61. Приведение длин линий, измеренных нитяным дальномером к горизонту.

При создании планов местности вычисляют горизонтальную проекцию каждой линии, т.е. её горизонтальное проложение S.

Р ис. 50. Горизонтальная проекция линии

Если линия АВ (рис. 50) наклонена к горизонту под углом ν, то определить горизонтальное проложение можно, воспользовавшись формулой ,где D – длина измеренной наклонной линии АВ; ν – угол наклона.

И ногда для определения горизонтального проложения используют поправку за наклон , тогда

Поправку за наклон вводят при углах наклона более 1°. Углы наклона измеряют теодолитом.

ИЗМЕРЕНИЕ ПРЕВЫШЕНИЙ (НИВЕЛИРОВАНИЕ)

62. Принцип передачи высот на точки местности

При строительстве зданий всегда требуется передача проектной высоты (отметки) на другой монтажный горизонт, например, по колонне или стене. Для этого от проектной черты на стене или колонне нижнего горизонта рулеткой откладывают проектную разность двух монтажных горизонтов. При передаче высот на несколько монтажных горизонтов на каждом из них выполняют контрольное нивелирование по проектным отметкам.

63. Превышение между точками местности и способы его определения

Для определения превышения h между точками А и В методом вперёд (рис. 1) нивелир устанавливают в точке А так, чтобы окуляр зрительной трубы приходился над этой точкой, а рейку устанавливают отвесно в точке В.В точке А с помощью нивелирной рейки или рулетки измеряют высоту нивелира i как отвесное расстояние от центра окуляра до точки, над которой установлен нивелир. После приведения визирной оси в горизонтальное положение делают отсчёт по рейке. Как видно из рис. 1, h = i – b, т.е. превышение равно высоте нивелира минус отсчёт по рейке (взгляд вперёд).Для более точного определения высоты нивелира её рекомендуется измерять отсчётом по рейке, устанавливаемой в задней точке А, при этом нивелир находится в двух-трёх метрах от точки А.

Для определения превышения методом из середины (рис. 2) в этих точках устанавливают отвесно рейки, а между ними по возможности на одинаковых расстояниях – нивелир. Направив горизонтальную визирную ось на рейки, установленные в точках А и В, и выполнив соответственно отсчёты а и b, получают превышение h = а – b. Если считать точку А задней, а точку В передней, то формулу можно выразить словами: превышение передней точки над задней равно взгляду назад минус взгляд вперёд. Превышение положительно, если передняя точка выше задней, и отрицательно в ином случае. Очевидно, что высота последующей точки равна высоте данной точки плюс превышение между ними: НВ = НА + h. Высоту точки В можно получить также при помощи горизонта прибора, т. е. отвесного расстояния от уровенной поверхности до визирной оси нивелира. Из рисунков 1 и 2 видно. Что высота точки равна горизонту прибора минус отсчёт по рейке на этой высоте: НВ = ГП ─ b. С помощью горизонта прибора удобно производить измерения в тех случаях, когда с одной станции выполняются отсчёты по рейке на нескольких точках. Геометрическое нивелирование разделяют на нивелирование I, II, III, IV классов и техническое нивелирование. Нивелирование I, II, III, IV классов составляет нивелирную сеть, которая является высотной основой топографических съёмок всех масштабов и геодезических измерений, проводимых для удовлетворения потребностей народного хозяйства и обороны России. Нивелирная сеть I и II классов – главная высотная основа, посредством которой устанавливается единая система высот на всей территории страны. Нивелирные сети III и IV классов и технического нивелирования служат высотной основой топографических съёмок и предназначены для решения различных инженерных задач.

64. Принцип геометрического нивелирования. Формула для вычисления превышения

Сущность геометрического нивелирования состоит в определении превышения одной точки над другой горизонтальным лучом нивелира по отсчётам на рейках, отвесно устанавливаемых в точках, между которыми определяют превышение. Геометрическое нивелирование можно вести двумя методами: вперёд и из середины.

Д ля определения превышения h между точками А и В методом вперёд (рис. 1) нивелир устанавливают в точке А так, чтобы окуляр зрительной трубы приходился над этой точкой, а рейку устанавливают отвесно в точке В.В точке А с помощью нивелирной рейки или рулетки измеряют высоту нивелира i как отвесное расстояние от центра окуляра до точки, над которой установлен нивелир. После приведения визирной оси в горизонтальное положение делают отсчёт по рейке. Как видно из рис. 1, h = i – b, т.е. превышение равно высоте нивелира минус отсчёт по рейке (взгляд вперёд).Для более точного определения высоты нивелира её рекомендуется измерять отсчётом по рейке, устанавливаемой в задней точке А, при этом нивелир находится в двух-трёх метрах от точки А.

Д ля определения превышения методом из середины (рис. 2) в этих точках устанавливают отвесно рейки, а между ними по возможности на одинаковых расстояниях – нивелир. Направив горизонтальную визирную ось на рейки, установленные в точках А и В, и выполнив соответственно отсчёты а и b, получают превышение h = а – b. Если считать точку А задней, а точку В передней, то формулу можно выразить словами: превышение передней точки над задней равно взгляду назад минус взгляд вперёд. Превышение положительно, если передняя точка выше задней, и отрицательно в ином случае. Очевидно, что высота последующей точки равна высоте данной точки плюс превышение между ними: НВ = НА + h. Высоту точки В можно получить также при помощи горизонта прибора, т. е. отвесного расстояния от уровенной поверхности до визирной оси нивелира. Из рисунков 1 и 2 видно. Что высота точки равна горизонту прибора минус отсчёт по рейке на этой высоте: НВ = ГП ─ b. С помощью горизонта прибора удобно производить измерения в тех случаях, когда с одной станции выполняются отсчёты по рейке на нескольких точках. Геометрическое нивелирование разделяют на нивелирование I, II, III, IV классов и техническое нивелирование. Нивелирование I, II, III, IV классов составляет нивелирную сеть, которая является высотной основой топографических съёмок всех масштабов и геодезических измерений, проводимых для удовлетворения потребностей народного хозяйства и обороны России. Нивелирная сеть I и II классов – главная высотная основа, посредством которой устанавливается единая система высот на всей территории страны. Нивелирные сети III и IV классов и технического нивелирования служат высотной основой топографических съёмок и предназначены для решения различных инженерных задач.

65. Приборы для геометрического нивелирования и их назначение

Геометрическое нивелирование выполняют с помощью нивелира и нивелирных реек. Нивелиром называют геодезический прибор, обеспечивающий при работе горизонтальную линию визирования. Он представляет собою сочетание зрительной трубы либо с цилиндрическим уровнем, либо с компенсатором. И уровень и компенсатор служат для приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение. Нивелирные рейки представляют собою деревянные бруски чаще всего с сантиметровыми делениями, оцифрованными снизу (от «пятки» рейки) вверх.

66. Нивелиры, их основные части и назначение

Геодезический инструмент для нивелирования, т. е. определения разности высот между несколькими точками земной поверхности. Лазерный нивелир это прибор, созданный для построения горизонтальных, вертикальных, наклонных плоскостей, а также прямых углов. Яркая линия (либо точка) проецируется на поверхность — и в вашем распоряжении готовая точная разметка.

Согласно действующему ГОСТу 10528-90 нивелиры изготавливают трёх типов: высокоточные Н-05, точные Н-3 (Н-3К, Н-3КЛ) и технические Н-5 (Н-5К и Н-5КЛ).В названии Н – нивелир; 05, 3 и 5 – средняя квадратическая ошибка измерения превышения в миллиметрах на 1 км двойного нивелирного хода; К – компенсатор; Л – лимб. В зависимости от того, каким способом визирный луч устанавливается в горизонтальное положение, нивелиры изготавливают в двух исполнениях: 1) с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе, с помощью у которого осуществляется горизонтирование визирного луча (рис. 63); 2) с компенсатором – свободно подвешенная оптико-механическая система, которая приводит визирный луч в горизонтальное положение. В названии нивелира буква К обозначает компенсатор (Н-3К, Н-3КЛ). Точные нивелиры Н-3 и 3Н-3КЛ предназначены для нивелирования III и IV классов. Техническими нивелирами выполняют техническое нивелирование для определения высот точек высотного съемочного обоснования и при решении различных инженерно-технических задач при изыскании, строительстве и эксплуатации линейных сооружений и промышленно-гражданском строительстве.

Р ис. 2. Нивелир Н 3: 1 – элевационный винт уровня; 2 – зрительная труба; 3 – корпус контактного цилиндрического уровня; 4 – целик; 5 – винт фокусировки трубы; 6 – закрепительный винт зрительной трубы; 7 – наводящий (микрометренный) винт трубы; 8 – круглый установочный уровень; 9 – подъемный винт; 10 – пружинящая пластинка

67. Основные оси нивелира. Геометрические условия нивелира

О сновные оси нивелира: ZZ – визирная ось зрительной трубы; VV – ось вращения прибора; HH – ось цилиндрического уровня; UU – ось круглого уровня.

1) Поверка круглого уровня

V`V` параллельна VV. Вращая 3 подъемных винта, добиваемся того, чтобы пузырек оказался на середине. Поворачиваем его, если он ушел из середины, выполняем юстировку.

Поверка. Горизонтальная сетка нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира. Нивелир устанавливается в 20-25 м от рейки, наводится на рейку, закрепляем трубу и наводящим винтом перемещают. Отсчет по рейке при этом не должен изменятся больше чем на 1 мм. Основная поверка нивелира. КК параллельна LL

1. Поверка главного условия нивелира с уровнем при трубе. Ось цилиндрического уровня и визирная ось трубы должны лежать в параллельных вертикальных плоскостях и быть параллельны. Поверка первой части главного условия включает следующие операции: установить ось вращения нивелира в отвесное положение; вращая нивелир по азимуту, установить трубу перпендикулярно линии, соединяющей два подъёмных винта (по направлению третьего подъёмного винта);элевационным винтом привести пузырёк уровня в нульпункт; вращая два подъёмных винта на 2 - 3 оборота в противоположных направлениях, наклонить нивелир сначала в одну сторону, затем в другую; если пузырёк уровня остаётся на месте или отклоняется оба раза в одну и ту же сторону, то условие выполнено; если пузырёк отклоняется в разные стороны, то условие нарушено. Вторая часть поверки выполняется двойным нивелированием вперёд и включает следующие операции: на местности забивают два колышка на расстоянии 40 - 50 метров; устанавливают нивелир над первым колышком так, чтобы окуляр трубы находился с колышком на одной отвесной линии; измеряют высоту i1 центра окуляра над колышком в миллиметрах; на второй колышек вертикально устанавливают рейку;наводят трубу на рейку, с помощью элевационного винта устанавливают пузырёк уровня в нульпункт и берут отсчёт по рейке по центральной нити b1 ;меняют местами нивелир и рейку и повторяют измерения - получают i2 и b2;вычисляют величину x по формуле x = 1/2*( i1 + i2 ) - 1/2*( b1 + b2 ) и затем - угол непараллельности оси уровня и визирной оси трубы по формуле где "=206265"; по Инструкции угол i не должен превышать 20", что на расстоянии 50 м соответствует допуску x в 4 мм. Если угол i превышает 20", то следует исправить его, выполнив следующие действия: вычислить правильный отсчёт b2o=b2+x; элевационным винтом установить среднюю нить на отсчёт по рейке b2o; исправительными винтами уровня при трубе привести пузырёк уровня в нульпункт; заново выполнить поверку второй части главного условия.

68. Исследования и поверка нивелира. Назначение и порядок проведения.

Н ивелир, как прибор для определения превышений должен удовлетворять определенным механико - технологическим и геометрическим условиям. Эти условия проверяются в нивелире путем выполнения испытаний, поверок и исследований. Способы испытаний, поверок и исследования нивелиров с цилиндрическим уровнем и элевационным винтом рассмотрены в первой части курса, поэтому здесь рассматривается некоторые особенности выполнения их в точных нивелирах и в основном, в нивелирах с компенсаторами. В точных нивелирах испытанию подлежат следующие механические условия: Ход подъемных винтов нивелира должен быть плавным, без качаний и "заеданий”. Регулировку хода каждого винта выполняют вращением его регулировочной гайки с помощью шпильки в ту или другую сторону пока не будет достигнут равномерный плавный ход. Положение нивелира на штативе должно быть устойчивым. Закрепив нивелир на штативе наводят трубу на рейку. Слегка нажимают на нивелир сверху и затем сбоку. Отсчет по рейке при этом не должен меняться. Вращение верхней части нивелира должно быть плавным. При тугом вращении необходимо чистку и смазку осей произвести в мастерской. Компенсатор нивелира с самоустанавливающейся линией визирования должен быть исправен. По круглому уровню ось вращения нивелира приводят в отвесное положение. На расстоянии 40 - 50 м от нивелира устанавливают рейку и берут отсчет. Глядя в окуляр слегка постукивают рукой по штативу.

Изображение рейки при этом становится нерезким из-за дрожания компенсатора. Если компенсатор исправен, изображение восстанавливается через 1 - 2 сек. и отсчет по рейке остается неизменным. Поверка геометрических условий, которым должно удовлетворять взаимное расположение частей нивелира, производится в такой последовательности:1) Ось установочного (круглого) уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. (Выполняется как в технических нивелирах).2) Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна к оси вращения нивелира. (Проверяется как в технических нивелирах).3) Визирная ось зрительной трубы (в нивелире Н - 3) и ось цилиндрического уровня должны находиться в параллельных вертикальных плоскостях при отвесном положении оси нивелира.

П риводят ось нивелира в отвесное положение и устанавливают зрительную трубу нивелира по направлению одного из подъемных винтов. Элевационным винтом совмещают изображения концов пузырька уровня и берут отсчет по рейке, установленной на расстоянии 40 - 50 м от нивелира. Вращением двух других подъемных винтов в разные стороны на 2 - 3 оборота наклоняют нивелир, но так, чтобы отсчет по рейке в точке пересечения нитей сетки не изменился. Смотрят в какие стороны расходятся изображения концов пузырька уровня. Теми же подъемными винтами приводят нивелир в первоначальное положение и убеждаются в неизменности отсчета. Тоже проделывают наклоняя нивелир в другую сторону. Если изображение пузырька уровня при наклонах не расходятся, или расходятся в одну и ту же сторону, то условие выполнено. В противном случае положение оси уровня исправляется боковыми юстировочными винтами.4) Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилиндрического уровня (Н - 3). Выполняется как в техническом нивелире. Поверка делается ежедневно перед началом работ. Угол i не должен превышать 10".5) Визирная линия в нивелире с компенсатором, установленная в рабочее положение по установочному уровню, должна быть горизонтальна.

Устанавливают нивелир точно на середине в створе между двумя рейками, находящимися друг от друга на расстоянии 50 - 80 м и производят отсчеты а1 и b1 (по задней и передней рейкам). После этого нивелир переносят и устанавливают за передней рейкой на расстоянии 3 - 5 м. от нее и берут отсчеты а2 и b2. Вычисляют отсчет:

О н не должен отличатся от фактического отсчета а2 более чем на 4 мм. При невыполнении этого условия сетку нитей вертикальными исправительными винтами устанавливают на отсчет а2' (не меняя второе положение нивелира). Поверку производят вначале ежедневно, а убедившись в постоянстве установки, - не реже одного раза в 15 дней. Из всего перечня исследования нивелиров, которые будут рассматриваться в курсе "Геодезическое инструментоведение", рассмотрим только два исследования компенсатора, которые необходимо сделать перед началом работ по нивелированию. а) Определение предела работы компенсатора.

О пределение рабочего диапазона или предела работы компенсатора заключается в определении величины предельного значения угла наклона ’ оси вращения прибора, при котором компенсатор позволяет еще удерживать визирный луч в горизонтальном положении. Для этого ось вращения нивелира приводят в отвесное положение по установочному уровню. На расстоянии около 50 м устанавливают рейку так, чтобы труба располагалась по направлению одного из подъемных винтов и берут отсчет по рейке а1. Вращением подъемного винта , по направлению которого установлена зрительная труба, наклоняют трубу на угол превышающий величину рабочего диапазона компенсатора. В этом случае предыдущий отсчет по рейке резко изменит свою величину. Берут отсчет а2. Величина β’ определится по формуле : где

S - расстояние от оси вращения нивелира до рейки. Это способ дает ошибку в определении предела работы компенсатора в пределах 2 - 3’.Более точно величину рабочего диапазона можно определить на экзаменаторе. б) Определение ошибки работы компенсатора (ошибка недокомпенсации).

Определяется по превышениям, измеренным на станции при длине визирного луча 25, 50, 75,100 м. На середине между рейками, расстояние между которыми равно, например, 50 м, (рис. 3.22) устанавливают нивелир и определяют превышение при отсутствии наклона оси нивелира и при ее наклоне в продольном и поперечном направлениях на угол, соответствующий номинальному значению предела работы компенсатора. Наблюдения производят в такой последовательности.

Измеряют превышения при положении пузырька уровня в нульпункте (ν = 0).Измеряют превышения при продольном наклоне трубы нивелира на угол + ν (пузырек смещен в сторону задней рейки).Измеряют превышение при продольном наклоне трубы нивелира на угол -ν(пузырек уровня смещен в сторону передней рейки).Измеряют превышение при боковом наклоне трубы нивелира на угол + ν (пузырек смещен вправо при визировании на заднюю рейку).Измеряют превышение при боковом наклоне трубы нивелира на угол - ν (пузырек уровня смещен влево при визировании на заднюю рейку).Эти измерения составляют один прием. Надо сделать 5 приемов (по программе). Между приемами изменяется горизонт нивелира на произвольную величину. Аналогичные измерения выполняют при расстояниях между рейками 100 и 200 м. Вычисляются средние значения превышений из 5 приемов при положении уровня I, II, III, IV, V Если средние значения превышений, полученные при положении уровней II, III, IV, V отличаются от превышения при положении уровня I более чем на 3 мм, то нивелир не может быть использован для нивелирования III класса, а более чем на 5 мм - для нивелирования IV класса.

Систематическая ошибка компенсации на 1’ наклона оси нивелира вычисляется по формуле: ; h0 и h - средние превышения, полученные при положении пузырька в нуль - пункте и при наклоне нивелира на угол ;S - длина визирного луча;ν' - максимальный угол наклона при котором работает компенсатор. Для нивелира Н - 3К величина к не должна превышать 0,15".Инструкцией по нивелированию перед началом полевых работ требуется произвести следующие поверки и исследования нивелиров. Для нивелиров с уровнем:

- определение коэффициента дальномера,

- поверка установочных уровней,

- поверка установки сетки нитей,

- поверка главного условия;

- определение рабочего диапазона работы компенсатора и ошибки недокомпенсации в нивелирах с компенсаторами.

69. Передача высот геометрическим нивелированием способом из середины. Нивелирный ход.

Основный способ геометрического нивелирования является нивелирование “из середины". Пусть при наведении зрительной трубы на рейку, установленную в точке А, получим отсчет а, а при визировании на рейку в точке В - отсчет в ; тогда искомое превышение равно: h =а-в . При нивелировании из середины Sз≈Sп, следовательно, радиус кривизны рефракционной кривой неизвестен и постоянно изменяется.

Х од нивелирный – геодезический ход, прокладываемый способом геометрического нивелирования с помощью нивелира. Служит для определения высот нивелирных знаков (реперов).Нивелирный ход создается путем измерения превышений между точками. В этом случае нивелируемую линию разбивают на части, каждую из которых нивелируют отдельно так, чтобы была связь с предыдущей станцией. Длины частей зависят от крутизны скатов, а на равнинной местности должны быть не более 200м. Устанавливают нивелир на первой станции посередине первого участка и берут отсчеты по задней и передней рейкам. После того как вычислено превышение, заднюю рейку переносят вперед на следующую точку, а нивелир на вторую станцию между точками бывшей передней и следующей, измеряют превышение между ними. При этом передняя рейка остается на месте пока не окажется задней. Аналогично продолжают измерения на остальных участках до определяемой точки. Так образуется нивелирный ход. Точки, служащие попеременно задними и передними, называются связующими, через них происходит передача отметок от начальной точки на все точки хода. Превышение между конечной и начальной точками хода будет равно алгебраической сумме превышений на всех станциях: h = S hi = SЗ - SП и равно разности сумм отсчетов по задней и передней рейкам. Если известна отметка начальной точки хода, то можно вычислить отметки связующих точек и конечной точки хода или сразу вычислить отметку конечной точки через превышение между ними. Если при нивелировании по ходу требуется дополнительно определить отметку характерной точки местности, то после взятия отсчетов по рейкам на связующих точках, заднюю рейку устанавливают на характерной точке и берут отсчет по ней. Характерную точку называют промежуточной, отсчеты по рейке на ней не участвуют в передаче отметок по ходу, отметку ее вычисляют через горизонт прибора. Затем нивелир переносят на следующую станцию. При нивелировании на крутых склонах, когда превышение между обозначенными точками невозможно измерить с одной станции, выбирают дополнительные связующие точки, которые называются иксовыми, их обозначают x1 , x2 и т.д. На местности их не закрепляют, но они служат для передачи отметок по ходу. В нивелирных ходах связующие точки не закрепляют, их называют переходными. Рейки на этих точках устанавливают на специальные переносные приспособления – башмаки и костыли, имеющие в верхней части полусферический выступ. Башмаки используют при нивелировании на твердой поверхности, перед постановкой рейки их вдавливают в грунт. Костыли длиной 15-60см используют на мягком грунте и болотистой местности, их забивают на глубину соответствующую грунту.

70. Вычисление высот по результатам геометрического нивелирования

Сущность геометрического нивелирования сводится к определению превышения точки В над точкой А (рис.2.1) горизонтальным лучом визи­рования, используя нивелир и рейки. Нивелир - геодезический прибор, у которого в момент отсчета по рейке визирная ось устанавливается в горизонтальное положение. Визирная ось зрительной трубы - это мнимая линия, соединяющая перекрестие нитей сетки и оптический центр объектива. Таким образом, в нивелире должна быть зрительная труба для точного визиро­вания на рейку и уровень, обеспечивающий горизонтальное положение визирной оси. Пусть при наведении зрительной трубы на рейку, установленную в точке А, получим отсчет а, а при визировании на рейку в точке В - отсчет в ; тогда искомое превышение равно:h =а-в. (2.1)Если условно принять точку А задней, а точку В передней, то превышение равно взгляду назад минус взгляд вперед. В данном конкретном случае точка В выше, чем точка А, поэтому превышение будет положительным и имеет знак (+), в обратном направлении – знак (-).

Если высота точки А над уровенной поверхностью равна НА , то высоту точки В легко определить по формуле Hв = HА + h,(2.2)т.е. высота последующей точки хода равна высоте предыдущей точки плюс превышение. Высота горизонта прибора (НГ) определяется по формулам :Нг=НА+а (2.3) или Нг=НВ+в(2.4)т.е. равна высоте точки плюс отсчет по рейке, установленной в этой точке. Из формул (2.3) и (2.4) очевидно, что по известной высоте горизонта прибора можно определять отметки точек или, как принято говорить, выносить высоты точек в натуру, например: НА= НГ - а (2.5) На рис.2.2 показан способ нивелирования "вперед". В этом случае превышение определяется по формуле h=i-в (2.6)где i - высота прибора (высота визирного луча над точкой стояния прибора); в- отсчет по рейке. Способ нивелирования "вперед" применяется реже, чем способ нивелирования "из середины" (в основном при выносе высот точек в натуру). Ясно что при нивелировании "вперед" трудно измерять высоту прибора с необходимой точностью; производительность работ будет значительно ниже . Кроме того (как будет доказано далее), необходимо учитывать влияние кривизны Земли и вертикальной рефракции (влияние искривления визирного луча в вертикальной плоскости из-за неодинаковой плотности слоев атмосферы).Когда требуется определить hАВ - разность высот между удаленными друг от друга точками, применяют последовательное (сложное) нивелирование (рис.2.3)

hАВ=∑h, (2.7)

где ∑h=h1+h2+…+hn,

H=HA+∑h (2.8)

На рис. 2.3 показан нивелирный ход методу точками А и В. Точки стояния реек (1,2 ... n-1), общие для двух смежных станций прибора, назы­ваются связующими точками. В этих точках рейка сначала является передней, затем - задней. При изысканиях дорог, каналов и других линейных сооружений прокладывают трассу - ход, как правило, по оси линейного сооружения. Получают серию высот точек (обязательно определяют высоты точек -перегибов), по которым строят профиль оси будущего сооружения. Такое нивелирование вдоль трассы называется продольным нивелированием. Чтобы характеризовать рельеф местности по обе стороны от оси трассы, в характерных местах строят поперечники, их тоже нивелируют и строят профили поперечников, необходимые для подсчета объемов земляных ра­бот и проведения вертикальной планировки. При изысканиях аэродромов, строительных площадок, стадионов и т.п. применяют нивелирование поверхности по квадратам.

71. Принцип тригонометрического нивелирования.

Т ригонометрическое нивелирование осуществляется наклонным лучом. При тригонометрическом нивелировании непосредственно измеряются угол наклона визирного луча и расстояние от инструмента до искомой точки. Принцип тригонометрического нивелирования заключается в следующем. В точке А (рис. 2) установлен прибор, позволяющий измерять углы наклона визирной оси и расстояния, например теодолит с вертикальным кругом и дальномером. В точке В устанавливают рейку или вешку, высота которой l известна. Приведя инструмент в рабочее положение, визируют на какую - либо точку рейки или вешки. Измеряют угол наклона визирной оси, т. е. берут отсчет по вертикальному кругу.

Измеряют наклонное расстояние D от инструмента до рейки (вешки). С помощью рулетки измеряют высоту инструмента i. Непосредственно измеренные величины l, а, i, D связаны следующим соотношением:h = D sin + i – l+f,f – поправка за кривизну Земли и атмосферную рефракцию, равная f = D2 /R (R – радиус Земли равный 6371 м).Когда позволяет местность, высоту визирования делают равной высоте инструмента i = l, что приводит к упрощению формулы для вычисления:h = D sin .Вычисления при определении превышений наклонным лучом несколько сложнее, чем при геометрическом нивелировании. Однако, станций (место установки нивелира для определения превышений называют станцией или штативом) для определения высот, особенно в пересеченной и горной местности, потребуется значительно меньше и производительность труда будет выше.На практике часто применяют упрощенную формулу, т. е. без учета влияния кривизны Земли и рефракции. Это оправдано тем, что длина визирных лучей, как правило, не превосходит 150 - 200 м и нивелирование обычно ведется из середины или в прямом и обратном направлениях. Точность определения превышений в ходах, когда расстояние измеряют с помощью нитяного дальномера, невелика - порядка 40 см на 100м.Для вычисления превышений тригонометрическим способом составлены специальные таблицы, в которых даны величины h,вычисленные по углу наклона и расстоянию. В этих же таблицах даются поправки за кривизну Земли и рефракцию. В настоящее время надобность в подобных таблицах отпала - их с успехом заменяют калькуляторы. В практике тригонометрического нивелирования широко применяются оптические и электронные дальномеры, теодолиты с компенсаторами при вертикальном круге. Их использование позволяет приблизить точность тригонометрического нивелирования к геометрическому. Тригонометрическое нивелирование широко используется в современных электронных тахеометрах – автоматах. Высокая точность измерения углов наклона (до долей секунды) и расстояний (до мм) позволили коренным образом изменить традиционные представления о возможностях тригонометрического нивелирования. Тригонометрическое нивелирование в некоторых случаях применяется при ночных работах. Для этого необходимо иметь теодолит (тахеометр) с подсвечиваемой сеткой нитей и кругами (горизонтальным и вертикальным). Кроме того, в рабочий комплект должна входить вешка со светящимся устройством для визирования в ночных условиях.

72. Влияние кривизны Земли и рефракции

При выводе формул для способов нивелирования из середины и вперед принято, что уровенная поверхность является плоскостью, визирный луч прямолинеен и горизонтален, рейки, установленные в точках, параллельны между собой.

Н а самом деле уровенная поверхность не является плоскостью и рейки, установленные в точках А и В перпендикулярно поверхности, непараллельны между собой, следовательно отсчеты З и П преувеличены на величину поправок за кривизну Земли СМ = К1 и DN = К2.

Поправки за кривизну Земли равны: где S1, S2 - расстояние от нивелира до реек; R – радиус Земли.

Кроме того известно, что луч света распространяется прямолинейно лишь в однородной среде. В реальной атмосфере, плотность которой увеличивается по мере приближения к поверхности Земли, луч света идет по некоторой кривой, которая называется рефракционной кривой. Вследствие этого визирный луч имеет форму рефракционной кривой радиуса R1 и пересекает рейки в точках C' и D'. Поэтому отчеты по рейкам уменьшаются на величину поправок за рефракцию: СC' = r1 и DD'= r2, которые определяются по формуле:

Р адиус рефракционной кривой зависит от температуры, плотности, влажности воздуха и др. Отношение радиуса Земли R к радиусу рефракционной кривой R1 называют коэффициентом земной рефракции, среднее значение которого принимают

Обозначим

г де f1 и f2 – поправки за кривизну Земли и рефракцию равны

С ледовательно превышение между точками А и В с учётом поправок за кривизну Земли и рефракцию равно:

Н еобходимость учета поправки зависит от требуемой точности измерений. Из формулы следует, что при равенстве расстояний от нивелира до реек и примерно одинаковых условиях можно считать, что f1 = f2 и h = З – П. Таким образом, при нивелировании из середины с соблюдением равенства плеч влияние кривизны Земли и рефракции практически устраняется.

73. Вычисление превышений

Изобретение относится к области геодезии и предназначено для измерения превышений нивелируемых точек, особенно при измерениях в неблагоприятных условиях (вибрация, затененность, потоки неравномерно нагретого воздуха и пр.). Сущность изобретения заключается в том, что способом определения превышений, включающим гибкую нить, подвешенную между нивелируемыми точками и натянутую грузом с встроенным вибратором и свободно подвешенным на роликовом катке, фиксирующим точку максимального провеса, измеряют отрезок между точкой подвеса груза и помеченной серединой нити, а вычисление превышения осуществляют по формуле , где L - проекция длины нити 1 на горизонтальную плоскость; Δl - отрезок между точкой максимального провеса и серединой нити. Технический результат изобретения - способом осуществляется повышение точности определения положения точки максимального провеса, а следовательно, и точности определения превышения, и упрощение вычислений превышений. Изобретение относится к области геодезии и предназначено для измерения превышений нивелируемых точек, особенно при измерениях в неблагоприятных условиях (вибрация, затененность, потоки неравномерно нагретого воздуха и пр.).Известны способы измерения превышений гидростатическими нивелирами, позволяющие определить превышение с точностью до ±1 мм .Наиболее близким является способ определения превышений путем измерения длин дуг нити l1 и l2 от нивелируемых точек до максимального ее провисания и вычисления превышения по формулам:

где Р - вес погонного метра нити;Н - горизонтальная составляющая силы натяжения;х1 и х2 - горизонтальные проекции длин дуг l1 и l2 до точки максимального провисания нити. Недостатком этого способа является сложность определения с достаточной точностью положения точки максимального провисания нити (что отрицательно скажется на точности определения превышения) и громоздкость вычисления превышений. Техническим решением задачи является повышение точности определения положения точки максимального провеса (а следовательно, и точности определения превышения) и упрощение вычислений превышений. Поставленная задача достигается тем, что в способе определения превышений путем измерения длин дуг гибкой нити между нивелируемыми точками и точкой максимального ее провеса нить натягивают грузом с встроенным вибратором и свободно подвешенным на роликовом катке измеряют отрезок между точкой подвеса груза и серединой нити и вычисляют превышение по формуле:

г де L - проекция длины нити l на горизонтальную плоскость;Δl - отрезок между точкой максимального провеса и серединой нити. Сущность способа поясняется фиг.1, где представлена схема нивелирования, и фиг.2, поясняющей вывод рабочей формулы (1).Способ определения превышений состоит в следующем. Между нивелируемыми точками А и В (фиг.1) подвешивают нить длиной l=l1+l2 с грузом Р. Груз Р, свободно подвешенный на роликовом катке, всегда займет самое нижнее положение, фиксируя точку максимального провеса. Измеряют отрезок Δl=l2-l1 между точкой максимального провеса (точка О') и помеченной серединой нити (точка О). Тогда измеряемое превышение найдется по формуле (1).Формула (1) получена из следующих соображений: Из статической схемы распределения сил следует, что углы α и α' равны между собой (фиг.2).ΣX=0: RВsinα'-RAsinα=0, откуда RВsinα'=RAsinα,но RВ=RA, как сила натяжения нити, перекинутой через блок. Поэтому, sinα'=sinα или α'=α.Учитывая, что углы α и α' всегда равны между собой, запишем:

Р ешая эти уравнения, получим формулу (1).Способ может быть использован при нивелировании в неблагоприятных условиях, например при измерении осадок промышленных сооружений. При этом только в первом цикле следует определять L между осадочными марками. Способ определения превышений путем измерения длин дуг гибкой нити между нивелируемыми точками и точкой максимального ее провеса, отличающийся тем, что нить натягивают грузом с встроенным вибратором и свободно подвешенным на роликовом катке, измеряют отрезок между точкой подвеса груза и серединой нити и вычисляют превышение по формуле:

где L - проекция длины нити l на горизонтальную плоскость;Δl - отрезок между точкой максимального провеса и серединой нити.

74. Передача высот тригонометрическим нивелированием. Высотный ход. Вычисление высот точек в высотном ходе.

При строительстве зданий всегда требуется передача проектной высоты (отметки) на другой монтажный горизонт, например, по колонне или стене. Для этого от проектной черты на стене или колонне нижнего горизонта рулеткой откладывают проектную разность двух монтажных горизонтов. При передаче высот на несколько монтажных горизонтов на каждом из них выполняют контрольное нивелирование по проектным отметкам. При использовании для построения проектной высоты метода тригонометрического нивелирования в исходной точке (в точке с известной высотой) устанавливают теодолит (см. рис.), измеряют его высоту i, горизонтальное проложение d и определяют угол наклона ν, соответствующий проектной высоте HПР: νПР = arctg (hПР - i / d) .Определяют отсчёт по вертикальному кругу теодолита при «круге право» и «круге лево», соответствующие значению полученного проектного угла наклона: ВК(КЛ) = νПР + МО ; ВК(КП) = МО - νПР, где МО – место нуля, предварительно определенное на станции по 2-3 точкам. Метка М будет соответствовать проектной высоте в заданной точке.Для контроля построения проектной высоты следует изменить горизонт прибора, измерить несколькими приёмами угол наклона на метку М и вычислить значение проектной высоты по формуле: HПР(ИЗМ) = HИСХ + i + dtgν .Если при построении не будет обеспечена заданная точность, то метку М перемещают на величину расхождения в соответствующем направлении и выполняют контрольную проверку высоты.

Ход высотный – геодезический ход, являющийся высотным съемочным обоснованием. Служит для определения высот точек съемочных сетей, высотных опознаков, высот точек разбивочной сети и др.Высотный ход создается геометрическим или тригонометрическим нивелированием (тахеометром, теодолитом, нивелиром, кипрегелем) как самостоятельный вид работ (привязка высотных опознаков и т.п.), так и совместно с созданием плановых съемочных сетей (теодолитный, тахеометрический и др. ходы).

Если расстояние между точками А и В знач. Превышает 200м и между ними закреплены другие точки высоты которых требуется определить то последовательно можно измерить превышения h1,h2,h n-1,hn.сложить их и получить h AB. Все превышения измеряются способом тригонометрического нивелирования прямо и обратно и за окончательное значение принимается среднее превышение вычисленное по формуле:h=stg υ+i-V,Знак hср берется от знака h пр. Данное построение на местности называется высотным ходом и прокладывается с целью определения высот точек 1,2,N.

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ

75. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ

Одной из главных задач геодезии является определение с высокой точностью координат сравнительно небольшого, числа специально закрепленных на земной поверхности точек — геодезических пунктов. Геодезический пункт состоит из двух устройств: геодезического знака — сооружения, обозначающего положение геодезического пункта на местности и обеспечивающего видимость между смежными пунктами, и центра, являющегося носителем координат геодезического пункта. Он призван надежно и долговременно сохранять неизменным положение своей основной детали — марки центра, к метке которой относятся координаты пункта. Систему (совокупность) геодезических пунктов, положение которых определено в общей для них системе геодезических координат, называют геодезической сетью. Для определения координат пунктов сети между ними измеряют расстояния и углы. Отрезки линий, ограниченные геодезическими пунктами, вдоль которых измерялась длина или направление, называют сторонами сети. Каждый последующий пункт геодезической сети, начиная со второго, должен быть связан с предшествующими пунктами не менее чем двумя измеренными элементами (угол, длина стороны, дирекционный угол).Геодезическую сеть создают таким образом, чтобы ее стороны образовывали простые геометрические фигуры, удобные для решения, т. е. определения всех их элементов, а по ним — координат вершин. Методы построения геодезических сетей. Различают три основных метода построения плановых геодезических сетей:

1) триангуляция — построение геодезической сети в виде системы треугольников, в которых измерены углы и некоторые стороны, называемые базисными, или просто базисами;

2) полигонометрия — построение геодезической сети путем измерения расстояний и углов между пунктами хода;

3) трилатерация — построение геодезической сети в виде системы треугольников, в которых измерены все их стороны.

Возможно построение геодезической сети комбинированием всех трех методов. Состав работ по построению геодезических сетей. При построении и развитии геодезических сетей выполняют целый комплекс геодезических полевых и камеральных работ. Начинаются они с разработки проекта геодезической сети, который выполняют по топографическим картам и планам наиболее крупных масштабов. При этом в каждом районе, в зависимости от местных условий, построение геодезической сети ведется тем методом, который дает наибольшую экономию сил и денежных средств. Исключение из этого правила допускается лишь в некоторых случаях, например, при особой срочности работ, в целях охраны окружающей среды и т. д. Составленный проект геодезической сети уточняют на местности в отношении расположения пунктов, высот знаков и т. д. Этот вид работы называется рекогносцировкой. Затем закрепляют пункты на местности — строят знаки и закладывают центры. Знак геодезического пункта имеет двойное назначение: во-первых, на его столике устанавливают прибор для измерения углов (расстояний); во-вторых, верхняя часть знака (визирная цель) служит для наблюдения с других пунктов. Сложность этой работы усугубляется тем, что центры визирного приспособления и столика должны лежать на отвесной линии, проходящей через метку марки центра знака. После завершения строительных работ наступает наиболее ответственный этап полевых работ: выполняют измерения углов и длин сторон. Заканчиваются работы по построению геодезических сетей математической обработкой результатов измерений. В конечном счете составляют каталог координат пунктов, геодезической сети.

Высотные геодезические сети

Первоочередное назначение геодезического пункта сети — сохранять неизменным свое плановое положение — координаты х, у. Однако, как правило, эти пункты являются одновременно и пунктами высотной сети, т. е. их центры фиксируют также и высоту. Геодезический знак, специально предназначенный для долговременного и надежного закрепления на местности высоты, называют репером. Вообще говоря, на репер могут быть переданы и плановые координаты х, у, но основное назначение репера — сохранение высоты относительно уровня моря. Таким образом, геодезическая высотная сеть есть совокупность реперов и геодезических пунктов, для центров которых определены высоты. Высотная геодезическая сеть состоит, как правило, из системы пересекающихся высотных ходов, пункты пересечения которых называются узловыми точками. Отдельный высотный ход, который заканчивается точкой, не являющейся узловой или репером, называют висячим. Отметки на точки высотного хода передают от предыдущей точки к последующей методами геометрического или тригонометрического нивелирования.

Государственные геодезические сети

Государственной геодезической сетью называют геодезическую сеть, обеспечивающую распространение координат на территорию государства и являющуюся исходной для построения других геодезических сетей. Государственная геодезическая сеть РФ является главной геодезической основой топографических съемок всех масштабов и должна удовлетворять требованиям народного хозяйства и обороны страны при решении соответствующих научных и инженерных задач. Государственные геодезические сети подразделяют на плановые и высотные. Плановая сеть создается методами триангуляции, полигонометрии, трилатерации и их сочетаниями, высотная — методом геометрического нивелирования. Государственная плановая геодезическая сеть подразделяется на сети 1, 2, 3 и 4 классов, различающиеся между собой точностью угловых и линейных измерений и длиной сторон. Государственная геодезическая сеть 1 класса строится в виде полигонов периметром 800—1000 км, образуемых триангуляционными, полигонометрическими или трилатерационными звеньями длиной порядка 200 км, расположенными по возможности вдоль меридианов и параллелей. Звено триангуляции (трилатерации) состоит из треугольников, близких к равносторонним, или из комбинаций треугольников, геодезических четырехугольников и центральных систем. Геодезическую сеть, имеющую пункты с определенными на них астрономическими координатами и азимутами, называют астрономо-геодезической сетью. Государственная геодезическая сеть 2 класса строится внутри полигонов 1 класса в виде сплошной триангуляционной сети или в виде системы пересекающихся ходов полигонометрии. Внутри полигонов 1 класса на нескольких пунктах 2 класса производятся астрономические определения широты, долготы и азимута. Пункты государственной геодезической сети триангуляции 3 и 4 классов определяются относительно пунктов высших классов (1 и 2) как вставкой «жесткой системы», т. е. такого построения геодезической сети, при котором вновь определяемые пункты имеют связи со всеми ближайшими пунктами высшего и того же класса, так и вставкой отдельных пунктов. Возможно построение сетей 3 и 4 классов методами полигонометрии и трилатерации. Геодезическая сеть, высоты пунктов которой над уровнем моря определены геометрическим нивелированием, называется нивелирной сетью.

Государственная высотная (нивелирная) геодезическая сеть

Государственная высотная геодезическая сеть РФ подразделяется на четыре класса: I, II, III и IV. Государственная нивелирная сеть I класса прокладывается по разработанному проекту, предусматривающему: 1) обеспечение территории страны исходными высотными пунктами для развития в единой системе нивелировок II, III и IV классов; 2) связь с водомерными постами морей и океанов, расположенными внутри и по границам страны; 3) использование наиболее благоприятных для нивелирования трасс (железных, шоссейных дорог, вдоль больших рек); 4) образование по возможности замкнутых полигонов; 5) учет научных и практических требований, вытекающих из задачи изучения динамических процессов, связанных с жизнью Земли как планеты, ее поверхности и недр. Линии нивелирования II класса прокладываются между пунктами нивелирования I класса (при их отсутствии самостоятельно) полигонами с периметром 500—600 км. Линии нивелирования III класса прокладываются внутри полигонов I и II классов в виде отдельных ходов или систем пересекающихся ходов, но так, чтобы периметры образованных полигонов не превышали 150—200 км. Линии нивелирования IV класса опираются на пункты нивелировок старших классов; их прокладывают в виде одиночных и систем пересекающихся в узловых точках ходов.

Геодезические сети сгущения

Виды и точность геодезических сетей сгущения. Геодезическая сеть, развиваемая на основе геодезической сети более высокого порядка, называется геодезической сетью сгущения. В городах, поселках и на больших строительных объектах создается геодезическая сеть сгущения специального назначения. Ранее такие сети сгущения называли геодезическими сетями местного значения. Геодезические сети сгущения подразделяются на: а) сети 1 и 2 разрядов, создаваемые методом триангуляции (трилатерации); б) сети 1 и 2 разрядов, развиваемые методом полигонометрии; в) нивелирные сети, развиваемые методом геометрического нивелирования III и IV классов. Нивелирование III и IV классов выполняется в такой последовательности:1) проектирование по карте расположения нивелирных ходов; для III класса длина хода не должна превышать 15 км {между узловыми точками 5 км). Нивелирование IV класса проектируют по стенным и грунтовым реперам и центрам пунктов опорных (плановых) геодезических сетей;2) рекогносцировка на местности, в результате которой уточняют предварительный проект и выбирают места установки знаков, расстояния между которыми в черте города не должны превышать 0,2—0,8 км (в зависимости от плотности застройки);3) закладка стенных и грунтовых реперов, последние закладывают только при отсутствии зданий с каменными (бетонными) фундаментами;4) нивелирование выполняется через несколько дней после закладки знаков;5) окончательное вычисление высот пунктов (вычисление превышений на станциях III класса производят с округлением до 0,5 мм, а IV класса — до 1 мм).В результате нивелирования III и IV классов должны быть представлены: схема ходов нивелирования, полевые журналы, материалы исследования нивелиров и компарирования реек, ведомость превышений, материалы вычислений и оценки точности, абрис нивелирных марок, стенных и грунтовых реперов, а также геодезических пунктов, включенных в нивелирную сеть, каталог высот марок и реперов, акты сдачи марок, стенных и грунтовых реперов на наблюдение за сохранностью (местным органам власти) пояснительная записка.

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ

76. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ

Государственная геодезическая сеть (ГГС) – система закрепленных на местности пунктов, положение которых определено в единой системе координат и высот.ГГС предназначена для решения следующих основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение:

– установление и распространение единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований;

– геодезическое обеспечение картографирования территории России и акваторий окружающих ее морей;

– геодезическое обеспечение изучения земельных ресурсов и землепользования, кадастра, строительства, разведки и освоения природных ресурсов;

– обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред;

– изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени;

– изучение геодинамических явлений;

– метрологическое обеспечение высокоточных технических средств определения местоположения и ориентирования.

Геодезические высоты пунктов ГГС определяют как сумму нормальной высоты и высоты квазигеоида над отсчетным эллипсоидом или непосредственно методами космической геодезии, или путем привязки к пунктам с известными геоцентрическими координатами. Нормальные высоты пунктов ГГС определяются в Балтийской системе высот 1977 года, исходным началом которой является нуль Кронштадтского футштока. Карты высот квазигеоида над общим земным эллипсоидом и референц-эллипсоидом Красовского на территории Российской Федерации издаются Федеральной службой геодезии и карто-графии России и Топографической службой ВС РФ. Масштаб ГГС задается Единым государственным эталоном времени-частоты-длины. В работах по развитию ГГС используются шкалы атомного ТA (SU) и координированного UTC (SU) времени, задаваемые существующей эталонной базой Российской Федерации, а также параметры вращения Земли и поправки для перехода к международным шкалам времени, периодически публикуемые Госстандартом России в специальных бюллетенях Государственной службы времени и частоты (ГСВЧ).Астрономические широты и долготы, астрономические и геодезические азимуты, определяемые по наблюдениям звезд, приводятся к системе фундаментального звездного каталога, к системе среднего полюса и к системе астрономических долгот, принятых на эпоху уравнивания ГГС. Метрологическое обеспечение геодезических работ осуществляется в соответствии с требованиями государственной системы обеспечения единства измерений. Все геодезические сети можно разделить по следующим признакам: По территориальному признаку:1) глобальная2) национальные (ГГС)3) сети специального назначения (ГССН)4) съемочные сети. По геометрической сущности:1) плановые2) высотные3) пространственные

Глобальные сети создаются на всю поверхность Земли спутниковыми методами, являясь пространственными с началом координат в центре масс Земли и определяемые в системе координат ПЗ-90.Национальные сети делятся на: Государственную геодезическую сеть (ГГС) с определением координат в СК-95 в проекции Гаусса-Крюгера на плоскости и на Государственную нивелирную сеть (ГНС) с определением нормальных высот в Балтийской системе, т.е. от нуля Кронштадтского футштока. Геодезические сети специального назначения (ГССН) создаются в тех случаях, когда дальнейшее сгущение пунктов ГГС экономически нецелесообразно или когда требуется особо высокая точность геодезической сети. В зависимости от назначения эти сети могут быть плановыми, высотными, планово-высотными и даже пространственными и создаваться в любой системе координат. Съемочные сети являются обоснованием для выполнения топосъемок и создаются обычно планово-высотными. ГГС, созданная по состоянию на 1995 год, объединяет в одно целое: астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети (АГП КГС),доплеровскую геодезическую сеть (ДГС), астрономо-геодезическую сеть (АГС) 1 и 2 классов, геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов, Пункты указанных построений совмещены или имеют между собой надежные геодезические связи. ГГС структурно формируется по принципу перехода от общего к частному и включает в себя геодезические построения различных классов точности: фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС)высокоточную геодезическую сеть (ВГС),спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1)

В указанную систему построений вписываются также существующие сети триангуляции и полигонометрии 1-4 классов. На основе новых высокоточных пунктов спутниковой сети создаются постоянно действующие дифференциальные станции с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме близком к реальному времени. По мере развития сетей ФАГС, ВГС и СГС-1 выполняется уравнивание ГГС и уточняются параметры взаимного ориентирования геоцентрической системы координат и системы геодезических координат СК-95.Плотность размещения пунктов ГГС следующая:масштаб 1 пункт на: сред. расст.

1:25000 50-60 км2 7-8 км

1:10000 50-60 км2 7-8 км

1:5000 20-30 км2 5-6 км

1:2000 5-15 км2 2-4 км

Ошибка длины: ms = 0.25 mM, где m – графическая ошибка длины на карте, M – знаменатель масштаба.На каждом пункте существующей ГГСН в соответствии с «Инструкцией о построении государственной геодезической сети», М., Недра, 1966 г. определяются по два ориентирных пункта с подземными центрами, пронумерованные от направления на север по часовой стрелке, на расстоянии от центра пункта не менее 500 м в открытой и 250 м в занесенной местности, с обеспечением видимости на них непосредственно с центра.Высоты всех пунктов ГГС определены в основном тригонометрическим нивелированием по сторонам сети от пунктов, принятых за опорные, которые определены геометрическим нивелированием и расположены не реже чем 3 стороны полигонометрии или 75 км в сети триангуляции.

ГОСУДАРСТВЕННАЯ НИВЕЛИРНАЯ СЕТЬ

77. ГОСУДАРСТВЕННАЯ НИВЕЛИРНАЯ СЕТЬ

Государственная нивелирная сеть (ГНС) – единая система высот на территории всей страны, она является высотной основой всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ, выполняемых для удовлетворения потребностей экономики, науки и обороны страны. На всей территории России вычисление высот производится в нормальной системе высот от нуля Кронштадтского футштока. Высоты пунктов государственной ниве­лирной сети определяют методом геометрического нивелирования. По точности и назначению государственная нивелирная сеть разделяется на сети I, II, III, и IV классов.

Нивелирные сети I и II классов являются главной высотной основой, по­средством которой устанавливается единая (Балтийская) система высот по всей территории страны, и используются для решения научных задач: изучения вертикальных движений земной коры, определения уровня воды в морях и океанах т. п. Линии нивелирования I и II классов прокладывают по заранее разработанным направлениям. Не реже чем через каждые 25 лет линии I и частично II классов нивелируют повторно. Во всех случаях ли­нии нивелирования I и II классов прокладывают по трассам с наиболее благоприятными грунтовыми условиями и наименее сложным профилем. Нивелирная сеть I класса строится в виде сомкнутых полигонов и отдельных линий большой протя­женностью. Нивелирование I класса выполняют с наивысшей точностью, достигаемой применением наиболее совершенных приборов и методов наблюдений: средняя квадратическая случайная погрешность определения превышения m = 0,5 мм на 1 км хода. Нивелирная сеть II класса составлена из ходов, опирающихся на пункты нивелирования I класса и образующих полигоны с периметром в 400 — 800 км и более (рис. 8). Средняя квадратическая погреш­ность определения превышения в нивелирных ходах II класса не должна превы­шать m = 0,8 мм на 1 км хода. Нивелирные сети III класса прокладывают «рис.» 8 внутри полигонов ни­велирования I и II классов в виде систем и отдельных ходов, делящих полигон II класса на 6 — 9 полигонов периметром 150 — 200 км (m =1,6 мм на 1 км хода). Дальнейшее сгущение нивелирной сети III класса выполняют построением систем хо­дов нивелирования IV класса (m = 6 мм на 1 км хода), опирающихся на пункты нивелирования высших классов. Ходы нивелирования IV класса являются непо­средственной высотной основой топографических съемок; густота их прокладки обусловливается масштабами съемок и характером рельефа местности. Линии нивелирования всех классов через каждые 5 км закрепляют на мест­ности постоянными реперами и марками. В труднодоступных районах расстояние между реперами может быть увеличено до 6 — 7 км. Периметры полигонов I класса должны рассматриваться не как предельные значения для отдельного полигона, а как средний периметр группы смежных полигонов.

Если среди смежных полигонов I класса присутствуют полигоны «карлики» образованные в результате формирования узла, полигоны созданные для изучения вертикальных деформаций и т.п., то эти полигон при вычислении среднего периметра смежных полигонов не участвуют. Периметры полигонов II класса должны рассматриваться не как предельные значения для отдельного полигона, а как средний периметр полигонов II класса заполняющих полигон I класса. Если среди полигонов II класса присутствуют полигоны «карлики», созданные при формировании узла, для изучения вертикальных деформаций и т.п., то периметры этих полигонов при вычислении среднего периметра не участвуют. Для полигонов II класса, находящихся вне полигона I класса, средний периметр определятся, как и для группы смежных полигонов I класса. Длины линий в полигонах должны быть по возможности одинаковыми.

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ СГУЩЕНИЯ

78. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ СГУЩЕНИЯ

Геодезическая сеть, развиваемая на основе геодезической сети более высокого порядка, называется геодезической сетью сгущения. Для обоснования съемок масштаба 1:5000 и крупнее, а также для обеспечения топографо-геодезических работ при инженерных изысканиях и строительстве зданий и сооружений государственную геодезическую сеть сгущают путем построения дополнительной сети. В городах, поселках и на больших строительных объектах создается геодезическая сеть сгущения специального назначения. Ранее такие сети сгущения называли геодезическими сетями местного значения, или местными сетями. Как и пункты государственных геодезических сетей, пункты сетей сгущения закрепляются постоянными знаками. Сети сгущения, как и государственные геодезические сети, подразделяются на плановые и высотные (нивелирные). Плотность пунктов государственной геодезической сети на 1 км2 должна быть не менее: четырех пунктов - на застроенных территориях, одного пункта - на незастроенных, двух пунктов - на вновь осваиваемых. При недостаточной плотности пунктов государственной плановой геодезической сети прокладывают сеть 4-го класса, которая может иметь некоторое отличие от государственной. Если на расстоянии 5 км от границ участков работ отсутствуют пункты государственной геодезической сети и площади участков не превышают 20 км2 (для съемки в масштабе 1:2000 и крупнее), то сети сгущения строят как локальные. Геодезические сети сгущения строят методом триангуляции, трилатерации и полигонометрии 4-го класса, а также 1-го и 2-го разрядов. Триангуляционные, трилатерационные и полигонометрические сети одинаковых разрядов являются равноценными в отношении точности. Поэтому геодезические сети сгущения создают тем методом, который дает наибольшую экономию сил и денежных средств. Сети триангуляции и полигонометрии 1 и 2 разрядов развиваются относительно пунктов государственной геодезической сети 1 – 4 классов. Базисные стороны в сетях триангуляции 1 и 2 разрядов измеряются светодальномерами, а углы – точными теодолитами Т2 способом круговых приемов. Длина стороны треугольника в сети сгущения 1 разряда не должна превышать 5 км, 2 разряда – 3 км. Предельная ошибка в измерениях угла – не более 5 сек. Относительная ошибка базисной стороны для сетей 1 разряда – 1:50 000, 2 разряда - 1 : 20 000. Полигонометрические сети сгущения, создающиеся в виде отдельных ходов, имеют длины сторон от 0,12 до 0,8 км с ошибкой измерения длины 1:10 000. Средняя ошибка измерения углов – не более 5 сек. В сетях сгущения 2 разряда длина стороны находится в пределах от 0,08 до 0,35 км с ошибкой 1:5000. Высотные сети сгущения создаются методом нивелирования IV класса или техническим нивелированием. Невязки в ходах и полигонах не должны превышать 50 L, мм, где L – длина хода, км. В соответствии с инструкцией по топографической съемке число пунктов государственной геодезической сети сгущения в городах должно составлять 4 пункта на 1 км2 на застроенных территориях и до 1 пункта на 1 км2 – на незастроенных территориях. При инженерных изысканиях плотность геодезической сети может доходить до 8 пунктов на 1 км2.

СЪЕМОЧНЫЕ СЕТИ

79. СЪЁМОЧНАЯ СЕТЬ

СЪЁМОЧНАЯ СЕТЬ — совокупность точек земной поверхности, определяемых дополнительно к пунктам государственной геодезической сети для непосредственного обеспечения топографических съёмок. Точки съемочной сети определяются аналитическими (триангуляцией, теодолитными ходами, прямыми и обратными засечками геодезическими) и графическими способами (мензулой, кипрегелем). Исходной основой для развития съемочной сети служат пункты государственной Геодезической сети. Съемочные сети являются геодезической основой при решении инженерно-геодезических задач. Их создают в качестве съемочного обоснования для производства топографических съемок, выноса на местность инженерных сооружений, а также для плановой и высотной привязки отдельных объектов. Съемочное обоснование разбивается от пунктов плановых и высотных опорных сетей. Самый распространенный вид съемочного обоснования – теодолитные ходы, опирающиеся на один или два исходных пункта. Они представляют собой геодезические построения в виде ломаных линий, в которых углы измеряют одним полным приёмом с помощью технического теодолита, а стороны – стальной 20-метровой лентой или дальномерами, обеспечивающими заданную точность. Теодолитные ходы могут быть замкнутыми или разомкнутыми. Длины линий (сторон) теодолитных ходов зависят от масштаба съемки и условий снимаемой местности и должны быть не более 350 м и не менее 20 м. Относительные линейные невязки в ходах должны быть менее 1:2000, при неблагоприятных условиях измерений допускается 1:1000.Углы поворота на точках хода измеряют теодолитом со средней квадратической ошибкой 0,5' одним приемом. Расхождение значений углов в полуприемах не более двойной точности теодолита. Точки съемочного обоснования, как правило, закрепляют на местности временными знаками: деревянными кольями, столбами, металлическими штырями, трубами. Если эти точки предполагается использовать в дальнейшем для других целей, их закрепляют постоянными знаками.

ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ МЕСТНОСТИ

80. ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ МЕСТНОСТИ

Топографическая съёмка — комплекс работ, выполняемых с целью получения съёмочного оригинала топографических карт или планов местности, а также получение топографической информации в другой форме. Выполняется посредством измерений расстояний, высот, углов и т. п. с помощью различных инструментов (наземная съёмка), а также получение изображений земной поверхности с летательных аппаратов (аэрофотосъёмка, космическая съёмка). Наземные съёмки бывают плановые, высотные и комбинированные. Задача плановой, или горизонтальной заключается в определении на уровенной поверхности Земли взаимного расположения (координат) точек, являющихся горизонтальными проекциями точек местности. Цель вертикальной съёмки (нивелирования) заключается в определении высот точек. В зависимости от типа применяемого оборудования (технологического процесса) топографическая съёмка подразделяется на: стереотопографическая съёмка — технологический процесс фототопографической съёмки, в котором первичную метрическую информацию о местности получают по стереопарам; мензульная съёмка — технологический процесс наземной топографической съёмки, в котором первичную метрическую информацию о местности получают при помощи мензулы и кипрегеля; тахеометрическая съёмка — технологический процесс наземной топографической съёмки, в котором первичную метрическую информацию о местности получают при помощи тахеометра; теодолитная съёмка — технологический процесс наземной топографической съёмки, в котором первичную метрическую информацию о местности получают при помощи теодолита и мер длины или дальномеров; буссольная съёмка — технологический процесс наземной топографической съёмки, в котором первичную метрическую информацию о местности получают при помощи буссоли и мер длины или дальномеров; гидролокационная съёмка — технологический процесс съёмки дна шельфа и водоёмов, в котором первичную информацию о донной поверхности получают при помощи гидролокатора, установленного на плавающем средстве; аэрофотосъёмка — технологический процесс аэротопографической съёмки, содержание которого заключается в получении фотографического изображения местности с летательного аппарата; цифровая съёмка — технологический процесс фототопографической съёмки, в котором оптическое изображение преобразуется в цифровую форму и регистрируется на машинном носителе. Теодолитная и мензульная съёмки в настоящее время практически не применяются. Топографическая съёмка крупных масштабов является наиболее востребованным видом геодезических работ. Потребности в ней могут возникнуть при изысканиях, обновлении топокарт, составлении генпланов, составления рабочих чертежей, для решения вертикальной планировки и при проектировании ландшафтного дизайна. На основе топографической съёмки возможно построить цифровую модель местности.

ТЕОДОЛИТНАЯ И ТАХЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКИ

81. ТЕОДОЛИТНАЯ СЪЁМКА

Теодолитная съемка – это совокупность полевых измерений выполняемых теодолитом и другими инструментами для получения контурного плана местности. Теодолитная съемка как горизонтальная съемка, используемая в основном в равнинной местности нашла самое широкое применение при составлении и корректировке планов землепользования и их отдельных участков. Она осуществляется в два этапа:1) создается рабочее геодезическое обоснование, состоящее из замкнутых теодолитных ходов по границам землепользований – полигонов. Для съемки отдельных участков рабочим обоснованием может быть разомкнутый теодолитный ход. Прокладка ходов заключается в точном измерении длин сторон и углов между ними. Наиболее точно определяют взаимное положение небольшого числа точек называемых опорными;2) опираясь на подготовленное рабочее обоснование, менее точными приемами снимают внутреннюю ситуацию. Для этого требуется проходка диагональных ходов, расположенных внутри полигона между двумя любыми несмежными его вершинами. Последовательность проведения теодолитной съемки следующая:1) выбор и закрепление опорных точек производится с учетом особенностей участка. Расстояние между точками должны быть не меньше 100м и не больше 300-400 м. Длина теодолитного хода зависит от масштаба съемки и точности измерения углов;2) закрепление на местности точек съемочного обоснования и при необходимости восстановление межевых знаков;3) подготовка линий к измерению – вешение линий, прорубка просек и так далее;4) измерение линий и углов теодолитных ходов;5) съемка ситуации. При теодолитной съемке применяются следующие приборы и инструменты: теодолиты, мерные ленты, рулетки, дальномеры, буссоли. Для составления плана результаты всех измерений длин линий и углов на местности нужно выразить в горизонтальной проекции. Горизонтальное проложение линий определяют по соответствующей формуле, а углы измеряют непосредственно на местности. Горизонтальный угол равен разности между правым и левым отсчетами теодолита. Рационализация и автоматизация тахеометрической съемки. При тахеометрической съемке много времени тратится на вычисление превышений и горизонтальных проложений. За один рабочий день обычно набирают 400 - 500 пикетов, а специалисты высокой квалификации - до 1000 пикетов; на обработку такого объема приходится тратить несколько часов, при этом неизбежны разного рода ошибки, для исключения которых превышения и горизонтальные проложения выбирают из таблиц во вторую руку.

82. ТАХЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА

Съемку выполняют либо теодолитом, либо тахеометром-автоматом; в комплект приборов для съемки еще входит рейка. Съемочное обоснование для тахеометрической съемки создают, прокладывая теодолитные ходы, ходы технического нивелирования, высотные или тахеометрические ходы. Тахеометрический ход - это комбинация теодолитного и высотного ходов в одном. На каждом пункте хода измеряют горизонтальный угол, углы наклона на заднюю и переднюю точки и дальномерное расстояние прямо и обратно. Превышение между пунктами вычисляют по формуле тригонометрического нивелирования. Тахеометрическая съемка выполняется с пунктом съемочного обоснования в полярной системе координат. Теодолит центрируют над пунктом А, горизонтируют, приводят трубу в рабочее положение и ориентируют на соседний пункт В съемочного обоснования, т.е. устанавливают на лимбе отсчет 0o 0' при наведении трубы на этот пункт. Другими словами, полюсом полярной местной системы координат является пункт А, а направление полярной оси совмещается с направлением АВ. Трубу теодолита наводят на рейку, установленную в какой-либо точке местности и измеряют три величины, определяющие положение снимаемой точки в плане и по высоте: горизонтальный полярный угол, угол наклона и дальномерное расстояние. Затем вычисляют превышение и горизонтальное проложение. Точка установки рейки называется пикетом; различают высотные и плановые пикеты. Высотные пикеты располагают во всех характерных точках и линиях рельефа: на вершинах гор и холмов, на дне котловин и впадин, по линиям водослива лощин и водораздела хребтов, у подошв гор и хребтов, у бровок котловин и лощин, в точках седловин, на линиях перегиба скатов и т.п. Расстояние между высотными пикетами не должно превышать: 40 мм на плане при масштабе съемки 1:500, 30 мм - при масштабе 1:1000, 20 мм - при масштабе 1:2000, чтобы при рисовке рельефа было удобно выполнять интерполирование горизонталей. Главное условие выбора высотных пикетов - чтобы местность не имела между соседними пикетами перегибов ската. Чем больше высотных пикетов, тем легче рисовать рельефа на плане, но не надо забывать, что объем выполненной работы определяется не числом пикетов, а заснятой площадью в гектарах или в квадратных километрах. Поэтому пикетов надо набирать столько, сколько требуется для правильной рисовки рельефа. Поскольку требования к точности измерений при тахеометрической съемке невысокие, то измерения при съемке пикетов выполняют по упрощенной методике:горизонтальные углы измеряют при одном положении круга;расстояния, измеряемые по нитяному дальномеру, округляют до целых метров при съемке в масштабах 1:2 000 или 1:5 000;углы наклона измеряют при одном положении круга, установив место нуля близким или равным нулю; при этом отсчет по вертикальному кругу будет равен углу наклона, если съемку выполнять при основном положении круга. Все результаты измерений записывают в журнал тахеометрической съемки; затем там же вычисляют углы наклона, горизонтальные проложения, превышения пикетов относительно точки стояния теодолита и отметки пикетов. Одновременно с ведением журнала составляют схематический чертеж местности - абрис (кроки), на котором показывают все заснятые с этой станции пикеты, контуры, ситуацию, формы рельефа, направления скатов. Иногда абрис рисуют до начала съемки, намечая на нем плановые и высотные пикеты, и затем уже ведут съемку в соответствии с абрисом.

ПОНЯТИЕ ОБ АЭРОФОТОТОПОГРАФИЧЕСКОМ МЕТОДЕ СЪЕМКИ, НИВЕЛИРОВАНИИ ПОВЕРХНОСТИ И МЕНЗУЛЬНОЙ СЪЕМКЕ

83. МЕНЗУЛЬНАЯ СЪЁМКА

Совокупность действий при составлении подробного плана местности, с помощью мензулы и её принадлежностей. Мензульная съёмка производится для получения топографических планов небольших участков местности в масштабах 1:5000 - 1:500, когда отсутствуют материалы аэрофотосъёмки либо применение их является экономически нецелесообразным. В горном деле мензульная съёмка применяется на открытых горных разработках, при детальных геологоразведочных работах для съёмки обнажений горных пород, для съёмки промплощадок горных предприятий и т. д. Эти действия подразделяются на два рода: определение отдельных опорных точек, или составление так называемой геометрической сети, и съёмка подробностей. Отдельные точки, преимущественно вершины гор и холмов, пересечения дорог и т. п. означаются на местности вехами; выбрав из этих точек две, расстояние между которыми может быть измерено непосредственно цепью (базис) и с которых открывается обширный кругозор, съёмщик устанавливает мензулу на одну из них и, визируя на все видимые другие точки, прочерчивает соответствующие направления; те же действия исполняются и на другой точке. Пересечения линий, прочерченных на те же окружающие точки, изобразят на мензульном планшете соответствующие точки местности в том масштабе, в каком нанесён был базис (см. также биангулярные координаты).Переходя последовательно на другие точки, съёмщик получит изображение и всех прочих точек местности, составляющих геометрическую сеть. При съёмке подробностей употребляются один из следующих четырёх способов: засечки, т. е. дальнейшее развитие геометрической сети; промеры с вехи на веху и с точки на веху цепью, замечая все точки пересечения промеряемой линии с контурами местности; инструментальный обход в местах закрытых, например, в лесах и в ущельях гор; из одной точки стояния. Последний способ наиболее употребителен и удобен тем, что производство съёмки не сопряжено с порчей огородов и полей: съёмщик рассылает по контурам реечников и все окружающие точки получает на бумаге дальномерным способом. Попутно со съёмкой подробностей зарисовывается и рельеф местности.

84. НИВЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ

Производится с целью получения более точного плана с изображением рельефа местности в равнинных районах. Плановое положение точек определяется относительно магистралей, поперечников или теодолитных ходов, высотное-геометрическим нивелированием. Нивелирование поверхности делится на такие способы нивелирования: 1. по квадратам; 2. магистралям; 3. полигонам.

Нивелирование по квадратам выполняется путем разбивки сетки квадратов со сторонами 10,20,40 м (для 1:500, 1:1000, 1:2000) с помощью теодолита и мерной ленты, рулетки и тросика. Первоначально разбиваются квадраты со сторонами 100 – 400 м, а затем заполняющие, точность закрепления вершин квадратов ±5 см. При размерах площадки более 1га, по периметру прокладывается замкнутый высотный ход, с привязкой к реперу государственной нивелирной сети. Нивелирование вершин квадратов осуществляется верным способом, с предельной длиной плеч 100, 150 метров. На каждой точке берутся отсчеты по красной стороне рейки, колебание пяточных разностей на станции не должно превышать 10 мм. При переходе от одной станции к другой нивелируются два связывающих пикета (13, 14). Расхождение превышений между связующими пикетами не должно превышать (с двух станций) 5 мм. Результаты измерений записывают на схеме нивелирования или в нивелирный журнал. Составление плана по материалам нивелирования поверхности начинают с построения сетки квадратов в заданном масштабе, на которую выписывают вычисленные высоты. Проведение горизонталей осуществляется графическим интерполированием по сторонам квадратов. Сечение рельефа принимается 0,25 или 0,5 м, подписываются горизонтали кратные 1 м.

Нивелирование поверхности по магистралям или параллельным линиям. Опорой съемки является магистраль АВ, закрепленная по середине участка или на его границе. Перпендикулярно магистрали в зависимости от масштаба плана (1:500, 1:1000, 1:2000) через 10, 20, 40 м разбиваются поперечники (параллельные линии). Если длина поперечников более 300 м их связывают ходом. Одновременно с разбивкой пикетажа ведут съемку ситуации. По магистрали прокладывают теодолитный ход, а по закрепленным пикетам выполняют геометрическое нивелирование. Результаты съемки ситуации заносят в абрис, а результаты нивелирования заносятся в журнал. Обработка результатов нивелирования и построение плана осуществляется так же как и при нивелировании по квадратам.

Нивелирование поверхности способом полигонов применяют на местности с хорошо выраженным рельефом или при до съёмки рельефа на участке ранее выполненной горизонтальной (теодолитной) съемки. Опорой съемки является магистрали, в качестве которых принимаются стороны теодолитных ходов. Поперечники разбиваются так же, как в предыдущем способе. Графические работы и камеральная обработка производится аналогично способу магистралей.

85. ПОНЯТИЕ ОБ АЭРОФОТОТОПОГРАФИЧЕСКОМ МЕТОДЕ СЪЕМКИ

Метод создания топографических планов и карт и получения числовых характеристик местности (профили, цифровые модели и т.д.) с использованием аэроснимков. Аэрофототопографическая съемка включает аэрофотосъемку, полевые топогеодезические работы и камеральные фотограмметрические работы. Полевые топогеодезические работы состоят в определении координат отдельных точек местности на аэроснимках (опознаки) и дешифрировании аэроснимков. Полученную редкую сеть геодезических опорных точек сгущают фотограмметрическими способами: аналитическим (с использованием стереокомпараторов и ЭВМ) или построением сетей на универсальных стереофотограмметрических приборах. При этом каждую стереопару аэрофотоснимков обеспечивают четырьмя (или более) опорными точками (сгущения). Контурная часть топографической карты (плана) составляется путём изготовления фотоплана либо на основе дешифрирования или съёмки контуров по модели местности. Съёмку рельефа выполняют преимущественно по модели, восстановленной на стереофотографическом приборе, в залесённых районах — методами наземной съёмки. Построение модели местности по стереопаре проводится путём восстановления связок проектирующих лучей и их взаимного ориентирования; по опорным точкам выполняются ориентирование и приведение к масштабу обработки. Кроме топографической карты (плана), могут быть получены цифровые модели, профили и др. Аэрофототопографическая съемка — основной метод картографирования территории в различных масштабах.