Upload
others
View
33
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ГЕОДЕЗИЯ
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов архитектурных специальностей высших учебных заведений
Москва „Высшая школа" 1988
Б Б К 26.12
УДК 528
С. Ф. Богатов, В. Ф. Перфилов, Р. Н. Скогорева, Н. В. Усова
Рецензенты:кафедра градостроительства Свердловского архитектурного института,
В. П. Кольцов (главный геодезист Главмоспромстроя)
Геодезия: Учеб. для вузов по спец. «Архитекту- Г 35 ра»/С. Ф. Богатов, В. Ф. Перфилов, Р. Н. Скогорева
и др.— М.: Высш. шк., 1988.— 128 с.: ил.
ISBN 5— 06— 001420— 7В учебнике освещены задачи геодезии как науки и методы геодезических
измерений, применяемые при создании топографических планов, выносе элементов проекта сооружения в натуру и производстве архитектурных обмеров. Приводится краткое описание геодезических и фотограмметрических приборов. Рассмотрены приемы работы с топографическими планами при архитектурном проектировании и инженерных расчетах. Даны сведения о производстве архитектурных обмеров фотограмметрическим и геодезическим методами и использовании аэро- и космических снимков в градостроительстве.
Учебное издание Богатов Сергей Филиппович,
Перфилов Василий Федорович, Скогорева Раиса Николаевна, Усова Наталья Владимировна
Зав. редакцией Б. А. Ягупов. Редактор Л. К- Олейник. Младший редактор О. С. Смотрина. Художественный редактор В. П. Бабикова. Технический
редактор Е. И. Герасимова. Корректор С. К- Завьялова
Изд. № С ТР — 524. Сдано в набор 07.01.88 . Подп. в печать 25.07.88. Т 14645. Формат 7 0 Х Ю 0 1/|б. Бум. офсетная № 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Объем 10,40 уел. печ. л. 10,89 уел. кр.-отт. 10,45 уч.-изд. л.
Тираж 17 000 экз. Зак. 956. Цена 35 коп.
Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14.
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли.129041, Москва, Б. Переяславская ул., 46.
3202000000(4309000000)—414 Г ----------------------------------------------- 178—88 ББК 26.12
912
ГЕОДЕЗИЯ
ИБ № 7328
ISB N 5— 06— 001420— 7 © Издательство «Высшая школа», 1988
XXVII съезд КПСС и последующие пленумы ЦК КПСС особое внимание обратили на необходимость повышения эффективности строительного производства, улучшения качества архитектурного и градостроительного решений, ускорения ввода объектов в эксплуатацию. В соответствии с этим все большую роль играют топографогеодезические данные, необходимые для разработки проектов планировки и застройки городов, промышленных и сельскохозяйственных объектов, а также геодезические работы, выполняемые в ходе строительства для обеспечения точного соблюдения в натуре геометрических параметров зданий и сооружений, предусмотренных проектом.
Цель учебника состоит в том, чтобы в пределах программы по геодезии раскрыть значение топографических карт, планов и фотоснимков в архитектурном проектировании, показать приемы работы с ними в процессе градостроительной оценки территории
и решении инженерных задач, дать понятие о геодезических измерениях и методах топографических съемок.
Предлагаемый учебник дополняет «Руководство к учебной практике по геодезии и производству архитектурных обмеров фотограмметрическим и геодезическим методами».
Введение, § 9 .1 — 9.5, 10.2, 12.1 — 12.4 написаны С. Ф. Богатовым, гл. 4, 5, 6, 7, 11— В. Ф. Перфиловым, гл. 1, 2, 3— Р. Н. Скогоревой, гл. 8, § 9 .4 , 10.1— Н. В. Усовой.
Авторы приносят искреннюю благодарность рецензентам учебника доц. Б. И. Пилыцикову и старшему преподавателю Т. И. Сошину кафедры градостроительства Свердловского архитектурного института и главному геодезисту Главмоспромстроя В. П. Кольцову, замечания и советы которых помогли улучшить структуру и содержание учебника.
Авторы
В В Е Д Е Н И Е
Геодезия*— наука, определяющая форму и размеры Земли и разрабатывающая методы измерений на земной поверхности в целях создания топографических карт и планов и для обеспечения строительства различных сооружений. Она возникла, когда появилась необходимость составления чертежей земной поверхности — прообразов современных топографических карт — и определения превыше
* От гео,— земля и греческого daio — разделяю.
ния точек при рытье каналов для орошения бесплодных земель и осушения болот.
Большой размах, плановость и научное обоснование геодезические работы в нашей стране получили после Великой Октябрьской социалистической революции. Создание советской геодезии связано с именем В. И. Л е нина, который 15 марта 1919 г. подписал декрет об организации Высшего геодезического управления. Впоследствии оно было реорганизовано в Главное управление геодезии, аэро
съемки и картографии (ГУГК ) при Совете Министров СССР.
Советские геодезисты выполнили огромный объем геодезических и топографических работ.
В последнее десятилетие в связи с огромными достижениями в области космической техники советскими учеными разработаны методы создания карт небесных тел. По космическим снимкам составлена подробная карта Луны, включая обратную ее сторону, недоступную наземным наблюдениям, проводится картографирование Марса, Меркурия и других планет и их спутников.
Многообразие задач, решаемых геодезией, и применяемых при этом методов обусловили появление ряда самостоятельных научных геодезических дисциплин: высшей геодезии, космической геодезии, собственно геодезии, аэрофотогеодезии, инженерной геодезии.
Высшая геодезия исследует фигуру и гравитационное поле Земли и разрабатывает методы высокоточного определения координат точек земной поверхности в единой системе.
Космическая геодезия разрабатывает методы решения научных и практических задач геодезии, используя результаты наблюдений искусственных спутников Земли, космических аппаратов, Луны. Эти методы позволяют определить взаимное положение пунктов, находящихся на расстоянии нескольких тысяч километров, и создать единую мировую геодезическую систему.
Геодезия подробно изучает отдельные участки земной поверхности в геометрическом отношении для их изображения на топографических картах и планах и создания цифровой модели местности.
Аэрофотогеодезия разрабатывает методы и технологию использования фотоснимков земной поверхности, полученных с самолета и вертолета, для выполнения геодезических работ. Измерения, производимые на фотоснимках, дают возможность заменить
многие трудоемкие геодезические измерения на местности измерениями на фотоснимках в камеральных условиях.
Инженерная геодезия рассматривает комплекс топографо-геодезиче- ских работ, выполняемых при изыскании, проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооружений.
Геодезические работы, обеспечивающие проектирование и строительство городов, промышленных, сельскохозяйственных объектов, включают инженерно-геодезические изыскания, вынос проекта в натуру, геодезический контроль и наблюдение в процессе строительно-монтажного производства, исполнительную съемку з а конченных строительством объектов и отдельных частей, наблюдения за деформациями зданий и сооружений.
Инженерно-геодезические изыскания являются составной частью инженерных изысканий для капитального строительства. Они проводятся с целью комплексного изучения природных условий района (участка) строительства для получения необходимых исходных данных, обеспечивающих разработку технически правильных и наиболее экономически целесообразных решений при проектировании и строительстве. Задача инженерно-геодезических изысканий состоит в том, чтобы получить сведения о характере ситуации и рельефе изучаемой территории. Эти сведения представляются в виде топографических карт и планов, фотопланов, профилей, каталогов координат и высот.
Важнейшим документом, создаваемым в результате геодезических изысканий, являются топографически^ планы. Трудно переоценить значение, которое имеют топографические планы при архитектурном проектировании. Без точной геодезической основы в современных условиях не может быть разработан ни один архитектурный проект, будь то проект планировки и застройки городов и поселков, их реконструкции и расширения или
проект промышленных предприятий и сооружений.
Вынос проекта сооружения в натуру. После утверждения генерального плана сооружения геометрические элементы зданий, сооружений и подземных инженерных коммуникаций должны быть вынесены в натуру. Геодезические работы по перенесению проектов на местность называются разбивочными работами. По своему характеру вынос проекта сооружения на местность является процессом, обратным топографической съемке. Если задача последней состоит в том, чтобы нанести на план элементы ситуации и рельеф местности, то задача геодезических разбивочных работ состоит в том, чтобы определить в натуре положение точек проекта и закрепить их специальными знаками. Однако требования, предъявляемые к точности выполнения разбивочных работ, как правило, значительно выше, чем при топографической съемке.
Геодезический контроль и наблюдения в процессе монтажно-строитель- ного производства осуществляют на всех этапах. Основная задача при этом состоит в том, чтобы обеспечить своевременное и точное выполнение геометрических параметров проекта при размещении зданий и сооружений, при возведении их объемно-плани
ровочных и конструктивных элементов.
Исполнительная съемка проводится для получения наиболее полных и достоверных данных о фактическом местоположении законченного строительством объекта, его размеров и форм. Съемку ведут по стадиям строительно-монтажных работ. В последующем составленный план используется, как и всякий план застроенной территории, для различных нужд, возникающих в период эксплуатации комплекса построенных зданий и сооружений и, в частности, для реконструкции построенного объекта.
Наблюдения за осадками, сдвигами и деформациями зданий и сооружений имеют целью определить их устойчивость и принять соответствующие меры по предупреждению или устранению их деформаций. Для этого на объектах наблюдений оборудуют специальные марки и выполняют высокоточные геодезические измерения, по результатам которых после обработки получают горизонтальные и вертикальные смещения. На основе этих данных определяют величину крена и перекоса сооружения. Измерения проводятся по специальной программе в зависимости от важности объекта и особенностей района его расположения.
ГЛАВА 1
ОСНОВЫ ИЗОБРАЖ ЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТАХ И ПЛАНАХ
§ 1.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ НА ПЛОСКОСТЬ
Понятие о формах и размерах Земли. Изображение земной поверхности на топографических картах и планах требует точных сведений о форме и размерах Земли.
За форму или фигуру Земли принимают физическое тело, образованное уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью Мирового океана в состоянии полного покоя и продолженной под материками. Тело Земли, образованное этой поверхностью, носит название геоид. Поверхность геоида в каждой своей точке перпендикулярна к отвесной линии, проходящей через эту точку. Форма геоида вследствие неравномерного размещения масс в теле Земли имеет сложную, неправильную форму с изменяющейся кривизной.
Для решения геодезических задач вместо поверхности геоида принимают математически более простую поверхность эллипсоида. Форму и размеры эллипсоида, а также его ориентировку в теле Земли выбирают так, чтобы отступления поверхности эллипсоида
от поверхности геоида были минимальными в пределах данной страны. Такой эллипсоид называется рефе- ренц-эллипсоидом.
Для территории Советского Союза с 1946 г. используют референц-эллип- соид, размеры которого определены под руководством проф. Ф. Н. Красов- ского (рис. 1.1): большая полуось а = 6 378 245 м; малая полуось Ь = = 6 356 863 м; относительное сжатие
а = 1:298,3.
В некоторых геодезических и картографических работах Землю при приближенных расчетах принимают за шар с радиусом R, равным 6371 км.
Методы проектирования поверхности Земли на плоскость. Все, что нас окружает — здания, леса, реки, дороги и т. д., в совокупности принято называть ситуацией, а сочетание неровностей земной поверхности — рельефом.
Чтобы составить карту, надо вначале спроектировать сетку меридианов и параллелей по нормалям на поверхность эллипсоида, а затем полученное изображение развернуть в плоскость. Однако сферическую поверхность нельзя развернуть в плоскость без разрывов и искажений фигур, длины линий и углов. Для решения этой задачи используют специальные методы, называемые картографическими проекциями.
Для топографических планов и карт до масштаба 1:500 000 включительно в Советском Союзе принята картографическая проекция, теория которой разработана К- Ф. Гауссом. Им установлена математическая зависимость между координатами точек на эллипсоиде и прямоугольными координатами этих точек на плоскости.
р,
Рис. 1.2. Развертка координатных зон на плоскость
Рассмотрим геометрическую сущность этой проекции. Предположим, что земной шар помещен в цилиндр так, что его боковая поверхность касается Земли по меридиану. Вырежем из земного шара фигуру, образованную меридианами, проведенными через 6°, и называемую зоной. Построим на поверхности цилиндра меридианы и параллели в пределах одной зоны, разрежем цилиндр по образующей и развернем его в плоскость. Так же поступим и со всеми последующими зонами, поворачивая цилиндр на 6°, пока не получим развертку в плоскость всех 60 зон.
В результате развертки зоны получится картографическая сетка, схема которой показана на рис. 1.2. Ширина зоны на рисунке сильно увеличена по сравнению с ее протяженностью по экватору. На самом деле ее ширина, на экваторе в 30 раз меньше длины от полюса до полюса. Центральный или, как его называют, осевой меридиан зоны и экватор изображаются прямыми линиями, при этом угол между ними равен 90°. Остальные меридианы и параллели изображаются кривыми линиями.
Осевой меридиан зоны есть линия касания цилиндра земной поверхности. Следовательно, его длина не искажается. Остальные меридианы будут искажены тем больше, чем дальше они отступают от осевого меридиана.
В градостроительстве имеют дело с относительно короткими расстояниями, поэтому карта в проекции Гаусса является изображением, практически свободным от искажений, и обеспечи
вает точность различных измерений на ней.
§1.2. СИСТЕМЫ КООРДИНАТ И ВЫСОТ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ГЕОДЕЗИИ
Координаты — величины, определяющие положение точки на плоскости, на поверхности или в пространстве.
Для определения положения точек на земной поверхности в геодезии применяется несколько систем координат: географическая, прямоугольная и полярная.
Географическая система координат. За начало счета координат в географической системе принимается пересечение начального меридиана с экватором (рис. 1.3). Широта ф и долгота X определяют положение точки на земной поверхности.
Географическая широта ф — угол между отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора, отсчитываемый от 0 до 90° в обе стороны от экватора.
Географическая долгота X — угол между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального меридиана. Долгота от 0 до 180° к востоку от начального меридиана называется восточной, к западу — западной.
За начальный меридиан большинство стран принимают Гринвичский меридиан, проходящий через обсерваторию в Гринвиче (близ Лондона).
Географические координаты точек на поверхности референц-эллипсоида, полученные по данным геодезических
Р
Рис. 1.3. Географические координаты
измерений, называются геодезическими координатами. Они широко используются для решения большинства геодезических задач, связанных с большими расстояниями. Однако система геодезических координат неудобна для широкого использования в практических целях, поскольку взаимное положение точек определяется в угловой, а не в линейной мере.
Прямоугольная система координат Гаусса. При решении задач на сравнительно небольшие расстояния пользуются системой плоских прямоугольных координат. В этой системе зависимость между координатами точек, расстояниями и направлениями между ними выражается простыми формулами аналитической геометрии, что существенно упрощает вычисления.
Система прямоугольных координат Гаусса является зональной, т. е. к аж дая зона протяженностью в 6 или 3° имеет свою систему координат*. Как было указано ранее (§ 1 .1 ) , в картографической проекции Гаусса осевой меридиан каждой зоны и экватор изображаются взаимно перпендикулярными прямыми линиями. Их принимают за оси прямоугольных координат (рис. 1.4, а ) . Изображение осевого меридиана за ось X, изображение
*Для топографических планов, создавае- мых в крупных масштабах, применяют трехградусные зоны.
Рис. 1.4. Система координат: а — прямоугольная система координат Гаусса; б —
полярная система координат
экватора — за Y. Началом координат в каждой зоне служит точка пересечения осевого меридиана с экватором. Абсциссы отсчитываются от экватора к северу и югу, ординаты от осевого меридиана — к западу и востоку.
Территория Советского Союза расположена севернее экватора, и значение "абсциссы всегда аоложительно. Но ординаты могут быть как положительными, так и отрицательными. Чтобы избежать неудобств, связанных с отрицательными значениями ординат, условились ординату осевого меридиана считать равной не 0, а 500 км. Эта величина превышает наибольшее расстояние от осевого меридиана до края шестиградусной зоны (примерно 330 км) и обеспечивает положительные значения ординат для всех точек зоны.
В каждой зоне числовые значения координат повторяются. Чтобы по координатам точки можно было определить, к какой из шестидесяти зон она относится, перед значением ординаты приписывается номер зоны, в которой находится данная точка. Например, если точки А и В (рис. 1.4, а)
находятся в 7-й зоне, то их координаты могут иметь значения: Х л = 6000 км, У„ = 7650 км, Х в= 5 0 0 0 км, Ув= = 7350 км.
Прямоугольные и геодезические координаты взаимосвязаны вследствие того, что координатные оси и начало прямоугольных координат в каждой зоне имеют вполне определенное географическое положение. Б лагодаря этому можно перевычислять прямоугольные координаты точек в геодезические координаты и наоборот, а также перевычислять прямоугольные координаты точек из одной зоны в смежную зону.
Условная (местная) система прямоугольных координат. При составлении планов архитектурных ансамблей, выносе проекта сооружения на местность и выполнении геодезических работ, носящих местный характер, используют условную систему прямоугольных координат. В отдельных случаях ее применяют и при топографической съемке небольших по площадям участков при условии согласования с организацией, выдающей разрешение на производство топографо-гео- дезических работ. Начало координат и направление осей в этой системе выбирают исходя из удобства их использования.
Полярная система координат. Привыполнении геодезических работ для определения положения ряда точек относительно какой-либо одной точки, принятой за исходную, используют полярные координаты (рис. 1.4, б). Систему полярных координат составляют: исходная точка О, называемая полюсом, и полярная ось ОХ. Для определения положения какой-либо точки А соединяют ее прямой линией с полюсом, измеряют длину линии O A = d и полярный угол XOA=Q. Полярные углы принято отсчитывать от полярной оси в направлении движения часовой стрелки от 0 до 360°.
Система высот. Для определения положения точки земной поверхности помимо координат надо знать также расстояние этой точки по отвесной
линии до основной уровенной поверхности, которая называется абсолютной высотой или отметкой точки. На топографических картах СССР в качестве основной уровенной поверхности принята средняя поверхность Балтийского моря, которая определена из многолетних наблюдений по футштоку — медной рейке, вертикально укрепленной на Обводном мосту в Кронштадте. Система высот от этого начала называется Балтийской. Р а с стояние до любой другой уровенной поверхности называется относительной высотой точки.
§ 1.3. ОРИЕНТИРОВАНИЕ ЛИНИЙ
Ориентировать линию местности — значит найти ее направление относительно меридиана или какого-либо исходного направления.
В качестве углов, определяющих направление линий, служат истинные азимуты, магнитные азимуты и дирек- ционные углы (рис. 1.5). Эти углы измеряются от исходного направления по ходу часовой стрелки от 0 до 360°.
Истинный азимут А — горизонтальный угол, отсчитанный по ходу часовой стрелки от северного направления истинного (географического) меридиана до направления на данную точку.
Азимут какой-либо линии АВ, определенный в точке А , называется прямым. Азимут той же линии, опреде-
Рис. 1.5. Углы ориентирования
ленный в точке В , называется обратным. Зависимость между прямым и обратным азимутами выражается формулой
>40бр = -^1пр+180 +Y> (1-1)где у — сближение меридианов — угол в данной точке между меридианом и линией, параллельной оси абсцисс или осевому меридиану. Этот угол зависит от удаления точки от осевого меридиана зоны и может иметь значения от 0 до ± 3 .
Сближение меридианов может быть определено по формуле
7 — /sin В, (1.2)где / — разность долгот данного и осевого меридианов, В — геодезическая широта данной точки.
Необходимость учета сближения меридианов при ориентировании линии по азимуту усложняет обработку полевых измерений, поэтому истинные азимуты применяют преимущественно в высшей геодезии.
Магнитным азимутом называется горизонтальный угол, отсчитанный по ходу часовой стрелки от северного направления магнитного меридиана (северного конца магнитной стрелки) до направления на данную точку. М агнитные азимуты измеряются с помощью компаса или буссоли (см. § 5 .5 ) .
Определив магнитный азимут Л„ и зная магнитное склонение б, т. е. угол между истинным и магнитным меридианами, легко вычислить истинный азимут А, используя формулу
А = А М + б. (1.3)Магнитное склонение и сближение
меридианов указываются на схеме под южной стороной рамки топографической карты (рис. 1.6).
Дирекционным углом а называется угол между положительным направлением оси абсцисс и направлением на данную точку. Дирекционный угол можно измерить по карте с помощью транспортира и более точно вычислить по прямоугольным координатам (см. § 1.5).
Зависимость между истинным азимутом А, дирекционным углом и маг
Рис. 1.6. Схема сближения меридианов
Ф ° )
нитным азимутом Ам осуществляется через сближение меридианов у и магнитное склонение б: '
Ам = а — (б — у). (1.4) а = Л„ + ( б - у ) . (1.5)
Для удобства вычислений часто пользуются румбами. Румб — острый угол между ближайшими (северным или южным) направлением меридиана и направлением на данную точку (рис. 1.7).
Румбы изменяются от 0 до 90 и в каждой четверти могут быть одинаковыми по величине. Для однозначного определения направления перед числовым значением румба указывают наименование четверти — СВ (северо- восток), ЮВ (юго-восток), ЮЗ (юго- запад), СЗ (северо-запад).
Между румбами и дирекционными углами имеется следующая зависимость:I четверть ( C B ) r i = « iII четверть (Ю В )г2= 1 8 0 — а 2III четверть (Ю 3)гз = а з — 180IV четверть (С3)г4 = 3 6 0 — а*
§1.4. ПРЯМАЯ И ОБРАТНАЯГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ
При вычислительной обработке результатов измерений на местности возникает необходимость решать прямую и обратную геодезические задачи.
Прямая геодезическая задача. Д а ны координаты первой точки: Xi и У|, горизонтальное расстояние d i_ 2 от первой до второй точки и дирекцион- ный угол <xi _ 2 направления линии 1—2. Требуется определить координаты второй точки Х.2 и Y2 (рис. 1.8).
Спроектируем точки / и 2 на оси координат. Из рис. 1.8 следует:
Ь Х = Х г - Х и ( 1.6A y = Y 2- Y i ,
где АХ и AY — приращения координат. AX = d |_2 c o s a i _ 2,
(1.7)A Y = d \ - 2 s i n a i _ 2-
Следовательно,X2 = X \ + d \ - 2 c o s a i _ 2,
( 1.8 )y2= y 1+ d i _ 2 s i n a i - 2-
Обратная геодезическая задача.Даны координаты двух точек: Х\,
Y1 и Х2, Y2 - Требуется определить дирекционный угол a i _ 2 линии 1— 2 и горизонтальное расстояние d i_ 2 между точками 1 и 2.
Зная координаты первой и второй точек, легко определить приращения координат:
AX = X3 — Xi,A У = У 2- У , .
Согласно этому равенству отношение AY к АХ позволяет определить тангенс угла а :
t g a = AY/AX = (Y2- Y i ) / ( X 2 - X l).(l.9)
При определении дирекционного угла необходимо учесть знаки приращений координат (табл. 1.1)
Таблица 1.1
л лл л н нПрираще ►a a01 4)СВ 0)СВния 4)в вн нО) Йкоординат Н4> оУ V SP
ST ■» >— —
Л х + — — +А у + + — —
Расстояние d для контроля вычис ляют дважды по формулам:
й =
sin a sin a
№ * 2 - * lcos a cos a
( 1.10)
( 1. 11)
Расстояние также можно определить по теореме Пифагора:
Рис. 1.8. Прямая и обратная геодезические задачи d=\j д х Ч а у 2 • ( 1.12)
ГЛАВА 2
КЛАССИФИКАЦИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКА И НАЗНАЧЕНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ И ПЛАНОВ
§2.1. РАЗНОВИДНОСТИ КАРТ
Карта — построенное в картографической проекции, уменьшенное, обобщенное изображение поверхности Земли, показывающее расположенные на ней объекты в определенной системе условных знаков.
Многообразие задач, решаемых с помощью карт, вызывает необходимость иметь карты, различные и по содержанию, и по их масштабам.
По содержанию географические карты подразделяются на два основных вида: общегеографические и тематические (специальные).
Общегеографические карты масштаба 1:10 000— 1 :1 0 0 0 000 называют топографическими. Их подразделяют на крупномасштабные 1:10 000, 1:2 5 000, 1:50 000, среднемасштабные 1:100 000, 1:200 000 и мелкомасштабные 1:500 000, 1:1 000 000. Топографические карты масштаба 1:500, 1:1000, 1:2000 и 1:5000 принято называть топографическими планами.
Тематические карты (специальные) отличаются от общегеографических тематической направленностью своего содержания. С особой полнотой на таких картах показываются те объекты и явления, которым в соответствии с назначением карты придается преобладающее значение. На общегеографических картах они могут быть вовсе не представлены или изображены недостаточно подробно.
Существенным свойством карты являются ее наглядность и измеримость.
Под наглядностью следует понимать возможность быстрого обзора и восприятия наиболее важных и существенных элементов содержания карты. Карта создает зрительную модель картографируемой поверхности, отражает знания об изображаемых объектах или явлениях и позволяет опре
делить закономерности их распределения на земной поверхности.
Измеримость — важное свойство карты, тесно связанное с математической основой, обеспечивает возможность использования карты для производства измерений и расчетов при планировке и проектировании инженерных сооружений, при разработке и проведении различных мероприятий народнохозяйственного и оборонного значения, а также при решении научно-исследовательских задач.
Содержание общегеографических карт. Для полноценного использования карт необходимо знать их свойства и особенности, понимать смысл, значение и функции, каждого элемента, видеть их связь между собой.
В карте различают картографическое изображение, математическую основу и дополнительные элементы.
Картографическое изображение — главная часть любой общегеографической карты — заключает в себе совокупность сведений о показанных на карте природных и социально-экономических объектах и явлениях, их размещении, свойствах, связях, иногда также развитии. Эта информация составляет содержание карты. Она может быть расчленена на отдельные географические элементы по однородным группам изображаемых на карте объектов. Например, элементами содержания топографических карт являются: гидрография, рельеф, растительный покров, грунты, населенные пункты, пути сообщения и средства связи, некоторые объекты промышленности, сельского хозяйства и культуры, границы административного деления. Комплекс элементов содержания неодинаков на разных картах.
Геометрические законы построения кар™ определяются его математической основой, к элементам которой
относятся картографическая проекция и связанная с ней координатная сетка, масштаб и опорная геодезическая сеть.
Выражением картографической проекции на карте является сетка меридианов и параллелей, которая в одних случаях строится на карте, а в других служит внутренними рамками листа карты.
На топографических картах внутренняя рамка имеет форму трапеции.
Помимо внутренней рамки, ограничивающей картографическое изображение, на карте построена градусная рамка, которая служит для определения географических координат пунктов по карте для нанесения пунктов на карту по их географическим координатам. Для определения прямоугольных координат Гаусса на картах нанесена сетка прямоугольных координат.
Оформление листа карты завершается внешней рамкой, которая состоит из одной или нескольких линий, окаймляющих карту. За рамкой карты размещают зарамочное оформление, которое содержит совокупность данных, облегчающих пользование картой (наименование карты или номенклатура, численный и линейный масштабы и др.).
Геодезическая сеть обеспечивает переход от физической поверхности Земли к поверхности эллипсоида и правильное положение географических элементов карты относительно координатной сетки.
Дополнительные элементы, облегчающие пользование картой,— это графики для измерения по карте расстояний и крутизны скатов, данные о сближении меридианов и магнитном склонении, о времени составления карты и ее исполнителях.
Особенности содержания топографических планов. Топографические планы создаются в масштабах 1:500— 1:5000. Более крупные масштабы планов по сравнению с масштабами карт позволяют значительно подробнее отобразить особенности картографи
руемой территории. Так, если 1 км2 местности занимает на карте масштаба 1:25 000 16 см2, то на плане масштаба 1:5000— 400 см2, т. е. площадь изображения увеличена в 25 раз при незначительном увеличении размеров условных знаков. Необходимость более подробного изображения ситуации и рельефа диктуется и предназначением планов.
Увеличение объема информации, показываемой на плане, относится ко всем элементам местности, но особенно к изображению населенных пунктов и рельефа. На планах отображаются отдельные строения, жилые, общественные, промышленные и сельскохозяйственные объекты, входы в помещение, объекты коммунального хозяйства, выходы подземных коммуникации. Архитектурные выступы и уступы зданий и сооружений отображаются, если величина их на плане 0,5 мм и более. Указывается материал стен и этажность. Подписываются названия площадей, улиц, переулков, номера домов.
Высота сечения рельефа устанавливается в зависимости от характеристики рельефа местности, масштаба плана (табл. 2.1) и назначения создаваемых планов.
Тематические карты. Тематические карты необходимы как для оценки современного состояния, так и для перспективного планирования развития городов, которое должно обеспечить рациональное размещение селитебных территорий, промышленности, создания системы городских центров, транспортных сетей и т. д.
Все многообразие специальных планов и карт, которое используется для комплексной оценки территории, в зависимости от их тематики можно подразделить на три вида: планировочная структура города, природные условия, социально-экономические.
Карты планировочной структуры показывают функциональное зонирование городов с выделением территорий и объектов промышленности, транспорта. Особое место в этой груп
пе занимают планы, на которых отражается использование подземного пространства города. Это прежде всего планы объектов инженерного оборудования — трубопроводов, водоснабжения, канализации, теплоснабжения, газоснабжения, кабели различного назначения.
К картам природных условий относятся геологические, почвенные, гидрологические, растительности и др.
Особенно актуальным является вопрос обеспечения проектирования жилищного строительства специальными крупномасштабными картами климата и микроклимата. Такие карты составляются на отдельные участки местности, где микроклиматические особенности проявляются наиболее резко. Создаются специальные карты городов, на которых отображаются температурно-ветровой режим, вл аж ность воздуха, а также загазованность воздуха, загрязнение почвы и водоемов, изменение солнечной радиации за счет задымления воздуха.
Социально-экономические карты характеризуют население и социальные условия жизни города, его «физиологию». Они дополняют планировочно-структурные планы, которые отражают «анатомию» города. Эти карты становятся все более многочисленными — особенно в комплексных атласах городов, где можно встретить карты всех тематических направлений картографирования населения и социальной жизни: размещение населения и его демографические характеристики, размещение объектов общественного обслуживания и др.
В настоящее время в интересах разведки и освоения месторождений полезных ископаемых, осуществления на больших площадях мероприятий по мелиорации и освоению земель, строительству дорог, охраны окружающей среды и решения других народнохозяйственных задач создается большое количество специальных отраслевых карт. Эти карты могут быть использованы также для изуче
ния природных и экономических условий районов градостроительства.
§2.2. СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ НА ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТАХ И ПЛАНАХ
Условные обозначения топографических карт представляют собой единую систему, состоящую из условных знаков, их цветового оформления, пояснительных подписей и цифровых обозначений.
Условные знаки и их расцветка наглядно показывают различные объекты местности и их типовые разновидности. Пояснительные подписи и цифровые обозначения дополняют условные знаки конкретными данными об индивидуальных особенностях изображаемых объектов.
Начертание и окраска однородных объектов на топографических картах различных масштабов в основном одинаковы и различаются лишь размерами. Качественные и количественные характеристики объектов, входящих в определенную группу, передаются исходным графическим знаком, напоминающим их характерные особенности с некоторым дополнением. Условные знаки по своему назначению и свойствам подразделяются на три вида: масштабные, внемасштабные и пояснительные.
Масштабными (контурными) условными знаками обозначаю тся объекты в их действительных очертаниях, размеры которых (длину, ширину и площадь) можно измерить по карте. Каждый такой условный знак состоит из контура, т. е. планового очертания изображаемого объекта, и заполняющего его пояснительного обозначения в виде фоновой окраски, цветной штриховки или сетки знаков. Контуры объектов обозначаются точечным пунктиром или тонкой сплошной линией с сохранением их ориентирования относительно стран света и подобия действительным очертаниям.
Внемасштабными (точечными) условными знакам и обозначаю тся объекты небольшого размера (памятник, отдельно стоящее дерево, мост, колодец и т. п.), очертание которых не может быть выражено в масштабе карты. Внемасштабные условные знаки представляют собой небольшие геометрические фигуры, напоминающие внешний вид соответствующего объекта. Одна из точек внемасштабно- го условного знака показывает положение объекта на местности. Этими точками пользуются при определении на карте координат объектов и расстояний между ними.
Реки, каналы, дороги и другие линейные объекты изображаются также внемасштабными условными знаками. Эти знаки передают положение оси, середины объекта в полном соответствии с ее положением в натуре, а ширина показывается с некоторым преувеличением.
Подписи и пояснительные условные знаки применяются в сочетании с масштабными и внемасштабными условными знаками и служат для дополнительной характеристики объектов. Полностью подписывают собственные наименования населенных пунктов, рек, озер, гор и т. д. Сокращенные подписи располагают около условных знаков объектов для пояснения их значения или свойств. Например, вдхр.— водохранилище, шк.— школа, вкз.— вокзал, бум.— бумажная фабрика. Цифровые обозначения применяют преимущественно для количественных характеристик объекта (длина, ширина и грузоподъемность моста, высота, диаметр деревьев и расстояние между ними и пр.).
Цветовое оформление топографических карт способствует значительному повышению наглядности и выразительности. Цвета красок в основном соответствуют действительной окраске изображаемых объектов: леса — зеленым, гидрография — синим, рельеф — коричневым, контуры населенных пунктов, железные дороги, многие промышленные, сельскохозяйственные
А
Рис. 2.1. Принцип изображения рельефа горизонталями
и социально-культурные объекты — черным.
Условные знаки топографических карт и планов устанавливаются Г л авным управлением геодезии и картографии при Совете Министров СССР и являются обязательными для всех ведомств, организаций и учреждений, выполняющих съемочные работы. Для удобства практического пользования условные знаки издаются в виде таблиц для группы масштабов.
Изображение рельефа на топографических картах и планах. Рельеф на топографических картах и планах изображается горизонталями, условными знаками и подписями высот.
Горизонталь — кривая замкнутая линия, соединяющая точки с одинаковыми высотами над уровнем моря. Горизонталь можно представить как след сечения местности уровенными поверхностями, т. е. такими поверхностями, которые параллельны уровню воды в океане, проведенными через равные промежутки (рис. 2 .1).
Расстояние между секущими поверхностями называется высотой сечения h, а расстояние на плане между горизонталями — заложением d.
Высота сечения рельефа подписывается на карте под южной стороной рамки.
На топографических картах и планах приняты следующие высоты сечений рельефа (табл. 2.1, 2 .2).
Таблица 2.1
Высота сечения в зависимости от масштаба карты, мм
Характеристика рельефа1;25 ООО 1:50 000 1 :1 0 0 000 1:2 0 0 000
Плоскоравнинный 2 ,5 10 20 20Равнинно-пересеченный и 5 10 20 20
холмистыйГорный 5 10 20 40Высокогорный 10 20 40 80
Таблица 2.2
Высота сечения рельефа (м) при масштабе топографическойсъемки
Характеристика рельефаучастка съемки
1 :5 0 0 0 1:2 00 0 1 : 1000 1 :500
Равнинный с углами накло 0 ,5 ; 1 0 ,5 ; 1 0 ,5 0 ,5на до 2°
Всхолмленный с углами на 1; 2 0 ,5 ; 1 ,2 0 ,5 0 ,5клона до 4°
Пересеченный с углами на 2; 5 1; 2 0 ,5 ; 1 0 ,5клона до 6°
Горный и предгорный 2; 5 2 1 1
В тех случаях, когда основными горизонталями не представляется выразить те или иные формы рельефа, применяют полугоризонтали, которые проводятся через половину основного сечения и показываются прерывистыми линиями.
Для облегчения распознавания форм рельефа и определения отметок
точек каждая четвертая или пятая горизонталь на карте утолщается. В этих же целях на горизонталях ставят короткие черточки — указатели направления скатов, называемые берг- штрихами.
Горизонтали на картах показывают коричневым цветом, при этом подписывают их абсолютные высоты,
Гора Котловина
Рис. 2.2. Изображение основных форм рельефа
§ 2.3. Использование топографических карт и планов 19
отсчитываемые от уровня Балтийского моря. Цифры, обозначающие высоту горизонталей, подписывают так, чтобы основание цифр было направлено в сторону понижения ската.
Различают следующие основные формы рельефа: возвышенность (гора, холм), впадина (котловина), хребет, лощина и седловина (рис. 2 .2) . Наивысшая точка горы — вершина, основание горы — подошва.
Котловина или впадина — чашеобразное замкнутое со всех сторон углубление; самую низкую часть котловины называют дном, верхний ее край — бровкой. Хребет — вытянутая возвышенность, постепенно понижающаяся в одном направлении и имеющая два склона, пересечение которых образует ось хребта, называемую водораздельной линией. Лощина — вытянутое углубление местности, постепенно понижается в одном направлении. Самая низкая линия лощины вдоль нее, в пересечении двух скатов образует водослив, или тальвег. Седловина — пониженная часть местности между двумя соседними возвышенностями.
Вершина горы, дно котловины, низкая точка седловины называются х а рактерными точками рельефа, а водораздел и водослив — характерными линиями рельефа.
Некоторые подробности рельефа (курганы, ямы, карьеры, осыпи и т. п.) невозможно изобразить горизонталями. Такие объекты показывают на картах и планах специальными условными знаками. В дополнение к горизонталям и условным знакам на карте подписывают высоты характерных точек: на вершинах возвышенностей, на изгибах водоразделов, на седловинах.§2.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ И ПЛАНОВ В АРХИТЕКТУРНОПЛАНИРОВОЧНОМ И ИНЖЕНЕРНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ
Топографические карты и планы являются основными исходными данными на всех этапах архитектурно
планировочного и инженерного проектирования. Они позволяют проанализировать и оценить как природные особенности района: пригодности зе мель, намечаемых для строительства, характера рельефа, наличие неблагоприятных физико-геологических явлений и др., так и экономические условия: пути сообщения, наличие воды для питья и промышленных целей, строительных материалов, энергетической базы и т. д. С помощью измерений по картам можно получить координаты изображенных объектов, расстояния между ними, размеры и ряд других параметров, измерение которых в натуре представляет подчас трудоемкую задачу. Карты используются также для нанесения сведений, полученных из других источников: справочников, описаний и натурных исследований.
На каждом этапе проектирования требования к содержанию, подробности и точности карт и планов различны.
При решении пространственной организации обширных территориальных систем и районов, включающих ряд поселений и межселенных территорий, на одном листе карты должны быть изображены значительная часть земной поверхности и обобщенные данные о физико-географических особенностях. От такой карты не требуется обеспечения высокой точности измерений. В этих целях используются карты мелких и средних масштабов (1:500 000— 1:200 000).
Для составления схем комплексной оценки территории, планов современного использования территории и проектов планировки пригородной зоны требуются карты более крупного масштаба (1:100 000— 1:25 000).
Следует заметить, что общегосударственные топографические карты масштаба 1:50 000 и мельче созданы на всю территорию СССР. Карты более крупных масштабов к настоящему времени созданы преимущественно только на районы, имеющие важное народнохозяйственное значение.
Разработка генеральных планов города, проектов детальной планировки и проектов застройки осуществляется на топографических планах, масштаб которых обусловливается размером города, назначением плана, стадией проектирования, природными условиями района строительства, степенью благоустройства территории и густотой инженерных коммуникаций.
Топографические планы в масштабе 1:5000 используют для разработки генеральных планов крупных городов и проектов размещения объектов строительства, составления проектов планировки промышленных районов, транспортных развязок, составления технических проектов промышленных предприятий, разработки схем вертикальной планировки к генплану.
Планы масштаба 1:2000 предназначаются для разработки генеральных планов малых городов, поселков и сельских населенных пунктов, составления проектов детальной планировки и эскизов застройки с транспортно-планировочным решением узлов пересечений и площадей, разработки схем вертикальной планировки к проекту детальной планировки, а также для составления разбивочных чертежей с привязками красных линий к опорным зданиям и сооружениям и геодезическим пунктам.
Топографические планы масштаба 1:1000 применяют для составления технических проектов и рабочих чертежей застройки, вертикальной планировки площадей, улиц и промышленных площадок. Топографические планы масштаба 1:500 являются основой для составления исполнительного, генерального плана участка строительства и рабочих чертежей многоэтажной капитальной застройки с густой сетью подземных коммуникаций, промышленных предприятий, планов подземных сетей и сооружений, туннелей, вертикальной планировки микрорайонов и высотной привязки зд аний.
§2.4. НОМЕНКЛАТУРА И РАЗГРАФКА ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ И ПЛАНОВ
Топографические карты создаются на большую территорию и состоят из многих листов. Деление на листы называют разграфкой, а система обозначений листов — номенклатурой карт. Каждый лист топографической карты представляет собой трапецию, которой присваивается номенклатура. Номенклатура листа карты — над северной стороной его рамки. Рядом с номенклатурой, кроме того, подписано название наиболее крупного из показанных на нем населенных пунктов. На каждом листе указывается также номенклатура смежных с ним листов, что облегчает их подбор при склейке карты. Эти подписи помещены посередине сторон внешней рамки листа.
В основу номенклатуры советских карт всех масштабов приняты листы миллионной карты 1:1 000 000. Листы карты этого масштаба ограничены меридианами и параллелями и имеют размеры по широте 4 (ряда) и по долготе 6 (колонны) (рис. 2 .3 ). Каждый ряд обозначается заглавной буквой латинского алфавита, начиная от экватора, к северу и к югу от него, а каждая колонна нумеруется арабскими цифрами от 1 до 60. Их счет ведется от меридиана с долготой 180° с запада на восток. Например, лист карты масштаба 1:1 000 000, на котором изображен Киев, имеет номенклатуру N = 36.
Колонны листов миллионной карты совпадают с шестиградусными координатными зонами, на которые разбивается поверхность земного эллипсоида при вычислении координат и составлении карт в проекции Гаусса. Так как счет координатных зон ведется от нулевого (Гринвичского) меридиана, а счет колонн листов миллионной карты — от меридиана 180°, то номер зоны отличается от номера колонны на 30. Зная номенклатуру листа карты, легко определить, к какой зоне он относится.
Например, лист М-35 расположен в 5-й зоне, а лист К-29— в 59-й зоне.
Номенклатура листов карт всех остальных, более крупных масштабов включает номенклатуру карты масштаба 1:1 000 000, а для карт масштаба 1:50 000 и крупнее — и номенклатуру листа карты масштаба 1:100 000 (табл. 2.3). Одному листу миллионной карты соответствуют четыре листа карты масштаба 1:500 000, обозначаемые буквами А, Б, В и Г; номенкла-
/
Рис.
2.
3.
Разг
раф
ка
лист
ов
карт
ы
Ы-36
$ N -3 6 -2 4
Рис. 2.4. Номенклатура топографических карт СССР:
а — масш таба 1:1000 00 0 и 1:500 ООО на листе миллионной карты; б— масш таба 1:50 000, 1:25 000 и 1:10 000
§ 2.4. Номенклатура и разграф ка топографических карт и планов 23
Таблица 2.3
Размеры рамок
Масштаб карты Номенклатурапо широте по долготе
1 1 000 000 N = 36 4° 6-1 500 000 N = 36 -= Г 2° 3°1 200 000 N = 3 6 = X II 40' 60'1 100 000 N = 36 = 24 20' 30'1 50 000 N = 36 = 24 = Б 10' 15'1 25 000 N = 3 6 = 2 4 = 6 = 6 5 ' 7 '30"1 10 000 N = 36 = 2 4 = 6 = 6 = 1 2 '3 0 " 3 '4 5 "1 5 000 N = 36 = 24 = (256) Г 15' 1 '5 2 ,5 ’1 200 N = 36 = 24 = ( 2 5 6 = г) 25" 3 7 ,5 "
тура этих листов имеет вид, например, N- 36-Г, 36 листов карты масштаба 1:200 000, обозначаемых римскими цифрами; например, N-36-XII (рис. 2.4, а ). 144 листа карты 1:100 ООО, обозначаемых арабскими цифрами от 1 до 144, например, N-36-24 (рис. 2.4, а ).
Одному листу карты 1:100 000 соответствуют четыре листа карты масштаба 1:50 000, обозначаемые заглавными русскими буквами А, Б, В, Г, и номенклатура имеет вид N-36-24-5 (рис. 2.4, б ) . Одному листу карты 1:50 000 соответствуют четыре листа карты масштаба 1:25 000, обозначаемые строчными буквами а, б, в, г, например N -36-24-5-6 (рис. 2.4, б).
Одному листу карты масштаба 1:25 000 соответствуют четыре листа карты масштаба 1:10 000, обозначаемые арабскими цифрами № 1,2 , 3, 4, например N -36-24-5-6-1 (рис. 2.4, б ) .
Одному листу карты масштаба 1:100 000 соответствуют 256 листов плана масштаба 1:5000, листы которого обозначаются порядковыми номерами от 1 до 256, заключенными в скобках, (например, N-36-24- (256).
Одному листу плана масштаба 1:5000 соответствуют девять листов плана масштаба 1:2000, которые обозначаются строчными буквами русского алфавита (а, б, в, г, д, е, ж , з, и ). Например, N -36-24-(256-г).
Для топографических планов масштабов 1:5000— 1:500 допускается прямоугольная разграфка с размерами рамок 4 0 X 4 0 см для масштаба 1:5000 и 5 0 X 5 0 см для масштабов 1:2000, 1:1000 и 1:500 (табл. 2 .4).
В этом случае за основу разграфки принимается лист масштаба 1:5000, обозначаемый арабскими цифрами. Ему соответствуют 4 листа масштаба 1:2000 присоединением к номеру
Таблица 2.4
Масштаб НоменклатураРазмеры
рамок, см
1:5000 4 4 0 \ 4 01 :2 0 0 0 4-А 5 0 X 5 01 :1 0 0 0 4 -A -IV 5 0 x 5 01:500 4 - Г -12 5 0 x 5 0
масштаба 1:5000 одной из первых четырех прописных букв русского алфавита (А, Б, В, Г), например 4-А.
Листу масштаба 1:2000 соответствуют четыре листа масштаба 1:1000, обозначаемых римскими цифрами (I, II, III, IV ), и 16 листов масштаба 1:500, обозначаемых арабскими цифрами (1, 2, ..., 16).
Номенклатура листов масштабов 1:1000 и 1:500 складывается из номенклатуры листа масштаба 1:2000 и соответствующей римской цифры для листа масштаба 1:1000 или арабской цифры для листа масштаба 1:500, например 4-A-IV и 4-Г-12 (рис. 2 .5).
Для подбора нужных листов карт на тот или иной район и для быстрого определения их номенклатуры существуют так называемые сборные таблицы карт. Они представляют собой мелкомасштабные схематические карты, разделенные меридианами и параллелями на клетки, соответствующие листу карты данного масштаба. Нумерация каждой клетки указывает номенклатуру листа (рис. 2 .6).
Рис. 2.5. Номенклатура листов планов масштаба 1:2000; 1:1000 и 1:500
Рис. 2.6. Фрагмент сборной таблицы карты масштаба 1:1000 000
ГЛАВА 3
ИЗМ ЕРЕНИЯ И ПОСТРОЕНИЯ НА ТОПОГРАФИЧЕСКОМ ПЛАНЕ И КАРТЕ
§3.1 . ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ.МАСШТАБЫ
Горизонтальное расстояние по прямой между заданными точками на карте измеряется при помощи линейного или поперечного масштаба. Масштаб указывается на каждом листе карты под южной стороной рамки в числовом
(численный масштаб) и графическом (линейный масштаб) виде.
Д ля удобства вычислений численный масштаб записывают в виде отношения 1 : т , где m — число, указывающее, во сколько раз уменьшены длины линий на местности при изображении их на карте. Так, например, масштаб 1:500 показывает, что на
ДесятыеШиоснования
2 з
- Целые основания-----------
1: WOO
Рис. 3.1. Поперечный маштаб
А В
плане все линеиные размеры уменьшены в 500 раз, или 1 см на плане соответствует 5 м на местности.
Зная численный масштаб, можно построить длину отрезка на карте, измеренную на местности, и, наоборот, измерив расстояние на карте, определить его величину на местности. Например, если горизонтальное расстояние (проложение) на местности равно 183,7 м, масштаб плана 1:1000, т. е. в 1 см — 10 м, то длина отрезка на карте будет 1 8 3 ,7 :1 0 = 18,37 см. Если отрезок на карте имеет длину 8,25 см, а масштаб карты 1:25 000, т. е. в 1 см — 250 м, то горизонтальное проложение линии местности будет 8 ,2 5 X 2 5 0 = 2062,5 м.
Линейный масштаб представляет собой прямую линию, разделенную на равные отрезки, называемые основанием масштаба. Против каждого деления основания подписаны соответствующие расстояния на местности.
С помощью линейного масштаба можно измерять и откладывать расстояния с точностью до 0,5 мм. Для более точного определения расстояний пользуются поперечным масштабом. Поперечный масштаб представляет собой график, основанный на пропорциональном делении отрезков. Для построения масштаба на прямой откладывают несколько раз 2-сантиметровый отрезок, называемый основанием масштаба. Из полученных то
чек восстанавливают перпендикуляры. Через равные промежутки на перпендикулярах проводят прямые, параллельные основанию масштаба. Крайние левые основания масштаба сверху и снизу делят на десять частей (по2 мм). Полученные точки соединяют наклонными прямыми, как показано на рис. 3.1.
Из подобия треугольников AB C и abc следует: аЬ = 0,1АВ, но АВ = 2 мм, следовательно, цена наименьшего деления полученного масштаба равна 0,2 мм, или сотой доли основания масштаба. Поперечный масштаб с основанием 2 см называется нормальным сотенным масштабом.
Перед началом измерения с помощью поперечного масштаба нужно уяснить, каким расстояниям на местности соответствуют его основные деления, т. е. чему равны 2 см, 2 мм,0,2 мм, умноженные на знаменатель масштаба карты. Например, для плана масштаба 1:2000— 40 м, 4 м, 0,4 м. На рис. 3.1 показан отрезок, равный 64,8 м в масштабе 1:1000. Для определения длины наклонной линии местности D по ее горизонтальному про- ложению d пользуются формулами:
D = d /cos v или
0 = д / d 2 + h 2 (3.1)
F
Рис. 3.2. Измерение циркулем ломаной линии
Величину d измеряют по карте, угол наклона v определяют либо по графику заложений, либо по формуле
v = p^ (3.2)
где р = 57 3.Превышение h вычисляют по
отметкам горизонталей. Длину ломаной линии определяют как сумму прямолинейных отрезков (рис. 3 .2 ) . Для измерения длины кривых линий на карте используют курвиметр.
Величина отрезка линии местности, соответствующая в масштабе карты предельной графической точности0,1 мм, называется точностью масштаба карты.
Однако точность определения расстояний по карте зависит не только от точности измерения. Источником ошибок измерений является также деформация бумаги. С учетом этого фактическая точность измерения прямых линий на плане колеблется в пределах0,5...1,0 мм, что в масштабе 1:1000 на местности составит 0,5...1 м, в масштабе 1:500— 0,25...0,5 м.
§3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПО КАРТЕ (ПЛАНУ) КООРДИНАТ ТОЧЕК И УГЛОВ ОРИЕНТИРОВАНИЯ
О п р ед ел ен и е географических координат. При определении географических координат используют минутные деления широты и долготы, нанесенные на сторонах рамки листа карты, и подписи долготы и широты углов этой рамки.
Чтобы определить географические координаты какой-либо точки В (рис. 3.3, а ) , через нее проводят на карте параллели и меридианы и по шкалам рамки соответственно отсчитывают широту и долготу точки.
Определение прямоугольных координат точек. На листах топографических карт нанесена сетка прямоугольных координат — абсцисс и ординат в проекции Гаусса. Координатная сетка представляет собой сеть квадратов, образованных прямыми линиями, параллельными осевому меридиану зоны и экватору. Она наносится через целое число километров, поэтому называется часто километровой. Координаты километровых линий, ближайших к углам рамки листа карты, подписываются полным числом километров, остальные сокращенно, последними двумя цифрами (рис. 3.3, б).
При определении прямоугольных координат точки сначала определяют квадрат сетки, в котором она расположена. Для этого читают оцифровку горизонтальной километровой линии, образующей северную сторону квадрата, а затем вертикальной линии, образующей западную сторону квадрата, т. е. сначала абсциссу, а затем ординату северо-западного угла квад р ата . Например, точка А (рис. 3.3, б) находится в квадрате «сорок, сорок д ва»— (4042). Координаты ХА и YА определяются по формулам:
X а == X сетки “1“ А Х ,(3.3)
Y А — ^сетки “Ь A Y,
где Л: сетки абсцисса квадрата коор-
О) ‘ 1--------- 1 ' 1— = 1 ------30'
61«MT6J м 1
144
40' 11
6В42 II
111
. 40
I
Д1-111
1
|ДЛ|
! !
. 38
— + 1 1 1 1 1
- ч — - 1 1 1 11 38
и
I 11
1---- 1
В)00' 63J0*
. 61° 42 44
40'
■ 6142 h h
■ 40
h
h
h______\A—4У j
1
■ 38 38
44 '
1Рис. 3.3. Определение географических (а) и прямоугольных (б) координат
динатной сетки; У сеТки — ордината квадрата километровой сетки.
С помощью циркуля-измерителя и поперечного м асш таба измеряют отрезки АХ и А У по перпендикуляру, опущенному из точки А на ближайшие стороны квадрата координатной сетки.
Чтобы исключить деформацию бумаги карты, определение координат точек выполняют по формулам:
mХ = Х 1,=Х_ и+-
с е т к и / , + / 2 ■>' ■ с е т к и 1 / ] + / 5
Y = Y +сетки 1
m___ "_/ —V —____
/ , + / , 3 с е т к и
(3.4)где m — число метров в стороне квадрата сетки.
Прямоугольная координатная сетка позволяет решить и обратную з а дачу, т. е. нанести точку на карту по ее координатам. Для этого вначале находят на карте квадрат координатной сетки, в котором расположена точка, откладывают измерителем в масштабе карты абсциссу в метрах на левой и правой сторонах квадрата и проводят тонкую горизонтальную линию; слева направо по прочерченной линии откладывают длину отрезка
ординаты в метрах согласно масштабу карты и находят искомую точку.
Определение углов ориентирования. Для измерения дирекционного угла а линии через начальную ее точку проводят прямую, параллельную оси абсцисс. При измерении дирекционного угла, имеющего величину от 0 до 180°, нулевой радиус транспортира совмещают с северным направлением вертикальной километровой линии, а углов, больших 180°,— с южным направлением. В последнем случае к полученному отсчету прибавляют 180°.
Чтобы вычислить истинный азимут Лист, зная измеренное по карте значение дирекционного угла, пользуются формулой
Лист = а ± у , (3.5)
где а — значение дирекционного угла;Y — среднее значение угла сближения меридианов для данного листа карты, указанное на схеме под южной рамкой карты.
Для определения магнитного азимута линии нужно знать величину магнитного склонения б — угла между истинным и магнитным меридианами. Склонение магнитной стрелки может быть восточным и западным. Магнитный азимут Л „ а г = Л и с Т — бвост ИЛИ
Лмаг = Лист + 83ап, где б — склонение
магнитной стрелки, значение которого также приведено на схеме под южной стороной рамки карты.
§3.3 . ИЗУЧЕНИЕ РЕЛЬЕФА ПО КАРТЕ (ПЛАНУ)
Определение высот точек. Приопределении высот точек по карте могут встретиться следующие случаи:
1. Точка лежит на горизонтали. Ее отметка равна отметке горизонтали.
2. Точка С лежит между горизонталями с отметками Н в и H D. В этом случае отметку точки определяют посредством интерполирования. Для этого измеряют расстояния d\ и с?2 от точки М до ближайших горизонталей с помощью линейки. Отметку Н м точки М вычисляют дважды с учетом направления понижения местности
HM = HK+ ( h id i) / ( d l + d2)(3.6)
Нм — {hd2)/{d\-Мг),
где Н к и H N— отметки горизонталей, м; d\ и ^2 — расстояния от точки С до горизонталей, мм; h — высота сечения рельефа (на рис. 3.4 h — высота сечения рельефа равна 2,5 м).
За окончательное значение принимают среднюю отметку.
3. Точка расположена внутри замкнутой горизонтали. Точка Р на рис. 3.4 лежит внутри замкнутой го-
Рис. 3.4. Определение высот точек местности по карте. Проведение на карте линии заданно
го уклона
ризонтали и является вершиной высоты. Очевидно, что ее отметка Нр больше Н горизонтали, окружающей точку, на величину, меньшую высоты сечения рельефа. Можно принять, что отметка Нр точки Р приближенно равна отметке соседней горизонтали плюс половина высоты сечения рельефа, т. е. Нр = 1 5 1 ,2 5 м. Если точка является дном котловины, то ее отметка будет меньше высоты ближайшей горизонтали на величину, равную половине высоты сечения рельефа. Точность определения отметки точки по горизонталям на среднепересеченной
местности равна примерно ^-высоты сечения рельефа.
Определение крутизны ската. Крутизной ската i называется отношение разности высот между точками ската h к его заложению d:
i = tgv = h /d . (3.7)Крутизна ската может быть выра
жена либо в угловой мере, либо в уклонах (десятичной дробью, в процентах или в промиллях).
Для определения крутизны ската в градусах пользуются графиками з а ложений, которые помещены на к а ж дом листе карты под южной стороной
Рис. 3.5. График заложений в градусах (а) и в уклонах (б)
рамки. Для этого надо взять циркулем расстояние между двумя смежными основными горизонталями, приложить циркуль к графику заложений (рис. 3.5) и прочитать число градусов у основания шкалы. Крутизна ската между смежными утолщенными горизонталями определяется по шкале, соответствующей пятикратному сечению.
Уклон, как правило, выражают в промиллях (°/оо) • Такое измерение уклонов принято в нормативных документах (СНиП П -60— 75).
На топографических картах и планах графики заложений в уклонах не приводятся. В тех случаях, когда возникает необходимость определения большого количества уклонов, целесообразно построить график. Для этого на горизонтальной прямой намечают точки, соответствующие значению уклонов (рис. 3 .55). По перпендикуляру к основанию графика от этих точек откладывают отрезки (в масштабе карты), равные соответствующим заложениям, а именно d = = h/i.
Концы этих отрезков соединяют плавной кривой. В процессе проектирования часто возникает необходимость в проведении на карте линии заданного уклона. Для этого используют график заложений или вычисляют величину заложения по формуле(3.7).
Линию заданного уклона проводят на карте следующим образом. От начальной точки А (рис. 3 .4 ) , расположенной на горизонтали, раствором циркуля А В , соответствующим заданному уклону, последовательно засекают соседние горизонтали. Соединяя точки уколов циркуля, получают ломаную линию АВСД, имеющую один и тот же уклон.
§3.4. ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯМЕСТНОСТИ ПО КАРТЕ (ПЛАНУ)
Для построения профиля местности к заданному направлению прикладывают полоску миллиметровой бумаги. На ней отмечают выхо
ды всех горизонталей и точек, лежащих на перегибе скатов (рис. 3.6, а) . Затем эту полоску переносят в графу «горизонтальные расстояния» (рис. 3 .6) , вписывая их значения. В графу «отметки» вписывают значения отметок точек пересечения профильной линии с горизонталями.
Построение точек профиля по их отметкам выполняют от линии условного горизонта. Для наглядности вертикальный масштаб профиля берут обычно в 10 раз крупнее горизонтального, но отношение масштабов может быть и иным. Отметку линии условного горизонта выбирают с таким расчетом, чтобы точка с минимальной отметкой располагалась выше данной линии не менее чем на 1 см. От линии условного горизонта строят перпендикуляры в каждой точке и на них откладывают в выбранном масштабе разности отметок точек и отметки линии условного горизонта. Концы перпендикуляров соединяют плавной кривой, которая будет изображать профиль местности.
Определение условий визуального обзора местности. При решении ряда архитектурных задач, как, например, для оценки гармоничного сочетания исторически сложившейся и проектируемой застройки города, определения степени инсоляции участка местности, его защищенности от ветра, на картах строят поля невидимости с нескольких характерных точек (рис. 3 .7). Для этого через заданную точку в направлении выбранного сектора обзора местности проводят ряд прямых ОА, ОБ, ОВ и по ним строят профили местности. На профилях через отметку точки О проводят лучи зрения, касательные к очертаниям возвышенностей, полученные при этом точки границ поля невидимости /, 2, 3 переносят с профиля на карту. Границы поля невидимости прочерчивают последовательным соединением точек, вынесенных с профилей. Точность построения полей невидимости будет возрастать с увеличением числа построенных профилей.
1 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Рис. 3.6. Построение профиля по карте:а — профильная линия на карте; б — профиль местности
Построение по карте (плану) графических моделей рельефа. Архитектурное проектирование неизбежно связано с детальным изучением характера и особенностей рельефа местности. Для этого в ряде случаев, особенно в процессе обучения, целесообразно составлять наглядные изображения рельефа.
Построение силуэта местности. На предварительных стадиях проектиро
вания представление о характере силуэта местности может быть получено путем его построения по карте.
Силуэт представляет собой ортогональную проекцию местности на вертикальную плоскость, проходящую через линию MN (рис. 3 .8), по направлению которой строят силуэт. Построение начинают с вычерчивания профиля по линии водораздела, проходящего через ближайший к наблюдате-
Рис. 3.7. Определение условий визуального обзора мест
ности
Профиль по О-В
Ооге; --------------40
30
20
©-
Рис. 3.8. Построение силуэта местности
лю хребет АВ. На этой линии отмечают места перпендикуляров, касательных к изгибам горизонталей. На перпендикулярах от линии MN откладывают отрезки, соответствующие отметкам горизонталей. Плавные кривые, соединяющие концы перпендикуляров, представляют собой силуэт местности. Полученное изображение дает примерную картину о силуэте, как бы издалека представляя собой панораму местности.
П остроение б л ок-ди агр ам м ы рельефа местности. Для наглядного изображения связей между рельефом
местности и проектируемой застройкой может быть построена блок-диаграм- ма. Она соединяет в себе перспективное изображение местности, продольный и поперечный разрезы.
На рис. 3.9, а приведена схема построения блок-диаграммы с одной точки перспективы. На листе бумаги проводят оси ОХ и .ОУ и выбирают положение точек М и N так, чтобы MO = NO. Из точки М под углом в 30...40 к оси абсцисс проводят линию ME. В точке пересечения ME и YY помещают участок карты АВ СД (рис. 3.9, б ) , для которого желатель
но получить блок-диаграмму. Рисуют переднюю грань блока ADEF. Затем проводят линии ME, MD и NB. Из точки пересечений линий NB и МА проводят НС параллельно АЕ и НК параллельно AD. Изображение переносится с карты на верхнюю грань блока по перспективным сеткам, которые показаны на рис. 3.9, в. В дальнейшем выбирается вертикальный масштаб блок-диаграммы, в соответствии с которым переносятся на рисунок отдельные высотные слои изображения. Блок-диаграмма в окончательном виде изображена на рис.3.9, г.
§3.5 . ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОЩАДИ УЧАСТКА МЕСТНОСТИ ПО ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ КАРТЕ (ПЛАНУ)
Измерение площадей участков местности по топографической карте может производиться графическим, аналитическим и механическими способами.
1. Графический способ заключается в разбивке участка на плане на простейшие фигуры (треугольники, четырехугольники и т. п.), вычислении их площадей в отдельности с последующим суммированием. Размеры элементов фигур определяются графически.
Площадь участка местности можно определить также с помощью палетки, изготовленной из прозрачного материала, на который наносится сетка
Рис. 3.10. Палетка
квадратов со сторонами в 2...4 мм (рис. 3 .10).
2. Аналитический способ измерения площади фигур заключается в графическом определении координат вершин геометрических фигур и вычислении площади по формуле
Пч * _ - * ;+1) =
= | 2 * <y/ + i - y/ - i ) - <3-8>1
где г'= 1, 2, 3, ..., п.Площадь полигона равна половине
суммы произведений ординат каждой точки на разность абсцисс предыдущей или последующей точек или половине суммы приращений абсциссы каждой точки на разность ординат последующей и предыдущей точек (рис. 3 .11).
3. Механический способ измерения площадей основан на использовании специального прибора-планиметра. Наиболее распространен полярный планиметр (рис. 3.12, а) . Он состоит из двух рычагов — полюсного Р\ и обводного Р, соединенных шаровым шарниром, укрепленным на конце полюсного рычага. На обводном рычаге помещается подвижная каретка со счетным механизмом. Обводной рычаг имеет ручку со шпилем для обвода контуров.
Рис. 3.11. Аналитический способ определения площади
2 З ак . 956
Рис. 3.12. Планиметр
Перед измерением обводной шпиль устанавливают над какой-либо точкой контура площади и по счетному механизму делают начальный отсчет U i и после обвода контура площади делают конечный отсчет U% Искомая площадь при полюсе вне контура вычисляется по формуле
S = C(U2- U i ) . (3.9)Отсчет на счетном механизме
складывается из числа полных оборотов, которые берутся по диску, числа делений барабана (две цифры) и числа десятых долей, определяемых по верньеру. Так, отсчет на рис. 3.12,‘ б равен 6458.
Прежде чем приступить к измерению площадей, определяют цену деления планиметра С. Для этого на карте выбирают фигуру, площадь которой известна (например, квадрат километровой сетки). Установив планиметр таким образом, чтобы обводной шпиль легко доставал до всех вершин квадрата, а угол между полюсным и обводным рычагом был в пределах от 30 до 150 , берут отсчет U 1 по счетному механизму при положении обводного шпиля в одной из вершин квадрата. Затем медленно перемещают обводной шпиль по часовой стрелке вокруг всего контура до
исходной точки и берут отсчет U% Р а з ность этих отсчетов U2 — U\ выразит площадь квадрата в делениях планиметра. Для получения цены деления планиметра площадь квадрата Р делят на число полученных делений планиметра U 2 — U 1 :
C = S KBaJ ( U 2- U i). (3.10)
Точность аналитического способа определения площади зависит от точности, с которой определены координаты вершин многоугольника. Относительную погрешность определения площади палеткой можно принять равной 1/50, а планиметром— 1/300.
§3.6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПО КАРТЕ (ПЛАНУ) ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ И НАКЛОННОЙ ПЛОЩАДОК
При организации городской поверхности, удобной для застройки и формирования архитектурно-художе- ственного облика города, создании условий для отвода ливневых, талых и хозяйственных вод с территорий улиц, для обеспечения условий нормальной работы всех видов городского транспорта возникают задачи по проектированию горизонтальных и наклонных площадок. Для этого обычно используют материалы съемки
)
dx
%
ч
насыпь переходит в выемку) находят положение точек нулевых работ по формулам:
Х - - Y = (3.12)
Рис. 3.13. Проектирование
местности нивелированием поверхности по квадратам.
Отметка горизонтальной площадки под условием баланса земляных работ
2 я , + г 2 я 2+ з£ я 3+2я пР= - Ап
(3.11)
где 2/ii— сумма отметок вершин, относящихся только к одному квадрату;
— сумма отметок вершин, общих для двух квадратов; ПН з— сумма отметок вершин, общих для трех квадратов; 2 # 4— сумма отметок вершин, общих для четырех квадратов.
Вычисляют рабочие отметки (разность между проектной и фактической отметками вершины квадрата) и записывают их у соответствующих вершин.Проводят линию нулевых работ. Для этого на сторонах квадратов с рабочими отметками разного знака (где
ГЛАВА 4
Л И Н Е Й Н ЫЕ ИЗМ ЕРЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ
Контроль X-\-Y = a, где hi— рабочая отметка выемки, /г2— рабочая отметка насыпи, а — сторона квадрата, их наносят графически на план. Полученные точки соединяют отрезками прямых и получают линию нулевых работ. По рабочим отметкам вершин квадратов вычисляют объемы земляных работ.
При проектировании наклонной площадки (рис. 3.13) устанавливают ее продольный ix и поперечный iy уклоны и отметку какой-либо исходной точки Hq. Проектную отметку любой точки, расположенной на расстояниях d x и dy от исходной, находят по формуле
Н пр = Н о - ( - i x d x -f~ i y d y . (3.13)
Затем вычисляют рабочие отметки как разность проектной отметки вершины квадрата и ее фактической отметки, выписывают отметки на план. Значение общего уклона поверхности
об ш ' =л/ lx + il ’ (3.14)
а его направление а определяется из отношения t g a — iy/ix-
Производство большинства видов геодезических работ сопровождается линейными измерениями на местности. Линейные измерения производят либо непосредственно путем откладывания мерного прибора в створе измеряемой линии, либо косвенно — с помощью разных типов дальномеров.
В зависимости от требуемой точности измерения, методов измерения и применяемых при этом приборов
относительная ошибка линейных измерений в геодезических работах колеблется в достаточно широких пределах: от 1/1 000 000 до 1/300.
Для создания топографических планов и решения отдельных геодезических задач, выполняемых в ходе строительства, используются приборы и методы, обеспечивающие получение длин линий с относительными ошибками порядка 1/2000 до 1/300.
§4.1. МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕРНЫЕ ПРИБОРЫ
Для непосредственного измерения длин линий на местности предназначены мерные стальные ленты, рулетки, инварные ленты и проволоки. Наибольшее применение имеют рулетки и мерные стальные ленты (рис. 4.1, а,б, в) , которые подразделяются на штриховые, шкаловые и концевые. Инварные ленты и проволоки используются для высокоточных и точных геодезических работ. Относительная ошибка измерения такими мерными приборами составляет 1/1 ООО ООО... ...1/5000. Мерные ленты обеспечивают точность измерений с относительной ошибкой 1 /5000— 1 /2000.
Для закрепления концов штриховых лент при измерении длин линий на местности применяют комплект из6 или И стальных шпилек (рис. 4.1, г). При переноске шпильки надевают на проволочное кольцо.
Для хранения и транспортирования мерные ленты наматывают на специальное кольцо с проушинами
(рис. 4.1, д ) , в одно из которых з а винчивают болтик, удерживающий ленту на кольце.
Компарирование м ер н ы х приборов.До начала полевых работ определяют действительную длину измерительных приборов путем сравнения их с известной длиной нормального (контрольного) прибора. Такое сравнение называют компарированием.
Если длина проверяемой 20-метро- вой штриховой ленты отличается на величину, большую ± 2 мм, вводят поправку А/к за компарирование.
Каждая лента имеет технический паспорт, в котором указывается уравнение мерного прибора вида
/ = /о + А/к +А /(, (4.1)где /о — номинальная длина ленты при / = - j -20 °С; А/к — поправка за компарирование; Ah — поправка за температуру;
А/<=ос(/— to)lo, (4.2)где а — коэффициент линейного расширения стали при изменении температуры на 1 °С равен 1 2 ,5 Х Ю _б;
а)
5)
О о 3Z о о
20шпалаP'l ' f ' l ' l ' l 'T T TT
ОНО |а> о
5.6
Рис. 4.1. Мерные стальные ленты:о - штриховая; 6 - ш каловая; в - концевая; г - шпильки; д - лента на кольце
§ 4.1. Механические мерные приборы 37
м\ и 13 12 17W / / ' / / / У / / 777 /77 777М о— о— -о-— о -— о— -о уit 3 2 1
Рис. 4.2. Вешение линий (а) и измерение длин линий лентой (б)
t — температура эксплуатации мерного прибора; to — нормальная температура компарирования, принятая t = 20 °С.
При измерении длины линий штриховой землемерной лентой, когда температура сохраняется в пределах от12 до 28 °С, поправку за температурное влияние не учитывают.
Вешение линий. Для повышения точности измерений на местности длинных линий устанавливают промежуточные вешки в створе измеряемой линии.
Допустим, требуется провешить линию MN (рис. 4.2, а ) . В точке М, где находится наблюдатель, устанавливают веху, а в точке N веху устанавливает помощник наблюдателя. Наблюдатель становится в 1...2 м от вехи в точке М и направляет веху в точке М так, чтобы она закрывала веху в точке N. Помощник, двигаясь от точки N в сторону наблюдателя, по его сигналам устанавливает веху № 1 в створе линии MN, затем, перемещаясь ближе к наблюдателю, устанавливает веху № 2. Так вешение продолжается до тех пор, пока по всей линии не будут строго вертикально установлены все вехи.
Порядок измерения длины линий. Измерение лентой выполняют два исполнителя. Первый исполнитель прикладывает нулевой штрих ленты к начальной точке, в кольцевой вырез 9тавит шпильку и движением руки направляет второго исполнителя в створ измеряемой линии. После укладки ленты в створе второй исполнитель встряхивает ее, натягивает и в вырез ленты вертикально ставит шпильку
(рис. 4.2, б) . Затем снимают ленту со шпилек и переносят ее вперед. Ленту снова укладывают в створе линии и работа продолжается в том же порядке до тех пор, пока второй исполнитель израсходует весь комплект шпилек (у первого в это время должно быть 5 или 10 шпилек). После этого первый исполнитель передает комплект шпилек второму и процесс измерения продолжается.
Для домера остатка измеряемой линии ленту протягивают за конечную точку и отсчитывают число целых метров по оцифровке на ленте, дециметры — по количеству отверстий на метровом интервале ленты и сантиметры оценивают на глаз.
Для повышения точности измерений и контроля длину линии измеряют дважды: либо одной лентой в прямом и обратном направлениях, либо двумя лентами в одном направлении, используя при этом ленты: основную 20-мет- ровую и контрольную 24-метровую.
Ленты длиной 24 м разделены также на 20 равных интервалов, а каждый интервал на десять равных частей. Результаты измерений этой лентой надо умножать на коэффициент 1,2.
Оценка точности результатов проведенных измерений производится по относительной ошибке, которая определяется как частное от деления абсолютной ошибки на среднюю длину измеренной линии.
Относительная ошибка для штриховых лент считается допустимой, если она не превышает для местности I категории (благоприятные условия, ровная местность, твердый грунт, асфальт и т. п.) 1/3000 длины линии;
для местности II категории (местность со средними условиями измерения (пересеченная местность с порослью, по жниве и т. п.) 1/2000 длины линии; для местности III категории (с неблагоприятными условиями измерения (пахота, песок, снег и др.) 1/1000 длины линии.
В случае получения недопустимой относительной ошибки измерение длины линии повторяют.
При допустимой относительной ошибке за окончательный результат измерения длины линии принимают среднее арифметическое значение из двух измерений.
Приведение к горизонту измеренных длин линий. Линии, измеренные на местности, обычно имеют наклон, соответствующий рельефу местности. На план наносят не сами измеренные длины линий, а их горизонтальные проекции, или так называемые горизонтальные проложения. Для этого в результаты измерений вводят поправку за наклон линии к горизонту, вычитая ее из измеренной длины линии.
Пусть на местности измерена длина линии MN — D, наклоненная к горизонту под углом v (рис. 4 .3 ) , d — горизонтальное проложение измеренной линии D.
Из прямоугольного треугольника MNK
d = D cosv.Поправка за наклон линии
AD = D — d — D(l — cosv)или
AD — 2D sin 2 . (4.3)
Рис. 4.3. Приведение измеренных линий к горизонту
Рис. 4.4. Определение неприступного расстояния
Для вычисления поправок за наклон линий к горизонту по формуле (4.3) составлены таблицы.
При углах наклона менее 1,5° поправки за наклон малы и их не учитывают.
В случае, когда измеряемая линия на разных участках имеет различные углы наклона, поправки вычисляют для каждого участка отдельно и для всей линии поправки за наклон суммируют.
Определение неприступных расстояний. В практике инженерно-геодезических работ, а также при производстве обмеров памятников архитектуры с помощью геодезических измерений не редки случаи, когда непосредственное измерение длины линии между точками А и Р (рис. 4.4) произвести невозможно. Тогда длину таких линий определяют как неприступные расстояния.
Для определения длины линии АР на местности разбивают треугольники АРС и А Р С {.
По форме эти треугольники должны быть близки к равносторонним. Стороны АС-b и АС\-Ь\ треугольников называют базисами.
Если измерить длину базисов b и Ь\ и углы р ,̂ рс и р'с в точках А, С и Сь то по теореме синусов из треугольников АРС и АРС\ получим
Таблица 4.1
ьСхематический
чертеж Вершины Углыsin Р
и sin (ы) углов
Длинысторон,
м
р(\) (5 1 °0 5 '0 0 ") (13) 19,317(23)0 ,77806(17)
15,03(11)
А( 2) 66 37 30 (7) 0 ,91793(18) 17,73(25)С( 3) 62 17 30(8)
180°00 '00"(14)0 ,88532(19) 17,10(26)
Р ( 4 ) (47 1830) (15) 18,313(24)0 ,73501(20)
13,46(12)
Л(5) 6 3 3 9 30 (9) 0 ,89617(21) 16,41(27)Ci(6) 69 02 00 (10)
180t0 0 ' 0 0 ' ( 16)0 ,93379(22)среднее
17,10(28)17,10(29)
дважды длину общей стороны АР-с\
sin р],
с ■ sin sin(P/l + Pc)
Вычисления по формулам (4.4) производят на микрокалькуляторе, результаты вычислений помещают в табл. 4.1
Разность между двумя полученными значениями АР не должна превышать 1/1000 или 1/2000 ее длины, что регламентируется соответствующими инструкциями.
§4.2. ОПТИЧЕСКИЕ ДАЛЬНОМЕРЫ
Оптические дальномеры — это приборы или приспособления к теодолитам, предназначенные для косвенного определения расстояний. В осно-
А
Рис. 4.5. Принцип определения расстояния оптическим дальномером
ву определения расстояния оптическими дальномерами положено оптико-механическое решение равнобедренного вытянутого треугольника по углу Р и противолежащей ему стороне Ь, называемой базисной (рис. 4 .5).
Один из элементов треугольника измеряется, второй остается постоянным. Из равнобедренного треугольника АВМ , имея в виду, что биссектриса MN перпендикулярна к стороне АВ, напишем
Оптические дальномеры подразделяют по виду измеряемого элемента треугольника, принципу работы, расположению базиса, конструкции и характеру получаемых конечных результатов.
Первые два признака являются определяющими и положены в основу классификации оптических дальномеров по типам. В зависимости от того, какой элемент треугольника измеряется, различают следующие типы дальномеров: с постоянным углом, с постоянным базисом, с переменным углом и переменным базисом.
Наибольшее применение в практи
Тиб лица 4.2
Типы дальномеров
ПараметрыД -2 ДН Р-5 ДН -8 д н -ю
Диапазон измерений, м 4 0 . . .4 0 0 2 0 . . .1 2 0 5 0 . . .7 0 0 2 0 . . .2 5 0Средняя квадратическая
ошибка измерений на 100 м, см 2 5 8 10
Диапазон работы для углов наклона, не более ± 2 0 ° ± 2 0 ° ± 3 0 ° ± 3 0 °
Длина рейки, м, не более 2 ,2 1,5 1 ,2 1,7
ке геодезических измерении находят первые два типа дальномеров, которые изготовляют в виде портативных насадок на объектив зрительной трубы теодолита.
Существенное повышение измерений с помощью дальномеров способствует широкому их применению в производстве инженерно-геодезиче- ских работ.
В табл. 4.2 приведены основные характеристики оптических дальномеров двойного изображения.
Нитяной оптический дальномер является наиболее простым и широко распространенным дальномером с постоянным углом. Постоянный угол образуется оптически с помощью штрихов на сетке нитей зрительной трубы, геодезического прибора. Роль базиса выполняет дальномерная рейка. Обычно для этого используется нивелирная 3-метровая рейка с сантиметровыми делениями. Чтобы уяснить принцип действия нитяного дальноме
ра, рассмотрим ход лучей в зрительной трубе с внешней фокусировкой, как это показано на рис. 4.6. Пусть лучи, исходящие от дальномерных нитей сетки (рр и q q) , пройдут через точки гп\ и /П2 фокусирующей линзы и пересекутся в переднем фокусе объектива в точке F, образуя угол р, величина которого зависит от расстояния г между дальномерными штрихами сетки нитей и не зависит от удаления рейки до прибора. Вершина угла находится на оптической оси объектива и совпадает.
Из рис. 4.6 следует, что определяемое расстояние
£> = £>,+/ + б. (4.6)Из подобия треугольников FPQ и Fpq найдем:
Di — lf/r.При неизменных значениях / и г отношение f / r = K — постоянная величина для данной зрительной трубы и называется коэффициентом дальномера.
I РейкаОбъектив Окуляр
Рис. 4.6. Определение расстояния нитяным дальномером
Для удобства вычислений значение К делают равным 100.
Отрезок рейки PQ = l является дальномерным отсчетом по рейке. Поэтому формула (4.5) примет вид
D = Kn + C, (4.7)где С = (/ + б).
В зрительных трубах современных теодолитов с внутренней фокусировкой практически можно считать, что С = 0, и тогда формулу (4.7) для определения расстояния нитяным дальномером представляют так:
D = 100п, (4.8)где п — число сантиметровых делений, отсчитанных по рейке.
Формула (4.6) была получена для частного случая, когда базис перпендикулярен к линии визирования зрительной трубы.
При измерениях на пересеченной местности с большими углами наклона это условие будет нарушаться, что очевидно из рис. 4.7. При наклонном визирном луче измерения выполняют практически по вертикально стоящей дальномерной рейке. Отсчет делений при этом будет отличаться от отсчета п' по рейке, установленной перпендикулярно к визирному лучу зрительной трубы на величину
n' = rtcos V. (4.9)
С учетом (4.9) формула (4.7) примет вид
D = K/icosv + С. (4.10)
Рис. 4.7. Определение горизонтальных проло- жений по вертикальной рейке
Горизонтальное проложение d линии D получают
d = Dcosv = Kncos2v + Ccosv. (4.11) Вследствие малости второго слагаемого по сравнению с первым в уравнении (4 .11), его можно представить в видеd = Кп — (/Cnsin2v) = D — Z)sin2v, (4.12) где D — длина наклонной линии, измеренная нитяным дальномером. Величина
Z)sin2v = (6D) представляет поправку к измеренной длине линии D. Например, при v = 3 и D = 1 0 0 м поправка 8£) = — 0,27 м.
Большим недостатком нитяного дальномера является сравнительно низкая точность измерения порядка 1/300 вследствие нестабильности значения величины f / r и большой погрешности за толщину сетки нитей при отсчете по рейке.
Для уточнения коэффициента К и постоянной С перед началом работ производят полевое определение. С этой целью с помощью дальномера определяют длину нескольких отрезков, измеренных лентой.Оптические дальномеры двойного изображения
Отличительной особенностью этих дальномеров является построение оптической системой двух изображений наблюдаемой рейки. Оба изображения, смещенные одно относительно другого, видны в поле зрения трубы.
Они помещаются перед объективом зрительной трубы геодезического прибора и, как правило, являются оптическими насадками, работающими совместно со зрительной трубой прибора.
В дальномерах двойного изображения устранен ряд недостатков нитяного дальномера, приводящих к понижению его точности: исключена из отсчетного устройства сетка нитей, устранена погрешность за изменение фокусировки зрительной трубы и др.
Если нитяные дальномеры являются дальномерами с постоянным углом, то дальномеры двойного изображения могут быть как с постоянным
дальномером:а — с клиновым компенсатором; б — с линзовым
углом Д-2, Д Н Р -5 ДН-10, так и с постоянным базисом ДН-10.
К дальномерам с постоянным углом относятся дальномерная насадка на трубу теодолита Д Н Р-5 и дальномер Д-2.
Д в а изображения рейки у таких дальномеров создаются призмами с малыми преломляющими углами, называемыми оптическими клиньями или длиннофокусными линзами.
Если перед объективом зрительной трубы 1 (рис. 4.8, а) поместить два оптических клина 2 и 3, то световой луч под воздействием клина 2 отклонится к основанию клина и точка О переместится в положение 0\, а под воздействием клина 3 точка О сместится в положение Ог- По величине смещения изображения одной и той же точки (на дальномерной рейке отрезок O 1O2 равен I) можно определить значение определяемого расстояния, так как параллактический угол постоянен и его делают равным 34,38', как и в нитяном дальномере.
Формула для определения расстояния оптическими дальномерами двойного изображения с постоянным углом имеет тот же вид, что и для измерения нитяным дальномером:
D = K h + C .
Коэффициент К делают равным 100, п — число сантиметровых делений по дальномерной рейке. Методика определения коэффициента К приводится в специальной литературе.
В дальномерах с постоянным базисом для измерения параллактического угла используют линзовый компенсатор, который состоит из двух длиннофокусных линз: положительной и отрицательной, разрезанных по диаметру на две полулинзы. Эти полулинзы в сочетании попарно положительной с отрицательной закреплены в одной оправе так, что каждая пара образует комбинированную линзу, которая имеет приспособление для смещений одной относительно другой вдоль разреза. Если перед объективом зрительной трубы теодолита 1 поместить две пары таких комбинированных линз 2 с одинаковым фокусным расстоянием так, что одна может смещаться относительной другой, то при совпадении оптических осей объектива и линз луч не будет отклоняться и пройдет через О (рис. 4.8, б ) . При смещении одной из линз луч отклонится на угол р и изображение точки О сместится в точку Оь
Смещение линз, а значит, и параллактический угол р, соответствующий этому смещению, можно измерить в линейной мере с помощью специальной шкалы, которая скреплена с измерительным компенсатором и находится в поле зрения микроскопа.
Для повышения точности совмещения изображений в зрительную трубу помещают разделительное устройство: бипризму, устанавливаемую вместо сетки нитей, и щелевидную диафрагму, навинченную на окуляр.
Перевод угла р, измеренного в линейной мере (в делениях шкалы насадки), в угловую меру, например в секунды, осуществляют путем умножения полученного по шкале отсчета на цену его деления у,.
Из рис. 4.9 видно, что определяемое расстояние равно:
D = D \ + Ci -f~ С2, где Ci и с2 — величины постоянные
§ 4.3. Понятие о радиофизических дальномерах 43
Рис. 4.9. Определение расстояния дальномером двойного изображения с постояннымбазисом
для данного прибора и рейки (штанги). Сумму С1 + С2 обозначим через С.
Расстояние D\ определяют по формуле (4 .5) . Таким образом, расстояние D, измеренное дальномером с постоянным базисом, определяют по формуле
£> = tf/P + C. (4.13)Коэффициенты дальномера — К
перед началом измерений определяют на компараторе.
В расстояния D, получаемые с помощью дальномеров двойного изображения, вводят поправку за наклон измеряемой линии.
§4.3. ПОНЯТИЕ О РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ДАЛЬНОМЕРАХ
Принцип определения расстояния радиофизическими дальномерами состоит в измерении времени прохождения электромагнитных колебаний между конечными пунктами измеряемого расстояния.
Время распространения электромагнитных колебаний (волн) может быть измерено как непосредственно импульсным способом, так и косвеннофазовым способом, когда в точке
установки дальномера измеряют разность фаз посланного и возвращенного потоков электромагнитных колебаний. Последний способ используется во всех точных и средних радиофизических дальномерах. В зависимости от вида используемых электромагнитных волн радиофизические дальномеры разделяются на светодальномеры и радиодальномеры.
Принцип действия фазового свето- дальномера. При измерении длины линии D между точками М и N (рис. 4.10, а) дальномер устанавливают в точке М, а отражатель — в точке N. Электромагнитные колебания, измеряемые дальномером, пройдя расстояние D и отразившись в точке N, возвращаются в точку М и поступают в приемное устройство. При этом определяют число длины волн — К электромагнитных колебаний, укладывающихся в расстоянии 2D (рис.4.10, а ) .
Значение X получают по скорости распространения электромагнитных колебаний в атмосфере — у и частоте колебаний f по формуле
k — v/f . (4.14)
а)ш ш
------------------------------------------------- - fШ 0
М \ N
«___________ о-------------------,
, А<Р2 т— —Рис. 4.10. Принципиальная схема измерения расстояний светодальномером (а ); фазовый
способ с амплитудной модуляцией (б)
Очевидно, что X и / должны быть высокостабильными в процессе измерений.
Непосредственное измерение разности фаз на частотах светового излучения технически невозможно из-за неустойчивости фазового поля вследствие малой длины световой волны видимого спектра (0,40... . ..0,76 мкм). Поэтому для измерения расстояний используется модулированный световой поток. На рис. 4.10, б условно изображен поток несущих электромагнитных колебаний, модулированный по амплитуде, с частотой / и длиной волны X = v/ f . Частота модуляции светового потока в светодаль- номерах преимущественно обычно составляет 1 5 Х Ю 6 Гц* или ЗОХ-Ю6 Гц, поэтому длина волны модулированных колебаний составляет от 10 до 20 м.
По подобранной длине волны модулированного светового потока и измеренному числу N целых уложений волны и ее части расстояние вычисляют по формуле
D = N^-+ 1/2ДА,,ДЛ, = а,(ф2 — <pi),
* Время полного колебания называется периодом Т. Величину, обратную периоду ( = 1 / Т , называют частотой. Единица частоты герц (Г ц ): Г ц = 1 /с; Г ц = 1 0 ~ 3 кГц, или 10~6 мГц.
где ф1 — начальная фаза посланного потока; фг — фаза принятого потока.
Обозначим непосредственно измеренную разность фаз (фазовый угол) переданного и принятого потоков электромагнитных колебаний через Дф и, выразив ее в радианной мере, имеем
D = NX/ 2 + Х/2-Ац>. (4.15)Формула является основной при
измерении расстояний фазовым способом.
Практически дальномерами измеряют угол Дф и частоту колебаний /, по которой находят X по формуле (4.14). Значение v принимают равной по скорости распространения электромагнитных колебаний в вакууме (с = 299 792 + 0,5 км/с) с учетом метеорологических данных, зафиксированных в процессе измерения расстояния. Таким образом, непосредственно по измеренному значению Дф и f мы получаем только дробную часть
волны п- Дф, а целое число длин волн N пока неизвестно и подлежит определению. На практике применяют два способа определения числа N.
Первый из них основан на плавном изменении частоты модуляции света, который позволяет отметить по максимуму или минимуму света количество уложений целого числа волн в используемом интервале частот. Второй способ — на использовании нескольких строго фиксированных частот модуляции. Соответственно существуют дальномеры с плавным изменением частоты модуляции и с фиксированными частотами.
Принцип определения расстояний предопределил комплектность радиофизических дальномеров (см. рис.4.10, а) .
1. Источником питания энергией служат аккумуляторы преимущественно 12 В.
2. В качестве излучателя энергии используют диоды типа GaAs, а в радиодальномерах — параболические антенны.
3. Модулятор — жидкостная ячей
ка Керра, основанная на двойном лучепреломлении с электрооптическим эффектом.
4. Фотоумножитель образует увеличенный в миллионы раз фотопоток, поступающий в измерительное устройство дальномера.
5. Измерительное устройство — электрические приборы, обеспечивающие определение числа N первым либо вторым способом (разрешение многозначности измерения расстояний).
6. Объектив как передаю щее устройство, в котором модулированный пучок лучей преобразуется в параллельный и направляется на отражатель.
7. Отражатель — направляет параллельный пучок лучей обратно в приемник.
К некоторым недостаткам с точки зрения использования светодальноме- ров следует отнести громоздкость оборудования. Для работы с приборами требуются специалисты высокой квалификации.
Кроме того, вследствие модуляции световых колебаний теряется яркость света и в дневное время дальность действия светодальномеров снижается по крайней мере в два — три раза по сравнению с работой ночью.
При выполнении геодезических работ в строительстве широко применяются топографические светодально- меры массового применения с дальностью действия до 2...3 км. Среднеквадратическая погрешность измерения расстояний ими составляет 1... ...2 см.
ГЛАВА 5УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ
§5.1. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СХЕМАИЗМЕРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ УГЛОВ. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ТЕОДОЛИТА
Измерить горизонтальный угол — значит измерить ортогональную проекцию пространственного угла местности на горизонтальную плоскость.
угла
Схема измерения горизонтального угла заключается в следующем.
Пусть на местности имеется три точки А, В и С (рис. 5.1), расположенные на разных высотах. Проведем через точку А — вершину измеряемого угла, отвесную линию A Z и перпендикулярно к ней построим горизонтальную плоскость Р. Через направления АВ и ЛС на местности построим вертикальные плоскости V\ и V2 , проходящие через отвесную линию AZ. Такие плоскости в геодезии называют коллимационными. Спроектируем стороны А В и А С на горизонтальную плоскость Р, на которой их проекции образуют угол 0. Угол 0 как ортогональная проекция пространственного угла В А С на горизонтальную плоскость Р является го р и зонтальным углом.
Если в вершине А измеряемого угла В А С поместить центр круга с делениями и установить его горизонтально по уровню, т. е. параллельно плоскости Р, тогда проекции сторон
А В и А С пересекут плоскость круга соответственно по делениям ri\ и «2, поэтому
П2 — « 1 = 0 . (5.1)Из рис. 5.1 видно, что в любой точ
ке отвесной линии A Z можно построить горизонтальный угол, соответствующий пространственному углу местности. Таким образом, для измерения горизонтального угла необходимо на некоторой высоте в вершине угла установить круг угломерного прибора по уровню и снять отсчеты с круга по направлениям линий визирования. Разность отсчетов, снятых по кругу, даст значение искомого угла.
Вертикальным углом, или углом наклона, называется угол, составленный линией визирования и ее проекцией на горизонтальную плоскость. Углы наклона вверх от горизонта считаются положительными, а вниз от него — отрицательными.
Углы наклона измеряют теми же угломерными приборами; в геодезии их называют теодолитами, но в этом случае с помощью вертикального круга, жестко скрепленного с осью вращения зрительной трубы теодолита и вращающегося вместе с ней в коллимационной плоскости.
Углы наклона на рис. 5.1 по направлениям сторон А С и А В соответственно обозначены vi и V2.
Принципиальная схема устройства теодолита. Исходя из основного предназначения угломерного прибора для измерения горизонтальных углов и углов наклона, определяют и принципиальную схему устройства теодолита. Основные узлы и части теодолита (рис. 5.2) следующие:
Подставка 2 с подъемными винтами 1 служит основанием теодолита и предназначена для приведения вертикальной оси вращения 11 теодолита в отвесное положение. Горизонтальный круг 3 с делениями градусной или градовой градуировки, называемый лимбом,— используется для измерения горизонтальных углов. Алидада 4 — устройство, которое фиксирует положение подвижной визирной кол-
Рис. 5.2. Принципиальная схема устройства теодолита
лимационной плоскости трубы на горизонтальном круге и позволяет производить отсчеты по лимбу с высокой точностью. Алидада имеет самостоятельную ось вращения 10.
Уровень 9 при алидаде горизонтального круга с помощью подъемных винтов 1 позволяет устанавливать вертикальную ось теодолита в отвесное положение (а плоскость лимба — в горизонтальное положение).
Вертикальный круг 7, наглухо скрепленный с горизонтальной осью вращения зрительной трубы, и алидада 6 с уровнем при ней предназначены для измерения вертикальных углов.
Зрительная труба 8 предназначается для визирования на удаленные предметы и измерения расстояний по нитяному дальномеру или оптическими дальномерными насадками. В комплект теодолита входят штатив, отвес и буссоль.
Теодолит крепится к головке штатива с помощью станового винта. Вращающиеся части теодолита (оси) закрепляются зажимными винтами, для плавного наведения необходимых его частей служат микрометренные (наводящие) винты.
Для измерения горизонтального угла закрепляют ось лимба теодолита и вращением алидады, в колонках которой укреплена зрительная труба,
последовательно слева направо наводят трубу на фиксированные точки местности сторон угла и производят отсчеты по лимбу с помощью алидады горизонтального круга. Разность снятых отсчетов дает значение измеренного угла.
Рассмотрим устройство основных частей теодолита, которые являются также основными частями и других геодезических приборов.
Зрительная труба предназначена для визирования на удаленные предметы. Современные теодолиты и нивелиры снабжены зрительными трубами с внутренней фокусировкой, называемые астрономическими. Они позволяют получать обратные, мнимые изображения предмета. В некоторых типах технических теодолитов, например 2Т30П, изображение прямое. Такие трубы называют земными.
Зрительная труба (рис. 5.3, а) представляет собой сложную оптическую систему, заключенную в металлический корпус. Она состоит из окуляра 5, телеобъектива 1, который образует двух- либо трехлинзовый объектив с фокусирующей двояковогнутой линзой 2, перемещаемой внутри трубы кремальерой 3. В фокальной плоскости окулярной части
зрительной трубы, где получают действительное изображение предмета, помещают диафрагму со стеклянной пластинкой 4, на которой нарезана сетка нитей (рис. 5.3, в).
На рис. 5.3, б приведена схема построения изображения предмета в астрономической зрительной трубе. Наблюдаемый предмет А В всегда располагается далеко за фокусным расстоянием объектива, поэтому первое его изображение В 2А 2 будет действительным, обратным и уменьшенным. В этом случае с помощью телеобъектива передний фокус окуляра практически совмещается с задним фокусом объектива.
С помощью окуляра, который выполняет роль лупы, получают мнимое и увеличенное изображение.
Фокусирование зрительной трубы на предмет осуществляется посредством перемещения фокусирующей линзы 2 с помощью кремальеры 3. Вращением диоптрийного кольца окуляр 5 устанавливают в зависимости от зрения на четкое изображение сетки нитей, помещенной в фокальной плоскости трубы. В зрительных трубах геодезических приборов различают визирную, оптическую и геометрические оси.
Рис. 5.3. Зрительная труба с внутренней фокусировкойа — устрой ство ; б — ход лучей 8 труб е; в — се тк а нитей
Визирной осью трубы называется прямая, соединяющая оптический центр объектива с центром сетки нитей. Процесс наведения зрительной трубы на точку наблюдения называют визированием. В момент совмещения перекрестия сетки нитей с какой-либо точкой визирная ось трубы проходит через эту точку, а вертикальная плоскость, проходящая через визирную ось, называется коллимационной плоскостью зрительной трубы.
Оптической осью трубы называется прямая, соединяющая оптические центры объектива и окуляра. Световой луч, совпадающий с оптической осью, проходит через систему линз не преломляясь.
Геометрической осью трубы называется прямая, проходящая через центры поперечных сечений объективного колена трубы. Технической характеристикой зрительной трубы являются ее оптические показатели: увеличение, поле зрения, яркость изображения и др.
Трубы технических теодолитов обычно имеют увеличение 20...25х и поле зрения 1,5...2°. Указанные параметры зрительных труб взаимозависимы: чем больше увеличение трубы, тем меньше ее поле зрения.
Уровни служат для приведения частей или осей геодезических прибо
ров в горизонтальное или отвесное положение.
Действие уровня основано на свойстве пузырька воздуха, заключенного в одном сосуде с жидкостью, занимать наивысшее положение под действием силы тяжести Земли. В зависимости от формы ампулы различают два основных вида уровней: круглые и цилиндрические.
К руглый уровень (рис. 5.4) представляет собой запаянную стеклянную ампулу. Она наполнена серным эфиром или спиртом так, что в ней остается небольшой пузырек. Верхняя часть ампулы имеет форму шарового сегмента. На нее наносят несколько концентрических окружностей, расстояние между которыми обычно равно 2 мм. Центр 0 этих окружностей обозначает нуль-пункт уровня. Осью уровня является радиус сферы, проходящий через нуль-пункт. Ось занимает отвесное положение, когда пузырек уровня располагается кон- центрично с окружностями.
Круглые уровни менее точные по сравнению с цилиндрическими и используются для предварительной установки приборов в горизонтальное положение.
Цилиндрический уровень состоит из трубчатой ампулы рис. 5.5, а, з а полненной нагретым до + 6 0 °С серным эфиром или спиртом.
Внутренняя поверхность ампулы в продольном разрезе образует дугу окружности большого радиуса (от 3,5 до 200 м) в зависимости от точности уровня. Точка в средней части поверхности ампулы называется нуль-пунктом.
Для определения положения пузырька уровня на наружной поверхности ампулы наносят равномерную шкалу, как правило, с промежутками в 2 мм. Касательная к дуге продольного сечения внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте называется осью цилиндрического уровня. Когда пузырек уровня находится в нуль- пункте, ось его занимает горизонтальное положение, а перпендикуляр к оси
Рис. 5.5. Цилиндрический уровень:а — у стр о й ств о у р о в н я; б — ц ен а д ел ен и я уровн я
в нуль-пункте располагается по отвесной линии.
Центральный угол т (рис. 5.5, б), соответствующий дуге в одно деление ампулы, называется ценой деления уровня. Чем больше радиус дуги ампулы, тем меньше угол и тем чувствительнее уровень. В технических теодолитах цена деления уровней колеблется в пределах от 35 до 55" на2 мм шкалы.
к 5.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТЕОДОЛИТЫ И ИХ УСТРОЙСТВО
Современные теодолиты являются универсальными геодезическими приборами. Помимо измерения горизонтальных и вертикальных углов, они позволяют определять расстояния на местности, измерять магнитные азимуты направлений и производить техническое нивелирование (теодолиты с уровнями при трубе) на строительстве.
В настоящее время нашей промышленностью изготовляется большое количество типов оптических теодолитов, различающихся главным образом точностью измерения горизонтальных углов, назначением и характером выдаваемой информации, т. е. устройством для снятия отсчетов по кругам.
Согласно ГОСТ 10529-79 теодолиты различают по точности, которая характеризуется средней квадратической погрешностью измерения угла
одним приемом в лабораторных условиях от 0,5 до 30".
В зависимости от точности измерения углов теодолиты подразделяются на высокоточные (прецезионные), точные и технические. Характеристика точных и технических теодолитов, которые имеют основное применение в строительно-монтажном производстве и в инженерной геодезии, приведена в табл. 5.1.
Тиблица 5.1
Марки
Х арактеристикаТ5 2T5K T 15K 2T 30
Точность измерения горизонтального угла одним приемом, с
Увеличение зрительной трубы, крат
Диаметр горизонтального круга, мм
Цена наименьшего деления лимба
5
27
95
1°
5
2 7 ,5
95
1°
15
25
76
1°
30
20
72
1“
В последние годы выпускают теодолиты с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками, например теодолиты 2Т15К и 2Т30 (здесь буква К обозначает, что теодолит снабжен компенсатором, за меняющим уровень при алидаде вертикального круга, а цифра 2 перед обозначением типа теодолита указывает на его вторую модель).
С середины 70-х годов сняты с производства теодолиты с металлическими лим бам и , вм есто которы х с т а ли изготовлять оптические теодолиты, т. е. теодолиты со стеклянными кругами. Такое усовершенствование позволило внести принципиальные изменения в устройства отсчетных приспособлений. В качестве отсчетных приспособлений в оптических теодолитах технического назначения используются штриховые и шкаловые микроскопы, в высокоточных и точных теодолитах — микроскопы-микрометры и оптические микрометры. Оптические микрометры позволяю т снимать отсчеты по лимбу до десятых долей секунды.
Рассмотрим устройство технического теодолита типа 2Т30.
Теодолит 2Т30 (рис. 5.6, а) имеет подставку (трегер) 2, жестко скрепленную с основанием 1, которое служит одновременно дном футляра, предназначенного для хранения и транспортировки прибора. В основании 1 имеется отверстие с резьбой для крепления теодолита на головке штатива с помощью станового винта.
В основании подставки закреплены три подъемных винта 17 для приведе
ния в отвесное положение вертикальной оси теодолита. Внутри подставки имеется бакса, в которой помещается ось вращения прибора. Она имеет повторительную конструкцию, т. е. состоит из оси лимба и независимой оси алидады горизонтального круга. Оси — полые, что позволяет центрировать теодолит над точкой местности с помощью зрительной трубы, устанавливаемой окуляром в зенит.
Для удобства наблюдений при центрировании теодолита над точкой с помощью зрительной трубы и наблюдения объектов, расположенных под углом 45° к горизонту, используют окулярные насадки, надеваемые на окуляры зрительной трубы 12 и отсчет- ного микроскопа 4.
Зрительная труба 8 жестко скреплена с горизонтальной осью вращения, закрепленной в колонках 6. На зрительной трубе установлен оптический визир 9, с помощью которого осуществляют грубое наведение зрительной трубы на предмет. Фокусирование трубы на отчетливое изображение предмета осуществляется кремальерой 11. Ее наведение в вертикальной плоскости производят наводящим винтом 13 при закрепленном положении винта
Рис. 5.6. Теодолит 2Т30:2 устр о й ство ; б — отсчеты по ш кал о во м у
м икроскопу
10 (закрепительный винт трубы). Точное наведение зрительной трубы в горизонтальной плоскости производят наводящим винтом 15 при закрепленной алидаде. Для наведения трубы вместе с закрепленным лимбом и алидадой служит наводящий винт 16 и закрепительный винт 3, расположенный на подставке теодолита.
Рядом с окуляром зрительной трубы 12 находится окуляр 4 отсчетного микроскопа. Его остановка по глазу достигается вращением диоптрийного кольца до появления четкого изображения шкал. Поворотом и наклоном зеркала 5 добиваются оптимального освещения поля зрения в микроскопе.
В поле зрения микроскопа одновременно передается изображение штрихов* и оцифровка градусов как горизонтального, так и вертикального кругов (рис. 5.6, б ) . Отсчет по кругам производят по соответствующим шкалам микроскопа. В верхней части поля зрения отсчетного микроскопа, обозначенной буквой В, видны штрихи и подписи делений вертикального круга; в нижней части, обозначенной буквой Г,— штрихи и подписи делений лимба горизонтального круга. Круги разбиты и оцифрованы через один градус. Цена наименьшего деления шкалы соответствует 5'. Отсчет производят по шкалам с округлением до 0,1 деления на глаз (до 0 ,5 '). Индексом начала отсчета служит 0 шкалы.
Ш кала для вертикального круга имеет два ряда цифр. По нижнему ряду цифр со знаком минус берут отсчеты в том случае, когда в пределах шкалы располагаются штрихи лимба с тем же знаком, и показания (отсчет) записывают также со знаком —.
На рис. 5.6, б показание горизон-
* В более ранних образцах ТЗО на кругах нанесены деления через 10' и подписаны по возрастанию слева направо, оценку долей наименьшего деления лимба производят по от- счетному штриху микроскопа на глаз с точностью 0,1 деления, т. е. до 1 .
Рис. 5.7. Ориентир-буссоль теодолита 2Т30
тального круга равно 117°07,5' вертикального — минус 6°27/.
На кожухе крышки вертикального круга имеется посадочный паз 7, в котором устанавливается ориентир-буссоль с помощью кронштейна и закрепляется винтом 1 (рис. 5.7). В металлическом корпусе 2 нанесены два диаметрально противоположных индекса 4 и помещена магнитная стрелка 5, северный конец которой окрашен в синий цвет. Стрелка буссоли постоянно находится в закрепленном положении, и только перед работой ее освобождают винтом 7. Установку стрелки удобнее наблюдать в зеркале 3.
Теодолит типа 2Т30 при необходимости может быть использован в качестве технического нивелира. Цилиндрический уровень на зрительной трубе в этом случае служит для установки визирной оси трубы в горизонтальное положение.
Теодолит Т15К (рис. 5.8) относится к разряду технических теодолитов с более точной шкалой отсчетного
Рис. 5.8. Технический теодолит Т15К
микроскопа, позволяющей производить отсчеты по обоим кругам теодолита с точностью порядка 0,2'.
Если в теодолитах типа ТЗО начальные нулевые штрихи алидады вертикального круга устанавливают в горизонтальное положение с помощью уровня, располагающегося на кожухе алидады горизонтального круга, то в теодолите Т15К эту роль выполняет оптический компенсатор. Индекс компенсатора автоматически занимает горизонтальное положение, и при измерении вертикальных углов отсчеты по соответствующим шкалам дают сразу величину угла наклона без дополнительных вычислений.
Д ля упрощения вычислений вертикальных углов лимб вертикального круга оцифрован по секторам от ± 0 до + 7 5 . Величина наименьшего деления лимбов 1°. Градусные деления подписаны по ходу часовой стрелки. Для отсчитывания по кругам имеются шкалы, разделенные на 60 делений. Ш кала для вертикального круга имеет два ряда цифр десятков минут, оцифрованных положительными и отрицательными их значениями, как и для теодолитов типа 2Т30П.
Другие конструктивные особенности по сравнению с теодолитами 2Т30 мало в чем меняют принципиальную схему построения оптического теодолита, но делают его более удобным в работе и повышают точность угловых измерений. Эти особенности состоят в следующем.
Закрепительные винты зрительной трубы и алидады горизонтального круга заменены курковыми заж имами. Теодолит оснащен более удобным оптическим отвесом. Оптические визиры расположены по обе стороны зрительной трубы.
§5.3. ПОВЕРКИ ТЕОДОЛИТА 2T30
Поверки позволяют своевременно выявить и устранить неисправности теодолита и тем самым привести в соответствие геометрические условия, заложенные в основу его конструкции.
Поэтому перед началом полевых работ знакомятся с прилагаемым к прибору паспортом, в котором дана его характеристика, проводят общий осмотр и выполняют необходимые поверки теодолита. Внешним осмотром проверяют также его устойчивость на штативе, плавность хода подъемных и наводящих винтов, работу закрепительных винтов. Убеждаются в отсутствии механических повреждений, влияющих на эксплуатационные свойства.
Поверки позволяют удостовериться в правильном взаимном положении осей теодолита. К таким осям относятся (рис. 5.9, a): I— I — ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга; II—II — вертикальная ось вращения теодолита; III—III — горизонтальная ось вращения зрительной трубы; IV—IV — визирная ось зрительной трубы.
Выполнение поверок проводят в такой последовательности.
1. Ось I— I цилиндрического уровня алидады горизонтального круга должна быть перпендикулярна вертикальной оси II— II вращения теодолита (рис. 5.9, б ) . Теодолит устанавливают на штативе, проверяют устойчивость штатива и подставки. Убедившись в их устойчивости, алидаду горизонтального круга ставят так, чтобы ось I— I уровня располагалась параллельно направлению любых двух подъемных винтов подставки и, вращая их в разных направлениях, приводят пузырек уровня в нуль-пункт. Поворачивают алидаду на 90° и третьим подъемным винтом снова устанавливают пузырек уровня в нуль- пункте. Затем ось I—I уровня возвращают в первоначальное положение и, если необходимо, подправляют уровень подъемными винтами. Поворачивают алидаду на 180 и оценивают смещение пузырька уровня от среднего положения. При смещениях пузырька больше одного деления выполняют юстировку уровня, т. е. устраняют неисправность. Для этого пузырек перемещают исправительными винтами уровня к нуль-пункту на поло
вину величины смещения, а вторую половину исправляют подъемными винтами. После этого возвращают ось I—I уровня в первоначальное положение и убеждаются в устойчивости уровня.
Практически эту поверку^ приходится выполнять в указанной последовательности 2—3 раза, пока при повороте алидады на 180 пузырек уровня не будет смещаться больше чем на одно деление. В случае невыполнения условия уровень нуждается в замене. Особенно тщательное соблюдение этого условия необходимо для теодолитов типа Т30, которые не имеют уровня при алидаде вертикального круга, а его назначение выпол
няет уровень при алидаде горизонтального круга.
2. Визирная ось IV— IV трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси III— III вращения трубы (рис. 5.9, г ) . После выполнения первой поверки, когда ось вращения XI__Ц приведена в отвесное положение, наводят зрительную трубу при положении теодолита «круг слева» на визирную цель, удаленную не менее чем на 50 м и расположенную примерно на высоте прибора (наклон визирной оси теодолита не должен быть более 2 ), и снимают отсчет по горизонтальному кругу а,л при закрепленном положении алидады и лимба. З а тем, освободив алидаду, повторяют
наведение при положении теодолита «круг справа» и снимают отсчет а„. Те же действия выполняют при другой ориентировке лимба, отличающейся от первой на ± 9 0 , и снимают отсчеты Ьл и bп соответственно.
Значение коллимационной погрешности получают по формуле
С= 1 / 4 [ ( а л - а „ ± 1 8 0 “) + ( 6 л- & п ± 1 8 0 ° ) ] .
Если значение погрешности превышает ± 1 ', то исправляют. Для этого снимают с окулярного колена колпачок, закрывающий доступ к котировочным винтам сетки нитей, наводят зрительную трубу при любой ориентировке лимба на ту же визирную цель и снимают показания d„ либо d„ по горизонтальному кругу. Вычисляют исправленные показания для горизонтального круга по формулеd*cnv = dn — c или d l Qaf = d„-\-c
и устанавливают один из вычисленных отсчетов на круге (изображение цели при этом сместится от вертикальной нити сетки). Ослабив вертикально расположенные юстировочные винты сетки нитей, вращением боковых к о тировочных винтов смещают сетку до совпадения вертикальной нити сетки с визирной целью. По завершении поверки закрепляют все юстировочные винты и одевают колпачок на окулярном колене.
3. Горизонтальная ось III—III вращения трубы должна быть перпендикулярна вертикальной оси II—II вращения прибора (рис. 5.9, в) . Поверку выполняют в такой последовательности. Устанавливают теодолит на штативе в 5... 7 м от стены здания, и тщательно нивелируют. Зрительную трубу наводят на отчетливо видимую точку, располагающуюся под углом не менее 30° над плоскостью горизонта инструмента. Закрепляют лимб и алидаду горизонтального круга. Трубу плавно опускают примерно до горизонтального положения. На стене здания отмечают проекцию точки т\. Трубу переводят через зенит, отпускают закрепительный винт алидады и снова
наводят трубу на верхнюю точку. Проектируют точку на тот же уровень и отмечают ее проекцию тг . Если отрезок mi m2 окажется больше половины видимой ширины биссектора сетки нитей, то условие не выполнено. Поверку следует повторить и определить среднее арифметическое значение смещения нижних точек из двух определений.
Завод-изготовитель гарантирует соблюдение рассматриваемого условия. Если же при проверке обнаружится его нарушение, то инструмент исправляют в оптико-механической мастерской.
При работе с нарушенным соотношением осей измерения выполняют только при двух положениях круга и за окончательный результат принимают среднее из двух измерений.
4. Вертикальная нить V—V сетки зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси III— III вращения трубы (рис. 5.9, д). Поверку выполняют в такой последовательности. Вертикальную ось вращения теодолита приводят в отвесное положение. На расстоянии 5...7 м от теодолита закрепляют отвес (обычно его подвешивают на другом штативе). Вертикальную нить сетки зрительной трубы наводят на отвес. Если она совпадает с нитью отвеса, то условие выполнено, в противном случае необходимо исправить положение сетки нитей.
Для этого снимают с окулярного колена колпачок, ослабляют четыре крепежных винта окуляра и поворачивают сетку нитей так, чтобы вертикальная нить сетки совместилась с нитью отвеса. Поверку следует повторить. После исправления сетки закрепляют окуляр и навинчивают колпачок.
Для теодолитов с уровнями при трубе выполняют дополнительную поверку (см. § 6.1.).
5. Визирная ось оптического визира должна быть^ параллельна визирной оси зрительной трубы (теодолиты 2Т30 снабжены оптическим визиром). Для
выполнения этой поверки поступают так. Наводят зрительную трубу с помощью визира на вертикально установленную веху на расстоянии 50 м от теодолита, и оценивают смещение изображения вехи относительно вертикальной нити сетки нитей. Если изображении вехи смещено более чем ' / 4 поля зрения, то положение визира исправляют. Для этого освобождают слегка четыре винта, скрепляющие визир с горизонтальной осью, и поворачивают визир до совмещения его вертикали с изображением точки. При закреплении визира следят за тем, чтобы горизонталь визира также совпадала с выбранной на вехе точкой.
Подготовка теодолита для измерения углов. Подготовка теодолита состоит из следующих трех действий: 1) центрирования; 2) приведения вертикальной оси в отвесное положение и 3) установки зрительной трубы для наблюдений.
Центрирование теодолита над фиксированной точкой земной поверхности (в вершине измеряемого угла) производят с помощью нитяного отвеса либо оптического центрира. С помощью нитяного отвеса центрирование производят в следующем порядке. Сначала производят предварительное центрирование при помощи ножек штатива, перемещая их так, чтобы головка штатива была примерно горизонтальна, а острие отвеса располагалось в 2...3 см от заданной точки. З а тем утапливают ножки штатива в землю и при этом следят, чтобы не нарушалась горизонтальность головки штатива и отвес сохранял бы первоначальное положение. Теодолит устанавливают на штативе и, слегка открепив становой винт, уточняют центрирование теодолита путем передвижения его подставки по головке штатива, винт вновь закрепляют. Теодолит центрируют тем точнее, чем короче линия визирования.
При наличии оптического центрира предварительное центрирование осуществляют нитяным отвесом, а уточняют также передвижением теодолита
по головке штатива до тех пор, пока фиксированная точка не окажется в центре окружности оптического центрира.
Приведение вертикальной оси теодолита в отвесное положение осуществляют с помощью уровня на алидаде горизонтального круга, действуя подъемными винтами. Уровень устанавливают по направлению двух любых подъемных винтов и, вращая их в противоположные стороны, приводят пузырек уровня на середину. Затем, поворачивая алидаду на 90°, ставят уровень по направлению третьего винта. Действуя этим винтом, пузырек приводят на середину.
После приведения вертикальной оси инструмента в отвесное положение может быть нарушено центрирование.
Поэтому центрирование и приведение оси теодолита в отвесное положение выполняют несколькими последовательными приближениями.
Установка зрительной трубы для наблюдений выполняется в такой последовательности. Сначала устанавливают сетку нитей по глазу, для чего наводят трубу на светлый фон (небо, стена) и вращением диоптрийного кольца окуляра добиваются отчетливого изображения сетки нитей в поле зрения трубы. Затем производят установку трубы по предмету, т. е. фокусируют трубу, что достигается вращением кремальеры (фокусирующего кольца) до четкого изображения предмета. Отфокусировав трубу на четко видимый объект, устраняют параллакс сетки нитей, слегка перемещают глаз у окуляра. Если при этом центр сетки нитей смещается с наблюдаемой точки, то параллакс имеется. Его устраняют небольшим вращением кремальеры.
Перед тем как взять отсчет, убеждаются в том, что вертикальная ось теодолита занимает отвесное положение на штативе теодолита. Для этого алидаду горизонтального круга ставят в 3...4 различных положения и наблюдают за уровнем. Если уровень выверен, то при любом положении
алидады пузырек не должен смещаться больше чем на одно деление от нуль- пункта.
§ 5.4 ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ ТЕОДОЛИТАМИ
В вершине измеряемого угла устанавливают теодолит и приводят его в рабочее положение (см. § 5.3).
Измерение горизонтальных углов чаще всего производят способом приемов. Измерение угла при одном положении вертикального круга называют полуприемом. Положение, при котором вертикальный круг находится справа от наблюдателя, смотрящего в окуляр, «круг право» (КП).
Для исключения грубых ошибок и повышения точности измерений угла его значение получают из двух полу- приемов: при круге право (КП) и при круге лево (К Л ).
Измерения начинают при КП. Для измерения угла р (рис. 5.10) закрепляют лимб, освобождают алидаду, наводят зрительную трубу сначала на правую точку С и снимают отсчет, затем на левую точку В, производя соответствующий отсчет. Результаты измерений записывают в полевой журнал (табл. 5.2). Значение угла Р вычисляют как разность двух отсчетов — правый минус левый, так как подписи делений на лимбе возрастают по ходу часовой стрелки.
Для измерения угла вторым полуприемом лимб смещают на небольшой угол, после чего закрепляют лимб, освобождают алидаду, зрительную трубу переводят через зенит и при (КЛ) повторяют наблюдения в обратной последовательности, начиная с ле-
Рис. 5.10. Измерение горизонтальных углов
вой точки В, стороны угла затем наводят на визирную цель точки С.
Расхождение значений измеренного угла в полуприемах не должно превышать для технических теодолитов ТЗО— ± 1 ',5 ', 2Т30— ± 1 ,0 ', Т 15К — ± 0 ,5 '. За окончательное значение угла принимают среднее значение из двух полуприемов.
Более точных результатов можно достичь, если измерения выполнить несколькими приемами.
Измерение вертикальных углов. При измерении вертикальных углов исходным направлением является горизонтальное направление, от которого отсчитывается угол наклона (вертикальный угол).
Вертикальный круг теодолита жестко скреплен с осью вращения зрительной трубы и поворачивается вместе с ней. Алидада, расположенная также на оси вращения трубы, не соединена с ней и при вращении трубы остается неподвижной. К алидаде вертикального круга крепится цилиндрический уровень, который обес
Тиблици 5.2
Станция(вершина
у гл а )
Точкиви зи р о
вания
О тсчеты по к р у гуЗначение
угла из полуприем а
Среднеезначение
у гл аKII КЛ
i С 140°50'30" 327°03'00" 114°39'30" 114°39'45'В 32 11 00 212 23 00 114 40 002 А 3°15'00" 95°47'30" 105 0 18' 00 " 105°18'30"D 257 57 00 350 28 30 105 19 00
печивает горизонтальное положение начального отсчетного индекса алидады. У теодолитов 2Т30 начальный индекс приводится в горизонтальное положение цилиндрическим уровнем при алидаде горизонтального круга. Уровень скреплен с алидадой так, что его ось установлена параллельно коллимационной плоскости зрительной трубы. Однако горизонтальная плоскость, проходящая через начальный отсчетный индекс алидады вертикального круга и перпендикулярная коллимационной плоскости, может составлять некоторый угол с плоскостью, проходящей через нулевые штрихи лимба вертикального круга. Следовательно, измеряемый вертикальный угол не является действительным углом наклона, а отличается от него на какой-то малый угол, называемый местом нуля ( М О ) . Поэтому для вычисления значений углов наклона определяют МО. Место нуля — это отсчет по вертикальному кругу, который соответствует горизонтальному положению визирной оси зрительной трубы, когда пузырек уровня алидады вертикального круга (для теодолитов 2Т30 — горизонтального круга) находится в нуль-пункте, а для теодолитов с компенсаторами — при горизонтальном положении отсчетного индекса.
Определение М О для всех типов теодолитов выполняют по одной схеме. Устанавливают теодолит, приводят его в рабочее положение, находят равноудаленные, желательно с различными углами наклона, две-три хорошо видимые точки (цели). Поочередно наводят на них перекрестие сетки нитей трубы при KJI. При наличии уровня при алидаде вертикального круга приводят пузырек уровня в нуль-пункт, а если его нет, то обязательно приводят пузырек уровня алидады горизонтального круга в нуль-пункт и снимают отсчет по вертикальному кругу. Так поступают при каждом наблюдении на выбранные точки (цели). Трубу переводят через зенит, поворачивают теодолит на 180 и вновь, теперь уже
при Д77, наводят перекрестие сетки нитей на те же точки (цели). При этом обязательно приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут второй отсчет по вертикальному кругу. Для теодолитов 2Т30 с секторной положительной и отрицательной оцифровкой делений лимба вертикального круга вычисляют
М О = 1 / 2 ( К Л + К П ) .Для теодолитов с круговой оциф
ровкой делений лимба вертикального круга вычисляют
М О = 1 / 2 [ ( К Л + К П ) ± 180°, где K JI — отсчет по вертикальному кругу при круге слева; К П — отсчет по вертикальному кругу при круге справа; М О — место нуля.
М О может иметь любое значение, но для простоты вычисления целесообразней М О сделать равным или близким к 0°.
Для этого вычисляют исправленное значение угла, например при /0/7:
v„cnp — К Л — МО.С помощью наводящего винта трубы устанавливают отсчет v HCnP на вертикальном круге. Перекрестие сетки нитей сместится от визирной цели. Ослабив средние котировочные винты сетки нитей, вертикальными винтами перемещают сетку нитей до совмещения ее перекрестия с визирной целью, при этом пузырек уровня при алидаде горизонтального круга должен быть строго в нуль-пункте. После исправления значения М О следует определить новое его значение не менее чем по трем разновысотным точкам. Затем необходимо убедиться, что после исправления значения М О не нарушилось условие соотношения перпендикулярности визирной оси к горизонтальной оси вращения трубы (см. § 5.3).
Теодолиты с компенсаторами обеспечивают автоматическое совмещение направлений на лимбе вертикального круга: 0° — 180°, либо 0° — ( — 0°) с нулем горизонтального отсчетного индекса, что позволяет легко и просто получать значение углов наклона. Лимб вертикального круга, вращаясь
вместе с трубой, подводит к горизонтальному отсчетному индексу отсчет, соответствующий углу наклона трубы. Снятый по лимбу вертикального круга отсчет дает значение измеряемого вертикального угла.
Несмотря на то что оцифровка делений на вертикальных кругах различных теодолитов может быть разной, правила придания знаков и вычисления вертикальных углов общие: поднятие визирной оси трубы над горизонтом образует положительные углы наклона. В связи с этим при определении угла наклона теодолитами ти
па 2Т30 его вычисляют по формулам: для секторной оцифровки вер
тикального круга
у = \ / 2 ( К Л - К П ) , v = K J l —М О , v = M О —КП,
при круговой оцифровке вертикального круга
v = l/2 [(/( ./7 -A 7 7 )± 1 8 0 o],\ = К П —МО, х = М О —К П ± Ш ° .
Результаты измерений вертикальных углов записывают в журнал (табл. 5.3).
Таблица 5.3
1 С
танц
ия
Точк
и на
блю
де
ний
Отч
К Л
еты
КПМО V
0 ' 0 '
Б 176 19 3 46 0 °2 '3 0 " — 3 °43 '30"1 С 5 36 174 28 0°2 00 + 5 ° 3 4 00
D 177 28 2 37 0°2 30 — 2°34 30
Измерение магнитных азимутов.Магнитные азимуты находят применение при составлении абрисов и схем при работе с аэроснимками на местности, в отдельных случаях их используют в качестве исходных направлений при уравнивании замкнутых теодолитных ходов в местной (условной) системе координат.
Для того чтобы измерить магнитный азимут заданного направления ориентир-буссолью теодолита 2Т30, необходимо стрелку буссоли ориентировать в направлении магнитного меридиана, проходящего через данную точку. Для этого отсчетный нулевой штрих алидады совмещают со штрихом 0 на лимбе горизонтального круга и, скрепив алидаду с кругом закрепительным винтом алидады, освобождают закрепительный винт лимба. Затем освобождают стрелку буссоли и
вращением круга теодолита совместно с алидадой добиваются положения, когда ось магнитной стрелки буссоли будет проходить через нулевые индексы ее шкалы, после этого лимб закрепляют.
В таком положении теодолит и буссоль подготовлены для измерения магнитных азимутов, так как визирная ось зрительной трубы теодолита и параллельная ей геометрическая ось магнитной стрелки ориентированы в плоскости магнитного меридиана, проходящего через данную точку, а по лимбу горизонтального круга отсчет равен 0°.
Д ля определения магнитных азимутов открепляют алидаду и наводят зрительную трубу на визирные цели (ориентиры), отсчет по горизонтальному кругу дает значение магнитного азимута на визирную цель.
ГЛАВА 6
НИВЕЛИРОВАНИЕ§ 6.1. ВИДЫ НИВЕЛИРОВАНИЯ.
НИВЕЛИРЫ
Нивелированием называют геодезические измерения по определению превышения одной точки земной поверхности над другой.
В зависимости от метода и используемых приборов различают следующие виды нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, физическое, автоматическое, стереофотограм- метрическое.
Геометрическое нивелирование состоит в непосредственном определении превышений между двумя близкими точками с помощью горизонтального луча. Горизонтальный луч образуют визирным лучом зрительной трубы, жестко скрепленной с уровнем, либо со специальным устройством, называемым компенсатором.
Тригонометрическое нивелирование основано на определении расстояния между двумя точками и угла наклона. Углы наклона при этом измеряют угломерными приборами, а расстояние — дальномерами, мерными лентами или получают другими методами (из триангуляции).
Физическое нивелирование в свою очередь подразделяют на барометрическое, гидростатическое, аэрорадионивелирование.
Барометрическое основано на изменении атмосферного давления на поверхности земли в зависимости от высоты точки над уровнем моря (уро- венной поверхностью). Разность давлений получают с помощью высокоточных барометров-анероидов.
Гидростатическое основано на свойстве свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одном уровне. По разности отсчетов шкал двух одинаковых сосудов получают разность высот нивелируемых точек.
Аэрорадионивелирование производится с самолета, оно основано на
принципе работы радиодальномера. Радиовысотомер и статоскоп измеряют высоту полета самолета и изменения его высоты в полете, что позволяет получать превышения точек местности.
Автоматическое нивелирование основано на использовании различных механических приборов, автоматически вычерчивающих профиль пройденного пути (топопривязчики), или дающих показания значений абсолютной или относительной высот точек (инер- циональные привязчики).
Стереофотограмметрическое нивелирование основано на измерительных свойствах стереоскопической пары фотоснимков.
В настоящее время наиболее точным и употребительным в практике инженерно-геодезических работ является геометрическое нивелирование.
Типы нивелиров и их устройство.Основным прибором для геометрического нивелирования является нивелир. Он представляет собой телескопическую зрительную трубу, жестко скрепленную с цилиндрическим уровнем, который служит для приведения визирного луча в горизонтальное положение.
Отечественной промышленностью с конца 70-х годов выпускается три типа нивелиров: высокоточные Н-05, точные Н-3 и технические — Н-10* в соответствии с ГОСТ 10528—76* «Нивелиры». Однако в геодезическом производстве строительно-монтажных работ до настоящего времени используется большое количество нивелиров более ранних конструкций.
Высокоточные нивелиры типа Н-05 предназначены для нивелирования I и II классов государственной нивелирной сети и производства высокоточных строительно-монтажных работ. Точные и технические нивелиры Н-3
*3десь Н — нивелир; 0,5; 3 и 10—средняя квадратическая погрешность (мм) определения превышений на 1 км двойного хода.
Н-10 применяют для проложения нивелирных ходов более низкой точности и производства технического нивелирования. Эти нивелиры могут быть изготовлены с лимбами для грубого измерения (порядка 1 ) горизонтальных углов на местности. При наличии лимба в нивелире к его шифру добавляют букву Л, например Н-10Л.
Устройство нивелиров с цилиндрическими уровнями. Технический нивелир Н-10 Л (рис. 6.1) (ранее выпускался под шифром Н Т ). Он состоит из двух основных частей: нижней неподвижной части — подставки 2 с круглым уровнем для приближенного приведения в горизонтальное положение визирной оси зрительной трубы, закрепленной на верхней вращающейся части нивелира, и верхней части, которая несет на себе зрительную трубу 4, цилиндрический уровень 3 и специальное призменное устройство, передающее изображение концов пузырька уровня в поле зрения зрительной трубы. Предварительную грубую установку нивелира для приведения вертикальной оси в отвесное положение выполняют по круглому уровню, пузырек которого приводят в нуль-пункт с помощью шаровой пяты /. Наклоны нивелира в шаровой пяте производят с помощью рукоятки станового винта. Точное совмещение концов пузырька уровня осуществляют при помощи элевационного винта 7. Фокусирование трубы на предмет производят кремальерой 5, а установку сетки нитей по глазу — с помощью окулярного
k в
Рис. 6.1. Нивелир Н-10КЛ
кольца 6. Нивелир не имеет закрепительного и наводящего винтов, наведение трубы на рейку достигается поворотом верхней части его от руки путем преодоления фрикционного трения осевой пары.
Горизонтальный круг 8 с приспособлением 9 для отсчета по кругу оцифрован от 0 до 350° через 10° с ценой деления 1°, точность отсчета по кругу 6'.
Точный нивелир Н-3 (рис. 6.2). Нижняя часть представляет собой подставку 2 с тремя подъемными винтами 15 и пружинистой пластиной 1, которая в своей центральной части имеет втулку 16 с резьбой для крепления нивелира с помощью станового винта на штативе. Верхняя часть, несущая корпус зрительной трубы 6 с цилиндрическим уровнем 5, который заключен в коробку 7. На основании верхней части помещен круглый уровень 13 с исправительными винтами 14, закрепительный 11, наводящий 12 и элевационный 3 винты нивелира. На корпусе трубы закреплены кремальера 10 для фокусирования и мушка 8 для грубого наведения зрительной трубы.
Зрительная труба с окуляром 4 и объективом 9 представляет собой телескопическую систему (см. § 5.1) с внутренней фокусировкой. В момент отсчета по рейкам визирная ось трубы приводится в горизонтальное положение элевационным винтом, шаг которого меньше шага подъемных винтов, поэтому выведение винтом пузырька уровня на середину происходит более плавно и точно. Подготовку нивелира к работе проводят так же, как и нивелира НТ по круглому уровню. Цилиндрический уровень нивелира Н-3 — контактный, изображение кон- ков пузырька у таких уровней выводится системой призм в поле зрения трубы нивелира.
Название контактный он имеет потому, что положению пузырька уровня в нуль-пункте соответствует оптический контакт изображений его концов (рис. 6.3, б) . При наклоне
а) а}
Рис. 6.2. Нивелир Н-3 (а ); поле зрения трубы (б)
оси уровня изображения концов пузырька расходятся (рис. 6.3, а ).
Контактные камерные уровни поверяют так же, как и обычные. Однако
выводящая оптическая система уровня (положение призм) может регулироваться только в оптико-механической мастерской.
Тиблици 6.1
Некоторые технические Данные
Типы нивелиров
Н -1 0 Н -3 Н -3 Н -2 Примечание
НТ НВ-1 Н -3 Н-2
Увеличение зрительной трубы (крат)
Поле зрения трубы (по вертикали)
Цена деления цилиндрического уровня на "/2 мм дуги
Тож е, круглого ' /2 мм дуги
Наименьшее расстояние визирования, м
Коэффициент дальномера Масса нивелира, кг
23
1°30
45
10
1,5
100±1%1,0
31
1°20
1 7 . . .2 3
7 . . . 1 5
3
1 0 0 ± 0 ,5 %1.8
30
Г20
15
5
2
40
50°
10
5
2
100±0; 6%2 ,0 I 5 ,6
Ранее НТ выпускался с перекладной трубой
При выполнении строительно-монтажных и инженерно-геодезических работ помимо отечественных нивелиров используются зарубежные, например Ni — D1 и Ni —D2 (ВН Р); M N K (ЧССР); BN A (ФРГ) и др.
В настоящее время большое применение имеют нивелиры с компенсаторами, в горизонтальное положение у таких нивелиров автоматически приводится только визирная ось, а не весь прибор. Наличие компенсаторов у ни
велиров существенно повышает производительность труда.
Рассмотрим кратко некоторые типы технических и точных нивелиров с компенсаторами различных конструкций.
Технический нивелир типа Н-10КЛ(ранее имел шифр НТСК) (рис. 6.4, а) . Компенсация угла наклона визирной оси в пределах ± 1 5 ' или автоматическое приведение ее в горизонтальное положение в НТСК проис-
Рис. 6.3. Выводящая система контактных уровней
ходит за счет поворота компенсирующего элемента оптической системы (рис. 6.4, б).
Компенсатор состоит из двух пентапризм / и 2, склеенных между собой и скрепленных с корпусом трубы (коробчатой формы), и подвижной прямоугольной призмы 3, заключенной в рамку 4. Рамка перемещается в вертикальной плоскости маховичком
фокусирующего устройства нивелира. Перемещение подвижной призмы компенсатора обеспечивает фокусировку зрительной трубы по объекту наведения.
В рабочее положение нивелир приводят установкой в нуль-пункт круглого уровня, располагающегося под крышкой зеркала 5 (рис. 6.4, а ) . Визирование на рейку осуществляют путем поворота корпуса трубы рукой, с некоторым усилием преодолевая фрикционное сцепление с вертикальной осью вращения нивелира. Точное наведение зрительной трубы по рейке производят наводящим винтом, расположенным в нижней части нивелира и используемым для перестановки лимба. Под точным наведением следует понимать такое положение сетки нитей зрительной трубы, когда ее вертикальная нить совпадает с осью нивелирной рейки. Положение пузырька круглого уровня в нуль-пункте при фокусированной трубе по рейке автоматически приводит визирную ось трубы нивелира в горизонтальное положение. В трубе получают прямое изображение рейки.
Точный нивелир Н-ЗК является
Рис. 6.4. Нивелир Н-10КЛ (НТСК) (а); оптическая схема его компенсатора (б)
копией своего прототипа НС-4 с усовершенствованной технологией изготовления и с повышенной чувствительностью компенсатора.
Оптическую схему компенсатора (рис. 6.5) образуют в нивелире две призмы. Одна из них — подвижная призма 6, подвешенная на четырех скрещенных нитях, и неподвижная 3, располагающаяся под углом 45° к визирной оси трубы. Они обеспечивают автоматическую установку линии визирования в горизонтальное положение в пределах угла наклона ± 10'. Указанный предел горизонтиро- вания достигают путем предварительной установки нивелира в рабочее положение по круглому уровню, когда пузырек его находится в нуль-пункте. Кроме оптической схемы компенсатора на рис. 6.5 показан ход лучей в зрительной трубе нивелира. Объектив 1, фокусирующая линза 2 и система окуляра.
Наряду с отечественными нивелирами с самоустанавливающейся линией визирования в практике инженерногеодезических работ широко используются у нас зарубежные нивелиры этого типа: № = В З и его модификации Ni = B4, Ni = B5 и Ni = B6 (ВН Р), нивелиры N i = 025 и Ni = 007 (ГДР) и др.
Нивелирные рейки. В комплект нивелира включают не менее двух нивелирных реек.
Они представляют собой шарнирно
соединенные два деревянных бруска двутаврового сечения общей длиной 3 м (рис. 6.6, а) . Нижний конец рейки обычно оковывается металлической
е]т1
&
Рис. 6.6. Нивелирные рейки (а ) : башмак и костыль (б)
Л
ill»э
е!Л■■
ЕI3
пластиной и называется «пяткой» рейки. Широкие стороны рейки разбиты на сантиметровые деления — шашки. Дециметровые деления рейки оцифрованы. Подписи оцифрованных дециметровых делений рейки могут иметь прямое и обратное изображение (для зрительных труб с прямым и обратным изображением).
Одна сторона реек закрашена черными шашками, другая — красными. На черной стороне отсчет делений идет от «пятки» рейки, с которой совмещен нуль. С «пяткой» красной стороны одной рейки совмещен отсчет 4687, другой —4787 мм. Таким образом, на рейках одного комплекта отсчеты по их красной стороне отличаются на 100 мм.
В момент снятия отсчета рейку медленно покачивают вперед и назад по направлению к нивелиру.
Поверки нивелиров. При получении нивелира со склада проводят де- < тальный внешний осмотр, проверяют комплектность, убеждаются в исправности зрительной трубы, уровней и работе подъемных, элевационного и наводящего винтов.
Перед полевыми работами выполняют поверки, имеющие целью привести систему осей прибора в геометрическое соответствие, заложенное в принципиальную схему конструирования нивелиров. Нивелир должен удовлетворять следующим требованиям:
1. Ось кр угл ог о уро вн я должна быть параллельна оси вращения нивелира. Уровень устанавливают между любыми двумя подъемными винтами и, вращ ая их в противоположные направления, приводят пузырек уровня на середину, третьим винтом ставят пузырек в нуль-пункт (центр ампулы). Если после поворота верхней части нивелира на 180° пузырек остался в центре, то условие выполнено. В случае смещения пузырька уровня в направлении двух подъемных винтов перемещают пузырек исправительными винтами уровня на половину его отклонения к центру, а затем приводят
его в нуль-пункт подъемными винтами. Повернув нивелир на 90°, повторяют поверку в направлении третьего подъемного винта. В случае отклонения пузырька уровня его приводят к центру на половину отклонения исправительным винтом, другую половину отклонения компенсируют соответствующим подъемным винтом.
Поверку выполняют несколько раз, пока пузырек уровня не будет отклоняться от нуль-пункта при вращении нивелира вокруг оси.
2. Вертикальная нить сетки дожна быть параллельна оси вращения нивелира. Нивелир устанавливают и приводят ось вращения по круглому уровню в отвесное положение. В 25...30 м от нивелира подвешивают отвес и совмещают вертикальную нить сетки с нитью отвеса. Если на всем своем протяжении нить сетки совпадает с нитью отвеса или один из концов ее отклоняется не более чем на 0,5 мм, то условие соблюдается. В противном случае производят исправление путем поворота диафрагмы с сеткой до совмещения ее вертикальной нити с нитью отвеса.
3. Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилиндрического уровня. Для нивелиров с самоустанавливающейся линией визирования при положении пузырька круглого уровня в нуль-пункте визирная ось трубы должна быть горизонтальной. Поверку производят двойным нивелированием вперед одной и той же линии.
На пологой местности закрепляют нивелирными башмаками либо костылями две точки на расстоянии 70— 80 м друг от друга. На одной из точек устанавливают нивелир, на другой — рейку. Приводят нивелир в рабочее положение, измеряют его высоту i\ над верхом костыля (башмака) при помощи металлической рулетки или нивелирной рейки с точностью 1—2 мм. Затем визируют на рейку при положении пузырька уровня в нуль- пункте, по средней нити снимают отсчет Ь\ по рейке. Меняют местами
нивелир и рейку, установив их над теми же точками. Измеряют новую высоту прибора 12 и берут отсчет 62 по рейке.
Погрешность Лд, возникшую из-за непараллельности визирной оси трубы и оси уровня, вычисляют по формуле
^ _bl М + г2~т ~Т
Если вычисленное значение /гд не превышает 4 мм, то полагают условие практически выполненным. В противном случае, не снимая нивелира со второй станции, проводят его юстировку. Для этого находят исправленный отсчет по формуле
Ь Г р = & 2-/гд.
При помощи элевационного винта устанавливают средний горизонтальный штрих сетки нитей на отсчет по рейке, равный 62спр. При этом изображения концов пузырька уровня разойдутся. Вертикальными исправительными винтами уровня добиваются контакта изображений концов пузырька уровня. Поверку для контроля повторяют.
У нивелиров с самоустанавлива- ющейся линией визирования устанавливают горизонтальную нить сетки на исправленный отсчет с помощью исправительных винтов сетки нитей.
Нивелиры с компенсаторами не должны иметь недокомпенсации. Эту поверку и исправление ее выполняют только в заводских условиях.
§ 6.2. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕИ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ
Принцип, на котором основано геометрическое нивелирование, очень прост. Для определения превышения между двумя точками А и В местности (рис. 6.7) на них устанавливают рейки, а в середине между ними — нивелир. С помощью уровня нивелира приводят визирную ось его трубы в горизонтальное положение. Горизонтальный луч пересекает рейки на соответствующих отсчетах 3 и Я.
Точку А, относительно которой определяют превышение hAB, называют задней, а точку В — передней. По аналогии и отсчеты по рейкам называют «взглядом назад» — 3 и «взглядом вперед» — Я. Как видно из рис. 6.7, превышение между двумя точками h AB равно отсчету по задней рейке минус отсчет по передней рейке:
h AB= 3 - n . (6.1)Если отсчет 3<С Я, то из отсчета Я
вычитают отсчет 3 и превышение hAB в этом случае будет отрицательным.
По известной отметке (высоте) точки А, равной Нл, получают отметку Н в путем алгебраического суммирования превышения с отметкой # А по формуле
И в= И А+ п АВ. (6.2)
3 З а к . 956
Рассмотренный способ нивелирования называется нивелирование из середины. Этот способ применяют при проложении нивелирных ходов.
Нивелирование вперед. В случаях, когда с одной имеющей отметку точки производят нивелирование нескольких точек, применяют второй способ — нивелирование вперед. Нивелир устанавливают над точкой А (рис. 6.8) с известной отметкой так, чтобы окуляр зрительной трубы нивелира находился на отвесной линии, проходящей через эту точку, приводят визирную ось зрительной трубы в горизонтальное положение и измеряют стальной рулеткой или рейкой с точностью до1...2 мм высоту i прибора. Затем последовательно на все нивелируемые точки наводят зрительную трубу и при положении пузырька уровня в нуль- пункте берут отсчеты по рейке.
Из рисунка видно, что в этом случае превышение hAB получают по формуле
hAB= i — Tl. (6.3)Для вычисления высоты определя
емой точки В применяют формулуН В= Н А- \ - (i — П ) . (6.4)
Значение (H A-\-i) — высоту визирной оси нивелира — называют горизонтом инструмента — Г И А.
Отметку Н в точки В по горизонту инструмента Г И А определяют по формуле
Н В= Г И А- П . (6.5)
Техническое нивелирование. Пункты государственной нивелирной сети
I; II; III и IV классов служат единой высотной основой всех топографических съемок и других геодезических работ на территории СССР. В тех случаях, когда на участке работ таких пунктов не окажется или их количество недостаточно, для сгущения сети применяют техническое нивелирование. Такая сеть пунктов является высотным обоснованием для топографических съемок, разбивочных и строительно-монтажных работ на участке строительства.
Передачу высот от репера государственной нивелирной сети до удаленных точек производят путем проло- жения нивелирных ходов. Их прокладывают способом геометрического нивелирования из середины (рис. 6.7) со снятием отсчетов по одной средней нити, по двум сторонам реек — при одном горизонте инструмента.
Общая точка двух смежных станций нивелирного хода, которая является передней для предшествующей станции и задней для последующей, называется связующей. На связующих точках реечники не меняются, а переходят каждый со своей рейкой вперед через точку, определяя при этом шагами равные расстояния от задней точки до нивелира последующей станции и от нивелира до передней реечной точки.
В нивелирных ходах могут быть использованы и промежуточные точки, выбираемые на характерных формах рельефа (вершины высот, перегибы скатов, урезы воды и др.). Получен
Рис. 6.8. Нивелирование вперед
ные на них отечеты по рейкам не участвуют в передаче отметок высот по ходу. Высоты промежуточных точек вычисляют через горизонт инструмента, значение которого получают путем суммирования отсчета по задней рейке на данной станции с отметкой
Дата_____
Наблюдал
задней точки, полученной из измерений на предыдущей станции. Последовательность работы при выполнении нивелирования заключается в следующем.
На первой и последующих станциях устанавливают нивелир примерно
Вычислял
Таблица 6 .2
О тсчеты по рейкам , мм П ревыш ения,мм
Среднеепревыш ение,
ммОтметки, м
№ ст
анци
й №точек
задн яяп ер ед
няяп р о м еж у
точная + - + -
ги,м
вы чи слен ные
испр
ав-
1 ле
нны
е
1
Репер 6317
1532
125, 340
ПК 14785
7683
2800
4883
1268
1366
- 9 8
1267 124, 073
ПК
1а
2а
ПК 2
4886(6)
5344(3)
0560(2)
4784(7)
1147(5)
0382(5)
102( 8 )
6 8 9 (11)
125,321(13)
124, 073
124,174(14)
124,939(14)
124,762(12)
ПК 2
ПК 3
5849
1062
4787
5323
0439
4884
623
526
- 9 7
624
124, 762
125, 396
Контрольные вычисления: I 3(15) = 22 149, Е /7(16) * 22 142, 2 /i(1 7 ) 7 (15) (16) (17)
на равных расстояниях от реек, определяя равенство расстояний на глаз или шагами реечников. Приводят визирную ось инструмента в горизонтальное положение.
Зрительную трубу наводят на черную сторону задней рейки, берут отсчет 1 и записывают его в журнал нивелирования (табл. 6.2). Поворачивают верхнюю часть прибора, наводят зрительную трубу на переднюю рейкуи, при необходимости исправляя положение пузырька уровня, берут отсчет 2 по черной стороне рейки и отсчет 3 по красной стороне этой рейки. После этого берут отсчет 4 по красной стороне задней рейки.
Контроль измерений производят путем определения разности отсчетов по красной и черной сторонам каждой рейки. Затем получают отсчет 8 = = 6 — 7. Значение отсчета '8 для комплекта реек не должно отличаться (от номинально принятого в нивелировании равным ± 1 0 0 мм) более чем на ± 5 мм, в противном случае измерения на станции повторяют.
Если результаты контроля удовлетворяют установленному допуску, то вычисляют значения превышений 9 и 10 отдельно по черной и красной сторонам реек по формуле (6.1). Из двух значений, исключая из значения (10) ± 100 мм, вычисляют среднее превышение 11 с округлением его до 1 мм. После вычисления среднего превышения по команде наблюдателя задний реечник переходит на следующую точку и становится передним.
При наличии промежуточных точек на станции освободившийся реечник передней точки устанавливает рейку последовательно на промежуточных точках. Наблюдатель берет отсчеты по рейке (5) (см. табл. 6.2) (возможны отсчеты только по черной стороне рейки), пузырек уровня нивелира должен быть при этом в нуль-пункте.
Результаты измерений вносят в журнал простым карандашом, четким шрифтом, не допуская неясных цифр или букв. Ошибочные отсчеты не уничтожают,а зачеркивают, но так, чтобы
зачеркнутые надписи могли быть в случае необходимости прочитаны. По мере заполнения целых страниц в журнале наблюдатель производит постраничный контроль. Порядок вычислений показан в табл. 6.2 (15), (16), (17).
Суммарные результаты постраничного контроля в конечном итоге приводят к определению значений невязки нивелирного хода. В замкнутых нивелирных ходах невязку хода получают как разность сумм всех задних отсчетов на точках хода 2 3 и сумм всех передних отсчетов 2Л , взятых по рейкам точек хода:
/„ = 2 3 - 2 / 7 .fh — невязка замкнутого нивелир
ного хода.Допустим невязку хода определяют
по формуле/лдоп= ± ЬОл/L мм или ± Mhjn мм,
где L — число километров в ходе и п — число станций.
Если полученная невязка меньше допустимой, ее распределяют в виде поправок (мм) в превышения всех станций хода с обратным знаком невязки.
Нивелирные знаки и каталоги высот пунктов.
Пункты государственной нивелирной сети СССР всех классов закрепляются специальными постоянными знаками, называемыми реперами*. Реперы бывают грунтовые и стенные. Типы реперов, положения о их установке определяются специальными инструкциями и во многом зависят от физико-географических условий района работ. На рис. 7.2., б приведен образец типа реперов для различных районов страны.
При техническом нивелировании на застроенных территориях в нивелирных ходах стенные реперы устанавливаются не реже чем 0,2 км. Грунтовые реперы допускается закладывать только при отсутствии каменных (бетонных) фундаментов и не чаще чем через 0,5 км. 1
Непосредственно на строительных1* R epere (ф р .).— метка, знак.
площадках реперы размещают на расстоянии не менее десятикратной глубины котлована от его ближайшей бровки, а также в стороне от дорог с оживленным движением, от подъемных кранов и работающих механизмов.
Временные реперы в виде деревянных столбов, пней, металлических труб, накернованных точек на покрытиях смотровых колодцев и т. п. могут использоваться в процессе строительства только на короткие промежутки времени.
Номер, вид, местоположение постоянного репера и его отметку в Балтийской системе высот заносят в специальные каталоги нивелирования.
Тригонометрическое нивелирование.
Для определения превышения h между точками М и N (рис. 6.9) устанавливают теодолит над точкой М, а в точке N — рейку. Теодолит приво
дят в рабочее положение, наводят зрительную трубу на визирную цель и измеряют угол наклона v. Для получения превышения необходимо знать горизонтальное положение d, высоту прибора г. Из рис. 6.9 следует, что
h- \ - l = d l g v + i, (6.6)или
h = d t g v - \ - i — /. (6.7)Если наводить зрительную трубу
на точку визирной цели, расположенную на высоте, равной высоте прибора, т. е. когда / = г, получим сокращенную формулу, широко применяемую при топографических съемках:
h = d t g v . (6.8)Если расстояния измеряют с по
мощью дальномера, то, как следует из § 4.2, превышение h можно получить по формуле
/i = ̂ -A>isin2v, (6.9)
где К — коэффициент дальномера; п — число сантиметровых делений между дальномерными нитями; v— угол наклона.
Для вычисления превышений h и горизонтальных проложений составлены специальные таблицы.
При передаче отметок высоты на расстояния, длина линий которых свыше 400 м, в измеренные значения превышений вводят поправки на кривизну Земли и вертикальную рефракцию при прохождении визирного луча через приземный слой атмосферы.
ГЛАВА 7
ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ
§ 7.1. ГОСУДАРСТВЕННАЯГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ,СЕТИ СГУЩЕНИЯ
Совокупность точек местности, положение которых закреплено и точно определено на земной поверхности, называется геодезической сетью. Такая сеть является основой для по
следующего развития сетей сгущения, топографических съемок, а также решения инженерно-геодезических за дач, связанных с изысканиями, строительством, эксплуатацией недр, землеустройством и многими другими народнохозяйственными и научными задачами.
Для государств с большой и протяженной территорией, как Советский Союз, создание единой геодезической сети является сложной научной и дорогостоящей задачей. Государственная геодезическая сеть подразделяется на плановую и высотную.
Плановая сеть создается методами триангуляции, полигонометрии, три- латерации и их сочетаниями, а высотная сеть создается методом геометрического нивелирования.
В зависимости от точности определения положения или высот пунктов плановая и высотная сети подразделяются на четыре класса. Сети строятся по принципу перехода от общего к частному: от сети высшег о — 1 класса к низшему, от более крупных и точных построений к более мелким и менее точным. На рис. 7.1, а,
а)
б изображены части полигонов типовых схем построения государственных плановой и высотной геодезических сетей всех классов. Сеть 1 класса имеет наивысшую точность и служит основой для развития геодезических сетей низших классов и вычисления координат их пунктов в единой системе (см. § 1.3).
Создание сплошной сети триангуляции 1 класса на огромной территории СССР требует больших затрат времени и материальных средств. Поэтому геодезическую сеть 1 класса в СССР создают в виде рядов треугольников, расположенных по возможности в направлении меридианов и параллелей и удаленных друг от друга на расстоянии до 200 км. Ряды 1 класса образуют замкнутые полигоны периметром до 800 км.
S)
Рис. 7.1. Полигоны государственной геодезической сетиа — плановой ; б — вы сотной
Сеть 2 класса развивается в виде сплошной сети треугольников, заполняющей всю площадь первоклассного полигона и надежно связанной с пунктами 1 класса.
По такому же образцу строится государственная нивелирная сеть СССР. Сеть II класса состоит из ходов, образующих замкнутые полигоны, они прокладываются преимущественно вдоль железнодорожных, шоссейных дорог в труднодоступных районах страны — по берегам рек, тропам, зимникам.
Линии нивелирования II класса прокладываются между пунктами нивелирования I класса полигонами с периметром 500...600 км.
Создание государственной геодезической сети I, 2 классов и нивелирной сети I и II классов производят специализированные организации (отряды) многих Аэрогеодезических предприятий страны, подчиненные Главному управлению геодезии и картографии при Совете Министров СССР (ГУГК).
Пункты Государственной геодезической и нивелирной сетей закрепляются на местности подземными знаками-центрами, конструкция которых обеспечивает их сохранность и стабильность положения в течение длительного времени. Физико-географическое положение района работ и особенности местности определяют тип и конструкцию центров, а также глубину их закладки в Земле.
Обычно на незастроенной местности центром геодезического пункта (рис. 7.2, а) служит железобетонный пилон, закладываемый на 0,5 м ниже глубины промерзания грунта, в центре верхнего основания которого установлена чугунная марка с крестом. Точка в пересечении креста является центром геодезического пункта, которая имеет координаты X, Y, Н.
Над центром пункта устанавливают наружный знак различной конструкции: от каменного тура в горах и деревянной (металлической) пирамиды на всхолмленной местности до
Рис. 7.2. Типовой центр геодезического пункта (а ); типовой центр (репер) нивелирного пунк
та (б)
высоких сигналов на залесенных и закрытых участках.
Государственная геодезическая сеть 1, 2 и 3 классов создается с плотностью один пункт на 50...60 км . Такая плотность пунктов обеспечивает топографическую съемку в масштабах 1:25 000 и 1:10 000. Для производства крупномасштабных съемок и для решения инженерных задач при городском и промышленном строительстве создают геодезические сети сгущения и съемочные сети.
Плотность пунктов Государственной геодезической сети и сетей сгущения должна быть не менее 1 пункта на 5 км2; на незастроенной — 1 пункта на 5...15 км2 и 1 репера нивелирования на 5...7 км2 (для съемок масштабов 1:2000 и крупнее). Для съемок масштаба 1:5000 во всех случаях плотность пунктов Государственной
геодезической сети установлена —1 пункт на 20...30 км2 и 1 репер нивелирования на 10... 15 км2. Сети сгущения прокладываются методом триангуляции либо полигонометрии, как правило, между сторонами и пунктами Государственной геодезической сети. Пункты сетей сгущения закрепляются постоянными знаками (центрами). Основные технико-экономи- ческие показатели построения, точности и образцы центров геодезических сетей сгущения приводятся в специальной Инструкции.
Съемочное обоснование. Сгущение геодезической сети до плотности, необходимой для производства топографической съемки в заданном масштабе, производится за счет развития съемочной сети или, как принято называть, геодезического съемочного обоснования, которое подразделяется на плановое и высотное.
Съемочные сети обоснования создают от геодезической сети и сети сгущения путем проложения теодолитных ходов (или микротриангуляции), прямых, комбинированных и обратных засечек, а также ходов технического нивелирования.
Если плотность точек съемочного обоснования на застроенных территориях для съемок в масштабах 1:5000... 1:500 строго не регламентируется, а устанавливается с помощью рекогносцировки, то для незастроенных территорий количество точек съемного обоснования и пунктов геодезических сетей сгущения на1 км2 должно быть:
При съемке в мас 1:5000 Не менее 4штабе
То же 1:2000 То ж е 12» 1:1000 » 16» 1:500 Устанавли
вается ре- когностиров
кой
Точки съемочного обоснования за крепляются на местности временными знаками (штырями, трубами, деревянными столбами или кольями) и частично долговременными знака
ми. Закрепление пунктов и точек производится из расчета, чтобы в пределах каждого листа плана при съемке в масштабе 1:5000 было бы не менее двух пунктов, закрепленных долговременными знаками.
Точность пунктов съемочного обоснования относительно исходных пунктов во всех случаях должна быть такой, чтобы средние ошибки в плановом отношении не превосходили0,1 мм в масштабе создаваемого топографического плана; в высотном отношении ошибки таких пунктов должны быть не более 1/10 принятой для плана высоты сечения рельефа. Для труднодоступных лесных районов эта точность определения в плановом и высотном положении пунктов может быть понижена в 1,5 раза.
§ 7.2. ТЕОДОЛИТНЫЕ ХОДЫ
Плановое съемочное обоснование создается в большинстве случаев путем проложения теодолитных ходов. Исходя из реально возможной точности линейных измерений стальными мерными лентами (см. § 4.1) и угловых измерений современными техническими приборами предельная относительная линейная ошибка в теодолитных ходах установлена не более 1/2000. Для неблагоприятных условий измерений эта ошибка может быть допущена до 1/1000, но длина хода должна быть уменьшена.
Длины ходов в зависимости от застроенности территории устанавливаются инструкцией (табл. 7.1).
Гиблици 7.1
М асш табсъемки
П редельные длины теодолитных ходов (км)
м еж ду пунктами опорных геодезических
сетей
М аксим альная
удаленность узловых
точек хода от
исходных пунктов,
на которые опираю тся
теодолитны е ходы (км)
на за с тр о енных
территориях
на н езастроенных
тер р и то риях
1 :5 0 0 0 4 6 31:2 0 0 0 2 3 1 .5
11 :1 0 0 0 1 .2 1 ,81 :5 0 0 0 , 8 1 ,2 0 , 7
Проектирование ходов осуществляют по имеющимся на район работ картам и планам наиболее крупного масштаба, на которые наносят все пункты Государственной геодезической сети и сетей сгущения.
Проектирование ходов начинают с определения основных направлений теодолитных ходов между исходными пунктами так, чтобы их длина не превышала установленного допуска. В случае отсутствия такой возможности проектируют систему ходов с узловыми точками и образованием замкнутых полигонов. Длины сторон хода должны быть не более 350 и не менее 20 м на застроенных и не менее 40 м на незастроенных территориях и располагаться на местности, удобной для линейных измерений. Проектирование теодолитных ходов в целях создания съемочного обоснования для различных видов съемок имеет свои особенности. Так, например,если в дальнейшем предполагается использование тахеометрической или мензульной видов съемок, то расположение точек теодолитного хода по территории района работ должно быть по возможности равномерным. Совсем другим должно быть расположение точек хода в случае использования стереотопо- графического способа наземной или аэрофотосъемки. При съемке городов и поселков теодолитные ходы прокладывают по магистральным направлениям (улицам, переулкам). Имеются свои особенности при проло- жении теодолитных ходов для геодезического обеспечения изысканий и строительства плотин, и т. п.
Полевые геодезические измерения. В теодолитных ходах измеряют длины сторон хода и углы поворота на точках. Если такой ход является одновременно и высотным, то на точках хода измеряют углы наклона по каж дой стороне в прямом и обратном направлениях одним полным приемом при двух положениях вертикального круга. Измерение углов в теодолитных ходах производится полным приемом техническими теодолитами. Рас
хождения в значениях угла между полуприемами не должно различаться больше чем на 45".
Измерение длины сторон теодолитного хода производят либо непосредственно мерными стальными лентами в прямом и обратном направлениях или дважды в одном направлении, либо с помощью дальномерных насадок (см. § 4.2).
Вычислительная обработка результатов измерений. Обработка полевых измерений в стационарных условиях называется камеральной. Конечной целью камеральной обработки теодолитного хода (системы ходов) является получение наиболее точных значений прямоугольных координат: X и Y и их высот — Н точек теодолитных ходов (если ходы являются одновременно и высотными).
Камеральная обработка измерений, полученных при проложении ходов, производится в следующем порядке: проверяют в полевом журнале правильность вычисления измеренных углов из полуприемов; в измеренную длину сторон хода вводят поправки за наклон линии к горизонту (при углах наклона более 1,5°).
Рассмотрим вариант вычисления координат точек на примере замкнутого теодолитного хода, проложенного от пункта триангуляции «Искра» (рис. 7.3). По данным измерений дирекционный угол направления с пункта «Искра» на точку № I 15°43'.
Вычисления выполняют в ведомости (табл. 7.2). Из полевого журна-
I
Рис. 7.3. Схема замкнутого тео- долитного хода
CNn !
3 -3
vcssb -
Й ° ¥ g * ° 5 о 5 -
,o S |3 &
СЮCO
Со
r -00CO
сOi
00lO
05о
lO
CO
lC
S2
S\C
соосо
о1/ЭCO
оo>
<4*
h -со
+
COC Q ^Ulo
-4"CO
+
CO
+
со
I
со
+
ЮCO
COи 24U rn . r -
со смо ю00 h-h- сО+ !
COо
+
a
:CO
О
о "
h -cO
Юо
« 8
2 -CO
со 00ю со см
см00
см СМ
CO
+
CM
I
оcsсо"+
cmГ0 CO
0 0ю ю
СО с о<*•СМ смII II% S iо <W W
ю юо о
со соСМ
1|СМ
к|II IIн
< <w
2
lOсо"r -
tl0 .
c
II
w
00 сою ю смСО СО о
rfСМ СМ оII II 4-% % п< < К
-!-W
1а-.
Г "-СМ 0 5
СО см см
см
IIсм
IIо
+ч II< <1 II
*
cm
л>
■H
I Оос
1 CN
о+1
»M % + « ц
-н
V1 iO
СОCN
88 45
120
17
112
35 00
107
05
540°
00'
8оОT fю
0'
Абс
олю
тна!
иевя
зка
Отн
осит
елы
невя
зка
88 45
,0
+0
,5
120
16,5
112
35,0
111
18,0
+0
,5
107
04,5
539°
59'
2d (п
—2)
54
0°00
'
О0ОО
1
АCZC L о . * X ̂ СS сV
-
III IV
О.Б
С О .
н
hо а
нСО.
ла выписывают соответственно в гр. 2 и б ведомости среднее значение измеренных углов — р, и длины сторон хода. Последовательность вычисления ведомости координат такова:
1. Увязка углов. Теоретическая сумма внутренних углов многоугольника равна
2 р т= 180°(п — 2), (7.1)
где п — число углов.В данном примере сумма изме
ренных углов равна 539°59'. Путем сравнения суммы Ерпр измеренных углов и теоретической суммы 2рт определяют величину угловой невязки к-
/р = 2 р пр — 2рт.
Допустимость угловой невязки оценивается по формуле
^ д„„= ± Г л А г (7-2)Угловую невЯзку, если она допус
тима, распределяют на все углы поровну. Знак поправки противоположен знаку невязки.
2. Вычисление дирекционных углов и румбов. По исходному дирекцион- ному углу ао и увязанным углам вычисляют дирекционны е углы всех остальных сторон хода по формуле
а п = а л_ 1 ± 180°—Р„, (7.3)где а п — дирекционный угол последующей стороны хода; a n- i — дирекционный угол предыдущей стороны; р„ — увязанный, вправо по ходу лежащий угол (заключенный между предыдущей и последующей сторонами хода).
Вычисленные дирекционные углы сторон хода записывают в гр. 4 ведомости и производят контроль вычисления дирекционных углов. В замкнутом теодолитном ходе контролем вычислений является получение дирек- ционного угла исходной стороны. Для удобства работы с таблицами натуральных значений тригонометрических функций и определения знака для приращений координат дирекционные
углы переводят в румбы с округлением до целых минут*.
Зависимость между дирекцион- ными углами и румбами, а также знаками приращений координат приведена в гл. 1.
3. Вычисление приращений координат Да: и А у по значениям румбов г и горизонтальным проложениям d сторон хода (см. гл. 1).
Вычисления приращений координат производят на калькуляторах или с помощью таблиц приращений координат, правила пользования которыми указаны в предисловии к ним.
Алгебраическая сумма приращений координат в полигоне по каждой оси равна нулю. В действительности же результаты измерений углов и линий имеют ошибки, вследствие которых суммы вычисления приращений координат 2Ах и 2Ду отличны от нуля. Невязки в приращениях координат по каждой оси равны:
/* = 2 Ах, (JA)fy = %Ay.
По невязкам приращений координат вычисляют абсолютную невязку для периметра хода:
/р = ± д / fl + f2y ■ (7.5)
Невязка для периметра теодолитного хода при благоприятных условиях измерения длин линий считается допустимой, если она не превышает 1/2000 периметра, или относительная невязка должна быть
7^2006-Если относительная невязка допустима, то невязку по осям координат fx и fy распределяют с обратным знаком на все приращения пропорционально длинам сторон хода.
Полученные поправки округляют
* Вносимая при этом ошибка в угол хода составит не более ± 0 ,5 ' , в относительной мере это не более 1/7000, что в 3 слишним раза меньше относительной ошибки хода, равной 1/2000, следовательно, такой ошибкой можно пренебречь.
до сотых долей метра и записывают над соответствующими значениями приращений. Исправленные значения приращений получают как алгебраическую сумму поправки и приращения. Сумма исправленных приращений по каждой оси должна равняться нулю, в чем необходимо убедиться.
Зная координаты пункта «Искра», по исправленным приращениям последовательно вычисляют координаты всех точек теодолитного хода по формулам:
*;+,=*; + А* М,+ ,)’(7.7)
y = y t+ A y i ( i +l ) ,
где xi + i, y,+i — координаты последующей точки соответственно по осям X и У; Xi, yi — координаты предыдущей точки соответственно по осям X и У; Дх,-,(/+1), Ау,,(«+|) — исправленные приращения координат, взятые со своими знаками.
Контролем правильности вычисления при последовательном получении координат точек полигона является получение тех же координат исходной точки, так как сумма исправленных приращений равна нулю.
В геодезическом производстве, когда планируется большой объем вычислений по уравниванию теодолитных ходов (сетей), все эти работы выполняют на ЭВМ. Разработаны специальные программы и современные ЭВМ имеют математическое обеспечение — комплект программ для решения типовых задач.
Подготовка задачи для решения ее на ЭВМ состоит из следующих операций: 1) математическая интерпретация задачи и составление алгоритма ее решения; 2) составление программы и ее отладка; 3) ввод в машину исходных данных; 4) решение задачи и вывод результатов в удобной для потребителя форме.
Типовой алгоритм вычисления координат точек замкнутого теодолитного хода и математическая интерпретация задачи были изложены
выше применительно к описанной схеме хода.
Исходные данные. Прямоугольные координаты на плоскости (в условной системе) геодезического пункта «Искра», пир. 4 кл., дирекционный угол с нее на тчк. № 1= ао , измеренные углы — р,; стороны хода — eh ( /= 1 , 2,..., п).
Порядок решенияП
1 - 3 > = л2. л { п - 2 ) = В 3 - h = ( A - B )4. /рДоп= ± УОл/п5. Если /р > /р доп, то стоп!6. vi = — h / n -7. в‘ =В.+ и.к у р ав r i 1 i
8. «(= (a i_ 1+ ,8 0 "-p '-a'l) 1^ -9. Axi = diCOsa,i;
A yi = d is'm alП П
W . ^ A x = fx ^ \ y = f yI t
ч- / Р= У f2A f lп
12. Р = 2 dt
14. Если ^ > 2(5og> то стоп!
>5- Ух,= ^ г Ч ;
16. Д х ‘ = Д х . + и .ур ав i 1 xi
А!/урав = А̂ 1 + %'п
17. Если 2 ^ у р а в ^ 0 или1
п
У Ди‘ ФО, то стоп!4mJ v урав
118. X[ = X i—] -j- АлГурав»
Ui yi — 1 "Ь А^/урав Вывод
Вывод XI , х 2,..., Хп,У 1. У 2 , ~ ; Уп-
Программа вычислений координат вершин замкнутого теодолитного хода на ЭВМ ЕС 1022 приведена в пакете типовых программ ИВЦ МАрхИ.
ГЛАВА 8
ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ
§ 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯО ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЪЕМКАХ
Съемкой называется процесс геодезических измерений на местности, выполняемых для составления карт и планов. Съемка называется горизонтальной, если определяется взаимное плановое положение контуров и объектов — ситуации местности. Если кроме ситуации снимается рельеф местности, то съемка называется топографической.
Топографические съемки в СССР выполняются в масштабах 1:25 000, 1:10 000, 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500. Топографические съемки масштаба 1:5000 и крупнее называются крупномасштабными.
Применяются следующие методы топографической съемки: фототопо- графический, мензульный, тахеометрический, нивелирование поверхности. Применение того или иного метода съемки зависит от многих факторов: масштаба съемки, размера участка, особенностей местности (застроенная, залесенная, равнинная, горная и др.), сроков выполнения работ и др.
Основным методом съемки является фототопографический.
В результате топографических съемок составляются топографические планы и карты, фотопланы, а также цифровые модели местности — ЦММ. Фотопланы получают с помощью фототрансформирования аэроснимков по зонам (см. § 9.2).
Цифровая модель местности представляет собой информацию о мест
ности, представленную в цифровой форме. Цифровая модель местности создается на ЭВМ Единой серии с комплектом периферийного и дополнительного оборудования. ЦММ формируется по данным топографических съемок, а также путем преобразования в цифровую форму картографического изображения. На ЭВМ подсчитываются координаты и высота точек местности, кодируются контуры ситуации, условные знаки, рельеф, вся информация о местности приводится к форме, удобной для дальнейшего применения. Цифровая модель местности состоит из независимых моделей: рельефа местности, коммуникаций, зданий и сооружений, гидрографии, почвенно-растительного покрова.
Точность ЦММ должна соответствовать точности топографического плана (карты) соответствующего масштаба. Цифровую модель местности можно преобразовать с помощью ЭВМ и автоматического координатографа (АК) в топографический план (карту). На основе ЦММ можно получить другие виды графической информации о местности: профили, перспективы, схемы, графики. ЦММ используется в системе автоматизированного проектирования — САПР. Цифровое моделирование местности является перспективным направлением, которое будет совершенствоваться на базе использования периферийных устройств ЭВМ: графопостроителей, дисплеев, быстродействующих АЦПУ.
Новым типом топографических карт являются ортофотокарты, которые получают путем обработки материалов аэрофотосъемки. Ортофотокарта является фотографической картой местности, на которой условными знаками изображены ситуация и рельеф. По технико-экономическим показателям процесс составления ортофотокарт значительно эффективнее традиционных методов аэрофототопографической съемки. Ортофотокарты значительно превосходят топографические карты по объему
информации и наглядности изображения местности.
В целях совершенствования процессов топографических съемок в различных странах разрабатываются автоматизированные системы крупномасштабного картографирования (АКС). Они применяются для создания топографических и специальных карт и планов, информационного обеспечения задач проектирования, землеустройства и т. д. В СССР внедряется автоматизированная система крупномасштабного картографирования (АСК-1), предназначенная для автоматизированного составления крупномасштабных планов.
АСК-1 состоит из четырех подсистем: сбор топографо-геодезичес- кой информации; первичная обработка топографо-геодезической информации; формирование цифровой модели местности (ЦМ М ); картографическое изображение.
Сбор топографо-геодезической информации осуществляется по данным аэрофототопографической съемки, наземных съемок, а также путем анализа имеющихся материалов.
Подсистема первичной обработки выполняет расчет на ЭВМ данных, подготовленных в подсистеме сбора. При этом каждому методу сбора соответствует набор обрабатывающих программ. В результате получаются каталоги координат контуров и точек местности.
Подсистема формирования ЦММ обеспечивает стыковку отдельных съемочных участков, формирует модели топографических объектов. В результате получается ЦММ в виде информационных массивов.
Подсистема картографического изображения преобразует ЦММ в цифровые карты, осуществляет расчет и вычерчивание оригиналов ситуации, рельефа, профилей.
Техническую базу АСК-1 составляют современные серийные геодезические и фотограмметрические приборы, средства вычислительной техники; оптические теодолиты, тахео
метры, электронные тахеометры, све- тодальномеры с цифровой индикацией, картографические столики, стереографы СЦ-1 и СД-3, стереокомпараторы, ЕС ЭВМ с номером модели 1022 и выше, графопостроители и др.
В перспективе внедрение автоматизированных систем обеспечит повышение производительности труда при топографических съемках от 40 до 90% с сокращением срока работ до 10...15 раз.
Материалы топографических съемок устаревают, так как идет процесс хозяйственного использования местности; строятся новые объекты, ведется добыча полезных ископаемых и т. д. Кроме того, происходят изменения физико-географических условий, что также должно быть отражено на топокартах. Для поддержания топокарт на современном уровне выполняется их обновление.
Точность выполнения полевых измерений, детализация съемки ситуации и рельефа местности зависят в основном от масштаба плана или карты. Чем крупнее масштаб, тем выше требования к точности и подробности изображения местности на плане. При использовании топографических карт и планов в качестве подосновы для архитектурно-строительного проектирования их масштаб назначается в зависимости от объекта и стадии проектирования.
Показателем подробности и точности изображения рельефа на топо- планах (картах) является величина высоты сечения рельефа.
§ 8.2. ТЕОДОЛИТНАЯ СЪЕМКА
Теодолитная съемка относится к горизонтальному виду съемки и выполняется с помощью технических теодолитов. Расстояния измеряются лентой или дальномерами. Ее рекомендуется применять для составления планов масштабов 1:2000, 1:1000 и 1:500 застроенной территории. Приемы и методы теодолитной съемки лежат в основе геодезических обмеров архитектурных сооружений.
Геодезическое плановое съемочное обоснование создается путем проло- жения на местности замкнутых или разомкнутых теодолитных ходов (см. § 8.2).
От точек и сторон теодолитных ходов выполняется съемка ситуации. При этом применяются следующие способы: перпендикуляров (прямоугольных координат), линейных засечек, створов (промеров), угловых засечек, обхода или обмера, полярных координат. Выбор способа съемки зависит от масштаба съемки, характера местности, вида и расположения данного объекта относительно точек и сторон теодолитного хода. Измерения углов выполняются при одном положении круга, расстояния определяются до 1 см. Данные полевых измерений фиксируются в абрисе — схематическом чертеже, составленном от руки в произвольном масштабе, на котором изображаются точки и стороны теодолитного хода, элементы ситуации, приводятся результаты измерений. Как правило, абрис составляется для каждой стороны теодолитного хода. В абрисе указываются названия улиц, переулков, площадей, номера домов, этаж ность, назначение и материал, из которого построено здание, покрытие дорог и другие данные, которые должны быть отображены на этом плане. Абрис является основным документом, по которому в камеральных условиях составляется план
Способ перпендикуляров (прямоугольных координат) состоит в измерении на местности длины перпендикуляра, опущенного из определяемой точки на сторону теодолитного хода, и расстояния от точки хода до основания перпендикуляра. Короткие перпендикуляры строятся на глаз, более длинные — с помощью экера (рис. 8.1), который представляет собой трехгранную призму, две грани которой — зеркала, служащие для восстановления и опускания перпендикуляров на стороны теодолитного хода.
Рис. 8.1. Двузеркальный экер
Предельные длины перпендикуляров для различных масштабов съемки приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
М асш табеъемки
П редельная длина (м) п ерпендик у л я р а , построенного
на гл аз экером
1 :2 0 0 0 8 601 :1 0 0 0 6 401:500 4 20
На рис. 8.2 приведен абрис съемки реки способом перпендикуляров от стороны теодолитного хода.
Способ линейных засечек состоит в измерении расстояний от точек теодолитного хода (или точек, расположенных на стороне теодолитного хода) до определяемых объектов (рис. 8.3). Длина засечки не должна превышать длины рулетки (ленты). Для контроля при съемке важных контуров (углы кварталов, опорные здания) делается третья линейная засечка.
(itf
Рис. 8.2. Абрис съемки способом перпендикуля
ров
Способ створов (промеров) применяется для съемки точек, расположенных в створе стороны теодолитного хода или сторон зданий. Этот способ широко используется при внутриквартальной съемке и нередко
< @ >
Точка 2
Рис. 8.4. Абрис съемки способом створов
сочетается со способом перпендикуляров и линейных засечек (рис. 8.4).
Способ угловых засечек применяется там, где невозможно выполнить непосредственное измерение расстояний. Положение точки определяется по двум углам, измеренным в точках теодолитного хода или в точках, расположенных на его сторонах (рис. 8.5). Величина угла при опреде
Рис. 8.3. Абрис съемки контура зд а
ния способом линейных засечек
Рис. 8.5. Абрис съемки способом угловой за
сечки
ляем ой точке д о л ж н а быть в п р еделах от 30° ДО 150°.
Способ обхода или обмера применяется при съемке участков площадной формы, например при обмере габаритов зданий. Измерения выполняются выше цокольной линии ф асада, при этом определяются размеры всех архитектурных выступов, арок, проемов и др.
В способе полярных координат положение точки определяется по горизонтальному углу от стороны хода до направления на точку и по расстоянию от вершины измеренного угла до определяемой точки (рис. 8.6). Контроль съемки ситуации выполняется выборочно путем повторной съемки одной и той же точки другим способом. При составлении планов заводских и городских территорий с капитальной застройкой данные измерений, приведенные в абрисе, обрабатываются аналитически с помощью ЭВМ для получения координат точек ситуации: углов капитальных зданий, главных точек сооружений и др.
Составление плана по данным теодолитной съемки начинается с построения на планшете координатной сетки со сторонами квадратов 10 см. Планшет изготавливается из листов высококачественной фанеры или алю-
Рис. 8.6. Абрис съемки способом полярных координат
миния р азм ером 6 0 X 6 0 см, на которые наклеивается чертежная бумага. Координатная сетка строится с помощью координатографа или линейки Ф. В. Дробышева. На планшете по координатам наносятся пункты государственной геодезической сети, точки теодолитного хода и координированные точки ситуации местности. После этого от сторон и вершин теодолитного хода выполняется построение контуров местности с помощью масштабной линейки и транспортира в соответствии с абрисом съемки. Расхождение в положении точки на плане, полученной двумя способами, не должно быть более 0,4 мм в масштабе плана.
План оформляется в соответствии с таблицами условных знаков данного масштаба.
§ 8.3. НИВЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ
Нивелирование поверхности выполняется для получения крупномасштабных топографических планов равнинной местности.
Плановое положение точек определяется с помощью проложения теодолитных ходов, высота точек — геометрическим нивелированием с использованием технических нивелиров. Нивелирование поверхности может производиться двумя способами: по квадратам и путем проложения нивелирных ходов с разбивкой поперечников.
Н и в ел и р о в ан и е п о вер х н о сти по к в а д р а т а м выполняется путем разбивки на местности с помощью теодолита и мерной ленты сетки квадратов со стороной 20 м при съемке в масштабах 1:500 и 1:1000, 40 м и 100 м при съемке в масштабах 1:2000 и 1:5000. Одновременно с разбивкой сетки квадратов производится съемка ситуации местности и составляется абрис. Для съемки ситуации применяются те же способы, что и в теодолитной съемке. Кроме вершин квадратов на местности закрепляются характерные точки рельефа — плю
совые точки: бровки и дно ямы, ос- нованйе и вершина холма, точки на линиях водораздела и водослива и др.
Съемочное обоснование создается путем проложения по внешним сторонам сетки квадратов теодолитных и нивелирных ходов, которые привязываются к пунктам государственной сети.
Высота вершин квадратов и плюсовых точек определяется путем геометрического нивелирования. При длине стороны квадрата 50 м и менее все вершины квадрата или нескольких квадратов нивелируются с одной станции. Отсчеты по рейкам записываются на схеме, заменяющей журнал. Расстояние от нивелира до рейки должно быть не более 100... 150 м. При длине стороны квадрата 100 м нивелир устанавливают в центре каж дого квадрата; берут отсчеты по рейке, установленной в каждой вершине квадрата. Высоту вершин квадратов и плюсовых точек подсчитывают по горизонту инструмента (см. § 6.2).
На рис. 8.7 приведены журнал и абрис нивелирования поверхности по квадратам. Вершины квадратов Л /,
А5, Г5 и Г1 являются точками съемочного обоснования. Нивелирование участка выполняется с одной станции. У вершин квадратов и плюсовых точек подписаны отсчеты в мм по черной стороне рейки и подсчитанные высоты этих точек в метрах.
Составление плана по материалам нивелирования поверхности начинается с нанесения на планшет по координатам пунктов государственной геодезической сети, точек съемочного обоснования (теодолитно-нивелирных ходов), вершин квадратов, плюсовых точек и ситуации.
Проведение горизонталей на плане рисовка рельефа — выполняется путем графического интерполирования. Для этого на миллиметровой бумаге или на кальке через равные интервалы проводятся параллельные линии, изображающие горизонтали (рис. 8.8). Интервал между линиями принимается равным 0,5 или 1 см в зависимости от масштаба плана, крутизны склонов и принятой высоты сечения рельефа. Высота горизонталей подписывается с учетом максимальной и минимальной высоты точек
© 74,83 ! ©©Ф
75,106 © 75,257 ©75,381
©
©
© Q
©V*------------------
1763 1588
\74,870 1,20
1j-s 114,60
k \75,550
1439
/ГИ 76 СТ
1315 ̂
696 / *
15,99316,370 \
1826
/75,071
1146
| /
15,201
0326
\75,443 \
0763
\15,462
4625
К14,185 Юм
Р- > *
1495
П /̂1 н14,520
1253
14,103
\щ
\
ч14,831 \
1 \
75,201
1491
75,571
1125
1993 18652222
2102
Рис. 8.7. Журнал и абрис нивелирования поверхности по квадратаи
7 4,0
Рис. 8.8. Графическое интерполирование при проведении горизонталей
на участке съемки. Высота горизонталей должна быть кратна высоте сечения рельефа. Например, на рис. 8.8 подписана высота горизонталей, кратная 0,5 м — высоте сечения рельефа данного плана. По данным нивелирования поверхности, максимальная высота точки на участке съемки — 76,37 м, минимальная — 74,47, соответственно максимальная и минимальная высоты горизонталей на м и л л и м етр о вк е — 76 ,5 и 74,0 м. С помощью циркуля-измерителя с плана на миллиметровую бумагу переносятся расстояния между соседними точками, причем эти точки откладываются в соответствии с их высотами. После этого по миллиметровой бумаге определяются точки пересечения склонов с горизонталями, а затем эти точки обозначаются на плане. В рассматриваемом примере на склонах между точками с высотой 76,37—75,55 и 76,37—75,44 м определены места прохождения горизонталей: на первом из указанных склонов 76 м, на втором 75,5 и 76 м.
Интерполирование выполняется между соседними точками, высоты которых известны: по всем сторонам квадратов, а также по одной из диагоналей каждого квадрата. При этом из двух диагоналей следует выбрать ту, которая соответствует большему превышению между точками. На рис. 8.7 такие диагонали отмечены стрелками, направленными в сторону понижения склонов. В том случае, когда на стороне квадрата или внутри его имеется плюсовая точка, интерполирование выполняется между этой точкой и ближайшими вершинами квадратов.
При наличии достаточного опыта
интерполирование выполняется на глаз. После интерполирования все точки с одинаковыми высотами соединяют плавными кривыми линиями, учитывая при этом начертание линий водоразделов, водосливов. В нескольких местах плана подписываются высоты горизонталей, причем подпись помещается в разрыве линии горизонтали так, чтобы верх цифры был направлен в сторону повышения местности, а основание — в сторону понижения ее. В местах изгиба горизонталей ставятся бергштрихи. На рис. 8.9 приведен пример проведения горизонталей на плане. Оформление плана выполняется в соответствии с топографическими условными знаками.
Нивелирование поверхности способом проложения нивелирных ходовс разбивкой поперечников состоит в проложении на местности нивелирных ходов по всем характерным линиям рельефа (водоразделам, водосливам). Поперечники разбиваются через 40 м при съемке в масштабе 1:2000 и через 20 м — при съемках в масштабах 1:1000. При положении нивелирных ходов выполняется разбивка пикетов, в местах перегибов скатов обозначают плюсовые точки. В процессе разбивки пикетов производится съемка ситуации и составляется абрис. Запись нивелировав ния ведется в журнале, где отмечаются номера пикетов, расстояние плюсовых точек от ближайших пикетов, отсчеты по черной и красной сторонам реек.
Рис. 8.9. Проведение горизонталей на плане
По данным нивелирования поверхности составляются топографический план участка местности, продольные и поперечные профили.
§ 8.4. ТАХЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА
Тахеометрической* съемкой называется топографическая съемка, выполняемая с помощью тахеометров или, как исключение, теодолитов типа Т-30, Т-15. Тахеометрическая съемка выполняется как самостоятельный вид съемки или в сочетании с другими видами. Применение тахеометрической съемки ограничено теми случаями, когда проведение других видов съемок трудновыполнимо. Например, при создании планов архитектурных ансамблей, небольших застроенных участков в крупных масштабах, а также планов узких полос местности при изысканиях железных и автомобильных дорог, трасс трубопроводов и т. д. Приемы и методы тахеометрической съемки применяются также при обмерах архитектурных сооружений.
В настоящее время в связи с созданием новых электрооптических приборов открылись возможности автоматизации процесса полевых и камеральных работ в тахеометрической съемке, что делает этот вид съемки весьма перспективным.
Тахеометры предназначены для измерения расстояний и превышений, горизонтальных и вертикальных углов. В СССР выпускаются тахеометры: ТЭ — электрооптический, ТД с авторедукционным дальномером двойного изображения, ТН — номограммный и ТВ — внутрибазный. Применяются также тахеометры за рубежных фирм: Редта 002 (ГД Р), Дальта 010 (ГД Р), Дальта 020 (ГД Р) и др. При работе с тахеометрами применяют дополнительные устройства — картографические столики, позволяющие выполнить составление плана в полевых условиях.
* «Тахеометрия» обозначает быстрое измерение.
Рис. 8.10. Тахометр Дальта со столиком Карти
Наиболее распространен картографический столик КАРТИ 250, который прикрепляется к тахеометру Дальта 010, Дальта 020 (рис. 8.10). При работе с тахеометрами применяются специальные рейки.
Тахеометр ТЭ отечественного производства — электрооптический с автоматической регистрацией результатов измерений на световом табло в цифровом виде, а также на перфоленте в условном коде, т. е. в форме, удобной для ввода в ЭВМ. Обработка данных съемки — расчеты и составление плана — выполняется с помощью ЭВМ, оборудованных графопостроителями. Точность измерения горизонтальных и вертикальных углов с помощью тахеометра ТЭ-3 и ТЭ-5 равна3 и 5 с соответственно, расстояний до2 км — 2 см.
Тахеометр ТД позволяет выполнить измерение горизонтальных и вертикальных углов с точностью 0,1'—0,2', горизонтальных проложе- ний линий — с относительной средней квадратической ошибкой 1:5000, превышений h — с ошибкой 3...4 см на 100 м расстояния.
Тахеометр ТН применяется для определения расстояний, редуцирован
ных на горизонтальную плоскость, превышения определяются при помощи номограммы, видимой в поле зрения трубы.
Тахеометр ТВ используется при тахеометрической съемке труднодоступных участков местности: в горных условиях, в городах. Расстояния от2 до 60 м измеряются без рейки, а от 60 до 180 м — по рейке с точностью 1:1000.
Съемочным обоснованием тахеометрической съемки служит теодо- литно-нивелирный ход или тахеометрический ход, которые должны быть привязаны к пунктам государственной геодезической сети.
Выбор способа съемочного обоснования зависит от условий местности, масштаба и назначения съемки. Точки хода располагаются равномерно по всему участку съемки с учетом их взаимной видимости и хорошего обзора окружающей ситуации. Точки хода закрепляются на местности деревянными кольями, металлическими штырями и др. В теодолитнонивелирном ходе производят измерения, аналогичные выполняемым в теодолитном и нивелирном ходах.
Тахеометрические ходы могут быть замкнутыми или разомкнутыми. Стороны тахеометрического хода измеряются оптическими дальномерами (в том числе и нитяными) в прямом и обратном направлениях. Расхождение расстояний, измеренных нитяным дальномером прямо и обратно, не должно превышать 1/300. Горизонтальные и вертикальные углы тахеометрических ходов измеряются при двух положениях вертикального круга теодолита — КП и КЛ. Расхож дение значений углов не должно превышать двойной точности отсчет- ного устройства теодолита. Координаты вершин тахеометрического хода вычисляются так же, как в теодолитном ходе; высоты точек определяют методом тригонометрического нивелирования (см. § 6.2).
Расхождение значений превышений, полученных в прямом и обрат
ном направлениях, не должны быть более 4 см на 100 м.
Требования, предъявляемые к тахеометрическим ходам, приведены в табл. 8.2.
Тиб лица 8.2
Масштабсъемки
Максимальное значение
длинахода»
м
длинасторон,
м
чи( ла сторон в ходе
1:5000 1200 300 61:2000 600 200 51:1000 300 150 31:500 200 100 2
Допустимая угловая невязка тахеометрического хода определяется по той же формуле, как и для теодолитного хода (§ 7.2).
Допустимая невязка в периметре хода
где S — длина хода, м; \ / Т — относительная ошибка измерения сторон; п — число сторон в ходе.
Невязка превышений хода для разомкнутого хода
П
Лср-("ко„-"„ач)' <8-2)I
для сомкнутого ходап
<8-з>1
где h cp — среднее арифметическое из превышений, определенных между точками хода в прямом и обратном направлениях, Н кон и Н нач — высота ко- нечной и начальной точек хода соответственно.
Допустимая невязка
где S — длина хода; п — число сторон.
Невяза /л распределяется с обратным знаком пропорционально длинам сторон хода. По исправленным значениям превышений с точностью 0,01 м вычисляются высоты точек тахеометрического хода.
Съемка ситуации и рельефа выполняется с точек хода, где устанавливается теодолит. Вокруг точки хода — станции намечаются характерные точки рельефа и ситуации, на которых последовательно устанавливается рейка. Такие точки называют пикетами или реечными точками, они не закрепляются на местности. Пикеты должны быть расположены таким образом, чтобы в дальнейшем, после определения .их планового положения и высоты, можно было составить топографический план. Количество пикетов на станции за висит от масштаба съемки, характера рельефа и особенностей ситуации.
Расстояния от прибора до рейки не должны превышать 60 м при масштабе плана 1:500,80 м, при масштабе 1:1000, 100 м при масштабе 1:2000 и 150 м при масштабе плана 1:5000. При определении нечетких контуров и съемок рельефа местности указанные расстояния можно увеличить в 1,5 раза. Наблюдение пикетов выполняется при одном положении круга, как правило, при КЛ.
Плановое положение пикетов определяется способом полярных координат: по горизонтальному углу от исходного направления (направление ориентирования) и расстоянию от инструмента до рейки. Высоты пикетов определяются тригонометрическим нивелированием.
Д ля выполнения съемок теодолит устанавливают на станции и приводят его в рабочее положение (см. § 5.3). Нулевой штрих лимба горизонтального круга ориентируют по исходному направлению — на одну из соседних точек хода. Для этого при закрепленном положении лимба нулевой штрих алилады совмещается с нулевым штрихом лимба и алидада закрепляется; ослабив закрепитель
ный винт лимба, наводят трубу на соседнюю точку хода и закрепляют лимб.
Таким образом при нулевом отсчете по горизонтальному кругу зрительная труба наведена на соседнюю точку хода. Далее в процессе измерений горизонтальных углов наведение зрительной трубы на пикеты выполняется путем вращения алидады горизонтального круга при закрепленном лимбе. Полученные значения отсчетов по горизонтальному кругу равны горизонтальным углам, составленным направлением на соседнюю точку хода с направлениями на пикеты.
Место нуля — МО вертикального круга измеряется наблюдениями на2...3 точки, расхождение значений не должно превышать Г . Высота инструмента на станции — i измеряется с точностью 1 см.
При визировании на пикеты средний штрих сетки нитей зрительной трубы наводится на высоту инструмента г, отмеченную на рейке, и определяются отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам. В том случае, если труба наведена на другую высоту — v, последняя должна быть занесена в соответствующую графу журнала. Все результаты измерений записываются в журнал. Одновременно составляется абрис (рис. 8.11), в котором приведено схематическое расположение станций, реечных точек; обозначены характерные линии рельефа (водосливы и водоразделы), направления скатов (стрелками), показано примерное положение горизонталей. Ситуация на абрисе изображается условными знаками или надписями.
После наблюдения 15...20 пикетов и по окончании работы на станции проверяют ориентирование лимба горизонтального круга путем визирования на точку хода, по направлению которой было выполнено первоначальное ориентирование. Отклонение от нулевого отсчета не должно быть более 1,5'.
По данным измерений вычисляю
©
Рис. 8.11. Абрис тахеометрической съемки
тся и записываются в журнале углы наклона, горизонтальные проложения d и превышения h. Расчеты выполняются с помощью ЭВМ, микрокалькулятора, логарифмической линейки или тахеометрических таблиц. Высоты пикетов вычисляются с точностью 0,1 м.
Составление плана выполняется на планшете. Строится координатная сетка, наносятся по координатам X,Y точки геодезического обоснования — станции тахеометрической съемки. С помощью транспортира и масштабной линейки откладываются горизонтальные углы и горизонтальные проложения и обозначаются пикеты, подписываются их высоты. Для накладки пикетов все чаще используются автоматические координатографы. При этом предварительно на ЭВМ рассчитываются значения координат пикетов. Путем интерполяции между пикетами проводятся горизонтали. Условными знаками изображается ситуация.
§ 8.5. М Е НЗ У ЛЬ Н АЯ СЪЕМКА
Мензульная съемка — топографическая съемка, выполняемая с помощью мензулы и кипрегеля. Топо-
графическии план составляется в процессе полевых работ. Расстояния до точек измеряются с помощью дальномера кипрегеля, а превышения определяются тригонометрическим нивелированием. Мензульную съемку называют углоначертательной, так как углы не измеряются, а строятся графически на планшете с помощью кипрегеля.
Мензульная съемка выполняется на небольших незастроенных участках главным образом в масштабах 1:1000 и 1:2000 , когда отсутствуют материалы аэрофотосъемки, и на за строенной территории в масштабе 1:5000.
Для выполнения съемки применяется мензульный комплект, состоящий из мензулы, кипрегеля, штатива, ориентир-буссоли, центрировочной вилки и двух реек.
Мензула состоит из доски — планшета размером 60X 60 см, укрепленной на подставке, опирающейся на три подъемных винта (рис. 8 .12). Планшет 1 прикрепляется к подставке с помощью специальных винтов. Подставка имеет закрепительный и наводящий винты, с, помощью которых планшет вращается вокруг оси. Сверху на планшет наклеивается чертежная бумага, на которой предварительно строится координатная сетка. Подставка мензулы укрепляется на штативе.
Ориентир-буссоль 2 служит для ориентирования планшета. Центрирование планшета над точкой осуществляется с помощью центрировочной вилки 3.
Кипрегель предназначен для визирования на точки местности, прочерчивания направлений на планшете, измерения вертикальных углов и расстояний (или их горизонтальных проложений) и определения превышений. В процессе съемки применяются кипрегели КА-2 и КН — кипрегель номограммный.
Кипрегель КН (рис. 8.13) состоит из зрительной трубы 1, колонки 2 и линеек: основной 3, служащей осно
Рис. 8.13. Кипрегель КН
ванием кипрегеля, и дополнительной 4. На основной линейке имеется уровень 5.
Зрительная труба кипрегеля с увеличением 25х вращается вокруг своей оси на 35° относительно неподвижного вертикального круга 6, дает прямое изображение. Зрительная труба имеет закрепительный 7 и наводящий 8 винты. Фокусировка зрительной трубы осуществляется кремальерой 9. На зрительной трубе укреплен реверсивный (поворотный) уровень 10, позволяющий использовать кипрегель в качестве нивелира.
На колонке кипрегеля прикреплен
Рис. 8.14. Поле зрения трубы кипрегеля КН
вертикальный круг, снабженный наводящим устройством 11 и цилиндрическим уровнем с зеркалом 12. Уровень служит для установки нуля круга.
При круге лево в поле зрения зрительной трубы видна номограмм а — рис. 8.14. Перед тем как взять отсчет по рейке, пузырек уровня вертикального круга приводится в нуль- пункт. Затем точка пересечения вертикальной линии сетки и основной кривой номограммы наводится на нуль рейки, установленной на высоте прибора. По кривым номограммы D -100, 0 - 2 0 0 отсчитываются горизон
тальные проложения d, по кривым с коэффициентами 10, 20 и 100 — превышения h. При использовании нивелирной рейки величина d определится как разность отсчетов между крайними нитями, умноженная на коэффициент дальномера. На рис. 8.13 отсчет по верхней нити 2,521, по нижней 2,200, разница 32,1 см, что при коэффициенте дальномера 100 соответствует горизонтальному проложению 32,1 м. Величина h определяется путем умножения на соответствующий коэффициент (в нашем случае он равен — 10) разницы отсчета по рейке в месте пересечения кривой с коэффициентом — 10 и отсчета по рейке по нижней нити. В данном случае h = — 1,25 м.
Установка мензулы для выполнения съемки состоит в ориентировании, нивелировании и центрировании планшета. Эти операции производятся методом последовательных приближений: вначале на глаз, а затем — точно. Ориентирование планшета выполняется с помощью ориентир-буссоли, которая прикладывается к линии координатной сетки, параллельной оси X. Затем планш ет поворачивается до совмещения северного конца стрелки ориентир-буссоли с нулевым индексом. Ориентирование планшета может быть выполнено по имеющимся на планшете направлениям на соседние точки: линейка кипрегеля прикладывается к направлению из данной точки на соседнюю и планшет поворачивается до совмещения вертикальной нити трубы кипрегеля с изображением вехи, установленной на соседней точке. При центрировании необходимо добиться, чтобы точка, нанесенная на планшете, была расположена над соответствующей точкой местности, что достигается с помощью центрировочной вилки. Нивелирование планшета производится с помощью цилиндрического уровня, расположенного в основании колонки кипрегеля, и подъемных винтов подставки мензулы.
Съемочное геодезическое обосно
вание для выполнения мензульной съемки развивается от пунктов государственной геодезической сети. В зависимости от условий местности и масштаба съемки применяются: аналитические способы: засечки, теодолитные и тахеометрические ходы; графические способы: мензульные засечки, геометрическая сеть и мензульные ходы.
В мензульной засечке положение точки определяется по известным точкам. В прямой засечке мензула последовательно устанавливается в точках, положение которых известно; планшет центрируется, ориентируется и нивелируется и путем визирования на определяемую точку по линейке кипрегеля прочерчивается направление. Положение определяемой точки получается на планшете пересечением двух направлений.
В том случае, если одна из исходных точек, плановое положение которой известно, недоступна, положение определяемой точки устанавливается обратной засечкой.
Геометрическая сеть развивается на открытой местности. Точки геометрической сети выбираются на возвышенных участках с учетом видимости соседних точек. Они обозначаются вехами, закрепляются кольями, штырями и плановое положение точек геометрической сети определяется за сечками не менее чем с 3 пунктов. Высоты точек определяются тригонометрическим нивелированием. Горизонтальные проложения между ними измеряют на планшете. Вертикальный угол измеряют при двух положениях круга. Для каждой стороны вычисляют прямые и обратные превышения, расхождения между которыми не должны превышать 4 см на 100 м.
На рис. 8.15 приведен пример построения геометрической сети на планшете: а, Ь, с — пункты государственной геодезической сети: 1, 2 , 3...— точки геометрической сети. Направления, прочерченные за рамками, применяются для ориентирования планшета на точках.
\ \ \ X V f t
5 л с /
М__V -Wv3 12-
/\ / *
а АС-------
ч Ч-W X / \ Г \
Рис. 8.15. Построение геометрической сети на планшете
Мензульные ходы прокладываются для сгущения съемочного обоснования в застроенной или залесенной местности. Расстояния и превышения между точками хода измеряются в прямом и обратном направлении. Допустимое
значение невязки высот хода подсчитывается по той же формуле, как и для тахеометрического хода. Относительная ошибка в периметре мензульного хода Др / р не должна превышать 1 /300, а линейная ошибка — не более 0,8 мм.
Съемка ситуации и рельефа выполняется с точек съемочного обоснования, на которых последовательно устанавливается мензула. Вокруг съемочной станции намечаются пикеты, где устанавливается рейка. При наведении зрительной трубы кипрегеля на рейку выполняются измерения, как и в тахеометрической съемке, но каж дый пикет сразу же наносится на планшет. Для этого измеренное горизонтальное проложение откладывается вдоль скошенного ребра линейки кипрегеля, зрительная труба которого наведена на снимаемую точку.
Рельеф на плане изображается горизонталями, интерполирование выполнятся на глаз по высотам пикетов.
ГЛА ВА 9
ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ
Фототопографические методы съемки основаны на использовании фотоснимков, полученных при фотографировании местности специальным фотоаппаратом, установленным на земле или на самолете. В связи с этим различают два вида фототопо- графических съемок: аэрофототопографическая и наземная (фототеодо- литная) съемка.
Фотоснимок как модель объекта имеет такие важные достоинства, как полная объективность и детальность изображения. Фотоснимки, полученные прецезионными фотокамерами, при их обработке строгими методами на точных приборах и ЭВМ обеспечивают высокую точность определения координат изобразившихся на них точек, линейных и угловых измерений. При фототопографических съемках основной объем по созданию
топографических планов и карт переносится в камеральные условия. Это обстоятельство дает возможность использовать приборы стационарного типа, намного повысить производительность труда и экономическую эффективность топографо-геодезичес- кого производства.
Аэрофототопографическая съемка является основным методом создания топографических планов и карт различных масштабов и решения различных измерительных задач в гидротехнике, дорожном деле, при землеустроительных и лесоустроительных работах и пр.
В комплекс процессов фототопо- графической съемки входят фотографирование местности, полевые геодезические работы и камеральные фотограмметрические работы.
Задачей фотосъемочных работ яв
ляется получение фотоснимков местности, соответствующих заранее за данным требованиям. Полевые геодезические работы имеют целью определение координат точек местности, которые необходимы для последующей обработки фотоснимков и рисовки горизонталей. В результате фотограмметрических работ производится комплекс измерений на фотоснимке с целью создания топографических планов и карт.
§ 9.1. АЭ РО Ф ОТ О СЪ ЕМ КА МЕ СТ НОСТ И
А эроф отосъем ка вы полняется специальным аэрофотоаппаратом (АФА), имеющим устройства, обеспечивающие автоматизацию съемки: сохранение заданного интервала времени между экспозициями в зависимости от высоты фотографирования, скорости полета и других параметров, выравнивание аэропленки при экспозиции, ее перематывание и др. АФА имеют формат кадра 18X18 см и реже 30X 30 см.
Аэрофотосъемка по условиям выполнения и метрическим требованиям к снимку существенно отличается от обычных видов фотографии. Для получения доброкачественных аэроснимков необходимы изучение и всесторонняя оценка атмосферных условий съемки, характеристик АФА, свойств фотографических материалов и процессов их химико-фотографической обрабтки.
Аэрофотосъемка может быть плановой и перспективной. Если угол наклона оптической оси АФА относительно вертикали не превышает 3°, то такая съемка называется плановой. Для придания оси фотокамеры неизменного отвесного положения используется гиростабилизирующая установка, которая позволяет выдерживать горизонтальное положение фотопленки с точностью 15..20' независимо от колебаний самолета. При перспективной съемке АФА устанавливают так, чтобы его оптическая ось составляла с вертикалью требуе
мый заранее рассчитанный угол (чаще всего 30,45 или 60°). В аэрофототопографии, как правило, используют снимки плановой аэросъемки или, как говорят, плановые аэроснимки, которые в дальнейшем и будем рассматривать.
Для создания топографических планов и карт применяется площадное фотографирование. Оно выполняется проложением ряда параллельных друг другу маршрутов с взаимным перекрытием смежных аэроснимков одного маршрута, которое называют продольным перекрытием, и с взаимным перекрытием снимков смежных маршрутов, называемым поперечным перекрытием. Продольное перекрытие аэроснимков обычно составляет 60..65%. Такое большое продольное перекрытие аэроснимков необходимо для дальнейшей их фотограмметрической обработки. Поперечное перекрытие обычно 30. .40%.
Масштаб аэросъемки определяют в зависимости от масштаба изготовляемого плана, принятой на нем высоте сечения рельефа, характера местности и имеющегося фотограмметрического оборудования. Обычно он в1,5...2 ,5 раза мельче масштаба составляемого плана.
В районах, где мало четких естественных контуров, перед выполнением аэросъемки производят маркировку, т. е. создают искусственные контурные точки. По окончанию съемки кассеты с экспонированными аэрофильмами сдают в лабораторию, где выполняют фотообработку аэропленок, изготовление контактных отпечатков и фотомонтаж, который используется для составления планов геодезических и фотограмметрических работ.
§ 9.2. Г Е О М Е Т Р И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА АЭР ОСНИ МКА
Фотоснимок представляет собой центральную проекцию (перспективу) сфотографированного объекта (рис. 9.1). Центром проекции S является опти-
ка
ческий центр объектива фотокамеры, картинной плоскостью Р плоскость фотопластинки, а оптическая ось фотокамеры (оО) — главным лучом. Точка о — главная точка картинной плоскости или главная точка снимка. S n N — отвесный проектирующий луч; п — точка надира, а ее проекция на предметную плоскость — надир; S N — высота фотографирования.
В том случае, когда фотографируемый участок местности представляет собой горизонтальную плоскость, а ось фотокамеры занимает строго отвесное (вертикальное) положение, центральная проекция подобна ортогональной. На таком снимке, называемом горизонтальным, можно производить точные измерения расстояний, углов и площадей сфотографированных объектов.
Возьмем на аэроснимке произвольный отрезок ab (рис. 9.2); ему на местности соответствует отрезок АВ.
Рис. 9.2. М асш таб горизонтального снимка
Так как аэроснимок горизонтален, то из треугольников naS и N AS, которые подобны, видно, что
a b / A B = n S / N S = f / H ,
где n S — f — фокусное расстояние фотокамеры; NS = H — высота фотографирования.
Отношение a b .A B есть масштаб отрезка ab, но так как ab выбран произвольно, то масштаб любого отрезка также будет равен f:H. Следовательно,
1 / m = f / H , (9.1)гд m —знаменатель масштаба аэроснимка.
Влияние наклона снимка на его геометрические свойства. Пусть теперь местность будет горизонтальной плоскостью, а оптическая ось фотокамеры в момент фотографирования отклонилась от отвесной линии на некоторый угол а , т. е. аэроснимок занимает наклонное положение (рис. 9.3). Для того чтобы нагляднее представить себе, как будет в этом случае отличаться центральная проекция от ортогональной, возьмем на местности равные между собой отрезки А В = — B N — NO = O C = O D . Из чертежа видно, что соответствующие отрезки ab, Ьп, по, ос и od на снимке не будут равны между собой. Следовательно, масштаб наклонного аэроснимка будет непостоянным; он меняет свою величину в каждой точке.
Если на местности имеется сетка квадратов, то на наклонном снимке она изобразится в искаженном виде.
Рис. 9.3. Изменение м асш таба аэроснимка, вызванное его наклоном
Масштаб вдоль главной вертикали уменьшается по направлению к главной точке схода i. Линии же, перпендикулярные к главной вертикали, т. е. горизонтали аэроснимка, будут параллельны плоскости местности и, следовательно, масштаб вдоль каждой из них будет постоянным, но своим для каждой линии. Нетрудно видеть, что формула масштаба (9.1) для наклонного снимка не будет справедлива.
Если сфотографировать местность с одной и той же точки дважды: один раз при строго отвесном положении оптической оси фотокамеры (на плоскость Ро) (рис. 9.4), а второй раз под углом а (на плоскость Р) и сравнить полученные аэроснимки, то все точки местности на наклонном снимке получат линейное смещение относительно их положения на горизонтальном снимке. На рис. 9.4 линейным смещением изображения точки А местности будет отрезок прямой аао.
Смещение изображения точки на снимке, обусловленное отклонением оптической оси от отвесной линии, называется искажением за перспективу. Отклонение оптической оси от отвесной линии вызывает не только смещение точек на снимке, но и искажение углов. Из теории перспективы известно, что только те углы, вершины которых находятся в точке нулевых
Рис. 9.4. Смещение положения точки на наклонном снимке
искажений, перспективно не искажены. Точка нулевых искажений с (см. рис. 9.1) лежит на главной вертикали в пересечении биссектрисы угла между главным (So) и вертикальным (Sri) лучами с плоскостью снимка.
Это особое свойство точки нулевых искажений имеет большое значение и широко используется при измерениях и построениях на аэроснимках.
Влияние рельефа местности. Пусть фотографирование произведено при отвесном положении оси фотокамеры, но местность не представляет собой ровную поверхность (рис. 9.5). Возьмем на местности какую-либо начальную плоскость То- Высоту фотографирования для этой плоскости обозначим Но. Произвольная точка А, имеющая превышение -j-h над той плоскостью, изобразится на снимке в точке а. Если бы местность была плоской (/i = 0), то точка А совпала бы с точкой Ао, расположенной на начальной плоскости То, и на снимке изобразилась бы в точке ао. В этой же точке она изобразилась бы и при ортогональном проектировании. Поэтому это положение принято называть истинным положением. Точка а вследствие ее превышения над начальной плоскостью То смещена от точки ао на величину аао.
Величину а а о = 6о, т. е. различие в положениях на аэроснимке точки А и ее ортогональной проекции А 0 на
______________ 5__________ .
=с а/г° А / / =5
/с / ^
/ A qJV s!N Л • /
Рис. 9.5. Смещение точек на аэроснимке за рельеф
начальную плоскость То, принято называть искажением на рельеф. Из рис. 9.5 легко установить, что контурные точки, совпадающие с точкой надира (п) , не будут иметь искажений за рельеф; из-за влияния рельефа изображение точки на снимке смещается от своего истинного положения по направлению от точки надира, если h положительно (точка А ) , по направлению к точке надира, если h отрицательно (точка В); смещение за рельеф будет тем больше, чем больше превышение h.
Величину поправки 6Л, на которую нужно сместить фотографическое изображение точки на горизонтальном снимке для того, чтобы получить ее плановое положение, вычисляют по формуле
б r= ± r h / H , (9.2)где г — расстояние точки от точки надира; h — превышение точки над средней плоскостью; Я — высота фотографирования.
Точка надира является второй особой точкой фотоснимка. Направления, проведенные из этой точки, не искажены за рельеф, а имеют только перспективные искажения.
Из рассмотрения геометрических свойств фотоснимков следует, что наклон аэроснимка и рельеф местности приводят к существенным искажениям изображения местности по сравнению с ее изображением в ортогональной проекции. Поэтому при составлении по аэроснимкам топографического плана основная задача состоит в преобразовании центральной проекции аэроснимка в ортогональную проекцию путем устранения искажений за перспективу и рельеф.
Стереоскопическая модель местности. Один фотоснимок дает нам одно направление на каждую точку в пространстве предмета от центра проекции, но не положение точек в пространстве. Так как точка в пространстве определяется путем пересечения двух лучей, необходимо иметь два фотоснимка объекта, полученных с разных точек.
При съемке местности с двух различных точек 5 Л и S n, отстоящих друг от друга на расстоянии В, называемое базисом фотографирования, точки местности A, D, Е изобразятся на левом и правом снимках соответственно в точках ал, ё л, ел и а„, d„, еп (рис. 9.6).
Если снимки расположить на расстоянии глазного базиса и рассматривать их так, чтобы левым глазом наблюдался только левый снимок, а правым — правый и чтобы снимки были правильно ориентированы один относительно другого, то наблюдатель увидит объемное изображение местности, называемое стереомоделью.
Стереоскопический эффект при соответствующей тренировке можно получить невооруженным глазом. Однако значительно проще это сделать с помощью специальных приборов. Про-j стейшим из таких приборов является зеркальный стереоскоп (рис. 9.7), в котором используют две пары параллельных зеркал, расположенных под углом 45° к плоскости фотоснимков. Между зеркалами установлены линзы для рассматривания снимков с увеличением.
При рассматривании стереоскопической модели [местности создается впечатление осмотра ее в натуре: ясно ощущается величина, форма, прост- ранственность. Благодаря этому значительно облегчается распознавание
Рис. 9.7. Зеркальный стереоскоп
объектов, полученных на аэроснимках, и отождествление этих точек на соседних снимках.
Если известен масштаб стереомодели и ее расположение в определенной системе координат, то модель можно обмерить и определить превышения между отдельными точками земной поверхности, высоту зданий, глубину оврагов и др.
Элементы ориентирования аэроснимка. Для составления плана и карты, определения координат точек, а также для решения других инженерных задач по аэроснимкам необходимо знать пространственные координаты центра проекции (точки фотографирования) и положение картинной плоскости (снимка) в момент фотографирования. Эти параметры называются элементами ориентирования. Они разделяются на элементы внутреннего ориентирования, относящиеся к самой фотокамере и являющиеся неизменными для нее, и элементы внешнего ориентирования.
Элементы внутреннего ориентирования определяют положение центра проекции S относительно аэроснимка: фокусное расстояние АФА и координаты Хо, Уо главной точки о аэроснимка в прямоугольной системе координат, образованный на нем прямы
ми, соединяющими противоположные координатные метки / , 2, 3 и 4 (рис. 9.8).
При лабораторных исследованиях и юстировке АФА с в ы с о к о й т о ч н о с т ь ю
определяют его фокусное расстояние и добиваются такого положения, чтобы координаты и Уо не превышали нескольких сотых долей миллиметра.
Элементы внешнего ориентирования определяют пространственное положение аэроснимка относительно координат местности. Таких элементов шесть: три линейных и три угловых.
При геометрическом анализе одиночного снимка элементами внешнего ориентирования являются Xs, У5, Z s — координаты точки фотографирования, в которой находится центр
S
Рис. 9.8. Элементы внутреннего ориентирования
аэроснимка
Рис. 9.9. Элементы внешнего ориентирования аэроснимка
проекции (рис. 9.9), ао — угол наклона снимка или угол отклонения главного луча (оптической оси АФА) от отвесной линии, А — дирекционный угол направления главного луча, т. е. угол между осью X и проекцией главного луча на плоскость XY, х — угол поворота аэроснимка вокруг главного луча, т. е. угол на снимке между главной вертикалью и осью Y.
При анализе пары аэроснимков вместо углов ао и А принимают углы а и о (рис. 9.10), где а — продольный угол наклона аэроснимка, заключенный между осью Z и проекцией главного луча на плоскость XZ\ со — поперечный угол наклона снимка, составленный главным лучом с плоскостью XZ.
■Si
Рис. 9.10. Элементы внешнего ориентирования пары аэроснимков
Линейные элементы внешнего ориентирования аэроснимка — высота полета самолета и плановые координаты центра проекции могут быть определены в процессе аэрофотографирования, используя радиовысотомер и радиодальномерные системы. Угловые элементы ориентирования обычно неизвестны.
Восстановить все элементы внешнего ориентирования, которые были при фотографировании, и тем самым получить геометрическую модель местности, правильно ориентированную в пространстве, можно на стереофото- грамметрических приборах или аналитическим методом. Для этого необходимо иметь несколько опорных точек с известными координатами.§ 9.3. А Э Р О Ф О Т О Т О П О Г Р А Ф И Ч Е С К А Я
СЪЕМКА. З А Д АЧ И И М Е Т О Д Ы Ф О Т О Г Р А М МЕ Т Р И ЧЕ С К ОЙ О БР А Б О Т К И АЭ РО СН И МК О В
Сгущение опорной геодезической сети. При составлении карты и плана аэрофототопографическим методом для преобразования центральной проекции снимка в ортогональную проекцию необходимо, чтобы каждый снимок был обеспечен определенным количеством опорных точек, т. е. точек известными координатами. С целью уменьшения объема полевых работ и удешевления стоимости съемок подавляющее большинство опорных точек определяется камерально. Сгущение опорной геодезической сети посредством измерений снимков называют фототриангуляцией, которую делят на плановую, или плоскостную, и пространственную.
Плановая триангуляция имеет целью определить только плановые координаты точек. Ее идея заключается в том, что направления, проведенные из центральной точки снимка / на любые точки, изобразившиеся на нем, практически не имеют искажений за рельеф и перспективу. Она может выполняться как графическим методом, так и аналитическим, который обеспечивает в 3...4 раза более высокую точность.
Пространственная триангуляция позволяет определить как плановое положение, так и высоту точек. Она выполняется путем построения стереомодели местности по снимкам, принадлежащим одному или нескольким маршрутам, и ориентирования ее относительно геодезической системы координат. Для этого используют связующие точки, выбираемые в зонах перекрытия аэроснимка.
Она может выполняться аналитическим методом, являющимся в настоящее время основным, и с помощью универсального фотограмметрического прибора.
В аналитической фототриангуляции сначала с помощью точного фотограмметрического прибора — сте- реокомпоратора (см. § 9.6) измеряют координаты точек на стереопаре. Результаты измерений, значения координат опорных точек, фокусного расстояния АФА и другие исходные данные вместе со специальной программой вводят в ЭВМ. По этим данным вычисляют элементы внешнего ориентирования правого снимка и координаты точек первой стереомодели в системе координат снимка. Аналогично выполняется построение второй и последующих моделей. Приведение моделей к одному масштабу и их ориентирование осуществляется по связующим точкам. Вследствие большого объема вычислений они выполняются только с применением ЭВМ.
В строгом способе фототриангуляции, разработанным проф. А. Н. Л обановым, используются элементы внешнего ориентирования, зафиксированные в процессе аэросъемки, и учитываются погрешности, вносимые фотографической системой (несовершенство объектива АФА, деформация аэропленки и др.). Поскольку все эти параметры известны приближенно, то задачу решают методом последовательных приближений. Для больших блоков стереопар число уравнений исчисляется многими сотнями и тысячами и для их решения
необходима ЭВМ большой мощности.Трансформирование аэроснимков.
Трансформирование аэроснимков имеет целью приведение всех аэроснимков к единому масштабу и устранению искажений на аэроснимках за перспективу и рельеф.
На практике зачастую достаточно бывает устранить только искажения за перспективу. Трансформирование, выполняемое в этих целях, принято называть просто трансформированием. Если же в процессе трансформирования устраняются искажения и за перспективу и за рельеф, т. е. центральная проекция снимка преобразуется в ортогональную проекцию, то такое трансформирование называют дифференциальным трансформированием или ортофототрансформированием.
Трансформирование аэроснимков может выполняться различными способами: графическим, аналитическим, фотомеханическим и другими. Наибольшее применение имеет фотомеханическое трансформирование, выполняемое на сложных приборах — фототрансформаторах.
Идея фототрансформирования состоит в следующем. Если аэронегатив горизонтальной плоской местности, полученный при наклонном положении оси АФА, поместить в проектирующую камеру (фокусное расстояние которой равно фокусному расстоянию аэрофотоаппарата) в такое же положение, которое он занимал в момент фотографирования и спроектировать его на горизонтальный экран, то на экране получим изображение, соответствующее горизонтальному снимку.
Для обеспечения резкости фотоизображения при любом угле наклона плоскости аэронегатива по отношению к экрану и выполнения других геометрических условий трансформирования фототрансформаторы имеют специальные коррекционные устройства.
Для трансформирования аэроснимков необходимо иметь пять опор
4 З а к . 956
ных (трансформационных) точек, координаты которых определены либо посредством полевых измерений, либо посредством фототриангуляции. Эти точки по координатам наносят на планшет. В случае неравнинной местности в положение трансформационных точек вводят поправки за рельеф, вычисляемые по формуле 9.3.
Процесс фототрансформирования состоит в совмещении изображения трансформационных точек аэронегатива с их положением на планшете и изготовлении исправленных за перспективу фотоснимов. Для этого аэронегатив укладывают в кассету фототрансформатора и, изменяя расстояние между плоскостью негатива и экрана и угол между ними, методом последовательных приближений совмещают трансформационные точки аэронегатива с соответствующими точками планшета. Добившись этого, планшет заменяют фотобумагой и производят экспонирование.
При трансформировании аэроснимков местности с большими превышениями на одну плоскость нельзя привести всю рабочую площадь снимка к одному масштабу. В этом случае аэроснимок разбивают по высоте на зоны с таким расчетом, чтобы линейные смещения, обусловленные влиянием рельефа, были не более 0,4 мм, и трансформирование производят по отдельным зонам.
Дифференциальное трансформирование аэроснимков применяется в том случае, когда разности высот точек местности в пределах аэроснимка вызывают необходимость трансформирования более чем на пять плоскостей или в случае значительного расчленения рельефа местности. В результате дифференциального трансформирования получают изображения, называемые ортофотоснимками, которые практически свободны от ошибок как за перспективу, так и за рельеф.
Ортофотоснимок совмещает в себе точность ортогонального чертежа и богатые изобразительные свойства
фотографического изображения.Вследствие этого он используется не только для составления топографических планов, но и как самостоятельный документ, содержащий большой объем информации о сфотографированной местности.
Дифференциальное трансформирование по своей сущности является трансформированием на бесконечно большое число зон. Практически проектирование аэронегатива на экран и получение фотографического отпечатка производится малыми участками через узкую щель (шириной 0,5... ...1 мм и длиной 4 ...6 мм) по параллельным маршрутам. При этом расстояние от центра проекции до экрана непрерывно изменяется в соответствии с профилем местности по линии движения центра щели. Это действие выполняет оператор, наблюдая стереомодель.
Аэрофототопографическая съемка выполняется двумя основными методами: комбинированным и стерео- топографическим.
Технологическая схема аэрофототопографической съемки приведена на рис. 9.11.
Начальные процессы обоих методов в основном одинаковы: создание
Рис. 9.11. Технологическая схема аэроф ототопографической съемки
Стереоротограмметричес - кий метод
Камеральные \ работы Стереоскопическая съемка
рельесра и ситуации, камеральное дешшрриройание аэроснимков
Полевые [ работы Нолевое дешифрирование аэроснимков. Досьемка обьектобКамеральные \ работы
Размножение топографических планов
съемочного обоснования, производство аэрофотосъемки, плановая и высотная привязка аэроснимков, фотограмметрическое сгущение опорных сетей. Основное различие между комбинированным и стереофото- грамметрическим методами состоит в способах съемки рельефа.
Комбинированный метод создания топографических планов. Этот вид съемки назван так потому, что он является комбинацией фотограмметрических методов с методами наземной топографической съемки. Контурная часть плана создается камерально при помощи аэроснимков, а рельеф снимается в поле с помощью мензулы или нивелира.
Создать точный контурный план путем монтирования аэроснимков без их фотограмметрической обработки нельзя, потому что, во-первых, масштабы снимков неодинаковы из-за разности высот фотографирования и, во-вторых, вследствие искажений на аэроснимке за перспективу и рельеф. Поэтому для создания контурной части плана вначале производят фототрансформирование снимков. Каж дый трансформированный снимок представляет собой уже часть контурного плана. Монтаж фотоплана осуществляют на жесткой основе (чаще всего на листе алюминия, оклеенного чертежной бумагой), на которую предварительно по координатам нанесены трансформированные точки. Изображения этих точек на снимках пробивают пуансоном и снимки накладывают на основу так, чтобы через отверстия в снимках были видны соответствующие точки основы. Затем по середине продольных перекрытий делают порез сразу двух снимков и центральную часть снимков приклеивают к основе безводным клеем.
При съемке территории со сплошной многоэтажной застройкой вместо фотоплана создают графические контурные планы с помощью стерео- фотограмметрических приборов.
Использование фотоплана в качестве основы для съемки рельефа
значительно облегчает нанесение горизонталей в поле. Отпадает необходимость определять на плане положение переходных точек, так как их почти всегда можно выбрать на каком-либо контуре, имеющемся на снимке. Кроме того, на фотоплане хорошо изображаются многие элементы рельефа (овраги, обрывы, лощины и др.).
В процессе полевых работ одновременно со съемкой рельефа производится дешифрирование аэроснимков и нанесение на фотоплан не изобразившихся на нем объектов.
Дешифрирование аэроснимков за ключается в опознании на них тех объектов, которые должны быть показаны на топографической карте (плане) данного масштаба, и определении их качественных и количественных характеристик. Значительная часть объектов изображается на снимках, и их распознавание не вызовет затруднений, поэтому основная задача полевого дешифрирования сводится к определению характеристик объектов. Так, например, при дешифрировании населенных пунктов на снимке без труда опознаются' здания и сооружения, а такие данные, как материал стен, номера домов и др., могут быть определены только в натуре. Некоторые объекты, которые должны быть показаны на топографической карте (плане), могут не получиться на снимке либо из-за их малых размеров, либо вследствие того, что в момент фотографирования они находились в тени от близлежащих высоких предметов. Положение таких объектов на фотоплане чаще всего определяется способом засечек или промером от расположенных вблизи и хорошо выраженных на фотоплане контуров. Все отдешифрованные объекты вычерчиваются установленными условными знаками.
По окончании полевых работ производится редактирование полученного оригинала карты (плана), имеющее целью обеспечить полноту и достоверность содержания, правиль
ное и наглядное отображение ситуации и рельефа местности установленными условными знаками. Отредактированные оригиналы передают для подготовки к изданию или непосредственного размножения (крупномасштабные планы) фотомеханическим, электрографическим или другим путем.
Стереотопографический метод создания топографических карт и планов основан на измерении стереомодели местности, построенной по парам снимков. Получение контурного плана объединяется с процессом стереоскопической рисовки рельефа и проводится в камеральных условиях.
В этом методе съемки обычно используют сложные, так называемые универсальные приборы, позволяющие одному исполнителю последовательно выполнять на приборе все процессы создания по аэроснимкам оригиналов планов и карт: фотограмметрическое сгущение опорных сетей, определение координат отдельных точек, рисовку рельефа и ситуации.
На универсальном приборе стереомодель получают путем одновременного проектирования двух перекрывающихся снимков (стереопары). Для образования геометрически правильной стереомодели необходимо выполнить два условия. Во-первых, проектирующие камеры прибора по своим параметрам должны быть тождественны АФА, которым произведена съемка. Во-вторых, аэроснимки установлены в такое же положение, которое они занимали в момент фотографирования или функционально измененное — преобразованное положение. Для получения такой стереомодели и последующей съемки рельефа и контуров требуется определенное количество плановых и высотных опорных точек, получаемых, как было сказано ранее, фотограмметрическим методом и частично в поле.
Измерения пространственных координат точек модели на универ
сальных приборах осуществляется с помощью измерительной марки, которой снабжен прибор. Оператор, наблюдая стереомодель, одновременно видит и измерительную марку в пространстве модели. Высоту марки относительно поверхности модели и ее плановое положение оператор специальными устройствами может изменять. Горизонтальные движения марки передаются на пишущее устройство и могут фиксироваться на планшете. Если навести измерительную марку на какую-либо точку модели так, чтобы она касалась поверхности модели, то на шкалах прибора можно определить плановые координаты и высоту этой точки.
Для съемки рельефа измерительную марку прибора устанавливают на высоте, которая соответствует отметке (в масштабе модели) проводимой горизонтали, и, не изменяя высоты марки, обводят ею модель, следя за тем, чтобы марка постоянно соприкасалась с поверхностью модели. Путь марки в этом случае обозначает линию сечения модели горизонтальной плоскостью или, иначе говоря, горизонталь. С помощью пишущего устройства горизонталь вычерчивается на планшете. При проведении каждой последующей горизонтали изменяют установку марки на высоту сечения рельефа, выраженную в масштабе модели.
Д ля нанесения на планшет контуров марку перемещают по поверхности модели, наблюдая, чтобы во всех точках обводимого контура марка непрерывно касалась поверхности модели.
При стереотопографической съемке камеральное дешифрирование фотоизображения сочетается с полевым. Камеральное дешифрирование выполняется одновременно с нанесением объектов на план. При этом широко используются различные вспомогательные источники информации о снимаемом районе: аэроснимки — эталоны с результатами полевого дешифрирования наиболее характерных
объектов, планы различных ведомств — сельскохозяйственные, лесоустроительные, геологические и др., а также материалы технической инвентаризации зданий. Полевое дешифрирование заключается в проверке результатов камерального дешифрирования, в определении необходимых технических характеристик объектов, в установлении собственных названий и досъемке объектов, не изобразившихся на аэроснимках. Этот вид работ является завершающим этапом стереофототопографической съемки.
Современные достижения науки и техники позволили автоматизировать многие процессы фотограмметрической обработки снимков. Среди этих процессов особую проблему составляет автоматизация стереоизмерений, при которой участие человека сводится к минимуму. Комплексная автоматизация процессов составления карт позволит значительно поднять производительность труда и освободить оператора от выполнения однообразной и утомительной работы.
§ 9.4. НАЗЕМНАЯФОТОТОПОГРАФИЧЕСКАЯ СЪЕМКА
В наземной фототопографической (фототеодолитной) съемке составление топографического плана (карты) производится путем измерения стереопар фотоснимков, полученных с помощью специального прибора — фототеодолита с некоторого базиса. Фотографирование производится с земли при горизонтальном положении оптической оси фотокамеры. В этом состоит основное отличие данного вида съемки от аэрофотосъемки, где фотографирование местности выполняется с воздуха при вертикальном положении оптической оси фотокамеры.
Фототеодолитная съемка применяется для картографирования горных районов, в процессе изысканий при проектировании и строительстве дорог, трубопроводов, для контроля за качеством монтажа строитель
ных работ, при наблюдениях за деформацией зданий и сооружений. Фототеодолитная съемка может применяться в комбинации с аэрофотосъемкой для планово-высотной привязки аэроснимков в горных районах.
Приемы фототеодолитной съемки получили широкое применение в различных областях народного хозяйства: геологии, в лесной промышленности, сельском хозяйстве, медицине и др.
Методы фототеодолитной съемки успешно применяются в архитектуре при обмерах и исследовании памятников архитектуры, исследовании моделей сооружений, для автоматизированного изготовления макетов проектируемых объектов, для анализа гармоничности включения проектируемых зданий и сооружений в существующую застройку и ландшафт, при определении утраченных элементов сооружений по архивным снимкам и т. д.
При производстве съемки с целью составления топографического плана (карты) на местности размещают базисы фотографирования с таким расчетом, чтобы обеспечить съемку участка при наименьшем количестве фотостанций. Некоторые участки местности оказываются неприступными для фотографирования, например склон оврага или залесенные территории. Такие участки, называемые «мертвыми» пространствами, подлежат съемке геодезическими методами. Предельное расстояние, на которое возможно фотографировать, зависит от масштаба съемки, качества фотоматериалов. Как правило, допускается следующая дальность съемки: 5 км для масштаба карты 1:10 000 , 2 км для масштаба карты 1:5000 и 1 км для масштаба карты 1:2000 .
Фотографирование местности выполняется с левого и правого концов базиса фотографирования. Между концами базиса должна быть взаимная видимость.
В зависимости от расположения
оптической оси фотокамеры на концах базиса фотографирования различают следующие основные случаи наземной стереосъемки: нормальный, параллельный и конвергентный.
В нормальном случае (рис. 9.12, а) съемки направления оптической оси камеры перпендикулярны базису (я|) = = 90 ). При этом получается стереопара снимков А в В.
В параллельном случае (рис. 9.12, б) съемки направления оптической оси камеры взаимно параллельны. При этом получаются стереопары A L — BL и A R — BR при отклонении оптической оси от направления, перпендикулярного базису соответственно влево и вправо.
В конвергентном случае съемки проекции направлений оптической оси камеры на горизонтальную плоскость пересекаются. В общем случае съемки направление оптической оси камеры произвольно. Наибольшее применение имеют нормальный и параллельный случаи съемки.
Точность составляемой карты за висит от параметров съемки: величи-
о)А В
Т t
Ьл Базис
A l AR 6L BR
Рис. 9.12. Случаи наземной стереосъемки (а) норм аль
ной; параллельной (б)
ны максимального отстояния — У и длины базиса — В. Для расчета необходимой длины базиса применяется формула
В = Y2m p/ m yf, (9.3)где У — максимальное отстояние; /пр — ошибка определения продольного параллакса; т у — ошибка на местности, соответствующая требуемой точности карты; f — фокусное расстояние фотокамеры.
Например, требуется составить план в масштабе 1:2000 , т р = 0,01 мм, т у = 0,8 м, f = 200 мм. На основании (9.3) получим
В = У2/ 16 - 10_3.В этом выражении две неизвест
ные величины: У и В. Если максимальное отстояние У = 1 км, то необходимая длина базиса, согласно этой формуле, 62 м.
В процессе фототеодолитной съемки в полевых условиях производится определение элементов внешнего ориентирования фотоснимков, что значительно облегчает процессы обработки стереопар по сравнению с аэрофотосъемкой, где элементы внешнего ориентирования стереопар неизвестны. В результате геодезических измерений определяются следующие элементы внешнего ориентирования стереопары: координаты и высота одного из концов базиса, дирекционный угол и длина базиса, угол его наклона к горизонту.
Базис измеряется лентой, дальномером или определяется как неприступное расстояние. Для каждой стереопары в полевых условиях производится определение геодезических координат трех контрольных точек, расположенных в зоне перекрытия снимков. Контрольные точки применяются для оценки точности выполнения съемки. В качестве контрольных точек используются местные предметы, хорошо получающиеся на фотоснимках: отдельные постройки, деревья, скалы.
Для фотографирования местности при производстве фототеодолит-
нои съемки в нашей стране чаще всего применяется фототеодолит Фо- тео 19— 1318 (ГД Р) (рис. 9.13). Фокусное расстояние объектива 19 см, размер снимков 13X18 см. Комплект фототеодолита состоит из фототеодолита, теодолита, набора кассет, штативов и других приспособлений для съемки. Фототеодолит представляет собой фотокамеру, снабженную ориентирующим устройством. Фотокамера имеет постоянную фокусировку на бесконечность, поэтому ее используют для съемки объектов, расположенных не ближе 30 м от фотостанции. Экспонирование производится путем снятия крышки с объектива. В фокальной плоскости объектива расположена прикладная рамка с координатными метками и траф аретами для фиксации номера кадра (от 0 до 99), фокусного расстояния (до 0,01 мм) и положения оптичес
кой оси относительно базиса фотографирования. Все эти данные фиксируются на каждом фотоснимке. На корпусе камеры расположены два цилиндрических уровня, которые служат для приведения оптической оси фотокамеры в горизонтальное положение.
Сверху на корпусе фотокамеры имеется ориентирующее устройство, состоящее из зрительной трубы, горизонтального и вертикального лимбов. С помощью ориентирующего устройства выполняется установка оптической оси фотокамеры в заданное положение относительно базиса, а также измерение угла наклона базиса к горизонту.
Камеральная обработка данных полевых работ заключается в измерении стереопар на фотограмметрических приборах, дешифрирования снимков и составлении топографического плана.
Аналогично аэрофотосъемке, пространственное положение объектов, изображенных на стереопаре, определяется путем измерения снимков.
На рис. 9.14 показана плоская прямоугольная система координат снимка oxz. Положение точки а снимка определяется ее координатами ха и г а. Начало координат — о — главная точка снимка, точка пересечения линий, соединяющих координатные метки. За начало пространст-
координат снимка
венной фотограмметрической системы координат принимается центр проекции левого снимка — S„ (рис. 9.15, а ), за ось X — направление горизонтального проложения базиса В, за осьY — направление оптической оси, за ось Z — перпендикуляр к плоскости X Y в точке S„.
В данном случае направления оптических осей фотокамер на левом и правом концах базиса нормальны к базису, ол и о„ — главные ’ точки левого и правого снимков, Рл и Р„ — следы картинных плоскостей снимков, ал и а п — изображение точки А местности на левом и правом снимках, хл и х„ — абсциссы точек ал и а„ на левом и правом снимках в плоской системе координат oxz. Х А, YА, Z A — определяемые пространственные фотограмметрические координаты точки А местности. Через центр проекции левого снимка Sj, проведем луч, параллельный правому проектирующему
а)
Рис. 9.15. Определение координат точки местности:
а — к о о р д и н ат X и Y; б — коорди н аты Z
лучу S„a„, и построим абсциссу хп на левом снимке. Отрезок ала'п — продольный параллакс снимков р.
На основании подобия треугольников Sj,i4Sn и ал5 ла п получим
Y = B f / p , (9.4)X = Y Xj, /f . (9.5)
Подставляя (9.4) в (9.5), найдемХ = Вхл/ р . (9.6)
Рассматривая снимок в проекции на вертикальную плоскость (рис. 9.15, б), из подобия треугольников Л 5лЛо и ал5 лол получим
Z = Y z J f . (9.7)Подставляя (9.4) в (9.7), найдем
Z — B z n/ p . (9.8)Эти зависимости справедливы для
нормального случая стереосъемки.Обработка материалов наземной
фототопографической съемки осуществляется в основном двумя методами: аналитическим и графомеханическим. При аналитическом методе измерение стереопар выполняется на стереокомпараторе для получения координат и параллаксов точек. З а тем производятся расчеты на ЭВМ: на основании зависимостей (9.4, 9.6, 9.7) определяются фотограмметрические координаты точек местности, отнесенные к левой точке базиса. По известным геодезическим координатам этой точки Х$, ^s, Z$ и дирек- ционному углу базиса а д фотограмметрические координаты точки X, Y, Z перевычисляются в геодезические Хг, Уг, Zr по формулам:
A'r = A's + Y с о зад —Js in a g ,Yr= К5 + y sinaB + X cosaa , (9.9)
Z r = Z s + Z + ( K + r ) ,
где (/C + r) — поправка за кривизну Земли и рефракцию.
Стереокомпаратор Steco 1818 фирмы «Карл Цейсс» Йена (ГДР) служит для измерения фотоснимков формата до 18 X 18 см (рис. 9.16). Основные части прибора: станина — 1, общая каретка — 2, параллактические каретки — 3 и 4, снимкодержа-
Рис. 9.16. Стереокомпаратор 1818 (Г Д Р )
тели — 5, бинокулярный микроскоп — 6, штурвалы для перемещения снимков и отсчетные устройства. Увеличение наблюдательной системы — 8 *, точность отсчета по шкалам х, z — 10 мкм, р — 1 мкм. При измерении негативов последние укладываются эмульсионной стороной вниз: левый негатив — рл — в левый снимкодер- жатель, правый негатив — р„ — в правый. При движении общей каретки штурвалом 7 оба снимка перемещаются в направлении оси х прибора, значение координаты хл точки левого снимка отсчитывается по барабану. Правая каретка со снимкодержате- лем имеет независимое перемещение в направлении оси х. Это перемещение, соответствующее продольному параллаксу, учитывается по отсчет- ному барабану, расположенному между снимкодержателями. Бинокулярный микроскоп смещается вдоль оси z прибора штурвалом 8, значение перемещения отсчитывается по соответствующему барабану. Правая наблюдательная система имеет независимое перемещение в направлении оси z, что позволяет отсчитывать
по соответствующему барабану величину поперечного параллакса q. В поле зрения окуляра имеется измерительная марка.
В процессе ориентирования снимков на стереокомпараторе оси координат снимков х и z располагаются параллельно соответствующим направлениям общей каретки.
При работе на стереокомпараторе определяются места нулей шкал прибора х, z, р и q. Для этого левая измерительная марка монокулярно визируется на координатную метку оси z , берется отсчет по шкале х и определяется место нуля шкалы х. Затем, не сбивая левой марки с координатной метки оси z, правая измерительная марка визируется на координатную метку оси z правого снимка. При этом должно получиться стереоскопическое изображение координатной метки и измерительной марки. Берется отсчет по шкале продольного параллакса — М 0р.. Этот отсчет является местом нуля шкалы продольного параллакса. Для определения места нуля шкалы z измерительная марка левого снимка монокулярно наводит-
ся на координатную метку оси хЛ и берется отсчет по шкале z стереокомпаратора — Мог. Если необходимо определить место нуля шкалы поперечного параллакса q, то, не сбивая левой измерительной марки с координатной метки оси х, вращением винта поперечных параллаксов наводят правую измерительную марку на координатную метку оси х правого снимка и берут отсчет по шкале поперечного параллакса М о,.
Измерение координат и параллаксов точек выполняется путем стереоскопического наведения измерительной марки на соответствующую точку стереомодели. Снимаются отсчеты х, z, р и q. Затем вычисляются координаты точек снимка.
В СССР и за рубежом сконструированы высокоточные автоматизированные стереокомпараторы: СК-18, (СССР), СК-30 (СССР), СКВ-1 (СССР), стекометр (ГДР) и др.
Они имеют следующие преимущества по сравнению с обычными стереокомпараторами: точность измере
ний составляет 1...2 мкм, т. е. на порядок выше; результаты измерений фиксируются автоматически: при помощи машинки или перфоратором на перфоленте; увеличение наблюдательной системы переменное: от 5 до 20*; имеется фоторегистратор для фотографирования в крупном плане каждой наблюдаемой точки и наведенной на эту точку измерительной марки.
Аналитический метод, являясь самым точным из-за большого объема вычислительных работ, используется главным образом для определения координат небольшого числа точек. С внедрением ЭВМ, автоматизированных стереокомпараторов и графопостроителей аналитический метод успешно применяется для создания цифровых моделей местности — ЦММ и цифровых моделей рельефа — ЦМР.
Наибольшее применение для составления топографических карт и планов по материалам фототеодолит- ной съемки имеет графомеханический метод. Обработка фототеодолитных
снимков выполняется на универсальных фотограмметрических приборах: стереоавтографе (Г Д Р ), технокарте (Г Д Р), топокарте (Г Д Р ), стерео- метрографе (ГД Р) и др.
Наибольшее применение имеет стереоавтограф (рис. 9.17). Прибор снабжен координатографом, на котором составляется карта (план) местности. Путем переключения датчиков, передающих движение измерительной марочки на координатограф, мож-
ГЛА ВА 10
АРХИТЕКТУРНЫЕ ОБМЕРЫ
§ 10.1. ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АРХИТЕКТУРНЫХ ОБМЕРОВ
В практике работ по реконструкции и реставрации архитектурных сооружений большое значение имеют обмеры. От точности и подробности обмерных чертежей во многом зависит качество проектов реставрации и реконструкции. Основными методами обмеров являются фотограмметрический, геодезический и натурный. Первые два относятся к разряду дистанционных или бесконтактных, т. е. не требующих, обязательного близкого взаимодействия с объектом и возведения строительных лесов, как при использовании метода натурных обмеров.
Сущность фотограмметрического метода обмеров заключается в определении размеров объекта по данным измерений фотоснимков: одиночных и стереопар.
Ф отограмметрические обмеры включают в основном те же процессы, что и в наземной фототопографи- ческой съемке местности (см. § 9.4). Вначале выполняется фотографирование памятника архитектуры, затем стереопары снимков измеряются на фотограмметрическом приборе и составляется обмерный чертеж.
Для получения обмерных чертежей архитектурный объект фотографируется с близкого расстояния.
но построить профили местности в плоскостях XY и YZ. Обработка фо- тотеодолитных снимков на стереоавтографе аналогична обработке аэроснимков на универсальных приборах, но имеются особенности, обусловленные спецификой фототеодолитной съемки: значения элементов внешнего ориентирования стереопары известны, направление оптической оси фотокамеры горизонтально.
В результате фотограмметрических обмеров могут быть получены: фронтальные планы — обмерочные чертежи фасадов здания и интерьеров (масштаб 1:50, 1:100 или 1:200), обмерные чертежи деталей фасадов и интерьеров: лепнины, фресок, скульптур в крупном масштабе ( 1:1 — 1:10), а также профили (разрезы) по внешнему контуру фасада по за данным сечениям.
В нашей стране для фотосъемки при обмерах архитектурных сооружений широко применяется фототеодолит и универсальная фотограмметрическая фотокамера UMK 10-1318 (ГДР) (рис. 10.1), а для съемки интерьеров и скульптур — стереофотокамера S M K — 5,5-0808 (ГДР) (рис. 10.2). В ряде случаев при обмерах используются любительские фотоаппараты, однако точность обмерных работ при этом снижается.
Фототеодолит, устройство и принцип работы которого рассмотрены в § 9.4, предназначен главным образом для топографической съемки местности и не в полной мере удовлетворяет требованиям архитектурной фотограмметрии. Например, в условиях плотной городской застройки не всегда можно сфотографировать верхнюю часть здания, так как оптическая ось фотокамеры может занимать только горизонтальное положение.
Фотокамера HVIK 10— 1318 и стереофотокамера SMK.—5,5-0808, вы-
Рис. 10.1. У ниверсальная фотокамера ИМ К-Ю -1318
(Г Д Р )
пускаемые Народным предприятием «Карл Цейсс» Иена (Г Д Р ), сконструированы специально для съемки с близких расстояний. Фотографирование можно выполнить при горизонтальном, вертикальном и наклонном положении оптической оси фотокамеры.
Фотограмметрическая стереокамера S M K —5,5-0808 состоит из двух широкоугольных камер, жестко скрепленных с базисом.
Применение стереокамер в значительной мере ускоряет и облегчает процесс фотосъемки, так как освобож- жает оператора от работ, связанных со взаимным ориентированием фотокамер.
При фотосъемке фасадов зданий целесообразно расположить базис фотографирования параллельно фасаду для облегчения дальнейшей обработки стереопары на приборах и уменьшения «мертвых пространств» и применять нормальный и равнонаклонный случаи съемки. При равнонаклонном случае съемки оси фотокамер на левой и правой точках фотографиро-
Рис. 10.2. С тереофотокамера S M K -5,5- 0808 (Г Д Р )
вания взаимно параллельны, перпендикулярны базису и наклонены к горизонту на одинаковый угол.
По фасаду сооружения производятся контрольные измерения длины отрезков, расположенных на вертикальном и горизонтальном направлениях, и определяются элементы ориентирования стереопары: координаты левой фотостанции, длина базиса фотографирования, его дирекционный угол и угол наклона к горизонту. Эти измерения используются в процессе фотограмметрической обработки снимков.
При составлении обмерных чертежей обработка фотоснимков выпол-
няется в основном теми же методами, как и при создании топографических карт (§ 9.4).
При аналитическом методе измерение снимков выполняется на стереокомпараторе, пространственные координаты точек обмеряемого сооружения вычисляются на ЭВМ. Он применяется в основном для определения координат опорных точек сооружения, которые являются основой для составления обмерных чертежей другими методами.
Этот метод в отличие от других можно применять для обработки фотоснимков, независимо от значений их элементов ориентирования, а также снимков, полученных любительскими фотоаппаратами.
Аналитическим путем по архивным снимкам определяются параметры утраченных элементов памятников архитектуры по методике, разработанной советскими учеными, а также можно составить циф ровую модель памятника архитектуры. Цифровые модели памятников архитектуры являются составной частью базы данных о памятниках архитектуры и подлежат хранению. При необходимости цифровая модель может быть преобразована в обмерные чертежи, а также в перспективные и аксонометрические изображения.
Метод фототрансформирования применяется главным образом для
составления обмерного чертежа «плоского» фасада здания по одиночным снимкам. Этот процесс выполняется аналогично трансформированию аэроснимков (§ 9.3).
Если имеются детали, отступающие от общей плоскости фасада, трансформирование выполняется по зонам, как и при обработке аэроснимков.
Графомеханический метод обработки стереопар является наиболее распространенным. Он обеспечивает высокую точность и производительность составления обмерных чертежей. Этот метод особенно эффективен при составлении обмерных чертежей памятников древнерусского зодчества, имеющих сложную геометрическую форму деталей.
При обработке стереопар графомеханическим методом применяются различные универсальные фотограмметрические приборы: предназначенные для обработки наземных фото- теодолитных снимков, аэроснимков, а также приборы, специально сконструированные для обработки наземных снимков с близких расстояний. К последним относится «Технокарт» (ГД Р), рис. 10.3, на котором можно обрабатывать снимки формата до 23X 23 см, полученные фотокамерами с углами наклона 15,30 и 45 и широким диапазоном фокусных расстояний (от 50 до 215 мм).
Ф отограм м етрические обмеры эффективнее натурных измерений по всем технико-экономическим показателям: точности, производительности, стоимости, культуре и безопасности труда. Фотограмметрические методы позволяют успешно решать многие вопросы охраны и исследования памятников архитектуры, которые ранее были неразрешимыми, такие, как воссоздание параметров утраченных элементов памятников архитектуры по архивным снимкам; установление точной геометрической формы сооружений, исследования асимметрии и конструктивных особенностей, влияющих на восприятие памятника или его деталей.
Фотограмметрические методы позволяют выполнить обмеры ветхих и руинированных объектов.
Разработаны принципиально новые формы представления обмерной документации: фотопланы и ортофотопланы фасадов архитектурных сооружений, чертежи с изолиниями криволинейных поверхностей (лепнины, скульптуры).
§10.2. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МЕТОД ОБМЕРОВ ПАМЯТНИКОВ АРХИТЕКТУРЫ
Геодезический метод обмеров так же, как и фотограмметрический, является дистанционным (бесконтактным), поэтому для выполнения измерений нет необходимости в постройке лесов. Для обмерных работ используются широко применяемые при инженерно-геодезических изысканиях и в строительстве простые приборы: теодолит, нивелир, мерные ленты и рулетки. Методика производства обмеров по сравнению с фотограмметрической съемкой довольно простая. Она по существу мало чем отличается от топографической съемки местности. Однако вследствие того, что обмерные чертежи составляются в более крупном масштабе, чем топографические планы, точность измерений и построений должна быть более высокой.
Для получения обмерного чертежа
определяют координаты всех характерных точек архитектурного сооружения. Для этого создается опорная геодезическая сеть, точки которой являются основой для детальных обмеров фасадов и внутренних помещений. Координаты доступных точек определяют путем обычных наружных измерений от точек геодезической сети, а неприступных точек — чаще всего методом прямой геодезической за сечки. Для этого от ближайшей точки геодезической сети измеряют расстояние до определяемой точки S и угол между направлением на эту точку и направлением стороны геодезической сети.
В том случае, когда расстояние S нельзя измерить непосредственно, его подсчитывают из решения задачи по определению неприступного расстояния (см. § 4.2).
Геодезический метод обмеров требует довольно большого объема вычислительных работ, но они довольно просты и их целесообразно выполнять на калькуляторе.
Для измерения размеров горизонтальных отрезков часто используют вертикальную нить сетки нитей зрительной трубы теодолита как отвес. Допустим, необходимо определить размер АВ окна второго этажа здания (рис. 10.4). Вблизи здания устанавливают теодолит, тщательно нивелируют его и отмечают на фасаде здания линию условного горизонта LZ. На-
Рис. 10.4. Определение разм ера дета- ли сооружения с помощью теодолита
водят перекрестие сетки нитеи ла точку А и, перемещая зрительную трубу вниз, отмечают на линию условного горизонта проекцию точки Ао. Таким же образом находят точку Во и рулеткой измеряют расстояние А о —Во.
Высоту точек сооружения определяют методом тригонометрического нивелирования (с помощью теодолита) или геометрического нивелирования (с помощью нивелира).
Требуется определить высоту A N (рис. 10.5). Теодолитом измеряют вертикальные углы vi и \ 2, визируя на точки N и А. Расстояние d определяют непосредственным промером мерной лентой или косвенным путем, произведя дополнительные измерения. Если вертикальные углы vi и \ 2 имеют одинаковые знаки, то искомая высота A N определится из выражения A N = d { t g \ \ —tgV2), в противном случае, когда знаки vi и v 2 противоположны, выражение приобретает вид A N = d( tgvi + tgv2).
Для обмеров внутренних помеще-
Рис. 10.5. Определение величины вертикального отрезка
ний внутри здания по лестничным пролетам и коридорам прокладывают систему вспомогательных высотных теодолитных ходов (рис. 10.6). Их начальными точками являются обычно точки геодезической сети, расположенные против входов в здание ( / —7).
Дальнейшая детальная съемка внутренних помещений выполняется от вершин и сторон вспомогатель-
ных ходов. Для этого в точке допол- ных ходов и точек внутренних поме-нительного хода устанавливают теодо- щений определяют путем прокладыва-лит и определяют положение точек ния ходов геометрического нивелиро-помещения методом полярных коорди- вания. нат. Отметки точек вспомогатель-
ГЛАВА 11
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАЗБИВОЧНЫЕ РАБОТЫ
§ 11.1. ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ОСНОВА РАЗБИВОЧНЫХ РАБОТ
Современные индустриальные методы строительства, постоянное совершенствование технологических процессов монтажного производства, дальнейшее повышение требований к качеству возведения объектов,—все эти обстоятельства за последние годы оказали заметное влияние на возросшую роль геодезического обеспечения строительства на различных его этапах.
Геодезические разбивочные работы или вынесение проекта в натуру выполняют для того, чтобы построить здание или сооружение в соответствии с его местоположением, формами и размерами, предусмотренными проектом. На первом этапе производят разбивку главных осей сооружения. Для зданий главными осями являются оси стен, для линейных сооружений (дорог, линий электропередач и т. п .)—их продольные оси.
На втором этапе выполняют детальную разбивку, обеспечивающую расположение отдельных частей сооружения относительно друг друга. Точность детальной разбивки, как правило, выше, чем точность разбивки главных осей.
Точность выполнения геодезических разбивочных работ регламентируется Строительными нормами и правилами (СНиП).
Разбивочные работы подразделяю- ся на плановые и высотные, обеспечивающие правильное расположение сооружения в плане и по высоте соответственно.
Геодезические разбивочные ра
боты являются составной частью технологического процесса строительного производства.
При строительстве сложных объектов и сооружений, выполняемых по индивидуальным проектам, а также зданий повышенной этажности необходимо разрабатывать проект производства геодезических работ (П П ГР). Он является основным документом, определяющим содержание, объем и порядок выполнения геодезических работ на строительной площадке.
Геодезической основой на строительной площадке служит разбивоч- ная сеть. Она предназначена для: производства геодезических разбивочных работ в процессе строительства; контроля строительно-монтажных работ и оформления исполнительной документации; геодезических наблюдений за смещениями строящихся сооружений и деформацией эксплуатируемых сооружений.
Разбивочную сеть на строительной площадке образует система геодезических пунктов и точек, увязанных с пунктами государственной сети или сети сгущения.Точность ее построения должна соответствовать требованиям СНиП 3.01.03—84 (табл. 11.1).
В тех случаях, когда разбивочную сеть строят как свободную, ее привязывают только к одному пункту государственной или опорной сети и ориентируют по одной исходной стороне, так как несмежные исходные пункты и стороны могут содержать большие погрешности в ориентировании и плановом положении.
В большинстве случаев разбивочную сеть на строительной площадке создают в виде строительной коор-
Тиблици 11.1
С редняя квадрати ч еская погреш ность
построения разбивоч-иой сети
Х арактеристика объектов «*5 1 СК §строительства « о
z i
XXа «с
е s ©
S з 5® X « X U Sъ с. X О. ь т^ Z ? X 5 с ж х
П редпри яти я и гр у п 3 1/25000 4пы зданий на участ-ках площ адью более 1 км2; отдельно стоящ ие зданияс площ адью заст ройки более 100тыс. м2 (10 га)
1/10000П редприятия и гр у п 5 6
пы зданий на участках площ адью м енее 1 км4; отдельно стоящ ие зданияс площ адью за ст ройки от 10 до 100тыс. м2 (от 1 до10 га)
О тдельно стоящ ие 10 1/5000 10здания с площ адьюзастройки менее10 тыс. м2, дороги ,инж енерны е тер р и тории
Дороги, инженерные 30 1/2000 15сети вне застр аи ваемых территорий;зем л ян ы е сооруж ен и я , в том числевертикальная п л анировка
динационной сетки, т. е. системы квадратов или прямоугольников. Связано это с тем, что в промышленном и гражданском строительстве применяется прямоугольная система горизонтальной планировки. Поэтому точность разбивки отдельных зданий и сооружений на всей площадке получается равномерной и вычисление координат пересечения осей, углов зданий и отдельных точек значительно упрощается.1 В городах и поселках используют
в качестве пунктов разбивочной сети также координаты точек красных линий.
Высотную основу на строительной площадке создают точки нивелирных ходов всех классов, в том числе и технического нивелирования. Такие точки, как правило, совмещают с пунктами разбивочной сети.
Строительную сетку создают на местности в виде квадратов и прямоугольников со сторонами от 50 до 400 м. При строительстве высотных зданий стороны сетки принимают равными 10...20 м. Строительная сетка широко применяется в промышленном строительстве.
Проектирование строительной сетки выполняют на генеральном плане (генплане). За начало координат и начало построения сетки обычно принимают юго-западный угол строительной площадки, чтобы основные точки объектов строительства имели положительные абсциссы и ординаты. Направление одной из осей сетки должно быть строго параллельно главной оси объекта строительства.
Перенесение проекта строительной сетки на местность (рис. 11.1) осуществляют в такой последовательности.
По генеральному плану, на котором нанесен проект строительной сетки, графически определяют координаты крайних точек М и N сетки, задаю щих исходные направления.
Для выноса исходных направлений на местность обычно используют два пункта А и В разбивочной
100 200 300 400 500 600
Рис. 11.1. Разбивка строительной сетки
сети, удобно располагающихся на строительной площадке. По координатам крайних точек сетки М и ^ и геодезических пунктов А и В путем решения обратной задачи вычисляют углы 0 и а и строят их в натуре. Вдоль полученных направлений откладывают отрезки, равные длине сторон строительной сетки, и путем геометрических построений находят на местности положение всех ее вершин. Положение вершин сетки закрепляют временными центрами с помощью двух створных направлений. По полученным точкам вершин сетки прокладывают полигонометрические ходы с точностью, задаваемой проектом производства геодезических работ, и вычисляют их координаты. Ввиду недостаточной точности вынесения вершин строительной сетки на местность полученные координаты точек из полигонометрических ходов будут отличаться от проектных значений. По разности координат Х 0 — Х выч = = Л-к; Y0— YBbl4= А у , где А'о, У0 — проектные координаты; ^ выч и Увыч— вычисленные координаты. Решая обратные геодезические задачи, находят величины редукций, по которым определяют на местности проектное положение вершин сетки.
После уточнения и закрепления постоянными центрами всех вершин сетки производят контрольные измерения. При этом углы измеряют в вершинах сетки, расположенных в шахматном порядке, линии—по диагоналям квадратов.
Красные линии — это линии границ проектируемых или существующих проездов. Они ограничивают контуры застроек. Внутри города (поселка) красные линии устанавливают сеть кварталов, определяют размеры площадей города и границы жилых и промышленных зон, а также зоны зеленых массивов.
В связи с важностью значения этих линий для строительства план красных линий является частью проекта детальной планировки (ПДП) города (поселка) и разрабатывается
на топографических планах крупных масштабов 1:1000— 1:500.
По форме красные линии представляют собой прямые и сопрягаемые с ними кривые линии с углами поворота. На планах красные линии имеют аналитическую основу: координаты точек поворота, длины сторон, значения углов между сторонами линий поворота. Внутриквартальные красные линии проектируют, используя координаты углов опорных зданий и сооружений, меж квартальны е—по осям магистралей, проездов и улиц с определением всех точек их пересечения и точек излома осей.
Для отдельных зданий создание строительной сетки неэкономично. В этом случае оси зданий и сооружений выносят в натуру непосредственно от пунктов геодезических сетей, а иногда—от существующих сооружений и красных линий.
§ 11.2. ПОДГОТОВКА ДАННЫХ ДЛЯВЫНОСА ПРОЕКТА СООРУЖЕНИЯ НА МЕСТНОСТЬ
Необходимые для разбивки исходные данные могут быть получены графическим, аналитическим или комбинированным (графоаналитическим) методами, на основе которых составляются разбивочные чертежи.
Графический метод применяют, когда проектируемое здание не связано с существующей застройкой. При этом методе все необходимые данные (расстояния, углы, координаты, отметки) определяют графически по планам и рабочим чертежам.
Аналитический метод обеспечивает более высокую точность исходных данных.
Координаты точек существующих сооружений определяют по данным детальных съемок, например съемки фасадов масштабов 1:500... 1:2000, или на основе специально проложенных для этого теодолитных ходов. По полученным координатам и проектным параметрам вычисляют координаты точек проектируемых сооружений (прямая геодезическая задача). По
этим координатам путем решения обратных геодезических задач вычисляют расстояния и углы, необходимые для выноса осей сооружения на местность.
При графоаналитическом методечасть исходных данных получают графически с плана, а другие аналитически. Данный метод наиболее часто применяется в практике разбивочных работ.
В качестве примера рассмотрим порядок подготовки исходных данных графоаналитическим методом для выноса в натуру основных осей здания A B C D (рис. 11.2) размером 4 8 Х 1 2 м , продольная ось которого параллельна красной линии I— II. Координаты точек I и II получены ранее путем проложения теодолитного хода и приведены в ведомости.
Необходимыми исходными данными для выноса в натуру точки А являются: значение угла р и расстояниеd \—д.
Из рис. 11.2 видно, что угол Р равен разности дирекционных углов:
P = a I_ i4 — а ^ ц . (Н .1)Значение дирекционного угла
известно из ведомости вычисления координат точек теодолитного хода.
Дирекционный угол а ГА и расстояние d {_ A определяют путем решения обратной геодезической задачи по координатам точек I и А. Координаты точки I известны из ведомости вычисления координат теодолитного хода. Значения а х_ А и d x_ A вычисляют по формулам:
где / \ х х_ А= Х А — Х\ и Д у 1_д— YА — - У й
, Ьу,-А_. d>'sin a , _ д ’ 1—4 cos а , _ А
(1 1 .3 )
Значения d \ _ A и d"_A не должны различаться более чем на 1...2 см. На разбивочном чертеже подписывают
среднее значение полученного расстояния.
Чтобы получить данные для выноса в натуру точек В, С и D, вначале вычисляют координаты этих точек путем решения прямой геодезической задачи с учетом размеров здания и ориентирования оси А В параллельно красной линии. Затем выполняют расчеты подобно тому, как это сделано для точки А.
§ 11.3. ВЫНОС НА МЕСТНОСТЬГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОЕКТА
Задачей разбивочных работ является определение положения в натуре проектных точек, линий, плоскостей, поверхностей. Разбивочные работы сводятся к построению (отложению) на местности линий и углов, лежащих преимущественно в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Вынос в натуру проектной длины линии. Для построения на местности проектной линии от исходной точки откладывают горизонтальное проло- жение, равное проектному значению. Измерения выполняют компарирован- ными мерными приборами. Поправки
на наклон, компарирование и температуру в линию вводят непосредственно в процессе ее построения.
Построение на местности заданного горизонтального угла. Для построения проектного угла в натуру необходимо иметь положение на местности вершины угла и одной из его сторон.
Сущность построения на местности заданного угла заключается в следующем (рис. 11.3). Установив в точке В теодолит, приводят его в рабочее положение, затем наводят зрительную трубу на точку А и берут отсчет по горизонтальному кругу (обычно около 0°). Прибавив к этому отсчету заданный (проектный) угол р и открепив алидаду, ставят ее на полученный отсчет. В створе визирной оси теодолита на местности отмечают точку С'. Такое же построение выполняют при другом положении вертикального круга, отмечая вторую точку С ". При наличии коллимационной погрешности в приборе точка С " на местности сместится от точки С'. Отрезок С'С" делят пополам и намечают точку С, принимая построенный угол A B C за проектный, равный углу р.
Если необходимо построить проектный угол с повышенной точностью, то найденный в первом приближении угол р измеряют несколькими приемами для определения его более точного значения.
Перенесение в натуру проектной точки может осуществляться следующими основными способами: поляр-
С
Рис. 11.3. Построение заданного угла
ных координат, прямоугольных координат, прямой угловой и линейной засечки.
Способ полярных координат. Этот способ состоит в определении положения проектной точки в натуре путем построения на местности проектных значений угла р и длины линии от пункта опорной геодезической основы. Пусть (рис. 11.4) требуется определить на местности положение точки Р. Для перенесения в натуру проектной точки Р теодолит устанавливают в точке А, приводят в рабочее положение и откладывают угол р от направления линии АВ. Вдоль построенного направления А Р мерной лентой откладывают длину отрезка, равную горизонтальному проложению—d AP.
Способ прямоугольных координат удобен для применения на строительных площадках, где имеется строительная сетка, в системе координат которой задано положение всех характерных точек проекта. В этом случае строится на местности прямой угол относительно сторон сетки, а длины отрезков получают как разности координат по осям X и Y строительной сетки. Так, например, внутри квадрата О A B C (рис. 11.4,6) строительной сетки требуется разбить оси здания P Q M N , координаты углов которого заданы проектом. Для получения в натуре положения угла здания Р откладывают от вершины квадрата (точки О) отрезок О К = Х, затем, закрепив в створе О А точку К, строят при этой точке теодолитом перпендикуляр K P = Y и закрепляют точку Р. Аналогично выполняют разбивку и точки N, расположенной на основной продольной оси здания. Длину отрезка P N тщательно измеряют и сравнивают с проектной длиной. В дальнейшем от этого отрезка детально разбивают все части здания.
Способ прямой угловой засечки (рис. 11.4, в) чаще всего применяют на строительных площадках частично застроенных, когда от опорных точек сети не представляется возможным производить непосредственные линей
Рис. 11.4. Способ полярных координат (а ) ; способ прямоугольных координат (б ); способ прямой угловой и линейной засе
чек (в)
ные измерения до проектной точки. Перенесение в натуру проектной точки Р прямой угловой засечкой производится с трех опорных точек сети А, В, С. Углы а, р, б, у вычисляют из решения обратных геодезических задач. Теодолит устанавливают последовательно в опорных точках сети А, В, С и, откладывая проектные углы а, р, б, Y. задают направления А Р , ВР, СР, на пересечении которых определяется точка Р.
Способ линейной засечки (рис.11.4, в) удобен для использования в случаях, когда опорная геодезическая сеть имеет большую плотность на строительной площадке и проектная точка Р располагается от пунктов сети на расстоянии, не превышающем длину мерного прибора. Для определения положения точки Р от опорных точек откладывают лентой или рулеткой горизонтальные проложения d др', d BP и d CP. На пересечении линейных промеров определяют положение точки Р.
Вынос проектных отметок. Отметки выносят геометрическим нивелированием от ближайших реперов, используя горизонт инструмента. Обычно отметки от уровня чистого пола (или
другого условного уровня) перевычис- ляют в систему, в которой даны высота (отметки) реперов и произведена съемка рельефа местности строительной площадки.
Допустим, необходимо от ближайшего Реп.-З с отметкой Н3 вынести проектную отметку Я р для точки Р (рис. 11.5). Поставив нивелир посредине между репером Реп.-З и выносимой точкой Р, определяют горизонт инструмента Я ги по формуле
(11.4)
где а — отсчет по рейке на Реп.-З. Чтобы установить точку Р на
Проектнаяповерхность
Рис. 11.5. Вынос проектной отметки
проектную высоту Я пр, необходимо знать величину отсчета Ь. Из рис. 11.5 следует:
отсюдаН г и — Н р -(- Ь,
Ь = Н ГИ- Н Р,
(11.5)
( 11.6)
Определив по формуле (11.6) отсчет Ь, рейку в точке Р поднимают или опускают, добиваясь, чтобы отсчет по средней нити нивелира (при положении пузырька уровня в нуль-пункте) был равен вычисленному. Для контроля нивелирование выполняют по двум сторонам реек или при двух горизонтах инструмента.
Построение линии заданного уклона на местности при небольших превышениях выполняют с помощью нивелира, а при значительных превышениях — теодолитом. Особенно эффективно применять для этой цели лазерные приборы.
Пусть на местности задана точка М (рис. 11.6) и ее проектная отметка / / мпр. Необходимо по направлению M N построить линию заданного уклона i. Для этого вначале вычисляют в точках М и N проектные отметки, вычисленные по заданному продольному уклону i. Тогда отметка точки N будет
H N= H „ + S X i , (11.7)
где S — горизонтальное проложение отрезка MN.
Затем выполняют вынос проектных отметок в точках М и N по правилу, изложенному выше. Между точками М и N намечают промежуточные точки, пользуясь наклонным лучом визирования (нивелира или теодолита),
параллельным проектной линии. Для этого инструмент устанавливают в точках М н N, наклоняют зрительную трубу так, чтобы отсчет по рейке, установленной в точке N, был равен высоте прибора в точке М. Если теперь устанавливать рейку в створе M N и, поднимая или опуская ее, добиваться отсчета по ней, равного отсчету Ь, то пятка рейки будет фиксировать в натуре текущие точки гп\, т 2, т 3 линии заданного уклона. На местности их закрепляют кольями.
Построение плоскости заданного уклона осуществляют аналогично построению линии заданного уклона. Пусть требуется построить площадку (рис. 11.7) M N Q P с заданными продольным и поперечным уклонами. Устанавливают точки М, N, Р, Q на проектные отметки.
Нивелир целесообразно установить так, чтобы два подъемных винта располагались по линии M N или МР . Действуя тремя подъемными винтами, методом последовательных приближений добиваются такого положения, чтобы отсчеты по рейкам на всех четырех точках были равны. В этом случае линия визирования будет параллельна заданной проектной плоскости. Если теперь установить на тот же отсчет рейку в любой точке площадки M N Q P , то ее пятка будет лежать в проектной плоскости, которую на местности закрепляют кольями-сторожками с указанием величины подсыпки или выемки грунта.
Также поступают и при использовании теодолита.
VНивелир
Продольный М уклон Nо о
1
Рис. 1 1 7. ПсУ'Т^пчир п л ^ ко стч заданного уклона
Передача отметок в котлованы и на монтажные горизонты. В процессе производства земляных работ глубину котлована систематически проверяют. Необходимо следить за тем, чтобы не было переборов грунта при рытье котлованов, так как переборы приводят к нарушению естественной структуры грунта.
Перед окончательной зачисткой дно котлована тщательно выверяют нивелиром. Недоборы грунта в котловане не должны быть более 5 см.
При открытии глубоких котлованов для систематического контроля глубины его открытия и завершения земляных работ возникает необходимость в установке временных рабочих реперов на дне котлована, а если требуется, то и на его уступах. Тогда отметки на рабочие реперы передают по следующей схеме.
Пусть в точке В (рис. 11.8) на бровке котлована заложен рабочий репер с отметкой # в, в точке К на противоположной стороне бровки котлована смонтирован временный кронштейн в виде наклонной штанги и в точке С которой подвешена стальная рулетка с грузом Р. Необходимо на монтажные горизонты точек А и D, где заложены временные реперы с отметками Н А и H D соответственно, передать отметки.
Для передачи отметок в точки D и А нивелир последовательно устанавливают на бровке, уступе и дне котлована и берут отсчеты по рейкам
Рис. 11.8. П ередача отметки в котлован и на монтажный горизонт
и рулетке. Отметка точки А —НА (рис. 11.8 ) будет равна
Н Л= Н в + Ь - ( а + £), (11.8)
а отметка точки D — H D будетH D= H B+ b - ( d + f), (11.9)
где b, f, i — отсчеты по рейкам, установлены в точках В, D, A; a, d — отсчеты по рулетке.
Аналогично производят передачу отметок на различные монтажные горизонты, только в этом случае нивелир не опускают, а поднимают, устанавливая его на перекрытиях сооружений и других удобных местах для измерений.
Для контрол'я и повышения точности отметки на дно котлована и наиболее важные монтажные горизонты следует передавать при двух горизонтах установки нивелира в каждой точке. Желательно также в измерениях при втором горизонте изменять положение подвески рулетки.
Передача отметок с повышенной точностью может быть осуществлена с учетом введения поправки за компарирование и температуру рулетки, использования реек с инварными шкалами и соблюдения по возможности равенства плеч при нивелировании.
§ 11.4. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СЪЕМКИ.НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ЗДАНИЙ (СООРУЖЕНИЙ)
Целью исполнительной съемки является контроль соответствия генеральному плану построенного объекта, его местоположения, размеров и форм и инвентаризация построенных сооружений. Такие съемки ведут по стадиям строительно-монтажных работ. Съемку выполняют в масштабе 1:500 или 1:1000.
Конечным итогом исполнительных съемок является исполнительный генеральный план, а на крупных промышленных предприятиях—оперативный геодезический план, которые должны удовлетворять потребностям, возникающим при технической эксплу
атации зданий, конвейерных линий, профилактическом и капитальном ремонтах, реконструкции и благоустройстве территории, промышленных комплексов и др.
Исполнительный генеральный план на большие строительные объекты может состоять из отдельных исполнительных генеральных планов, составляемых в масштабах от 1:200 до 1:2000 с приложением альбома обмерных чертежей.
Приемно-сдаточная исполнительная документация, составляемая после завершения строительно-монтажных работ, является основой для осуществления архитектором авторского надзора.
После возведения особенно крупных зданий геодезические измерения на объектах строительства не прекращают. Производят наблюдение за стабильностью зданий как в плане, так и по высоте. Вследствие неоднородности грунтов и под'действием вертикальных сил, возникающих от собственного веса здания и сооружения, а также других причин, происходят изменения в пространственном положении сооружения, вызываемые деформациями в горизонтальной плоскости — сдвигам и, а в вертикальной— осадками. Если же грунты оседают неравномерно, то в зависимости от их характера и вида могут происходить крены, прогибы, перекосы, круче
ния и даже разрывы сооружения.Скорости осадок зданий и со о р у
жений на мягких грунтах в период строительства значительно превышают скорости осадок в эксплуатационный период. Поэтому в эксплуатационный период наблюдения за осадками геодезическими методами выполняют точнее, чем в период строительства. Для обеспечения высокой точности геодезических измерений, порядка + 1 мм и точнее, заблаговременно разрабатывают методику наблюдений и подбирают соответствующие геодезические приборы, осадочные марки и реперы, которые закладывают обычно вдоль осей фундаментов, что дает возможность выявить прогибы и перекосы в различных направлениях.
Измерения величины сдвигов, осадок и кренов зданий прекращают либо сокращают до необходимых пределов с наступлением момента стабильности в положении здания. Поэтому характерной особенностью геодезических работ по наблюдению за деформациями сооружений является систематическое их повторение в течение довольно длительного времени. Числовые данные измерений иллюстрируют схемой расположения знаков высотной основы, а также данными об определении угловой и линейной величины крена сооружения.
ГЛА ВА 12
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЭРОСНИМКОВ И КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ В АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ
§ 12.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Аэроснимки находят широкое применение во многих областях народного хозяйства и науки: в геологии, лесоустройстве, для изучения почвенного покрова, при решении вопросов охраны окружающей среды. Это объясняется большим объемом информации, который содержит аэроснимок,
наглядностью изображения, высокой точностью и полной объективностью и достоверностью результатов измерений.
Материалы аэросъемки могут быть использованы на всех стадиях проектирования и строительства. Они позволяют решать большинство задач, которые решаются по топографическим планам и картам и дают воз-
можность перенести часть работ, выполняемых в натуре, в камеральные условия, что дает большой экономический эффект. Вместе с тем по аэроснимкам можно изучать динамику процессов, как, например, интенсивность движения городского транспорта, ход строительства крупных промышленных объектов, степень загрязнения почвы и водоемов от воздействия промышленности, транспорта, нефтяных и газовых промыслов.
Пространственная модель, созданная по стереоснимкам, дает возможность увереннее и быстрее выбирать оптимальные решения при реконструкции города, определении трасс железных и шоссейных дорог, линий электропередач и другие за счет наглядности и большой точности модели.
Отдельные аэроснимки не всегда удобны для практического использования, поэтому по ним в зависимости от цели использования и требуемой точности измерений могут быть составлены следующие виды фотодокументов: фотосхема, фотоплан, топографическая фотокарта.
Фотосхема представляет собой соединение (монтаж) рабочих площадей плановых аэроснимков одного или нескольких маршрутов, наклеенных на твердую основу. Фотосхемы удобны для изучения большой площади и могут быть быстро изготовлены непосредственно после аэросъемки с помощью простейших инструментов. Однако точность измерений по фотосхеме расстояний, углов и координат точек ниже точности измерений по отдельному аэроснимку того же масштаба. Кроме искажений, присущих аэроснимкам, из которых они составлены, фотосхемы содержат и ошибки их монтажа. Фотосхемы используют преимущественно для изучения особенностей природной и городской среды и составления эскизных проектов.
Фотоплан монтируют из трансформированных аэроснимков, используя опорные точки с известными координатами. Для этого на планшет наносят по координатам опорные точки,
и на него укладывают аэроснимки так, чтобы каждый аэроснимок совмещался своими опорными точками с соответствующими точками на планшете. Отклонения не должны превышать 0,4 мм. Не уступая по точности графическим планам, фотопланы значительно превосходят их в детальности изображения, что важно для успешного проведения изысканий и проектирования.
Топографическая фотокарта является картой нового типа, характеризующаяся сочетанием фотографического и штрихового изображения местности в условных знаках. Она содержит разнообразную информацию о ландшафте, эстетически легко воспринимаемую, так как на ней сохраняются индивидуальные черты однородных объектов, которые на обычных картах изображаются с обобщением. Изображение можно рассматривать с 2-, 4-кратным увеличением, а при необходимости стереоскопически.
На топографическую фотокарту наносятся координатная сетка, горизонтали и подписи отметок точек, названия населенных пунктов, рек и др.
§ 12.2. ПРИЕМЫ РАБОТЫ С ПЛАНОВЫМИ АЭРОСНИМКАМИ
Подготовка аэроснимка к работе.Перед тем как использовать аэроснимки, их необходимо подготовить к работе. Подготовка аэроснимка включает: определение границ сфотографированного участка и масштаба аэроснимка, построение пропорционального масштаба, нанесение на снимок направления магнитного меридиана.
Для определения границ участка, изображенного на аэроснимке, необходимо опознать на нем несколько наиболее характерных объектов местности (река, шоссейная дорога, городская улица и др.) и отыскать их на карте. По этим объектам ориентировать аэроснимок, опознать контуры, находящиеся на его краях, и по ним очертить границы сфотографированного участка. Более точно это можно
сделать после того, как будет определен масштаб аэроснимка.
Масштаб аэроснимка можно определить тремя способами: по топографической карте (плану), посредством измерения длины отрезка на снимке и на местности, по известной высоте фотографирования и фокусному расстоянию аэрофотоаппарата. Наиболее часто используют первый способ.
Масштаб аэроснимка 1 / т сн по карте определяется по формуле
1 / ш сн ^сн/^к^к»
где /сн — длина отрезка на аэроснимке; /к — длина этого отрезка на карте; т к — знаменатель численного масштаба карты.
Отрезок, по которому определяется масштаб, должен быть по возможности длиннее (не менее 5 см) и совпадать с направлением диагонали снимка. Конечные точки отрезка должны быть четко выражены на снимке и на карте.
Для повышения точности и контроля масштаб снимка следует определить не менее двух раз. В качестве второго отрезка желательно выбрать отрезок, направление которого совпадает с другой диагональю снимка. За окончательный результат принимается среднее значение. Для планового аэроснимка разница между знаменателями масштаба не должна превышать величины, подсчитанной по формуле: Д ш = 2 A l / l , где Д т —разность знаменателей численных масштабов; Д / — допустимая ошибка при измерении длин линий на карте данного масштаба; / — наибольший отрезок, по которому определялся масштаб. В том случае когда Д т превышает допустимое значение, для измерений на аэроснимке пользуются только полезной площадью снимка, т. е. той его частью, в пределах которой разница масштабов меньше допустимой.
Пропорциональный масштаб применяют для перевода в масштаб карты отрезков, измеренных на аэроснимке, и решения обратной задачи. Построение масштаба целесообразно
выполнять на миллиметровой бумаге. На горизонтальной линии (рис. 12.1) откладывают отрезок АВ, равный 20 или 25 см. По известному масштабу аэроснимка рассчитывают соответствующую длину отрезка В С на карте и откладывают его на перпендикуляре от точки В. Точки А и С соединяют прямой.
Переход от размеров, измеренных на аэроснимке, к размерам карты производят следующим образом: на аэроснимке измеряют требуемый отрезок и откладывают от точки А вдоль линии АВ\ в полученной точке D поворачивают измеритель параллельно линии В С и уменьшают раствор измерителя до касания с линией АС. Полученный отрезок D E будет соответствовать расстоянию на карте.
Направление магнитного меридиана на аэроснимке наносят в том случае, если аэроснимок будет использован при работе на местности, бедной ориентирами. На аэроснимке и карте опознают по две общие точки А, В и а, в и через них прочерчивают прямые линии; накладывают аэроснимок на карту так, чтобы направление АВ аэроснимка совместилось с направлением ab карты. Затем на аэроснимке прочерчивают линию, параллельную вертикальной линии координатной сетки. Учитывая знак и величину поправки направления (7 + б), которая указана под южной стороной рамки карты, наносят направление магнитного меридиана.
Перенос информации с аэроснимка на карту. Для переноса информации с аэроснимка на карту используют оптические приборы (универсальный топографический проектор
и др.). При отсутствии этих приборов применяют различные графические методы. Наиболее простыми из них являются способ линейных засечек и с помощью взаимно проективных сеток.
Способ линейных засечек. На карте и аэроснимке выбирают две общие точки с таким расчетом, чтобы угол между направлениями на переносимый объект был в пределах 30... 150°, а расстояния как можно короче. Эти расстояния измеряют на аэроснимке и с помощью пропорционального масштаба находят соответствующие им расстояния на карте. Радиусами, равными этим отрезкам, проводят на карте дуги; точка пересечения дуг даст положение объекта на карте.
Для контроля засечка производится с третьей точки. Вследствие погрешностей измерений и искажений, свойственных аэроснимку, при построении засечки может образоваться треугольник погрешностей. Если стороны треугольника не превышают 1 мм, за искомую точку принимают центр треугольника.
Построение взаимно перспективных сеток применяют в том случае, когда аэроснимок содержит большое количество объектов, отсутствующих на карте. Для построения таких сеток выбирают на аэроснимке четыре четко изобразившиеся точки и находят соответствующие им точки на карте. Выбранные точки должны образовать четырехугольник возможно большого размера. Стороны построенных на карте и на аэроснимке четырехугольников делят на одинаковое число частей, тем большее, чем точнее требуется перенести объекты на карту. Соединив прямыми линиями одноименные точки противоположных сторон, получают сетку на аэроснимке и соответственно сетку на карте.
Контуры аэроснимка перерисовывают на карту согласно построенным сеткам. Точность перерисовки будет тем выше, чем мельче построенные клетки.
§ 12.3. ПОНЯТИЕ О КОСМИЧЕСКОЙ ФОТОСЪЕМКЕ
Полеты космических спутников Земли, пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций обеспечили разработку и практическое применение принципиально новых методов изучения земной поверхности в научных и народнохозяйственных целях.
Современный этап развития космических методов исследования природной среды характеризуется систематической и планомерной съемкой земной поверхности. При этом помимо наиболее распространенной фотографической системы получения изображения используют фототелевизионные, радиолокационные, радиотепло- вые и др.
Фотографирование из космоса позволяет в короткие сроки получить легко обозримый, вполне однородный и достаточно точный материал о значительной территории земной поверхности. Так, например, с космического корабля «Союз-22» в совместном эксперименте СССР и ГДР было получено 2,5 тыс. космических фотоснимков, покрывающих территорию от се- веро-таежных районов, включая зону вечной мерзлоты, до южных пустынь, от приморских равнин Прибалтики до высокогорных районов Памира. Для фотографирования такой огромной территории с самолета потребовалось бы 8 ... 10 лет.
В зависимости от высоты полета космического аппарата и размеров фокусного расстояния съемочной камеры космические фотоснимки могут быть получены в широком диапазоне масштабов. Понятно, что чем мельче масштаб фотоснимка, тем большую площадь он охватывает, тем больше его обзорность. В зависимости от масштаба и обзорности космические фотоснимки принято классифицировать на мелкомасштабные, среднемасштабные и крупномасштабные.
М елкомасштабные— 1:108... 1:107, охватывают всю планету, точнее осве
щенную часть одного полушария или м атериков. С реднем асш табны е— 1: 107...1:106, покрывают части материков и крупные регионы. Крупномасш табные— 1:10 и крупнее, обеспечивают изображение локальных участков земной поверхности. Наиболее употребительным масштабом космического снимка является 1:106.
Высокая обзорность космических фотоснимков позволяет выявить пространственные закономерности и взаимосвязи явлений, проследить антропогенные воздействия на природную среду на больших расстояниях и площадях, в пределах крупных регионов.
Космический снимок представляет собой документ многоцелевого и межотраслевого использования. По нему можно обновить топографические карты, получить данные по гидрогеологии, состоянию почв, произвести инвентаризацию лесов, контроль окружающей среды, определить кормовые ресурсы и решить много других проблем. В качестве примера можно привести опыт комплексной инвентаризации природных ресурсов одного из труднодоступных высокогорных районов. Научно-техническим проектом исследований и изысканий этого района была обоснована целесообразность проведения работ в 29 направлениях, отвечающих запросам гидротехнического строительства, горнодобывающей промышленности, растениеводства и животноводства, лесного хозяйства, нефтяной промышленности и др. Итогом изучения региона должны стать 29 тематических карт, содержащих новейшие данные о природном потенциале района и его естественных ресурсах.
Космическая техника дает новый уровень оперативности наблюдений. Со спутника можно получать изображения через любой отрезок времени. Путем подбора параметров орбиты и количества космических аппаратов достигается заданная повторяемость и оперативность обзора поверхности Земли. Поэтому можно
считать, что космический снимок имеет четыре измерения. Кроме линейных X, Y, Н еще такое важное четвертое измерение, как время. На фотоснимке как бы в застывшем виде фиксируются форма, размер и пространственное положение объектов в выбранное время или интервал времени. Эти возможности космического метода имеют важное значение для изучения динамики процессов и явлений.
Интервал времени между фотографированием в зависимости от цели использования космических снимков может быть различен. Так, для изучения быстро протекающих процессов и явлений (наводнений, наблюдения за загрязнением окружающей среды и пр.) он должен измеряться часами. При исследовании же направленности и интенсивности таких антропогенных и природных процессов, как динамика использования городских земель, преобразование природной среды на урбанизованных территориях, овра- гообразование, зарастание водоемов, заболачивание и засоление почв и др., целесообразно использовать фотоснимки, разделенные десятилетиями.
Космическое фотографирование может производиться в различных диапазонах спектра электромагнитных колебаний, включая невидимую для глаза человека область излучений. При этом особое место занимает многозональная съемка, которую производят одновременно в нескольких сравнительно узких зонах спектра.
Для многозонального фотографирования на советских космических аппаратах применяется стационарная многозональная шестиобъективная камера МКФ-6 , разработанная специалистами СССР и ГДР. Съемка этой камерой производится одновременно в шести зонах спектра: 4 снимка получают в видимой зоне спектра и 2 снимка в невидимой зоне—в ближней инфракрасной области спект
ра. Все снимки черно-белого изображения.
Камера МКФ имеет фокусное расстояние /= 1 2 5 мм при формате снимка 56X81 мм. Несмотря на небольшой размер снимка, он покрывает значительную территорию на местности. Так, например, при высоте съемки Я = 300 км снимок охватывает площадь 300 ООО км2.
Благодаря высокой разрешающей способности космических фотографических систем (до 100 лин./мм) на снимке с большой детальностью воспроизводятся объекты местности и представляется возможность с негатива изготовить снимки с 15...20- кратным увеличением без заметного ухудшения их фотографических качеств.
На снимках уверенно распознаются площадные объекты, имеющие в натуре размеры до 10Х Ю м, линейные же объекты большой протяженности, например дороги, каналы, просеки в лесу, изображаются и в том случае, когда их ширина значительно меньше 10 м. На снимках отображается планировка городских и сельских населенных пунктов, включая внутриквартальные и отдельно стоящие строения, дорожная сеть вплоть до полевых дорог.
Для того чтобы облегчить распознавание объектов на фотоизображении и определение их качественных характеристик, на основе зональных снимков изготавливают цветной снимок. Для этого используют специальный оптический синтезатор, состоящий из нескольких проектирующих камер. В камеры укладывают зональные снимки и проектируют каждый из них через соответствующий цветной светофильтр, получая на экране одно совмещенное (синтезированное) изображение, которое может быть зафиксировано на цветной фотобумаге. При этом подбором светофильтров добиваются цветного выделения на синтезированном снимке тех объектов, которые, исходя из цели исследования, имеют важное значение.
§ 12.4. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ В ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛЯХ
Использование космических снимков в градостроительстве позволяет существенно сократить сроки и расходы на изыскательские, инвентаризационные и предпроектные работы, более полно и обоснованно оценить урбанизированную и природную среду.
Обновление топографических карт.Градостроительное проектирование предъявляет высокие требования к картографическим материалам в части их соответствия действительному состоянию местности. Однако составление и обновление топографических карт—работа длительная и трудоемкая, вследствие чего архитектор часто вынужден использовать топографические основы, не отражающие происшедших изменений.
Космическая съемка открывает широкие перспективы для обновления карт в короткие сроки. При относительно небольших изменениях на местности по космическим снимкам изменившуюся ситуацию наносят на дежурные карты. При значительном старении карты, когда ее исправление нецелесообразно, производят полное обновление, выполняя тот же комплекс работ, что и при аэрофототопографической съемке. При этом для планового обоснования используют опорные точки, как использованные при создании обновляемой карты, так и полученные после ее создания. Методы и технология обновления карт среднего и мелкого масштабов по космическим снимкам достаточно отработаны.
Разрешающая способность современных космических фотоснимков, используемых в народном хозяйстве, не может еще обеспечить полноценное обновление планов городов. Однако такие снимки содержат большое количество последних данных как о планировке и застройке населенных пунктов, так и о природных объектах, дополняющих и уточняющих имеющиеся картографические материалы.
Исследование городской и природной среды. При изучении урбанизированных территорий в аспекте градостроительных исследований генерализованное изображение с большой обзорностью, каким являются космические снимки, позволяет получить большой объем экономико-географической информации: природные ресурсы, пространственные закономерности и особенности расселения, архитектурнопланировочные формы поселений, транспортная сеть и пр.
Наиболее эффективно использование космической съемки при решении таких важнейших проблем, как: разработка схем расселения на территории регионов и генеральной схемы расселения на территории страны; составление схем развития и размещения производительных сил на территории экономических районов; выявление комплекса оценочных характеристик территории при составлении схем и проектов районной планировки; проектирование пригородных зон; выявление градостроительной ситуации в городских агломерациях (застройка, транспортные пути, инженерные сооружения, зеленые массивы и т. д.); изучение существующей застройки крупных городов и освоенности прилегающих территорий.
Изучать населенные пункты, как показывает опыт, целесообразно по космическим снимкам, увеличенным в10... 15 раз. На таких снимках видны границы городских территорий, общая схема планировки и характер застройки, особенности планировочной структуры, можно выделить функционально различные зоны городов: промышленная, жилая с малоэтажной застройкой, зона новостроек и т. д. По разновременным снимкам можно установить динамику развития городов по различным показателям: тенденции и интенсивность роста за определенный период, степень развития дорожной сети, эффективность использования пригородных зон и др.
Контроль состояния окружающей среды. В СССР организована об
щегосударственная служба наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды, уровнем загрязнения атмосферы, почвы и водных объектов по физическим, химическим и гидробиологически показателям. Важной составной частью этой системы является фотографирование из космоса.
На космических снимках регистрируются почти все виды загрязнений воздушной и водной сред и почв как результат промышленной деятельности человека. Процессы загрязнения окружающей среды, ежедневно происходящие на громадной территории, очень динамичны. Поэтому космические съемки имеют особое значение для их регистрации.
Основной источник антропогенного загрязнения воздушного бассейна и почвы — промышленность. Влияние индустриальной деятельности города в десятки раз превышает площадь самого города, что отчетливо видно на зимних космических снимках. По дымовому шлейфу, простирающемуся на десятки километров, на снимках можно установить источник выбросов. Вокруг химических, цементных и некоторых металлургических предприятий на многие километры наблюдаются негативные изменения в растительности: увядание, замедленное развитие, исчезновение некоторых видов. Все это находит отражение на многозональных космических снимках.
Если по наземным данным можно составить лишь приблизительную картину влияния промышленности на природную среду, то на космических снимках четко различаются зоны воздействия различной интенсивности.
Исследование качества окружающей среды, ее охрана и улучшение— одна из основных целей на всех стадиях архитектурно-строительного проектирования. Систематизация результатов анализа состояния природной среды представляет исходный материал для решения многих задач проектировани'я.
Составление тематических карт.Наиболее удобной формой отображения информации, полученной по космическим снимкам, являются тематические карты градостроительной обстановки района исследования. Космические снимки отвечают большинству требований, предъявляемых к источнику информации, на основе которого создаются тематические карты: генерализация изображения, объективность, отражение процесса в динамике, возможность использования методики и технических средств, применяемых для составления общегеографических карт по аэрофотоснимкам с автоматизацией отдельных процессов. Наряду с данными космической съемки используются
картографические и литературные источники и проводятся полевые исследования.
В настоящее время различные ведомства создают значительное число отраслевых тематических карт, в основном природоресурсных: геологических, почвенных, геоботанических, лесных и т. д. Однако карт, предназначенных непосредственно для градостроителей, все еще мало. Разработка содержания таких карт и методика их составления находятся еще в стадии становления.
Для целей градостроительства могут быть использованы и сами фотоизображения (отдельные снимки, фотосхемы и фотопланы) при развитии простейших навыков работы с ними.
Л И ТЕРА ТУРА
Строительные нормы и правила (СНиП)
3.01.03— 84 Геодезические работы встроительстве
II-9-78 Инженерные изысканиядля строительства. Основные положения
Нормативные документы по проектно-изыскательским
и геодезическим работам (СН)
СН 212—73 Инструкция по топографогеодезическим работам при инженерных изысканиях для промышленного, сельскохозяйственного, городского и поселкового строительства
СН 225—79 Инструкция по инженерным изысканиям для промышленного строительства
ГКИНП -02-033—82 Инструкция по топографической съемке в масш табе 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500
Государственные стандарты (ГОСТ)
10528—76* Нивелиры. Общие технические условия
10529—79 Теодолиты. Типы и основные параметры. Технические требования
19223—82 С ветодальном еры . О бщ иетехнические условия
23543—79* Приборы геодезические. О бщие технические требования
Баканова В. В. Геодезия. М., 1980. И нж енерная геодезия/Баграт уни Г. В.,
Ганьш ин В. Н., Д анилевич Б. Б. и др. М.,1984.
Л обанов А. Н. Ф отограмметрия.— М.: Недра, 1984.
Сироткин М. П., Сытник В. С. Справочник по геодезии для строителей. М., 1987.
С п р а в о ч н и к г е о д е з и с т а / П о д р е д . В. Д . Больш акова и Г. П. Л евчука. М.,1985.
Предисловие ............................................... 5
В в е д е н и е ..................................................... 5
Г ла ва 1. Основы изображ ения земной поверхности на топографических картах и планах . . . 8
§ 1.1. Проектирование поверхностиЗемли на п л о с к о с т ь ........................ 8
§ 1.2. Системы координат и высот, применяемые в геодезии . . . . 9
§ 1.3. Ориентирование линий . . . 11 § 1.4. П рям ая и обратная геодезичес
кие з а д а ч и ......................................... 13
Г ла ва 2. Классификация, характеристика и назначение топографических карт и планов . . . 14
§ 2 .1 . Разновидности карт . . . . 14 § 2.2. Система условных обозначений
на топографических картах ипланах ................................................ 16
§ 2.3. Использование топографических карт и планов в архитектурнопланировочном и инженерномпроектировании ............................. 19
§ 2.4. Номенклатура и разграф ка топографических карт и планов 20
Г лава 3. Измерения и построения на топографическом плане и карте
§ 3 .1 . Измерение расстояний. М асш табы ............................................................ 24
§ 3.2. Определение по карте (плану) ко о р д и н ат точек и у гло вориентирования ........................ 26
§ 3.3. Изучение рельефа по карте (плану) ...................................................... 28
§ 3.4. Построение профиля местностипо карте ( п л а н у ) ........................ 29
§ 3.5. Измерение площади участка местности по топографическойкарте (плану) ............................. 33
§ 3.6. Проектирование по карте (плану) горизонтальной и наклонной площ адок .......................................... 34
Г лава 4. Линейные измерения на местности ............................................... 35
§ 4 .1 . Механические мерные приборы 36§ 4.2. Оптические дальномеры . . . 39 § 4.3. П онятие о радиофизических
дальномерах ............................................ 43
Г лава 5. Угловые измерения на местности ......................................... 45
§ 5 .1 . Геометрическая схема измерения горизонтальных и вертикальных углов. Принципиальная схема устройства теодолита . . . 45
§ 5.2. Технические теодолиты и иху с т р о й с т в о ................................... 49
§ 5.3. Поверки теодолита 2Т30 . . . 52 § 5.4. Измерение углов теодолитами . . 56
Г лава 6. Н и в е л и р о в а н и е ........................ 59
§ 6 .1 . Виды нивелирования. Нивелиры 59 § 6.2. Геометрическое и тригонометри
ческое нивелирование . . . . 65
Г лава 7. Геодезическая сеть . . . .§ 7 .1 . Государственная геодезическая
сеть, сети с г у щ е н и я ........................69§ 7.2. Теодолитные х о д ы ........................ 72
Г лава 8. Топографические съемки . . 77
§ 8.1. Общие сведения о топографических с ъ е м к а х 77
§ 8.2. Теодолитная съемка . . . . 78§ 8.3. Нивелирование поверхности . . 81§ 8.4. Тахеометрическая съемка 84§ 8.5. М ензульная с ъ е м к а 87
Г лава 9. Ф ототопографические съемки 90
§ 9 .1 . Аэрофотосъемка местности . . 91 § 9.2. Геометрические свойства аэро
снимка ................................................ 91§ 9.3. Аэрофототопографическая съемка.
Задачи и методы фотограмметрической обработки аэроснимков .............................................................. 96
§ 9.4. Н азем ная фототопографическаяс ъ е м к а ............................................... 101
Глава 10. Архитектурные обмеры 107
§ 10.1. Фотограмметрический метод а р хитектурных обмеров . . . . 107
§ 10.2. Геодезический метод обмеровпамятников архитектуры . . . 110
Г лава 11. Геодезические разбивочныеработы ......................................... 112
§ 11.1. Геодезическая основа разбивоч-ных работ . . . . . . . . 112
§ 11.2. Подготовка данных для выносапроекта сооружения на местность 114
§ 11.3. Вынос на местность геометрических элементов проекта . . . 115
§ 11.4. Исполнительные съемки. Н аблю дения за деформациями зданий(сооруж ений) .............................. 119
Г лава 12. Использование аэроснимков и космических снимков в архитектуре и строительстве 120
§ 12.1. Общие с в е д е н и я ............................. 120§ 12.2. Приемы работы с плановыми
а э р о с н и м к а м и ....................................... 121§ 12.3. Понятие о космической фото
съемке ............................................... 123§ 12.4. Основные направления использо
вания космических снимков в градостроительных целях . . 125
Л итература ..................................................... 127
ContentsForeword Introduction
C h ap te r 1. P rinc ip les of R epresen tation of the E a rth S u rface on Topographic M aps and P la n s § 1.1. P lan e P ro jection of the E arth S u rface § 1.2. C o o rd inate and H eight S ystem s B eing U sed in Geodesy § 1.3. Line O rien ta tion§ 1.4. P rim al and Inverse G eodetic P rob lem s
C h ap ter 2. C lassifica tion , C h arac te riza tio n and P urpose of Toporgaphic M aps and P lan s § 2.1. K inds of M aps§ 2.2. System of Sym bols on T opographic M aps and P lan s§ 2.3. U se of T opographic M aps and P la n s in A rch itectu ra l Layout and E ngineering
D esign W ork§ 2.4. Sheet Division and N om enclature of Topographic M aps and P lan s
C h ap ter 3. M easurem en ts and C onstruc tions on Topographic P lan and M ap § 3.1. D istince M easurem en t. Scale§ 3.2. D eterm ination of Point C oord inates and O rien ta tion A ngles on M ap (P lan )§ 3.3. S tu d y of Relief§ 3.4. P lo ttin g of T erra in Section on M ap (P lan )§ 3.5. M easurem en t of S q u a re of T erra in Sector on Topographic M ap (P lan )§ 3.6. D esignin of Level and S lop ing G ro u n d s on M ap (P lan )
C hap ter 4. L inear M easu rem en ts on T erra in § 4.1. M echanical M easu rin g Devices § 4.2. O ptical R ange F in d ers § 4.3. Notion of R adiophysical R ange F in d ers
C h ap te r 5. A n g u la r M easurem en ts on T erra in§ 5.1. D escrip tion of G eom etrical D iag ram of M easurem en t of H orizon tal and V ertical
A ngles. D escription of Line D iag ram of Theodolite § 5.2. T echnical— purpose T heodolites and Their D esign § 5.3. E xam ination of Theodolite 2T30 § 5.4. M easurem en t of A ngles by Theodolites
C h ap te r 6. L evelling§ 6.1. K inds of Levelling. G eodetic Levels § 6.2. G eom etric and T rigonom etric Levellig
C h ap te r 7. G eodetic N etw ork§ 7.1. S ta te G eodetic N etw ork. B rid g in g N etw orks § 7.2. Theodolite T rav erses
C hap ter 8. T opographic Survey§ 8.1. Topographic Survey. General
§ 8.3. S u rface L evelling § 8.4 T acheom etric S urvey § 8.5. P la n e - T a b le S urvey
C h ap te r 9. P ho to topography§ 9.1. A erial P ho to topography of T erra in § 9.2. G eom etric P ro p ertie s of A erial P h o to g rap h s§ 9.3. A erophototopography. T ask s and M ethods of P ho to g ram m etric P rocessing of Aerial
P h o to g rap h s § 9.4. G round P ho to topography
C h ap te r 10. A rch itectu ra l M easurem en ts§ 10.1. P h o to g ram m etric M ethod of A rch itectu ra l M easurem en ts § 10.2. G eodetic M ethod of M easurem en ts of A rch itectu ra l M onum ents
C h ap ter 11. G eodetic A lignm ent W ork§ 11.1. Geodetic P rincip les of A lignm ent W ork§ 11.2. P rep a ra tio n for R eferencing P ro ject of C onstruc tion to T erra in § 11.3. R eferencing of G eom etric E lem ents of P ro jec t to T erra in § 11.4. W orking survey. O bservation of D eform ation of B uild ing (C onstruction)
C h ap te r 12. U se of Aerial and Cosm ic P h o to g rap h s in A rch itecture and C onstruction § 12.1. G eneral§ 12.2. M ethods of w ork w ith P lan n ed A erial P h o to g rap h s § 12.3. Notion of Cosm ic Pho tography§ 12.4. U se of Cosm ic P ho to g rap h y in Town P lan n in g . G uidelines
B ibliographyC on ten ts