Обработка информации геодезических съемок Шпаковского района СПК Дубовское

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

Обработка информации геодезических съемок Шпаковского района СПК Дубовское

Введение

геодезия землеустройство нивелирный теодолитный

Геодезия - одна из древнейших наук. Она возникла и развивалась, исходя из практических запросов человека. Геодезические измерения для разделения поверхности земли на отдельные участки производились в Египте, Китае, других странах за много столетий до н.э. За 6 веков до н.э. в долине реки Нила существовали оросительные системы и каланы, строительство которых требовало выполнения геодезических работ. Уже в третьем веке до н.э. был определён радиус Земли, которая тогда принималась за шар. Сейчас не располагают достаточно полными данными о развитии геодезии в 1-м тысячелетии нашей эры. Известное развитие геодезических наук и работ последовало в середине текущего тысячелетия - в период оживления торговых связей, расширения мореплавания, возникновения потребностей в картах и планах.

Трудно переоценить значение топографических карт. Они являются основой для отображения результатов полученных исследований и практической деятельности в области геологии, геофизики, географии и других наук о земле.

Геодезические данные используются в картографии, навигации и землепользовании, например, для определения зоны затопления после сооружения плотины, местоположения буровых платформ на шельфе, точного положения государственных и разного рода административных границ и пр. Навигация и стратегические системы наведения в равной степени зависят от точности информации о положении цели и адекватности физических моделей, описывающих гравитационное поле Земли. Геодезические измерения используются в сейсмологии и при изучении тектоники плит, а гравиметрическая съемка традиционно применяется геологами при поисках нефти и других полезных ископаемых.

1. Предмет и задачи геодезии

В настоящее время геодезия - это наука о методах определения фигуры и размеров Земли и изображения ее поверхности на картах и планах, а также о способах проведения различных измерений на поверхности Земли (на суше и акваториях), под землей, в околоземном пространстве и на других планетах. Известный ученый-геодезист В.В. Витковский так охарактеризовал геодезию: «Геодезия представляет одну из полезнейших отраслей знания; все наше земное существование ограничено пределами Земли, и изучать ее вид и размеры человечеству так же необходимо, как отдельному человеку - ознакомиться с подробностями своего жилья». Среди многих задач геодезии можно выделить долговременные задачи и задачи на ближайшие годы. Эти задачи записаны в Постановлении коллегии Федеральной службы геодезии и картографии России от 20 февраля 1995 года. Усложнение и развитие геодезии привело к разделению ее на несколько научных дисциплин. Высшая геодезия изучает фигуру Земли, ее раз меры и гравитацонное поле, обеспечивает распространение принятых систем координат в пределах государства, континента или всей поверхности Земли, занимается исследованием древних и современных движений земной коры, а также изучает фигуру, размеры и гравитационное поле других планет Солнеч ной системы. Топография («топос» - место, «графо» - пишу; дословно - описание местности) изучает методы топографической съемки мест ности с целью изображения ее на планах и картах. Картография изучает методы и процессы создания и использования карт, планов, атласов и другой картографической продукции. Фотограмметрия (фототопография и аэрофототопо графия) изучает методы создания карт и планов по фото- и аэрофотоснимкам. Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительст ве и эксплуатации различных инженерных сооружений. Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает мето ды проведения геодезических работ в подземных горных выработках. Понятно, что четко обозначенных границ между перечисленными дисциплинами нет. Так, топография включает в себя элементы высшей геодезии и картографии, инженерная геодезия использует разделы практически всех остальных геодезических дисциплин и т.д. Уже из этого неполного перечня геодезических дисциплин видно, какие разнообразные задачи - и теоретического, и практического характера, - приходится решать геодезистам, чтобы удовлетворить требования государственных и частных учреждений, компаний и фирм. Для государственного планирования и развития производительных сил страны необходимо изучать ее территорию в топографическом отношении. Топографические карта и планы, создаваемые геодезистами, нужны всем, кто работает или передвигается по Земле: геологам, морякам, летчикам, проектировщикам, строителям, земледельцам, лесоводам, туристам, школьникам и т.д. Особенно нужны карты армии: строительство оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям, использование ракетной техники, планирование военных операций, - все это без карт и других геодезических материалов просто невозможно. Геодезия занимается изучением Земли в содружестве с другими «геонауками», то-есть, науками о Земле. Физические свойства Земли в целом изучает наука «физика Земли», строение верхней оболочки нашей планеты изучают геология и геофизика, строение и характеристики океанов и морей - гидрология, океанография. Атмосфера - воздушная оболочка Земли - и процессы, происходящие в ней, являются предметом изучения метеорологии и климатологии. Растительный мир изучает геоботаника, животный мир - зоология. Кроме этого, есть еще география, геоморфология и другие. Среди всех наук о Земле геодезия занимает свое место: она изучает геометрию Земли в целом и отдельных участков ее поверхности, а также геометрию любых объектов (и естественного, и искусственного происхождения) на поверхности Земли и вблизи нее.

Геодезические данные используются в картографии, навигации и землепользовании, например, для определения зоны затопления после сооружения плотины, местоположения буровых платформ на шельфе, точного положения государственных и разного рода административных границ и пр.

2. Связь геодезии с землеустройством и кадастром

Землеустройство - система мероприятий по рациональному использованию, учету, оценке и улучшению земель. Эти мероприятия осуществляются в соответствии с землеустроительным проектом, разрабатываемым специализированными проектными организациями. Землеустроительный проект может быть составлен только с учетом топографо-геодезических изысканий. Осуществление проекта, то есть перенесение его на местность также невозможно без проведения геодезических измерений, обеспечивающих соблюдение геометрических форм всего комплекса сооружений и их элементов как в отношении их расположения на местности, так и внешней и внутренней конфигурации. Основное значение кадастровых работ заключается в юридическом оформлении границ земельных владений и закреплении их на местности. Кадастровые работы обеспечивают установление границы права собственности или иного вещного права на земельный участок и объект капитального строительства, прочно связанного с ним. Кадастровые работы проводятся в связи с:

· образованием земельного участка путем объединения земельных участков;

· образованием земельных участков путем раздела земельного участка;

· образованием путем перераспределения земельных участков;

· образованием земельного участка путем выдела в счет доли (долей) в праве общей собственности на земельный участок;

· образованием земельного участка (земельных участков) из состава единого землепользования;

· образованием земельного участка из земель, находящихся в государственной или муниципальной собственности;

3. Общие сведения и характеристика природных условий Шпаковского района

Климат:

Климат района умеренно-континентальный, с умеренно холодной малоснежной зимой, характерной частыми оттепелями и сухими и жарким летом с частыми суховеями и засухами.

Среднегодовая температура по сезонам: зимнему - 0,1, летнему+10,3.

Расчётная температура (средняя наиболее холодной пятидневки) минус 21. Отопительный период (продолжительность в сутках) 158.

Рельеф:

Северо-восточная часть хозяйства представлена останцевой платообразной возвышенностью с выровненной поверхностью. На юго-востоке, вследствие развивающегося долинно-балочного расчленения, она постепенно сменяется эрозионно-аккумулятивной равниной, в состав которой входят вытянутые с востока на запад водоразделы с относительно узкими плато и широкими склонами особенно северной экспозиции.

По мере перехода к эрозионно-аккумулятивной равнине плоская поверхность останцевой возвышенности расчленяется широкими плоскодонными и безрусельными ложбинами, которые в дальнейшем от обрыва останцев переходят в глубокие балки, видоизменяющиеся по течению в пересыхающие летом речки, с хорошо разработанными и глубоко врезающимися долинами.

Покатые и крутые склоны южной экспозиции балок перерастают в более высокие крутые и очень крутые склоны вытянутых водоразделов эрозионно-аккумулятивной равнины.

Склоны водоразделов, имеющие северную экспозицию, в сравнении со склонами балок такой же экспозиции, более выположены и шире.

В направлении с севера на юг, при переходе останцевой возвышенности к эрозионно-аккумулятивной равнине, развит так называемый ступенчатый

структурный рельеф, образованию которого содействовали породы различной устойчивости к эрозионным процессам. Юго-западная часть территории хозяйства, относящаяся к эрозионно-аккумулятивной равнине, расчленяется долинами рек на ряд водоразделов.

Почвообразующие породы:

Почвообразующие и подстилающие породы территории хозяйства отличаются по своим физическим, химическим и физико-химическим свойствам, что приводит к формированию почв, имеющих различные генетические особенности.

Останцевые платообразные возвышенности и отдельные мелкие изолированные останцы связаны с выходами к поверхности пластов среднего и верхнего сармата (известняки, известняковые конгломераты).

В этих местах чаще всего развитость почв определяется глубиной подстилающих плотных карбонатных пород, а почвенный профиль сопровождается сильной каменистостью и щебенчатостью.

Растительность

Распределение природной растительности в значительной степени зависит от гидрологических, климатических, почвенных, рельефных условий и в особенности хозяйственной деятельности человека. В настоящее время естественная растительность в местах неудобных для распашки по склонам балок, водоразделов На несбитых пастбищах видовой состав довольно разнообразен. Здесь произрастают чабрец, ковыли Лессинга, перистый, келерия стройная, типчак, люцерна манычская и желтая, и другие растения.

Земельный фонд:

Земельный фонд района образует вся земля, находящаяся в пределах его административных границ, включая участки, покрытые водой и лесом, представляющая собой объект права хозяйственного пользования.

Преобладающей категорией в составе краевого земельного фонда, на которую приходится 92,39% от общей площади земель Ставропольского края, являются земли сельскохозяйственного назначения, их площадь составила 6112,3 тыс. га, в том числе сельскохозяйственные угодья - 5661,5 тыс. га. Из них пашни 3929,7 тыс. га, многолетних насаждений 28,3 тыс. га, залежи 14,6 тыс. га, сенокосов и пастбищ 1688,9 тыс. га. В настоящее время использование и качественное состояние сельскохозяйственных земель,

определяющееся главным образом их плодородием, оценивается как достаточно сложное.

Более 91% пахотных земель характеризуются низким и очень низким содержанием органического вещества, 8% - средним и только 1% - высоким содержанием. На основной территории сельхозугодий (72%) почвы являются щелочными. Земли с низким содержанием подвижного фосфора занимают 32% пашни, со средним - 52% и высоким - 16%. Пахотный горизонт в среднем содержит 22 мг/кг подвижных фосфатов при оптимуме 30 мг/кг. Более 50% пашни района характеризуется низкой обеспеченностью подвижным фосфором. Почвы пашни характеризуются низкой обеспеченностью цинком, медью и кобальтом, средней - марганцем и молибденом.

Почвенный покров земли - природный ресурс, имеющий большое значение для жизнедеятельности человека, для восстановления которого требуется сотни лет. Трансформация земель в результате вскрышных работ требует проведения рекультивации.

Рекультивация земель - комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей природной среды.

Оценивая эколого-токсикологическое состояние поверхностного горизонта почв по валовому содержанию тяжелых металлов, можно отметить, что количество всех тяжелых металлов значительно ниже ОДК.

Отмечается явное снижение содержания в пахотном горизонте валового цинка. Содержание остальных металлов стабильно, практически не изменяется по годам наблюдений.

4. Теодолитная и тахеометрическая съемка

Порядок проведения теодолитной съемки

Теодолитная съёмка, горизонтальная геодезическая съёмка местности, выполняемая для получения контурного плана местности (без высотной характеристики рельефа) с помощью теодолита. В отличие от тахеометрической съёмки и фототеодолитной съёмки, при Теодолитной съемке высотных характеристик рельефа местности не определяют. Обычно применяется в равнинной местности, в населённых пунктах, на железнодорожных узлах, застроенных участках и прочее. Включает этапы: подготовительные работы (рекогносцировка участка, обозначение и закрепление вершин теодолитного хода), угловые и линейные измерения в теодолитном ходе, съёмка подробностей (ситуации), привязка теодолитного хода к пунктам опорной геодезической сети. В отличие от мензульной съёмки план по материалам теодолитной съемки составляют в камеральных условиях.

Теодолитная съемка, как и съемки других видов, является полевой работой, при выполнении которой сначала создается съемочная геодезическая сеть, а затем производится съемка подробностей (ситуации). Теодолитной она называется потому, что основным прибором, с помощью которого она выполняется, является теодолит, предназначенный для измерения горизонтальных углов и углов наклона

Съемочной геодезической сетью при теодолитной съемке может быть сеть треугольников, сеть теодолитных полигонов, составляющих группу смежных многоугольников, или теодолитных ходов, представляющих систему ломаных линий. Концами этих линий должны быть точки, положение которых уже определено и выражено координатами. При съемке небольших участков съемочная сеть может представлять один полигон или один ход. Ход проложенный внутри полигона для съемки ситуации, называется диагональным.

Перед производством измерений все вершины (поворотные точки) полигонов и ходов закрепляют (обозначают) на местности кольями, столбами и пр. После обозначения точек измеряют горизонтальные углы между сторонами, длины сторон полигонов и ходов, а также углы наклона линий для последующего вычисления их горизонтальных проложений.

Таким образом, процесс теодолитной съемки складывается из:

- закрепления (обозначения) точек на местности;

- измерения линий и углов в полигонах и ходах;

- съемки подробностей (ситуации).

Для измерения линий в полигонах и ходах применяются стальные ленты, рулетки, дальномеры различных видов и другие приборы, позволяющие измерять линии с относительной погрешностью не более 1: 2000. Углы в теодолитных полигонах и ходах измеряют при помощи теодолитов с погрешностью не более 0,5.

Теодолитная съемка служит для получения контурного плана определенного участка землепользования. Для этого производятся измерение внутренних углов в точках поворотов границы участка; измерение длин сторон между точками поворота границы; определяют магнитные азимуты одной из сторон и вычисляют дирекционный угол в случае привязки всей съемки к существующей опорной сети.

Устройство теодолита и тахеометра

Теодолит - геодезический инструмент для определения направлений и измерения горизонтальных и вертикальных углов при геодезических работах, топографических и маркшейдерских съёмках, в строительстве и т.п. Основной рабочей мерой в теодолите служат горизонтальный и вертикальный круги с градусными минутными и секундными делениями.

Лимб - круг с градусными делениями. Его плоскость, являющуюся плоскостью горизонтальных проекций углов, при работе устанавливают горизонтально с помощью цилиндрического уровня.

Уровень - прибор, обеспечивающий горизонтальную плоскость плоскости лимба во время работы.

Оптическая зрительная труба - служит для визирования - наведения на предмет. Вращая трубу около ее горизонтальной оси, получают вертикально проектирующие плоскости.

Алидада - дословно линейка. У теодолитов это верхняя часть горизонтального круга, располагающаяся и вращающаяся над лимбом. Она скреплена с оптической трубой и поэтому позволяет определить на лимбе направление трубы, наведенной на предмет. Ось вращения алидады при работе устанавливают вертикально. Она является основной осью инструмента, относительно которой определяют положение всех частей теодолита.

Верньер, микрометр или каловый микроскоп - устройство, позволяющее значительно повысить точность отсчета долей деления на лимбе.

Подставка и основной винт - служат для удерживания теодолита на штативе и приведения плоскости горизонтального круга в горизонтальное положение с помощью подъемных винтов.



Рисунок №1. Теодолит

Схема теодолита: 1 - стеклянный горизонтальный круг;

2 - стеклянный вертикальный круг; 3 - алидада; 4 - зрительная труба; 5 - колонка; 6 - цилиндрический уровень; 1 - окулярная часть отсчетного микроскопа; 8 - подъемный винт; 9 - подставка; 10 - головка штатива; 11 - закрепительный винт.

Тахеометр - геодезический прибор для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. Используется для определения координат и высот точек местности при топографической съёмке местности, при разбивочных работах, выносе на местность высот и координат проектных точек.

Основой всей конструкции тахеометра является прочный литой корпус, на котором монтируются механические и электронные узлы этого прибора. В устройство тахеометра входят несколько взаимосвязанных механизмов и элементов, которые и обеспечивают работу этого прибора. Устройство тахеометра включает в себя ось вращения, вертикальный и горизонтальный лимб, дальномер, центрир (оптический или лазерный), одноосевой или двухосевой компенсатор, выполняющий функции электронного уровня, и трегер для установки прибора на штатив. В устройстве электронного тахеометра предусмотрен ЖК-дисплей для вывода полученных результатов и алфавитно-цифровая клавиатура, с помощью которой можно управлять настройками и функциями этого прибора, а также просматривать и редактировать полученные данные. Электронный тахеометр также оснащен модулем внутренней памяти, программным обеспечением и имеет порты для передачи данных на компьютер. В стандартный комплект этого прибора входят аккумуляторы, зарядное устройство тахеометра, кабель передачи данных, набор для юстировки, инструкция, чехол и кейс для переноски.

Рисунок №2. Тахеометр

Тахеометр ТП: 1 - цилиндрический уровень; 2 - окуляры зрительной трубы и микроскопа; 3 и 4 - закрепительный и наводящий винты вертикального круга; 5 и 6 - закрепительный и наводящий винты горизонтального круга.

По результатам измерений в первую очередь вычисляют прямоугольные координаты точек поворотов границы участка. Координаты точек вычисляют в специальной ведомости.

Обработка результатов съемки начинается с определения угловой невязки. Прежде всего, подсчитывается сумма измеренных углов и сравнивается с теоретической суммой внутренних углов, определяемой по формуле:

У _втеор = 180°? (n-2), где n-число сторон многоугольника.

У _втеор =900°

У _визм = 86°48^? + 89°42^? + 290°45^? + 115°51^? + 91°09^? +

88°24^? + 137°24^? = 900°03^?

f_в = У _ИЗМ - У _втеор = 900°03^{? -} 900° = - 0°03^?

Полученная величина угловой невязки не должна превышать допустимой величины, определяемой по формуле: f_вдоп = ±l, 5?t?vn, где n - число углов, t - точность прибора.

f _вдоп = ±1,5?1?v7= ± 4^?

Угловая невязка вводится по частям в виде поправок в измеренные углы: - в углы с дробными долями, чтобы округлить их до целых минут.

- в углы, ограниченные более короткими сторонами и поэтому имеющие меньшую ошибку.

Поправки берутся с обратным знаком от полученной невязки. После исправления сумма У - измеренных внутренних углов должна быть равной У - теоретической сумме углов.

По исправленным углам и азимуту (дирекционному углу) начальной стороны вычисляют дирекционные углы всех сторон по формуле:

б _2-3= б_1-2 +180°,

то есть дирекционный угол последующей линии равен дирекционному углу предыдущей линии плюс 180° и минус внутренний угол между этими линиями.

Считаем дирекционные углы:

б₁=100°

б₂= 100°+180° - 89°41'=190°19'

б₃=190°19'+180°-290°44'=79°35'

б₄=79°35'+180°-115°50'=143°45'

б₅=143°45'+180°-91°09'=232°36'

б₆=232°36'+180°-88°24'=324°12'

б₇=324°12'+180°-137°24'=6°48'

Проверка: 6°48'+180°-86°48'=100°

Вычисленные дирекционные углы переводят в румбы в следующей зависимости:

1.) Дирекционный угол имеет размер до 90°, следовательно линия идет на северо - восток и румб равен дирекционному углу: R₁= б₁

2.) Дирекционный угол больше 90°, но меньше180°, линия идет на юго - восток и румб равен: R₂=180° - б₂

3.) Дирекционный угол больше 180°, но меньше 270°, значит, линия идет на юго-запад и румб равен: R₃= б₃-180°,

4.) Дирекционный угол больше 270°, но меньше 360°, линия идет на северо-запад и румб равен: R₄=360° - б₄.

R₁=180°-100° = 80° R₁=80° - ЮВ

R₂=190°19'-180°=10°19' R₂=10°19' - ЮЗ

R₃= 79°35' R₃=79°35' - СВ

R₄=180° - 143°45'=36°15' R₄=36°15' - ЮВ

R₅=232°36'-180°=52°36' R₄=52°36' - ЮЗ

R₆=360° - 324°12'=35°48' R₄=35°48' - СЗ

R₇=6°48' R₄=6°48' - СВ

Знаки приращения координат в зависимости от четверти и название румба

Четверти	Название румба	Знак приращения Дx	Знак приращения Дy
I	СВ	+	+
II	ЮВ	-	+
III	ЮЗ	-	-
IV IIIiiii4666	СЗ	+	-

Определение величины румбов необходимо для последующего вычисления координат Дx и Дy. Вначале вычисляются приращение координат по формулам:

Дx = d? cos R, Дy =d?sinR,

где d - горизонтальное проложение, R - румбы.

Дx₁=475,38 ? cos 80° = 82,53 м

Дx₂=449,62 ? cos 10°19' = 442,34 м

Дx₃=232,32 ? cos 79°35' = 42,00 м

Дx₄=403,72? cos 36°15' = 325,60 м

Дx₅=523,75? cos 52°36' = 318,13 м

Дx₆=842,98? cos 35°48' = 683,74 м

Дx₇=446,80? cos 6°48' = 443,67 м

Дy₁=475,38 ? sin 80° = 468,15 м

Дy₂=449,62 ? sin 10°19' = 80,53 м

Дy₃=232,32 ? sin 79°35' = 228,49 м

Дy₄=403,72? sin 36°15' = 238,72 м

Дy₅=523,75? sin 52°36' = 416,07 м

Дy₆=842,98? sin 35°48' = 493,14 м

Дy₇=446,80? sin 6°48' = 52,90 м

Далее идет приращения по осям Дx и Дy складывают отдельно со знаком «+» и «-». Внизу каждого столбца подписывают алгебраическую сумму приращений: У _Дx и У_Дy. Вычисленные приращения координат имеют знак «+» и «-», в зависимости от того в какой четверти они находятся.

У _Дx = 0,81 У_Дy= -1,48

Определяем абсолютную невязку в периоде теодолитного хода по формуле:

f_абс = - абсолютная невязка полигона

Относительная невязка - это отношение абсолютной невязки к периметру, т.е. f_отн = f_абс/Р. Это отношение не должно превышать допустимой величины 1/2000 (0,0005)

Абсолютная невязка полигона находится по формуле:

f_абс = v f (x)² + f ₍y)² = v(0,81)² + (-1,48)² = 1,68;

f_отн = 1,68 / 3374,57 = 0,0004978;

Исправленные значения приращений записывают в соответствующую графу таблицы. По исправленным приращениям координат проверяют правильность проведенных вычислений, сумма их должна равняться нулю.

Распределяют после подсчета относительной невязки f(x) f(y) с учетом правил: 1) Значение поправок должны быть прямо пропорциональны значениям горизонтальных проложений;

2) Знак поправок обратный знаку невязок;

3) Абсолютная сумма всех поправок должна ровняться невязке.

Суммируют направленные приращения ?х и ?у, суммы которых равны нулю. По исходным координатам точек и по исправленным приращениям вычисляют координаты всех остальных точек теодолитного хода по формулам:

Х₂ = х₁ ± ?х; У₂ = у₁ ± ?у.

Т.е. координата последней точки равна координате предыдущей плюс соответствующее исправленное приращение на линию между этими точками. Контроль заключается в получении заданных координат точек.

Составление плана по координатной сетке

Для размещения плана полигона симметрично относительно краев листа, на котором будут составлять план по координатам точек, рассчитывают: размеры плана полигона и определяют размер листа бумаги, на котором будет составлен план; размещение осей координат или линий сетки, параллельных осям координат.

Построение плана выполняют в следующем порядке:

1. На листе чертежной бумаги вычерчивают координатную сетку. С этой целью строят прямоугольник, для чего через весь лист бумаги проводят 2 диагонали и от точки для пересечения их откладывают измерителем по направлению к каждой вершине листа одинаковые отрезки по 25 см. Полученные наколы на диагоналях аккуратно соединяют по линейке тонкими линиями. Затем с масштабной линейки берут измерителем отрезок в 10 см и откладывают на сторонах прямоугольника. Полученные точки на противоположных сторонах попарно соединяют линиями, проведенными карандашом по линейке. Пересечение этих линий и образует координатную сетку.

2. Одну из вертикальных линий сетки координат принимают за ось х, а другую - из горизонтальных - за ось - у. От точки пересечения этих осей будет идти счет координат точек. При выборе осей координат нужно одновременно с учетом масштаба учесть самые большие ординаты (у) с плюсом и минусом, что определит положение оси х, а также самые большие абсциссы (х) с плюсом и минусом, что определит положение оси у.

При составлении плана в масштабе 1:10 000 стороне 10 - сантиметрового квадрата отсутствует 1000 м на местности.

5. Нивелирная съемка

Проведение нивелирной съемки

При изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений необходимо знать рельеф местности. Без знания рельефа местности невозможно проектирование железных и шоссейных дорог, водоотводных (осушительных и оросительных) каналов, гидротехнических сооружений, осушительных и оросительных систем, а также аэродромов, строительных площадок, населенных пунктов, плотин, полей севооборотов и других объектов.

Знание рельефа выражается, прежде всего, в знании отметок всех характерных точек местности. Определение отметок точек и есть цель нивелирования.

Нивелирование - вид геодезических работ, в результате которых определяют разности высот (превышения) точек земной поверхности, а также высоты этих точек над принятой отсчетной поверхностью.

По методам нивелирование разделяют на геометрическое, тригонометрическое, физическое, автоматическое, а также стереофотограмметрическое.

1) Геометрическое нивелирование проводят горизонтальным визированием при помощи инструментов называемых нивелирами.

2) Тригонометрическое нивелирование проводят наклонным лучом при помощи теодолитов-тахеометров. При использовании этого метода измеряют углы наклона и расстояние между нивелирными точками.

3) Физическое нивелирование подразделяют на гидростатическое, барометрическое и аэрорадионивелирование.

Гидростатическое нивелирование основано на свойстве свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда находится на одном уровне, позволяющем определить превышения между точками, на которых установлены сосуды.

Барометрическое нивелирование выполняют при помощи барометров, по показаниям которых определяют атмосферное давление в соответствующих точках, а по разности давлений - превышение между ними.

Аэрорадионивелирование осуществляют с самолета при помощи радиовысотомера и статоскопа - приборов, позволяющих определять высоту самолета над землей и измерения его высоты в полете. Совместное использование этих данных позволяет определять превышения между точками земной поверхности.

4) Автоматическое нивелирование проводят при помощи нивелиров-автоматов - приборов, автоматически вычерчивающих профиль местности и позволяющих определять высоты точек.

5) Стереограмметрическое нивелирование выполняют путем измерения модели рельефа местности, получаемой при рассматривании двух снимков одной и той же местности на специальных приборах, называемых стереометрами, стереокомпараторами, и др.

Геометрическое нивелирование заключается в непосредственном определении превышения одной точки над другой.

Его выполняют с помощью специального инструмента - нивелира, приспособленного для визирования в горизонтальном направлении, и нивелируемых реек, устанавливаемых вертикально в нивелируемых точках. Различают два способа геометрического нивелирования: из середины и вперед.

Нивелирование из середины. Для определения превышения между точками А и В нивелированием из середины нивелир устанавливают между этими точками, а в точках А и В-вертикально нивелируемые рейки.

Отсчет делают по задней А и передней В рейкам. Разность отсчетов и есть превышение:

h = a - b.

Если линия местности имеет направление АВ, то точку А называют задней, а точку В-передней. Отсчет a и b называют взглядами назад и вперед. В результате получаем, что превышение одной точки над другой равно взгляду назад без взгляда вперед. Знак превышения h может быть как положительным (+), так и отрицательным (-).

Нивелирование вперед. Для получения превышения h можно поставить нивелир окуляром над точкой А местности и сделать при горизонтальном положении визирной оси отсчет b по рейке, стоящей в точке В (Рис. 6 (а)). Кроме того, нужно измерить высоту инструмента i (высоту визирной оси над точкой А). Тогда согласно рисунку:

h = i - b.

Такое нивелирование называют нивелирование вперед. При нивелировании вперед взгляд назад заменяют высотой инструмента i. Если нивелир поставить выше или ниже, то оба отсчета изменятся на одно и тоже значение по сравнению с ранее сделанными отсчетами, однако разности от отсчетов в первом и втором случаях будут одинаковыми (т.е. значение h - превышения точек).

Вычисления отметок точек через превышение. Разность высот точек H_B -H_A - превышение h, поэтому если известна отметка точки A (H_A), то отметки точки B (H_B), определяемая по методу превышения,

H_B = H_A + h.

Для вычисления отметок искомой точки можно применить способ горизонта инструмента.

Вычисление отметок точек через горизонт инструмента. Отметку горизонтального луча называют горизонтом инструмента. Отметка горизонта инструмента,

H_i =H_A + a, тогда H_B = H_i - a,

т.е. отметка горизонта инструмента равна горизонту инструмента на этой точке.

Вычисление отметок точек через горизонт инструмента широко применяют в практике для определения отметок нескольких точек с одной установки нивелира (например, при нивелировании поверхности по квадратам).

Вычитая из H_i отсчет b по рейке, поставленной в искомой точке B, получают отметку H_i последней:

H_A = a + H_i, H_i - b = H_B.

Устройство нивелиров.

Нивелир (от фр. niveau - уровень, нивелир) - оптико-механический геодезический прибор для геометрического нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками. Прибор, устанавливаемый обычно на треножник (штатив), оборудован зрительной трубой, приспособленной к вращению в горизонтальной плоскости, и чувствительным уровнем.

Основные части нивелира: зрительная труба, цилиндрический уровень для приведения визирной оси трубы в горизонтальное положение и подставка.

Нивелиры бывают с уровнем (типов Н3, Н4, Н7), самоустанавливающейся линией визирования (НС3, НС4, НТС) и с компенсаторами (Н3К, 2Н10КЛ).

Согласно ГОСТ 10528 - 90 нивелиры, как и теодолиты, разделяют на высокоточные, точные и технические.

К высокоточным относят нивелир Н - 0,5, предназначенный для нивелирования I и II классов, с погрешностью не более 0,5 мм на 1 км двойного хода.

К точным относят нивелиры Н-3, Н-3К и Н-3КЛ, предназначенные для нивелирования III и IV классов и технического нивелирования, с погрешностью не более 3 мм на 1 км двойного хода.

Технические нивелиры Н-10, Н-10К, Н-10КЛ применяют при техническом нивелировании с погрешностью не более 10 мм на 1 км двойного хода.

По способу приведения визирной оси в горизонтальное положение различают нивелиры с уровнем (Н - 0,5, Н-3, Н-10) и с компенсатором (Н-3К, Н-10К), автоматически приводящим визирную ось в горизонтальное положение. Последние в свою очередь, в основном применяют преимущественно на зыбких неустойчивых поверхностях. Некоторые нивелиры снабжены горизонтальным кругом с лимбом (Н-3КЛ, Н-10КЛ) для измерения горизонтальных углов.

При использовании цифровых нивелиров значительно повышается производительность труда и точность нивелирования, так как исключаются личные погрешности наблюдателя, а все измерения и вычисления производятся в автоматическом режиме по специальной программе. Нивелир может быть укомплектован программным пакетом.

Журнал нивелирной съемки

Продольным называют такое нивелирование, которое ведут вдоль узкой полосы земли по заранее намеченному направлению, например по оси проектируемой дороги, канала и т.п.

На основании продольного нивелирования вычисляют высоты пронивелированных точек и затем составляют продольный профиль трассы.

Трасса - линия, определяющая путь движения или продольную ось дороги, канала, линии электропередачи или связи, трубопровода и подобных сооружений большой протяженности. При продольном нивелировании на линии хода разбивают пикетаж, т.е. на местности намечают и закрепляют через каждые 100 метров точки, называемые пикетными. Пикет в уровень с землей, а рядом устанавливают сторожок, который облегчает нахождение пикетной точки.

После закрепления точек на линии хода приступают к их нивелированию. Все отсчеты по рейкам, полученные во время работы, записывают в соответствующие графы полевого журнала.

Конечной целью обработки нивелирного журнала является получение отметок всех пронивелированных точек.

Вычисление превышений между всеми пикетными и исковыми точками

Так как пикетные точки нивелировались по способу «из середины», то превышение между ними вычисляют по формуле: Н = а-b, где Н - превышение, а - отсчет на заданную рейку, b - отсчет на переднюю рейку.

В приведенном примере на станции 1 превышение между Rp27 и ПК 0 при первом горизонте будет равно: h = 1305-1520 = -215 мм, при втором горизонте:

h = 1305-1520 = -215 мм.

На станции 2 превышение между ПК 0 и ПК 1 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 1018-1012 = 6 мм, при втором горизонте:

h = 1018-1012 = 6 мм.

На станции 3 превышение между ПК 1 и ПК2 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 2319 - 485 = 1834 мм, при втором горизонте:

h = 2319 - 485 = 1834 мм.

На станции 4 превышение между ПК 2 и Х при первом горизонте инструмента будет равно: h = 1598 - 118 = 1480 мм, при втором горизонте:

h = 1598 - 118 = 1480 мм.

На станции 5 превышение между ПК 2 и ПК 3 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 2723-868= 1855 мм, при втором горизонте:

h = 2700-843= 1857 мм.

На станции 6 превышение между Х и ПК 3 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 2675 - 681 =1994 мм, при втором горизонте:

h = 2675 - 681 =1994 мм.

На станции 7 превышение между ПК 4 и ПК 5 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 830 - 3037 = - 2207 мм, при втором горизонте:

h = 830 - 3037 = - 2207 мм.

На станции 8 превышение между ПК 5 и Rp 28 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 1159-1861 = - 702 мм, при втором горизонте:

h = 1159-1861 = - 702 мм.

Расхождение в полученных превышениях допускается не более 5 мм. В нашем примере получилось допустимая разница. полученные превышения записываются в графу 6 журнала. А если задний отсчет меньше переднего, то превышение отрицательно и записывается в графу 7.

В нашем примере пикет 2 и пикет 3 нельзя пронивелировать с одной станции из середины в следствие большой крутизны ската. В таких случаях нивелируют по частям, используя иксовые точки. Станция 4 взята между пикетом 2 и точкой Х. А станция 5 между точкой Х и пикетом 3. В процессе обработки журнала отметку иксовой точки вычисляют также как и пикетную.

Контроль вычисления превышений

Сущность контроля заключается в следующем: разность между суммой всех задних отсчетов и суммой передних отсчетов должна быть равна алгебраической сумме средних превышений. Для контроля вычислений необходимо:

Найти сумму всех задних отсчетов У_a, то есть сложить все отсчеты в

графе 3. (У_a=26018 мм)

Найти сумму всех передних отсчетов У_b, то есть сложить все отсчеты в графе 4. (У_b=21122 мм)

Вычислить разность между этими суммами.

У= У_a - У_b = 26018 - 21122 = 4896 мм

Сложить все положительные средние превышения Уа₁ (графа 8) и все отрицательные ?Ь (графа 9) и найти разность между ними.

В нашем примере: Уа₁ - Уb₁ = 2448 мм

Следовательно, превышения между пикетными и исковыми точками вычислено правильно.

Вычисление невязки превышений и ее распространение

Полученная алгебраическая сумма всех средних превышений теоретически должна быть равна разности конечного и начального репера. Однако практически, вследствие ошибок измерений получается невязка, которую подсчитывают по формуле:

Дh = У_hср - (H_n - H₁),

т.е. невязка равна разности между суммой средних превышений (8-9) и разностью отметок конечного (Н_n) и начального (Н₁) реперов.

Допустимость невязки проверяется по формуле:

Дh_доп =

где L - длина нивелирного хода.

В нашем примере допустимая невязка Дh_доп = . А невязка при нивелировании трассы равна:

?h = 2448 - (129000 - 126560) = 8 мм.

Полученная невязка (8 мм) меньше допустимой (±22 мм) и следовательно ее можно распределять. Невязку распределяют по возможности равными долями, по всем превышениям со знаком обратным невязки, и сумма всех поправок должна быть равна по величине невязки. Далее преступают к вычислению отметок пикетных и иксовых точек (ПК, Х).

Вычисления отметок пикетных и иксовых точек

Отметки всех пикетных и исковых точек вычисляются последовательно от заданной отметки начального репера по превышениям, по формуле:

Н_n = H_n-1 + h_Cр,

то есть отметка точки последующей равна отметки точки предыдущей плюс соответствующее исправленное превышение между этими точками.

Следует помнить, что отметки выражаются в метрах, а вычисленные в журнале превышения получаются в миллиметрах, поэтому при вычислении отметок превышения необходимо выражать в метрах.

ПК 0:

Н ₀= 126,560 - 0,215 = 126,345 м

ПК 1:

H₁ = 126,345 + 0,003 = 126,348 м

ПК 2:

Н₂= 126,348 + 1,831 = 128,179 м

Х:

Н_х = 128,179 + 1,480 = 129,659 м

ПК 3:

Н₃= 129,659 + 1,994 = 131,653 м

ПК 4:

Н₄= 131,653 + 0,259 = 131,912 м

ПК 5:

Н₅ = 131,912 - 2,208 = 129,704 м

Rp28:

Н_Rp28 = 129,704 - 0,704 = 129,000 м

Вычисление отметок и плюсовых точек поперечников

Отметки этих точек определяют методом горизонта инструмента. Горизонтом инструмента называется высота луча визирования над уровенной поверхностью, или отметка луча визирования.

ГИ = Н_А - а,

ГИ = Н_в - b,

Где ГИ - горизонт инструмента,

Н_А - отметка задней точки,

а - отсчет по рейке на этой точке,

Н_в - отметка передней точки,

b - отсчет по рейке на эту точку.

Отметка плюсовой точки равна:

h_c = ГИ - с, где с - отсчет по рейке на данную плюсовую точку.

Так как все плюсовые точки нивелируют при горизонте инструмента, то для вычисления горизонта инструмента на станцию надо пользоваться отсчетами, полученными при втором горизонте.

Графу 10 журнала заполняют для тех станций, с которых нивелировали плюсовые точки или поперечники. Для станции 2 горизонт инструмента будет равен: ГИ₂ = 126,345 + 1,018 = 127,363 м

ГИ₂ = 126,348 + 1,012 = 127,360 м

Полученные значения не должны отличатся больше чем на 10 мм.

Отметка плюсовой точки ПК 0 + 28 определяется как разность между горизонтом инструмента и отсчетом на плюсовую точку.

Определение отметок точек:

Н_ПК0+28: 127,362 - 1,722 = 125,640 м

Чтобы выяснить рельеф местности нивелируют поперечники. В нашем примере поперечник был разбит на пикете 1 и пронивелирован со станции 3. На точку расположенную вправо на 7,6 м от оси нивелирного хода был получен отсчет 1682. На точку расположенную вправо на 20 м от оси нивелирного хода был получен отсчет 1706. На точку расположенную влево на 9.4 м от оси нивелирного хода был получен отсчет 1954. На точку расположенную влево на 20 м от оси нивелирного хода был получен отсчет 2483.

Горизонт нивелира на этой станции равен

ГИ₃ = 126,348 + 2,319 = 128,667 м

ГИ₃ = 128,179 + 0,485 = 128,664 м

Отметка точки Пр 7,6 равна:

Н_пр7,6 = 128,666 - 1,628 = 126,984 м

Отметка точки Пр 20 равна:

Н_пр20 = 128,666 - 1,706 = 126,960 м

Отметка точки Лев 9,4 равна:

Н_лев9,4 = 128,666 - 1,954 = 126,712 м

Отметка точки Лев 20 равна:

Н_лев20 = 128,666 - 126,183 м

Построение продольного профиля

После вычисления отметок всех пронивелированных точек приступают к построению продольного профиля и поперечников.

Профиль строят на миллиметровой бумаге, на которой все размеры откладывают без измерителя. Для построения профиля надо в принятом масштабе для горизонтальных линий отложить все горизонтальные расстояния между пронивелированными точками, а в вертикальном направлении - все отметки этих точек в масштабе для вертикальных линий.

Масштабы для горизонтальных линий в зависимости вида профиля будут следующими: 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10000. Масштабы для вертикальных линий принимают в 10 раз крупнее масштаба горизонтальных линий, благодаря чему профиль становится более наглядным (1:100, 1:200, 1:500, 1:1000).

Построение профиля начинают с вычерчивания профильной сетки, состоящей из нескольких горизонтальных линий и имеющей различные графы. Верхнюю линию профильной сетки, т.е. линию отметок земли, совмещают с одной из утолщенных линий на миллиметровой бумаге, а нижняя линия сетки должна быть на 4…5 см выше нижнего края листа.

6. Применение программы комплексов для обработки геодезических измерений

AutoCAD - двух- и трёхмерная система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk. Первая версия системы была выпущена в 1982 году. AutoCAD и специализированные приложения на его основе нашли широкое применение в машиностроении, строительстве, архитектуре и других отраслях промышленности. Программа выпускается на 18 языках. Уровень локализации варьируется от полной адаптации до перевода только справочной документации. Русскоязычная версия локализована полностью, включая интерфейс командной строки и всю документацию, кроме руководства по программированию.

Текущая версия программы (AutoCAD 2012) включает в себя полный набор инструментов для комплексного трёхмерного моделирования (поддерживается твёрдотельное, поверхностное и полигональное моделирование). AutoCAD позволяет получить высококачественную визуализацию моделей с помощью системы рендеринга mental ray. Также в программе реализовано управление трёхмерной печатью (результат моделирования можно отправить на 3D-принтер) и поддержка облаков точек (позволяет работать с результатами 3D-сканирования). Тем не менее, следует отметить, что отсутствие трёхмерной параметризации не позволяет AutoCAD напрямую конкурировать с машиностроительными САПР среднего класса, такими как Inventor, SolidWorks и другими[5]. В состав AutoCAD 2012 включена программа Inventor Fusion, реализующая технологию прямого моделирования.

Специализированные приложения на основе AutoCAD

AutoCAD Architecture - версия, ориентированная на архитекторов и содержащая специальные дополнительные инструменты для архитектурного проектирования и черчения, а также средства выпуска строительной документации.

AutoCAD Electrical разработан для проектировщиков электрических систем управления и отличается высоким уровнем автоматизации стандартных задач и наличием обширных библиотек условных обозначений.

AutoCAD Civil 3D - решение для проектирования объектов инфраструктуры, предназначенное для землеустроителей, проектировщиков генплана и проектировщиков линейных сооружений. Помимо основных возможностей AutoCAD Civil 3D может выполнять такие виды работ, как геопространственный анализ для выбора подходящей стройплощадки, анализ ливневых стоков для обеспечения соблюдения экологических норм, составление сметы и динамический расчет объемов земляных работ.

AutoCAD MEP ориентирован на проектирование инженерных систем объектов гражданского строительства: систем сантехники и канализации, отопления и вентиляции, электрики и пожарной безопасности. Реализовано построение трехмерной параметрической модели, получение чертежей и спецификаций на ее основе.

CREDO - программный комплекс, предназначенный для автоматизированной обработки информации, возникающей в процессе инженерного преобразования среды обитания человека. Комплекс состоит из нескольких крупных систем и ряда дополнительных задач, объединенных в технологическую линию обработки информации в процессе создания различных объектов от производства изысканий и проектирования до эксплуатации объекта. Результаты обработки инженерно-геодезических и инженерно-геологических изысканий служат основой для создания цифровой модели местности инженерного назначения, включающей модели рельефа, ситуации и геологического строения площадки. В свою очередь цифровая модель местности является основой для полноценного проектирования автомобильных дорог. Комплекс CREDO обеспечивает полный технологический цикл проектирования от обработки топографо-геодезических данных (CREDO_DAT), создания цифровой модели местности (CREDO ТОПОПЛАН 1.0, CREDO_TER, CREDO_MIX), объемной геологической модели (CREDO_GEO) до конструкторского проектирования (CREDO ГЕНПЛАН 1.0, CREDO_MIX, CAD_CREDO) и получения сметной документации. Основными системами проектирования автомобильных дорог в технологической линии CREDO являются системы CREDO_MIX, CAD_CREDO и дополнительные задачи ОСАДКА, ОТКОС, ГРИС, ZNAK, УВС, РАДОН. Их можно использовать на различных стадиях проектирования - от предпроектных проработок до детальной разработки проекта и выпуска рабочих чертежей. Основные задачи, решаемые в технологической линии CREDO при проектировании автомобильных дорог:

- трассирование

- земляное полотно

- дорожная одежда

- искусственные сооружения

- транспортно-эксплуатационная и экологическая оценка проекта

- развязки и обустройство

Система CREDO_MIX позволяет произвести трассировку оси дороги, осуществляет автоматический контроль корректности сопряжений, позволяет в интерактивном графическом режиме определять оптимальное положение трассы в самых разнообразных и сложных условиях. Благодаря наличию цифровой модели местности можно просматривать продольный и поперечные профили по любому участку трассы, в том числе и с геологическим строением профиля. В результате проектировщик получает полное и точное геометрическое описание оси трассы дороги, представленное в соответствующих ведомостях. Основные транспортно-эксплуатационные качества дороги определяются ее продольным профилем, проектирование которого осуществляется в системе CAD_CREDO. Система CAD_CREDO предназначена для проектирования нового строительства и реконструкции автомобильных дорог II-V технических категорий. Проектная линия профиля конструируется из кубических сплайнов, которые обеспечивают плавность движения автомобиля, повышение безопасности, уменьшение объемов земляных работ, экономию топлива, улучшение архитектурно-ландшафтных и эстетических свойств.

Заключение

В нашей курсовой работе мы затронули основные темы геодезии. Вначале мы разобрали связь геодезии с землеустройством и кадастром и выполнили геодезические задачи, а также нашли превышения между точками и величину линии на местности.

В четвертом пункте нашей работы мы дали общие сведения и охарактеризовали наш район по климатическим условиям, особенностям рельефа и почвообразующим породам. Так же указали общие сведения о земельном фонде района.

...