Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Геодезические съемки

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ВИДЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЪЕМОК И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ 4

1. 1. Нивелирование 4

1.1.1. Виды нивелирования 4

1.1.2. Способы геометрического нивелирования 4

1. 2. Теодолитная съемка 6

1. 3. Тахеометрическая съемка 7

1. 4. Система спутникового позиционирования 9

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ 12

2.1. Обработка результатов нивелирования 12

2.2. Обработка результатов теодолитной съемки 14

2.2.1. Общие положения 14

2.2.2. Обработка результатов измерений в замкнутом теодолитном ходе 15

2.2.3. Особенности обработки результатов измерений диагонального (разомкнутого) теодолитного хода 18

2.3. Обработка результатов тахеометрической съемки 20

ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ И РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ 23

3.1. Результаты нивелирования 23

3.2. Результаты теодолитной съемки 25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 34

ВВЕДЕНИЕ

Геодезия — наука об измерениях Земли и других космических объектов, получении их изображений в графическом и электронном видах и измерениях этих изображений.

Геодезия — одна из древнейших наук о Земле, которая возникла исходя из практических потребностей человека, связанных с измерениями земной поверхности для строительства различных инженерных сооружений, ведения сельского хозяйства, учета земель, создания карт и планов.

Современная геодезия представляет собой сложную многогранную науку, опирающуюся на последние достижения таких фундаментальных наук, как математика, физика, астрономия, география. Ее основным назначением является изучение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли, составление планов и карт и их электронных аналогов — цифровых моделей местности (ЦММ) и электронных карт (ЭК), решение различных инженерных задач на местности в интересах народного хозяйства и обороны страны.

Карты, созданные в результате геодезических съемок, используют в различных областях человеческой деятельности. Без карт невозможна работа по прокладке нефтепроводов и газопроводов, строительству электростанций и городов. Ни одна отрасль науки и промышленности сегодня не может обойтись без карты.

Основную роль в создании карт играют в настоящее время геодезические съемки. Именно о них речь пойдет в данной работе.

Целью курсовой работы является получение наглядного представления о геодезических съемках, закрепление и углубление знаний по данной дисциплине.

Задачи:

Изучить особенности всех видов геодезических съемок.
Получить навыки и умения при работе с приборами.
Выполнить обработку данных и построить планы местности по полученным данным.
Сформулировать определенные выводы по данной теме.

ГЛАВА 1. ВИДЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЪЕМОК И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

1. 1. Нивелирование

1.1.1. Виды нивелирования

Нивелированием называют полевые измерения, в результате которых определяют высоты точек местности и превышения между ними. Выделяют несколько видов нивелирования:

-геометрическое, выполняемое горизонтальной визирной осью;

-тригонометрическое, выполняемое наклонной визирной осью;

-барометрическое, выполняемое при помощи барометров, действие которых основано на известной зависимости между атмосферным давлением и высотой над уровнем моря;

-гидростатическое, основанное на свойстве свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одной и той же уровенной поверхности;

-стереофотограмметрическое, выполняемое посредством измерений на стереоскопических парах фотоснимков;

-аэрорадионивелирование, выполняемое с помощью радиовысотомеров, устанавливаемых на летательных аппаратах;

-механическое, выполняемое при помощи приборов, автоматически вычерчивающих профиль проходимого пути.

Из перечисленных видов нивелирования наиболее точным является геометрическое и гидростатическое, несколько менее точное - тригонометрическое, остальные виды нивелирования имеют менее точные измерения.

1.1.2. Способы геометрического нивелирования

Геометрическое нивелирование выполняют при помощи нивелира и нивелирных реек.

Нивелир - геодезический прибор, обеспечивающий при работе горизонтальную линию визирования. Он представляет собой сочетание зрительной трубы с цилиндрическим уровнем или с компенсатором. Уровень и компенсатор служат для приведения визирной оси в горизонтальное положение.

Нивелирные рейки - это деревянные бруски, чаще всего с сантиметровыми делениями, оцифрованными от нуля (пятки рейки), снизу вверх, через каждый дециметр.

Геометрическое нивелирование заключается в определении превышения h точки B над точкой А.

Точки закрепляют на местности забитыми в землю деревянными кольями, металлическими костылями и др., обеспечивающими прочное, без осадок положение их по высоте.

Нивелирным отсчетом по рейке называют отрезок отвесной линии от точки, на которой стоит рейка, до горизонтальной визирной оси. Отсчеты и превышения выражают в миллиметрах и записывают их с округлением до миллиметра. (Маслов А. В., Гордеев А. В, Батраков Ю. Г. Геодезия. Учеб. пособие для вузов. - М.: КолосС, 2007. С. 157-158)

Существует два способа геометрического нивелирования: «из середины» и «вперед» (Рис. 1.1)

Рис. 1.1. Способы геометрического нивелирования:

а-способ «из середины»; б-способ «вперед»

Геометрическое нивелирование «из середины» осуществляют следующим образом. Для определения превышения h между точками А и В (см. рис. 1.1, а) в этих точках отвесно устанавливают рейки и берут отсчеты а («взгляд назад») на точку А и b («взгляд вперед») на точку В.

Как следует из Рис. 1.1, а, превышение между точками А и В равно:

h = a – b. (1.1)

Если превышение h оказалось положительным, то это означает, что передняя точка В расположена выше задней точки А и, наоборот, при отрицательном значении превышения h передняя точка расположена ниже задней.

Таким образом, превышение передней точки над задней равно разности отсчетов «взгляд назад» минус «взгляд вперед».

Если известна высота H_a заднее точки А, вычислив превышение h, легко определить высоту H_b передней точки B по формуле:

H_b=H_a + h . (1.2)

То есть высота передней точки равна высоте задней плюс соответствующее превышение.

Высота последующей точки может быть определена и через горизонт прибора H_i(см. рис. 1.1, а):

H_i = H_a + a. (1.3)

Горизонт прибора равен высоте точки плюс «взгляд на эту точку». Тогда высоту передней точки В легко определить по формуле:

H_b= H_i – b. (1.4)

Высота точки равна горизонту прибора минус «взгляд на эту точку».

Способ нивелирования «из середины» является основным при производстве инженерных работ, поскольку на результаты нивелирования практически не сказывается точность юстировки прибора (нивелира), а также влияние кривизны Земли и рефракции земной атмосферы.

При геометрическом нивелировании способом «вперед» прибор устанавливают таким образом, чтобы окуляр его трубы находился над точкой A (рис. 1.1, б). Вертикальное расстояние от центра окуляра до точки А называют высотой прибора i. Высоту прибора обычно измеряют с помощью вертикально установленной рейки.

Если в точке В установить рейку и взять на нее отсчет «взгляд вперед» b, то превышение между точками А и В определится:

h = i – b, (1.5)

т. е. превышение между точками равно высоте прибора минус «взгляд вперед».

На результаты нивелирования способом «вперед» существенное влияние оказывает точность юстировки прибора (т. е. обеспечение практической горизонтальности визирной оси), а также влияние кривизны Земли и рефракции земной атмосферы. Поэтому геометрическое нивелирование способом «вперед» используют, как правило, при поверках и юстировках нивелиров перед началом полевых работ.

1. 2. Теодолитная съемка

Теодолитной называется горизонтальная (контурная) съемка местности, в результате которой может быть получен план с изображением ситуации местности (контуров) без рельефа. Теодолитная съемка относится к числу крупномасштабных (масштаб 1:5000 и крупнее) и применяется в равнинной местности в условиях сложной ситуации и на застроенных территориях: в населенных пунктах, на строительных площадках, промплощадках предприятий, на территориях железнодорожных узлов, аэропортах и т. п. В качестве планового съемочного обоснования при теодолитной съемке обычно используются точки теодолитных ходов.

Теодолитные ходы представляют собой систему ломаных линий, в которых горизонтальные углы измеряются техническими теодолитами, а длины сторон – стальными мерными лентами и рулеткам либо оптическими дальномерами. По точности теодолитные ходы подразделяются на ходы точности 1:3000, 1:2000 и 1:1000. Обычно теодолитные ходы нужны не только для выполнения съемки ситуации местности, но и служат геодезической основой для других видов инженерно-геодезических работ. Теодолитные ходы развиваются от пунктов плановых государственных геодезических сетей и сетей сгущения.

По форме различают следующие виды теодолитных ходов:

разомкнутый ход, начало и конец которого опираются на пункты геодезического обоснования (рис. 1.2, а);
замкнутый ход (полигон) – сомкнутый многоугольник, обычно примыкающий к пункту геодезического обоснования (рис. 1.2, б);
висячий ход, один из концов которого примыкает к пункту геодезического обоснования, а второй конец остается свободным (рис. 1.2, в).

Рис. 1.2. Теодолитные ходы:

а – разомкнутый ход; б – замкнутый ход (полигон); в – висячий ход.

Форма теодолитных ходов зависит от характера снимаемой территории. При необходимости внутри полигона прокладывают диагональные ходы. (Поклад Г. Г., Гриднев С. П. Геодезия. Учеб. пособие для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Академический Проспект; Парадигма, 2011. С. 138)

1. 3. Тахеометрическая съемка

Тахеометрическая съемка является самым распространенным видом наземных топографических съемок, применяемых при инженерных изысканиях объектов строительства. Высокая производительность тахеометрических съемок обеспечивается тем, что все измерения, необходимые для определения пространственных координат характерных точек местности, выполняют комплексно с использованием одного геодезического прибора – теодолита-тахеометра. При этом положение снимаемой точки местности в плане определяют измерением полярных координат: измеряют горизонтальный угол между направлениями на одну из соседних точек съемочного обоснования и снимаемую точку измеряют расстояние до точки нитяным дальномером или лазерным дальномером электронного тахеометра. Высотное положение снимаемых точек определяют методом тригонометрического нивелирования:

горизонтальная проекция расстояния

d = Lcos²γ; (1.6)

превышение

h = dtgγ + i – l (1.7)

где L=Cn^’- дальномерное расстояние; n^’- разность отсчетов по дальномерным штрихам сетки нитей; γ – угол наклона; i – высота прибора над съемочной точкой; l – высота наводки (Рис. 1.3).

Рис.1.3. Схема тригонометрического нивелирования

Тахеометрические съемки используют для подготовки крупномасштабных топографических планов и цифровых моделей местности (ЦММ), по которым осуществляется системное автоматизированное проектирование объектов строительства.

Основными масштабами для производства тахеометрических съемок являются: 1:500, 1:1000 и 1:2000. При этом масштаб съемки принимают в зависимости от её назначения, стадии проектирования, ожидаемых размеров проектируемого объекта в плане, а также от категории рельефа и ситуационных особенностей местности и, в частности:

масштаб 1:500 с высотой сечения рельефа 0,25-0,5 м – для составления планов и ЦММ при проектировании городских улиц и дорог, временных и гражданских сооружений, малых водопропускных сооружений на дорогах, небольших карьеров и резервов грунта и т. д.;

масштаб 1:1000 с высотой сечения рельефа 0,5-1,0 м или масштаб 1:2000 с высотой сечения рельефа через 1,0-2,0 м для составления топографических планов и ЦММ при проектировании системы поверхностного водоотвода, планировки территорий, проектировании транспортных развязок движения в разных уровнях и т.п.

Важным достоинством тахеометрической съемки является то, что при высокой производительности полевых работ, существенную долю объема работ по подготовке топографических планов местности и ЦММ удается перенести в камеральные условия, где есть возможность широкого применения средств автоматизации и вычислительной техники. (Федотов Г. А. Инженерная геодезия. Учебник. – 5-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2009. С. 184-185)

1. 4. Система спутникового позиционирования

Значительную роль в развитии современной геодезии и определении параметров пространственного положения объектов, в том числе совершенствование определения координат сыграло создание в 1990-х гг. глобальных систем позиционирования: в США – Global Positioning System (GPS) и в России – глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС).

Понятие «позиционирование» означает реализацию возможных способов использования данной системы для определения параметров пространственного положения объектов наблюдения, т. е. определение трехмерных координат объекта, его вектора скорости и направления.

Системы спутникового позиционирования представляют собой всепогодную навигационную систему космического базирования, которая позволяет в глобальных масштабах определять текущее местоположение и скорость воздушных, морских и сухопутных транспортных средств, а также осуществлять точную координацию времени, т. к. все способы измерения расстояний основаны на определениях времени прохождения волны от спутника до приемника. Системы координат и времени неразрывно связаны. Их совокупность представляет собой систему отсчета. Создание этой системы и ее практическую реализацию называют координатно-временным обеспечением при проведении разнообразных геодезических работ.

Основу GPS составляют 24 спутника, которые непрерывно излучают радиосигналы, принимаемые GPS – приемниками. Высота орбит спутников составляет 20183 км, орбитальный период равен 11 ч. 58 мин., плоскости орбит имеют разную ориентацию в пространстве. Вырабатываемые на спутниках электромагнитные волны с частотами f1= 1575,42 МНz и f2=1227,60 МНz и соответствующими длинами λ1=19,0 и λ2=24,4 см принимаются GPS – приемниками.

В системах глобального позиционирования спутники выполняют роль геодезических опорных пунктов. Каждый спутник имеет по четыре атомных эталонов частоты и времени, приборы для приема и передачи радиосигналов, бортовую компьютерную аппаратуру. Пространственное положение спутников в геодезической системе координат известно для каждого момента времени. Радиосигналы всех спутников синхронизированы по времени с точностью 1·10-12 секунды с помощью бортовых атомных часов.

Данные о конкретных параметрах орбиты каждого спутника вводятся в память компьютеров GPS – приемников. Ими также принимаются данные о небольших отклонениях спутников от заданных орбит, которые поступают в виде радиосигналов с самих спутников с целью введения поправок в определение расстояний от антенны приемника до наблюдаемого спутника в данный момент времени.

Чтобы увеличить точность определения координат сигналы спутников принимают методом базовой станции. Для этого используются 2 комплекта GPS – приемников: один устанавливается над геодезическим пунктом с известными координатами, другой – над определяемым пунктом местности.

Координаты определяются в глобальной геоцентрической системе WGS–84. За начало координат принимается центр масс Земли, определенный с точностью 1 м. Координатные оси ориентированы относительно экватора и плоскости меридиана Гринвича.

В ГЛОНАССе также 24 основных и 3 резервных спутника. В 1982 г. выведены на орбиты первые спутники серии КОСМОС. С января 1996 г. ГЛОНАСС развернута полностью и действует в координатной системе параметры Земли 1990 г. (ПЗ–90). Система ПЗ–90 предназначена для решения различных прикладных задач, в т. ч. геодезического обеспечения навигационных комплексов и систем ГЛОНАСС. ПЗ–90 включает основные геодезические постоянные, т. е. характеристики геоцентрической системы координат, в том числе параметры общего земного эллипсоида, координаты пунктов космической геодезической сети (КГС), закрепляющие эту систему, элементы связи с референц-системами координат; планетарные модели нормального аномального гравитационного поля Земли. Система координат ПЗ–90 является геоцентрической прямоугольной пространственной системой с началом координат в центре масс Земли. Реализация этой системы осуществляется через координаты пунктов КГС. Пункты наземного комплекса управления системой ГЛОНАСС совмещены с пунктами КГС.

В настоящее время функционируют приемные устройства, одновременно использующие системы GPS и ГЛОНАСС. Обе системы имеют сходные параметры: близкие несущие частоты, общность конструкций кодовых сигналов, использующих фазовую манипуляцию, близость высот и наклонений орбит и периодов обращения.

Преимущество спутниковых систем позиционирования перед традиционными способами определения координат являются: глобальность, оперативность, всепогодность, оптимальная точность, эффективность, доступность, быстрота получения данных, минимальные затраты при построении государственных геодезических сетей и сетей сгущений.(http://www.bygeo.ru/materialy/pervyi_kurs/topografia-chtenie/1607-ponyatie-o-sputnikovyh-sistemah-pozicionirovaniya.html)

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Обработка результатов нивелирования

Обработку журналов нивелирования начинают с проверки всех записей и вычислений, выполненных в поле. С целью выявления возможных погрешностей в вычислениях на каждой странице журнала выполняют постраничный контроль. Он заключается в подсчете сумм отсчетов на связующие точки по задней (∑а) и передней (∑b) рейкам, а также сумм превышений по черной и красной сторонам реек и средних превышений на станциях; при этом должно соблюдаться равенство

_ср. (2.1)

Расхождение в 1 – 2 мм могут возникнуть за счет округления значений средних превышений до целого числа миллиметров. Отсчеты по рейкам на промежуточных точках в постраничном контроле не участвуют. Невязка представляет собой разность суммы измеренных средних превышений _ср и известного (теоретического) превышения между конечной и начальной точками хода, т. е.

f_h=_ср -₀. (2.2)

При этом возможны следующие случаи.

1. Нивелирный ход проложен между двумя реперами. В этом случае фактическая высотная невязка хода

f_h= _ср – (Н_кон- Н_нач), (2.3)

где (Н_кон - Н_нач)=h₀ – известное превышение между конечной и начальной точками хода.

2. Замкнутый нивелирный ход. Поскольку ход начинается и заканчивается на одной и той же точке, то известное превышение h₀=0. Тогда

f_h= _ср. (2.4)

3. Висячий нивелирный ход, опирающийся на одну твердую точку.

Если нивелирование хода выполнялось двумя нивелирами, то сумма превышений _I для первого нивелира должно равняться сумме превышений _II для второго нивелира. Следовательно,

f_h=_I-_II. (2.5)

При нивелировании хода в прямом и обратном направлениях сумма превышений прямого хода _пр должна равняться сумме превышений обратного хода _обр по абсолютной величине, но с противоположным знаком. Тогда

f_h=_пр+_обр . (2.6)

Фактическая высотная невязка хода технического нивелирования не должна превышать допустимую, определяемую по формулам (2.7) или (2.8):

f_h^доп=50мм (2.7)

или

f_h^доп=10мм; (2.8)

где L – длина хода, км; n – число станций в ходе.

Если f_h f_{h доп}, то фактическую невязку f_h распределяют с обратным знаком поровну на все превышения хода, т. е. поправка в превышение

δ_h=_. (2.9)

Поправки вычисляются с округлением до мм; при этом сумма поправок должна равняться невязке с обратным знаком, т. е.

_h= - f_h . (2.10)

Исправленные (увязанные) превышения вычисляют по формуле:

h_испрi=h_i+ δ_h . (2.11)

По исправленным превышениям вычисляют отметки связующих точек

H_n=H_n-1+h_{n
испр} . (2.12)

где H_n – вычисляемая отметка; H_n-1 – отметка предыдущей точки хода.

Контролем правильности вычисления отметок связующих точек является соблюдение условия:

Н_кон= Н_нач+_испр . (2.13)

После увязки нивелирного хода и определения отметок связующих точек вычисляют отметки промежуточных точек через горизонт прибора ГП. Для этого на станции дважды вычисляют ГП относительно задней и передней связующих точек и из двух значений берут среднее:

ГП’=H_з+a_ч; ГП”=H_n+b_ч; ГП=; (2.14)

где H_з и H_n – отметки задней и передней связующих точек; a_ч, b_ч – отсчеты по черным сторонам реек, установленных на задней и передней связующих точках.

Отметки промежуточных точек получают вычислением отсчетов по черной стороне рейки, установленной на соответствующей промежуточной точке, из отметки ГП, т. е.

H_пром= ГП- с. (2.15)

Аналогичным образом вычисляют отметки точек поперечных профилей. (Поклад Г. Г., Гриднев С. П. Геодезия. Учеб. пособие для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Академический Проспект; Парадигма, 2011. С. 197-200)

2.2. Обработка результатов теодолитной съемки

2.2.1. Общие положения

Камеральные работы при теодолитной съемке слагаются из вычислений и графических построений. В результате вычислений определяют плановые координаты вершин теодолитных ходов; конечной целью графических построений является получение ситуационного плана местности.

Камеральную обработку результатов измерений, выполненных при прокладке теодолитных ходов, начинают с проверки и обработки полевых журналов. Повторно выполняют все вычисления, сделанные в поле, и выводят средние значения измеренных углов (с округлением до 0,01’ H) и длин сторон (до 0,01 м). Затем составляют схему теодолитных ходов, ориентированную по сторонам света. У вершин подписывают средние значения горизонтальных углов, а возле каждой стороны – её горизонтальное проложение. На схему наносят также пункты геодезической сети, к которым осуществлялась привязка теодолитных ходов, координаты исходных пунктов и дирекционные углы исходных сторон.

Вычислительные работы по определению координат вершин теодолитного хода включают в себя: 1) обработку угловых измерений и вычисление дирекционных углов сторон; 2) вычисление горизонтальных проложений сторон; 3) вычисление приращений координат и координат вершин хода. Все вычисления ведутся в специальной ведомости. Вычислительные работы для замкнутых и разомкнутых (диагональных) ходов имеют свою специфику. Поэтому рассмотрим каждый из этих случаев отдельно. (Поклад Г. Г., Гриднев С. П. Геодезия. Учеб. пособие для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Академический Проспект; Парадигма, 2011. С. 148)

2.2.2. Обработка результатов измерений в замкнутом теодолитном ходе

Обработка угловых измерений и вычисление дирекционных углов сторон. Если в замкнутом теодолитном ходе (полигоне) из n вершин измерены все внутренние углы, то сумма измеренных углов будет

Геодезические съемки 📙 Курсовая → 🆔 60115