Лекция 2.  основные сведения из геодезии.

Лекция 1. Введение.

Геодезия – одна из древнейших наук. Слово «геодезия» образовано из двух слов – «земля» и «разделяю», а сама наука возникла как результат практической деятельности человека по установлению границ земельных участков, строительству оросительных каналов, осушению земель. Современная геодезия – многогранная наука, решающая сложные научные и практические задачи. Это наука об определении формы и размеров Земли, об измерениях на земной поверхности для отображения ее на планах и картах, а также для создания различных инженерных сооружений.

Задачи геодезии решаются на основе измерений, выполняемых геодезическими инструментами и приборами. В геодезии используют положения математики, физики, астрономии, картографии, географии и других научных дисциплин. Геодезия подразделяется на высшую геодезию, геодезию, космическую и спутниковую геодезию, радиогеодезию, картографию и топографию, фотограмметрию и инженерную (прикладную) геодезию. Каждый из этих разделов имеет свой предмет изучения, свои задачи и методы их решения, т.е. является самостоятельной научно-технической дисциплиной.

Высшая геодезия изучает фигуру и размеры Земли, ее внешнего гравитационного поля (значения и направления силы тяжести в окружающем Землю пространстве и на ее поверхности), взаимного положения на ней точек, значительно удаленных друг от друга, и их точного изображения на плоскости в проекции, учитывающей возникающие при этом искажения.

Геодезия занимается изучением в геометрическом отношении формы и размеров отдельных участков земной поверхности для изображения их на картах, планах и профилях.

Радиогеодезия занимается измерением расстояний на Земле с помощью радио- и светодальномеров.

 

 

Космическая геодезия изучает методы определения взаимного положения точек на Земле, размеров и ее вида, параметров ее гравитационного поля на основе наблюдений солнечных и покрытий звезд Луной, фотографирования Луны на фоне звезд, баллонов с источником света, поднимаемых на высоту 20 – 30 км, и искусственных спутников Земли (ИСЗ), а также расстояний до ИСЗ.

Спутниковая геодезия рассматривает теорию и методы решения научных и практических задач геодезии по результатам наблюдений ИСЗ и других космических объектов.

Картография и топография рассматривают способы изучения земной поверхности, разрабатывают методы и процессы создания и использования различных карт и планов, всесторонне изучают их.

Фотограмметрия решает задачи измерений по аэрофото- и космическим снимкам для различных целей, например для получения карт и планов, обмеров зданий и сооружений и т.п.

Инженерная геодезия изучает методы геодезического обеспечения, применяемые при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных зданий и сооружений, монтаже технологического оборудования, а также при изучении, освоении и охране природных

ресурсов. Несмотря на многообразие инженерных сооружений, при их проектировании и возведении решаются следующие общие задачи: получение геодезических данных при разработке проектов строительства сооружений (инженерно-геодезические изыскания); определение на местности основных осей и границ сооружений в соответствии с проектом строительства (разбивочные работы); обеспечение в процессе строительства геометрических форм и размеров элементов сооружения в соответствии с его проектом, геометрических условий установки и наладки технологического оборудования; определение отклонений геометрической формы и размеров

 

 

возведенного сооружения от проектных (исполнительные съемки); изучение деформаций (смещений) земной поверхности под сооружением, самого сооружения или его частей под воздействием природных факторов и в результате действия человека.

Для решения каждой из указанных задач применительно к разным видам сооружений существуют свои методы, средства и требования к точности их выполнения. Конструкции здания устанавливают на предусмотренные проектом места с погрешностью 5 – 10 мм, детали  заводского конвейера – 1 – 2 мм, а оборудование физических лабораторий (ускорителей ядерных частиц) – 0,2 – 0,5 мм. Инженерная геодезия тесно связана с другими геодезическими дисциплинами и использует методы измерений и приборы, предназначенные для общегеодезических целей. В то же время для геодезического обеспечения строительно-монтажных работ, наблюдений за деформациями сооружений и других подобных работ применяют свои приемы и методы измерений, используют специальную измерительную технику, лазерные приборы и автоматизированные системы. В геодезии широко используют достижения физики и математики, астрономии, радиоэлектроники, механики, геоморфологии и др.; при вычерчивании планов и профилей –

топографическое черчение, а при обработке и оценке результатов измерений – математические методы и средства вычислительной техники.

 Роль геодезии в народном хозяйстве и обороне страны. На протяжении сотен лет русская геодезическая наука развивалась самобытным путем и имела огромное научное и практическое значение в самых различных сферах народного хозяйства. Особенно значительна роль геодезии при картографировании страны, изучении ее географии и геологии, при изыскании, проектировании, постройке и эксплуатации железных дорог и других сооружений. С ростом и развитием индустриализации всех видов строительства роль геодезических работ повышается. Исключительно важное

 

значение геодезия имеет в деле обороны страны. Карты используют при разработке стратегических планов и проведении военных операций.

 

Полярная система координат

В противоположность географической системе координат, охватывающих всю Землю, полярная система координат применяется при составлении карт и планов небольших участков.

Положение точки в полярной системе координат определяется относительно некоторой точки, именуемой полюсом О, и полярной оси Ох. Точка N соединяется с полюсом О радиусом – вектором ρ, угол между которым и полярной осью Ох называется углом положения θ.

Рисунок

Радиус – вектор ρ И угол положения θ являются полярными координатами точки N. Этих двух величин вполне достаточно для определения положения данной точки. Радиусы – векторы измеряются в метрах, а углы положения, отсчитываются по ходу часовой стрелки, в градусах от 0 º до 360 º.

Зональная система координат

Из приведенного ниже краткого описания геодезических систем координат видно, что координаты географической систем измеряются в градусах, прямоугольной системы – в метрах, а полярной системы – в градусах и в метрах.

Для установления связи между ними применяется четвертая система координат – зональная.

В зональной системе координат поверхность земного шара (сфероида) разбивается на зоны (обычно их 60). Каждая зона ограничена меридианами с разностью долгот 6 º и шириной по экватору 670 км. Разбивка зон начинается от Гринвического меридиана с 1-й по 60-ю на восток.

Для практического использования любую зону проектируют на боковую поверхность цилиндра, а затем развертывают в плоскости.

Изображение боковой поверхности цилиндра на плоскости показано на рис. Возникающие искажения линий при этом незначительны, и в геодезии их считают допустимыми

Рисунок

В каждой развернутой на плоскости зоне осевой меридиан и экватор взаимно перпендикулярны, поэтому их принимают за оси плоской прямоугольной системы координат данной зоны. Знаки координат абсциссы Х и ордината у Будут иметь такие же знаки как и в прямоугольной системе: абсциссы к северу от экватора положительные, к югу – отрицательные; ординаты на восток от осевого меридиана положительные, на запад – отрицательные.

 

 

Положение любой точки в зональной системе координат определяются: ордината У – длиной перпендикуляра, опущенного из этой точки на осевой меридиан зоны, в которой она расположена; абсциссах – расстоянием до экватора по левому меридиану до основания перпендикуляра МК.

Каждая зона имеет свою систему координат, но так как оси и начало координат каждой зоны имеют свое определенное географическое положение, это позволяет легко установить связь данной системы как с географической системой координат, так и между системами прямоугольных координат отдельных зон (для однозначного определения положения точки на земной поверхности перед каждой ординатой ставится номер зоны).

Для обеспечения требования наглядности топографических материалов и понимания содержания планов и карт разработана специальная система графического обозначения предметов местности, которая называется условными знаками. Условные знакиподразделяют на площадные, линейные, внемасштабные, пояснительные и специальные.

П л о щ а д н ы е (контурные или масштабные) знаки применяют для заполнения контуров природных и сельскохозяйственных угодий, длина и ширина которых выражается в масштабе карты. Границы контуров показывают точечным пунктиром, внутри которых изображается условный знак, напоминающий предмет на данной площади. Например, лес изображается кружками, пески – точками и т. д.

Л и н е й н ы м и условными знаками показывают объекты линейного характера (дороги, реки, ЛЭП и др.), длина которых выражается, а ширина не выражается в масштабе карты. У линейных знаков приводятся различные числительные характеристики, дополняющие сведения о предмете. Например, на шоссе показаны ширина проезжей части и общая ширина дороги.

В н е м а с ш т а б н ы е условные знаки служат для изображения объектов, размеры которых не выражаются в масштабе карты (мосты, колодцы, километровые столбы и т. д.).

П о я с н и т е л ь н ы е условные знаки представляют собой подписи, дающие характеристики и названия объектов, например длину и ширину мостов, породу лесных насаждений и др. Эти знаки проставляют на основных площадных, линейных и внемасштабных условных знаках.

С п е ц и а л ь н ы е условные знаки применяют соответствующие ведомства при составлении специальных карт и планов этой отрасли, например трубопроводы коммуникаций (теплотрасса, водопровод и т. д.).

Кроме условных знаков для большей наглядности изображения различных элементов топографических карт используют цвет:

- для рек, озер, каналов, заболоченных участков – синий;

- для лесов и садов – зеленый;

- шоссейных дорог – красный;

- железные дороги и остальная ситуация – черный;

- коричневым цветом показываются горизонтали, характеризующие рельеф местности.

Помимо цветов используются также тип шрифта, толщина букв, их высота и наклон при обозначении. Условные знаки для разных масштабов сведены в специальные сборники, издаваемые службами геодезии и картографии. Они обязательны для всех ведомств и организаций, занимающихся составлением планов, карт, топографической съемкой местности.

Знание условных знаков необходимо для того, чтобы понимать содержание топографических материалов, уметь их “читать” и для получения нужных сведений. Для лучшего ознакомления с условными знаками на учебных топографических картах приведены основные их образцы.

Измерение расстояний

Самая простая геодезическая задача — это измерение длины линии. Ленты и рулетки, длинномеры и геометрического типа дальномеры — это приборы, с помощью которых измеряют короткие линии со сравнительно невысокой точностью. А вот если речь идёт об измерениях высокоточных или базисных, а также о значительных расстояниях, понадобится уже дальномер — световой, электромагнитный, радиоволновый или лазерный. Особенно распространены такие приборы в космической и морской геодезии.

Измерение превышений

Для измерения высот и их разницы используются нивелиры и профилографы. Нивелиры используют вместе со специальными нивелирными рейками. Существуют оптические, цифровые и лазерные нивелиры. Причём последние нельзя путать с просто лазерными уровнями, которые отличаются не коструктивно, а по обеспечению точности.

Измерение углов

Измерение углов очень долго обеспечивалось с помощью довольно простых инструментов

Давно не секрет — прогресс не стоит на месте. Время, когда измеряли все эти величины по отдельности, да еще и «дедовскими» приборами, ушло безвозвратно в прошлое. В рамках этой статьи не будем рассматривать буссоли, кипрегели и стальные рулетки- только актуальное геодезическое оборудование.

-Тахеометр.

Понятное дело, измерять углы, длины и высоты разными приборами — не слишком удобно и довольно долго к тому же. Поэтому для тех случаев, когда нужно проводить несколько типов измерений, существуют приборы комбинированные, такие как тахеометр. Это наиболее современный электронно-оптический прибор, который позволяет измерять любые длины, разницы высот и горизонтальные углы.

 

 

В большинстве случаев этого прибора достаточно для фиксации всех необходимых измерений на объекте, при условии, что точность прибора соответствует виду работ. Именно

GPS приемников) составляет 0,5-2 сантиметра относительно ближайшего пункта Государственной Геодезической Сети (ГГС). В то время подобные приборы в большинстве своем Вы можете видеть на стройплощадках и вдоль дорог нашей страны.

-Нивелир

Во многих случаях нет необходимости в более громоздких и намного более дорогих и сложных в использовании тахеометрах. В строительстве зданий, дорог и других сооружений после планового определения местоположения объекта нужно лишь контролировать высоту, уровень и вертикальность поверхностей. С этими функциями легко справляется нивелир. Его основная задача — измерять превышения между объектами. Бывают нивелиры электронные, оптические, лазерные, с автоустановкой и проч. Во многих случаях нивелиры использовать удобнее и целесообразнее -например, при наблюдении за осадками зданий и сооружений используются высокоточные нивелиры с автоустановкой, нежели тахеометры- опять же из-за дороговизны последних. Больше информации об этом приборе можно узнать, пройдя по ссылке.

-GPS оборудование

GPS модули или приемники сопутствуют нам в повседневной жизни в наших телефонах, навигаторах, планшетах и т.д. Они призваны помочь нам сориентироваться на местности и не потеряться в городских джунглях. Однако они имеют мало общего с геодезическим GPS оборудованием.

Геодезистам эти приборы тоже нужны, чтобы сориентироваться на местности, однако точность определения положения тарелки (обычно такой формы придерживаются производители, как обычные навигаторы дают ошибку местоположения около 10-20 метров, что в работе геодезиста недопустимо.

В общем если увидите «скучающего» геодезиста возле «тарелки» знайте- он определяет местоположение точки, над которой стоит приемник. Для обеспечения высокой точности приемнику нужно «набрать» сигналы спутников- поэтому геодезисту и приходится гулять вокруг определенное время.

-Штатив

Очень простой инструмент геодезиста. Многие сталкивались с ним при съемках фотографий или фильмов в хорошем

 

качестве. От фотоштативов геодезические отличаются в основном простотой конструкции и неприхотливостью в использовании. Основная задача геодезического штатива- неподвижно зафиксировать прибор, который на него ставится над определенной точкой/пунктом на земле. На штатив сначала ставится трегер- специальное устройство для центрования над точкой и горизонтирования прибора. Потом уже ставится прибор-тахеометр, нивелир и т.д. Различают деревянные, металлические и штативы из композитных материалов.

-Вешка

Тоже достаточно простой геодезический инструмент. Выглядит как круглая палка высотой около 1.8м. Однако многие вешки раздвигаются и могут иметь высоту до 6 метров. Наверху находится отражатель. Он может быть разной формы и конструкции. Главная его задача- отражать сигнал, посланный дальномером. Его особенностью является то, что луч/сигнал, приходящий с прибора-измерителя отражается точно обратно.

В конечном итоге-туда где находится геодезическая вешка происходит измерение.

-Лазерная рулетка

Появилась относительно недавно в геодезических бригадах, так как раньше была довольно дорога. Было проще измерять расстояния стальными рулетками длиной до 50м. Но приходилось это делать вдвоем, да и провис ленты мог доставить некоторую ошибку в измерения. Расстояния более 50 метров тоже являлись источниками ошибок. Сейчас лазерные рулетки используются повсеместно кадастровыми инженерами и геодезистами. Единственный существенный минус многих моделей без оптического визираплохая видимость лазерной точки на ярко освещенных поверхностях.

-Трубо-кабелеискатель

Прибор, сопутствующий инженерно-геодезическим изысканиям для нанесения подземных коммуникаций на план. Часто в комплект входит генератор, который устанавливается на коммуникацию в ее видимой части. Он генерирует вибрации, которые фиксирует приемник. После обнаружения поворотных точек коммуникации- их наносят на геоподоснову. Кабелеискатель также может измерить глубину залегания коммуникации с точностью до 0.05м.

 

 

Лекция 1. Введение.

Геодезия – одна из древнейших наук. Слово «геодезия» образовано из двух слов – «земля» и «разделяю», а сама наука возникла как результат практической деятельности человека по установлению границ земельных участков, строительству оросительных каналов, осушению земель. Современная геодезия – многогранная наука, решающая сложные научные и практические задачи. Это наука об определении формы и размеров Земли, об измерениях на земной поверхности для отображения ее на планах и картах, а также для создания различных инженерных сооружений.

Задачи геодезии решаются на основе измерений, выполняемых геодезическими инструментами и приборами. В геодезии используют положения математики, физики, астрономии, картографии, географии и других научных дисциплин. Геодезия подразделяется на высшую геодезию, геодезию, космическую и спутниковую геодезию, радиогеодезию, картографию и топографию, фотограмметрию и инженерную (прикладную) геодезию. Каждый из этих разделов имеет свой предмет изучения, свои задачи и методы их решения, т.е. является самостоятельной научно-технической дисциплиной.

Высшая геодезия изучает фигуру и размеры Земли, ее внешнего гравитационного поля (значения и направления силы тяжести в окружающем Землю пространстве и на ее поверхности), взаимного положения на ней точек, значительно удаленных друг от друга, и их точного изображения на плоскости в проекции, учитывающей возникающие при этом искажения.

Геодезия занимается изучением в геометрическом отношении формы и размеров отдельных участков земной поверхности для изображения их на картах, планах и профилях.

Радиогеодезия занимается измерением расстояний на Земле с помощью радио- и светодальномеров.

 

 

Космическая геодезия изучает методы определения взаимного положения точек на Земле, размеров и ее вида, параметров ее гравитационного поля на основе наблюдений солнечных и покрытий звезд Луной, фотографирования Луны на фоне звезд, баллонов с источником света, поднимаемых на высоту 20 – 30 км, и искусственных спутников Земли (ИСЗ), а также расстояний до ИСЗ.

Спутниковая геодезия рассматривает теорию и методы решения научных и практических задач геодезии по результатам наблюдений ИСЗ и других космических объектов.

Картография и топография рассматривают способы изучения земной поверхности, разрабатывают методы и процессы создания и использования различных карт и планов, всесторонне изучают их.

Фотограмметрия решает задачи измерений по аэрофото- и космическим снимкам для различных целей, например для получения карт и планов, обмеров зданий и сооружений и т.п.

Инженерная геодезия изучает методы геодезического обеспечения, применяемые при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных зданий и сооружений, монтаже технологического оборудования, а также при изучении, освоении и охране природных

ресурсов. Несмотря на многообразие инженерных сооружений, при их проектировании и возведении решаются следующие общие задачи: получение геодезических данных при разработке проектов строительства сооружений (инженерно-геодезические изыскания); определение на местности основных осей и границ сооружений в соответствии с проектом строительства (разбивочные работы); обеспечение в процессе строительства геометрических форм и размеров элементов сооружения в соответствии с его проектом, геометрических условий установки и наладки технологического оборудования; определение отклонений геометрической формы и размеров

 

 

возведенного сооружения от проектных (исполнительные съемки); изучение деформаций (смещений) земной поверхности под сооружением, самого сооружения или его частей под воздействием природных факторов и в результате действия человека.

Для решения каждой из указанных задач применительно к разным видам сооружений существуют свои методы, средства и требования к точности их выполнения. Конструкции здания устанавливают на предусмотренные проектом места с погрешностью 5 – 10 мм, детали  заводского конвейера – 1 – 2 мм, а оборудование физических лабораторий (ускорителей ядерных частиц) – 0,2 – 0,5 мм. Инженерная геодезия тесно связана с другими геодезическими дисциплинами и использует методы измерений и приборы, предназначенные для общегеодезических целей. В то же время для геодезического обеспечения строительно-монтажных работ, наблюдений за деформациями сооружений и других подобных работ применяют свои приемы и методы измерений, используют специальную измерительную технику, лазерные приборы и автоматизированные системы. В геодезии широко используют достижения физики и математики, астрономии, радиоэлектроники, механики, геоморфологии и др.; при вычерчивании планов и профилей –

топографическое черчение, а при обработке и оценке результатов измерений – математические методы и средства вычислительной техники.

 Роль геодезии в народном хозяйстве и обороне страны. На протяжении сотен лет русская геодезическая наука развивалась самобытным путем и имела огромное научное и практическое значение в самых различных сферах народного хозяйства. Особенно значительна роль геодезии при картографировании страны, изучении ее географии и геологии, при изыскании, проектировании, постройке и эксплуатации железных дорог и других сооружений. С ростом и развитием индустриализации всех видов строительства роль геодезических работ повышается. Исключительно важное

 

значение геодезия имеет в деле обороны страны. Карты используют при разработке стратегических планов и проведении военных операций.

 

Лекция 2.  Основные сведения из геодезии.

Геодезия занимается изучением Земли в геометрическом отношении. Название произошло от греческих слов: гео — Земля и дазоман — делю, т. е. землеразделение. Отсюда видно, что геодезия очень близка к геометрии — науке о земле измерении. Обе эти науки зародились в глубокой древности. С развитием человеческого общества геометрия стала заниматься изучением пространственных форм, а практическая ее часть в приложении к вопросам измерения на Земле получила название геодезии. Современная геодезия является многогранной наукой, решающей сложные научные, научно-технические и инженерные задачи путем специальных измерений, выполняемых при помощи геодезических и других приборов, и последующей математической и графической обработки их результатов.

Геодезия тесно связана с картографией — наукой о составлении карт. Геодезические материалы служат основой для составления карт.

Задачей геодезии является изучение деталей земной поверхности. В результате изучения получают планы, карты и числовые характеристики, относящиеся к Земле в целом и отдельным участкам, линиям и точкам на ней.

В геодезии изучаются способы и инструменты, применяемые при измерении углов и линий, при вычислительной обработке ре­зультатов измерений и при составлении планов, карт, профилей(слайд 3)

Геодезические работы по содержанию и характеру подразделяются на две стадии: 1) полевые измерительные работы с применением современной геодезической техники; 2) вычислительная обра­ботка результатов измерений, графическое составление и оформле­ние планов и карт.

 

 

С развитием человеческого общества, с повышением уровня нау­ки и техники меняется и содержание геодезии. В процессе своего раз­вития геодезия разделилась на ряд самостоятельных научных и науч­но-технических дисциплин.

 

Исключительно большое значение планово-картографический материал имеет в сельском хозяйстве. Землеустроительные органы занимаются проблемой рационального использования земли. Ведется систематический учет всех категорий земель, составляются земле­устроительные проекты, где получают отражение границы колхозов и совхозов, бригад и отделений, полей севооборотов, населенные пункты, дороги, реки, леса и др.

Перед сельским хозяйством стоят задачи орошения, осушения земельных участков и проведение мероприятий по борьбе с эрозией почв. Все эти вопросы можно решать только с помощью картографо-геодезических материалов. Для решения многих вопросов агротехники нужны планы и карты с отображением почвы, рельефа, растительности, водоемов и др.

Методы изучения Земли в целом как планеты в значительной степени отличаются от методов изучения отдельных участков на земной поверхности. Земля в целом представляет сферическое тело. Сведения, относящиеся к изучению формы и размеров Земли в целом, а также больших территорий с учетом сферичности, составляют науку, называемую высшей геодезией.)

В высшей геодезии изучают вопросы построения опорных геодезических сетей с определением положения точек. Результаты ма­тематической обработки опорных геодезических сетей необходимы для инженерной геодезии и картографирования больших территорий. Точные геодезические измерения применяются для изучения движения земной коры, происходящего от внутренних сил Земли. Знание формы и размеров Земли необходимы для геофизики, астрономии и для изучения космического пространства.

 

Задачей космической геодезии является определение положения опорных точек при помощи искусственных спутников Земли с применением радиотехники.

Геодезия имеет связь с другими науками. Математика используется для теоретического обоснования и обработки результатов измерений, физика, механика — для создания приборов. География помогает понять некоторые закономерности в природе и правильно отобразить их на плане. Планы и карты должны быть ориентированы относительно стран света͵ в связи с этим геодезия пользуется астрономическими методами определения углов ориентирования линий местности.