Инженерная геодезия 10 страница

времени, метрологическое обеспечение высокоточных космических средств измерений. Для этого необходимо использовать весь комплекс существующих космических средств измерений (лазерные, радиоинтерферометрические и др.). Следующее звено - высокоточная геодезическая сеть (ВГС). Ее основные функции: распространение на всю территорию страны общеземной геоцентрической системы координат, определение точных параметров взаимного ориентирования общеземной и референцной систем координат, объединение плановой и высотной геодезических основ. Пункты ВГС необходимо привязать к реперам высокоточного нивелирования со средней квадратической ошибкой определения высот не превосходящей 5 см, что позволит получать из спутниковых определений также и высоты. Третьим звеном новой структуры ГГС является спутниковая геодезическая сеть 1 класса (СГС-1). Она должна обеспечить оптимальные условия использования спутниковой аппаратуры, в том числе одночастотных приемников ГЛОНАСС/GPS.

Все сети связаны между собой путем последовательного вписывания одной в другую: ФАГС - опорная для ВГС, а ВГС и ФАГС - для СГС-1. Предусматривается привязка к ним и существующей ГГС, которая в новой структуре – лишь низшее звено, исполняющее роль сети сгущения.

Таблица 5 – Характеристика геодезических сетей

Уровень сети	Общее число пунктов	Расстояние между пунктами	Относительная погрешность взаимного положения смежных пунктов
ФАГС	50-70	700-1000 км	1-2∙10-8 (1-2 см)
ВГС	500-700	150-300 км	1∙10-7
СГС-1	12-15 тысяч	40-50 км	1-2 см

Выполнение указанных мероприятий позволит:

- повысить точность и оперативность геодезических определений;

- внедрить методы спутникового нивелирования вместо геометрического нивелирования 3 и 4 классов;

- обеспечить изучение деформаций земной коры, являющихся предвестниками землетрясений и других опасных явлений;

- создать систему постоянных наблюдений за динамикой уровней морей на уровенных постах и прогноза их состояния;

- обеспечить геодезическое обоснование картографирования страны и создание геоинформационных систем;

- установить высокоточную единую геодезическую систему координат и поддерживать ее на уровне современных и перспективных требований экономики, науки и обороны страны.

Однако спутниковые технологии не всегда можно использовать при решении ряда геодезических задач, что приводит к необходимости использовать классические методы измерений.

Спутниковая геодезическая аппаратура «Землемер-Л1» является результатом совместной работы Российского института радионавигации и времени, известной швейцарской фирмы «Лейка» и предназначена для решения топографо-геодезических задач на основе сбора данных от спутников системы GPS (построение опорных сетей, сетей сгущения, топографические съёмки и др.).

Аппаратура «Землемер-Л1» состоит из двух полукомплектов, каждый из которых включает антенну АТ-11, датчик – SR-61, контроллер СR-33 (рис. 72) и вспомогательные средства: аккумулятор питания; соединительные кабели; рулетка для измерения высоты установки антенны; штатив, рейка и стойка быстрого развёртывания для установки антенны.

В процессе работы антенну устанавливают либо на трегер на штативе, отцентрированном над определяемой точкой на рейке (рис. 73), или на стойке быстрого развёртывания с рейкой (рис. 73). Это зависит от того, в каком режиме ведут измерения: в статическом, кинематическом или в режиме съёмки с кратковременной остановкой (иду – стою). Соответственно точность геодезических измерений составляет (5÷10 мм)+2·10^-6·D и (10÷30 мм)+2·10^-6·D, где D – длина базовой линии в мм.

Рис. 72. Основные блоки спутниковой геодезической системы:

1 –спутниковый приемник (антенна); 2 – контроллер; 3 – базовый приемник

б

в

а

Рис. 73. Варианты установки антенны: а – на штативе с трегером, б – на переносной рейке, в – на стойке быстрого развертывания с рейкой

12. Топографические съемки

Съемка – совокупность измерительных действий на местности и вычислительных и графических работ в камеральных (аудиторных) условиях, выполняемых с целью составления плана или карты местности.

Съемки классифицируются по различным признакам:

1. По характеру снимаемых объектов: контурная или горизонтальная – в результате съемки местности на плане или карте получают положение контуров и предметов в горизонтальной плоскости, то есть ситуации; высотная – в результате съемки местности на плане или карте получают изображение только рельефа; контурно-высотная (топографическая) – на плане или карте получают изображение и ситуации, и рельефа.

2. По применяемым инструментам:

· теодолитная

· космическая

· тахеометрическая

· мензульная

· нивелирная

· фототопографическая

· глазомерная

· буссольная и т.д.

Все работы по съемке местности делятся на 2 стадии: полевые и камеральные. Полевые работы заключаются в непосредственном измерении определяемых величин в поле. Камеральные работы делятся на вычислительные и графические.

12.1. Теодолитная съемка

Целью теодолитной съемки является получение контурного плана местности, то есть ситуации. Съемочным обоснованием для нее служат полигоны (или теодолитные ходы) замкнутой или разомкнутой формы. Длина стороны полигона колеблется от 50 до 400 метров. В исключительных случаях допускается длина 800 метров. При большой величине участка внутри замкнутого полигона прокладывают диагональный ход, который служит одновременно и контролем правильности прокладывания основного хода.

Длины сторон измеряют с точностью не менее 1:1500 – 1:2000. Точность измерения углов должна быть не ниже 1'. Основные инструменты: теодолит, лента (дальномер), рулетка, эклиметр, эккер.

12.1.1. Полевые работы

при теодолитной съемке заключаются в следующем:

1.Рекогносцировка (разведка) местности. Цель – ознакомиться с участком, оптимально выбрать и закрепить точки теодолитного хода, отыскать точки геодезической сети (или сети сгущения) с целью привязки.

2.Привязка теодолитного хода к опорной геодезической сети.

3.Угловые измерения (журнал).

4.Линейные измерения (журнал).

5.Съемка ситуации различными способами: перпендикуляров, полярных координат, линейных засечек, угловых засечек, створный и способ обмера.

Способ перпендикуляров (прямоугольных координат) заключается в следующем. На стороне теодолитного хода (на рисунке 1 – 7) измеряют при помощи рулетки расстояние до осевой точки перпендикуляра. Затем строят в ней прямой угол и на полученном направлении измеряют расстояние до снимаемой точки. Длина перпендикуляров не должна превышать 4 м, 6 м, 8 м соответственно для съемок в масштабах 1:500, 1:1000, 1:2000, в этом случае их строят на глаз. При большей длине перпендикуляра прямой угол строят при помощи экера или теодолита.

При съемке способом полярных координат (на рисунке от стороны 1 – 2) из точки теодолитного хода (2) измеряют горизонтальный угол теодолитом до направления на снимаемую точку и расстояние до нее. Измеряемые длины не должны превышать 40, 60 и 100 метров для тех же масштабов.

Способ линейных засечек заключается в измерении расстояний от точек теодолитного хода до снимаемой точки (сторона 6 – 7). Измеряемые длины не должны превышать длины мерного прибора.

Измерив два горизонтальных угла от стороны теодолитного хода до направления на точку местности, снимают точку способом угловых засечек (сторона 2 – 3 на рисунке 74). Значения измеряемых углов не должны быть менее 30° и более 150°.

В случае, когда точка местности находится на стороне теодолитного хода или на ее продолжении, ее снимают створным способом: измеряют расстояние от ближайших точек теодолитного хода (от точки 3 на рисунке 74).

Сняв две точки контура одним из вышеперечисленных способов, остальные его точки можно снять способом обмера: измерять расстояния между частями контура (если он прямоугольной формы) от одной исходной точки до другой.

Все измеренные значения углов и расстояний заносят на абрис съемки. Абрис – это схематический чертеж, который составляют на глаз, не в масштабе. Он должен содержать полные сведения о снимаемой местности, числовые результаты съемки и пояснения: названия контуров, улиц, характер дорожных покрытий. Существуют два варианта ведения абриса – общий или постраничный, на каждую сторону полигона. Абрис является документом, который получают в результате полевых работ (рис. 74).

12.1.2. Камеральные работы при теодолитной съемке

1. Вычерчивание плана теодолитной съемки. Снятые контуры наносят с абриса съемки теми же способами, которыми производилась съемка при помощи геодезического транспортира, поперечного масштаба и циркуля – измерителя.

2. Оформление плана в соответствии с условными знаками.

29,8 2

переулок

8,2 1,9 41°11' 3 7,8 Громова

1 4,3 10 28,7

48°12'

1,5

деревянный 35°11' 5,3

1,5 2,8 пристрой люк смотрового колодца

1,5

травяное покрытие 4

столб

ЛЭП

7 грунтовая дорога

Рис. 74. Абрис теодолитной съемки

12.2. Тахеометрическая съемка

«Тахеометрия» в переводе с греческого означает «быстрое измерение». Цель ее – получение топографического плана местности (ситуация + рельеф). Основой ее являются теодолитно-нивелирные ходы: координаты вершин получают как в обычном теодолитном ходе, а отметки Н определяют путем геометрического нивелирования.

Так же как и любая съемка тахеометрическая содержит полевые и камеральные работы.

Отличительные особенности съемки:

1) Съемка контуров и рельефа с пунктов съемочного обоснования выполняется полярным способом. При этом горизонтальные углы измеряют при одном (основном) положении вертикального круга, а расстояния по нитяному дальномеру.

2) Превышения и высоты съемочных точек определяют методом тригонометрического нивелирования, то есть измеряют угол наклона и расстояние до точки.

12.2.1. Полевые работы

1.Рекогносцировка: закрепление точек съемочного обоснования.

2.Прокладка теодолитно-нивелирного хода: те же работы, что и выше.

3.Съемка ситуации и рельефа:

а) Приведение теодолита (тахеометра) в рабочее положение: центрирование и горизонтирование.

б) Определение МО, измерение высоты инструмента i.

в) Ориентирование 0° лимба горизонтального круга вдоль одной из сторон хода, откладывание i на рейке.

г) Собственно съемка: измерение горизонтальных углов β, углов наклона ν, расстояний читанных по рейке (от теодолита до точки) D с занесением на абрис съемки.

Документы, получаемые в результате полевых работ: журналы тахеометрической съемки, абрисы съемки. Абрисы составляют в масштабе съемки в виде круговых диаграмм или в горизонталях. Снятые точки сразу наносят полярным способом на абрис без использования линейки и транспортира, поскольку окружности на круговых диаграммах проводят обычно через 1 см и разбивают заранее через каждые 20°. Абрис является полевым контролем определения планового положения съемочных точек и контролем нанесения их на план при составлении плана съемки.

При тахеометрической съемке применяют координатные теодолиты-тахеометры: номограммные и электронные (рис. 75). Эти инструменты предназначены для непосредственного измерения в полевых условиях, превышений, горизонтальных проложений и приращений прямоугольных координат. Электронные тахеометры разделяются на полярные: β, d, h (Н - высота) определяются и высвечиваются на табло; ортогональные: измеряются и вычисляются ∆х, ∆у, h, Χ, Υ, Η. Формулы, на основе которых составлена программа мини – ЭВМ следующие: d = D·cosν; h = d·sinν; ∆х = d·cosν; ∆у = d·sinν, где d – горизонтальное проложение, ν – угол наклона линии местности.

12.2.2 Камеральные работы

1.Контроль полевых документов.

2.Вычисление Х, У, Н точек съемочного обоснования.

3.Обработка журнала тахеометрической съемки: вычисление ν, d, h, Η по тахеометрическим таблицам или по формулам. Пояснением формул служит рисунок 77.

рейка

V

визирный луч h_табл.

В

L

теодолит Гориз. плоскость h

i

i

d

А

Рис. 77. Схема измерения реечной точки на станции

тахеометрической съемки

V + h = h_{из табл.} + i; h = h_{из табл.}+ i – V; h_{из табл} = d·tgν; h = d·tgν + i – V, где i – высота инструмента, V – высота наведения, h – превышение, h_{из табл} – табличное превышение. Н = Н_ст.+h, Н_ст. – отметка станции, точки стояния теодолита, Н – отметка реечной точки.

5. Нанесение съемочных точек с помощью транспортира и линейки или тахеографа (совмещает в себе оба инструмента) способом полярных координат.

6. Вычерчивание ситуации и рельефа.

7. Оформление плана в соответствии с условными знаками.

При работе с электронным тахеометром камеральные работы заключаются в передаче данных в компьютер при помощи кабеля USB, съемной карты памяти или Bluetooth, а затем обработки полученной информации. Вычисление координат и высот реечных точек и построение топографического плана получают, как программные продукты обработки материалов измерений. Используют компьютерные программы CREDO, AutoCAD и др.

12.3. Электронные тахеометры

При тахеометрической съемке применяют электронные тахеометры. Эти инструменты предназначены для непосредственного измерения в полевых условиях, превышений, горизонтальных проложений и приращений прямоугольных координат. Электронные тахеометры разделяются на полярные: β, d, h (Н - высота) определяются и высвечиваются на табло; ортогональные: измеряются и вычисляются ∆х, ∆у, h, Χ, Υ, Η. Формулы, на основе которых составлена программа мини-ЭВМ следующие: d = D·cosν; h = d·sinν; ∆х = d·cosν; ∆у = d·sinν, где d – горизонтальное проложение, ν – угол наклона линии местности.

Электронный тахеометр SET530R используется при топографических съемках, в инженерной геодезии, при сгущении сетей, в полигонометрии, а также для тригонометрического нивелирования. При этом все данные характеристик построения сетей увеличиваются в 1,3 раза (в соответствии с СП 11-104-97). Он состоит из трех основных блоков (рис. 75): цифровой теодолит 1 (для измерения угловых величин), светодальномер 2 (для измерения расстояний) и микро-ЭВМ 3 (для решения различных геодезических задач на основе исходных данных и результатов угловых и линейных измерений). С помощью тахеометра можно определить: зенитные расстояния Z, горизонтальные или дирекционные углы β (А), наклонные расстояния Д, превышения или высоты точек визирования h (Н), горизонтальные проложения Д₀, приращения координат точек визирования ΔХ, ΔУ. Решение задач на микро-ЭВМ производится по следующим программам: полная – последовательное (раздельное) измерение Z, β, Д и вычисление Д₀, Н, ΔХ, ΔУ; полуавтоматическая – последовательное (раздельное) измерение Z, ‚β, Д и автоматическое вычисление Д₀; сокращенная – автоматическое измерение β, Z и определение Д₀; слежения – измерение Д, β, ‚Z, Д₀, Н, ΔХ, ΔУ по перемещаемому отражателю. Вся оперативная и содержащаяся в памяти микро-ЭВМ информация индицируется на цифровом табло и может быть выдана в регистратор информации.

Микро-ЭВМ снабжена программами для вычисления и выдачи на табло следующих величин:

Д₀=Д sіnZ; h=Д·соsZ; ΔХ =Д₀·соsА; ΔУ=Д₀·sіnА.

Рис. 75. Схема SET530R

Основные технические данные SET530R:

Точность измерения: горизонтальных углов 5", зенитных расстояний 5", наклонных расстояний, мм, 2+2ppm∙Д. Вертикальный угол: от зенита 0º...360º, от горизонта 0º… 90º (выбирается) Диапазон измерения расстояний: наклонных, м (1,3-5000 – с отражателем; 1,3-100 – без отражателя). Время измерения отсчета, сек, не более: горизонтальных углов, зенитных расстояний, наклонных расстояний 0,5. Масса тахеометра, 5,4 кг. Габариты тахеометра, мм 65(ш)×171(д)×341(в). В комплект тахеометра отражающая пленка, компактная призма, стандартная призма, минипризма, источник питания с зарядным устройством, штативы, вехи, соединительный кабель, запасные части. Тип отсчетного устройства горизонтального и вертикального круга: абсолютный датчик угла поворота кодового диска. Имеет автоматический компенсатор, тип: жидкостной 2-х осевой датчик наклона. Для измерения углов в тахеометре применен растровый датчик накопительного типа. В качестве датчика угла применен фотоэлектрический преобразователь угол-код. В дальномерном канале использован импульсный метод измерения расстояний с преобразованием временного интервала (см. работу со светодальномером). Приемопередающая система светодальномера совмещена с оптической визирной системой в общем корпусе зрительной трубы. Зрительная труба переводится через зенит только окулярным кольцом. На рис.76 показан общий вид тахеометра SET530R со стороны окуляра (в) и объектива (б) зрительной трубы. В таблице 6 приведены названия составных частей тахеометра. При работе с тахеометром SET530R используют клавиши управления, расположенные на рабочей панели 5. Весь процесс работы можно представить в следующей последовательности.

1. Выбор файла для хранения результатов измерений.

2. Вход в режим измерений с сохранением данных.

3. Ввод данных о точке стояния.

4. Измерение на точку ориентирования.

5. Измерение на последующую точку съемочного обоснования.

6. Собственно съемка.

7. Переход на следующую станцию и повторение действий с п.2 по п.6.

8. Передача данных в компьютер.

На рисунке 76 а) представлена рабочая панель тахеометра (клавиатура): 15 клавиш (программные клавиши, служебные клавиши, клавиша включения питания, клавиша подсветки):

· [ОN] – клавиша включения питания;

· [☼] – клавиша включения и выключения подсветки (у серии 30R при длительном нажатии включает лазерный указатель направления);

· [SFT] – переключение регистра между прописными и строчными буквами (у серии 30R также служит для переключения режима работы дальномера «призма»/»пленка»/«без отражателя»);

· [ЕSС] – отмена ввода данных, переход на ступень выше по дереву меню;

· [FUNC] – переход на следующую страницу программных клавиш (пролистывание букв и цифр при вводе данных);

· [ВS] – удаление введенных символов;

· [▲], [▼] – перемещение курсора вверх и вниз;

· [►], [◄] – перемещение курсора вправо и влево, выбор другой опции;

· [↵] – клавиша, аналогичная клавише [ENTER] – [ВВОД] компьютерной клавиатуры. Далее в тексте клавиша будет обозначаться как [ВВОД];

· [F1], [F2], [F3], [F4] – программные клавиши. Служат для выбора соответствующих им значений. Значения программных клавиш выводятся в нижней строке экрана.

а)

б)

в)

Рис. 76. Электронный тахеометр SET530R:

а) рабочая панель, б) вид со стороны объектива, в) вид со стороны окуляра

Таблица 6 – основные части тахеометра SET530R

№ п/п	Название	№ п/п	Название
	Ручка		Крышка сетки нитей оптического отвеса
	Винт фиксации ручки		Окуляр оптического отвеса
	Метка высоты инструмента		Горизонтальный закрепительный винт
	Батарея		Горизонтальный винт точной наводки
	Рабочая панель		Разъем ввода/вывода данных
	Защелка трегера		Разъем для внешнего источника питания
	Основание трегера		Цилиндрический уровень
	Подъемный винт		Юстировочные винты цилиндрического уровня
	Юстировочные винты круглого уровня		Вертикальный закрепительный винт
	Круглый уровень		Вертикальный винт точной наводки
	Дисплей		Окуляр зрительной трубы
	Объектив (с функцией лазерного указателя)		Фокусирующее кольцо зрительной трубы
	Паз для установки буссоли		Индикатор лазерного излучения
	Приемный датчик для беспроводной клавиатуры		Видоискатель
	Фокусирующее кольцо оптического отвеса		Метка центра инструмента

12.4. Нивелирование поверхности по квадратам

Одним из видов наземных топографических съемок является нивелирование поверхности. Нивелирование поверхности по квадратам – один из наиболее распространенных способов этого вида съемки.

Перед нивелированием разбивают на местности сетку квадратов со сторонами от 10 до 200 м в зависимости от масштаба, рельефа и назначения съемки.

Каждая вершина закрепляется колышком, забиваемым вровень с землей. Рядом забивают сторожок с номером вершины 1а, 2в и т. Д. Разбивка производится теодолитом и дальномером (лентой). При малых сторонах квадратов сначала разбивают внешний контур участка, а затем внутренние вершины квадратов. Если стороны квадратов большие, разбивают две взаимно перпендикулярные линии в центре участка. От этих линий разбивают вершины остальных квадратов путем построения прямых углов и откладывания расстояний по полученным направлениям. Пункты геодезической опорной сети, имеющиеся на участке, включаются в сеть квадратов. Кроме вершин квадратов на местности закрепляются плюсовые точки, расположенные в характерных точках рельефа и на перегибах скатов, находящихся внутри квадратов и на их сторонах. Положение точек определяется от ближайших сторон или вершин квадратов.