Инженерная геодезия

· термометр - для измерения температуры;

· технический теодолит для провешивания створа;

· рулетка инварная или стальная для измерения остатков;

· мерная лента или трос для предварительной расстановки лотаппаратов под каждое уложение проволоки.

Для выполнения геодезических, маркшейдерских и строительных работ в соответствии с ГОСТ применяются рулетки:

· На крестовине: РК-50, РК-75,РК-100.

· На вилке: РВ-20, РВ-30, РВ-50.

· Стальные, в футлярах: РС-2, РС-5, РС-10,РС-20, РС-30,РС-50.

Точность измерения расстояний рулетками зависит от условий измерения и длины измеряемой линии.

При измерениях расстояний не более номинальной длины рулетки относительная погрешность измерений составит: , а с учетом всех поправок до. При этом натяжение рулетки должно вестись равномерно, с силой 10 кг. Используют для этого динамометр. Измерения выполняют на участке с твердым грунтом и ровной поверхностью.

Перед началом пользования любым мерным прибором и не реже одного раза в год в процессе его эксплуатации выполняют компарирование.

Компарирование - процесс сравнения рабочего мерного прибора с эталоном. Компарирование рабочих мерных лент может быть произведено: по эталонам на стационарных компараторах, в полевых условиях на полевых компараторах по контрольным мерным приборам, прокомпорированных на стационаре.

В результате компарирования получают поправку ?l_комп:

(8.1)

где l_факт - фактическая длина мерного прибора;

l₀ - номинальная длина.

Эталоном длины метра является платино-иридиевый жезл, который хранится во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии им. Д.И. Менделеева в г. Санкт-Петербурге. Имеется также эталон в Академии наук РФ в Москве.

Жезлы для компарирования сравниваются с эталоном. По международному соглашению в 1960 году установлено считать длину метра, равной 650 763 73 длины волны цветового излучения в вакууме, соответствующего оранжевой линии спектра изотопа криптона с атомным весом 86.

8.3 Створ линии и его обозначение на местности

Створ линии - это отвесная плоскость, проходящая через конечные точки линии.

Рис. 8.2 Построение створа измеряемой линии

На местности створ линии обозначается вешками, т.е. линия провешивается. В практике строительных работ провешивание по створу чаще всего выполняется под теодолит.

На концах линии в точке А устанавливают теодолит и приводят его в рабочее положение. В точке В на продолжении створа АВ в 2-3 см от колышка устанавливают вешку. Зрительную трубу ориентируют по створу АВ. В этом случае коллимационная плоскость теодолита совпадет с отвесной плоскостью створа АВ. Зрительную трубу наклоняют, в проекции центра сетки нитей в точке С устанавливают вешку. Она должна находится на одной линии АВ. Затем устанавливается вешка в точке Д и т.д. В створе АВ может быть установлено необходимое целесообразное количество вех, но все они должны выставляться в направлении от точки В к точке А, в противном случае "закроется" видимость установленными вешками и усложнит установку последующих вех.

Если не требуется высокая точность провешивания, то вешки могут быть выставлены в том же порядке и визуально. Для этого в точке А устанавливается вешка, а наблюдатель, сместившись на 5 метров от точки А по продолжению створа ВА дает сигналы рабочему, который устанавливает вешки в точках "С", "Д" и т.д.

Несколько в ином порядке производится провешивание линий через гору и через овраг.

Провешивание линий через гору

Рис. 8.3 Схема вешения линии через гору

Провешивание линии через гору выполняют несколько человек. Примерно на 3 части разбивается линия АВ. В точках М и N устанавливают вехи. Затем по створу МВ устанавливается веха в точке N₁. Далее по створу N₁A - веху из точки M переносят в точку M₁ и т.д. поочередно переносят вешки, постепенно приближаясь к створу АВ до того момента, пока вехи М и N не станут в створе АВ.

Провешивание линий через овраг, лощину, котлован

Рис. 8.4 Схема вешения линии через лощину

В точках А и В установлены вехи. По створу АВ устанавливается веха в точке М на скате лощины со стороны точки В. Затем по створу МА устанавливают веху в точке N на скате со стороны точки А. Далее по створу NM устанавливается веха в точке М₁, а по створу M₁N - веха в точке N₁ и т.д. Все выставленные вешки в точках N, M, N₁, M₁ будут находиться в створе АВ.

Провешивание по продолжению створа

Рис. 8.5 Схема вешения линии на продолжение створа

Погрешность за выход из створа увеличивается по мере удаления от точки А. Обычно допускают, чтобы AE < AB.

8.4 Измерение расстояний штриховыми мерными лентами

Измерение расстояний штриховыми мерными лентами заключается в последовательном уложении мерной ленты непосредственно в створе измеряемой линии. Ведут счет числа полных уложений ленты и измеряют остаток, составивший менее длины мерной ленты. Фиксируется каждое уложение ленты в створе с помощью шпилек, входящих в комплект ленты. Работа выполняется 2-мя мерщиками: один следует впереди и называется передним мерщиком, второй - задним мерщиком.

Перед началом измерений мерная лента развертывается с кольца. Одна шпилька остается у заднего мерщика, ее устанавливают в точке А.У первого мерщика остается 5 шпилек, если применяют комплект из 6 шпилек, или 10, если в комплекте 11 шпилек. Задний мерщик вырезом в наконечнике ленты цепляет ленту и фиксирует в точке А, передний мерщик по сигналам заднего мерщика выкладывает ленту в створе АВ, встряхивает, натягивает с силой 10 кг и фиксирует шпилькой первое уложение. Затем задний мерщик вынимает шпильку в точке А и оба мерщика двигаются вперед. Шпилька, выставленная передним мерщиком, остается в земле. Затем аналогично выполняют второе уложение, затем третье и т.д. Наступает момент, когда передний мерщик выставит последнюю шпильку. Происходит передача. Задний мерщик, оставив ленту в земле, подходит к переднему мерщику, просчитывает и передает собранные им шпильки в ходе уложений. Передний мерщик принимает и просчитывает шпильки. Число передаваемых шпилек должно быть 5 или 10, Одна вспомогательная шпилька остается в земле, на ней зафиксировано расстояние .

После передачи производится дальнейшее уложение мерной ленты.

В конце измерений остается остаток r, меньший длины мерной ленты, который замеряют лентой от последней выставленной передним мерщиком шпильки до точки В. При взятии остатка при определении числа целых метров необходимо удостовериться, от какого конца ленты возрастает нумерация метровых штрихов ленты.

Общая длина линии АВ подсчитывается по формуле:

где N - число передач;

- цена одной передачи;

n - число шпилек в комплекте;

m - число шпилек в руках у заднего мерщика перед взятием остатка.

Вспомогательную шпильку, от которой измеряется остаток, не считают. В конце измерений число шпилек у заднего и переднего мерщика вместе должно равняться числу шпилек в комплекте.

В процессе измерений необходимо постоянно следить за количеством шпилек, т.к. по ним ведут счет числа полных уложений мерной ленты.

Каждая линия измеряется дважды в прямом и в обратном направлении или же двумя мерными приборами с разной номинальной длиной в одном направлении. При измерении линии теодолитом измеряют углы наклона скатов на участках, где эти углы превышают 2⁰. По углам наклона и длинам участка скатов вводят впоследствии поправки за наклон.

Результаты измерений в прямом и обратном направлении должны совпадать. Допустимое расхождение зависит от условий измерения. Допустимая нормативная относительная погрешность измерений:

· При благоприятных условиях (по асфальту, по обочинам дорог, скошенному лугу, бетонным перекрытиям и т.п.).

· При средних условиях .

· При неблагоприятных условиях (болото, кочки, высокая травянистая растительность, кустарник, пашня, песок, изрытая поверхность Земли и т.п.).

8.5 Поправки в измеренные расстояния

При намерении расстояний механическими мерными приборами в конечный результат входит ряд погрешностей, обусловленных влиянием погрешностей самого измерительного прибора, влиянием внешних условий и самого процесса измерений.

Измерение линии необходимо выполнять по прямой, соединяющей две конечных точки этой линии. Но вследствие неровностей поверхности Земли, наличия переменных скатов, вследствие неточного укладывания мерного прибора в створе измеряемой линии - фактически измеряется сложная ломаная линия и результат, как правило, получают завышенным, так как вносимые при этом погрешности носят систематический характер,

Погрешность за выход из створа при укладывании мерного прибора в процессе измерения расстояния

Ср.кв. погрешность отклонения мерного прибора от прямой в горизонтальное и вертикальной плоскостях m:

где g = 57,2958⁰;

-нормативная, заданная относительная погрешность измерения.

При измерения производятся мерной лентой или рулеткой длиной l₀ = 20 м, то выход из створа должен быть не более 30-35 см. Это значит, что укладывать мерный прибор в створе в этом случае можно визуально, А скаты местности, угол наклона которых не более 2⁰ можно считать за равнинные, так как погрешность в окончательный результат измерения будет мала при требуемой .

Поправка за наклон

В тех случаях когда скаты местности оказывают значительные влияния на результат измерения, например , необходимо вводить поправку за наклон.

Рис. 8.6 Горизонтальное проложение линии

S - измеренное расстояние по скату АВ.

Д- горизонтальная проекция АВ.

Величина этой поправки может быть определена либо через угол наклона ската или же через превышение:

Поправка за уклон:

Если известно превышение :

где ;

При измерениях с поправки вводятся при .

Если при измерении расстояния между точками имеются скаты с переменным уклоном, то общую поправку за уклон определяют как сумму поправок за уклон на каждом отдельном участке.

При высокоточных измерениях нивелированием определяют превышения между концами мерного прибора при каждом его уложении.

Поправка за компарирование

Из сравнения рабочей мерной ленты с контрольной или из результатов компарирования на компараторе известна поправка , т.е. расхождение фактической длины мерного прибора с его номинальной длиной (с его номиналом). При измерении расстояния мерный прибор укладывают в створе "n" раз:

т.к. n - число уложений, то общая поправка за компарирование:

Поправку за компарирование при измерениях с учитывают, когда мм.

Поправка за температуру

Вследствие разности температур при компарировании и при измерении расстояния изменяется длина мерного прибора и тем самым вносится погрешность в измеряемое расстояние.

Влияние погрешности за разность температур можно ослабить введением поправки:

S -измеряемое расстояние;

б - коэффициент линейного расширения материала мерного прибора (для стали );

t_измер и t_комп - температура измерения и компарирование.

При измерениях с вводят поправку за разность температур, если .

При высокоточных измерениях температуру измеряют при каждом уложении мерного прибора и поправку вводят и при меньшей разности.

Но не всегда точно удается определить температуру мерного прибора, выявить колебание температур, поэтому в окончательном результате всегда может быть внесена погрешность за температуру.

9. Косвенное измерение расстояний на местности

9.1 Параллактический способ определения расстояний

При параллактическом способе определения расстояний на местности выполняют геометрические построения, в которых измеряют базисную сторону и параллактический угол, под которым виден этот базис с конечных точек линии. А затем по формулам связи измеренных величин с определяемым расстоянием вычисляют расстояние. Распространены геометрические построения в виде звеньев треугольной и ромбической формы.

Звено треугольной формы

Рис. 9.1 Параллактические звенья треугольной формы

В конечной точке А измеряемой линии АВ строят базис . Затем измеряется параллактический угол ц, Расстояние, вычисляют:

Длина базиса обычно берется не более длины механического мерного прибора (мерной ленты или рулетки). Измеряют базис: угол ц подбирается не менее 5°. Это получают при соотношении . Угол ц измеряют с высокой точностью.

Основная погрешность в определении зависит от погрешности измерения угла.



где m_j и m_ц - ср. кв. погрешности в измерении расстояния и угла.

Если то:

Угол измеряется 2-3 приемами.

Рис. 9.2 Звено ромбической формы

Базис l в этом случае разбивают примерно на средине определяемого расстояния J (). Измеряют два параллактических угла ц₁ и ц₂.

Расстояниевычисляется по формуле:

Звено ромбической формы позволяет определить расстояние точнее, чем звено треугольной формы.

Параллактическим способом определяют расстояния, недоступные к непосредственному измерению: через реку, овраг, изрытую поверхность и т.п., при длине АВ от 20 метров до 600 метров, а при определенных условиях измерения ц - до 1 км.

9.2 Определение расстояний нитяным дальномером при горизонтальном и при наклонном положении визирного луча

Определение расстояний оптическими дальномерами основано на решение треугольника, как и в параллактическом способе. Но этот треугольник образуется зрительными трубами геодезических инструментов или специальными дальномерными насадками на зрительные трубы геодезических инструментов.

Самым распространенным из оптических дальномеров является нитяной дальномер. Он имеется во всех зрительных трубах геодезических инструментов и относится к оптическим дальномерам с постоянным параллактическим углом

Сетка нитей помимо перекрестия вертикальной и средней горизонтальной нити имеет еще две горизонтальные нити (или штрихи), расположенные симметрично относительно центра сетки нитей. Эти две нити называются дальномерными.

Рис. 9.3 Измерение расстояния при горизонтальном положении визирного луча

р - расстояние между дальномерными нитями сетки,

f - фокусное расстояние объектива зрительной трубы,

д - расстояние от объектива до оси вращения инструмента,

d - расстояние от фокуса объектива до рейки,

l - расстояние на рейке между изображениями дальномерных нитей

ц- постоянный параллактический угол

Общее расстояние между точками:

Из подобия треугольников:

Отношение f/p = k - коэффициент дальномера, величина постоянная, (f + д) = c - постоянное слагаемое дальномера.

Окончательно:

Расстояние между нитями сетки в зависимости от фокусного расстояния объектива выбирают таким, чтобы К = 100 - круглому числу, что облегчает вычисления и позволяет использовать при измерениях нивелирные рейки. Величина с = 4ч6 cм.

Точность измерения расстояний нитяным дальномером .

Поэтому величину с обычно не учитывают. В этом случае, взяв отсчеты по рейке по дальномерным нитям, находят их разность. Эту разность увеличивают в 100 раз и получают расстояние Д. Если разность отсчетов по рейке составит, например, 27 см, то значит расстояние от теодолита до рейки - 27 метров.

При измерении наклонных расстояний необходимо вводить поправку за неперпендикулярность визирной оси к рейке и за приведение длины измеренной линии к горизонтальному проложению. Определим формулу для вычисления этой поправки.

Рис. 9.4 Измерение расстояния при наклонном положении визирного луча

l - отсчет по рейке при отвесном положении рейки

l' - отсчет по рейке при перпендикулярном ее положении к визирному лучу

Расстояние по дальномеру:

Горизонтальное проложение:

При углах наклона н ? 15⁰ можно принять .

В этом случае:

Обозначим

где .

- поправка в измеренное расстояние за неперпендикулярность визирного луча к рейке и за приведение линии к горизонту.

Низкая точность измерения расстояний нитяным дальномером объясняется действием ряда причин:

Неодновременность отсчитывания по дальномерным нитям.

Влияние вертикальной рефракции. Нижний луч преломляется сильнее, чем верхний, так как плотность воздуха тем больше, чем ближе к поверхности Земли. Ослабить можно, если применить горизонтальную рейку.

Наклон рейки. Ослабить ее влияние можно, если рейку устанавливать для измерений по уровню.

Изменение коэффициента дальномера при перефокусировке зрительной трубы.

Толщина нитей сетки.

Турбулентное движение в атмосфере (конвекционные токи), колеблющееся изображение влияет на точность взятия отсчета.

Рекомендуют измерять расстояние до 200 метров, не более.

10. Геодезические сети

10.1 Назначение и виды геодезических сетей. Принцип их построения

Геодезическая сеть - совокупность закрепленных на местности точек, расположенных в определенной геометрической связи и имеющих значение координат и высот в единой системе.

Геодезические сети предназначены для решения научных задач, выполнения топографических съемок и производства инженерно- геодезических работ.

Основной принцип построения геодезических сетей “от общего к частному ”, от более крупных и точных сетей к мелким и менее точным. Точность построения сетей обусловлена техническими требованиями выполнения отдельных работ, а размеры сетей - территориальными размерами решаемых задач.

Геодезические сети делятся на плановые и высотные. Плановые сети имеют значение координат X и Y в системе плоских прямоугольных координат Гаусса, т.е. на поверхности эллипсоида в поперечно - цилиндрической проекции. Пункты высотных сетей, называемые реперами, имеют значение отметок в Балтийской системе высот (для РФ).

Геодезические сети делятся на:

Государственная геодезическая сеть - главная геодезическая основа в нашей стране.

Геодезические сети сгущения, развиваемые от государственной геодезической сети на вновь застраиваемых территориях.

Съемочные геодезические сети, развиваемые от государственных сетей и сетей сгущения. Служат для выполнения съемочных работ.

Сети специального назначения, развиваемые в основном на территориях строительства: строительные координатные сетки, мостовые и туннельные триангуляции.

10.2 Методы построения геодезических сетей

Плановые геодезические сети строятся методами:

· триангуляции;

· триллатерации;

· полигонометрии.

Высотные сети создаются методами геометрического нивелирования.

Метод триангуляции

На местности строится цепочка примыкающих друг к другу примерно равносторонних треугольников, каждая пара треугольников имеет одну общую сторону. Из общих сторон (связующих) образуется ход. Линия 1-2-3-4-5- и т.д. называется ходовой линией.

Рис. 10.1 Схема триангуляции

В исходной точке 1 определяются из астрономических наблюдений координаты X₁,Y₁, дирекционный угол б_1-2 и измеряется базисная сторона (базис) b₁. В каждом треугольнике измеряются все горизонтальные углы А, В и С. Результаты измерения углов в каждом треугольнике уравновешиваются. Используя теорему синусов, вычисляют длины всех остальных сторон в треугольниках.

По формулам связи дирекционных углов с правыми и левыми по ходу горизонтальными углами вычисляют дирекционные углы всех сторон «ходовой» линии 1-2-3-4 и т.д.

Координаты всех точек ходовой линии определяют из решения прямых геодезических задач:

В целях контроля и оценки точности измерений на местности измеряется длина выходной (конечной) стороны: в примере 9-10.Определяется так же и ее дирекционный угол из астрономических наблюдений б_9-10.

Все вершины треугольников на местности закрепляются специальными знаками и называются пунктами триангуляции. А геодезические сети, построенные этим методом - триангуляционными сетями. Сама цепочка треугольников называется звеном триангуляции.

Метод триллатерации

При методе триллатерации строится аналогичная цепочка треугольников, но в ней производятся только линейные измерения. Все стороны измеряются свето- или радиодальномерами, а горизонтальные углы в треугольниках вычисляются по формулам тангенсов половинных углов:

где р - полупериметр:

Можно вычислить горизонтальные углы и по формуле косинусов:

Вычисление дирекционных углов ходовой линии и координат пунктов далее производится по тем же формулам, что и в методе триангуляции.

Если цепочка треугольников строится на небольшой территории, длины сторон в треугольниках не более1-2 км, а исходными направлениями (пунктами) являются геодезические сети высших порядков точности, то такие сети называют сетями микротриангуляции или микротриллатерации.

Метод полигонометрии

Этот метод применяется на закрытой местности (все застроенные территории, заселенные участки и т.п.).

Рис. 10.2 Схема полигонометрии

АВ и СD - начальное и конечное исходное направление

На участке местности прокладывается полигонометрический ход, представляющий ломаную линию. Измеряются горизонтальные углы в точках поворота и расстояние между ними:

В точках В и С из астрономических наблюдений определяются дирекционные углы исходных направлений б_ВА и б_CD и координаты точек В и С: x_B и y_B , x_c и y_c.

Конечное направление CD является контрольным.

Дирекционные углы вычисляются по формулам связи их с горизонтальными углами:

Дирекционный угол линии CD, полученный из вычислений по измеренным в от исходного б_АВ должен совпадать с контрольным б_CD, полученными из астрономических наблюдений. Получившееся расхождение составит угловую невязку, по которой оценивается точность угловых измерений. Координаты точек поворота хода вычисляются из решения прямых геодезических задач:

В конце вычислений получаются координаты точки С, которые должны совпадать с координатами точки, полученными из астрономических наблюдений. Расхождения в координатах дадут линейную невязку в ходе, по которой оценивается точность линейных измерений.

Если длины сторон в ходе не превышают 1 км, а угловые и линейные измерения ведутся, как правило, с технической точностью, то полигонометрический ход в этом случае называется теодолитным. Теодолитные хода применяются при создании съемочного геодезического обоснования при топографических съемках, предшествующих строительству сооружений. А перед началом и в процессе строительства теодолитные ходы прокладываются при создании разбивочного геодезического обоснования. Исходными направлениями и пунктами теодолитных ходов являются геодезические сети высших порядков точности, пункты триангуляции, триллатерации и полигонометрии.

10.3 Плановые государственные геодезические сети

Плановые государственные геодезические сети (ГГС) создаются методами триангуляции, полигонометрии, триллатерации, а так же их сочетаниями. Пункты плановых сетей имеют координаты в системе координат Гаусса.

Плановые сети делятся на 4 класса, различающихся между собой по точности угловых и линейных измерений, расстоянием между пунктами и порядком развития сетей.

Главной геодезической сетью является ГГС 1класса. Она предназначена для решения научных задач геодезии, исследования деформаций земной коры и для быстрого распространения единой системы координат на всю территорию страны. Сеть 1 класса является исходной для дальнейшего развития сетей низших классов.

Геодезическая сеть1 класса строится в виде полигонов периметром 800-1000 км, образуемых звеньями триангуляции или полигонометрии не более 200 км, располагаемых вдоль меридианов и параллелей.

Рис. 10.3 Схема построения государственной геодезической сети

АВ, CD, EF, MN - выходные базисные стороны звеньев триангуляции.

На конечных точках (пунктах) этих сторон производятся астрономические наблюдения, из которых определяются астрономические и геодезические координаты, истинные азимуты и дирекционные углы, измеряются длины базисных сторон базисными приборами или светодальномерами с относительной погрешностью.

Углы в треугольниках измеряются высокоточными теодолитами способом комбинаций со средней квадратической погрешностью m_в = ± 0,5^" - 0,7^". Допустимые угловые невязки в треугольниках f_доп = ± 3^"(Ув_изм = 180° ± 3^"). Длины сторон в треугольниках 20-30 км. Внутри полигон1 класса заполняется сплошной геодезической сетью триангуляции 2 класса. Длины сторон 7-20 км. Средняя квадратическая погрешность измерения горизонтальных углов m_в = ± 1^".

Относительная погрешность при измерении базисов .

Дальнейшее сгущение государственной геодезической сети производится «вставкой» пунктов или треугольников III и IV класса, опирающихся на пункты I и II класса.

Средняя квадратическая погрешность измерения горизонтальных углов на пунктах III класса m_в = ± 1,5^", Ув_измвтр = ± 6"; IV класса m_в = ± 2,0^", Ув_измвтр = ± 8".

Длины сторон в треугольниках III класса 3-8 км, IV класса 0,25-2 км.

Угловые невязки в треугольниках: III класса ±6", IV класса ±8".

Допустимая относительная погрешность в измерениях базисов:

III класса ,

IV класса =.

Как видно из требуемой точности и порядка развития сетей, государственная геодезическая сеть построена по принципу «от общего к частному», от более крупных и точных сетей к более мелким и менее точным.

Координаты пунктов плановых государственных геодезических сетей записываются в специальные книги: каталоги координат.

10.4 Высотные государственные геодезические сети

Точки геодезической опорной сети должны быть определены по высоте.

Высотные государственные сети создаются методом геометрического нивелирования. Так же как и плановые. Они делятся на 4 класса и являются главной высотной основой страны. Пункты высотных сетей называются реперами.

Они устанавливаются через каждые 5-7 км нивелирных ходов. Через каждые 50-80 км устанавливаются фундаментные репера - особо устойчивые репера. На все репера передаются отметки в единой Балтийской системе высот.

Нивелирные сети I класса прокладываются вдоль железных и шоссейных дорог, каналов, больших рек и т.д., т.е. по трассам с «плавным» профилем.

Они связывают уровни воды всех морей и океанов, омывающих нашу страну. Превышение между точками измеряются высокоточными нивелирами со средней квадратической погрешностью мм на 1 км двойного хода. Вследствие деформации земной коры нивелирование ходов I класса повторяется через каждые 25 лет. Нивелирные сети II класса образуют замкнутые полигоны с периметром 500-600км и опираются на нивелирные сети I класса. Средняя квадратическая погрешность измерения превышения в нивелирных сетях II класса m_h = ± 2 мм на 1 км хода. Нивелирные сети III класса прокладываются внутри полигонов II класса таким образом, чтобы полигон II класса делился на 6-9 полигонов III класса с периметром 150-300 км. СКП на I км хода m_n = ± 5 мм. Нивелирные сети IV класса являются дальнейшим сгущением нивелирных сетей высших классов. Они прокладываются в виде одиночных ходов или систем ходов, сходящихся в одной или нескольких узловых точках. m_h = ± 10 мм на 1 км хода.

10.5 Геодезические сети сгущения

Геодезические сети сгущения являются дальнейшим развитием государственных геодезических плановых и высотных сетей. Они прокладываются с целью увеличения плотности геодезических пунктов в районах будущей застройки, а так же в тех местах, где государственная геодезическая сеть II и IV класса еще не создана. Исходными пунктами (или опорной сетью) сетей сгущения является государственная сеть.

Плановые сети создаются методами триангуляции и полигонометрии, высотные сети методом геометрического нивелирования.

Геодезические сети сгущения делятся на 1 и 2-й разряды по точности. Средняя квадратическая погрешность измерения горизонтальных углов:

I разряд m_в = ± 5^",

II разряд m_в = ± 10^".

Относительная погрешность измерения длин сторон:

I разряд ;

I разряд .

Абсолютные отметки всех пунктов сетей сгущения определяются из геометрического нивелирования. Для этого от высотных государственных сетей ко всем пунктам сетей сгущения должны быть переданы отметки нивелированием IV класса точности или техническим нивелированием.

Геодезические сети сгущения служат для дальнейшего увеличения плотности геодезической сети. Г.С.С. подразделяются на:

· сети 1 и 2 разряда, развиваемые методом триангуляции: триангуляционные сети сгущения;

· сети 1 и 2 разряда развиваемые методом полигонометрии;

· сети технического нивелирования, развиваемые методом геометрического нивелирования.

Сети сгущения прокладываются, как правило, между сторонами и пунктами государственной геодезической сети. Пункты сетей сгущения закрепляются постоянными знаками.

При отсутствии таких пунктов строят самостоятельные сети с последующей привязкой их к пунктам государственной геодезической сети.

Таблица 10.1 Допуски сетей сгущения

Показатели сетей сгущения	Триангуляционная сеть	Полигонометрическая сеть
	1 разряд	2 разряд	1 разряд	2 разряд
Длина сторон, км	2-5	0,5-3	-	-
Средняя квадратичная погрешность
Угловая невязка в треугольниках			-	-
Относительная погрешность выходных сторон			-	-
Относительная погрешность каждой стороны и относительная невязка полигонометрических ходов	-	-

Съемочные сети - служат для съемки подробностей и других работ, например, перенесения проектов инженерных сооружений на местность.

Плановые съемочные сети создают методом засечек с пунктов геодезических сетей высших разрядов, проложением теодолитных и мензульных ходов и построением геометрических сетей. Съемочные сети могут иметь погрешность в измерении углов 30"-1' и сторон порядка и ниже в зависимости от назначения работ.

В отличие от государственной нивелирной сети I, II, III, и IV классовых развиваемых на обширной территории, высотные инженерно-геодезические сети создают на сравнительно малых по площади объектах в виде локальных схем для решения ограниченного круга задач, а иногда для решения какой-либо одной специальной задачи. Эти сети развиваются при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений и служат высотной основой для крупномасштабных топографических съемок, трассирования линейных сооружений, разбивочных работах, геодезической выверки конструкции и технологического оборудования, а так же при наблюдениях за деформациями сооружений.

Отметки пунктов сетей вычисляют, как правило, в Балтийской системе высот.

11. Теодолитная съемка

11.1 Виды топографических съемок

Съемка местности - это комплекс геодезических измерений и последующая их вычислительно-графическая обработка, в результате чего получается план или карта местности в заданном масштабе.

Съемка, в результате которой получается план участка местности с изображением на нем контуров и предметов местности называется контурной или горизонтальной. На контурных планах не изображается рельеф местности, не производится съемка рельефа.

Если в процессе съемки снимаются контуры и предметы местности, а также и рельеф, такая съемка называется планово-высотной или топографической (встречается и такое название «комбинированной»). В результате такой съемки получается топографический план участка местности, на котором в условных знаках показаны местные предметы и контуры и горизонталями изображен рельеф.

Съемка местности производится в целях картографирования страны, обновления имеющихся карт, для решения различных производственных, технических и научных задач, а также и для военных целей.

В зависимости от объема работ, требуемой точности их выполнения, назначения планов может применяться тот или иной вид съемки.

Виды съемок:

1. Топографическая съемка

2. Тахеометрическая съемка

3. Мензульная съемка

4. Фототопографические съемки: аэрофотосъемка и наземная фототопографическая съемка

Весь состав работ по любому виду съемки можно разделить на три ситуации:

Первая стадия. Подготовительная

В каждом виде съемки свой состав работ на каждой ситуации. Общими работами в подготовительной стадии является:

1. Выбор масштаба и высоты сечения рельефа исходя из экономических и технических требований.

2. Получения разрешения на съемку в Госгеонадзоре (с целью исключения параллельности в выполнении съемки на одном и том же участке местности различными ведомствами).

3. Составление проекта производства работ (ППР).

4. Рекогносцировка (осмотр, изучение) участка, подлежащего к съемке, уточнение ППР.

5. Подготовка инструментов и съемочной аппаратуры к работе.

Вторая стадия. Измерительно-съемочная.

Третья стадия. Вычислительно-графическая, в процессе которой идет обработка результатов измерений и составление плана.

Часть работ в подготовительной стадии и все работы, выполненные во второй стадии, выполняемые непосредственно на местности, называются полевые работы.

Все работы, выполняемые в третьей стадии, называются камеральные работы. Они выполняются в специальных цехах, вычислительных центрах и т. п.

На строительной площадке инженеры-строители, как до начала строительства, так и в процессе строительства и, даже, по окончании строительства производят съемки, которые по своему виду, точности, приемом работ, способом выполнения относятся к двум видам: теодолитная и тахеометрическая съемки. Остальные виды съемок без соответствующих специалистов или специальной подготовки выполнять сложнее и в производстве их выполняют, как правило, топографы и геодезисты. Поэтому при изучении видов съемки мы подробнее остановимся на теодолитной и тахеометрической съемках и, как позволит время, на мензульной съемке. Все необходимые допуски, нормы плотности точек ? съемочного обоснования оговариваются в специальной инструкции СН-212-73.

11.2 Сущность теодолитной съемки. Состав работ. Применяемые инструменты

В результате теодолитной съемки получается контурный (горизонтальный) план участка местности. Съемка контуров и предметов местности производится с помощью съемочного геодезического обоснования путем привязки предметов, границ контуров к точкам и сторонам съемочного обоснования, создаваемого, как правило, в виде теодолитных ходов. У местных предметов на границах контуров, намечаются съемочные точки - точки поворота границ контуров, углы зданий и т. п. До съемочных точек делаются угловые или линейные промеры от точек и линий съемочного обоснования, т. е. применяется тот или иной способ съемки. Все результаты съемки заносятся в журнал теодолитной съемки. Впоследствии все результаты измерений обрабатываются, и составляется план теодолитной съемки - контурный план.

Весь комплекс работ по теодолитной съемке можно разделить на полевые и камеральные работы.

Полевые работы:

1. Рекогносцировка участка, предстоящего к съемке, иначе говоря- делается осмотр местности, намечаются и закрепляются точки съемочного обоснования, уточняется проект производства работ. Подготавливаются линии к непосредственному измерению. Отыскиваются пункты плановых геодезических сетей. Составление схемы теодолитных ходов.

2. Подготовка измерительных инструментов и приборов к работе, их поверки и юстировка, определение коэффициента дальномеров, компарирование мерных лент и рулеток.

3. Угловые и линейные измерения в теодолитных ходах съемочного обоснования. Результаты измерений заносятся в журнал, средние значение углов и длин выписываются на схему теодолитных ходов.

4. Плановая привязка съемочного обоснования к пунктам опорных плановых геодезических сетей.

5. Съемка ситуации. Результаты съемки заносятся в журнал теодолитной съемки - в абрис.

Абрис - схематический чертеж, на котором в произвольном масштабе от руки делается зарисовка съемочного обоснования, контуров и предметов местности, надлежащих к съемке, показываются результаты промеров. Абрис составляется, как правило, на каждую станцию.

Камеральные работы:

Проверки журналов полевых измерений.

Уравновешивание угловых и линейных измерений в теодолитных ходах, оценке точности измерений и вычисление координат точек съемочного обоснования.

Построение координатной сетки, нанесение точек съемочного обоснования по координатам на план в заданном масштабе.

Нанесение ситуации на план в соответствии с абрисом и в заданном масштабе.

Вычерчивание и оформление контурного плана тушью и в условных знаках.

Применяемые инструменты при теодолитной съемке:

1. Для угловых измерений в теодолитных ходах, для угловых и линейных измерений при съемке контуров применяются технические повторительные? теодолиты 30? - секундной точности, как правило. Для линейных измерений с помощью нитяного дальномера используются дальномерные рейки. Если коэффициент дальномеров К = 100, то могут быть использованы и нивелирные рейки.

2. Для угловых измерений (с погрешностью 5-7?), для построения прямых улов, измерения линейных азимутов с точностью 1-2°, может быть использован гониометр. Этот прибор состоит из двух цилиндров с диоптрами (вместо зрительной трубы). Нижний цилиндр имеет градуированный. Круг - лимб. Линия диоптров совпадает с диаметром лимба 0-180°. Верхний цилиндр имеет ве? Для отсчета с лимба. Линия диоптров совпадает с диаметром цилиндра через 0 вер?. Для построения прямых углов имеется в верхнем цилиндре две взаимоперпендикулярных пары диоптров. В верхней части цилиндра имеется буссоль для измерения магнитных азимутов. Гониометр устанавливается на штативе.

3. Экер - предназначен для построения прямых углов на местности. Бывают призменные и двухзеркальные экера. Наиболее распространен двух зеркальный: два небольших зеркала установлены в металлическом корпусе под углом в 45°.

Рис. 11.1

Изображение вешки, установленной в точке А, после отражения в первом зеркале наблюдатель из точки С видит ее повторное отражение под прямым углом. В точке D на местности устанавливается века, совпадающая с изображением вехи А во втором зеркале. Т. е. наблюдателю нужно видеть одновременно и изображение вехи А и устанавливаемой вехи в точке D.

4. Эклиметр - переносной прибор для измерения с точностью до ±0,5° углов наклона скатов местности для последующего вычисления и введения поправок за наклон линий. Основная часть - диск, на ободке которого нанесены вверх и вниз от 0 градусные деления (через 1°). Диаметр диска, проходящий через 0 удерживается в горизонтальном положении с помощью балласта в нижней части диска. Диск заключен в корпус с диоптрами. При горизонтальном положении линии диоптров - отсчет 0°. При наклоне линии диоптров до положения, параллельного скату местности отсчет диоптров по иску по линии глазного диоптра даст угол наклона ската.

Обо всех этих приборов можно прочесть более подробно в «Практикуме по инженерной геодезии» (Хейфиц; Данилевич)

11.3 Съемочное обоснование при теодолитной съемке

Съемка контуров и предметов местности производится небольшими участками, которые при составлении плана соединяются в единое целое - план участка местности. Связь между этими участками, объединение их в одно целое осуществляется с помощью специального каркаса - съемочного обоснования, развиваемого на участке съемки как правило в виде теодолитных ходов. В теодолитных ходах производятся угловые и линейные измерения, впоследствии, результаты измерений уравновешиваются и вычисляются координаты точек поворота - точек съемочного обоснования. Для определения координат точек съемочного обоснования в единой государственной системе координат теодолитные ходы привязываются к пунктам геодезических сетей. Это позволяет результаты съемки каждого отдельно снимаемого участка местности состыковать с другими участками и получить общий план значительных площадей местности.

Съемочное обоснование создается в виде разомкнутых или замкнутых теодолитных ходов или систем теодолитных ходов, сходящихся в одной, двух или нескольких узловых точках.

Рис. 11.2 Разомкнутый теодолитный ход

Рис. 11.3 Замкнутые теодолитные ходы

Рис. 11.4 Теодолитный ход с одной узловой точкой

Рис. 11.5 Теодолитный ход с двумя узловыми точками

Точки поворота и стороны теодолитных ходов выбираются в местах, обеспечивающих удобство измерений, достаточный обзор снимаемых контуров, небольшие расстояния до съемочных точек; между соседними точками должна быть взаимная видимость и была возможность произвести непосредственные измерения расстояний между точками. Точки съемочного обоснования должны, по возможности, более равномерно располагаться по снимаемому участку и сохраняться в течение всего периода съемки, а в некоторых случаях и более длительное время - вплоть до разбивочных работ. Длины сторон в ходах должны быть более или менее одинаковыми, но не менее 20 м и не более 350 м. Длина теодолитных ходов (периметр) между опорными пунктами геодезических сетей оказывает влияние на точность определения координат точек съемочного обоснования - чем длиннее ход, тем в большей степени происходит накопление погрешностей как угловых, так и линейных измерений. Эти погрешности, в конечном счете, сказываются на определении координат точек планового обоснования, а в дальнейшем - окажут влияние на взаимное положение контуров и предметов местности на плане. Влияние этих погрешностей зависит, прежде всего, от масштаба съемки и от того, какие преимущественно, снимаются контура: твердые (жесткие) и нетвердые контура. Твердые контура - это такие, граница которых определяются однозначно - например угол зданий, край асфальтированной дороги, опора ЛЭП, ось железной дороги и т. п. Не твердые контура: опушка леса, граница между лиственным и хвойным лесом, граница между лугом и кустарником, граница между заболоченным и заливным лугом и т. д.

Согласно инструкции СН-212-73 длины теодолитных ходов допускаются:

Масштаб съемки	1:500	1:1000	1:2000	1:5000
Длина теодолитного хода при съемке твердых контуров (на застроенной территории)	0,8 км	1,2 км	2 км
Длина теодолитного хода при съемке нетвердых контуров (не застроенная территория)	1,2 км	1,8 км	3 км

Точки поворота теодолитных ходов закрепляются деревянными колышками или металлическими штырями, которые забиваются почти вровень с землей или на 1-2 см выше уровня земли. Сверху колышка забивается гвоздик или делается крестик, означающий вершину угла поворота. В 15-20 см ставится сторожок - колышек, возвышающийся на 10-15-20 см над землей, на котором делается надпись номера точки теодолитного хода. В целях сохранности точки окапываются по треугольнику или по кругу. Эти работы по закреплению производятся в процессе рекогносцировки.

Измерения углов на точках поворота теодолитных ходов производится способом приемов при трех и более направлениях, исходящих из одной точки поворота теодолитного хода. Измерение производится, как правило, одним приемом, состоящим из двух полуприемов. Расхождение в полуприемах допускается не более одной минуты.

Длины линий в теодолитных ходах измеряются дважды - в прямом и обратном направлениях мерной лентой или рулеткой. Расхождение между двумя измерениями одной и той же линии допускается не более расстояния. При невозможности измерить расстояние непосредственно мерной лентой, его определяют как недоступное или используют оптические дальномеры, позволяющие измерять расстояние с точностью не менее . Для вычисления горизонтальных проложений в створах измеряемых линий измеряются углы наклона с помощью теодолита ли эклиметра. Если углы наклона не превышают 1-2є, то углы наклона не измеряются и поправки не вводятся, так как величина поправок за наклон в этих случаях будет значительно меньше требуемой точности измерения.

Рис. 11.6

В створе измеряемой линии АВ (на рис. 11.6 - профильный вид) может быть уклон различным. Поэтому для введения поправки за наклон линии к горизонту измеряются углы наклона, измеряются и вводятся поправки за наклон на тех отрезках линии, на которых этот уклон постоянен. Например: на отрезке S₁, створа АВ поправка за наклон не вводится, на отрезке S₂ - вводится поправка Д S0, на отрезке S3 - поправка не вводится, а на отрезке S₄ - измеряется угол наклона н₂ и вводится поправка Д Sн₂.

Результаты измерения углов, длин линий, углов наклона записываются в журнал теодолитной съемки. Среднее значение углов и среднее значение длин горизонтальных проложений (т. е. после введения поправок за наклон) выписываются на схему теодолитных ходов, составленную в процессе рекогносцировки.

11.4 Способы съемки ситуации

Ситуация - контуры и предметы местности: постройки, дороги, пашня, луг, лес, кустарник, ЛЭП, линии связи, трубопроводы, реки, ручьи, озера, мосты и т. д.

На контурах и предметах выделяются точки, которые привязываются к съемочному обоснованию.

В зависимости от характера местности, расположение контуров относительно съемочного обоснования применяется тот или иной способ съемки, иначе говоря делаются различные геометрические построения на местности между съемочными точками и съемочным обоснованием и делаются угловые и линейные измерения в этих построениях.

Различают несколько способов съемки ситуации. Рассмотрим основные способы:

1. Способ прямоугольных координат (способ перпендикуляров)

Рис. 11.7



А, В, С - точки съемочного обоснования; К, Е - углы контура сооружения. Из точек К и Е опускаются перпендикуляры на сторону теодолитного хода ВС. Точка В - начало прямоугольных координат, ВС - ось абсцисс, ось ординат - перпендикуляр к ВС в точке В. На местности измеряются расстояния ВМ и ВN - абсциссы, и ординаты - перпендикуляры КМ и ЕN.

Перпендикуляры могут быть построены на глаз, если их длина не превышает 4 м при съемке в масштабе 1:500; 6 м в масштабе 1:1000; 8 м в масштабе 1:2000. Если перпендикуляр строится с помощью экера, то его длина может быть увеличена до 20 м в масштабе 1:500 и до 40 м в масштабе 1:1000.

2. Способ полярных координат

Рис. 11.8

А, В, С - точки съемочного обоснования; в точке В - начало полярных координат; ВА - полярная ось радиусы-векторы? на съемочные точки 1, 2 и 3.

Теодолитом (или гониометром) измеряются полярные углы в. Длины радиусов векторов В-1, В-2, В-3, и т. д. могут быть измерены нитяным дальномером или рулеткой. Для упрощения измерения полярных углов в лимб ГК теодолита ориентируется по полярной оси ВА (отсчет по ГК с точки В на точку А устанавливается равным 0є00'). При закрепленном лимбе визируют на съемочные точки и берут отсчеты по ГК. В этом случае сам отсчет будет являться полярным углом в, считаемым по ходу часовой стрелки. Длина радиуса вектора зависит от масштаба съемки, вида снимаемых контуров, точности измерения. Согласно инструкции СН-212-73 длина радиуса-вектора допускается:

Вид мерного прибора	Масштабы Вид контуров	1:500	1:1000	1:2000	1:5000
При измерении мерной лентой	твердые контуры (застроенная территория)	120	180	250
	не твердые контуры (не застроенная территория)	150	200	300
При измерении нитяным дальномером	твердые контуры (застроенная территория)	40	70	100
	не твердые контуры (не застроенная территория)	50	90	120

3. Способ биполярных координат (угловых засечек)

Рис. 11.9

Съемочные точки, расположенные на недоступных к непосредственному измерению расстояниях, могут быть определены как точки пересечения лучей, выходящих из точек съемочного обоснования.

С точек А и В съемочного обоснования измеряются горизонтальные углы в_А и в_В между линией АВ обоснования и направлением на съемочную точку D. С целью контроля с точки С измеряют еще угол в_С по направлению на D. На плане, с помощью транспортира строят углы в и, в пересечении лучей получается положение точки D, Наилучшим образом определяется положение точки, когда угол при засечке 90є. Допускается, чтобы угол при засечке был не менее 30є и не более 150є. Если точка D определяется как пересечение трех лучей, то, как правило, возникает так называемый треугольник погрешностей. Точка D берется в центре этого треугольника.

4. Способ линейных засечек

Этот способ аналогичен способу угловых засечек, однако углы не измеряются, а измеряются расстояния до съемочных точек.

Рис. 11.10

Измерив расстояния ВМ и DМ, EN и CN - определится положение съемочных точек M и N. Точки D и E - взяты в створе линии ВС съемочного обоснования. Необходимо измерить расстояния ВD и CE до створных точек D и E. Углы при засечке также не должны выходить из пределов 30-150є. Наиболее производителен этот способ, когда расстояния до снимаемых точек не превышают длины мерного прибора. В строительной практике этот способ широко распространен.

5. Способ створов

Рис. 11.11

Измеряются расстояния по створу линий хода до точек пересечения со створом линий связи, линий электропередач, с осью дорог, тропинок, с границами контуров. На рисунке а - расстояние по створу АВ от точки А до пересечения с ЛЭП - 6 кв.; b - расстояние от точки пересечения створов до опоры ЛЭП по створу ЛЭП; с - расстояние от точки В по створу ВС до пересечения с осью тропинки. d - расстояние по створу ВС от точки В до пересечения с границей между контурами пашни и луга.

11.5 Порядок работы на станции при теодолитной съемке

Точка съемочного обоснования, на которой установлен теодолит для измерений, называется станцией.

В процессе съемки теодолит последовательно устанавливают на всех точках теодолитного хода, приводят его в рабочее положение и производят на каждой станции измерения в следующей последовательности.

1. Измерения горизонтального угла в теодолитном ходе способом приемов или круговых приемов. Вычисляется значение угла из каждого полуприема. Допустимое расхождение между полуприемами не более 1'. Углы измеряются, как правило, правые по ходу, измерение производится одним приемом. Результаты измерений заносятся в специальный журнал. Пользоваться резинкой в журнале при измерении углов запрещено. Неверный результат можно зачеркнуть ?одной чертой и над ним надписать правильный.

2. Измерение стальной лентой или рулеткой в прямом и обратном направлении расстояния до последующей точки (станции) теодолитного хода. Расхождение в результатах измерения допускается не более, как правило, длины линии. При измерении линии измеряются углы наклона на каждом отрезке ската данной линии.

3. Зарисовка абриса. Как правило, на каждую станцию зарисовывается абрис. На нем показывается станция, с которой производится съемка, проводятся направления на предыдущую и последующие точки теодолитного хода. Схематично показываются местные предметы, контура, подлежащие к съемке с данной станции. Показываются основные элементы промеров до съемочных точек - расстояния и углы; длины перпендикуляров, полярные углы, длина радиусов векторов и т. д. Абрис рисуется от руки, в произвольном масштабе, разрешается использовать резинку при необходимости.

4. Производится съемка контуров. Ориентируется лимб по одному из направлений (на предыдущую или последующую точки обоснования). В абрисе указывается направление, по которому ориентирован лимб, результаты измерения полярных углов (отсчеты по ГК), промеров.

...