Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Основы геодезии и топография местности

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 676613.02.99
Представлены основные разделы изучения геодезии и топографии: от определения системы координат в геодезии до производства топографических съемок. Изложение материала ведется по принципу постепенного расширения темы: постановка задачи на уровне исходных понятий, описание решения с выводом необходимых формул, выводы и практические рекомендации. Приведены основные понятия геодезии, рассмотрены правила вычислений и методы теории ошибок измерений, правила оформления геодезических документов, описана конструкция современных геодезических приборов и методика измерений. Рассмотрены основы спутниковой геодезии, приведены содержание топографических карт и планов, правила топографических съемок и методы определения и оценки точности площади участков местности. Для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению подготовки «Строительство». Также может быть рекомендовано к использованию инженерно-техническими работниками, выполняющими исследования и принимающими решения, связанные с геодезическими измерениями и производством топографических съемок.
Кузнецов, О. Ф. Основы геодезии и топография местности : учебное пособие / О. Ф. Кузнецов. - 3-е изд., испр. и доп. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 286 с. - ISBN 978-5-9729-0514-0. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1168496 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

О. Ф. КУЗНЕЦОВ










ОСНОВЫ ГЕОДЕЗИИ И ТОПОГРАФИЯ МЕСТНОСТИ




Издание 3-е, исправленное и дополненное





Рекомендовано УМО вузов РФ по образованию в области геодезии и фотограмметрии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений













Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

УДК 528
ББК 26.1
    К89



Рецензенты:

кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной геодезии Московского государственного строительного университета Рубцов И. В.;
кандидат технических наук, доцент Симонян В. И.;
кафедра инженерной геодезии Московского государственного
строительного университета






       Кузнецов, О. Ф.
К89     Основы геодезии и топография местности : учебное пособие / О. Ф. Кузне       цов. - 3-е изд., испр. и доп., - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 286 с.
         ISBN 978-5-9729-0514-0

     Представлены основные разделы изучения геодезии и топографии: от определения системы координат в геодезии до производства топографических съемок.
     Изложение материала ведется по принципу постепенного расширения темы: постановка задачи на уровне исходных понятий, описание решения с выводом необходимых формул, выводы и практические рекомендации. Приведены основные понятия геодезии, рассмотрены правила вычислений и методы теории ошибок измерений, правила оформления геодезических документов, описана конструкция современных геодезических приборов и методика измерений.
     Рассмотрены основы спутниковой геодезии, приведены содержание топографических карт и планов, правила топографических съемок и методы определения и оценки точности площади участков местности.
     Для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению подготовки «Строительство». Также может быть рекомендовано к использованию инженерно-техническими работниками, выполняющими исследования и принимающими решения, связанные с геодезическими измерениями и производством топографических съемок.

УДК 528
ББК 26.1




ISBN 978-5-9729-0514-0   © Кузнецов О. Ф., 2020
                         © Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
                         © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

СОДЕРЖАНИЕ


Введение.....................................................................6

I. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ГЕОДЕЗИИ..............................8
1.  Системы координат в геодезии.
Государственные геодезические и нивелирные сети..............................8
1.1 Понятия о фигуре и размерах земли........................................8
   1.1.1 Геоид...............................................................8
   1.1.2 Земной эллипсоид....................................................9
   1.1.3 Основные линии и плоскости эллипсоида..............................10
1.2 Азимуты направлений.....................................................11
   1.2.1 Географические координаты..........................................12
   1.2.2 Азимуты направлений................................................15
   1.2.3 Плоские прямоугольные координаты и дирекционный угол...............16
   1.2.4 Связь между дирекционным углом и геодезическим азимутом............19
   1.2.5 Высоты точек.......................................................20
1.3 Система координат 1942 года.............................................21
1.4 Геодезические, нивелирные и гравиметрические сети.......................22
   1.4.1 Геодезические сети.................................................22
   1.4.2 Нивелирные сети....................................................25
   1.4.3 Гравиметрические сети..............................................26
1.5 Центры и знаки геодезической, нивелирной и гравиметрической сетей.......27
   1.5.1 Центры.............................................................27
   1.5.2 Геодезические знаки................................................27
   1.5.3 Постройка простой пирамиды.........................................33
2.  Правила вычислений, ошибки измерений....................................35
2.1 Основные правила вычислений.............................................35
   2.1.1 Общие правила вычислений...........................................35
   2.1.2 Правила округления чисел...........................................37
   2.1.3 Правила действий с приближенными числами...........................37
2.2  Сведения о тригонометрических функциях.................................40
   2.2.1 Тригонометрические функции острого угла............................40
   2.2.2 Тригонометрические функции произвольного угла......................41
   2.2.3 Таблицы натуральных значений тригонометрических функций............44
2.3  Основные геодезические задачи..........................................45
   2.3.1 Прямая геодезическая задача........................................45
   2.3.2 Обратная геодезическая задача......................................47
   2.3.3 Решение треугольника...............................................49
2.4  Ошибки измерений.......................................................52
   2.4.1 Понятие об измерениях..............................................52
   2.4.2 Классификация ошибок измерений.....................................53
   2.4.3 Оценка точности результатов измерений..............................54
   2.4.4 Средняя квадратичная ошибка........................................55
   2.4.5 Относительная ошибка...............................................57
   2.4.6 Предельная ошибка..................................................58
3.  Приборы для измерения углов, расстояний и превышений....................59
3.1 Угломерные приборы. Измерение углов.....................................59
   3.1.1 ТеодолитТ2.........................................................61
   3.1.2 ТеодолитТ5.........................................................64
   3.1.3 Теодолиты2Т30,2Т30П................................................66

3

  3.1.4  Поверки и юстировки теодолитов Т2, Т5,Т5К..........................68
  3.1.5  Поверка перпендикулярности горизонтальной трубы к вертикальной оси вращения теодолита.....................................70
  3.1.6 Поверки и юстировки теодолита 2Т30..................................73
  3.1.7 Подготовка теодолита к работе. Правила обращения с теодолитом.......75
  3.1.8 Измерение горизонтальных углов......................................76
  3.1.9 Измерение вертикальных углов........................................83
  3.1.10  Определение элементов приведения..................................84
3.2  . Приборы для измерения расстоянии.....................................89
  3.2.1 Землемерные стальные ленты..........................................89
  3.2.2 Измерение линий мерными лентами.....................................91
  3.2.3 Светодальномеры.....................................................94
3.3 Нивелиры. Геометрическоенивелирование...................................95
  3.3.1 НивелирН3...........................................................97
  3.3.2 НивелирНС3..........................................................98
  3.3.3 НивелирНС4..........................................................98
  3.3.4 НивелирНВ-1........................................................100
  3.3.5 Нивелирныерейки....................................................100
  3.3.6 Поверкинивелиров...................................................102
  3.3.7 Порядок работы при нивелировании...................................103
4.  Геодезическое ориентирование...........................................105
4.1 Общие понятия о геодезическом ориентировании...........................105
4.2  Определение координат при передаче ориентирования.....................106
  4.2.1 Определение координат отдельных точек..............................106
  4.2.2  Определение координат точек методом полигонометрии................106
  4.2.3 Отыскание грубых ошибок в полигонометрических ходах................115
  4.2.4  Определение координат точек методом триангуляции..................116
5  . Определение высот отдельных точек.....................................130
5.1 Определение высот точек методом геометрического нивелирования..........130
5.2  Определение высот точек методом тригонометрического нивелирования.....135
6.  Топографические карты..................................................137
6.1 Основные разновидности карт............................................137
6.2  Математическая основа карт............................................138
6.3 Топографические карты..................................................142
6.4  Специальные карты и планы городов.....................................143
6.5 Проекция топографических карт..........................................144
6.6  Разграфка и номенклатура топографических карт.........................147
6.7 Рельеф местности и его изображение на картах...........................154
  6.7.1 Формырельефа.......................................................154
  6.7.2  Характеристика скатов.............................................157
  6.7.3 Изображение рельефа на картах......................................158
  6.7.4  Изображение форм рельефа, не выражающихся на карте горизонталями..167
  6.7.5  Особенности изображения рельефа на топографических картах масштабов 1:500 000и 1:1 000 000.........................................168
  6.7.6  Изучение рельефа по карте.........................................169
  6.7.7 Изучение рельефа по карте..........................................169
6.8 Содержание топографических карт........................................176
  6.8.1 Основные элементы содержания карты.................................176
  6.8.2 Гидрография........................................................177
  6.8.3 Гидротехнические сооружения........................................184
  6.8.4 Растительный покров и грунты.......................................185

4

  6.8.5 Дорожная сеть.....................................................192
  6.8.6 Населенные пункты.................................................197
  6.8.7 Промышленные, сельскохозяйственные и социально-культурные объекты.199
  6.8.8 Геодезическиепункты...............................................200
  6.8.9 Границы...........................................................201
  6.8.10 Зарамочное оформление карт.......................................202
6.9 Измеренияпокарте......................................................203
  6.9.1 Измерение расстояний..............................................203
  6.9.2 Измерениедлинымаршрута............................................208
  6.9.3 Определение площадей..............................................209
  6.9.4 Определение азимутов и дирекционных углов.........................210
6.10 Определение координат объектов на земной поверхности.................217
  6.10.1 Системы координат, применяемые в топографии......................217
  6.10.2 Определение географических (геодезических) координатточек по карте.218
  6.10.3 Плоские прямоугольные координаты и топографическая карта.........219
  6.10.4 Полярные и биполярные координаты.................................225
  6.10.5 Звездноенебо.....................................................226

II. ОСНОВЫ СПУТНИКОВОЙ ГЕОДЕЗИИ........................229
7.  Искусственные небесные тела солнечной системы.........................229
7.1 Невозмущенное движение искусственных спутников Земли..................233
7.2 Возмущения в движении искусственных спутников Земли...................238
7.3 Принцип использования искусственных спутников Земли в геодезии........241
8.  Способы наблюдения искусственных спутников Земли, применяющиеся при этом инструменты..........................................244
9.  Общие сведения о спутниковых навигационных системах...................247
10.  Системы координат....................................................248
11.  Принцип пространственной трилатерации................................252
12.  Электронные тахеометры...............................................254
12.1 Общие сведения.........................................................254
12.2 Электронный тахеометр TOPCON серии GTS - 230.........................258
  12.2.1 Определение координат............................................262
12.3Электронныйтахеометр 3ТА5р УОМЗ.......................................266
  12.3.1 Измерения принеблагоприятныхусловиях.............................268
  12.3.2 Измерение углов..................................................269
  12.3.3 Результаты измерений могут быть записанных карту памяти..........269
  12.3.4 Режим съёмки в полярных координатах..............................270
  12.3.5 Режим съёмки в прямоугольных координатах.........................271
  12.3.6 Режим измеренияуглов, горизонтального проложения и превышения......272
  12.3.7 Режим измерения расстояний без измерения углов...................272
12.4 Поверки и юстировки электронных тахеометров..........................273
13.  Спутниковые системы..................................................274
13.1 Широкозонные системы спутниковой дифференциальнойнавигации...........274
13.2 Интегральные навигационные комплексы GPS/IMU.........................278
13.3 STRATUS -универсальная спутниковая геодезическая система.............280
14.  Литература, рекомендуемая для изучения тем...........................284

5

"Любое образование - есть самообразование"
Л.Н. Толстой



    Введение

     Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» составлено на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и требований к уровню подготовки выпускников ВУЗов.
     В пособии кроме изложенного материала приведены контрольные вопросы и упражнения после каждого раздела, что должно способствовать улучшению самостоятельной работы студентов при изучении тем, приведенные примеры рассмотрены на основании опыта получения результатов полевых геодезических измерений и решения задач топографии в различных регионах России.
     Кроме того, преподавание основ геодезии по-прежнему осуществляется на первом курсе, когда студенты еще не знакомы с терминологией в геодезии, а также с технологией производства геодезических работ в различных сферах деятельности.
     Данное пособие также широко и углубленно охватывает вопросы топографии местности в тесной связи с технологией производства и изучения особенностей местности, свойств местности.
     Настоящее пособие систематизировано по следующим основным разделам:
     Раздел первый. Основы общей геодезии
     1)       системы координат в геодезии. Государственные геодезические и нивелирные сети;
     2)      правила вычислений, ошибки измерений;
     3)      приборы для измерения углов, расстояний и превышений;
     4)      геодезическое ориентирование;
     5)      определение высот отдельных точек;
     6)      топографические карты;
     Раздел второй. Основы спутниковой геодезии
     7)      искусственные небесные тела солнечной системы;
     8)      способы наблюдения искусственных спутников;
     9)      общие сведения о спутниковых навигационных системах;
     10)     системы координат;
     11)     принцип пространственной трилатерации;
     12)     электронные тахеометры;
     13)     спутниковые системы.
     Работая над учебным пособием, автор стремился изложить материал в доходчивой форме, проиллюстрировать наиболее сложные в теоретическом отношении вопросы рисунками, чертежами, более рационально разместить материал с методической точки зрения.

6

      Знания, полученные студентами на лекционных занятиях по изучению основ геодезии и топографии местности, должны совершенствоваться на лабораторных занятиях и в период проведения летней полевой геодезической практики. Материал по самостоятельной работе студентов изложен в учебном пособии «Инженерная геодезия» - Кузнецов О.Ф.

7

        I. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ГЕОДЕЗИИ



        1.         Системы координат в геодезии. Государственные геодезические и нивелирные сети



1.1 Понятия о фигуре и размерах земли


1.1.1  Геоид


     Для определения положения точек и направлений на земной поверхности необходимо знать геометрическую форму и размеры Земли.
     Земля имеет сложную фигуру. Сложность этой фигуры обусловлена наличием материков (29 % поверхности Земли) и Мирового¹ океана с морями (71 %), а также неравномерным распределением масс в теле Земли.
     За фигуру Земли принимается геоид. Геоидом называется фигура, ограниченная уровенной поверхностью, совпадающей в открытых морях и океанах с их спокойной поверхностью и мысленно продолженной под материками, (рисунок 1).

Рисунок 1 - Уровенная поверхность

      Уровенная поверхность в каждой точке пересекает направление отвесной линии (направление силы тяжести) под прямым углом.
      Направление отвесной линии в каждой точке зависит от распределения масс в теле Земли. Следовательно, геоид учитывает эту неравномерность распределения масс и тем самым наиболее правильно представляет фигуру Земли.
      От поверхности геоида (от уровня моря) ведется отсчет высот точек. Использовать же геоид для обработки линейных и угловых геодезических измерений не представляется возможным, так как он не является правильным геомет

8

рическим телом, поверхность которого можно было бы выразить математической формулой. Поэтому поверхность геоида заменяется наиболее близкой к ней поверхностью земного эллипсоида (рисунок 2).

Рисунок 2 - Эллипсоид вращения

1.1.2 Земной эллипсоид


     Размеры земного эллипсоида устанавливаются из определений размеров Земли.
     Форма и размеры земного эллипсоида определяются его элементами: большой а и малой b полуосями и полярным сжатием а, которые между собой связаны соотношением:

а - b а =----- .
a
     Обычно для земного эллипсоида указываются величины большой полуоси и полярного сжатия. Значения этих величин вычисляются, как правило, на основе многочисленных геодезических измерений, выполненных на территории одной или нескольких стран. Учеными разных стран было проведено более 60 определений размеров земного эллипсоида. В Советском Союзе до 1946 г. использовался эллипсоид Бесселя. С 1946 г. принят эллипсоид Красовского, у которого большая (экваториальная) полуось а = 6378245 м, малая (полярная) полуось b = 6356863 м и полярное сжатие а = 1 : 298,3.
     С развитием ракетного оружия и космических летательных аппаратов возникла необходимость в знании размера земного эллипсоида, наилучшим образом представляющего фигуру Земли в целом. Такой эллипсоид называется общим земным эллипсоидом.

9

     Размеры общего земного эллипсоида и его положение в теле Земли определяют так, чтобы:
     1) объем его был равен объему геоида;
     2)       плоскость экватора и малая ось его совпадали соответственно с плоскостью экватора и осью вращения Земли;
     3)       сумма квадратов уклонений по высоте поверхности геоида от поверхности общего земного эллипсоида была наименьшей.



1.1.3 Основные линии и плоскости эллипсоида


     Прямая Мп (рисунок 3) перпендикулярная касательной плоскости N к эллипсоиду в точке ее касания М, называется нормалью.

Рисунок 3 - Нормаль к поверхности эллипсоида

     Любая плоскость, проходящая через нормаль, называется нормальной плоскостью. Через нормаль можно привести бесчисленное множество нормальных плоскостей, из которых плоскость меридиана и плоскость первого вертикала являются основными.
     Нормальная плоскость N₁ (рисунок 4), проходящая через нормаль точки М и малую ось эллипсоида, называется плоскостью геодезического меридиана данной точки. Сечение поверхности эллипсоида этой плоскостью дает след, называемый геодезическим меридианом. Нормальная плоскость N₂, перпендикулярная к плоскости геодезического меридиана, называется плоскостью первого вертикала. Сечение поверхности эллипсоида этой плоскостью дает след, называемый первым вертикалом.


10

     Плоскость, перпендикулярная к малой оси эллипсоида и проходящая через его центр, называется плоскостью экватора. Сечение поверхности эллипсоида этой плоскостью дает след, называемый экватором.


     Контрольные вопросы и упражнения:
     1. Что называется геоидом?
     2. Что такое земной эллипсоид и какими элементами он определяется?
     3. Перечислить основные линии и плоскости эллипсоида?


Рисунок 4 - Плоскость меридиана и плоскость первого вертикала

1.2 Азимуты направлений

      Координатами называются линейные или угловые величины, определяющие положение точек на какой-либо поверхности или в пространстве.
      Линии и поверхности (плоскости), относительно которых определяется положение точек, называются соответственно осями координат или координатными поверхностями (плоскостями).
      Координаты в геодезии - совокупность трех чисел, определяющих положение точки земной поверхности относительно некоторой исходной поверхности (поверхности относимости). Такой поверхностью служит поверхность эллипсоида вращения, поверхность сферы («земного шара») или плоскость. На этой поверхности можно получить только две координаты. Третьей же координатой является высота точки над поверхностью геоида (над уровнем моря)¹.
      Основными системами координат в геодезии являются географические и плоские прямоугольные координаты.


    Более подробно о системе высот будет сказано ниже.

11

1.2.1 Географические координаты


     Координатными плоскостями в системе географических координат являются плоскости экватора и меридиана, принятого за начальный (нулевой). В этой системе положение какой-либо точки определяется географической широтой и географической долготой.
     Географические координаты (широта и долгота), определяемые по данным геодезических измерений и путем последующих вычислений на поверхно

сти земного эллипсоида, называются геодезическими.
      Геодезической широтой точки М (рисунок 5), называется угол В, образованный нормалью Мп к поверхности эллипсоида в этой точке и плоскостью экватора. Счет широт ведется от 0 до 90° к северу и югу от экватора. Широты то

чек, расположенные к северу от экватора, называются северными, а к югу -южными. Северным широтам придается знак плюс, а южным — минус.

Рисунок 5 - Геодезические координаты точки М

      Геодезической долготой точки М (рисунок 5) называется двугранный угол L, образованный плоскостью геодезического меридиана данной точки и плоскостью меридиана, принятого за начальный (нулевой). За начальный принят Гринвичский меридиан, проходящий через английскую обсерваторию в Гринвиче (близ Лондона).
      Долготы отсчитываются от начального меридиана к востоку со знаком плюс и западу со знаком минус и соответственно называются восточными и западными. Счет их ведется от0до180°.
      Другим видом географических координат являются астрономические координаты (астрономические широта и долгота), определяемые астрономическим методом, т. е. по результатам наблюдаемых небесных светил. Эти координаты относятся к геоиду.

12

     Астрономической широтой у точки М (рисунок 6) называется угол между направлением отвесной линии Mm в данной точке и плоскостью земного экватора; этот угол равен углу, образуемому осью вращения Земли с плоскостью горизонта данной точки.
     Любая плоскость, проходящая через отвесную линию, называется вертикальной плоскостью. Через отвесную линию можно провести бесчисленное множество вертикальных плоскостей. Вертикальная плоскость, параллельная оси вращения Земли, называется плоскостью астрономического (истинного) меридиана данной точки.

Рисунок 6 - Астрономическая широта точки М

      Астрономической долготой А точки М называется двугранный угол между плоскостью астрономического (истинного) меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального (нулевого) меридиана.
      Астрономические широта и долгота отсчитываются аналогично геодезическим, но астрономическая долгота выражается, как правило, в часовой мере. В часовой мере окружность делится на 24 части, называемые условно часами (24h). Каждый час делится на 60 минут, а каждая минута - на 60 секунд.
      Следовательно, lh соответствует 15°; 1т- 15'; Is- 15".
      Итак, астрономические широта у и долгота А определяют точку на поверхности геоида, а геодезические широта В и долгота L - на поверхности земного эллипсоида. В астрономической системе координат положение плоскости астрономического меридиана и астрономическая широта точки определяются отвес

13