УПП2КУРС / 2 семесир / геодезия / ekz

1. Предмет геодезии, его значение в деятельности инженерных путей сообщения.

Геодезия – наука, изучающая формы и размеры Земли, расположение объектов земной пов-ти,формы ее рельефа и заним.-ся измерениями на земн пов-ти для отображ-я ее и решения инженерных задач.

По назначениею: Высшая геодезия (изучение форм и размеров Земли, движение материков, составление карт, совершенствования математической обработки измерений); топография (с измерением на земной поверхности, получением высот или отметок точек Земли), инженерная геодезия (комплекс геодезических работ, связанных с изысканиями, проектированием, строительством, эксплуатацией инженерных сооружений, ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ), космическая (для изм на Земле и др. планетах благодаря спутникам и орбитальным ст), морская (исследование природных ресурсов шельфа и картографирование морского дна), фототопография (наука, изучающая методы создания топографический карт, планов по материалам фото- и цифровой съемки),

2)Основные сведения о формах и размерах земли Земля – пластическое тело 71% океан 29 суша(возвыш в ср на 800 м) Для правильного

изображения точек земной пов-ти на бумаге, необходимо знать форму и размеры земли. Для этого изучают следующие задачи:

а) Устанавливают тип математической пов-ти земли; б) Изучают отступления физической пов-ти земли от математической.

Математическая поверхность – это уровенная поверхность, в кажд ее точке направленин нормали(перпендикуляр) совпадает с направлением силы тяжести (отвесная линия)

В первом приближении земля это шар R=6371 км.,

Во 2 приближении геоид –тело, образованное основной уровенной поверхностью земли (ур.поверхность морей и океанов в спокойном состоянии, мысленно продолженная под материками.). 3. Референц – эллипсоид – эллипсоид, принятый для обработки геодезических измерений и установления системы геодезических координат ( эллипсоид Красовского). Параллели – линии пересечения поверхности сфероида плоскостями, перпендикулярными оси вращения земли (окружность). Меридианы – линии пересечения поверхности сфероида плоскостями, проходящими через ось вращения земли (эллипс). Экватор – параллель, образованная плоскостью, проходящей через центр сфероида.

(Есть понятие основной уровенной поверхности (ОУП). ОУП – это пов-ть Мирового океана (вода ¾ поверхности земли), находящегося в спокойном состоянии и продолженная под материками. Тело, ограниченное этой поверхностью называется

геоидом.

Чтобы определить положение точки надо определить ее координаты (угловые и линейные величины, определяющие положение точки на поверхности Земли или в пространстве). 1)Геодезические и астрономические координаты обобщенно называют географическими координатами. Они определяются меридианами, параллелями и координатными линиями.

Координатными плоскостями, относительно которых определяют положения точек земной поверхности, являются плоскость экватора земного эллипсоида и плоскость начального меридиана, проходящую через Гринвичскую обсерваторию. Линия пересечения земной поверхности с плоскостью, проходящей через ось вращения, называется меридиан. Он задается географической долготой, а параллель – географической широтой.

Широта – угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора (от Э к С: северные «+», от Э к Ю: южные «-»).

Долгота – двугранный угол между плоскостями географического меридиана данной точки и начальным меридианом.

Высота – расстояние по нормали от этой точки до поверхности земного эллипсоида. Используют при картографировании, навигации, создании и использовании геоинформационных систем (ГИС).

2)Зональная система прямоугольная координат:

Для установления связи между географическими (на земном сфероиде) и прямоугольными ( на плоскости) координатами применяют специальный способ проектирования ЗШ на плоскость по шестиградусным зонам, простирающимся от С к Ю полюсу.

Переход с географической на прямоугольную систему удовлетворяется требованием

равноугольной поперечноцилиндрической проекцией Гаусса-

Крюгера.

1. Поверхность земной сферы разбивают на меридианы.

Разрезав цилиндр по образующей А1В1, развернув боковую поверхность в плоскость, получили изображение

земной поверхности на плоскости в виде отдельных зон, соприкасающихся в одной точке по экватору.Счет зон ведется с запада на восток от гринвичского меридиана.

2.В каждой зоне задается своя прямоугольная система координат, где ось х – осевой меридиан, а ось у – экватор.

3.для изображения эллипсоида при двойной кривизне на плоскости неизбежно искажение. Поэтому при крупном масштабе искажения учитывают или применяют частную систему координат.

При съемках небольших участков применяют местную систему координат (прямоугольных), уровенная поверхность принимается за горизонтальную плоскость. Ось х направляет на север. Часто в строительстве ось х направляют по линии главных осей объекта

5)Географические координаты.

1)Географические координаты

Чтобы определить положение точки надо определить ее координаты (угловые и линейные величины, определяющие положение точки на поверхности Земли или в пространстве).

1)Геодезические и астрономические координаты обобщенно называют географическими координатами. Они определяются меридианами, параллелями и координатными линиями.

Координатными плоскостями, относительно которых определяют положения точек земной поверхности, являются плоскость экватора, плоскость экватора земного эллипсоида и плоскость начального меридиана, проходящую через Гринвичскую обсерваторию. В России отсчет абсолютных высот от нуля Крондштатского футштока: медная доска с гориз чертой,вделанная в мост в СПб). Линия пересечения земной поверхности с плоскостью, проходящей через ось вращения, называется меридиан. Он задается географической долготой, а параллель – географической широтой.

Широта – угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора (от Э к С: северные «+», от Э к Ю: южные «-»).

Долгота – двугранный угол между плоскостями географического меридиана данной точки и начальным меридианом.

Высота – расстояние по нормали от этой точки до поверхности земного эллипсоида. Используют при картографировании, навигации, создании и использовании геоинформационных систем (ГИС).

6)Прямоугольные координаты

1)Прямоугольные координаты Плоская система прямоугольных координат. Если размеры участка земной поверхности

позволяют не принимать во внимание сферичность Земли, то при производстве геодезических работ часто применяется условная система плоских прямоугольных координат, начало которой выбирается произвольно. Элементами данной системы координат являются (рис. 3.2) ось ОХ, направление которой принимается параллельным истинному, магнитному или осевому меридиану зоны либо произвольным; ось ОY, перпендикулярная к оси ОХ; точка О – начало координат. Координаты точек равны расстояниям от начала координат до проекции этих точек на оси. Проекции линии на оси координат называются приращениями координат и

обозначаются X и Y. Знаки приращений зависят от четверти. Если известны координаты XA и YA точки А и приращения координат X и Y между точками А и В, то координаты точки В будут равны:

ХВ= ХА+ X YB= YA + DY.

Данная система координат применяется при горизонтальных съемках и составлении планов местности.

Зональная система плоских прямоугольных координат. При топографических съемках, маркшейдерских и инженерно-геодезических работах применяются системы плоских прямоугольных координат. Поэтому для изображения на плоскости значительных территорий земной поверхности применяются картографические

проекции, дающие возможность переносить точки с поверхности эллипсоида на плоскость без искажения углов.

В общегосударственной системе плоских прямоугольных координат положение

точек земной поверхности определяется координатами X и Y на плоскости, на которую

они проектируются по закону равноугольной поперечно-цилиндрической проекции Га-усса- Крюгера. Сущность проекции Гаусса-Крюгера заключается в следующем. Земной эллипсоид делится меридианами через 6 по долготе на 60 зон, простирающихся от полюса до полюса. Нумерация зон ведется с запада на восток от Гринвичского меридиа-на, который является западной границей первой зоны. Средний меридиан каждой зоны называется осевым. Осевой меридиан зоны изображается на плоскости прямой линией и

принимается за ось абсцисс (Х); осью ординат (Y) является изображение экватора. Чтобы избежать отрицательных значений ординат, ось Х условно переносят на 500 км к западу от осевого меридиана (рис. 3.3 б). Зональная система плоских прямоугольных координат

находит самое широкое применение при составлении планов и карт территории нашей страны.

Система плоских полярных координат. Элементами данной системы координат являются полярная ось ОХ (за ось ОХ может приниматься любое направление, например сторона теодолитного хода); точка О - начало координат или полюс (обычно за полюс принимается точка теодолитного хода). Положение точек на плоскости в рассматриваемой системе координат определяется двумя координатами: горизонтальным углом b между полярной осью и направлением на определяемую точку; горизонтальным расстоянием d от полюса до определяемой точки

Рисунок 3.4 – Плоская система полярных координат

7)Система высот принятая в России.

В России абсолютные высоты точек определяются в Балтийской системе высот (БСВ) от-носительно нуля Кронштадтского футштока – горизонтальной черты на медной пластине, прикрепленной к устою моста через обводной канал в г. Кронштадте. Балтийская система высот принятая в СССР в 1930 году. От этой отметки отсчитаны высоты опорных геодезических пунктов, которые обозначены на местности разными геодезическими знаками и нанесены на карты.

Разность высоты текущей точки относительно высоты другой точки называют превыше-нием.

Высота (.) на уров-ой пов-тью наз.отметкой Н. В высшей геодезии различают три основ-ные системы высот:

Ортометрическая (абсолют) отметка Hо – расстояние, отсчитываемое от исх уровен пов-ти и ср уровня океана или моря

Условная отметка Hг – расстояние от усл пов-ти принятой для опред-го объекта Относит. высота – высота (.) над другой (.)

Специализированная система высот – строительная сеткаразбивочную сеть, построен-ную из квадратов или прямоугольников, вершины которых закреплены постоянными знаками, а стороны параллельны осям строительной системы координат (основным осям сооружений).

8)Понятие о номенклатуре карт и планов.

Картой называют уменьшенное изображение на плоскости горизонтальных проекций контуров и рельефа значительных участков земной поверхности' на плоскости с учетом влияния кривизны Земли. Планом называют уменьшенное и подобное изображение на плоскости горизонтальных проекций контуров и рельефа относительно небольших участков местности , в пределах которых пренебрегают влиянием кривизны Земли.

Изображения значительных территорий в виде карт состоят из многих листов. Карты являются многолистными. Каждый лист карты ограничен меридианами и параллелями, протяженность которых зависит от масштаба карты. Наличие многолистных карт потребовало создания определенной системы учета отдельных листов карт для быстрого их нахождения. Такая система обозначения (нумерации) отдельных листов многолистной карты называется номенклатурой. В основу номенклатуры карт различных масштабов положена международная разграфка карты масштаба 1:1000000. Для получения одного листа карты этого масштаба весь земной шар делят меридианами от Гринвичского меридиана через 60 по долготе на 60 колонн, которые нумеруются арабскими цифрами на восток от 180тиградусного меридиана. Каждая колонна делится параллелями через 40 по широте на ряды,обозначаемые прописными буквами латинского алфавита, к северу и югу от экватора.

По международным соглашениям номенклатура листов карты масштаба 1:1000000 принята единой для всех стран, в то время как для карт других масштабов она и может быть различной. Деление листа карты одного масштаба на листы карты более крупного масштаба называется разграфкой карты. Разграфка листа карты на части предусматривает получение листов карт различных масштабов примерно одинаковых размеров.

Номенклатура листа карты складывается из обозначений ряда и колонны, в которых расположен данный лист . Так, например, N-37 — номенклатура листа, на котором находится Москва

Одному лист у карты масштаба 1:1 000000

соответствуют 4 листа карты масштаба 1:500 000 , обозначаемые заглавными буквами русского алфавита А Б В Г 36 листов карты масштаба 1:200 000 , обозначаемые римскими цифрами I — XXXVI ; 144 лист а карт ы масштаб а 1:100 000 , обозначаемые арабскими цифрами 1—144 (рис . 3.3) .

Лист карты масштаба 1:50000 служит основой разграфки и обозначения карт масштаба 1:25000, которые обозначают строчными буквами русского алфавита а, б, в, г и присоединяют к номенклатуре масштаба 1:50000. Лист карты масштаба 1:25000 основой для разграфки и обозначения карт масштаба 1:10000, которые обозначают арабскими цифрами 4 и присоединяют к номенклатуре карт масштаб

25000

9)Дирекционные углы и их связь с румбами Углы ориентирования – углы полученные при

помощи начального меридиана и меридианом проведенным через данную точку.

Азимут – горизонтальный угол между северным направлением меридиана и данным направлением.

Азимуты,как углы ориентирования имеют применение только на сфере. Тогда когда земля принимается за форму шара. Магнитный и истинный азимуты в данной точке земной поверхности не совпадают.

Дирекционный угол – это угол между северным концом осевого меридиана и направлением на линию по часовой стрелке от 0 до 360 градусов.

Румб – острый горизонтальный угол между ближайшим концом осевого меридиана и направлением на линию.

Дирекционные углы и румбы встречаются только на плоскости.

Связь дирекционных углов с румбами: Оцифровка четвертей идет по ходу движения солнца.

10)Виды нивелирования.

Нивелирование - вид геодезических работ, в процессе кот. Находят разности высот точек земной поверхности или превышения. Полученные отметки используют для проектирования строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

Виды нивелирования:

1.Геометрическое нивелир-е. Является самым распространенным. В нем используется принцип горизонтального визирного луча. Оно используется для нахождения превышения между двумя точками. Средняя квадратическая ошибка mh=+-1 мм

А) из середины б) способ вперед

2.Тригонометрическое нивелир-е. Это нивелирование наклонным лучом, т.е. теодолитом. Его применяют при топографических съёмках и при определении больших превышений. Средняя квадратичная ошибка mh= 0.10-0.30 м.

3.Физическое нивелирование: а) барометрическое – основано на разности плотности воздуха(давления) mh=1-5 м. б) гидростатическое – основано на законе сообщающихся сосудов.

4.Механическое нивелирование

5.Аэронивелирование Ошибки нивелирования: Грубые ошибки – промах, ошибка отсчета. Систематические

ошибки – кривизна земли, фракция, личная ошибка. Случайные ошибки – ошибка визирования, ошибка установки пузырька уровня, ошибка главного условия, ошибка округления отсчета, ошибка внешней среды. mh= корень квадратный mi в квадрате.

11) Типы нивелиров. Рейки, знаки.

Нивелир (от франц.niveler—выравнивать, niveau— уровень), геодезический инструмент для измерения превышения точек земной поверхности — нивелирования, а также для задания горизонтальных направлений при монтажных и т.п. работах.

Типы нивелиров: Согласно ГОСТ 10528—76 утверждены к серийному выпуску три типа нивелиров по точности: высокоточные Н-05; точные Н-3 и технические Н-10. В них визирный луч может приводиться в горизонтальное положение двумя способами: при помощи цилиндрических уровней или при помощи компенсаторов. Числа в шифре нивелира означают допустимую среднюю квадратическую ошибку превышения, получаемую при нивелировании на 1 км двойного хода: для нивелира Н-05 т = 0.5 мм; для нивелира Н-3 т = 3 мм; для нивелира Н-10 т = 10 мм.

Нивелиры всех типов выпускают в двух исполнениях по конструкции: уровенные (с уровнем при зрительной трубе) и компенсаторные (с компенсатором углов наклона (самоустанавливающиеся, компенсатор – механизм, приводящий визр. линию в горизонт. положение)). При наличии компенсатора к шифру нивелира добавляется К (например, Н-3К).

Нивелиры типов Н-3 и Н-10 допускается изготовлять с лимбом для измерения горизонтальных углов. При наличии лимба, к шифру нивелира добавляется буква Л (например Н-10КЛ).

Цифра, стоящая перед обозначение марки прибора, указывает номер улучшенной модификации базовой модели (например, 2Н-3Л)

Также существуют лазерные нивелиры (представляют собой комбинацию нивелиров). Визирная ось (визирная линия зрительной трубы)-мнимая линия проходящая через оптический центр объектива и центр сетки нитей).

Рейки:

Для нивелирования применяют цельные, складные, раздвижные и телескопические рейки. Рейки изготовляют из сухого выдержанного леса хвойных пород, из пластмассы или специальных дюралевых сплавов.

В инженерной практике обычно используют техническое нивелирование, для которого применяют односторонние или двусторонние шашечные цельные или складные РНЗ или РН4 с 10миллиметровыми делениями.

Двусторонние рейки цельные или складные имеют длину 3 м. На одной стороне таких реек черной краской (черная сторона) нанесены шашечные сантиметровые

деления и выделены 5- и 10-сантиметровые деле-ния. Нулевой отсчет черной стороны рейки совпадает с ее пяткой. На другой стороне рейки шашечные деления нанесены красной краской (красная сторона), при этом на красной стороне пяткам соответствуют отсчеты 4687 мм на цельных и 4468 мм на складных рейках. Каждый дециметр рейки оцифрован, при этом счет делений возрастает снизу вверх. Рейки выпускают с прямой оцифровкой для работы с приборами с прямым изображением в поле зрения трубы и с перевернутой оцифровкой для работы с приборами, имеющими обратное изображение.

Красные стороны нивелирных реек используют для контроля правильности нивелирования. Раздвижные рейки в инженерной практике в настоящее время практически не используют. Чрезвычайно удобными при нивелировании оказались телескопические рейки из дюралевых сплавов. В зависимости от категории рельефа местности, на которой производят нивелирование, длину таких реек можно менять от 2 до 4 м.

При нивелировании рейки устанавливают на вбитые вровень с землей колышки, металлические костыли или специальные башмаки. В ряде случаев, когда нивелируемая точка не должна отображать рельеф местности, рейки могут устанавливаться на произвольные твердые точки местности (валуны, камни, корни, пни деревьев и т. д.).

Нивелирную рейку устанавливают в отвесное положение с помощью прикрепленного к ней круглого уровня. Перед началом работ параллельность оси круглого уровня плоскости рейки поверяют с использованием обычного нитяного отвеса. Если рейка не имеет уровня, при отсчетах менее 1500 мм ей придают вертикальное положение на глаз, а при отсчетах более 1500 мм рейку медленно покачивают вперед и назад относительно отвесной линии, при этом минимальное значение отсчета будет соответствовать отвесному положению рейки, которое и заносится в полевой журнал нивелирования.

Знаки:

Нивелирные знаки - знаки, закладываемые для закрепления на местности точек, высоты к- рых определены геом. нивелированием. Виды 3. н.: фундаментальный репер, грунтовый репер, стенная чуг. марка, стенной чуг. репер.

Н.З.— знаки, закладываемые с целью отметить и закрепить на местности пункты геометрического нивелирования. Существуют следующие виды 3. н.

-Фундаментальный репер I типа — железобетонный монолит в виде четырехгранной усеченной пирамиды с основанием-плитой на глубине не менее 2,5 м от поверхности земли и верхней гранью на глубине 1 м. В плиту основания и верхнюю грань заделывают металлические марки со сферической головкой.

-Грунтовый репер, состоящий из железной трубы или отрезка рельса, заделываемых в бетонные монолиты; верхний конец трубы должен быть на глубине 1 м от поверхности для фундаментального репера II типа и 30 см для обычных реперов. В верхний конец трубы и верхнюю грань монолита заделываются марки со сферической головкой.

-Стенные чугунные марки с углублением в центре для штифта подвесной рейки -Стенные чугунные реперы, отличающиеся от марок тем, что имеют выступ для установки на него рейки.

Репер (от фр. repere – знак, исходная точка) – знак, закрепляющий точку земной поверхности, высота которой относительно исходной уровенной поверхности определена путем нивелирования.

В Российской Федерации высоты реперов вычисляются относительно нуля Кронштадтского футштока. Реперы государственной нивелирной сети служат исходными (опорными) пунктами для определения высот промежуточных точек земной поверхности при топографических съемках и разного рода изыскательских работах, а также используются в научных целях при изучении разности уровней морей.

Вековые реперы распределены по всей территории страны, по особой схеме, в местах, установленных инструкцией, в основном для научных целей. Глубина закладки определяется залеганием горных пород.

Фундаментальные реперы, представляющие собой железобетонные пилоны, закладывают в грунт через 50—80 км на всех нивелирных линиях 1-го класса, а также на наиболее ответственных линиях 2-го класса и близ важнейших морских водомерных установок.

Рядовые реперы, закладываемые через 5—7 км на нивелирных линиях всех классов, подразделяются на грунтовые, устанавливаемые в земле, скальные (закрепленные в скальных породах) и стенные, закладываемые в стены капитальных сооружений. В труднодоступных районах расстояние между реперами может быть увеличено до 6-7 км, а в сейсмоактивных районах должна быть уменьшена до 3-3,5 км.

Стенные реперы закрепляются на застроенной территории везде, где это возможно. Закрепление производится в несущие части каменных или бетонных сооружений на высоте менее 0,3 м с помощью нивелирных марок.

Скальные реперы: рядовые – по конструкции и установке абсолютно аналогичны центрам геодезической сети, фундаментальные – встречаются в виде исключения.

Грунтовые реперы: рядовые – по конструкции и установке абсолютно аналогичны центрам ГГС, фундаментальные – представляют собой массивный железобетонный монолит изготавливаемый сразу на месте закладки прямо в котловане. Поскольку фундаментальный репер разрешается использовать только для нивелирования I и II класса, неподалеку устанавливается репер-спутник, представляющий собой рядовой репер, на который с точность II класса передается отметка с фундаментального репера и который используется вместо фундаментального в качестве опорного для нивелирования III и IV классов.

В России на Дальнем Востоке используется Балтийская система высот. В конце 1980-х годов производилась передача отметки Кронштадского футштока на побережье дальневосточных морей, ожидаемая ошибка составила приблизительно 1 метр.

12.Высота точек (абсолютные и относительные).

1Высоты точек(абсолютные и относительные)

Принято считать, что высота уровенной поверхности геоида (морей и океанов) равна нулю. Поэтому в каждой стране начало счета высот свое. В РФ это средний уровень Балтийского моря нуль Кронштадтского футштока на мосту через обводной канал. Эта система высот называется балтийской.