Лекция 1. Общие сведения о геодезии (курс лекций (геодезия) –Акиньшин) Размеры эллипсоида Красовского довольно близко совпадают с размерами Земли. Для решения многих задач прикладного значения Землю можно принимать за шар, с радиусом 6 371,11 км. 10 (один градус) =60/ (шестидесяти минутам); 1/ = 60// (шестидесяти секундам). Лекция 2. Система координат и высот в геодезии. Координатными плоскостями, относительно которых определяют положение точек земной поверхности, являются плоскость экватора земного эллипсоида и плоскость начального меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию, расположенную на окраине Лондона. За начало отсчета высот принимают средний уровень Мирового океана. В России отсчет абсолютных высот ведут от нуля Кронштадтского футштока (медная доска с горизонтальной чертой, вделанная в гранитный устой моста через обводной канал в Санкт-Петербурге). Географической долготой называют двугранный угол между плоскостью меридиана, проходящего через точку, и плоскостью начального меридиана. Долготы отсчитывают от начального меридиана в направлении с запада на восток от 0 до 180 0 или в обе стороны с указанием соответствующего направления «западная» или «восточная». Географической широтой называют угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора. Широты, отсчитываемые от экватора к северу, называют «северными», со знаком плюс; широты, отсчитываемые от экватора к югу, называют «южными», со знаком минус. Они имеют значения от 0 до 900. Географической высотой точки называют расстояние по нормали от этой точки до поверхности эллипсоида. Зональная система прямоугольных координат Географические координаты могут быть распространены на всю поверхность земного элепсоида. В этом их большое достоинство. Однако их применение в массовых геодезических работах затруднено. Оси координат делят плоскость на четыре четверти. Счет четвертей в геодезии ведется по ходу часовой стрелки. Четверть Знак оси абсцисс Знак оси ординат I + + II + Обратите внимание, ось ох направлена вверх. III - IV + - Этот метод в геодезии называют ортогональным методом проектирования, при котором точки земной поверхности А, В, С, D и Е проектируют отвесными линиями на уровенную (горизонтальную)поверхность и получают горизонтальную проекцию соответствующих точек физической земной поверхности а, б, с, d и е. Ортогональные проекции линий и площадей пространственных объектов местности будут в общем случае меньше их физических величин, а проекции углов могут быть больше и меньше физических. Равенство физических величин и их проекций обеспечивается лишь для горизонтальных контуров земной поверхности. Положение горизонтальных проекций точек местности на уровенной поверхности может быть определено координатами, взятыми в какой-либо системе. Координаты – это величины, определяющие положение точек земной поверхности в пространстве относительно принятой системы координат. Для установления связи между географическими координатами любой точки на земном сфероиде и прямоугольными координатами той же точки на плоскости применяют специальный способ проектирования всего земного шара на плоскость по шестиградусным зонам, простирающимся от северного полюса к южному. Каждую зону последовательно проектируют на внутреннюю боковую поверхность цилиндра и получают плоское изображение земной поверхности, называемую равноугольной поперечно-цилиндрической. Она дает не сплошное изображение всей земной поверхности, а с разрывами, увеличивающимися от экватора к полюсам. Чтобы не иметь отрицательных ординат, ординату осевого меридиана считают равной не нулю, а (+500 км). Впереди ординаты указывается номер зоны, в которой находится точка. Например, запись ординаты 6 354 125 означает, что точка в шестой зоне и в действительности ордината y=354 125 – 500 000 = - 145 875 м., то есть точка находится на расстоянии 145 875 м западнее осевого меридиана. Лекция 3. Изображение земной поверхности на плоскости. Понятие о плане, карте, профиле. Для обозначения на планах и картах различных предметов и контуров местности применяют условные знаки. Масштабными или контурными называют такие знаки, которыми предметы местности изображаются с соблюдением масштаба данной карты или плана, например, леса, луга, пашни, озера и т.д. Если предмет в данном масштабе не может быть выражен контурным знаком вследствие своей малости, то применяется условный знак, который называется внемасштабным (столбы, указатели дорог, колодцы, геодезические пункты и т.д.). Существуют пояснительные условные знаки, которые служат дополнением к контурным условным знакам (названия населенных пунктов, рек, озер, материал сооружений, покрытий дорог, числовые значения длины, толщины ширины, грузоподъемности мостов, толщина деревьев в лесу, ширина и глубина рек и т.д.). Для изображения протяженных объектов местности, длину которых выражают в масштабе карт или планов, а ширину выражают вне масштаба, используют линейные условные знаки. Условные знаки: Лекция 4. Масштабы планов и карт. Точность масштабов. МАСШТАБЫ Лекция 5. Номенклатура топографических карт и планов Лекция 6. Рельеф земной поверхности и его изображение на планах и картах Рельефом земной поверхности называется совокупность неровностей физической поверхности земли. Наиболее удобным является принятый в настоящее время способ изображения рельефа на топографических планах и картах – способ горизонталей. Сущность этого способа заключается в следующем. Поверхность участка Земли через равные промежутки h мысленно рассекают горизонтальными плоскостями. Пересечения этих плоскостей с поверхностью земли образуют кривые линии, которые называются горизонталями. Другими словами, горизонталь - это замкнутая кривая линия, соединяющая точки земной поверхности с одинаковыми высотами. Полученные горизонтали проектируют на горизонтальную плоскость, а затем наносят на план или карту в соответствующем масштабе. Расстояние между соседними горизонталями в плане называется заложением. Чем больше заложение, тем меньше крутизна ската и наоборот. Для того чтобы на плане отличить гору от котловины, к некоторым горизонталям по направлению ската ставятся черточки, называемые бергштрихами. Надписи на горизонталях, указывающие их отметки, делают так, чтобы верх цифры всегда был направлен в сторону повышения. Расстояния между секущими плоскостями h называется высотой сечения. Для данного листа плана или карты эта величина постоянная. Чем меньше высота сечения, тем подробнее будет изображен рельеф. Но при слишком малой высоте сечения горизонтали могут слиться, поэтому за нормальную высоту сечения берут величину, которая соответствует 0,2 мм в масштабе плана. Например, при масштабе плана 1:5000 нормальная высота сечения будет равна 1 м. Эта высота может быть и изменена. Принятые значения высот сечения на топографических планах и картах: 1:500; 1:1000 1:2000 1:5000 0,25; 0,5; 1,0 0,5; 1,0; 2,0 1,0; 2,0; 5,0 1:10 000 1,0; 2,5; 5,0 1:25 000 2,5; 5,0; 10,0 1:50 000 10; 20 1:100 000 20; 40 Если при данной высоте сечения изменения рельефа не улавливаются горизонталями, то применяют дополнительные горизонтали с половинной высотой сечения, называемые полугоризонталями, которые проводятся пунктиром. Горизонтали вычерчиваются цветом жженой сиены (коричнывым). Для удобства чтения карты некоторые горизонтали утолщают. При высоте сечения рельефа 1, 2 и 5 м утолщается каждая пятая горизонталь с отметками кратными 5, 10 и 25 м соответственно. При высоте сечения 0,25; 0,5 и 2,5 м утолщается каждая четвертая горизонталь с отметками, кратными 1, 2 и 10 м. Местность по рельефу подразделяется на равнинную с углами наклона склонов до 2 0; пересеченную (холмистую) с углами наклона склонов до 60 и горную с углами наклона склонов более 60. Основные формы рельефа: Лекция 7. Ориентирование линий. Лекция 8. Прямая и обратная геодезические задачи Лекция 9. Государственные геодезические сети Опорная геодезическая сеть – это система закрепленных на местности специальными знаками точек – геодезических пунктов, положение которых определено в общей системе координат (для которых определены их координаты и высоты). Такие точки являются основой для выполнения всех геодезических работ с необходимой точностью в единой системе координат. Опорная геодезическая сеть используется также в других отраслях, например, в космической геодезии, в высшей геодезии и др. Государственные геодезические сети (далее – ГГС) представляют собой совокупность закрепленных точек земной поверхности (геодезических пунктов), положение которых определено в общей для них системе геодезических координат. ГГС предназначена для решения основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение, например, установления и распространения единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны, обеспечения исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга, и многое другое. Труд нескольких поколений геодезистов, топографов и изыскателей позволил обеспечить сплошное покрытие огромной площади геодезическими, нивелирными и другими сетями пространственных данных. На всей территории были установлены единые государственные системы координат (СК-42) и высот (БСВ-77). Построенные традиционными наземными технологиями сети были закреплены по всей стране закладкой сотен тысяч пунктов ГГС и государственной нивелирной сети (ГНС). Сегодня 164 тысячи пунктов ГГС фактически закрепляют на местности общегосударственную систему координат СК-95 – систему намного более совершенную, чем прежняя СК-42. Пункты традиционных ГГС и ГНС представляют собой сплошной, точный и доступный потребителю планово-высотный каркас. Он является в наши дни ценным резервом для создания новой инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации, основанной на отечественных спутниковых и геоинформационных технологиях. Закрепление геодезических пунктов осуществляется специальными инженерными устройствами и сооружениями-центрами и наружными знаками, являющимися носителями координат. Для обеспечения лучшей сохранности и опознаваемости на местности геодезические пункты имеют соответствующее внешнее оформление канавами, курганами. Наружные знаки представляют собой металлические, деревянные или бетонные сооружения пирамиды, сигналы, туры. В качестве наружных знаков геодезических пунктов используются и устойчивые местные предметы – заводские трубы, водокачки, стационарные мачты радио и телеантенн, шпили зданий и сооружений и другие инженерные конструкции. Геодезические пункты рассчитаны на использование в течение длительного времени и находятся под охраной государства. Порядок установления охранных зон пунктов ГГС определен Правилами установления охранных зон пунктов ГГС, утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 12.10.2016 № 1037. Границы охранной зоны пункта на местности представляют собой квадрат (сторона 4 метра), стороны которого ориентированы по сторонам света и центральной точкой которого является центр пункта. Земли, входящие в охранные зоны геодезических пунктов, не изымаются у землепользователей, и могут использоваться ими для проведения работ. Однако, в соответствии со статьей 42 Земельного кодекса Российской Федерации, следует напомнить: собственники земельных участков и лица, не являющиеся собственниками земельных участков, обязаны сохранять межевые, геодезические и другие специальные знаки, установленные на земельных участках в соответствии с законодательством. В соответствии с п. 13 ст. 8 Федерального закона от 30.12.2015 №431-ФЗ «О геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» правообладатели объектов недвижимости, на которых находятся пункты ГГС, обязаны уведомлять федеральный орган исполнительной власти в области геодезии и картографии и его территориальные органы (Управление Росреестра) о всех случаях повреждения или уничтожения геодезических пунктов, а также предоставлять возможность подъезда к геодезическим пунктам при проведении геодезических и картографических работ. Сначала на территории страны была создана редкая сеть геодезических пунктов, координаты которых определены с высокой точностью. Затем эта сеть была сгущена сетями с меньшими расстояниями между пунктами, однако координаты пунктов этих более плотных сетей определялись соответственно с меньшей точностью (плотность по необходимости). Геодезические сети строят исходя из общего принципа геодезии – от общего к частному. Геодезическая опорная сеть делится на плановую: определение координат точек Х и Y и высотную: определение высот точек Н от исходной уровенной поверхности. Если пункты сети имеют все три координаты Х, Y, Н, то такую геодезическую сеть называют планово-высотной. По своему назначению и точности геодезические сети разделяют на государственные, сети сгущения и съемочные сети. Точную геодезическую сеть, имеющую координаты, распространенные на всю территорию страны и являющуюся основой для построения других сетей, называют государственной геодезической сетью. Сеть, полученную в результате развития между пунктами государственной геодезической сети и связывающую их со съемочными сетями, называют геодезической сетью сгущения. Геодезическую сеть, создаваемую для непосредственного производства топографических съемок, для геодезического обеспечения инженерных работ и решения других научных и практических задач , называют съемочной геодезической сетью. Методы создания геодезических сетей До недавнего времени основными методами создания плановой опорной сети были: триангуляция, полигонометрия и трилатерация. В настоящее время плановое и высотное положение точек определяется все больше с использованием систем спутниковой навигации GPS-технологий, путем наблюдения искусственных спутников Земли систем ГЛОНАСС и НАВСТАР. Триангуляция – система треугольников, связанных между собой общими сторонами. В триангуляции измеряются горизонтальные углы треугольников с помощью высокоточных теодолитов и длина одной или нескольких сторон в цепочке треугольников. Затем вычисляются длины всех сторон треугольников и координаты вершин путем решения прямой геодезической задачи. По мере удаления от базиса, измеренного в начале сети триангуляции, точность определения сторон треугольников понижается, поэтому для повышения точности и контроля в конце ряда треугольников измеряют еще один базис. Вершины треугольников закрепляются на местности специальными знаками, которые закладываются на глубину ниже уровня промерзания грунта. Над знаком устанавливается сигнал или пирамида для обеспечения видимости между точками при измерении углов. В городах пункты триангуляции устанавливают на крышах зданий. Для связи сети триангуляции с существующими геодезическими сетями во вновь создаваемую триангуляцию должны быть включены некоторые пункты ранее созданных сетей. Для того чтобы в триангуляции было принципиально возможным определение координат всех пунктов, минимальное число измерений сводится: к измерению двух углов в каждом треугольнике, одного базиса сети, дирекционного угла одного из направлений и к определению координат одного из пунктов. Однако при создании триангуляции измерений всегда производят больше минимально необходимого числа. Это нужно для контроля и повышения точности измерений. В ряду триангуляции в каждом треугольнике измерены все три угла, два базиса, их дирекционные углы, а также включены два пункта А и В с известными координатами. Наличие избыточных измерений дает возможность производить их компьютерную обработку с использованием специального математического аппарата, называемого уравниванием измеренных величин. Полигонометрия – это опорная сеть, создаваемая путем проложения ходов, в которых измеряются горизонтальные углы и расстояния между точками. По известным значениям координат начальной и конечной точек хода, а также дирекционных углов исходных направлений определяются координаты всех вершин хода. Пункты полигонометрии закрепляются на местности специальными знаками, которые закладываются в грунт или в цокольную часть зданий (в городах). Трилатерация (линейная триангуляция) этот метод состоит в создании геодезических сетей из треугольников, в вершинах которых размещены геодезические пункты с измерением горизонтальных проекций длин всех сторон. Государственная плановая геодезическая сеть Государственные геодезические сети страны подразделяются на 1, 2, 3 и 4 классы. Государственная сеть 1 класса проложена рядами триангуляции по параллелям и меридианам, которые образуют звенья длиной по 200-250 км. Звенья, пересекаясь между собой образуют систему триангуляционных полигонов с периметрами порядка 800-1000 км. На пересечениях звеньев триангуляции измеряют базисные стороны с относительной погрешностью, не превышающей 1:400 000. В пунктах на концах базисных сторон триангуляции или крайних линий полигонометрических ходов выполняют астрономические измерения широты и долготы, а также азимута или дирекционного угла направления (так называемые пункты Лапласа). Длины сторон полигонометрических ходов 1 класса измеряют с относительной ошибкой 1:300 000. Горизонтальные углы в сетях 1 класса измеряют высокоточными теодолитами типа Т-05 со среднеквадратическими ошибками угловых измерений на пунктах триангуляции mβ= 0,5´´и на пунктах полигонометрии - mβ= 0,7´´ . Геодезическая сеть 1 класса является геодезической основой для дальнейшего развития сетей в единой системе координат на всей территории страны. Внутри полигонов 1 класса методами триангуляции и полигонометрии создается геодезическая сеть 2 класса. Базисные стороны в сетях триангуляции 2 класса измеряют не реже чем через 25 треугольников с относительной погрешностью не более 1:300 00, а стороны полигонометрии – не более 1: 250 000. Горизонтальные углы в триангуляции и полигонометрии 2 класса измеряют теодолитом Т-1 с погрешностью, не превышающей mβ= 1,0´´ Сеть геодезических пунктов 2 класса сгущают пунктами геодезических сетей 3 и 4 классов. Относительную допустимую ошибку измерения длин базисных сторон в триангуляции 3 и 4 классов принимают1: 200 000, а в полигонометрии – 2:200 000 и 1:500 000 соответственно. Горизонтальные углы измеряют точными теодолитами типа Т-2 с допустимой среднеквадратической ошибкой mβ= 1,5´´ для сетей 3 класса и mβ= 2,0´´ - 4 класса. Государственная высотная геодезическая сеть создается путем проложения ходов геометрического нивелирования и разделяются на сети I, II, III и IV классов. Точки высотной сети закрепляются реперами и марками. В городах репер часто устанавливают в цокольной части зданий (стенной репер). Нивелирная сеть I класса создается нивелированием I класса (высокой точности) с применением высокоточных современных приборов и методик. Методика нивелирования I класса чрезвычайно сложна. Его выполняют в прямом и обратном направлениях по двум парам костылей или кольев, образующих два независимых хода нивелирования. Нивелирование ведут при равных плечах по 50 м, а неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускается не более 0,5 м. Нивелирные ходы I класса образуют полигоны периметром порядка 800 км и служат основой для высотных ходов II класса. Невязки в превышениях не должны превышать ±0,5 L , мм (где L – длина двойного нивелирного хода, км). Нивелирование I класса повторяют каждые 25 лет по тем же ходам с целью изучения динамики вертикальных смещений земной коры. Нивелирную сеть II класса создают нивелированием II класса. Нивелирные ходы II класса прокладываются внутри сети I класса, как правило, вдоль железных и автомобильных дорог, при этом они образуют полигоны периметром порядка 500-600 км. Нивелирные ходы I и II классов обязательно привязывают к морским водомерным постам. Основное назначение нивелирных сетей I и II классов состоит в создании единой высотной основы на территории страны (Балтийская система высот). Нивелирные ходы II класса сгущают нивелирными сетями III класса, которые в свою очередь сгущают нивелирными сетями IV класса. Каждый нивелирный ход III и IV классов должен обязательно привязываться обоими концами к знакам нивелирных сетей более высоких классов или образовывать замкнутые полигоны. Работы по построению и развитию Государственной геодезической сети осуществляются аэрогеодезическими предприятиями Роскартографии. В России насчитывается свыше 300 тыс. пунктов государственной геодезической сети. В дополнение к государственной геодезической сети создается сеть съемочного геодезического обоснования, которая служит основой для съемки местности в крупных масштабах, а также для разбивочных работ на стройплощадке. Обозначение пунктов государственных геодезических сетей на местности Геодезические пункты государственных сетей выбирают по возможности на открытых, возвышенных местах, таким образом, чтобы с каждого из них была обеспечена прямая видимость по меньшей мере до трех соседних пунктов. Геодезические пункты для долговременной сохранности надежно закрепляют на земной поверхности геодезическими центрами, представляющими собой железобетонные монолиты, закладываемые ниже глубины сезонного промерзания. Геодезический центр несет координаты геодезического пункта. Геодезические центры для закрепления вершин триангуляции состоят из трех частей: 1- бетонного пилона с заделанной в верхнюю его грань маркой и имеющего размеры: нижнего основания 35*35 см, верхнего основания 20*20 см и высоту 130 см. 2- бетонного якоря – плиты размером 60*60*20 см. 3- нижнего центра – бетонного монолита размером 25*25*20 см с заделанной в него маркой. Над центрами государственных плановых сетей 1-4 классов устанавливают наружные знаки различных конструкций, которые бывают деревянными или металлическими. Основное назначение наружных знаков заключается в том, чтобы поднять визирную марку и геодезический прибор на высоту (до 50 м) и произвести измерения на находящиеся в пределах прямой видимости соседние знаки. Пункты высотной государственной сети закрепляют на местности капитальными грунтовыми реперами, стенными реперами или марками. На всех нивелирных сетях I и IIклассов капитальные реперы закладывают на устойчивых геологических, как правило, коренных породах, в среднем через 50 – 80 км. Нивелирные сети III, IV классов закрепляют стандартными реперами и марками в среднем через 7-8 км, а в труднодоступных и незаселенных местах - через 10 – 15 км. Реперы государственных нивелирных сетей закладывают в грунт на 0,5 – 1,0 м ниже максимально возможной глубины сезонного промерзания. В 1 м от капитального грунтового репера государственной нивелирной сети устанавливают железобетонный опознавательный столб, к которому на болтах прикрепляют чугунную охранную плиту с надписью. В населенных пунктах государственную нивелирную сеть закрепляют стенными реперами или марками, которые закладывают в стены и фундаменты капитальных зданий, водонапорных башен, в устои мостов и т.д. Стенные марки обычно размещают на высоте 2-2,5 м над поверхностью земли. В центре марки имеется отверстие, до которого определяется ее высота и к которой с помощью штифта крепят специальную рейку. Стенные реперы закладывают обычно на высоте 0,7 -1 м над поверхностью земли. Стенные реперы имеют специальный уступ для установки рейки. Плановые сети сгущения и съемочные сети Геодезические сети сгущения создаются с целью сопровождения инженерных работ и геодезического обоснования топографических работ и геодезического обоснования топографических съемок масштабов 1:500 ÷ 1:5000. Сети сгущения подразделяют на триангуляционные и полигонометрические сети 1 и 2 разрядов. Триангуляционные сети сгущения 1 и 2 разрядов прокладывают преимущественно в открытой местности в виде цепочек треугольников и центральных систем, при этом сеть триангуляции сгущения опирается на стороны или пункты государственных геодезических сетей более высокой точности. Полигонометрические сети сгущения 1 и 2 разрядов прокладывают для создания геодезического обоснования в виде одиночных теодолитных ходов или их систем, наиболее часто в закрытой местности с ограниченной видимостью. Полигонометрические сети прокладывают между пунктами государственных геодезических сетей либо строят самостоятельные сети с последующей их привязкой к пунктам государственной геодезической сети. Пункты сетей сгущения закрепляют и на них устанавливают наружные знаки: простые пирамиды, пирамиды – штативы или туры. Съемочные сети служат для крупномасштабных топографических съемок местности и геодезического сопровождения строительства инженерных объектов. Съемочные сети создаются методом засечек с пунктов геодезических сетей всех классов и разрядов, проложением теодолитных ходов и в последнее время – наземнокосмическими методами. Съемочные сети создают с допустимой среднеквадратической погрешностью угловых измерений 30´´ - 1´ и длин сторон порядка 1:3000 ÷1:2000 в зависимости от назначения работ. Лекция 10. Применение топографических карт и планов при разработке градостроительной документации. Геодезическое обоснование топографических съемок Топографические карты и планы, а также аэрофотоснимки являются основными источниками информации о территории проектирования. На основании изучения данных карт и планов проводится комплексная градостроительная оценка местности. Топографию местности (рельеф, растительность, гидрографию) необходимо учитывать при разработке проектов планировки и застройки городов. Природные условия, присущие данной территории, оказывают влияние, а иногда и предопределяют архитектурно-планировочное решение. По картам и планам определяются: - границы и площади поселений, численность населения; - границы и площади землевладений; - наличие и расположение промышленных объектов; - степень развития дорожно-транспортной сети; особенности рельефа; - наличие и расположение растительности и ее характеристика; - особенности гидрографии и наличие гидротехнических сооружений. Вся графическая градостроительная документация о застройке территорий городских и сельских поселений создается на основе топографических карт и планов. В зависимости от стадии проектирования используются карты и планы различных масштабов, наибольшее применение имеют карты крупных масштабов: 1:100 000 – 1:5 000; а также топографические планы. Территориальные комплексные схемы градостроительного планирования развития территории субъектов Российской Федерации создаются на топографических картах масштабов 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000 и мельче. Такие схемы определяют зонирование территории и основные направления сохранения объектов исторического и культурного наследия: музеи и заповедники, музейные комплексы и т.п. Различают следующие стадии градостроительного проектирования: 1 – проект генплана, 2 – проект планировки, 3 – проект застройки. В соответствии с «Инструкцией о порядке разработки, согласования, экспертизы и утверждения градостроительной документации» (Госстрой РФ, 2002 г.) генеральные планы городов разрабатываются на основе топографических карт, причем масштаб карты зависит от численности населения: генеральный план города с проектной численностью населения 500 тыс. человек и более выполняется в масштабе 1:25 000-1:10 000; города с проектной численностью населения 100 -500 тыс. человек – в масштабе 1:10 000 – 1:5 000; города, другого поселения с проектной численностью населения от 10 тыс. до 100 тыс. человек – в масштабе 1:5 000; города, другого поселения с расчетной численностью населения менее 10 тыс. человек – в масштабе 1:2 000. Проект планировки разрабатывается для частей планировки поселений. Графическая часть проекта планировки создается на базе топографических планов масштабов 1:2 000 и 1:1 000. Основным документом проекта планировки является проект красных линий. Красные линии – это границы, отделяющие территории кварталов, микрорайонов от улиц, проездов и площадей. Координаты основных точек и углы ориентирования прямолинейных участков красных линий должны быть известны. Линии регулирования застройки – это границы застройки, устанавливаемые при размещении зданий с отступом от красных линий или границ земельного участка. Проект застройки разрабатывается для территории кварталов, микрорайонов и других элементов планировочной структуры городских и сельских поселений в границах установленных красных линий или границ земельных участков. Проект застройки создается на базе топографических планов масштаба 1:500 и 1:1000 и включает: генеральный план застройки, план благоустройства и озеленения, схему организации рельефа, план земляных масс, схему инженерной инфраструктуры. Принципы организации геодезических работ: а) производства работ от общего к частному; б) контроля работ. Геодезическое обоснование топографических съемок Назначение и виды геодезического обоснования топографических съемок Для составления топографических планов и цифровых моделей местности необходимо выполнение целого комплекса мероприятий: проектирование, производство геодезических измерений и их камеральная обработка. Этот комплекс мероприятий, в результате выполнения которого получают план местности и ЦММ, называют топографической съемкой. Производству топографических съемок любого вида предшествует обязательная и весьма ответственная работа по созданию геодезического (планово-высотного) обоснования - системы закрепленных на местности точек (временных геодезических пунктов) с известными плановыми или пространственными (планово-высотными) координатами. Государственные плановые сети имеют плотность в среднем 1 пункт на 5-15 км2, высотные – 1 пункт на 5-7 км2 и эта плотность в большинстве случаев оказывается недостаточной для производства топографических съемок и геодезического сопровождения инженерных работ. Поэтому осуществляют дальнейшее сгущение геодезических сетей путем создания сетей местного значения – сетей сгущения и съемочных сетей. Проектирование геодезических сетей. Проектирование геодезического обоснования топографических съемок производят по имеющимся топографическим картам на район производства работ с учетом назначения и масштаба предстоящих съемок. В итоге проектирования создают план производства работ и смету затрат. Рекогносцировка. В результате рекогносцировки на местности уточняют проект обоснования и, если необходимо, корректируют его. Закрепление пунктов обоснования (временными или капитальными знаками). Геодезические работы разделяют на полевые и камеральные. Полевые работы составляют измерительные процессы, а камеральный – вычислительный и графический процессы. 1. Измерительные процессы заключаются в производстве измерений на местности для получения топографических карт и их электронных аналогов, планов и цифровых моделей местности, для трассирования дорог и др. Непосредственными объектами геодезических измерений являются: углы – горизонтальные и вертикальные и расстояния - наклонные, горизонтальные и вертикальные. Используют геодезические приборы и системы: а) приборы для измерения длин линий (мерные ленты, рулетки, полевые курвиметры, дальномеры); б) угломерные приборы (оптические теодолиты, номограммные и электронные тахеометры); в) приборы для измерения вертикальных расстояний (нивелиры и рейки, номограммные и электронные тахеометры); г) универсальные приборы для определения координат точек местности (электронные тахеометры, приемники и станции систем спутниковой навигации «GPS»); д) приборы для дистанционного сбора информации сбора информации о местности (аэрофотосъемочное оборудование, фототеодолитные комплекты). Результаты полевых геодезических измерений заносят в специальные полевые журналы или фиксируют на магнитных носителях в электронном виде. 2. Вычислительный процесс заключается в математической обработке результатов полевых измерений. Геодезические вычисления производят по определенным схемам и программам. Виды топографических съемок Топографической съемкой называют комплекс полевых и камеральных работ по определению взаимного планово-высотного расположения характерных точек местности, выполняемых с целью получения топографических карт и планов, а также их электронных аналогов – электронных карт (ЭК) и цифровых моделей местности (ЦММ). Ситуационная съемка – съемка, выполняемая только для получения плана местности без изображения рельефа (горизонтальная). Если в результате съемки должны быть получены план и цифровая модель местности или карта с изображением рельефа, то такую съемку называют топографической. В зависимости от основного используемого прибора различают несколько видов съемок. Теодолитная съемка выполняется с помощью теодолита и мерных приборов. В современных условиях в качестве мерных приборов используют светодальномеры. Поэтому теодолитную съемку удобнее всего производить теодолитом со светодальномерной насадкой или электронным тахеометром. Теодолитные съемки используют для создания ситуационных планов и карт масштаба 1:2000, 1:5000 и 1:10000. Ее широко используют для съемки полосы вдоль трассы автомобильных дорог, для съемки долины реки при изысканиях мостовых переходов. Тахеометрическая съемка выполняется с помощью теодолитов и тахеометров (номограммных или электронных). Служит для получения топографических планов и цифровых моделей местности масштабов 1:500, 1:1000 и 1:2000 при изысканиях инженерных сооружений (дорог, мостовых переходов, развязок движения и др.). Достоинствами тахеометрической съемки является возможность автоматизации процесса сбора и регистрации данных с последующим широким использованием средств автоматизации и вычислительной техники для обработки данных и подготовки топографических планов и ЦММ. Мензульная съемка осуществляется с использованием двух приборов: мензулы и кипрегеля, с помощью которых непосредственно на местности получают топографический план. Это устаревший вид топографической съемки, уже почти не используется. Нивелирование поверхности по квадратам с помощью нивелира и землемерной ленты для получения топографических планов и ЦММ. Нивелирование поверхности особенно эффективно при использовании регистрирующих (электронных) нивелиров. Поскольку съемку осуществляют горизонтальным лучом визирования нивелира, то область ее применения ограничена равнинными участками. Именно по этой причине последняя находит применение при изысканиях аэродромов. Кроме того, результаты съемки нивелированием по квадратам являются готовой ЦММ в узлах правильных прямоугольных сеток. Фототеодолитная съемка производится с помощью специального прибора фототеодолита, который представляет собой комбинацию теодолита и высокоточной фотокамеры. При фотографировании участка местности с двух точек базиса можно получить стереоскопическую модель местности, при камеральной обработке которой можно подготовить топографический план в горизонталях и ЦММ. Фототеодолитная съемка – это дистанционная топографическая съемка, использование которой оказывается особенно эффективным в открытой пересеченной и горной местности, а также при обследовании существующих инженерных сооружений. Лазерное сканирование – это современный оперативный вид съемки местности, который вобрал в себя последние достижения компьютерных технологий. Применение лазерного сканирования местности в настоящее время оказывается особенно эффективным в связи с большими объемами полевых работ по сбору информации для разработки проектов реконструкции и капитального ремонта существующих автомобильных дорог. Аэрофотосъемка производится с помощью специальных высокоточных фотокамер - аэрофотокамер АФА, устанавливаемых на летательных аппаратах или искусственных спутниках Земли. В отличие от фототеодолитной съемки, где луч фотографирования практически горизонтален, аэрофотосъемка производится при практически отвесном луче фотографирования. Получаемые стереоскопические модели местности легко поддаются обработке в камеральных условиях с широким привлечением средств автоматизации и вычислительной техники. Комбинированная съемка представляет собой сочетание аэросъемки и одного из видов наземных топографических съемок. Эффективна в районах со слабовыраженным рельефом, когда ситуационные особенности местности устанавливают по аэрофотоснимкам, а рельеф – по материалам одного из видов наземных топографических съемок. Наземно-космическая – один из самых перспективных видов топографических съемок, основанный на использовании систем спутниковой навигации «GPS» (Global Positioning System). В этой системе специальные искусственные спутники Земли используют в качестве точно координированных подвижных точек отсчета, по положению которых определяют трехмерные координаты характерных точек местности наземным методом с помощью приемников спутниковой навигации «GPS». Любые виды топографических съемок требуют создания планово-высотного съемочного обоснования. Принцип от общего к частному – в любых видах топографических съемок. Виды нивелирования Для составления топографических планов и карт, а также для проектирования и выноса в натуру инженерных сооружений необходимо знать высоты точек местности. С этой целью на местности выполняют комплекс геодезических работ, называемый нивелированием. В процессе нивелирования определяют превышения одних точек земной поверхности над другими, а затем по известной высоте исходной точки вычисляют высоты всех остальных точек над принятой уровенной поверхностью. В зависимости от метода определения превышения и применяемых при этом приборов различают следующие виды нивелирования: Геометрическое нивелирование основано на применении нивелира, который обеспечивает горизонтальное положение линий визирования. Геометрическое нивелирование может быть выполнено также при помощи теодолита-тахеометра. Тригонометрическое нивелирование производится путем измерения угла наклона визирной линии к горизонту и расстояния между нивелируемыми точками. Углы наклона измеряют теодолитом, расстояния – мерной лентой, дальномером. Стереофотограмметрическое нивелирование – это определение высот точек местности посредством измерения стереопар аэрокосмических и наземных снимков. Этот вид нивелирования имеет широкое применение, так как аэрофототопографическая съемка в настоящее время является основным методом картографирования территории. Барометрическое нивелирование (физическое нивелирование) основано на определении превышений по разности атмосферного давления в различных по высоте точках местности. Разность давления измеряется с помощью барометров-анероидов с учетом разницы температуры воздуха. Точность определения высот точек из барометрического нивелирования невысока – от 0,5 до 2 м. Барометрическое нивелирование применяется в основном при рекогносцировочных и изыскательских работах. Гидростатическое нивелирование (физическое нивелирование) основано на свойстве жидкостей в сообщающихся сосудах оставаться на одном уровне. По разности отсчетов шкал двух одинаковых сосудов получается разность высот точек (превышение). Гидростатическое нивелирование применяется для определения небольших превышений при наблюдениях за осадками зданий и промышленных сооружений, при архитектурных обмерах, при монтаже технологического оборудования и др. Автоматическое нивелирование производится в процессе движения транспортного средства, оборудованного прибором, автоматически вычерчивающим профиль пути и позволяющим определять высоты точек местности. Радиолокационное нивелирование, в котором используют скорость распространения прямых и отраженных электромагнитных волн от источника радиоизлучения до исследуемой точки местности и обратно, находит широкое применение при выполнении аэрофотосъемок для определения с помощью радиовысотомера высоты полета летательного аппарата. Наземно-космическое нивелирование основано на использовании систем и приборов спутниковой навигации «GPS». Приборы спутниковой навигации позволяют практически мгновенно определять координаты точек местности (в том числе и высоты). Лекция 11. Нивелирование Для составления топографических планов и карт, а также для проектирования и выноса в натуру инженерных сооружений необходимо знать высоты точек местности. С этой целью на местности выполняют комплекс геодезических работ, называемый нивелированием. В процессе нивелирования определяют превышения одних точек земной поверхности над другими, а затем по известной высоте исходной точки вычисляют высоты всех остальных точек над принятой уровенной поверхностью. В зависимости от метода определения превышения и применяемых при этом приборов различают следующие виды нивелирования: Геометрическое нивелирование основано на применении нивелира, который обеспечивает горизонтальное положение линий визирования. Геометрическое нивелирование может быть выполнено также при помощи теодолита-тахеометра. Тригонометрическое нивелирование производится путем измерения угла наклона визирной линии к горизонту и расстояния между нивелируемыми точками. Углы наклона измеряют теодолитом, расстояния – мерной лентой, дальномером. Стереофотограмметрическое нивелирование – это определение высот точек местности посредством измерения стереопар аэрокосмических и наземных снимков. Этот вид нивелирования имеет широкое применение, так как аэрофототопографическая съемка в настоящее время является основным методом картографирования территории. Барометрическое нивелирование основано на определении превышений по разности атмосферного давления в различных по высоте точках местности. Разность давления измеряется с помощью барометров-анероидов с учетом разницы температуры воздуха. Точность определения высот точек из барометрического нивелирования невысока – от 0,5 до 2 м. Барометрическое нивелирование применяется в основном при рекогносцировочных и изыскательских работах. Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкостей в сообщающихся сосудах оставаться на одном уровне. По разности отсчетов шкал двух одинаковых сосудов получается разность высот точек (превышение). Гидростатическое нивелирование применяется для определения небольших превышений при наблюдениях за осадками зданий и промышленных сооружений, при архитектурных обмерах, при монтаже технологического оборудования и др. Автоматическое нивелирование производится в процессе движения транспортного средства, оборудованного прибором, автоматически вычерчивающим профиль пути и позволяющим определять высоты точек местности. Сущность геометрического нивелирования Геометрическим нивелированием называют процесс измерения разностей высот точек местности (превышений) и определения их высот с помощью горизонтального луча визирования геодезического прибора. Геометрическое нивелирование выполняется с помощью нивелира и рейки. Рейки бывают: цельные, складные, раздвижные и телескопические. Рейки изготовляют из сухого выдержанного леса хвойных пород, из пластмассы или специальных дюралевых сплавов. Применяют односторонние или двухсторонние шашечные цельные или складные РН3 или РН4 с 10-миллиметровыми делениями. Двусторонние рейки цельные или складные имеют длину 3 метра. Чаще всего рейки имеют сантиметровые деления, подписываются дециметры. Подписи дециметровых делений рейки могут иметь прямое или обратное изображение в зависимости от применяемых нивелиров (прямого и обратного изображения). На одной стороне двухсторонней рейки нанесены черные деления, на другой – красные. Начало счета черных делений рейки – нулевой отсчет называется «пяткой» рейки. Начальный отсчет красной стороны рейки 4687мм на цельных рейках или 4468 мм на складных рейках. Красные стороны нивелирных реек используют для контроля правильности нивелирования. Удобными являются телескопические рейки из дюралевых сплавов. В зависимости от категории рельефа местности, на которой производят нивелирование, длину таких реек можно менять от 2 до 4 м. Рейка устанавливается на точке «пяткой» вниз и приводится в отвесное положение или «на глаз» или с помощью круглого уровня, если на рейке он есть или обычного нитяного отвеса. Отсчет по рейке берется с точностью 1 мм, при этом десятые доли сантиметрового деления оцениваются «на глаз». При нивелировании рейки устанавливают на вбитые вровень с землей колышки, металлические костыли или специальные башмаки. Иногда, когда нивелируемая точка не должна отображать рельеф местности, рейки могут устанавливаться на произвольные твердые точки местности (валуны, камни, корни, пни деревьев и др.). Различают два способа геометрического нивелирования: «из середины» и «вперед». При нивелировании «из середины» нивелир устанавливается посередине между точками (не обязательно в створе). Визирная ось инструмента приводится в горизонтальное положение. На точках А и В устанавливаются отвесно рейки. Точка, высота которой известна, называется задней, а точка, высота которой определяется, называется передней. Определяют отсчеты по рейкам: задний отсчет а и передний отсчет b. Превышение между точками h вычисляются как разность заднего и переднего отсчетов: h = a – b Превышение h может быть положительным (а > b) или отрицательным (а < b). Для контроля отсчеты берутся по черной и красной сторонам рейки. Превышение подсчитывается дважды: как разность черных отсчетов и как разность красных отсчетов. По известной высоте точки А – HА и измеренному превышению h вычисляется высота точки В – HВ: HВ = HА + h Способ нивелирования из середины применяется при проложении нивелирных ходов. Этот способ позволяет снизить влияние таких источников погрешностей как: отклонение визирной линии нивелира от горизонтального положения, а также влияние кривизны Земли и рефракции (при равенстве расстояний от инструмента до передней и задней реек погрешности в отсчетах по рейкам одинаковые и при вычитании взаимно уничтожаются). Превышение передней точки над задней равно разности отсчетов «взгляд назад» минус «взгляд вперед». Высота передней точки равна высоте задней плюс соответствующее превышение. Горизонт прибора равен высоте точки плюс «взгляд на эту точку». Высота точки равна горизонту прибора минус «взгляд на эту точку». При геометрическом нивелировании «вперед» нивелир устанавливается над одной из нивелируемых точек. При этом окуляр зрительной трубы нивелира располагается над точкой. В определяемой точке устанавливается рейка. Визирная ось нивелира приводится в горизонтальное положение и направляется на рейку. Берется отсчет по рейке b и измеряется высота инструмента i с точностью 1 мм. Превышение h подсчитывается из выражения: h = i – b, то есть превышение между точками равно высоте прибора минус «взгляд вперед». Высота точки HВ определяется из выражения: HВ = HА + h Если с одной станции измеряются высоты нескольких точек, целесообразно выполнять расчет этих высот по горизонту инструмента. Горизонтом инструмента на станции – HГИ называется отметка визирного луча нивелира. HГИ = HА + i Высота определяемой точки HB = HГИ – b Нивелирование с одной стоянки прибора (станции) называют простым. Если требуется определить превышения или высоты для многих точек на значительном протяжении, то нивелирование осуществляют с нескольких станций, т.е. прокладывают нивелирный ход. Такое нивелирование называют сложным. В процессе сложного нивелирования точки, общие для двух смежных станций, называют связующими, а остальные – промежуточными. При сложном нивелировании особое внимание уделяют связующим точкам, так как ошибка, допущенная в определении высоты одной из связующих точек, передается на все последующие. При изысканиях автомобильных дорог, мостовых переходов, каналов и других линейных инженерных сооружений нивелирование ведут вдоль трассы сооружений, с определением высот переломных и характерных точек местности, с последующим составлением продольного профиля по оси будущего сооружения. Такое нивелирование называют продольным. В характерных местах производят определение высот точек местности по перпендикулярам к трассе (поперечникам). Такое нивелирование называют поперечным. Поперечное геометрическое нивелирование производят при небольшом перепаде высот между крайними точками поперечников, когда каждый поперечник может быть снят с 1-2 станций. Нивелирный ход Для вертикальной планировки местности при изысканиях аэродромов, строительных площадок и др. для получения топографического плана в горизонталях производят нивелирование поверхности (аэродромы). Путем проложения нивелирных ходов I, II, III, IV классов точности создается Единая государственная сеть, являющаяся высотной основой всех геодезических работ на территории страны. Пункты государственной нивелирной сети закрепляются на местности постоянными знаками – реперами и марками, их отметки публикуются в специальных каталогах. В развитие государственной нивелирной сети для производства топографо-геодезических работ прокладываются ходы технического нивелирования. Нивелирные ходы могут быть замкнутые и разомкнутые. В замкнутых ходах в конце измерений возвращаются к исходной точке – реперу (стенной марке). Разомкнутый ход опирается на две точки с известными отметками. При съемке участка под строительство, а также при обмерах объектов архитектуры высотным обоснованием служит нивелирный ход, проложенный по точкам теодолитного хода – теодолитно-нивелирный ход. Общие точки для смежных станций хода называются связующими. В тех случаях, когда перепад высот между точками не позволяет выполнить измерение с одной станции, выбирается дополнительная связующая точка «Х» точка и соответственно – дополнительная станция. При наличии в створе между связующими точками характерных точек перегиба рельефа их нивелируют, такие точки называются промежуточными или плюсовыми. Лекция 12. Нивелирование. Порядок работы. Обработка измерений. 1- визирование на заднюю по ходу точку и отсчет по черной стороне рейки, 2- визирование на переднюю точку и отсчет по черной стороне рейки, 3- отсчет по красной стороне рейки при визировании на переднюю точку, 4- отсчет по красной стороне рейки при визировании на заднюю точку, 5- визирование на промежуточную точку и отсчет по черной стороне рейки. Журнал геометрического нивелирования № № станции наблюд. точки 1 А В Отсчеты по рейкам, мм задние передние 1701 6385 4684 Превышения, мм + - Средние превыш., мм + - Отметки м 150,540 0534 0537 0536 2235 6922 4687 150,004 На станции вычисляют значения превышений по черным и красным сторонам реек: чер h чер = a чер зад - b пер = 1701 – 2235= - 534 мм; h кр = a крзад - b крпер =6385 – 6922 = - 537 мм. Измерения считают правильными, если | h чер – h кр | ≤ 5 мм. Кроме того, для контроля правильности взятия отсчетов, в процессе измерения на станции, вычисляют разности а кр – а чер и в кр - в чер , такой контроль называют разностью пяток. Найденную величину выписывают в таблице под снятыми отсчетами, отделяя чертой. Расхождения в полученных разностях не должны превышать 5 мм. Значение среднего превышения находят по формуле hср = (h чер + h кр ) / 2= - 534 + (- 537)= -536 мм Если отметка Н А точки А известна, то отметку точки В находят по формуле Н В = Н А + h ср Общий вид журнала нивелирного (теодолитного) хода Значение превышения на станции вычисляется по формуле дважды: по черным и красным сторонам (графы 6 и 7). Допустимое расхождение значений превышений — не более 5 мм, в противном случае измерения на станции следует повторить. Из двух значений превышений вычисляется среднее арифметическое с округлением до 1 мм (графы 8 и 9). Для проверки вычислений в конце страницы производят постраничный контроль. Для этого суммируют данные граф 3, 4, 6, 7, 8 и 9 и проверяют равенство: (Ʃ3 — Ʃ4):2 = (Ʃ6 + Ʃ7):2 = Ʃ8 + Ʃ9 Значение превышения на станции вычисляется по формуле дважды: по черным и красным сторонам (графы 6 и 7). Допустимое расхождение значений превышений — не более 5 мм, в противном случае измерения на станции следует повторить. Из двух значений превышений вычисляется среднее арифметическое с округлением до 1 мм (графы 8 и 9). Для проверки вычислений в конце страницы производят постраничный контроль. Для этого суммируют данные граф 3, 4, 6, 7, 8 и 9 и проверяют равенство: (Ʃ3 — Ʃ4):2 = (Ʃ6 + Ʃ7):2 = Ʃ8 + Ʃ9 Расхождение результатов допускается в пределах 3 мм. После построения постраничного контроля подсчитывается невязка нивелирного хода. Для замкнутого нивелирного хода теоретическая сумма превышений равна нулю, следовательно, полученная сумма средних превышений является невязкой хода fh. В разомкнутых нивелирных ходах теоретическая сумма превышений равна разности отметок конечной — Нк и начальной - Нн точек хода. Невязка разомкнутого нивелирного хода определяется из выражения: fh = Σh — (Hк — Нн) Допустимая невязка хода технического нивелирования fh доп. Подсчитывается по одной из формул: fh доп.= ± 50 мм · L , где L — длина хода в километрах. fh доп.= ± 10 мм · n , где n — число станций в ходе. Если невязка хода не преышает допустимой, ее распределяют с обратным знаком поровну на все превышения. Поправки подписывают над значениями средних превышений (графы 10 и 11). Отметки точек вычисляются путем последовательного суммирования отметки предыдущей точки и исправленного превышения (с учетом знака превышения). Следует иметь ввиду, что величины, приведенные в графах 3-11 даны в миллиметрах, в графах 12 и 13 — в метрах. Отметки промежуточных точек вычисляются по горизонту инструмента (графа 12). Горизонт инструмента подсчитывается только на тех станциях, где имеются промежуточные точки. Для контроля работ в нивелирных ходах на каждой станции измерения дублируются с изменением высоты инструмента, т.е. прокладывается «двойной» нивелирный ход.
