных знаках, принятых для данного масштаба. По полученным высотам точек методом интерполяции производится рисовка горизонталей отснятого участка с принятой для данного масштаба высотой сечения рельефа. В процессе съёмки ведется журнал мензульной съёмки, в который заносят результаты всех измерений и вычислений.

Закончив съёмку с первой точки съёмочного обоснования, переходят на вторую. Повторяют все действия в той же последовательности, что и на первой точке. Так последовательно, устанавливая мензулу на разных точках съёмочного обоснования, получают план всего участка.

Наряду с высокоточными инструментальными тахеометрической и технической мензульной съёмкой местности для небольших участков могут применяться простейшие глазомерные полуинструментальные комплексные (совмещенные) съёмки, например, глазомерная съёмка с планшетом в сочетании с барометрическим нивелированием или съёмка со школьной мензулой в сочетании с ватерпасовкой или школьным нивелированием.  4.7. Современные методы наземных съёмок

В настоящее время наиболее совершенным и быстрым методом определения пространственных координат стал метод, основанный на использовании искусственных спутников Земли. Суть его состоит в том, что летящие по строго заданным орбитам спутники, координаты которых в каждый момент времени точно известны, непрерывно излучают радиосигналы, регистрируемые специальными приёмниками на Земле. Это позволяет измерять радиотехническими средствами расстояния (дальности) от спутников до приёмника. По этим дальностям определяется местоположение приёмника, т.е. вычисляются координаты приёмника (способом засечки).

Для этой цели созданы и уже достаточно широко используются две эксплуатационные космические системы: американская Global Positioning System (GPS) – Глобальная система позиционирования (ГПС) и российская Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС).

GPS и ГЛОНАСС работают в гринвичской пространственной геоцентрической системе координат. Начало координат расположено в центре масс Земли, ось Z направлена по Условному земному полюсу. Ось Х лежит на пересечении экватора и гринвичского меридиана. Ось Y перпендикулярна оси Х (система координат правая). Геоцентрические координатные системы устанавливают по высокоточным измерениям и закрепляют при помощи пунктов космических геодезических сетей. Следует иметь в виду, что геоцентрические системы координат для GPS и ГЛОНАСС различны. Каждая система закреплена координатами пунктов своей геодезической сети и использует свой референц-эллипсоид. Поэтому положение точек – геодезические широта, долгота и высота по нормали будут получены относительно эллипсоида, которым пользуется данная система позиционирования. Геодезические широты и долготы могут быть переведены в плоские прямоугольные координаты. Напомним, у нас в стране их вычисляют на плоскости в проекции Гаусса-Крюгера в шестиградусных зонах.

В кодовых приемниках заранее могут быть установлены нужные системы координат и им соответствующие единицы измерения, что освобождает от последующего пересчета полученных результатов (рис. 17). Геодезические высоты, регистрируемые с помощью приемников, могут быть также пересчитаны в используемые на практике высоты.   

Измерения координат с помощью спутникового приемника производится следующим образом. Над точкой, положение которой требуется определить, устанавливается антенна приемника и в течение заданного времени регистрируются радиосигналы не менее, чем от четырех спутников. Определяемые координаты высвечиваются на экране приемника. Точность определения координат пропорциональна времени, в течение которого идет прием радиосигналов. Еще большее повышение точности достигается одновременным применением двух приемников – одного «базового», находящегося в одном пункте с известными координатами, другого – «подвижного», перемещающегося по определяемым точкам. Записанная информация на обоих приемниках затем обрабатывается на компьютере по специальной программе.

Портативные спутниковые приемники, распространение которых уже имеет массовый характер, позволяют определять их местоположение с различной точностью – от десятков метров до нескольких миллиметров. Однако следует иметь в виду, что в закрытых помещениях, глубоких оврагах приемоиндикаторы не работают.

Благодаря своим свойствам – глобальность, оперативность, всепогодность, оптимальная точность, отсутствие необходимости видимости между определяемыми пунктами – спутниковые системы позиционирования нашли широкое применение в сгущении геодезических сетей, исследовании сейсмической активности и вулканизма и т.п. В географических исследованиях и картографировании спутниковые системы позиционирования позволяют определять местоположение исследуемого объекта, производить трассирование контуров, регистрировать траекторию движения (пешком, на автомобиле, катере и других видах транспорта), строить орографические профили, проводить крупномасштабные съемки. Однако спутниковое позиционирование не может полностью заменить геодезию, которая располагает рядом практических способов получения координат недоступных объектов. Сочетание традиционных геодезических измерений и современных спутниковых технологий представляется наиболее рациональным.

При проведении топографической съёмки местности с использованием приёмоиндикаторов на каждой узловой точке снимаются показания прибора, и данные заносятся в полевой журнал, на основе которого создается топографический план местности.

5. Выполнение плановых топографических съемок

Выполнение работ по созданию крупномасштабных карт и планов на основе результатов топографических съемок местности, в большинстве случаев, включает в себя два взаимосвязанных этапа: полевой и камеральный.

Полевой этап – это практические работы на местности, основанные на использовании различных приборов и инструментов и выполнении с их помощью различных измерений: длин линий, горизонтальных и вертикальных углов, ориентирование по карте, плану или с применением спутникового приемника – навигатора и т.п. Полевой этап предусматривает строгое выполнение правил техники безопасности, знания устройства и порядка работы с геодезическими инструментами. Результаты полевых измерений заносятся в специальный полевой журнал, предусмотренный для данного вида съемки. От качества ведения полевого журнала зависит успех всей работы. При проведении угломерных плановых съемок ведение полевого журнала не предусмотрено, все графические работы ведутся сразу на листе бумаги и полевой этап в этой съемке является основным, но и в этом случае необходима камеральная обработка полученного на местности чернового плана для доведения картографического изображения до завершения.  Камеральный этап выполнения топографических съемок местности состоит в обработке данных полевых журналов, осуществлении проверок правильности проведения расчетов и выполнении на основе данных полевых журналов графических построений – крупномасштабных топографических карт, планов, профилей местности. В случае, если при обработке журнала и выполнения проверок обнаруживаются погрешности или ошибки, превышающие допустимые значения, возникает необходимость проведения повторных съемочных работ на местности. 

6. Все работы выполнялись согласно программе учебной практики по топографии 1-го курса факультета «Географии и химии».

Наша бригада была в полном объеме обеспечена всеми необходимыми инструментами (теодолит, нивелир, штатив, 2 рейки, мерная лента) и методическими указаниями.

Итак, целью и задачей практики является систематизация, закрепление, углубление и обобщение знаний, полученных студентами при изучении курса «Картографии с основами топографии», а также в приобретении первоначальных практических навыков работы с основными геодезическими приборами, правильной методике выполнения полевых измерений и камеральной обработке их результатов в комплексе видов геодезических работ, выполняемых для целей землеустройства.

7.