Главные вкладки
Геодезия
Материалы для закрепления знаний, дополнительного и самостоятельного изучения
Скачать:
Предварительный просмотр:
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Методы нивелирования Нивелирование - измерение превышений с целью определения высот точек. Геометрическое нивелирование - метод определения превышений путем взятия отсчетов по вертикальным рейкам при горизонтальном луче визирования. Это основной метод нивелирования. Тригонометрическое нивелирование - метод определения превышения путем измерения вертикального угла и расстояния . Барометрическое нивелирование основано на зависимости между высотой и атмосферным давлением . Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаться на одном уровне . Определение превышений и высот точек с помощью спутниковых измерений .
Геометрическое нивелирование Нивелирование: а из середины; б вперед; ee – исходная уровенная поверхность
Нивелирные рейки СКЛАДНАЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ
Нивелирование из середины – основной способ. Для измерения превышения точки B над точкой A ( рис. а ) нивелир устанавливают в середине между точками ( ≈ на равных расстояниях ), приводят визирную ось к горизонту. На точках А и В устанавливают нивелирные рейки. Берут отсчет a по задней рейке, отсчет b по передней. Превышение равно: h = a b Если известна высота H A точки А , то высоту H В точки В вычисляют по формуле: H B = H A + h AB При нивелировании вперед ( рис. б ) нивелир устанавливают над точкой A и измеряют высоту прибора k . В точке B по рейке берут отсчет b по черной стороне рейки . Превышение: Ф(1) Ф(2) h = k – b Геометрическое нивелирование Ф(3)
Отсчеты по рейкам 1362 6042 ПО ЧЕРНОЙ СТОРОНЕ ПО КРАСНОЙ СТОРОНЕ
Если между точками А и В измерить превышение с одной установки нивелира невозможно, его измеряют по частям, т.е. прокладывают нивелирный ход . Превышения вычисляют по формулам: h 1 = a 1 b 1 ; h 2 = a 2 b 2 ; h 3 = a 3 b 3 Превышение между точками хода А и В равно сумме: h AB = h 1 + h 2 + h 3
Нивелиры Рис.1. УСТРОЙСТВО НИВЕЛИРА Н-3 1 зрительная труба; 2 фокусирующий винт зрительной трубы; 3, 4– закрепительный и наводящий винты; 5– круглый уровень; 6– исправительные винты круглого уровня; 7– подъемные винты; 8 подставка; 9– элевационный винт; 10– окуляр с диоптрийным кольцом для фокусировки трубы по глазу; 11– исправительные винты цилиндрического уровня; 12– цилиндрический уровень
Работа с нивелиром Вращая элевационный винт 9 ( рис.1), изменяющий наклон трубы 1 и цилиндрического уровня 12, приводят ось уровня в горизонтальное положение. Ось уровня горизонтальна, если его пузырек находится в нульпункте , на что указывает совмещение концов изображений половинок уровня в поле зрения трубы ( рис.2). Отсчет берут по среднему штриху сетки нитей. Р ис.2. Поле зрения зрительной трубы нивелира: отсчет по рейке равен 1449 мм
Поверки нивелира Рис.3. Оси и исправительные винты нивелира : ss – визирная ось зрительной трубы; ii – ось вращения прибора; uu – ось цилиндрического уровня; ee – ось круглого уровня; 1– исправительные винты цилиндрического уровня; 2– исправительные винты круглого уровня.
Поверки нивелира Поверка круглого уровня. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения прибора . Подъемными винтами нивелира приводят пузырек круглого уровня в нульпункт . Поворачивают нивелир на 180 вокруг оси его вращения ii ( рис.3). После поворота пузырек остался в нульпункте - условие выполнено – ось круглого уровня ee параллельна оси вращения прибора ii . В противном случае - исправительными винтами 2 изменяют наклон уровня так, чтобы пузырек сместился в сторону нульпункта на половину отклонения.
Поверки нивелира Поверка цилиндрического уровня. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы. Измеряют одно и того же превышение дважды из середины и с неравными расстояниями до реек. На расстоянии 75-100 м друг от друга закрепляют две точки, на которые устанавливают рейки (рис.4). В середине, на равных расстояниях от реек устанавливают нивелир, приведя пузырек цилиндрического уровня в нульпункт , берут отсчеты a и b по рейкам и вычисляют превышение: . Если визирная ось трубы не параллельна оси уровня на угол i , то вместо верных отсчетов a и b будут прочтены отсчеты a 1 и b 1 . Т.к. расстояния до реек равны, ошибки в обоих отсчетах будут одинаковыми, a = b . Вычисленное превышение будет равно: h = a 1 – b 1 = ( a + a ) – ( b + b ) = a – b h = a b
Поверки нивелира Рис.4. Поверка цилиндрического уровня. Измерения из середины Несмотря на ошибки отсчетов, вызванные непараллельностью оси уровня и визирной оси трубы, превышение, вычисленное по измерениям из середины верное.
Поверки нивелира Рис.5. Поверка цилиндрического уровня. Измерения с неравными расстояниями до реек Нивелир переносят и устанавливают на расстоянии 2 3 м от одной из реек ( рис.5). Берут отсчет b 2 по ближней рейке . Расстояние до рейки мало, поэтому отсчет b 2 считают точным. Вычисляют отсчет, который должен быть на дальней рейке, если луч визирования горизонтален: a 0 = b 2 + h . Наводят нивелир на дальнюю рейку и берут фактический отсчет a 2 . Сравнивают вычисленный и фактический отсчеты.
Поверки нивелира Если вычисленный a 0 и фактический a 2 отсчеты различаются меньше, чем на 5 мм, то считают ось цилиндрического уровня uu ( рис.3) параллельна визирной оси ss . Если отсчеты различаются больше, чем на 5 мм, цилиндрический уровень исправляют. Элевационным винтом наводят штрих сетки нитей на отсчет a 0 по дальней рейке. При этом пузырек уровня уйдет из нульпункта . Вертикальными исправительными винтами приводят его в нульпункт , совмещая изображения половинок. У нивелиров с компенсатором в изирная ось зрительной трубы должна быть горизонтальна в пределах работы компенсатора . Поэтому с помощью вертикальных исправительных винтов сетки нитей наводят среднюю нить на отсчет по дальней рейке, равный вычисленному отсчету a 0
Предварительный просмотр:
Предварительный просмотр:
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Геодезическая сеть- совокупность пунктов на земной поверхности, закрепленных специальными центрами, положение которых определено в общей для них системе координат и высот Плановые сети– это такие, в которых определены плановые координаты ( плоские- X , Y или геодезические- широта B и долгота L ) пунктов. Высотные сети - определяют высоты пунктов относительно отсчетной поверхности. Пространственные сети - определяют пространственные координаты пунктов, например, прямоугольные геоцентрические X , Y , Z или геодезические B , L , H Методы построения плановых сетей Триангуляция– метод определения планового положения геодезических пунктов путем построения на местности сети треугольников, в которых измеряют углы, а также длины некоторых сторон, называемых базисными сторонами (рис. 1 )
Рис. 1 . Схема сети триангуляции В треугольнике АВ P известны координаты А ( Х А , У А ) и В ( Х В , У В ) Решая обратную геодезическую задачу определяем длину стороны АВ= b и α АВ , длины d 1 и d 2 вычисляем по теореме косинусов: Подобным образом, вычисляют длины всех сторон сети. Дирекционные углы сторон А P и В P равны: Координаты пункта P и всех остальных пунктов определяются по формулам прямой геодезической задачи:
Трилатерация – метод определения планового положения геодезических пунктов путем построения на местности сети треугольников, в которых измеряют длины сторон Если в треугольнике АВ P (рис. 1 ) известен базис b и измерены стороны BP и AP , по теореме косинусов вычисляют углы треугольника: (ф. 1) Рис. 2 . Полигонометрия: а полигонометрический ход; б – система ходов
Основные виды плановых геодезических сетей ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ (ГГС) Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС ) Расстояния между пунктами 650-1000км Высокоточная геодезическая сеть (ВГС ) Расстояния между пунктами 150-300км Спутниковая геодезическая сеть 1 класса (СГС-1 ) Расстояния между пунктами 25-35км Астрономо-геодезическая сеть Сеть 1 класса- полигоны; сеть 2 класса- сети внутри полигонов; сети 3 и 4 классов- сгущение сети Сети сгущения 1 и 2 разряда Геодезические сети специального назначения Съемочные сети
Закрепление пунктов плановых геодезических сетей Пункты геодезических сетей закрепляют на местности специальными знаками- центрами . Нормативами установлены типовые конструкции центров, зависящие от класса пункта и местных условий . На рис. 3а показан центр пункта ГГС 1 - 4 классов для районов сезонного промерзания грунта. Это железобетонный пилон и скрепленный с ним цементным раствором якорь диаметром 50 см и высотой 20 см. На верху пилона крепится чугунная марка, на верхней поверхности которой отмечена точка, к которой относятся координаты пункта . В 1,5 м для обнаружения устанавливают железобетонный столб с металлической, обращенной в сторону центра . До внедрения спутниковых технологий над центрами геодезических пунктов устанавливались геодезические знаки- деревянные или металлические сооружения, служащие объектом визирования на пункт и для подъема приборов над землей ( рис. 3б ).
Рис. 3а. Центр геодезического пункта ------ граница промерзания грунта Рис. 3б. Геодезические знаки: слева- пирамида; справа- сигнал
Создание съемочных сетей проложением теодолитных ходов Теодолитный ход- ход полигонометрии, выполненный методами, достаточными для обеспечения точности, требуемой в съемочных сетях Рис. 4. Схемы теодолитных ходов: а – разомкнутого; б – замкнутого; в – висячего Обработка разомкнутого теодолитного хода Исходные данные в разомкнутом ходе (рис. 4 а ): координаты начального и конечного пунктов 1 и 4 ( Х НАЧ , У НАЧ , Х КОН , У КОН ) и дирекционные углы начального А-1 и 4-В направлений ( α НАЧ и α КОН )
Уравнивание углов . Подсчитывают сумму измеренных углов Теоретически сумма равна: - для правых углов: - для левых углов: где n - число измеренных углов Отличие фактической суммы углов от теоретической представляет угловую невязку хода: (ф. 2) Вычисленную угловую невязку сравнивают с допустимой: Если угловая невязка меньше допустимой, то невязку распределяют поровну во все измеренные углы со знаком, противоположным знаку невязки:
Ведомость вычисления координат точек теодолитного хода
Вычисление дирекционных углов . Дирекционные углы вычисляют, используя начальный дирекционный угол нач и измеренные углы i , исправленные поправками : - для правых углов: - для левых углов : индексы i = 1, 2, …, n соответствуют номерам углов и сторон на рис.3 а , причем 0 = нач и n = кон Вычисление приращений координат выполняют по дирекционным углам и длинам сторон хода: i = 1, 2, …, n 1 Вычислив суммы приращения и находим координатные невязки : Вычисляем абсолютную невязку : и относительную невязку хода: f P , Р=∑ d - длина хода. (ф. 3) (ф. 3)
Если относительная невязка не превосходит допустимой ( обычно 1 2000), то f x и f y распределяем (см. записи курсивом в графах 5 и 6), в виде поправок к приращениям координат, пропорциональных длинам сторон, со знаками, противоположными знакам невязок : Суммы поправок должны равняться невязкам с обратным знаком : Вычисление координат точек теодолитного хода: ( i = 1, 2, …, n 1 ) Контроль правильности вычислений - совпадение вычисленных и заданных координат последней точки теодолитного хода (ф. 4)
Обработка замкнутого теодолитного хода Исходные данные в замкнутом теодолитном ходе : координаты одного из пунктов хода и дирекционный угол одной из сторон ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ Угловая невязка вычисляется: где n – число углов в полигоне Распределяем угловую невязку , вычисляем дирекционные углы сторон хода. Правильность вычислений в конце должно быть получено то же значение дирекционного угла, которое было исходным. Невязки в координатах : в данном случае: ; Распределяем невязки f x и f y и вычисляем координаты точек хода. П равильность вычислений вычисленные в конце координаты начальной точки хода должны равняться исходным.
Определение координат засечками Засечка- метод определения координат отдельной точки измерением элементов, связывающих ее положение с исходными пунктами Рис. 5. Схемы засечек: а – прямая угловая; б – обратная угловая; в – комбинированная угловая; г – линейная; д – линейно-угловая
Прямая угловая засечка . На исходных пунктах A и B с координатами х А , у А , х В , у В (рис. 4а) измеряют углы β 1 и β 2 . Далее вычисляют α АР и α ВР : Дирекционные углы с координатами связаны формулами обратной геодезической задачи: Вычисляем координаты точки Р ( формулы Гаусса ): Контроль: у Р вычисляют вторично: Если α АР или α ВР близок к 90 о или 270 о , то применяют формулы: (ф. 5)
Обратная угловая засечка . На определяемой точке P (рис. 4 б ) измеряют углы β 1 и β 2 между направлениями на исходные пункты A , B и C . Координаты точки P вычисляют по формулам Гаусса, предварительно вычислив α АР и α ВР : Контроль: измеряют избыточный угол β 3 и вычисляют координаты, используя другую пару измеренных углов . Линейная засечка. Для определения координат точки Р (рис. 4г ) измеряют расстояния d 1 и d 2 . По формуле косинусов (ф.1 ) находят углы треугольника АРВ. Вычисляют АР = АВ A , а искомые координаты- по формулам прямой геодезической задачи: x P = x A + d 1 cos АР ; y P = y A + d 1 sin АР . Контроль: измеряют избыточное расстояние d 3 и вычисляют координаты из треугольника ВРС.
Предварительный просмотр:
Предварительный просмотр:
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Построение сетки координат Координатную сетку можно построить с помощью линейки поперечного масштаба. Необходимо рассчитать количество квадратов по осям х и у . Пусть согласно заполненной ведомости вычисления координат требуется составить план в масштабе 1:5000. При этом длина стороны квадрата сетки (5 см) соответствует 250 м горизонтального проложения местности. Исходя из значений координат хода, определяем величины : , где Х max , У max – максимальные значения координат точек, округленные в большую сторону до величин, кратных длине квадрата сетки в данном масштабе; X min , Y min – минимальные значения координат, округленные в меньшую сторону до величин, кратных длине квадрата сетки в данном масштабе .
Построение сетки квадратов Для этого на листе бумаги проведите диагонали АВ и CD . Из точки пересечения диагоналей (точки 0) сделайте циркулем засечки одинакового размера.
Полученные точки а , d , b и с соедините прямыми линиями.
Стороны прямоугольника асbd разделите пополам и через точки деления проведите прямые 1–2 и 3–4, которые должны пройти через точку 0 пересечения диагоналей. Если число квадратов четное, то от нуля в направлении точек 1, 2, 3 и 4 отложите отрезки, равные стороне квадрата сетки . При нечетном - от нуля откладывают половину стороны квадрата сетки, а затем величину, равную стороне квадрата сетки. 1 2 3 4
Соединив линиями соответствующие точки на противоположных сторонах прямоугольника, получают сетку квадратов. Циркулем-измерителем проверьте правильность построения координатной сетки путем измерения диагоналей ее квадратов; длины диагоналей должны быть равны 7,07 см или отличаться от этой величины не более чем на ±0,2 мм.
Нанесение на план точек теодолитного хода Проводится по их вычисленным координатам. Для этого определите квадрат сетки, в котором должен находиться пункт. Например, точка №2 с координатами Х=3411,20 и У=1187,20 попадает в квадрат сетки 3250-1000 (рис.). От линии сетки Х=3250 точка №2 отстоит на 3411,20-3250=161,20м. От этой линии на двух вертикальных сторонах квадрата в масштабе плана откладывают 161,20м и проводят вспомогательную линию Х=3411,20м.
Далее на ней от линии У=1000 в масштабе плана откладывают 187,27м (1187,20–1000). Полученная точка является местоположением точки №2 на плане . Аналогично наносятся по координатам все вершины теодолитного хода. Правильность нанесения на план двух соседних точек проверяют по длинам сторон хода. Для этого на плане измеряют расстояния между вершинами хода и сравнивают их с соответствующими горизонтальными проекциями сторон, взятыми из ведомости вычисления координат; расхождение не должно превышать 0,2 мм на плане, т. е. графической точности масштаба . Грубые ошибки обнаруживают, измерив транспортиром горизонтальные и дирекционные углы сторон, сравнив их с соответствующими значениями, приведенными в ведомости. Для построения на плане линий служит поперечный масштаб. Нанесение на план точек теодолитного хода
Предварительный просмотр:
Предварительный просмотр:
Предварительный просмотр:
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Геодезия – наука, изучающая фигуру и внешнее гравитационное поле Земли и разрабатывающая методы создания систем координат, определения положения точек на Земле и околоземном пространстве, изображения земной поверхности на картах. Основные задачи инженерной геодезии: топографо-геодезические изыскания создание на объекте работ геодезической сети, топографическая съемка, геодезическая привязка точек геологической и геофизической разведки инженерно-геодезическое проектирование разработка генпланов сооружений; геоподготовка проекта для вынесения в натуру, горизонтальная и вертикальная планировка, определение площадей
геодезические разбивочные работы создание геодезической разбивочной сети и вынос в натуру главных осей сооружения, его детальную разбивку геодезическая выверка конструкций и техоборудования при установке их в проектное положение наблюдения за деформациями сооружений определение осадки оснований и фундаментов, плановых смещений и кренов сооружений
Форма и размеры Земли
Геоид - тело, принятое за теоретическую фигуру Земли, ограниченное поверхностью океанов в их спокойном состоянии, продолженной и под материками. Э ллипсоид – фигура, получаемая вращением эллипса вокруг его малой оси . Используемые общеземные эллипсоиды : ПЗ-90 (Параметры Земли 1990г., РФ) и WGS -84 (Мировая геодезическая система 1984г., США) Референц -эллипсоид – эллипсоид, принятый для геодезических работ в конкретной стране. С референц -эллипсоидом связана принятая в стране система координат . В России с 1946 г. в качестве референц -эллипсоида используется эллипсоид Красовского с параметрами: а = 6 378 245 м, = 1/ 298,3 .
Меридианный эллипс : Р с – северный полюс; Р ю – южный полюс Параметры эллипсоида : a большая полуось, b малая полуось, полярное сжатие, e – первый эксцентриситет меридианного эллипса
Системы координат, применяемые в геодезии
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ КООРДИНАТЫ . Начало системы координат расположено в центре O земного эллипсоида Земной эллипсоид и координаты: Х , Y , Z – пространственные прямоугольные; B , L , H геодезические; G Гринвич Ось Y направлена перпендикулярно осям Z и X на восток Ось Z направлена по оси вращения эллипсоида к северу. Ось Х лежит в пересечении плоскости экватора с начальным гринвичским меридианом.
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ КООРДИНАТЫ Геодезической широтой точки М называется угол В , образованный нормалью к поверхности эллипсоида, проходящей через данную точку, и плоскостью экватора. Геодезические меридианы - п лоскости сечения эллипсоида, проходящие через ось OZ , называются. Геодезической долготой точки М называется двугранный угол L , образованный плоскостями начального (гринвичского) геодезического меридиана и геодезического меридиана данной точки. Геодезической высотой точки М является ее высота Н над поверхностью земного эллипсоида.
Геодезические координаты с пространственными прямоугольными координатами связаны формулами : X = ( N + H ) cos B cos L , Y = ( N+H ) cos B sin L , Z = [(1 e 2 ) N + H ] sin B , где e первый эксцентриситет меридианного эллипса и N радиус кривизны первого вертикала. При этом N = a /(1 e 2 sin 2 B ) 1/2 .
ПЛОСКИЕ ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ КООРДИНАТЫ В России принята система прямоугольных координат, основой которой является равноугольная поперечно–цилиндрическая проекция Гаусса . Деление поверхности Земли на координатные зоны: G – Гринвич Долгота осевого меридиана зоны с номером N равна: 0 = 6 N 3 Размер зоны по долготе равен 6
Ось абсцисс Х - о севой меридиан Ось ординат У - экватор Изображение координатной зоны на плоскости: О – начало координат ( х 0 =0; у 0 =500 км ) К оординаты пересечения принимают равными: x 0 = 0, y 0 = 500 км России единая система координат СК-95. Н а местности закреплена пунктами государственной геодезической сети
МЕСТНЫЕ (условные) СИСТЕМЫ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ КООРДИНАТ и спользуют при строительстве различных объектов, направления осей и начало координат назначают, исходя из удобства их использования в ходе строительства и последующей эксплуатации СИСТЕМЫ ВЫСОТ Высота точки - расстояние по отвесной линии от точки до уровенной поверхности, принятой за начало счета высот Абсолютные высоты - высоты отсчитывают от основной уровенной поверхности, то есть от поверхности геоида Условные высоты - начало счета от другой уровенной поверхности В России- Балтийская система высот . Уровенная поверхность проходит через нуль Кронштадтского футштока
Абсолютные и условные высоты: a b – уровенная поверхность ; ab –поверхность геоида; Ab – уровенная поверхность точки A Превышение ( h AB ) - разность высот двух точек h AB = H В H A Высота точки В : H В = H A + h AB Нивелирование - измерение превышений и последующее вычисление высот точек
Ориентирование линий. Прямая и обратная геодезические задачи
Углы ориентирования
Угол, измеряемый по ходу часовой стрелки от северного направления меридиана до заданного направления, называется азимутом Углы ориентирования: а азимуты географические; б магнитный азимут. С – северное направление меридиана, угол А 1 – азимут направления на точку 1 и А 2 – азимут направления на точку 2 Угол, отсчитываемый от северного направления магнитной стрелки до заданного направления, называется магнитным азимутом
Угол - склонение магнитной стрелки компаса от направления истинного меридиана где А азимут, А м магнитный азимут Буссоль Азимут с магнитным азимутом связывает формула:
Дирекционный угол- угол между северным направлением осевого меридиана или линии ему параллельной и заданным направлением Угол между северным направлением меридиана и направлением оси Х прямоугольных координат (линии , параллельной осевому меридиану )- сближение меридианов Углы ориентирования: а дирекционные углы 1 , 2 ; б азимут A и дирекционный угол
Отклонение оси Х от меридиана к востоку, сближение меридианов считают положительным, при отклонении к западу отрицательным. С праведлива формула: А = + 1 = 2 = 3 1-3 = 3-1 180 А 1 А 2 А 3 Связь между азимутами и дирекционными углами : 1 – в западной половине зоны; 2 – на осевом меридиане; 3 – в восточной половине зоны; Р – полюс ; 1 Р , 3 Р – меридианы; 2 Р – осевой меридиан
ПРЯМАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА НА ПЛОСКОСТИ Известны : координаты Х 1 и У 1 точки 1, дирекционный угол 1-2 и расстояние d 1-2 до точки 2 Требуется : вычислить ее координаты Х 2 и У 2 Координаты точки 2 вычисляют по формулам х , у приращения координат
ОБРАТНАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА НА ПЛОСКОСТИ Известны : координаты Х 1 , У 1 точки 1 и Х 2 , У 2 точки 2 Требуется : вычислить расстояние между ними d 1-2 и дирекционный угол 1-2 Значения арктангенса всегда находятся в диапазоне 90 +90 Переход от к зависит от координатной четверти, в которой расположено заданное направление
I четверть II четверть III четверть IV четверть х + + у + + + + Формулы 180 +180 +360 Определяем расстояние между точками: ИЛИ
Дирекционный угол Название румба Знаки приращений координат х у 0 90 СВ + + 90 180 ЮВ + 180 270 ЮЗ 270 360 СЗ + Соотношение между величиной дирекционного угла, названием румба и знаками приращений координат х + Х у – r = 360 - = 360 - r х + у + r = = r х - у - r = - 18 0 = r + 18 0 х - У у+ r = 18 0 - = 18 0 - r
Зависимость между азимутами, дирекционными углами и румбами