Ориентирование

Ориентирование линий на картах, планах и на местности необходимо при проектировании и строительстве сооружений и, особенно, при выносе проектов в натуру. При этом ориентируются разбивочные оси сооружений.

Ориентировать линию - значит определить ее направление относительно меридиана.

Как отмечалось, плоскость, проходящая через заданную точку местности и ось вращения Земли, называется плоскостью истинного меридиана данной точки. Направление истинного меридиана определяется из астрономических наблюдений. Истинный меридиан проходит через географические полюсы Земли (концы оси ее вращения).

Однако существуют еще магнитные полюсы Земли.

Магнитные полюсы - это точки схождения силовых линий магнитного поля Земли. Они расположены в северном и южном полушариях, не совпадают с географическими полюсами и находятся внутри Земли.

Прямая, соединяющая магнитные полюсы составляет с осью вращения Земли угол около 11.5⁰ и не проходит через ее центр.

Вертикальная плоскость, проходящая через данную точку и магнитные полюсы, называется плоскостью магнитного меридиана.

Угол между плоскостями магнитного и истинного меридианов называется магнитным склонением и обозначается через d. Склонение отсчитывается от северного направления истинного меридиана к востоку и к западу. В первом случае оно называется восточным (знак «+»), во втором - западным (знак «-») - рис. 1.6.

Рис. 1.6. Магнитное склонение.

Угол между плоскостью горизонта и направлением силовой линии магнитного поля Земли в данной точке называется магнитным наклонением. Он отсчитывается от горизонтального направления вниз от 0⁰ до 90⁰.

Магнитное склонение и наклонение называются элементами земного магнетизма.

Для ориентирования линий служат углы, называемые азимутами, дирекционными углами и румбами.

Азимутом называется горизонтальный угол, отсчитывает от северного направления меридиана до направления данной линии. Азимут имеет значение от 0⁰ до 360⁰. Если Азимут отсчитывается от направления истинного (географического) меридиана, то он называется истинным, если от магнитного, то магнитным (рис. 1.7).

Так как меридианы в разных точках Земли не параллельны между собой (сходятся к полюсам), то азимут одной и той же линии в разных ее точках различен.

Угол между направлениями меридианов в разных точках Земли называется сближением меридианов и обозначается ¡. Если точки близки между собой (до 1 км), то ¡» 0 и А1» А2.

Азимут данного направления называется прямым (А1), а обратного - обратным (А1^’), они различаются на 180⁰.

Рис. 1.7. К определению азимутов линий.

Дирекционным углом называется горизонтальный угол между северным направлением осевого меридиана данной зоны в проекции Гаусса-Крюгера и направлением данной линии. Отсчитывается, как и азимут от 0⁰ до 360⁰, обозначается a.

Разность между истинным азимутом и дирекционным углом линии в данной на ней точке равна сближению истинного меридиана и осевого меридиана зоны. В отличие от азимутов, дирекционные углы одной и той же линии в разных точках одинаковы (в пределах данной зоны). Дирекционные углы также могут быть прямыми и обратными.

Иногда в практическом применении удобнее определять направления острыми углами. В этих случаях пользуются румбами.

Румбом называется острый горизонтальный угол, отсчитываемый от ближайшего (северного или южного) направления меридиана до направления данной линии (рис. 1.8).

Румбы имеют значения от 0⁰ до 90⁰. Чтобы определить румбом направление линии относительно меридиана необходимо кроме числового значения указать название четверти горизонта, где проходит линия. Направления СВ, ЮВ, ЮЗ, СЗ. Румбы также могут быть магнитными или истинными.

Связь между румбами и азимутами:

1-я четверть (СВ) r = A; 2-я четверть (ЮВ) r = 180⁰ - A; 3-я четверть (ЮЗ) r = A -180⁰; 4-я четверть (СЗ) r = 360⁰ - A.

Рис. 1.8. К определению румбов и их связи с азимутами.

Ориентировать план или карту значит расположить их так, чтобы направления линий на плане или карте были параллельны направлению горизонтальных проекций соответствующих линий на местности. Ориентирование можно осуществлять по компасу (буссоли), или по линии местности, имеющейся на плане (например, дороги).

Компас - круглая коробка с горизонтальным кругом, имеющим градусное (от 0⁰ до 360⁰) и румбовое С, СВ, В, ЮВ и т.п. деление (рис. 1.9, а). Внутри на острие иглы свободно вращается магнитная стрелка. Северный конец - синий, южный - красный. При хранении и переносе стрелка плотно прижимается к стенке специальным приспособлением - арретиром.

Компас больших размеров и более совершенной конструкции называется буссолью (рис 1.9, б). Коробка буссоли помещена на пластине со скошенным краем, имеющим миллиметровые деления. На пластине имеется круглый уровень для установки буссоли в горизонтальное положение, имеется также арретир как у компаса.

а) б)

Рис. 1.9. Компас а) и буссоль б).

Ориентируют план по компасу или буссоли с использованием нанесенных на план меридианов или километровых линий в следующей последовательности:

- план привести в горизонтальное положение;

- на план установить буссоль так, чтобы север ее был направлен по направлению меридиана на карте;

- освободить стрелку;

- осторожно вращая план вместе с буссолью добиться, чтобы штрих Север совпал с северным концом стрелки.

Если ориентировать по истинному меридиану, то надо знать склонение и подводить под север стрелки не С (то есть 0⁰), а градус склонения.

Для ориентирования по линии местности необходимо найти эту линию (дорогу) на плане, встать на этой линии на местности, после чего поворотом плана или карты направить опознанную линию параллельно соответствующей линии на местности.

Топографические карты и планы

Планы и карты представляют собой уменьшенное и подобное изображение земной поверхности на плоскости. Для получения планов и карт используется метод ортогональной проекции, т.е. изображение пространственных объектов на плоскости посредством проектирующих лучей, перпендикулярных к плоскости проектирования. При этом в геодезии точки физической поверхности Земли проектируют на поверхность эллипсоида лучами, направленными перпендикулярно к ней.

Если на плоскости изображаются значительные территории, то нельзя пренебрегать кривизной Земли, а следует ее учитывать. Сферическая поверхность не может быть перенесена на плоскость без складок и разрывов, поэтому при переносе не может быть достигнуто полное подобие. Для максимального уменьшения этих искажений и последующего их учета применяются различные картографические проекции, рассмотренные выше.

Карта - построенное по определенным математическим законам уменьшенное изображение на плоскости значительной части Земной поверхности, размеры которой не позволяют пренебрегать кривизной Земли.

План - уменьшенное и подобное изображение на плоскости небольшого участка местности, в пределах которого кривизна Земли не учитывается (круг радиусом порядка 20 км).

Карты и планы бывают общегеографические, на них показывают рельеф, гидрографическую сеть, населенные пункты, дороги, растительность и т.п. Если на картах или планах не показан рельеф, то они называются контурными или ситуационными.

Все, что не относится на плане к изображению рельефа, называется ситуацией.

Масштаб - отношение длины отрезка на плане к горизонтальному проложению (проекции) того же отрезка на местности. Масштабы бывают численные и графические. Численный масштаб выражается дробью с числителем единица: 1/200; 1/500; 1/1000; 1/5000; 1/10000 и т.п. Знаменатель численного масштаба показывает во сколько раз отрезок на плане короче, чем его горизонтальное проложение на местности.

Линейный масштаб (рис. 1.10) - это графический масштаб в виде отрезка прямой, разделенного на равные части, с подписанными значениями соответствующих им расстояний на местности.

Рис. 1.10. Линейный масштаб.

Линейный масштаб не позволяет проводить на плане измерения с требуемой точностью, поэтому применяют поперечные масштабы.

Поперечный масштаб – это графический масштаб в виде номограммы, построение которой основано на пропорциональности отрезков прямых, пересекающих стороны угла (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Поперечный масштаб.

Человеческий глаз различает на карте отрезок не более 0.1 мм (укол булавки). Этот отрезок характеризует графическую точность при измерении и откладывании расстояний на карте.

Точность масштаба – это длина горизонтальной проекции линии местности, соответствующая 0.1 мм на карте:

Масштаб 1:2000 1:5000 1:10000

Точность масштаба 0.2 м 0.5 м 1.0 м

Предметы местности (здания, сооружения, дороги, мосты, леса, сельхозугодья и т.п.) на планах и картах составляют ситуацию и изображаются условными знаками (рис. 1.12). Условные знаки бывают масштабные, внемасштабные и линейные.

Масштабные - отображают предметы местности подобными оригиналу. По ним определяются не только расположение, но и размеры объектов (например, пашня).

Внемасштабные - указывают вид и расположение объектов на местности, но занимают больше места, чем надо по масштабу (например, столбы).

Рис. 1.12. Условные знаки.

Линейные - реально отображают длину объектов (дорог, ЛЭП и т.п.), но преувеличивают их ширину.

Все условные знаки на планах и картах сочетаются с пояснительными надписями и цветовым оформлением.

Условные знаки различаются для карт и планов различных масштабов. Они сведены в специальные сборники и являются обязательными для всех организаций, выполняющих геодезические работы.

Рельеф местности - это совокупность неровностей земной поверхности.

Основные формы рельефа:

1. Равнина - имеет плоскую форму. При высоте до 200 м над уровнем моря - низменность, выше - плоскогорье.

2. Гора - конусообразное возвышение земной поверхности, при высоте h < 200 м - холм. Боковая поверхность горы - склон (скат), вверху вершина, внизу подошва.

3. Котловина - замкнутое углубление земной поверхности. Самая низкая точка - дно, боковая поверхность - скаты, верх - бровка.

4. Хребет - вытянутая возвышенность земной поверхности, постепенно снижающаяся в одном направлении. Линия вдоль хребта по самым высоким точкам - водораздел.

5. Лощина - вытянутое углубление земной поверхности, понижающееся в одном направлении. Линия вдоль лощины по самым низким точкам - водоток или тальвег. Разновидности - овраг, долина, балка, промоина.

6. Седловина - пониженная часть местности между двумя возвышенностями. В горах - это перевалы.

Вершина горы, дно котловины, низкая точка седловины называются характерными точками рельефа.

Рельеф на картах и планах изображается отмывкой (редко и не точно) и горизонталями (изобатами).

Горизонтали (изобаты) - линии равных высот (глубин) на картах и планах. Горизонтали представляют собой след пересечения уровенных поверхностей с рельефом местности (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Изображение рельефа горизонталями.

При этом расстояние между секущими уровенными поверхностями называется высотой сечения рельефа h. Высота сечения зависит от масштаба карты и сложности рельефа. Подробности рельефа иногда выделяют полугоризонталями. Каждая пятая горизонталь утолщается. Высота горизонталей подписывается в разрыве так, чтобы верх цифры был направлен в сторону повышения местности. Горизонтальное расстояние между горизонталями называется заложением. Крутизна ската в направлении заложения определяется углом наклона или уклоном: i = tgn = h/a, где i -уклон, n - угол наклона, h - высота сечения рельефа, а – заложение (расстояние между горизонталями на плане по любому направлению).

Уклоны выражаются в процентах % или промилле ‰. Для указания направления понижения склонов применяют бергштрихи.

Изображение горизонталями различных форм рельефа показано на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Основные формы рельефа и их изображение горизонталями. а) – холм, б) – терраса с обрывом, в) – котловина, г) – лощина, д) – овраг, е) – хребет, ж) – седловина, з) – нависший утес.

Топографические карты для удобства использования имеют размер 1 листа 50 х 50 или 40 х 40 см, причем границами листов служат меридианы и параллели.

Номенклатура топографических планов и карт

Изображения значительных территорий Земной поверхности в виде карт состоят из многих листов.

Систему взаимного расположения листов карт различных масштабов называют разграфкой.

Систему обозначений отдельных листов топографических карт называют номенклатурой.

Расположение и обозначение многолистных карт различных масштабов осуществляют в соответствии со специальной сборной таблицей, в основу которой положена государственная карта России масштаба 1:1000000.

деление сборной таблицы па листы осуществляют следующим образом. Вся земная поверхность делится меридианами, проводимыми через 6⁰, на 60 колонн. колонны нумеруют арабскими цифрами, при этом счет ведут от меридиана с долготой 180° (рис. 1.15)

Рис. 1.15. Разграфка и номенклатура листов карт

масштаба 1: 1 000000.

Колонны разделяют на ряды параллелями, проводимыми через 4⁰. Ряды обозначают заглавными буквами латинского алфавита и счет ведут от экватора к северному и южному полюсам. Пересекаясь, меридианы и параллели образуют рамки каждого листа карты в рядах и колоннах масштаба 1:1000 000.

Номенклатура листа карты складывается из обозначений ряда и колонны, в которых расположен данный лист. Так, например, N - 37 — номенклатура листа, на котором находится Москва, К – 37 – лист, на котором находится Сочи.

Одному листу карты масштаба 1:1 000 000 соответствуют 4 листа карты масштаба 1: 500 000, обозначаемые заглавными буквами русского алфавита А, Б, В, Г, 36 листов карты масштаба 1: 200000, обозначаемые римскими цифрами I — ХХХVI; 144 листа карты масштаба 1:100000, обозначаемые арабскими цифрами 1-144 (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Разграфка и обозначение листов карты: масштаба

1: 500 000; масштаба 1: 200 000; масштаба 1: 100 000.

Номенклатуру карт соответствующих масштабов определяют добавлением указанных обозначений к соответствующей номенклатуре карты масштаба 1:1000 000, в пределы которой попадает искомый планшет. данные этой разграфки для листа карты N - 37 даны в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

разграфка для листа карты N - 37

Лист карты масштаба 1:100000 служит основой для разграфки и обозначения карт более крупных масштабов. Одному листу карты масштаба 1: 100000 соответствуют 4 листа карты масштаба 1:50000, которые обозначают прописными буквами русского алфавита А, Б, В, Г и присоединяют к номенклатуре стотысячного листа (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Разграфка и обозначение листов карты

масштаба 1: 50 000.

Лист карты масштаба 1: 50 000 служит основой для разграфки и обозначения карт масштаба 1: 25 000, которые обозначают строчными буквами русского алфавита а, б, в, г и присоединяют к номенклатуре карт масштаба 1: 50 000 (рис. 1.18).

Лист карты масштаба 1: 25 000 служит основой для разграфки и обозначения карт масштаба 1: 10 000, которые обозначают арабскими цифрами 1, 2, 3, 4 и присоединяют к номенклатуре карт масштаба 1:25 000 (см. рис. 1.18).

Данные для разграфки карт крупных масштабов представлены в табл. 1.2.

Рис. 1.18. Разграфка и обозначение карт масштабов

1: 25 000 и 1: 10000.

Таблица 1.2.

разграфка карт крупных масштабов

Одному листу карты масштаба 1: 100 000 соответствуют 256 (16 х 16) листов плана масштаба 1: 5000, которые обозначаются цифрами 1, 2,..., 256, заключаемыми в скобки. Тогда номенклатура последнего листа плана 1: 5000, для листа карты масштаба 1: 100 000 N – 37 – 144, соответственно будет N – 37- 144 (256).

Одному листу плана масштаба 1: 5000 соответствуют 9 листов плана масштаба 1: 2000, которые обозначаются строчными буквами русского алфавита а, б, в, г, д, е, ж, з, и, заключаемыми в скобки. Тогда номенклатура последнего листа плана 1: 2000, для листа карты масштаба 1: 100 000 N – 37 – 144, соответственно будет N – 37- 144 (256-и).

Содержание топографических планов и карт

Содержание топографических карт и планов должно быть достаточно полным для решения многообразных инженерных задач.

Внутренняя рамка, т. е. рамка, ограничивающая картографический материал на топографических картах представляет собой трапецию, в углах которой подписаны географические координаты — широта и долгота (рис. 1.19).

Между внешней (оформительской) и внутренней рамкой помещена минутная рамка, позволяющая определять географические координаты точек. На листе карты нанесена координатная километровая сетка, линии которой параллельны осевому меридиану зоны и экватору. Координатная сетка подписана и позволяет определять прямоугольные геодезические координаты точек. Размер стороны квадрата координатной сетки соответствует 1 км в масштабе данной карты.

Рис. 1.19. Рамка топографической карты масштаба 1: 10 000.

Над верхней рамкой карты указывают номенклатуру листа, название наиболее значительного населенного пункта и систему координат карты. Под нижней рамкой приводят данные о склонении магнитной стрелки, сближении меридианов, схему взаимного положения вертикальной линии сетки и истинного и магнитного меридианов, численный и линейный масштабы, график заложений и указывается год издания карты (рис. 1.20).

Рис. 1.20. Нижняя часть топографической карты масштаба 1: 10 000.