Тема 1.5 Общие сведения о съемках местности

 

Съемкой называется комплекс измерений, выполняемых с целью составления плана, карты или профиля заданного участка местности. В зависимости от характера получаемых данных о местности выделяют: горизонтальную, вертикальную и топографическую съемки.

Горизонтальной (плановой) съемкой называют такую съемку, в результате которой получают контурный план участка местности. На таком плане положение элементов местности по высоте не отображается.

Вертикальная (высотная) съемка имеет целью определение положения точек местности по высоте относительно уровенной поверхности или относительно друг друга. Такой вид съемки называется нивелирной.

Топографическая съемка является сочетанием горизонтальной и вертикальной съемок. В результате этой съемки получают топографический план или карту, на которых положение точек земной поверхности одновременно отмечается как в плане, так и по высоте.

Задачей всякой съемки является определение взаимного положения объектов (ситуации) земной поверхности и рельефа, изображение их на планах, картах или в виде профилей на бумаге.

Комплекс работ, в результате выполнения которого получают карту или план местности, называют топографической съемкой. Рассмотрим один пример. Пусть нужно составить план некоторого участка местности (например, план небольшого дачного участка). Если требуется невысокая точность изображения деталей местности на плане, можно применить глазомерную съемку.

Наметим на местности точки-ориентиры (например, углы изгороди участка), определим их взаимное положение и нанесем в масштабе на бумагу - будущий план участка. Эти точки играют роль опорных, так как положение всех остальных точек (углы построек, грядки, отдельные деревья и кусты) мы будем определять относительно них или относительно линий, их соединяющих.

Инструментальная съемка выполняется с более высокой точностью, чем глазомерная, но принцип съемки остается тот же: на местности создается сеть опорных точек, взаимное положение которых в принятой системе координат определяют в первую очередь. Затем прибор для съемки устанавливают последовательно на каждую опорную точку и снимают ситуацию и рельеф в промежутках между ними, определяя положение точек местности относительно опорных точек и соединяющих их линий.

Точки, на которые устанавливают прибор для съемки, закрепляют на местности; их называют пунктами съемочного обоснования. Их координаты и отметки определяют из геодезических измерений, как правило, до начала съемки. По координатам эти пункты наносят на планшет, подготовленный к съемке (на планшете имеется только координатная сетка линий X=Const и Y=Const). Пункты геодезического съемочного обоснования образуют жесткий геометрический каркас плана, относительно которого определяется положение всех остальных точек плана.

По Инструкции средняя ошибка планового положения пунктов съемочного обоснования допускается 0.1 мм в масштабе плана. Этот допуск определяется точностью графических построений. Действительно, нет нужды определять координаты пунктов с большей точностью, так как они нужны только для того, чтобы нанести по ним на план пункты съемочного обоснования. Предельная ошибка планового положения пунктов съемочного обоснования допускается 0.2 мм в масштабе плана на застроенной территории и в открытой местности и 0.3 мм - в закрытой местности. При выполнении специальных съемок допуск на эту ошибку может быть уменьшен.

Средняя ошибка пунктов съемочного обоснования допускается 0.1*h, где h - высота сечения рельефа создаваемого плана.

В комплекс работ по съемке местности входят следующие основные процессы: развитие на заданном участке местности съемочной геодезической сети; съемка ситуации и рельефа; вычислительная обработка результатов измерений, целью которой является получение координат и высот точек съемочной сети с оценкой точности их определения; графические работы, в процессе которых результаты измерений на местности и результаты вычислений переводятся на бумагу в виде планов, карт, профилей и других графических документов.

Первые два из перечисленных процессов составляют полевые работы, т.е. выполняемые непосредственно в полевых условиях, на местности. Вычислительные и графические работы выполняются вне объекта схемки, в кабинетах и лабораториях и называются камеральными работами.

Полевые работы производят по принципу от общего к частному. Это означает, что на участке съемки вначале определяют положение ограниченного числа точек съемочной сети, а затем на основании этих точек выполняют съемку ситуации и рельефа. Все полевые и камеральные работы при съемке должны быть организованы так, что бы на каждом этапе работ был обеспечен надежный контроль предыдущих результатов.

В зависимости от применяемых методов и приборов различают несколько видов съемок.

1. Теодолитная съемка выполняется угломерным прибором – теодолитом и рулеткой с целью получения контурного плана местности. Следовательно, теодолитная съемка является горизонтальной.

2. Нивелирование (вертикальная съемка) осуществляется при помощи нивелира – прибора для определения превышений точек местности.

3. Тахеометрическая съемка  относится к топографическим. Она производится теодолитом и дальномерами. Топографический план участка местности с изображением ситуации и рельефа составляется по результатам полевых измерений полностью в камеральных условиях.

4. Мензульная топографическая съемка выполняется при помощи мензулы и кипрегеля – приборов, позволяющих непосредственно в полевых условиях составить топографический план.

5. Наземная фототопографическая съемка производится с помощью фототеодолита – фотокамеры, соединенной с теодолитом. Топографический план или карту получают в камеральных условиях путем специальных измерений наземных фотоснимков местности.

6. Воздушная фототопографическая съемка – это в настоящее время основной вид съемки для составления топографических карт. Местность фотографируется с самолета специальным аэрофотоаппаратом. Карты создают в камеральных условиях по результатам измерений аэрофотоснимков.

Упрощенные съемки пониженной точности применяют в отдельных случаях для получения в самый короткий срок планов небольших участков местности. Различают глазомерную съемку, буссольную и др.

Лекция 10-11

РАЗДЕЛ 2

2.1 Масштабы. Понятие о плане, карте и профиле местности

Масштабы

Масштабом называется степень уменьшения горизонтальных проложений линий местности при изображении их на плане, карте или аэроснимке. Различают численный и графические масштабы; к последним относятся линейный, поперечный и переходный масштабы.

Численный масштаб. Численный масштаб выражается в виде дроби, числитель которой равен единице, а в знаменателе стоит число, показывающее степень уменьшения горизонтальных проложений. На топографических картах численный масштаб подписывается внизу листа карты в виде 1:М, например, 1:10000. Если длина линии на карте равна s, то горизонтальное проложение S линии местности будет равно:

S = s * M. (2.1.1)

В нашей стране приняты следующие масштабы топографических карт: 1:1 000 000, 1:500 000, 1:200 000, 1:100 000, 1:50 000, 1:25 000, 1:10 000. Этот ряд масштабов называется стандартным. Раньше этот ряд включал масштабы 1:300 000, 1:5000 и 1:2000.

Линейный масштаб. Линейный масштаб - это графический масштаб; он строится в соответствии с численным масштабом карты в следующем порядке:

· проводится прямая линия и на ней несколько раз подряд откладывается отрезок a постоянной длины, называемый основанием масштаба (при длине основания a=2 см линейный масштаб называется нормальным); для масштаба 1:10 000 a соответствует 200 м,

· у конца первого отрезка ставится нуль,

· влево от нуля подписывают одно основание масштаба и делят его на 20 частей,

· вправо от нуля подписывают несколько оснований,

· параллельно основной прямой проводят еще одну прямую и между ними прочерчивают короткие штрихи (рис.2.1.1).

Рис.2.1.1

Линейный масштаб помещается внизу листа карты.

Чтобы измерить длину линии на карте, фиксируют ее раствором циркуля-измерителя, затем правую иглу ставят на целое основание так, чтобы левая игла находилась внутри первого основания. Считывают с масштаба два отсчета: N₁ - по правой игле и N₂ - по левой; длина линии равна сумме отсчетов

S = N₁ + N₂;

сложение отсчетов выполняют в уме.

Поперечный масштаб. Проведем прямую линию CD и отложим на ней несколько раз основание масштаба - отрезок a длиной 2 см (рис.2.1.2). В полученных точках восстановим перпендикуляры к линии CD; на крайних перпендикулярах отложим m раз вверх от линии CD отрезок постоянной длины и проведем линии, параллельные линии CD. Крайнее левое основание разделим на n равных частей. Соединим i-тую точку основания CA с (i-1)-й точкой линии BL; эти линии называются трансверсалями. Построенный таким образом масштаб называется поперечным.

Рис.2.1.2

Если основание масштаба равно 2 см, то масштаб называется нормальным; если m = n = 10, то масштаб называется сотенным.

Наименьшее деление поперечного масштаба равно отрезку F₁L₁; на такую длину отличаются два соседних параллельно расположенных отрезка при движении вверх по трансверсали и по вертикальной линии. Теория поперечного масштаба заключается в выводе формулы цены его наименьшего деления.

Рассмотрим два подобных треугольника AF₁ L₁ и AFL, из подобия которых следует:

(2.1.2)

откуда F₁L₁ = FL*(AL₁ / AL).

По построению FL = a/n и (AL₁ / AL) = 1/m. Подставим эти равенства в формулу (2.1.2) и получим:

(2.1.3)

При m = n = 10 имеем F₁L₁ = a/100, то-есть, у сотенного масштаба цена наименьшего деления равна одной сотой доле основания.

Порядок пользования поперечным масштабом:

· циркулем-измерителем зафиксировать длину линии на карте,

· одну ножку циркуля поставить на целое основание, а другую - на любую трансверсаль, при этом обе ножки циркуля должны располагаться на линии, параллельной линии CD,

· длина линии составляется из трех отсчетов: отсчет целых оснований, умноженный на цену основания, плюс отсчет делений левого основания, умноженный на цену деления левого основания, плюс отсчет делений вверх по трансверсали, умноженный на цену наименьшего деления масштаба. Точность измерения длины линий по поперечному масштабу оценивается половиной цены его наименьшего деления.

Переходный масштаб. Иногда в практике приходится пользоваться картой или аэроснимком, масштаб которых не является стандартным, например, 1:17500, то-есть, 2 см на карте соответствуют 350 м на местности; наименьшее деление нормального поперечного сотенного масштаба будет при этом 3.5 м. Оцифровка такого масштаба неудобна для практических работ, поэтому поступают следующим образом. Основание поперечного масштаба берут не 2 см, а расчитывают так, чтобы оно соответствовало круглому числу метров, например, 400 м. Длина основания в этом случае будет a = 400 м / 175 м = 2.28 см.

Если теперь построить поперечный масштаб с длиной основания a = 2.28 см, то одно деление левого основание будет соответствовать 40 м, а цена наименьшего деления будет равна 4 м.

Поперечный масштаб с дробным основанием называется переходным.

Точность масштаба. Карта или план - это графические документы. Принято считать, что точность графических построений оценивается величиной 0.1 мм. Длина горизонтального проложения линии местности, соответствующего на карте отрезку 0.1 мм, называется точностью масштаба. Практический смысл этого понятия заключается в том, что детали местности, имеющие размеры меньше точности масштаба, на карте в масштабе изобразить невозможно, и приходится применять так называемые внемасштабные условные знаки.

Кроме понятия "точность масштаба" существует понятие "точность плана". Точность плана показывает, с какой ошибкой нанесены на план или карту точечные объекты или четкие контуры. Точность плана оценивается в большинстве случаев величиной 0.5 мм; в нее входят ошибки всех процессов создания плана или карты, в том числе и ошибки графических построений.

2.1.2 Понятие о плане, карте, аэроснимке

Уменьшенное изображение на бумаге горизонтальной проекции небольшого участка местности называется планом. На плане местность изображается без заметных искажений, так как небольшой участок поверхности относимости можно принять за плоскость.

Если участок поверхности относимости, на который спроектирована местность, имеет большие размеры, то при изображении его на плоскости неизбежны заметные искажения длин линий, углов, площадей. Просто развернуть на плоскость участок сферы или эллипсоида без разрывов и складок нельзя, поэтому приходится прибегать к помощи математики.

Математически определенный способ изображения поверхности сферы или эллипсоида на плоскости называется картографической проекцией; каждой точке M_o (φ, λ или B, L) изображаемой поверхности соответствует одна точка M (x, y) плоскости. Аналитически картографическая проекция задается двумя уравнениями x = f₁(φ, λ), y = f₂(φ, λ), где f₁ и f₂ - функции независимые, непрерывные, однозначные и конечные.

Картографические проекции классифицируются по:

· характеру искажений (равноугольные, равновеликие и произвольные),

· виду сетки меридианов и параллелей (азимутальные, цилиндрические, псевдоцилиндрические, конические, псевдоконические, поликонические),

· положению полюса сферических координат (нормальные, поперечные, косые).

Картой называется уменьшенное изображение на бумаге горизонтальной проекции участка земной поверхности в принятой картографической проекции, то-есть, с учетом кривизны поверхности относимости. В нашей стране топографические карты составляются в поперечно-цилиндрической равноугольной проекции Гаусса.

Масштабом карты (плана) называется отношение длины отрезка на карте (плане) к горизонтальной проекции соответствующего отрезка на местности.

По своему назначению все географические карты делятся на общегеографические и тематические. На общегеографических картах показывают рельеф, гидрографию, растительный покров, населенные пункты, пути сообщения, различные границы и другие объекты природного, хозяйственного и культурного назначения.

На тематических картах изображают размещение, сочетание и связи различных природных и общественных явлений; известны геологические, климатические, ландшафтные, экологические карты, карты полезных ископаемых, карты размещения производительных сил, карты населения, исторические, учебные, туристические и др.

Крупномасштабные (масштаба 1: 1 000 000 и крупнее) общегеографические карты называются топографическими. Они издаются в виде отдельных листов размером примерно 40 см x 40 см.

Рис.2.1.3

Аэроснимок - это фотографическое изображение участка земной поверхности, представляющее его центральную проекцию. При отвесном положении оси фотоаппарата получается плановый снимок, при наклонном - перспективный снимок.

Масштабом аэроснимка называется отношение длины отрезка на аэроснимке к длине соответствующего отрезка на местности (рис.2.1.3). Масштаб аэроснимка определяют по формуле:

(2.1.4)

где: f - фокусное расстояние фотоаппарата, f = OC',
H - высота фотографирования, H = OC.

Профилем называется уменьшенное изображение линии пересечения земной поверхности отвесной плоскостью по заданному направлению. профиль характеризует изменение рельефа по этому направлению. Для более наглядного изображения рельефа на профиле расстояния по вертикали изображают крупнее, чем расстояния по горизонтали.

Разрезом называют уменьшенное изображение сечения земной коры в ортогональной проекции на произвольно ориентированную плоскость. Различают вертикальные, горизонтальные и наклонные разрезы в зависимости от того, какое положение в пространстве занимает секущая плоскость.

 

Лекция 12

Географические координаты.

Астрономические координаты

Положение точки на поверхности сферы определяется двумя сферическими координатами - широтой и долготой (рис.2.2.1: точка O - центр сферы, точка P - северный полюс, точка P' - южный полюс). Проведем линию экватора QQ, полученную от пересечения плоскости экватора и поверхности сферы.

Плоскость меридиана точки A, лежащей на поверхности сферы, проходит через отвесную линию точки A и ось вращения Земли PP'. Меридиан точки A - это линия пересечения плоскости меридиана точки A с поверхностью сферы.

Широта точки A - это угол, образованный отвесной линией точки A и плоскостью экватора; этот угол лежит в плоскости меридиана точки.

Широта отсчитывается в обе стороны от экватора (к северу - северная широта, к югу - южная) и изменяется от 0^o до 90^o.

Рис.2.2.1

Долгота точки A - это двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана точки A. Начальный меридиан проходит через центр главного зала Гринвичской обсерватории, расположенной вблизи Лондона. Долготы изменяются от 0^o до 180^o, к западу от Гринвича - западные и к востоку - восточные. Все точки одного меридиана имеют одинаковую долготу.

Проведем через точку A плоскость, параллельную плоскости экватора; линия пересечения этой плоскости с поверхностью сферы называется параллелью точки; все точки параллели имеют одинаковую широту.

Проведем плоскость G, касательную к поверхности сферы в точке A; эта плоскость называется плоскостью горизонта точки A. Линия пересечения плоскости горизонта и плоскости меридиана точки называется полуденной линией; направление полуденной линии - с юга на север. Если провести полуденные линии двух точек, лежащих на одной параллели, то они пересекутся в точке на продолжении оси вращения Земли PP' и образуют угол , который называется сближением меридианов этих точек.

Широту и долготу точек местности определяют из астрономических наблюдений, потому они и называются астрономическими координатами.

Геодезические координаты

На поверхности эллипсоида вращения положение точки определяется геодезическими координатами - геодезической широтой B и геодезической долготой L (рис.2.2.2).

Геодезическая широта точки - это угол, образованный нормалью к поверхности эллипсоида в этой точке и плоскостью экватора. Геодезическая долгота точки - это двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана точки.

Плоскость геодезического меридиана проходит через точку A и малую полуось эллипсоида; в этой плоскости лежит нормаль к поверхности эллипсоида в точке A. Геодезическая параллель получается от пересечения поверхности эллипсоида плоскостью, проходящей через точку A и параллельной плоскости экватора.

Рис.2.2.2

Различие геодезических и астрономических координат точки A зависит от угла между отвесной линией данной точки и нормалью к поверхности эллипсоида в этой же точке. Этот угол называется уклонением отвесной линии; он обычно не превышает 5". В некоторых районах Земли, называемых аномальными, уклонение отвесной линии достигает нескольких десятков дуговых секунд. При геодезических работах невысокой точности астрономические и геодезические координаты не различают; их общее название - географические координаты - используется довольно часто.

Две координаты - широта и долгота - определяют положение точки на поверхности относимости (сферы или эллипсоида). Для определения положения точки в трехмерном пространстве нужно задать ее третью координату, которой в геодезии является высота. В нашей стране счет высот ведется от уровенной поверхности, соответствующей среднему уровню Балтийского моря; эта система высот называется Балтийской.

Лекция 13