Инженерная геодезия

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРС ЛЕКЦИЙ

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

1. Предмет и задачи геодезии

Геодезия - наука, которая занимается изучением формы и размеров Земли или отдельных ее частей. Это изучение осуществляется посредством геодезических измерений. Такие измерения производятся на поверхности Земли, на море и в космосе. Геодезические измерения нужны для определения фигуры и размеров земли, составления планов, карт и профилей, для решения различного рода инженерных задач при изысканиях» проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.

Высшая геодезия изучает фигуру, размеры и гравитационное поле Земли, обеспечивает распространение принятых систем координат и высот в пределах государства, изучает вертикальные и горизонтальные деформации земной коры, а также изучает фигуру, размеры и гравитационное поле других планет солнечной системы.

Геодезия или топография занимается изображением на планах и картах земной поверхности, а также измерением относительных высот точек земной поверхности и изображением вертикальных ее разрезов.

Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений,

Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает методы проведения геодезических работ в подземных горных выработках.

Фототопография изучает методы создания топографических карт и планов по материалам фотографирования земли.

Картография изучает методы составления, издания и использования карт, атласов.

За последние годы получили развитие новые разделы геодезии; радиогеодезия, космическая геодезия и морская геодезия.

Радиогеодезия занимается изучением радиоэлектронных методов измерения расстояний при помощи радио и светолокаций, соответственно, приборами радиодальномером и светодальномером.

Космическая геодезия занимается обработкой измерений, полученных при помощи искусственных спутников земли, орбитальных станций и межпланетных кораблей.

Морская геодезия занимается вопросами топографо-геодезических работ морского дна.

2. Форма и размеры Земли

Поверхность суши Земли со всеми ее неровностями называется физической или топографической поверхностью. Она имеет сложную форму и не поддается математическому выражению. Поэтому для построения карт приходится проектировать ее на иную, более простую, теоретическую (т. е. мысленную) поверхность, которая называется уровенной.

Уровенную поверхность представляют как поверхность Мирового океана, мысленно продолженную под материки при условии, что она в любой точке перпендикулярна отвесной линии. По сравнению с физической поверхностью ее отличает большая сглаженность.

Фигуру Земли, ограниченную уровенной поверхностью, называют геоидом (т. е. подобная Земле). Сложная форма геоида не может иметь математического выражения, но она близка эллипсоиду. Эллипсоид - поверхность, образованная вращением эллипса вокруг меньшей оси.

Размеры земного эллипсоида определяются длинами большой и малой полуосей: а - большая полуось или радиус экватора; Ь - малая полуось или полуось вращения Земли.

Величина а = (а -- b)/а называется сжатием земного эллипсоида. Величины а и b определяются посредством градусных измерений в различных местах мередиана.

3. Система географических координат

С помощью географических координат, т. е. широт и долгот, определяем положение точек на поверхности Земли относительно экватора и начального меридиана. PP₁-ось вращения Земли; Р - северный, а Р₁ - южный географические полюсы Земли,

Плоскость EQ, перпендикулярная земной оси и проходящая через центр Земли О, называется плоскостью экватора, а линия пересечения плоскости экватора с поверхностью Земли называется экватором.

Плоскость, проходящая через ось вращения Земли и какую-нибудь точку на поверхности Земли, называется плоскостью меридиана, а линия пересечения этой плоскости с поверхностью Земли называется меридианам данной точки.

Мысленное сечение земляной поверхности плоскостями, параллельными экватору, дает на поверхности окружности, которые называются параллелями.

Широтой точки называется угол, составленный отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора и обозначается буквой (фи).

Широта отсчитывается по дуге меридиана к северу и к югу от экватора от 0 до 90°. К северу от экватора широта называется северной, к югу-южной.

Долготой называется двухгранный угол между плоскостью меридиана данной точки и плоскостью начального меридиана и обозначается буквой л.

За начальный принимается меридиан, проходящий через Гринвич на окраине Лондона.

4. Прямоугольная система координат Гаусса-Крюгера

В прямоугольной системе положение точки определяется относительно осей прямоугольных координат: оси абсцисс XX и оси ординат УУ.

Четверти системы координат в геодезии пронумерованы по ходу часовой стрелки,

Положение каждой точки определяется абсциссой х и ординатой у. Знаки координат зависят от четверти в которой находится точка.

Четверти

I II III IV

+ - - + X

+ + - - Y

Плоские прямоугольные координаты выражаются в линейной мере и удобны при геодезических работах на небольших территориях. При этом за начало координат берется произвольная точка.

Однако такая система координат неудобна при геодезических работах на больших территориях и в случае необходимости трудно свести в единое целое геодезические работы на соседних участках.

Поэтому в РФ существует общегосударственная система зональных прямоугольных координат (Гаусса-Крюгера). Дня этого земной эллипсоид делят на 6 или 3° зоны, начиная от Гринвичского меридиана. Средний меридиан зоны называется осевым. Каждую зону особым способом проектируют на плоскость. При этом часть экватора и осевой меридиан превращаются в прямые, взаимно перпендикулярные, линии.

Осевой меридиан принимают за ось абсцисс, а линию экватора - за ось ординат. За начало координат принимают точку 0 пересечения осевого меридиана с экватором. Чтобы не иметь отрицательных ординат, ординату осевого меридиана считают равной не нулю, а 500 км.

Координаты Гаусса. В марте 1928 г. Геодезический комитет Госплана постановил ввести в СССР прямоугольные координаты Гаусса. Разработка методики применения координат Гаусса и внедрение ее в производство были выполнены ведущими советскими! учеными и производственниками Ф. Н. Красовсшм, Н. Г. Келлем, (1883--1965), В. В. Каврайским, А. П. Ющенко, Д. А. Лариным, Н. Я. Матусевичем (1879--1950) и др. После внедрения координат Гаусса в практику советских геодезических работ эти координаты. получили всемирное значение для геодезии.

Предложенная К. Ф. Гауссом (1777--1855) система прямоугольных плоских координат каждой точки А (ср, X) участка поверхности референц-эллипсоида -- зоны, ограниченной двумя меридианами (рис. 1.5, а), -- ставит в соответствие точку А'(х,у} плоскости (рис. 1.5, б). Прямолинейные изображения осевого -- среднего -- меридиана зоны принимают на плоскости за ось абсцисс, а экватора -- за ось ординат. Эту систему координат используют в СССР как для обработки результатов геодезических измерений,, так и для построения топографических карт различных масштабов. Поэтому систему координат Гаусса понимают и как некоторое изображение -- проекцию поверхности референц-эллипсоида на плоскости. Гауссов закон проецирования поверхности референц-эллипсоида на плоскость сводится к двум положениям (правилам):

1)изображение данной зоны на плоскости сохраняет подобие в бесконечно малых частях, т. е. в проекции Гаусса практически выдерживается постоянство масштаба в каждой точке по всем направлениям в пределах некоторого малого участка. Проекции с указанным свойством называют равноугольными (конформными);

2) постоянный масштаб сохраняется на прямолинейном изображении осевого меридиана. Иначе говоря, расстояние О'А0' от* точки О' начала координат до точки Л0' оси абсцисс, является изображением точки А0 осевого меридиана, численно равно длине дуги ОА0 меридионального эллипса (рис. 1.5, а, б).

Перечисленные два положения позволяют сформулировать определение проекции Гаусса -- это равноугольная проекция поверхности референц-эллипсоида на плоскости, сохраняющая длины на прямолинейном изображении одного из меридианов.

Зависимость между координатами Гаусса х, у и географическими ф, Я установить проще всего с помощью сферических прямоугольных координат х, у. Пусть на рис. 1.5, а представлены: сфера Р'ОР -- осевой меридиан некоторой зоны, произвольная точка Л зоны, дуга большого круга АА0, перпендикулярная осевому меридиану. Тогда дуги ОА0 = х и А0А = у -- сферические прямоугольные координаты точки А, которые будем считать выраженными в радианах. Эти координаты связаны с географическими координатами той же точки зависимостями:

tg x = tg (фи) sec l; sin y = cos (фи) sin l (1.1)

где l = (лямбда)- (лямбда)_о, (лямбда)_о -- долгота осевого меридиана

Географические координаты будем считать выраженными также в радианах. Для точки А поверхности референц-эллипсоида координаты х, у ее изображения Л' на плоскости в проекции Гаусса (рис. 1.5, б) представятся суммой бесконечного степенного ряда (с основанием l), абсолютная величина членов которого непрерывно уменьшается:

x = N [(х -- (фи) + X/N) + 0,00253 l^4 sin (фи) cos^5 (фи)]; (1.2)

y = N[ln tg (y/2 + 45°)-|-0,00112 l^3 cos^5(фи)], (1.3), где х, ll -- координаты (имеют прежние значения); N, X -- функции широты ср; N --длина нормали An (см. рис. 1.3), а X -- длина дуги меридиана от экватора до параллели с широтой ср. Значения N и X обычно выбирают из специальных таблиц по аргументу ср.

В формулах (1.2), (1.3) опущены все члены ряда со степенями 1% и выше для значений х и со степенями l^5 и выше --для у.

Разделив поверхность эллипсоида на ряд достаточно мелких участков, можно считать, что при изображении этой поверхности в конформной проекции каждый. участок сохраняет подобие во всех частях, но в ином масштабе, чем смежные участки. Масштаб изменяется при удалении от оси абсцисс сначала очень медленно, затем изменения масштаба возрастают, становясь весьма ощутимыми.

5. Ориентирование линий

Ориентировать линию - значит определить ее направление относительно истинного или магнитного меридиана. Направление истинного меридиана в данной точке определяется астрономически, магнитного -при помощи магнитной стрелки. Для ориентирования линий служат углы, которые называются азимутами, дирекционными углами и румбами.

Азимут - горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки до направления данной линии. Азимуты измеряются от 0 до 360°. Азимут называется истинным, если он отсчитывается от истинного меридиана, и магнитным, если отсчитывается от магнитного меридиана. Азимут одной и той же линии в разных ее точках различен.

Азимуты

Угол г в данной точке между ее меридианом и линией, параллельной осевому меридиану называется сближением меридианов. Сближение меридианов можно вычислить по приближенной формуле:

г=Длsinц

где, Дл - разность долгот осевого и географического меридиана данной точки, ц-широта точки.

Дирекционный угол - горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линии ему параллельной по ходу часовой стрелки до направления данной линии

Дирекционный угол одной и той же линии в разных ее точках одинаков, Дирекционный угол изменяется от 0 до 360. Между азимутами и дирекционными углами существует следующая связь

А = а±г

Угол у имеет знак положительный, если точка Q на востоке от осевого меридиана, и отрицательный, если на западе.

Румб - острый горизонтальный угол, отсчитываемый от ближайшего направления меридиана до направления данной линии. Румб изменяется в пределах между 0 и 90° и сопровождается названием СВ, ЮВ, ЮЗ, СЗ.

Если румбы отсчитываются от истинного, магнитного или осевого меридиана, то их называют истинным магнитными или осевыми. Между азимутами и румбами существует связь

Азимуты Румбы

0-90° СВ: r₁=А₁

90-180° ЮВ: r₂=180-А₂

180-270° ЮЗ: r₃=А₃-180°

270-360° СЗ: r₄=360-А₄

6. Топографические карты и планы

Планом называется чертеж, изображающий в уменьшенном и подобном виде горизонтальное проложение участка местности без учета кривизны земной поверхности. Размер площади, которую можно изобразить на плане не выходя за пределы заданной точности, определяется формулами:

План без съемки рельефа r=корень(3R^2дl)

План со съемкой рельефа r=корень(2R^2дh)

где R - радиус земного шара (6380 км); дl и дh - заданная точность точек опорной сети по горизонтальному проложению и по высоте; r - радиус круга, в пределах которого обеспечивается заданная точность

Планы бывают контурными и топографическими. На контурных планах изображают только контуры горизонтальных проекций местных предметов. Совокупность местных предметов, нанесенных на план, называют ситуацией плана. На топографических планах, кроме ситуации, условными знаками изображают рельеф местности.

Картой называют чертеж, изображающий в уменьшенном и обобщенном виде всю поверхность земли или значительную ее часть в специальной картографической проекции с учетом кривизны земли. На карте при помощи условных знаков показывают размещение и связи различных предметов и явлений, а также их качественные и количественные характеристики.

7. Виды масштабов

Масштабом плана или карты называется отношение длины линии на плане к длине горизонтального проложения соответствующей линии местностей. Это отношение выражается в виде дроби с числителем 1 и знаменателем, показывающим, во сколько раз горизонтальные проложения линий местности уменьшены при перенесении их на план. В такой записи масштаб называют численным. Для удобства применяются линейный и поперечный масштабы.

Поперечный масштаб обеспечивает более высокую точность измерений. Его строят следующим образом. На прямой линии откладывают несколько раз основание масштаба. Из конца каждого полученного отрезка восстанавливают перпендикуляры, произвольной длины, крайние из которых делят на 10 равных частей н через точки деления проводят параллельные линии. Верхний и нижний крайние левые отрезки делят на 10 частей и точки деления соединяют косыми линиями.

8. Задачи, решаемые на картах и планах

Измерение крутизны скатов/уклона - i=h/d=tg(ню)

Определение площадей S=(x_A(y_B-y_C)+x_B(y_C-y_A)+x_C(y_A-y_B))/2

Измерение расстояний

9. Угловые измерения

В геодезии измеряют горизонтальные, вертикальные углы (углы наклона) и зенитные расстояния.

Горизонтальным углом называется двухгранный угол, ребро которого образовано отвесной линией, проходящей через данную точку. Из определения следует, что если требуется измерить угол между двумя направлениями ВА и ВС, то следует измерить угол в между горизонтальными проекциями этих направлений на горизонтальную плоскость MN.

Вертикальным углом (углом наклона) v называют угол, лежащий в вертикальной плоскости, проходящей через заданное направление и его проекцию на горизонтальную плоскость.

Зенитным расстоянием z называют вертикальный угол между отвесной линией и заданным направлением. Зенитное расстояние дополняет угол наклона до 90°.

10. Приборы для измерения углов

Теодолиты:

Высокоточный теодолит Т1

Точный теодолит Т2, Т5

Технический теодолит Т15, Т30

Оптический теодолит Theo-010

11. Способы измерения горизонтальных и вертикальных углов

Измерение горизонтальных углов

Измерять углы можно только выверенным теодолитом. Установка теодолита в вершине измеряемого угла состоит из трех основных операций:

центрирования теодолита;

горизонтироаания теодолита;

установки трубы.

Центрирование теодолита - это установка оси вращения алидады над вершиной измеряемого угла; операция выполняется с помощью отвеса, подвешиваемого на крючок станового винта, или с помощью оптического центрира.

Горизошпщювание теодолита -- это установка оси вращения алидады в вертикальное положение; операция выполняется с помощью подъемных винтов и уровня при алидаде горизонтального круга.

Установка трубы - это установка трубы по глазу и по предмету; операция выполняется с помощью подвижного окулярного кольца (установка по глазу - фокусирование сетки нитей) и винта фокусировки трубы на предмет.

Для измерения угла на концах на концах линий, образующих угол, устанавливают вешки.

В зависимости от видов геодезических работ, условий измерения, наличия приборов и требуемой точности углы измеряют способами; приемов, повторений, круговых приемов и во всех комбинациях (способ Шрейбера).

Способ приемов. Его применяют в тех случаях, когда необходимо измерить угол, заключенный между двумя смежными направлениями. Теодолит и визирные марки центрируют над точками и приводят в горизонтальное положение. Измерения состоят из двух полуприемов.

Способ повторений. Применяется при измерении углов повторительными теодолитами. После установки на точках теодолита и визирных целей, по лимбу на начальное направление устанавливают отсчет A_1 близкий к нулю. Поворотом алидады визируют на второе направление и берут контрольный отсчет В_к. Затем закрепляют алидаду и вращением лимба снова визируют на начальную точку. Это действие составляет одно повторение.

Способ круговых приемов. Применяют при измерении углов на точке С тремя и более направлениями.

В первом полуприёме на начальное направление по горизонтальному кругу устанавливают отсчет близкий к нулю. Вращая алидаду (при закрепленном лимбе по ходу часовой стрелки, последовательно визируют на каждое направление и берут отсчет. В конце полуприёма повторно визируют на начальную точку (направление). Незамыкание горизонта не должно превышать допустимой величины.

Способ всевозможных комбинаций. При этом способе» предложенном Гауссом и называемом еще способом Шрейбера, измеряются порознь все углы» которые можно образовать, комбинируя по два наблюдаемых на пункте направления. Измерения выполняются также различным числом приемов.

Измерение вертикальных углов

Измерение вертикальных углов производится с помощью вертикального круга, укрепляемого на оси вращения зрительной трубы теодолита. При вращении трубы вокруг ее горизонтальной оси вместе с ней вращается и лимб вертикального круга, а алидада остается неподвижной.

Для получения величины угла наклона визирной оси по вертикальному кругу теодолита необходимо знать место нуля вертикального круга, обозначаемое символом М0₉ или место зенита, обозначаемое MZ.

Местом нуля МО называют отсчет по вертикальному кругу теодолита при горизонтальном положении визирной оси трубы и исходном положении от-счетного устройства.

Местом зенита MZ называют отсчет по вертикальному кругу теодолита при положении визирной оси трубы, направленной в зенит, и исходном положении отсчетного устройства.

При хорошо отъюстированном приборе место и место зенита должны быть близки к 0°. Но практически значения МО и MZ отличаются от 0° на некоторую величину, которую необходимо учитывать при определении углов наклона шли зенитных расстояний z. Дяя каждого типа теодолита расчетные формулы по определению места нуля и вертикальных углов приводятся в паспортах приборов и эависят от типа оцифровки и основного положения вертикального круга - «круг лево» (КЛ) или «круг право» (КП).

12. Линейные измерения

Линейные измерения выполняются непосредственно, с помощью специальных мерных приборов» и косвенно, с помощью дальномеров.

К приборам для непосредственного измерения линий относятся мерные ленты, рулетки, проволоки. Ленты бывают штриховые и шкаловые. Наиболее широкое применение в практике получила стальная двадцатиметровая штриховая лента. На обоих концах такой ленты имеются вырезы, в которые при измерениях вставляются металлические шпильки. Против вырезов наносятся штрихи, расстояние между которыми и определяет длину ленты. Метровые деления ленты оцифрованы, полуметры отмечены заклепками, а дециметровые деления -- сквозными отверстиями. Число сантиметров относительно отверстий при отсчете по ленте оценивается на глаз, К концам ленты прикреплены ручки, которые служат для натяжения ленты в процессе измерений. Для транспортировки лента наматывается на кольцо. К каждой ленте прилагается набор шпилек в количестве 11 штук.

Шкаловые ленты имеют на концах шкалы с миллиметровыми делениями длиной 100 мм. Шкаловые ленты позволяют проводить измерения с повышенной точностью.

Стальные рулетки выпускаются различной длины, от 2 до 100 м, в открытом или закрытом корпусе. Деления на рулетках нанесены через 1 см или 1мм.

Сравнение рабочей стальной рулетки с образцовым мерным прибором осуществляют при натяжении с силой 100 Н, применяя для этого чувствительный динамометр.

В результате компарирования длину мерного прибора при температуре г характеризуют уравнением

l = l₀ + дl + al₀(t -t₀)

где lо - номинальная длина, которая принималась при изготовлении прибора; дl -- поправка к номинальной длине при температуре t0, a - температурный линейный коэффициент (для стали а = 0,00012 °С'); t₀ - температура компарирования.

13. Приборы, используемые для линейных измерений

Земляные ленты и измерительные рулетки, нитяной дальномер, светодальномеры

14. Нивелирование

Нивелированием, или вертикальной съемкой, называют вид геодезических работ, при котором определяют превышение одной точки над другой. Конечной целью нивелирования является определение отметок точек местности и сооружений.

Различают нивелирование геометрическое, тригонометрическое (геодезическое), барометрическое, гидростатическое, радиолакационное и стереофотограмметрическое.

При геометрическом нивелировании наиболее точно определяют превышение одной точки местности над другой непосредственно из отсчетов по рейкам, взятых при горизонтальном визирном луче- Геометрическое нивелирование разделяют на общегосударственное и инженерно-техническое»

При тригонометрическом нивелировании превышение между двумя точками местности определяют из решения прямоугольного треугольника по дайне линии и углу ее наклона к горизонту.

При барометрическое нивелировании превышение между двумя точками местности определяют по разности атмосферного давления в этих точках.

При гидростатическом нивелировании превышение между двумя точками местности определяют по уровню жидкости в сообщающихся сосудах.

Радионивелированием называется способ определения высоты самолета по времени прохождения радиоволн от самолета до поверхности земли и обратно.

Стереофотограмметрическое нивелирование применяют для изображения рельефа местности горизонталями на аэросъемках. Оно основано на стереоскопическом эффекте.

При механическом нивелировании подучают профиль местности непосредственно в процессе измерений превышений нивелиром-автоматом.

15. Виды нивелирования

Различают нивелирование геометрическое, тригонометрическое (геодезическое), барометрическое, гидростатическое, радиолакационное и стереофотограмметрическое.

При геометрическом нивелировании наиболее точно определяют превышение одной точки местности над другой непосредственно из отсчетов по рейкам, взятых при горизонтальном визирном луче- Геометрическое нивелирование разделяют на общегосударственное и инженерно-техническое»

При тригонометрическом нивелировании превышение между двумя точками местности определяют из решения прямоугольного треугольника по дайне линии и углу ее наклона к горизонту.

При барометрическое нивелировании превышение между двумя точками местности определяют по разности атмосферного давления в этих точках.

При гидростатическом нивелировании превышение между двумя точками местности определяют по уровню жидкости в сообщающихся сосудах.

Радионивелированием называется способ определения высоты самолета по времени прохождения радиоволн от самолета до поверхности земли и обратно.

Стереофотограмметрическое нивелирование применяют для изображения рельефа местности горизонталями на аэросъемках. Оно основано на стереоскопическом эффекте.

При механическом нивелировании подучают профиль местности непосредственно в процессе измерений превышений нивелиром-автоматом.

Геометрическое нивелирование

Геометрическое нивелирование производится для определения превышения одной точки над другой, близкой к ней, при помощи горизонтального луча нивелира и отвесно установленных в этих точках реек. По полученным превышениям и по данной отметке начальной точки вычисляют отметки всех остальных точек местности.

Геометрическое нивелирование выполняют специальным геодезическим прибором - нивелиром; отличительная особенность нивелира состоит в том» что визирная линия трубы во время работы приводится в горизонтальное положение.

Различают два вида геометрического нивелирования: нивелирование го середины и нивелирование вперед.

При нивелировании из середины нивелир устанавливают пошлине между точками А и B_t а на точках А и В ставят рейки с делениями, оцифрованными снизу вверх. При движении от точки А к точке В рейка в точке А называется задней, рейка в точке В - передней. Сначала наводят трубу на заднюю рейку, приводят визирную ось трубы в горизонтальное положение и берут отсчет а, затем наводят трубу на переднюю рейку и берут отсчет А.

16. Приборы, используемые для нивелирования

Нивелиры:

Оптические

Гидростатические (Штанговый)

Лазерные

Барометр-анероид

17. Виды ошибок при измерениях

Грубые погрешности

Систематические погрешности (лямбда) - которые в результаты измерений входят по определенной математической зависимости

Случайные погрешности - величину и знак которых предсказать точно до измерения невозможно:

1) В данных условиях измерений случайные погрешности по абсолютной величине не превышают определённого предела;

2) Положительные и отрицательные случайные погрешности равновозможны;

3) Малые по абсолютной величине случайные погрешности встречаются чаще, чем больше;

4) Средние арифметические из случайных погрешностей стремится к нулю при неограниченном числа измерений.

Виды погрешностей измерений, их классификация измерения в геодезии рассматриваются с двух точек зрения: количественной и качественной, выражающей числовое значение измеренной величины, и качественной - характер её точность. Из практики известно, что даже при самой тщательной и аккуратной работе много кратные измерения не дают одинаковых результатов. Если обозначить истинное значение измеряемой величины X а результат измерения l от истинная ошибка измерения дельтаопред из выражения дельта= l-X Любая ошибка результата измерения есть следствие действия многих факторов, каждый из которых порождает свою погрешность. Ошибки, происходящие от отдельных факторов, наз. элементарными.

Ошибки результата измерения яв. алгебраической суммой элементарных ошибок.

Математической основной теорией ошибок измерений являются теория вероятностей и математическая статистика. Ошибки измерений разделяют по двум признакам характеру их действия и источнику происхождения. По характеру - грубые систематические и случайные. Грубыми наз. ошибки превосходящие по абсолютной величине некоторый, установленный для данных условий измерений предел. Ошибки которые по знаку или величине однообразно повторяются в многократных измерениях наз. систематическими. Случайные ошибки - это ошибки, размер и влияние которых на каждый отдельный результат измерения остается неизвестным. По источнику происхождения различают ошибки приборов, внешние и личные. Ошибки приборов обусловлены их несовершенством, например, ошибка в угле, изм. теодолитом, ось вращения которого неточно приведена в вертикальное положение. Внешние ошибки происходят из-за влияния внешней среды, в которой протекают измерения.

Личные ошибки связаны с особенностями наблюдателя, напр., разные набл по разному наводят зрительную трубу на визирную цель. Т к грубые ошибки должен быть искл. из результатов измерений, а систематические исключ. или ослаблены до минимально допустимого предела, то проектирование измерений с необход. точностью, оценку результат выполн. измерений призводят, основываясь на свойства случайных ошибок.

18. Веса результатов измерений

Неравноточные измерения. Понятие о весе измеренных величин. Весовоесреднее

Неравноточными наз. такие измерения l1 l2 l3 l4,скоторые выполнены соответственно с разными средними квадратическими ошибками m1 m2 m3 m4 за счет разного количества приемов, использования приборов различной точности, разных условий и т п. Для определения а этом случае в качестве общего результата арифметической средины пользуются формулой где Pi- вспомогательные числа, называемые весами измерений, определяющими степень доверия к их результатам. Веса вычисляются по формуле. Где - безразмерный коэффициент. Понятие веса применимо и для любой функции F измеренных величин. Вес Pf функции F при известной её средней квадратической ошибке mf вычисляют по формуле

Величину наз. ошибкой единицы веса, т к при Pi=1

Величину обратного веса наз. обратным весом и обычно обозначают буквой q для веса измерения и Q - для веса функции. Используя формулы первую и последнею в практике проектирования геодезических измерений и их обработки решают две основные задачи - установление весов неравноточных или разнородных измерений с целью совместной обработки их результатов. определение веса функции неравноточных измерений аргументов для получения средней квадратической ошибки функции и наоборот

19. Государственные геодезические сети и их виды

Сеть опорных пунктов, последовательно создаваемая на всей территории страны, составляет государственную геодезическую сеть СССР. Для определения положения пунктов такой сети используют единую систему геодезических координат и высот -- систему координат 1942 г., введенную в нашей стране постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 г. Государственную геодезическую сеть делят на плановую и высотную. Плановую геодезическую сеть создают с помощью триангуляции, полигонометрии, трилатерации и их сочетаний. В зависимости от точности измерения углов и расстояний, длин сторон ее подразделяют на сети 1--4 классов.

«Государственная сеть 1-го класса, как астрономо-геодезическая сеть, предназначается для научных исследований, связанных с определением формы и размеров Земли, и для распространения единой системы координат на всю территорию СССР».

Эту сеть строят в виде полигонов периметром около' 800-- 1000 км (рис. 6.6), состоящих из триангуляционных или полигоно-метрических звеньев длиной не более 200 км и расположенных по возможности вдоль меридианов и параллелей. «Длины сторон в звеньях триангуляции 1-го класса должны быть, как правило, не менее 20 км. В некоторых районах СССР полигоны геодезической сети 1-го класса заменяют построением сплошных сетей триангуляции 1-го класса.

Рис. 6.6. Полигон астрономо-геодезической сети, заполненный триангуляцией 2-го и 3-го классов и пунктами 4-го класса

1 -- базисная сторона и пункт Лапласа; 2--сторона триангуляции 1-го класса; 3--сторона триангуляции 2 го класса; 4-- полигонометрия 1-го класса; 5 -- сторона триангуляции 3-го класса; 6 -- пункт триангуляции 4-го класса

Государственная геодезическая сеть 2-го класса состоит из сетей треугольников со сторонами 7--20 км, сплошь покрывающих площади полигонов, составленных рядами триангуляции 1-го класса Ее в некоторых случаях, если это технически целесообразно и экономически выгодно, заменяют полигонометрией. Сети 1-го и 2-го классов служат геодезической основой для развития сетей 3-го> и 4-го классов.

В исключительных случаях, когда на местности еще не построена сеть 1-го и 2-го классов, допускается для обоснования топографических съемок крупного масштаба строить самостоятельные сети 3-го и 4-го классов.

В табл. 6.1 приведены некоторые показатели государственной: геодезической сети СССР, установленные Инструкцией *, которая обязательна для всех ведомств и учреждений, производящих их построение.

Таблица 6.1

Класс триангуляции	Средняя длина сторон треугольников, КМ	Средняя квадратическая погрешность измерения одного угла	Допустимая угловая невязка в треугольнике	Точность определения длины выходной стороны
1 2 3 4	Не менее 20 7-20 5-8 2-5	0,7" 1,0" 1,5" 2"	3" 3,5" 5" 7"	1:400 000 1:300 000 1:200 000 1:200 000

Пункты триангуляции выбирают на местности так, чтобы с них были видны не только все смежные пункты, но и обеспечивалась хорошая видимость на возможно большую площадь, а форма фигура ими составленных, была наилучшей.

Государственные плановые геодезические сети методом трилатерации строят по схемам и программам, которые специально разрабатывают для каждого конкретного случая, исходя из физико-географических и других условий района работ.

20. Государственные геодезические плановые и высотные сети

Геодезическая сеть - это система закрепленных точек земной поверхности, положение которых определено в общей для них системе геодезических координат. Геодезическая сеть бывает 2-х видов: плановая и высотная.

В России геодезические сети, как плановые, так и высотные, подразделяются на государственную геодезическую сеть, геодезическую сеть сгущения и съемочную геодезическую сеть. Государственная геодезическая сеть является исходной для построения всех других геодезических сетей. Сеть сгущения служит для дальнейшего увеличения количества точек геодезической сети. Съемочная сеть является геодезическим обоснованием для производства топографических съемок, а также для выполнения различного рода инженерно-геодезических работ.

Плановые геодезические сети создаются методами триангуляции, полигонометрии трилатерации.

При построении геодезической сети методом триангуляции на местности закрепляют ряд точек, которые в своей совокупности образуют систему треугольников. В треугольниках измеряются все углы и некоторые стороны, которые наз базисными.

Метод полигонометрии заключается в построении на местности ломанных линий, наз полигонометрическими ходами. Эти ходы прокладываются обычно между пунктами триангуляции. В полигонометрических ходах измеряются все углы поворота и длины всех сторон.

При построении сети методом трилатерации на местности также строится сеть треугольников, в которых при помощи свето- и радиодальномеров измеряются все стороны.

Высотная геодезическоя сеть строится методом геометрического или тригонометрического нивелирования.

21. Государственные геодезические сети сгущения и геодезическое съемочное обоснование

Геодезические сети сгущения

Сети сгущения могут создаваться как самостоятельные опорные геодезические сети, так и в дополнение к государственной геодезической сети. Их делят на плановые, состоящие из полигонометрии 4-го класса и триангуляции, трилатерации и полигонометрии 1-го и 2-го разрядов, и высотные, создаваемые техническим нивелированием (см. гл. 8).

Рис. 6.7. Схемы триангуляции 1-го и 2-го разрядов

1--исходный геодезический пункт, 2-- исходная сторона триангуляции; 3--определяемый пункт, 4 -- базис, 5--сторона триангуляции с двусторонними направлениями, 6--односторонние направления

Триангуляция 1-го и 2-го разрядов представляет собой сплошную сеть (рис. 6.7, а) или цепочку треугольников (см. рис. 6.2), а равно и отдельные точки, получаемые засечками с пунктов государственной сети (рис. 6.7, б), а для триангуляции 2-го разряда -- и с пунктов сети 1-го разряда. Полигонометрические сети 4-го класса и 1-го и 2-го разрядов создаются из отдельных ходов и их систем.

Отдельные ходы должны опираться на два исходных (более высокого класса точности) пункта.

Ниже приведены показатели для плановых геодезических сетей сгущения, в соответствии с которыми их создают при выполнении топографо-геодезических съемок в масштабах 1 : 500, 1 : 5000.

Для триангуляции разряда	Длина сторон треугольников,км, не более	Предельная средняя квадратическая погрешность измерения угла (по невязкам в треугольниках), не более	Предельная допустимая угловая невязка в треугольнике	Относительная, погрешность измерения выходной (базисной) стороны
1 2	5,0 3,0	5" 10"	20" 40"	1/50 000 1/20 000

Для полигонометрии	Предельная длина хода между исходной и узловой точкой, км	Число сторон в ходе между исходными сторонами, не более	Средняя квадратическая погрешность измерения угла (по невязкам в ходах), не более	Предельная относительная погрешность хода
4-го класса 1-го разряда 2-го разряда	7 3 2	15 15 15	2" 5" 10"	1/25 000 1/10 000 1/5000

Координаты и высоты пунктов геодезических сетей сгущения вычисляют в системе координат в проекции Гаусса и Балтийской системе высот. геодезия географический масштаб нивелирование

Техническое нивелирование для создания пунктов высотного геодезического обоснования производится геометрическим методом п>тем проложения замкнутых или разомкнутых ходов. Погрешности в таких ходах не должны превышать (50 корень(L)) мм, где L -- длина хода, км.

22. Принципы построения государственных геодезических сетей

Геодезич. сети - совокупность точек, закреплённых на местности, положение которых определёно в общей для них системе координат.

23. Способы разбивки сооружений

Способ разбивки осей сооружений заключается в том, что от исходных точек в заданном направлении укладывают два линейно-измерительных прибора, например рулетки, до пересечения друг с другом. При этом первую рулетку укладывают от первой исходной точки, пересекая направление разбиваемой оси, вторую рулетку укладывают от второй исходной точки, пересекая направление разбиваемой оси, причем точки пересечения разбиваемой оси и рулеток выбирают произвольно. Рулетки укладывают за пределами точки их взаимного пересечения, затем берут отсчеты по рулеткам в точке их пересечения, от начальных отсчетов рулеток, совпадающих с исходными точками, откладывают расстояния, вычисленные в соответствии с приводимыми выражениями.

24. Детальная разбивка осей зданий

Способ разбивки осей сооружений заключается в том, что от исходных точек в заданном направлении укладывают два линейно-измерительных прибора, например рулетки, до пересечения друг с другом. При этом первую рулетку укладывают от первой исходной точки, пересекая направление разбиваемой оси, вторую рулетку укладывают от второй исходной точки, пересекая направление разбиваемой оси, причем точки пересечения разбиваемой оси и рулеток выбирают произвольно. Рулетки укладывают за пределами точки их взаимного пересечения, затем берут отсчеты по рулеткам в точке их пересечения, от начальных отсчетов рулеток, совпадающих с исходными точками, откладывают расстояния, вычисленные в соответствии с приводимыми выражениями.

25. Геодезическое обеспечение строительства подземной части зданий и сооружений

1) Выбор площадки под строительство (сбор, анализ и обобщение геодезического материала);

2) Строит. проектирование (топограф. геод. изыскания, геод. обеспеч. др. видов изысканий);

3) Изготовление строит. конструкций (контроль за соблюдениями геом. параметров элементов и изготовлении строит конструкций);

4) Подготовит. период строительства (создание геод. разбивки основы, инж. подготовке территории, которая включает планировочные работы, прокладку подземных коммуникаций и подземных дорог);

5) Основной период строительства (вывоз на натуру осей конструктивных элементов, геод. обеспечения строит.-монтажн. производства при возведении подземных и надземных частей здания, исполнит.);

6) Окончание строительства (составление и сдача тех. отчёта о результатах работы выполненных в процессе строительства)

26. Этапы и задачи съемки подземных сооружений

Инженерно-геологические изыскания при строительстве подземных сооружений

Особенности проведения инженерно-геологических изысканий при проектировании подземных сооружений

К подземным сооружениям, строительство которых осуществляется во все больших объемах, относятся:

тоннели;

шахты;

подземные хранилища нефти, газа;

холодильники и складские помещения;

резервуары ГАЭС;

сооружения культурно-бытового (магазины, кинотеатры, гаражи, вокзалы и др.) и специального назначения.

Особенности взаимодействия подземных сооружений с окружающей их геологической средой состоят в изменении (разгрузке) напряженного состояния горных пород вокруг выемки, результатом которого являются горное давление, пучение, обрушение, сдвижение и другие инженерно-геологические процессы; создании границы раздела геологической среды с подземной атмосферой, обусловливающей подземное выветривание, суффозию, выплываиие плывунов в выработку, дренаж подземных вод, вынос заполнителя трещин и пустот, прорывы вод и газов в выемку. Перечисленные процессы могут существенно усложнить строительство подземных сооружений, привести к авариям и человеческим жертвам, поэтому в задачу инженерно-геологических изысканий входят прогноз инженерно-геологических процессов и разработка рекомендаций, касающихся конструктивных решений и рациональных способов ведения работ.

Изыскания для подземных сооружений проводят с целью обоснования схемы (в рамках генерального плана города, промышленного комплекса); для обоснования проекта подземного сооружения; рабочей документации; при строительстве ответственных подземных сооружений и иногда в процессе их эксплуатации. Схема содержит замысел использования подземного пространства города, промышленного комплекса на перспективу, очередность проектирования и строительства подземных сооружений. Инженерно-геологическое заключение, обосновывающее схему, составляют по накопленной инженерно-геологической информации (этап I). Оно должно содержать описание инженерно-геологических условий планируемой для освоения территории, а точнее -- области геологического пространства, рекомендации о возможностях строительства подземных сооружений, рассмотрение условий и процессов, с которыми встретятся строители подземных сооружений.

Методы инженерно-геологических изысканий при строительстве подземных сооружений

В инженерную задачу проекта входят выбор места строительства (трассы) подземного сооружения, разработка компоновочного решения, проведение предварительных расчетов, выбор типа и конструкции сооружения, разработка проекта защитных мероприятий. В соответствии с условиями инженерной задачи инженерно-геологические изыскания для обоснования проекта отвечают этапам IIа (инженерно-геологические работы на конкурирующих вариантах) и этапам II6 (работы на выбранной строительной площадке). На участке предполагаемого строительства, охватывающем возможные варианты, или на отдельных участках проводят инженерно-геологическую съемку специального назначения масштаба 1:10 000. На участках возможного размещения порталов тоннелей, штолен, порталов подземных хранилищ масштаб съемки -- 1 : 2000 -- 1 : 5000. При изысканиях для линейных сооружений ширина полосы съемки -- до 1 км.

27. Наблюдения за горизонтальными перемещениями

Наблюдения за горизонтальными смещениями осуществляют циклами.

Нулевой цикл выполняют до появления горизонтальной нагрузки. Последующие циклы совмещают с этапами ожидаемого появления гориз. смещения, а после ввода сооружения в эксплуатацию, не реже двух раз в год до полной стабилизации сооружения.

28. Методы наблюдения за горизонтальными перемещениями

Одним из наиболее часто применяемых способов наблюдения за горизонтальными смещениями является метод створных наблюдений



Рис.118. Створный метод наблюдений за горизонтальными смещениями

а- определение отклонений от створа с помощью измерительных линеек;

б - измерительная линейка;

в - схема смещения точек;

г - определение отклонений от створа с помощью измерения параллактических углов

В этом методе вне зоны подвижного грунта закладывают строительные рипперы А и В и периодически определяют отклонение С1, С2, С3 деформационных марок 1, 2, 3 от створа АВ. Для повышения точности превышения линию створа располагают на небольшом расстоянии от сооружения.

Измерение линейкой.

В этом способе используют специальные измерительные линейки 3 с миллиметровыми делениями (рис. 118,6). Линейка крепится на раме 2, имеющей специальные упоры, которые вставляются в ушки 1 деформационной марки. В закрепленном на марке положении измерительная линейка занимает горизонтальное положение.

При измерениях отклонений деформационных марок от створа над опорным знаком А устанавливают теодолит, приводят его в рабочее положение, наводят крест нитей на визирную марку над опорным знаком В, и при закрепленных лимбе и алидаде, последовательно, как при боковом нивелировании, берут отсчеты с1а, с2а и с3а по измерительной линейке. Эти измерения составляют первый полуприем.

Во втором полуприёме теодолит устанавливают в В и ориентируют на А.

По полученным расчётам вычисляют средние и вписывают их в ведомость “Измерения счисления ”. Результат измерений вписывают в спец. схемы отдельно по каждому циклу, что позволяет более наглядно представить изменение смещения по времени.

Размещено на Allbest.ru

...