Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Топография. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Ю. В. Бурым
ТОПОГРАФИЯ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Направление подготовки
05.03.03 – Картография и геоинформатика
Профиль подготовки «Геоинформатика»
Бакалавриат
Ставрополь
2015
Печатается по решению
УДК
528.4 (075.8)
ББК 26.12 я 73
М 91
М 91
подготовки 05.03.03 – Картография и геоинформатика и представляет собой курс лекций по дисциплине.
форме и размерах Земли, о системах координат, применяющихся в топографии, и о географических картах. Подробно рассмотрены вопросы решения задач по топографическим картам. Дано описание геодезических
инструментов, изложены теоретические положения и вопросы топографических съемок, приведены примеры математической обработки их результатов.
лавриата по профилю подготовки «Геоинформатика».
Бурым Ю. В.
Топография: учебное пособие. – Ставрополь: Изд-во СКФУ,
2015. – 116 с.
Пособие поставлено в соответствии с ФГОС ВПО для направления
В пособии приводятся общие сведения по геодезии и топографии, о
Предназначено для студентов, обучающихся по программам бака-
Автор
канд. геогр. наук, доцент Ю. В. Бурым
Рецензенты:
канд. геогр. наук, доцент О. Г. Бондарева,
канд. геогр. наук, доцент А. В. Кирвякова
редационно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального
университета
УДК 528.4 (075.8)
ББК 26.12 я 73
© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский
федеральный университет», 2015
2
ВВЕДЕНИЕ
Современные тенденции, направленные на все большую ориентацию наук о Земле на перспективные компьютерные технологии и
географические информационные системы (ГИС) как средство их
реализации приводят к тому, что обучение им должно стать обязательным при подготовке специалистов с высшим образованием.
Но самым ценным в компьютерных технологиях является визуализация многообразной информации на карте (топографической
или географической). Автоматизированная система преобразует
графические (карты, планы) и тематические базы данных в пространственную картографическую информацию, на основе которой
впоследствии принимаются различные решения, и осуществляется
мониторинг исследуемых явлений.
Известно, что в основе любой географической информационной
системы лежит в первую очередь топографическая карта, или план, как
основное средство графической интерпретации данных о поверхности
Земли и всего того, что на ней имеется. Картографическое изображение – самая целесообразная и наглядная форма представления информации и создания геоинформационных систем (ГИС).
Прежде чем создать топографическую карту, необходимо выполнить соответствующие измерения на поверхности Земли с дальнейшей математической обработкой результатов этих измерений.
Все работы, связанные с получением карт и планов, называются
топографо-геодезическими и осуществляются они приборами, инструментами и методами, разрабатываемыми и используемыми топографической наукой. В этой связи, обучение топографии является
не только необходимым, но и обязательным
Цель учебной дисциплины состоит в том, чтобы научить студентов
работать с топографическими картами, с современными геодезическими приборами, применяемыми при топографических съемках, с современными средствами глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), GPS-приемниками для определения координат геодезических опорных сетей и межевых знаков, ознакомить с основными
способами создания топографических карт и планов.
Основные задачи пособия:
1) ознакомление с формой и размерами Земли и применяющи-
мися в топографии системами координат;
3
2) освоение картометрических свойств топографических карт и
№ Содержание компетенции
Шифр
Профессиональные компетенции
1
Способность работать с топографическими картами,
ПК-11
5 Профессионально
планов и овладение графическими, графоаналитическими и инструментальными методами решения различных задач по ним;
3) изучение технических свойств геодезических приборов и ин-
струментов и особенностями их применения при съемках местности;
4) ознакомление с основными видами топографических съемок.
В государственном стандарте по направлению подготовки
05.03.03. - Картография и геоинформатика (бакалавриат) очной
формы обучения «Топография» относится к дисциплинам базовой
части профессионального цикла модуля «Основы картографии». Ее
освоение происходит во 2 семестре.
Для изучения курса необходимо применение компетенций, сформированных в результате обучения в общеобразовательной школе, задающих общей уровень знаний по физико-математическому профилю.
Дисциплина изучается после освоения курса «Физика» базовой
части математического и естественнонаучного цикла, а также дисциплин «Введение в географию» и «Землеведение» модуля «География» базовой части профессионального цикла, одновременно с
освоением дисциплин «Математика» и «Информатика» базовой части математического и естественнонаучного цикла.
Изучение дисциплины ориентировано на последующее изучение
«Геодезии», всего блока дисциплин базовой части профессионального цикла модулей «Основы картографии», «Геоинформатика»,
«Геоинформационное картографирование», «Географическое картографирование» и «Дистанционное зондирование в картографии»,
а также дисциплин вариативной части математического и естественнонаучного цикла, таких как «Физическая география мира и
России» и «Экономическая география мира и России».
Компетенции, формируемые
в результате освоения дисциплины
геодезическим и другим полевым оборудованием в
проектно-производственной деятельности; осуществлять сбор пространственных данных с помощью систем спутникового позиционирования
4
-
производственные компетенции
1
Владение навыками работы с топографическими ка
р-
тами, системами спутникового позиционирования, гео-
ППК
-4 2 Способность осуществлять сбор пространственных
ППК
-
дезическим и другим полевым оборудованием в проектно-производственной деятельности
данных, выполнять топографические съемки местности
5
Курс закладывает основополагающие знания по производству
съёмок на местности и по построению планов и карт.
Настоящее учебное пособие позволяет успешно закреплять теоретические знания, полученные на лекциях, и тем самым получить
хорошую профессиональную подготовку.
В результате освоения дисциплины «Топография», обучающийся
должен:
знать:
- форму и размеры Земли, без чего невозможно создание топо-
графических карт и решение многочисленных задач на земной поверхности;
- свойства топографической карты и плана, математические и
геодезические основы карт;
- устройство геодезических приборов, применяемых при топо-
графических съемках местности;
- традиционные методы топографических съёмок и составления
карт и планов;
- современные дистанционные методы изучения поверхности
Земли по аэрокосмическим снимкам;
уметь:
- решать различные задачи по топографической карте;
- осуществлять сбор пространственных данных, выполнять то-
пографические съемки местности;
- обрабатывать результаты полевых топографических работ;
- использовать современную измерительную и вычислительную
технику для определения площадей;
владеть:
- навыками работы с топографическими картами, системами
спутникового позиционирования, геодезическим и другим полевым
оборудованием в проектно-производственной деятельности;
- методикой оформления топографических планов с использо-
ванием современных компьютерных технологий;
- навыками соблюдения правил и норм охраны труда и безопас-
ности жизнедеятельности при топографо-геодезических работах.
6
1. ВВЕДЕНИЕ В ТОПОГРАФИЮ И ГЕОДЕЗИЮ
План
1. Предмет и задачи топографии и геодезии.
2. История развития топографии и геодезии.
3. Современные методы топографо-геодезических работ.
1. Предмет и задачи топографии и геодезии
Геодезия – наука, занимающаяся измерениями на поверхности
Земли с целью установления формы и размеров ее, внешнего гравитационного поля, а также определения координат отдельных пунктов в единой системе.
Геодезия происходит от греческого geodesia; geo – Земля; desis –
делю, разделяю.
Топография (от греч. topos – место; grafos – описание) – наука,
занимающаяся измерениями на поверхности Земли с целью составления карт, планов и профилей.
Основной метод изучения земной поверхности в топографии –
топографическая съемка – комплекс измерительных, вычислительных и графических работ.
Топография и геодезия разрабатывают методы измерений на
земной поверхности, необходимые для наблюдений за движением и
деформацией земной коры, изменением береговой линии океанов и
морей, для установления высоты уровня морей и их разностей, для
изучения движения земных полюсов и др.
На основе инструментальных топографо-геодезических измерений на поверхности Земли и математической обработки их строят
различную графическую документацию, которая широко используется в геодезических исследованиях, при решении инженерных,
экологических и других задач.
Топографическая карта представляет собой уменьшенное изображение местности, показывающее ее элементы с помощью систем
условных знаков.
Топография возникла в глубокой древности и развивалась по мере ростоа потребности человека в жилье, возделывании растений,
дележе земельных массивов на участки, строительстве каналов для
7
орошения, в осушении земель и соединении рек и морей и водных
бассейнов, в строительстве дорог и мостов, поселков и городов, и
вообще в промышленном и гражданском строительстве.
Для проведения всякого мероприятия, связанного с использованием
земли в сельском и лесном хозяйстве, для строительства сооружений
требуется изучение земной поверхности. Оно производится на основе
топографо-геодезических измерений и обработки их результатов, которыми становятся карты, планы и профили. Это главная продукция
топографо-геодезических работ, которая даёт представление о форме и
размерах поверхности Земли или отдельных ее частей.
В задачи топографии входит разработка методов:
а) измерения линий и углов на поверхности Земли, под землей: в
шахтах, тоннелях (этим в настоящее время занимается наука
«Маркшейдерское дело» от нем. марк – граница, шайден – резать,
делить), над Землей (при аэрофотосъемке, при использовании искусственных спутников Земли и космических ракет);
б) обработки результатов измерений;
в) графических построений и оформления карт, планов и профилей;
г) использования результатов измерений и графических построений
при решении задач промышленного, сельскохозяйственного, транспортного, культурного строительства, научных исследований и др.
Карты, планы и профили необходимы для решения самых разнообразных задач и, в частности, для проектирования: границ земельных участков при землеустройстве, водоемов, каналов, дорог, строений и др. Проектирование, связанное с определением площадей,
участков; расчетами и графическим нанесением проектных линий, а
затем перенесение проекта в натуру, т. е. определение положения
границ участков, осей дорог, каналов, линий застроек и т. д. на
местности, согласно проекту, производятся также методами геодезии и топографии.
2. История развития топографии и геодезии
Необходимость проведения геодезических работ возникла у человечества в глубокой древности. Народы Индии, Египта, Греции и
других государств за несколько тысячелетий до нашей эры вели
8
геодезические работы в целях строительства каналов, возведения
×
сооружений, деления земельных массивов на части.
Геодезические работы часто производились для размежевания
земельных участков, которое ежегодно надо было выполнять,
например, после разливов в долине реки Нила. Ученые древности
интересовались более крупными вопросами, чем межевание и разделение земли на участки. Их интересовала форма и размеры Земли,
как изобразить ее поверхность на плоскости, на карте.
Первое представление о Земле, общем виде ее, нашло отражение
в карте, составленной Анаксимандром из Милета, в VI в. до н.э.
Землю представляли в виде овала, вытянутого с востока на запад в
два раза больше, чем с севера на юг.
Пифагор (VI в. до н.э.) выдвинул гипотезу, по которой Земля
представлялась шаром.
Аристотель (IV в. до н.э.) в своих трудах упоминает геодезию
как науку. Он считал, что Земля – шар и неподвижна, а все вращается вокруг нее.
Эратосфен (276–195гг. до нашей эры) написал книгу «География». Земную поверхность он изобразил на плоскости и впервые
провел на карте меридианы и параллели (но через некоторые географические пункты, а не сетку меридианов). Эратосфен впервые
произвел геодезические измерения по установлению радиуса Земли.
По его данным (в пересчете на современные единицы длины) радиус получился равным 6287 км (по нынешним определениям, если
Землю принять за шар R=6371 км):
l
R =×
p
=
=×
jD
1585000
o
2.7
o
км62873.57
где l – длина дуги меридиана от г. Сиена до г. Александрии (в устье
Нила) – 5000 египетских стадий;
158 м – одна египетская стадия;
Δφ – длина дуги меридиана (Сиена – Александрия) – 7,2˚;
p – радиан – 57,3˚.
Птолемей (II в. н.э.) изобразил земную поверхность (Африку,
Евразию) с меридианами и параллелями.
В то же время в Греции были созданы географические карты,
учитывающие шарообразность Земли; первые научные основания
получила картография.
9
Отметим, что в 827 году арабские ученые непосредственно измерили длину дуги меридиана в 10 на широте 350 (к западу от р. Тигр),
и получили результат 111,8 км, близкий к современным данным
(110,9 км). В 1620 г. был изобретен верньер (французским механиком Вернье) – приспособление для оценки дробной части деления
градуированного круга при измерении горизонтальных углов.
Первые геодезические приборы с оптической трубой – нивелиры –
появились во второй половине XVII века. Теодолит с оптической
трубой был изобретен английским механиком Джессом Рамсденом
в середине XVIII века. Голландский ученый Снеллиус (1591–
1626гг.) применил метод триангуляции, позволивший определять с
высокой точностью значительные расстояния на местности. Эти
открытия и достижения привели к быстрому развитию геодезических и картографических работ.
К концу XVII столетия И. Ньютон (1642–1727), на основе открытого им закона всемирного тяготения, и Гюйгенс (1629–1695) пришли к выводу, что Земля должна иметь форму шара, несколько
сплюснутого у полюсов.
Рассуждения Ньютона были таковы: если бы Земля не вращалась
вокруг своей оси, то все частицы её, будучи подвержены взаимному
притяжению, должны образовать тело, имеющее форму шара.
Вследствие суточного вращения Земли вокруг своей оси в каждой
точке возникает центробежная сила, действующая перпендикулярно
к оси вращения и стремящаяся растянуть Землю по направлению
экватора. Очевидно, эта сила будет наибольшей во всех точках экватора, а на полюсах равна нулю. Отсюда следует, по Ньютону, что
Земля вследствие суточного вращения должна принять форму,
близкую к фигуре эллипсоида вращения, сплюснутого у полюсов.
Для проверки теории Ньютона следовало определить длину дуги
меридиана в один градус под разными широтами. Если бы длина одного градуса меридиана под северной широтой получилась больше, чем
на экваторе, то это доказывало бы сплюснутость Земли у полюсов.
Первая попытка подтвердить теорию Ньютона не увенчалась
успехом.
Выполненные под руководством Кассини градусные измерения
во Франции, вследствие ошибок измерений и методических недочётов в постановке работ, привели к противоположным результатам,
т. е. из этого измерения получился вывод, что Земля представляет
собой фигуру, вытянутую в направлении полюсов.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]