Методы топографической съемки

 

 

1 Топографическая съемка: сущность, виды, методы

 

 

1.1 Геодезия как наука. Дисциплины, входящие в неё

 

 

Основной задачей в капитальном строительстве является повышение эффективности капитальных вложений за счет улучшения планирования, проектирования и организации строительного производства, сокращения продолжительности и снижения стоимости строительства. Постоянно расширяется строительство крупных промышленных и агропромышленных комплексов, городов, гидротехнических сооружений. Большой объем работ ведётся по созданию различных прецизионных сооружений, таких как ускорители заряженных частиц, крупных реакторов, радиотелескопов, высотных башен и т.п. Инженерно-геодезические работы стали неотъемлемой частью технологического процесса строительства [2].

Все заданные выше задачи решает наука – геодезия.

Геодезия – наука, изучающая форму и размеры поверхности всей Земли или отдельных ее частей путем измерений, вычислительной обработки результатов вычислений, построений карт, планов, профилей и методы их использования для решения различных задач.

В задачи геодезии входит изучение методов:

1. измерения линий и углов на поверхности земли, под землей (в шахтах, туннелях), над землей (при аэрофотосъемке, при использовании искусственных спутников Земли и ракетно-космической техники) с помощью специальных геодезических приборов;
2. вычислительной обработки результатов измерений с использованием электронно-вычислительной техники;
3. графических построений и оформления карт, планов и профилей;
4. использования результатов измерений и графических построений при решении задач промышленного, сельскохозяйственного, транспортного, культурного строительства, научных исследований и др.

Геодезия как инженерная наука в своем развитии опирается на математику, физику, тесно связана с географией и геологией, геоморфологией и почвоведением, земледелием и геоботаникой, землеустроительным проектированием и экономикой сельского хозяйства, мелиорацией и дорожным делом, астрономией и геофизикой и др [21].

Рассмотрим дисциплины, на которые она делится:

1. Высшая геодезия – наука, предметом исследования которой является форма, размер и внешнее гравитационное поле Земли (значение силы тяжести в окружающем Землю пространстве и на ее поверхности). Высшая геодезия занимается также методами точных измерений и способами их обработки с целью определения взаимного положения точек на земной поверхности в единой системе координат.
2. Инженерная геодезия – наука, которая изучает вопросы приложения геодезии к инженерному делу.

Предметом инженерной геодезии является исследование методов и средств геодезического обеспечения всех видов строительства на различных его этапах, при реконструкции, расширении и эксплуатации сооружений, в землеустройстве, при лесотехнических работах, при поиске, разведке, разработке и охране природных ресурсов, монтаже и накладке сложных машин и т.п.

3. Фотограмметрия (измерительная фотограмметрия) – научно-техническая дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и положения объектов в пространстве по их фотографическим изображениям. Фотограмметрия применялась в различных областях науки и техники: в геодезии, архитектуре и строительстве, астрономии, в космических исследованиях. Наибольшее применение фотограмметрия получила в топографии, где объектом изучения и измерения является земная поверхность. Однако, в настоящее время фотограмметрические исследования практически не используются, так появились более новые и современные способы и методы исследования.
4. Картография – наука, изучающая вопросы картографического изображения и разрабатывающая методы создания карт и их использования. Картография тесно связана с геодезией, топографией и географией. Результаты геодезических определений размеров и формы Земли и координат пунктов геодезических сетей, а также результаты топографических съемок используются в картографии в качестве исходной основы для составления карт. В настоящее время наука картография перешла на новую качественную ступень, в связи с появлением новых ГИС-технологий.
5. Топография (от греч. tоpos - место и графия) - научно-техническая дисциплина, занимающаяся географическим и геометрическим изучением местности путём создания топографических карт на основе съёмочных работ (наземных, с воздуха, из космоса). По одним представлениям, топография - самостоятельный раздел картографии, охватывающий проблемы детального общегеографического картографирования территории, по другим - раздел геодезии, посвященный проблемам измерений на земной поверхности и по аэроснимкам для определения положения, формы и размеров снимаемых природных и социально-экономических объектов. В сферу топографии входят вопросы классификации, содержания и точности топографических карт, методики их изготовления и обновления и получения по ним различной информации о местности. В каждой стране все эти вопросы регламентируются собственными стандартами (связанными с хозяйственно-политическими факторами, организационно-техническими возможностями картографо-геодезических служб и характером ландшафтов), но поскольку в целом они достаточно близки, это позволяет создавать сопоставимые топографические карты. Периодическая модернизация данных стандартов, а также совершенствование базирующихся на них топографических условных знаков и основных положений по отбору и обобщению элементов нагрузки карт составляют одну из важнейших задач топографии [3].

Ниже рассмотрим методы топографических съемок, состав работ, входящий в них, также выберем метод съемки, который будем использовать для выполнения инженерно-геодезических работ на объекте: «Топографо-геодезические работы при съемке масштаба 1:500 водохранилища реки Кандысу, Тарбагатайского района ВКО.

 

 

1.2 Методы топографических съемок

 

 

Топографическая съемка состоит из комплекса полевых и камеральных работ, выполняемых для создания топографических карт и планов. В инженерной геодезии обычно выполняют съемки крупных масштабов: 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000, 1: 500. На топографических планах изображают все предметы и рельеф местности, подземные и наземные коммуникации. Изображаемые на плане точки условно делят на твёрдые и нетвёрдые. Твёрдыми являются стабильные объекты с четкими границами (углы зданий, построенных из кирпича бетона и других прочных материалов и т.п.). Нетвёрдые контуры не имеют чётких границ, например, граница леса, луга и т.п.

На топографических планах изображают опорные плановые и высотные геодезические пункты, точки съемочного обоснования, с которых выполняют съемку. На специализированных планах изображают не все объекты местности, а в основном те, которые необходимы для решения специальных задач [25].

Имеется несколько методов топографической съемки:

А) Аэрофототопографические и фототопографические съемки. При создании топографических карт и планов больших территорий в основном используют аэрофототопографические съемки, сущность которых сводится к фотографированию с самолета или другого носителя, включая и космические, участков местности. В зависимости от масштаба создаваемой карты используют специальные автоматизированные аэрофотоаппараты (АФА) с различным фокусным расстоянием и фотографирование выполняют с различных высот, при этом получают примерно горизонтальные снимки, масштаб которых определяют по формуле:

 

                                           ,                                                      (1)

                                           

где m - знаменатель масштаба снимка;

       ƒ - фокусное расстояние камер;

      Н - высота фотографирования.

Б) Теодолитная съемка. Теодолитной она называется потому, что основным прибором, с помощью которого она выполняется, является теодолит, предназначенный для измерения горизонтальных углов и углов наклона.

Съемочной геодезической сетью при теодолитной съемке может быть сеть треугольников, сеть теодолитных полигонов, составляющих группу смежных многоугольников, или теодолитных ходов, представляющих систему ломаных линий. Концами этих линий должны быть точки (пункты более точной геодезической сети), положение которых уже определено и выражено координатами. При съемке небольших участков съемочная сеть может представлять один полигон или один ход. Ход, проложенный внутри полигона для съемки ситуации, называется диагональным.

Углы в теодолитных полигонах и ходах измеряют при помощи теодолитов с погрешностью не более 0,5'.

Линии измеряются мерной лентой в прямом и обратном направлениях с предельными относительными ошибками и .

Цель проложения теодолитных ходов – получение на местности ряд пунктов, имеющих координаты.

Пункты на местности закрепляют (временными или постоянными знаками) [8].

 В) Мензульная съемка. От теодолитной мензульная съемка отличается главным образом тем, что при её применении измерения на местности и составление плана производятся в поле одновременно. Если при теодолитной съемке горизонтальные углы измеряют и выражают в градусной (или градовой) мере, то при мензульной съемке измерение сопровождается графическим построением угла. Для построения угла лист бумаги прикрепляют к верхней поверхности мензульной доски, которую вместе с этим листом называют планшетом, и прочерчивают на ней стороны горизонтального угла, параллельные горизонтальным проложениям соответственных линий местности. Поэтому мензульную съемку называют углоначертательной.

При мензульной съемке абрис не составляют, расстояния (горизонтальные проложения), измеренные на местности, откладывают на планшете при помощи циркуля-измерителя и масштабной линейки; иногда их значения записывают в полевой журнал для вычисления превышений.

Мензульная доска – планшет - выполняет роль горизонтального круга. Роль алидады выполняет линейка, накладываемая на планшет и являющаяся частью визирного прибора, называемого кипрегелем.

Центрируют мензулу иначе, чем теодолит. Над точкой местности (пунктом) при помощи отвеса центрируют положение этой точки на планшете, так чтобы точки оказались на одной отвесной линии. Для центрирования планшета применяют вилку. Индекс i вилки, совмещаемый с точкой на планшете, должен быть на одной линии с отвесом. При съемках в масштабе     1: 5000 и мельче планшет центрируют на глаз, т.к. погрешность центрирования в большинстве случаев допускается примерно равной половине точности масштаба.

Ориентирование планшета, т.е. установку его так, чтобы линии на планшете были параллельны горизонтальным проложениям соответствующих линий местности, производят по точкам местности, положение которых на планшете известно.

Кипрегель, мензульная доска, подставка, тренога, вилка, буссоль, зонт и дальномерная рейка составляют мензульный комплект.

Поверки мензулы:

1. Нарезка у станового винта и у конца оси подставки должна быть одинаковой, в результате чего становой винт должен свободно привинчиваться к подставке. Винты, служащие для прикрепления доски к подставке, должны быть хорошо подогнаны к гнездам в доске. Поверка этих условий производится при сборке мензулы.
2. Вращение мензульной доски должно быть свободным и при работе наводящим винтом подставки – плавным. Для проверки вращают мензульную доску и наблюдают за её движением. При испытании наводящего винта, вращая его, наблюдают в зрительную трубу кипрегеля за плавным перемещением изображения предметов в поле зрения трубы.
3. В собранном виде мензула должна быть устойчивой и при надавливании на планшет пружинить. Чтобы убедиться в этом, закрепив становой и закрепительный винты, наводят кипрегель на точку предмета, нажимают на доску снизу вверх, сверху вниз, с обоих боков и наблюдают при этом в трубу кипрегеля, возвращается ли изображение точки предмета в прежнее положение, когда действие силы прекращается.

4 Если мензула малоустойчива и недостаточно пружинит, следует устранить причины: если шатается голова треноги, подвинтить гайки (барашки ног); если шатаются наконечники ног треноги, укрепить их; если расшатаны гнезда в доске, закрепить их. Очень часто мензула бывает неустойчивой вследствие люфта оси подставки; в этом случае необходимо подвинтить нижнюю гайку оси подставки и, если это не поможет, обратиться в механическую мастерскую.

5 Верхняя поверхность мензульной доски должна быть плоскостью. Выверенную линейку прикладывают ребром в различных направлениях к верхней поверхности доски и смотрят, нет ли просветов между линейкой и доской.

6. Верхняя поверхность мензульной доски должна быть перпендикулярна к вертикальной оси подставки. Чтобы убедиться в этом, на мензульную доску, приведенную в горизонтальное положение, ставят выверенный уровень с ценой деления не более 60''. При вращении доски пузырек уровня не должен отклоняться от середины более чем на 2 - 3 деления. Такая точность нужна не столько для построения горизонтального угла на планшете, сколько для быстрого приведения пузырька уровня при вертикальном круге на середину перед отсчетом по лимбу [28].

 Если это условие  не выполняется вследствие механических  недостатков прибора, то можно  предварительно ориентировать планшет, после чего привести его плоскость  в вертикальное положение и  проверить ориентировку; тогда невыполнение указанного уровня не будет влиять на точность работы.

К вилке предъявляется следующее условие: при горизонтальном положении планшета индекс вилки i должен находиться по одной отвесной линии с острием отвеса. Установив острие отвеса над какой-либо точкой местности (над точкой кола), замечают карандашом точку на планшете против индекса вилки i. Затем перекладывают вилку на 180˚ и, приложив индекс i к точке на планшете, смотрят: если острие отвеса окажется над той же точкой местности, то условие выполнено, в противном случае надо переместить шнур отвеса. При отклонении острия отвеса меньше чем на 1 см шнур отвеса можно не перемещать.

К буссоли предъявляются следующие требования:

1. Магнитная стрелка должна быть хорошо намагничена, шпиль должен быть хорошо отточен, камень – отшлифован. Для проверки по кольцу буссоли против конца установившейся стрелки производят отсчет. Затем подносят к стрелке железный предмет и, дав стрелке успокоится, после того как предмет будет убран, производят второй отсчет. Если отсчеты совпадают, а стрелка устанавливается после непродолжительных колебаний, то условие выполнено. В противном случае производят намагничивание при помощи двух магнитов. Разными полюсами магниты водят по стрелке одновременно от середины к краям по несколько раз с обеих сторон.
2. Магнитная стрелка должна быть уравновешена. Приведя вертикальную ось прибора в отвесное положение, смотрят на концы стрелки. Если они находятся на одной и той же высоте относительно плоскости кольца буссоли, то условие выполнено; в противном случае на приподнятый конец стрелки надо прикрепить кусочек воска, сургуч и др.
3. Ось вращения магнитной стрелки должна проходить через центр кольца буссоли, т.е. магнитная стрелка не должна иметь эксцентриситета. Исключается влияние эксцентриситета выводом среднего значения из отсчетов по обоим концам стрелки.
4. Магнитная ось стрелки должна совпадать с геометрической. Если эти оси не совпадают, то отсчеты по концам стрелки будут отличаться от магнитного азимута и румба на величину угла, образованного осями. Обнаружить несовпадение осей можно после сравнивания показаний испытываемой буссоли с показаниями выверенной буссоли.
5. Рабочие ребра буссоли должны быть параллельны нулевому диаметру кольца буссоли. Поверка производится измерением при помощи измерителя расстояний между нулевыми штрихами и рабочими ребрами.