Топографія з основами картографії

Міністерство освіти і науки України

Вінницький державний технічний університет

Г.С. Ратушняк

ТОПОГРАФІЯ З ОСНОВАМИ КАРТОГРАФІЇ

Затверджено на засіданні кафедри ТГП

Протокол № 8 від 30.04.2002 р. Зав. кафедрою

______________ Г.С. Ратушняк

(підпис)

Вінниця ВДТУ 2002

Міністерство освіти і науки України Вінницький державний технічний університет

Г.С. Ратушняк

ТОПОГРАФІЯ

З ОСНОВАМИ КАРТОГРАФІЇ

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів

Вінниця ВДТУ 2002

3

8.4 Вимірювання довжини ліній стрічками і рулетками . . . . . . . . . . . . 85 9 Кутові вимірювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 9.1 Принцип вимірювання кутів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 9.2 Типи теодолітів та їх особливості . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

9.3 Геометрична схема й основні частини теодоліта . . . . . . . . . . . . . . 91 9.4 Будова теодоліта Т30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 9.5 Підготовка теодоліта до роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 9.6 Перевірка і юстирування теодолітів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 9.7 Вимірювання кутів теодолітом Т30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

10 Нівелювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 10.1 Види нівелювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 10.2 Типи нівелірів і нівелірних рейок та їх особливості . . . . . . . . . . 111 10.3 Будова нівелірів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 10.4 Підготовка нівелірів і нівелірних рейок до роботи . . . . . . . . . . . 116 10.5 Перевірки і юстирування нівелірів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 10.6 Перевірки нівелірних рейок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 10.7 Визначення перевищень при геометричному нівелюванні . . . . 124 10.8 Тригонометричне нівелювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

11 Крупномасштабні топографічні знімання для екологічного моніторингу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

11.1 Геодезична основа, масштаб знімання та висота перерізу рельєфу .129 11.2 Характеристика крупномасштабних топографічних знімань . . . 131 11.2.1 Методи крупномасштабних топографічних знімань . . . . . . . . 131 11.2.2 Тахеометричне знімання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 11.2.3 Нівелювання поверхні . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

11.2.4 Горизонтальне знімання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 11.2.5 Висотне знімання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

11.2.6 Знімання підземних комунікацій . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 11.3 Обчислення координат точок знімального обґрунтування

і складання топографічного плану ділянки місцевості . . . . . . 140 11.3.1 Польові роботи при прокладанні теодолітних ходів . . . . . . . . 140 11.3.2 Обробка польових матеріалів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 11.3.3 Обчислення координат точок теодолітного ходу . . . . . . . . . . 141 11.3.4 Обчислення координат точок діагонального ходу . . . . . . . . . . 144 11.3.5 Складання плану знімального обґрунтування . . . . . . . . . . . . . 145 11.3.6 Польові роботи при тахеометричному зніманні . . . . . . . . . . . 153 11.3.7 Камеральна обробка результатів тахеометричного знімання . . 156

12 Картографічне моделювання при дослідженнях в екологічному моніторингу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 12.1 Суть еколого-географічного аналізу і оцінювання території

на основі картографічного моделювання . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

12.2Загальні положення проектування, складання та

редагування карт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

12.3Картографічне відображення інформації та її генералізація . 171

12.4Приклади методичних основ картографічного моделювання

еколого-географічної інформації . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

Література . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

4

ПЕРЕДМОВА

Темпи росту антропогенного впливу на природне середовище обумовлюють актуальність еколого-географічного аналізу й оцінювання території. Важлива роль при цьому належить картографічному моделюванню, що є підґрунтям для впорядкування, аналізу та узагальнення різноманітної інформації про екологічний потенціал геосистем.

Підсумковим документом географічного дослідження є карта, що в наочній та доступній формі відображує результати еколого-географічного аналізу й оцінювання території.

Проблема якісної підготовки фахівців з екології та охорони навколишнього середовища знаходиться в тісному взаємозв’язку з отриманням ними знань щодо використання картографічних методів дослідження й оцінювання території. Вирішення цієї задачі вимагає відповідного методичного забезпечення навчального процесу, яке б дозволяло отримувати навички й уміння вирішувати складні інженерно-технічні задачі з картографічного моделювання при дослідженнях в екологічному моніторингу.

В навчальному посібнику наведена характеристика картографічних образно знакових просторових моделей, математична основа побудови географічних карт, системи координат в топографії та картографії, сучасні методи орієнтування на місцевості, методи й прийоми використання топографічних карт і планів для екологічного моніторингу. Розглядаються то- пографо-геодезичні вимірювання, геодезичні прилади й робота з ними. Розкривається суть крупномасштабних топографічних знімань. Особлива увага звертається на методологічні основи картографічного моделювання еколого-географічної інформації. При викладанні матеріалу навчального посібника використовувалися результати наукових досліджень та практичний досвід виконання топографо-географічних робіт й картографічного моделювання. Окремі теоретичні положення мають специфічну методику викладання, яка роз’яснює теорію та суть питання, що розглядається.

Автор, професор Міжнародної Кадрової Академії та академік Академії будівництва України, наукові інтереси якого направлені на розробку методології та технічних засобів з раціонального використання природного середовища в результаті антропогенної діяльності, при написанні навчального посібника враховував науково-методичний досвід підготовки спеціалістів у Вінницькому державному технічному університеті та в інших провідних вищих навчальних закладах.

Автор щиро вдячний рецензентам за поради та зауваження, врахування яких сприяло покращанню змісту навчального посібника, а також співробітникам обчислювального центру Франишиній Т.О. та Гайдей О.В. за комп'ютерний набір та верстку.

5

1 ПРЕДМЕТ ТА ЗАДАЧІ ТОПОГРАФІЇ Й КАРТОГРАФІЇ

ВЕКОЛОГІЧНОМУ МОНІТОРИНГУ

1.1Визначення топографії й картографії та їх зміст

Екологічний моніторинг - це спеціальна система спостережень, контролю, прогнозування та керування станом природного середовища як у глобальномумасштабі, таківмісцяхнайсильнішогоантропогенноговпливу.

Мета моніторингу – виявити критичні та екстремальні ситуації, фактори антропогенної дії на довкілля, проводити оцінювання, моделювання й прогнозування стану об’єктів спостереження, керувати дією й впливом об’єктів техносфери, атмосфери, гідросфери та літосфери.

Основні функції моніторингу:

-контроль за станом атмосфери, гідросфери й літосфери;

-контроль за джерелами забруднення, що впливають на зміну екологічної рівноваги довкілля;

-моделювання та прогнозування екологічного стану атмосфери, гідросфери та літосфери;

-керування екологічними процесами.

Існує три рівні спостереження за станом навколишнього середовища: космічні з супутників або пілотованих кораблів; аероспостереження з літаків; наземні – рухомі, нерухомі та стаціонарні. Результати аналізу матеріалів спостережень за екологічним станом представляють у вигляді таблиць, графіків та картографічних образно-знакових просторових моделей.

При моделюванні та прогнозуванні екологічного стану довкілля використовують картографічні методи досліджень. Суть картографічного методу полягає в використанні в процесі дослідження дійсності проміжного ланцюга – географічної карти як моделі явищ, що вивчаються. При цьому карта виступає як в якості засобів дослідження, так і його предмета в вигляді моделі, що замінює собою реальні явища, безпосереднє вивчення яких неможливе або ускладнене.

При екологічному прогнозі карти використовують для передбачення явищ, а саме: їх розповсюдження та стану в просторі й зміни в часі. Прогнози розповсюдження явищ на земній поверхні ґрунтуються на дослідженні закономірностей розміщення явищ на добре досліджених територіях та на інтерполяції або екстраполяції виявлених закономірностей в просторі на недостатньо вивчені.

Топографія – наукова дисципліна, що займається детальним вивченням земної поверхні в геометричному відношенні, дослідженням й розробкою способів зображення цієї поверхні на площині в вигляді топографічних карт й планів. Слово “топографія” грецького походження й складається з двох частин. Слово “топос” – місцевість і “графо” – писати, тобто означає в прямому перекладі – “описувати місцевість”.

6

Топографія є одним із розділів геодезії. Геодезія – наука, що вивчає форму, розміри й гравітаційне поле Землі, розробляє методи створення координатної та планової основи для детального вивчення фізичної земної поверхні з метою відображення отриманої геоінформації за допомогою просторових образно-знакових моделей.

Задачі топографії:

-визначення положення окремих точок земної поверхні з метою відображення отриманої геоінформації у вигляді топографічних карт чи цифрових моделей місцевості;

-виконання вимірювань на земній поверхні, що необхідні для проектування, будівництва й експлуатації інженерних споруд, використання природних багатств та розробки геоінформаційних систем для регіонального екологічного моніторингу.

Картографія – галузь науки, техніки й виробництва, що включає вивчення, створення й використання картографічних творів.

Задача картографії – відображення й дослідження просторового розміщення, поєднань /сполучень/ та взаємозв’язку явищ природи й суспільства за допомогою особливих образно-знакових моделей – картографічних зображень.

Структура картографії включає розгалужену систему наукових та технічних дисциплін.

Загальна теорія картографії – розділ, в якому розглядаються загальні проблеми, предмет й метод картографії як науки а також окремі питання методології створення й використання карт.

Математична картографія – дисципліна, що вивчає математичну основу карт, розробляє теорію картографічних проекцій, методи побудови картографічних сіток, аналізу й розподілу спотворення в них.

Проектування й складання карт передбачає вивчення й розробку методів та технології лабораторного виготовлення карт.

Оформлення карт та картографічна семіотика розробляють мову карти, теорію й методи побудови систем картографічних знаків, художнього проектування карт та їх кольорового оформлення. В межах картографічної семіотики вивчають правила побудови знакових систем та користування ними (синтактика), співвідношення знаків з об’єктами, що відображуються (семантика), інформаційна цінність знаків та їх сприймання користувачами (прагматика).

Видання карт – технічна дисципліна, що вивчає й розробляє технологію друку, розмноження, поліграфічного оформлення карт, атласів та іншої картографічної продукції.

Використання карт – розділ, в якому розробляють теорію й методи використання картографічної продукції в різних сферах наукової, практичної, культурної та іншої діяльності.

7