ГЕОДЕЗИЯ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов архитектурных специальностей высших учебных заведений

Москва „Высшая школа" 1988

Б Б К 26.12

УДК 528

С. Ф. Богатов, В. Ф. Перфилов, Р. Н. Скогорева, Н. В. Усова

Рецензенты:кафедра градостроительства Свердловского архитектурного института,

В. П. Кольцов (главный геодезист Главмоспромстроя)

Геодезия: Учеб. для вузов по спец. «Архитекту- Г 35 ра»/С. Ф. Богатов, В. Ф. Перфилов, Р. Н. Скогорева

и др.— М.: Высш. шк., 1988.— 128 с.: ил.

ISBN 5— 06— 001420— 7В учебнике освещены задачи геодезии как науки и методы геодезических

измерений, применяемые при создании топографических планов, выносе элемен­тов проекта сооружения в натуру и производстве архитектурных обмеров. При­водится краткое описание геодезических и фотограмметрических приборов. Рассмотрены приемы работы с топографическими планами при архитектурном проектировании и инженерных расчетах. Даны сведения о производстве архи­тектурных обмеров фотограмметрическим и геодезическим методами и использо­вании аэро- и космических снимков в градостроительстве.

Учебное издание Богатов Сергей Филиппович,

Перфилов Василий Федорович, Скогорева Раиса Николаевна, Усова Наталья Владимировна

Зав. редакцией Б. А. Ягупов. Редактор Л. К- Олейник. Младший редактор О. С. Смотрина. Художественный редактор В. П. Бабикова. Технический

редактор Е. И. Герасимова. Корректор С. К- Завьялова

Изд. № С ТР — 524. Сдано в набор 07.01.88 . Подп. в печать 25.07.88. Т 14645. Формат 7 0 Х Ю 0 1/|б. Бум. офсетная № 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Объем 10,40 уел. печ. л. 10,89 уел. кр.-отт. 10,45 уч.-изд. л.

Тираж 17 000 экз. Зак. 956. Цена 35 коп.

Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14.

Московская типография № 4 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств,

полиграфии и книжной торговли.129041, Москва, Б. Переяславская ул., 46.

3202000000(4309000000)—414 Г ----------------------------------------------- 178—88 ББК 26.12

912

ГЕОДЕЗИЯ

ИБ № 7328

ISB N 5— 06— 001420— 7 © Издательство «Высшая школа», 1988

XXVII съезд КПСС и последующие пленумы ЦК КПСС особое внимание обратили на необходимость повыше­ния эффективности строительного производства, улучшения качества архитектурного и градостроительного решений, ускорения ввода объектов в эксплуатацию. В соответствии с этим все большую роль играют топографо­геодезические данные, необходимые для разработки проектов планировки и застройки городов, промышленных и сельскохозяйственных объектов, а также геодезические работы, выпол­няемые в ходе строительства для обес­печения точного соблюдения в натуре геометрических параметров зданий и сооружений, предусмотренных проек­том.

Цель учебника состоит в том, чтобы в пределах программы по геодезии раскрыть значение топографических карт, планов и фотоснимков в архи­тектурном проектировании, показать приемы работы с ними в процессе градостроительной оценки территории

и решении инженерных задач, дать понятие о геодезических измерениях и методах топографических съемок.

Предлагаемый учебник дополняет «Руководство к учебной практике по геодезии и производству архитектур­ных обмеров фотограмметрическим и геодезическим методами».

Введение, § 9 .1 — 9.5, 10.2, 12.1 — 12.4 написаны С. Ф. Богатовым, гл. 4, 5, 6, 7, 11— В. Ф. Перфиловым, гл. 1, 2, 3— Р. Н. Скогоревой, гл. 8, § 9 .4 , 10.1— Н. В. Усовой.

Авторы приносят искреннюю бла­годарность рецензентам учебника доц. Б. И. Пилыцикову и старшему препо­давателю Т. И. Сошину кафедры гра­достроительства Свердловского архи­тектурного института и главному гео­дезисту Главмоспромстроя В. П. Коль­цову, замечания и советы которых помогли улучшить структуру и содер­жание учебника.

Авторы

В В Е Д Е Н И Е

Геодезия*— наука, определяющая форму и размеры Земли и разраба­тывающая методы измерений на зем­ной поверхности в целях создания топографических карт и планов и для обеспечения строительства различных сооружений. Она возникла, когда появилась необходимость составления чертежей земной поверхности — про­образов современных топографичес­ких карт — и определения превыше­

* От гео,— земля и греческого daio — раз­деляю.

ния точек при рытье каналов для орошения бесплодных земель и осуше­ния болот.

Большой размах, плановость и научное обоснование геодезические работы в нашей стране получили после Великой Октябрьской социалисти­ческой революции. Создание советской геодезии связано с именем В. И. Л е ­нина, который 15 марта 1919 г. под­писал декрет об организации Высшего геодезического управления. Впослед­ствии оно было реорганизовано в Главное управление геодезии, аэро­

съемки и картографии (ГУГК ) при Совете Министров СССР.

Советские геодезисты выполнили огромный объем геодезических и то­пографических работ.

В последнее десятилетие в связи с огромными достижениями в области космической техники советскими уче­ными разработаны методы создания карт небесных тел. По космическим снимкам составлена подробная карта Луны, включая обратную ее сторону, недоступную наземным наблюдениям, проводится картографирование Мар­са, Меркурия и других планет и их спутников.

Многообразие задач, решаемых геодезией, и применяемых при этом методов обусловили появление ряда самостоятельных научных геодези­ческих дисциплин: высшей геодезии, космической геодезии, собственно гео­дезии, аэрофотогеодезии, инженерной геодезии.

Высшая геодезия исследует фигуру и гравитационное поле Земли и разра­батывает методы высокоточного опре­деления координат точек земной по­верхности в единой системе.

Космическая геодезия разрабаты­вает методы решения научных и прак­тических задач геодезии, используя результаты наблюдений искусствен­ных спутников Земли, космических аппаратов, Луны. Эти методы позво­ляют определить взаимное положение пунктов, находящихся на расстоянии нескольких тысяч километров, и соз­дать единую мировую геодезическую систему.

Геодезия подробно изучает отдель­ные участки земной поверхности в гео­метрическом отношении для их изоб­ражения на топографических картах и планах и создания цифровой модели местности.

Аэрофотогеодезия разрабатывает методы и технологию использования фотоснимков земной поверхности, по­лученных с самолета и вертолета, для выполнения геодезических работ. Измерения, производимые на фото­снимках, дают возможность заменить

многие трудоемкие геодезические измерения на местности измерениями на фотоснимках в камеральных усло­виях.

Инженерная геодезия рассматри­вает комплекс топографо-геодезиче- ских работ, выполняемых при изыс­кании, проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооруже­ний.

Геодезические работы, обеспечи­вающие проектирование и строитель­ство городов, промышленных, сельско­хозяйственных объектов, включают инженерно-геодезические изыскания, вынос проекта в натуру, геодези­ческий контроль и наблюдение в про­цессе строительно-монтажного произ­водства, исполнительную съемку з а ­конченных строительством объектов и отдельных частей, наблюдения за деформациями зданий и сооружений.

Инженерно-геодезические изыска­ния являются составной частью инже­нерных изысканий для капитального строительства. Они проводятся с целью комплексного изучения природ­ных условий района (участка) строи­тельства для получения необходимых исходных данных, обеспечивающих разработку технически правильных и наиболее экономически целесообраз­ных решений при проектировании и строительстве. Задача инженерно-гео­дезических изысканий состоит в том, чтобы получить сведения о характере ситуации и рельефе изучаемой тер­ритории. Эти сведения представляют­ся в виде топографических карт и планов, фотопланов, профилей, ката­логов координат и высот.

Важнейшим документом, созда­ваемым в результате геодезических изысканий, являются топографически^ планы. Трудно переоценить значение, которое имеют топографические планы при архитектурном проектировании. Без точной геодезической основы в современных условиях не может быть разработан ни один архитектурный проект, будь то проект планировки и застройки городов и поселков, их реконструкции и расширения или

проект промышленных предприятий и сооружений.

Вынос проекта сооружения в на­туру. После утверждения генерально­го плана сооружения геометрические элементы зданий, сооружений и под­земных инженерных коммуникаций должны быть вынесены в натуру. Гео­дезические работы по перенесению проектов на местность называются разбивочными работами. По своему характеру вынос проекта сооружения на местность является процессом, об­ратным топографической съемке. Если задача последней состоит в том, чтобы нанести на план элементы ситуации и рельеф местности, то задача геоде­зических разбивочных работ состоит в том, чтобы определить в натуре по­ложение точек проекта и закрепить их специальными знаками. Однако требования, предъявляемые к точнос­ти выполнения разбивочных работ, как правило, значительно выше, чем при топографической съемке.

Геодезический контроль и наблю­дения в процессе монтажно-строитель- ного производства осуществляют на всех этапах. Основная задача при этом состоит в том, чтобы обеспечить своевременное и точное выполнение геометрических параметров проекта при размещении зданий и сооружений, при возведении их объемно-плани­

ровочных и конструктивных элемен­тов.

Исполнительная съемка проводит­ся для получения наиболее полных и достоверных данных о фактическом местоположении законченного строи­тельством объекта, его размеров и форм. Съемку ведут по стадиям строи­тельно-монтажных работ. В последу­ющем составленный план использует­ся, как и всякий план застроенной территории, для различных нужд, возникающих в период эксплуатации комплекса построенных зданий и со­оружений и, в частности, для рекон­струкции построенного объекта.

Наблюдения за осадками, сдвига­ми и деформациями зданий и соору­жений имеют целью определить их устойчивость и принять соответст­вующие меры по предупреждению или устранению их деформаций. Для этого на объектах наблюдений оборудуют специальные марки и выполняют высо­коточные геодезические измерения, по результатам которых после обработки получают горизонтальные и верти­кальные смещения. На основе этих данных определяют величину крена и перекоса сооружения. Измерения про­водятся по специальной программе в зависимости от важности объекта и особенностей района его располо­жения.

ГЛАВА 1

ОСНОВЫ ИЗОБРАЖ ЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТАХ И ПЛАНАХ

§ 1.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ НА ПЛОСКОСТЬ

Понятие о формах и размерах Зем­ли. Изображение земной поверхности на топографических картах и планах требует точных сведений о форме и размерах Земли.

За форму или фигуру Земли при­нимают физическое тело, образован­ное уровенной поверхностью, совпа­дающей с поверхностью Мирового океана в состоянии полного покоя и продолженной под материками. Тело Земли, образованное этой поверх­ностью, носит название геоид. Поверх­ность геоида в каждой своей точке перпендикулярна к отвесной линии, проходящей через эту точку. Форма геоида вследствие неравномерного размещения масс в теле Земли имеет сложную, неправильную форму с изме­няющейся кривизной.

Для решения геодезических задач вместо поверхности геоида принимают математически более простую поверх­ность эллипсоида. Форму и размеры эллипсоида, а также его ориентиров­ку в теле Земли выбирают так, чтобы отступления поверхности эллипсоида

от поверхности геоида были мини­мальными в пределах данной страны. Такой эллипсоид называется рефе- ренц-эллипсоидом.

Для территории Советского Союза с 1946 г. используют референц-эллип- соид, размеры которого определены под руководством проф. Ф. Н. Красов- ского (рис. 1.1): большая полуось а = 6 378 245 м; малая полуось Ь = = 6 356 863 м; относительное сжатие

а = 1:298,3.

В некоторых геодезических и кар­тографических работах Землю при приближенных расчетах принимают за шар с радиусом R, равным 6371 км.

Методы проектирования поверх­ности Земли на плоскость. Все, что нас окружает — здания, леса, реки, доро­ги и т. д., в совокупности принято на­зывать ситуацией, а сочетание неров­ностей земной поверхности — релье­фом.

Чтобы составить карту, надо вна­чале спроектировать сетку меридианов и параллелей по нормалям на поверх­ность эллипсоида, а затем полученное изображение развернуть в плоскость. Однако сферическую поверхность нельзя развернуть в плоскость без разрывов и искажений фигур, длины линий и углов. Для решения этой задачи используют специальные ме­тоды, называемые картографическими проекциями.

Для топографических планов и карт до масштаба 1:500 000 включи­тельно в Советском Союзе принята картографическая проекция, теория которой разработана К- Ф. Гауссом. Им установлена математическая зави­симость между координатами точек на эллипсоиде и прямоугольными коор­динатами этих точек на плоскости.

р,

Рис. 1.2. Развертка координатных зон на плоскость

Рассмотрим геометрическую сущ­ность этой проекции. Предположим, что земной шар помещен в цилиндр так, что его боковая поверхность касается Земли по меридиану. Выре­жем из земного шара фигуру, образо­ванную меридианами, проведенными через 6°, и называемую зоной. Постро­им на поверхности цилиндра меридиа­ны и параллели в пределах одной зоны, разрежем цилиндр по образующей и развернем его в плоскость. Так же поступим и со всеми последующими зонами, поворачивая цилиндр на 6°, пока не получим развертку в плоскость всех 60 зон.

В результате развертки зоны полу­чится картографическая сетка, схема которой показана на рис. 1.2. Ширина зоны на рисунке сильно увеличена по сравнению с ее протяженностью по экватору. На самом деле ее ширина, на экваторе в 30 раз меньше длины от полюса до полюса. Центральный или, как его называют, осевой меридиан зоны и экватор изображаются прямы­ми линиями, при этом угол между ни­ми равен 90°. Остальные меридианы и параллели изображаются кривыми линиями.

Осевой меридиан зоны есть линия касания цилиндра земной поверхнос­ти. Следовательно, его длина не иска­жается. Остальные меридианы будут искажены тем больше, чем дальше они отступают от осевого меридиана.

В градостроительстве имеют дело с относительно короткими расстояния­ми, поэтому карта в проекции Гаусса является изображением, практически свободным от искажений, и обеспечи­

вает точность различных измерений на ней.

§1.2. СИСТЕМЫ КООРДИНАТ И ВЫСОТ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ГЕОДЕЗИИ

Координаты — величины, опреде­ляющие положение точки на плос­кости, на поверхности или в простран­стве.

Для определения положения точек на земной поверхности в геодезии применяется несколько систем коорди­нат: географическая, прямоугольная и полярная.

Географическая система коорди­нат. За начало счета координат в географической системе принимается пересечение начального меридиана с экватором (рис. 1.3). Широта ф и дол­гота X определяют положение точки на земной поверхности.

Географическая широта ф — угол между отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора, отсчитывае­мый от 0 до 90° в обе стороны от эква­тора.

Географическая долгота X — угол между плоскостью меридиана, прохо­дящего через данную точку, и плос­костью начального меридиана. Долго­та от 0 до 180° к востоку от началь­ного меридиана называется восточной, к западу — западной.

За начальный меридиан большин­ство стран принимают Гринвичский меридиан, проходящий через обсерва­торию в Гринвиче (близ Лондона).

Географические координаты точек на поверхности референц-эллипсоида, полученные по данным геодезических

Р

Рис. 1.3. Географические координаты

измерений, называются геодезически­ми координатами. Они широко исполь­зуются для решения большинства гео­дезических задач, связанных с боль­шими расстояниями. Однако система геодезических координат неудобна для широкого использования в практи­ческих целях, поскольку взаимное по­ложение точек определяется в угло­вой, а не в линейной мере.

Прямоугольная система координат Гаусса. При решении задач на срав­нительно небольшие расстояния поль­зуются системой плоских прямоуголь­ных координат. В этой системе зави­симость между координатами точек, расстояниями и направлениями между ними выражается простыми формула­ми аналитической геометрии, что су­щественно упрощает вычисления.

Система прямоугольных координат Гаусса является зональной, т. е. к аж ­дая зона протяженностью в 6 или 3° имеет свою систему координат*. Как было указано ранее (§ 1 .1 ) , в карто­графической проекции Гаусса осевой меридиан каждой зоны и экватор изоб­ражаются взаимно перпендикулярны­ми прямыми линиями. Их принимают за оси прямоугольных координат (рис. 1.4, а ) . Изображение осевого меридиана за ось X, изображение

*Для топографических планов, создавае- мых в крупных масштабах, применяют трех­градусные зоны.

Рис. 1.4. Система координат: а — прямоугольная система координат Гаусса; б —

полярная система координат

экватора — за Y. Началом координат в каждой зоне служит точка пересе­чения осевого меридиана с экватором. Абсциссы отсчитываются от экватора к северу и югу, ординаты от осевого меридиана — к западу и востоку.

Территория Советского Союза рас­положена севернее экватора, и зна­чение "абсциссы всегда аоложительно. Но ординаты могут быть как поло­жительными, так и отрицательными. Чтобы избежать неудобств, связанных с отрицательными значениями орди­нат, условились ординату осевого ме­ридиана считать равной не 0, а 500 км. Эта величина превышает наибольшее расстояние от осевого меридиана до края шестиградусной зоны (примерно 330 км) и обеспечивает положитель­ные значения ординат для всех точек зоны.

В каждой зоне числовые значения координат повторяются. Чтобы по координатам точки можно было опре­делить, к какой из шестидесяти зон она относится, перед значением орди­наты приписывается номер зоны, в ко­торой находится данная точка. Напри­мер, если точки А и В (рис. 1.4, а)

находятся в 7-й зоне, то их координаты могут иметь значения: Х л = 6000 км, У„ = 7650 км, Х в= 5 0 0 0 км, Ув= = 7350 км.

Прямоугольные и геодезические координаты взаимосвязаны вследст­вие того, что координатные оси и начало прямоугольных координат в каждой зоне имеют вполне определен­ное географическое положение. Б ла­годаря этому можно перевычислять прямоугольные координаты точек в геодезические координаты и наоборот, а также перевычислять прямоуголь­ные координаты точек из одной зоны в смежную зону.

Условная (местная) система пря­моугольных координат. При составле­нии планов архитектурных ансамблей, выносе проекта сооружения на мест­ность и выполнении геодезических ра­бот, носящих местный характер, ис­пользуют условную систему прямо­угольных координат. В отдельных слу­чаях ее применяют и при топографи­ческой съемке небольших по площа­дям участков при условии согласова­ния с организацией, выдающей разре­шение на производство топографо-гео- дезических работ. Начало координат и направление осей в этой системе выби­рают исходя из удобства их исполь­зования.

Полярная система координат. Привыполнении геодезических работ для определения положения ряда точек от­носительно какой-либо одной точки, принятой за исходную, используют по­лярные координаты (рис. 1.4, б). Систему полярных координат состав­ляют: исходная точка О, называемая полюсом, и полярная ось ОХ. Для определения положения какой-либо точки А соединяют ее прямой линией с полюсом, измеряют длину линии O A = d и полярный угол XOA=Q. Полярные углы принято отсчитывать от полярной оси в направлении движе­ния часовой стрелки от 0 до 360°.

Система высот. Для определения положения точки земной поверхности помимо координат надо знать также расстояние этой точки по отвесной

линии до основной уровенной поверх­ности, которая называется абсолютной высотой или отметкой точки. На топо­графических картах СССР в качестве основной уровенной поверхности при­нята средняя поверхность Балтий­ского моря, которая определена из многолетних наблюдений по футшто­ку — медной рейке, вертикально укрепленной на Обводном мосту в Кронштадте. Система высот от этого начала называется Балтийской. Р а с ­стояние до любой другой уровенной поверхности называется относитель­ной высотой точки.

§ 1.3. ОРИЕНТИРОВАНИЕ ЛИНИЙ

Ориентировать линию местности — значит найти ее направление относи­тельно меридиана или какого-либо исходного направления.

В качестве углов, определяющих направление линий, служат истинные азимуты, магнитные азимуты и дирек- ционные углы (рис. 1.5). Эти углы измеряются от исходного направления по ходу часовой стрелки от 0 до 360°.

Истинный азимут А — горизон­тальный угол, отсчитанный по ходу часовой стрелки от северного направ­ления истинного (географического) меридиана до направления на данную точку.

Азимут какой-либо линии АВ, опре­деленный в точке А , называется пря­мым. Азимут той же линии, опреде-

Рис. 1.5. Углы ориентирования

ленный в точке В , называется обрат­ным. Зависимость между прямым и обратным азимутами выражается формулой

>40бр = -^1пр+180 +Y> (1-1)где у — сближение меридианов — угол в данной точке между меридиа­ном и линией, параллельной оси абсцисс или осевому меридиану. Этот угол зависит от удаления точки от осевого меридиана зоны и может иметь значения от 0 до ± 3 .

Сближение меридианов может быть определено по формуле

7 — /sin В, (1.2)где / — разность долгот данного и осе­вого меридианов, В — геодезическая широта данной точки.

Необходимость учета сближения меридианов при ориентировании ли­нии по азимуту усложняет обработку полевых измерений, поэтому истинные азимуты применяют преимущественно в высшей геодезии.

Магнитным азимутом называется горизонтальный угол, отсчитанный по ходу часовой стрелки от северного направления магнитного меридиана (северного конца магнитной стрелки) до направления на данную точку. М аг­нитные азимуты измеряются с по­мощью компаса или буссоли (см. § 5 .5 ) .

Определив магнитный азимут Л„ и зная магнитное склонение б, т. е. угол между истинным и магнитным мери­дианами, легко вычислить истинный азимут А, используя формулу

А = А М + б. (1.3)Магнитное склонение и сближение

меридианов указываются на схеме под южной стороной рамки топографи­ческой карты (рис. 1.6).

Дирекционным углом а называется угол между положительным направле­нием оси абсцисс и направлением на данную точку. Дирекционный угол можно измерить по карте с помощью транспортира и более точно вычислить по прямоугольным координатам (см. § 1.5).

Зависимость между истинным ази­мутом А, дирекционным углом и маг­

Рис. 1.6. Схема сближения меридианов

Ф ° )

нитным азимутом Ам осуществляется через сближение меридианов у и маг­нитное склонение б: '

Ам = а — (б — у). (1.4) а = Л„ + ( б - у ) . (1.5)

Для удобства вычислений часто пользуются румбами. Румб — острый угол между ближайшими (северным или южным) направлением меридиа­на и направлением на данную точку (рис. 1.7).

Румбы изменяются от 0 до 90 и в каждой четверти могут быть одинако­выми по величине. Для однозначного определения направления перед чис­ловым значением румба указывают наименование четверти — СВ (северо- восток), ЮВ (юго-восток), ЮЗ (юго- запад), СЗ (северо-запад).

Между румбами и дирекционными углами имеется следующая зависи­мость:I четверть ( C B ) r i = « iII четверть (Ю В )г2= 1 8 0 — а 2III четверть (Ю 3)гз = а з — 180IV четверть (С3)г4 = 3 6 0 — а*

§1.4. ПРЯМАЯ И ОБРАТНАЯГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ

При вычислительной обработке результатов измерений на местности возникает необходимость решать пря­мую и обратную геодезические задачи.

Прямая геодезическая задача. Д а ­ны координаты первой точки: Xi и У|, горизонтальное расстояние d i_ 2 от первой до второй точки и дирекцион- ный угол <xi _ 2 направления линии 1—2. Требуется определить координа­ты второй точки Х.2 и Y2 (рис. 1.8).

Спроектируем точки / и 2 на оси координат. Из рис. 1.8 следует:

Ь Х = Х г - Х и ( 1.6A y = Y 2- Y i ,

где АХ и AY — приращения координат. AX = d |_2 c o s a i _ 2,

(1.7)A Y = d \ - 2 s i n a i _ 2-

Следовательно,X2 = X \ + d \ - 2 c o s a i _ 2,

( 1.8 )y2= y 1+ d i _ 2 s i n a i - 2-

Обратная геодезическая задача.Даны координаты двух точек: Х\,

Y1 и Х2, Y2 - Требуется определить дирекционный угол a i _ 2 линии 1— 2 и горизонтальное расстояние d i_ 2 между точками 1 и 2.

Зная координаты первой и второй точек, легко определить приращения координат:

AX = X3 — Xi,A У = У 2- У , .

Согласно этому равенству отноше­ние AY к АХ позволяет определить тангенс угла а :

t g a = AY/AX = (Y2- Y i ) / ( X 2 - X l).(l.9)

При определении дирекционного угла необходимо учесть знаки прира­щений координат (табл. 1.1)

Таблица 1.1

л лл л н нПрираще­ ►a a01 4)СВ 0)СВния 4)в вн нО) Йкоординат Н4> оУ V SP

ST ■» >— —

Л х + — — +А у + + — —

Расстояние d для контроля вычис ляют дважды по формулам:

й =

sin a sin a

№ * 2 - * lcos a cos a

( 1.10)

( 1. 11)

Расстояние также можно опреде­лить по теореме Пифагора:

Рис. 1.8. Прямая и обратная геодезические задачи d=\j д х Ч а у 2 • ( 1.12)

ГЛАВА 2

КЛАССИФИКАЦИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКА И НАЗНАЧЕНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ И ПЛАНОВ

§2.1. РАЗНОВИДНОСТИ КАРТ

Карта — построенное в картогра­фической проекции, уменьшенное, обобщенное изображение поверхности Земли, показывающее расположенные на ней объекты в определенной систе­ме условных знаков.

Многообразие задач, решаемых с помощью карт, вызывает необходи­мость иметь карты, различные и по содержанию, и по их масштабам.

По содержанию географические карты подразделяются на два основ­ных вида: общегеографические и те­матические (специальные).

Общегеографические карты мас­штаба 1:10 000— 1 :1 0 0 0 000 назы­вают топографическими. Их подраз­деляют на крупномасштабные 1:10 000, 1:2 5 000, 1:50 000, среднемасштабные 1:100 000, 1:200 000 и мелкомасштаб­ные 1:500 000, 1:1 000 000. Топографи­ческие карты масштаба 1:500, 1:1000, 1:2000 и 1:5000 принято называть то­пографическими планами.

Тематические карты (специаль­ные) отличаются от общегеографи­ческих тематической направленностью своего содержания. С особой полно­той на таких картах показываются те объекты и явления, которым в соот­ветствии с назначением карты прида­ется преобладающее значение. На общегеографических картах они могут быть вовсе не представлены или изоб­ражены недостаточно подробно.

Существенным свойством карты являются ее наглядность и измери­мость.

Под наглядностью следует пони­мать возможность быстрого обзора и восприятия наиболее важных и суще­ственных элементов содержания кар­ты. Карта создает зрительную модель картографируемой поверхности, отра­жает знания об изображаемых объек­тах или явлениях и позволяет опре­

делить закономерности их распре­деления на земной поверхности.

Измеримость — важное свойство карты, тесно связанное с математи­ческой основой, обеспечивает возмож­ность использования карты для произ­водства измерений и расчетов при планировке и проектировании инже­нерных сооружений, при разработке и проведении различных мероприятий народнохозяйственного и оборонного значения, а также при решении научно-исследовательских задач.

Содержание общегеографических карт. Для полноценного использова­ния карт необходимо знать их свой­ства и особенности, понимать смысл, значение и функции, каждого элемен­та, видеть их связь между собой.

В карте различают картографи­ческое изображение, математическую основу и дополнительные элемен­ты.

Картографическое изображение — главная часть любой общегеографи­ческой карты — заключает в себе со­вокупность сведений о показанных на карте природных и социально-эконо­мических объектах и явлениях, их раз­мещении, свойствах, связях, иногда также развитии. Эта информация составляет содержание карты. Она может быть расчленена на отдельные географические элементы по однород­ным группам изображаемых на карте объектов. Например, элементами со­держания топографических карт яв­ляются: гидрография, рельеф, расти­тельный покров, грунты, населенные пункты, пути сообщения и средства связи, некоторые объекты промышлен­ности, сельского хозяйства и культу­ры, границы административного деле­ния. Комплекс элементов содержания неодинаков на разных картах.

Геометрические законы построения кар™ определяются его математи­ческой основой, к элементам которой

относятся картографическая проекция и связанная с ней координатная сет­ка, масштаб и опорная геодезическая сеть.

Выражением картографической проекции на карте является сетка ме­ридианов и параллелей, которая в одних случаях строится на карте, а в других служит внутренними рамками листа карты.

На топографических картах внут­ренняя рамка имеет форму трапеции.

Помимо внутренней рамки, огра­ничивающей картографическое изоб­ражение, на карте построена градус­ная рамка, которая служит для опре­деления географических координат пунктов по карте для нанесения пунк­тов на карту по их географическим ко­ординатам. Для определения прямо­угольных координат Гаусса на картах нанесена сетка прямоугольных коор­динат.

Оформление листа карты завер­шается внешней рамкой, которая сос­тоит из одной или нескольких линий, окаймляющих карту. За рамкой карты размещают зарамочное оформление, которое содержит совокупность дан­ных, облегчающих пользование кар­той (наименование карты или номен­клатура, численный и линейный мас­штабы и др.).

Геодезическая сеть обеспечивает переход от физической поверхности Земли к поверхности эллипсоида и правильное положение географиче­ских элементов карты относительно координатной сетки.

Дополнительные элементы, облег­чающие пользование картой,— это графики для измерения по карте рас­стояний и крутизны скатов, данные о сближении меридианов и магнитном склонении, о времени составления карты и ее исполнителях.

Особенности содержания топогра­фических планов. Топографические планы создаются в масштабах 1:500— 1:5000. Более крупные масштабы пла­нов по сравнению с масштабами карт позволяют значительно подробнее отобразить особенности картографи­

руемой территории. Так, если 1 км2 местности занимает на карте масшта­ба 1:25 000 16 см2, то на плане мас­штаба 1:5000— 400 см2, т. е. площадь изображения увеличена в 25 раз при незначительном увеличении размеров условных знаков. Необходимость бо­лее подробного изображения ситуации и рельефа диктуется и предназначе­нием планов.

Увеличение объема информации, показываемой на плане, относится ко всем элементам местности, но особен­но к изображению населенных пунк­тов и рельефа. На планах отобра­жаются отдельные строения, жилые, общественные, промышленные и сельскохозяйственные объекты, входы в помещение, объекты коммунального хозяйства, выходы подземных комму­никации. Архитектурные выступы и уступы зданий и сооружений отобра­жаются, если величина их на плане 0,5 мм и более. Указывается материал стен и этажность. Подписываются наз­вания площадей, улиц, переулков, но­мера домов.

Высота сечения рельефа устанав­ливается в зависимости от характерис­тики рельефа местности, масштаба плана (табл. 2.1) и назначения созда­ваемых планов.

Тематические карты. Тематические карты необходимы как для оценки современного состояния, так и для перспективного планирования разви­тия городов, которое должно обеспе­чить рациональное размещение сели­тебных территорий, промышленности, создания системы городских центров, транспортных сетей и т. д.

Все многообразие специальных планов и карт, которое используется для комплексной оценки территории, в зависимости от их тематики можно подразделить на три вида: планиро­вочная структура города, природные условия, социально-экономические.

Карты планировочной структуры показывают функциональное зониро­вание городов с выделением террито­рий и объектов промышленности, транспорта. Особое место в этой груп­

пе занимают планы, на которых отра­жается использование подземного пространства города. Это прежде все­го планы объектов инженерного обо­рудования — трубопроводов, водо­снабжения, канализации, теплоснаб­жения, газоснабжения, кабели различ­ного назначения.

К картам природных условий отно­сятся геологические, почвенные, гид­рологические, растительности и др.

Особенно актуальным является вопрос обеспечения проектирования жилищного строительства специаль­ными крупномасштабными картами климата и микроклимата. Такие кар­ты составляются на отдельные участ­ки местности, где микроклиматические особенности проявляются наиболее резко. Создаются специальные карты городов, на которых отображаются температурно-ветровой режим, вл аж ­ность воздуха, а также загазован­ность воздуха, загрязнение почвы и водоемов, изменение солнечной радиа­ции за счет задымления воздуха.

Социально-экономические карты характеризуют население и социаль­ные условия жизни города, его «фи­зиологию». Они дополняют планиро­вочно-структурные планы, которые отражают «анатомию» города. Эти карты становятся все более много­численными — особенно в комплекс­ных атласах городов, где можно встретить карты всех тематических направлений картографирования на­селения и социальной жизни: разме­щение населения и его демографи­ческие характеристики, размещение объектов общественного обслужива­ния и др.

В настоящее время в интересах разведки и освоения месторождений полезных ископаемых, осуществле­ния на больших площадях мероприя­тий по мелиорации и освоению зе­мель, строительству дорог, охраны окружающей среды и решения других народнохозяйственных задач создает­ся большое количество специальных отраслевых карт. Эти карты могут быть использованы также для изуче­

ния природных и экономических усло­вий районов градостроительства.

§2.2. СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ НА ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТАХ И ПЛАНАХ

Условные обозначения топогра­фических карт представляют собой единую систему, состоящую из услов­ных знаков, их цветового оформле­ния, пояснительных подписей и цифро­вых обозначений.

Условные знаки и их расцветка наглядно показывают различные объекты местности и их типовые разно­видности. Пояснительные подписи и цифровые обозначения дополняют ус­ловные знаки конкретными данными об индивидуальных особенностях изображаемых объектов.

Начертание и окраска однородных объектов на топографических картах различных масштабов в основном оди­наковы и различаются лишь размера­ми. Качественные и количественные характеристики объектов, входящих в определенную группу, передаются ис­ходным графическим знаком, напоми­нающим их характерные особенности с некоторым дополнением. Условные знаки по своему назначению и свой­ствам подразделяются на три вида: масштабные, внемасштабные и пояс­нительные.

Масштабными (контурными) ус­ловными знаками обозначаю тся объекты в их действительных очерта­ниях, размеры которых (длину, шири­ну и площадь) можно измерить по карте. Каждый такой условный знак состоит из контура, т. е. планового очертания изображаемого объекта, и заполняющего его пояснительного обозначения в виде фоновой окраски, цветной штриховки или сетки знаков. Контуры объектов обозначаются то­чечным пунктиром или тонкой сплош­ной линией с сохранением их ориен­тирования относительно стран света и подобия действительным очерта­ниям.

Внемасштабными (точечными) ус­ловными знакам и обозначаю тся объекты небольшого размера (памят­ник, отдельно стоящее дерево, мост, колодец и т. п.), очертание которых не может быть выражено в масштабе карты. Внемасштабные условные зна­ки представляют собой небольшие геометрические фигуры, напомина­ющие внешний вид соответствующего объекта. Одна из точек внемасштабно- го условного знака показывает поло­жение объекта на местности. Этими точками пользуются при определении на карте координат объектов и рас­стояний между ними.

Реки, каналы, дороги и другие ли­нейные объекты изображаются также внемасштабными условными знаками. Эти знаки передают положение оси, середины объекта в полном соответ­ствии с ее положением в натуре, а ширина показывается с некоторым преувеличением.

Подписи и пояснительные условные знаки применяются в сочетании с масштабными и внемасштабными ус­ловными знаками и служат для допол­нительной характеристики объектов. Полностью подписывают собственные наименования населенных пунктов, рек, озер, гор и т. д. Сокращенные подписи располагают около условных знаков объектов для пояснения их значения или свойств. Например, вдхр.— водохранилище, шк.— школа, вкз.— вокзал, бум.— бумажная фаб­рика. Цифровые обозначения приме­няют преимущественно для количест­венных характеристик объекта (дли­на, ширина и грузоподъемность моста, высота, диаметр деревьев и расстоя­ние между ними и пр.).

Цветовое оформление топографи­ческих карт способствует значитель­ному повышению наглядности и выра­зительности. Цвета красок в основном соответствуют действительной окраске изображаемых объектов: леса — зе­леным, гидрография — синим, рель­еф — коричневым, контуры населен­ных пунктов, железные дороги, многие промышленные, сельскохозяйственные

А

Рис. 2.1. Принцип изображения рельефа горизонталями

и социально-культурные объекты — черным.

Условные знаки топографических карт и планов устанавливаются Г л ав­ным управлением геодезии и карто­графии при Совете Министров СССР и являются обязательными для всех ведомств, организаций и учреждений, выполняющих съемочные работы. Для удобства практического пользования условные знаки издаются в виде таб­лиц для группы масштабов.

Изображение рельефа на топо­графических картах и планах. Рельеф на топографических картах и планах изображается горизонталями, ус­ловными знаками и подписями высот.

Горизонталь — кривая замкнутая линия, соединяющая точки с одина­ковыми высотами над уровнем моря. Горизонталь можно представить как след сечения местности уровенными поверхностями, т. е. такими поверх­ностями, которые параллельны уровню воды в океане, проведенными через равные промежутки (рис. 2 .1).

Расстояние между секущими по­верхностями называется высотой сече­ния h, а расстояние на плане между горизонталями — заложением d.

Высота сечения рельефа подписы­вается на карте под южной стороной рамки.

На топографических картах и пла­нах приняты следующие высоты сече­ний рельефа (табл. 2.1, 2 .2).

Таблица 2.1

Высота сечения в зависимости от масштаба карты, мм

Характеристика рельефа1;25 ООО 1:50 000 1 :1 0 0 000 1:2 0 0 000

Плоскоравнинный 2 ,5 10 20 20Равнинно-пересеченный и 5 10 20 20

холмистыйГорный 5 10 20 40Высокогорный 10 20 40 80

Таблица 2.2

Высота сечения рельефа (м) при масштабе топографическойсъемки

Характеристика рельефаучастка съемки

1 :5 0 0 0 1:2 00 0 1 : 1000 1 :500

Равнинный с углами накло­ 0 ,5 ; 1 0 ,5 ; 1 0 ,5 0 ,5на до 2°

Всхолмленный с углами на­ 1; 2 0 ,5 ; 1 ,2 0 ,5 0 ,5клона до 4°

Пересеченный с углами на­ 2; 5 1; 2 0 ,5 ; 1 0 ,5клона до 6°

Горный и предгорный 2; 5 2 1 1

В тех случаях, когда основными горизонталями не представляется вы­разить те или иные формы рельефа, применяют полугоризонтали, которые проводятся через половину основного сечения и показываются прерывисты­ми линиями.

Для облегчения распознавания форм рельефа и определения отметок

точек каждая четвертая или пятая горизонталь на карте утолщается. В этих же целях на горизонталях ста­вят короткие черточки — указатели направления скатов, называемые берг- штрихами.

Горизонтали на картах показы­вают коричневым цветом, при этом подписывают их абсолютные высоты,

Гора Котловина

Рис. 2.2. Изображение основных форм рельефа

§ 2.3. Использование топографических карт и планов 19

отсчитываемые от уровня Балтийского моря. Цифры, обозначающие высоту горизонталей, подписывают так, чтобы основание цифр было направлено в сторону понижения ската.

Различают следующие основные формы рельефа: возвышенность (гора, холм), впадина (котловина), хребет, лощина и седловина (рис. 2 .2) . Наи­высшая точка горы — вершина, осно­вание горы — подошва.

Котловина или впадина — чашеоб­разное замкнутое со всех сторон углуб­ление; самую низкую часть котловины называют дном, верхний ее край — бровкой. Хребет — вытянутая возвы­шенность, постепенно понижающаяся в одном направлении и имеющая два склона, пересечение которых обра­зует ось хребта, называемую водо­раздельной линией. Лощина — вытя­нутое углубление местности, постепен­но понижается в одном направлении. Самая низкая линия лощины вдоль нее, в пересечении двух скатов обра­зует водослив, или тальвег. Седло­вина — пониженная часть местности между двумя соседними возвышен­ностями.

Вершина горы, дно котловины, низ­кая точка седловины называются х а ­рактерными точками рельефа, а водо­раздел и водослив — характерными линиями рельефа.

Некоторые подробности рельефа (курганы, ямы, карьеры, осыпи и т. п.) невозможно изобразить горизонталя­ми. Такие объекты показывают на кар­тах и планах специальными условны­ми знаками. В дополнение к гори­зонталям и условным знакам на карте подписывают высоты характерных то­чек: на вершинах возвышенностей, на изгибах водоразделов, на седло­винах.§2.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ И ПЛАНОВ В АРХИТЕКТУРНО­ПЛАНИРОВОЧНОМ И ИНЖЕНЕРНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Топографические карты и планы являются основными исходными дан­ными на всех этапах архитектурно­

планировочного и инженерного проек­тирования. Они позволяют проанали­зировать и оценить как природные особенности района: пригодности зе ­мель, намечаемых для строительства, характера рельефа, наличие небла­гоприятных физико-геологических яв­лений и др., так и экономические условия: пути сообщения, наличие воды для питья и промышленных це­лей, строительных материалов, энер­гетической базы и т. д. С помощью измерений по картам можно полу­чить координаты изображенных объектов, расстояния между ними, размеры и ряд других параметров, измерение которых в натуре представ­ляет подчас трудоемкую задачу. Кар­ты используются также для нанесения сведений, полученных из других источ­ников: справочников, описаний и на­турных исследований.

На каждом этапе проектирования требования к содержанию, подроб­ности и точности карт и планов раз­личны.

При решении пространственной организации обширных территориаль­ных систем и районов, включающих ряд поселений и межселенных терри­торий, на одном листе карты должны быть изображены значительная часть земной поверхности и обобщенные данные о физико-географических осо­бенностях. От такой карты не требует­ся обеспечения высокой точности изме­рений. В этих целях используются карты мелких и средних масштабов (1:500 000— 1:200 000).

Для составления схем комплексной оценки территории, планов современ­ного использования территории и проектов планировки пригородной зо­ны требуются карты более крупного масштаба (1:100 000— 1:25 000).

Следует заметить, что общегосу­дарственные топографические карты масштаба 1:50 000 и мельче созданы на всю территорию СССР. Карты более крупных масштабов к настояще­му времени созданы преимущественно только на районы, имеющие важное народнохозяйственное значение.

Разработка генеральных планов города, проектов детальной планиров­ки и проектов застройки осуществля­ется на топографических планах, мас­штаб которых обусловливается разме­ром города, назначением плана, ста­дией проектирования, природными ус­ловиями района строительства, сте­пенью благоустройства территории и густотой инженерных коммуника­ций.

Топографические планы в масшта­бе 1:5000 используют для разработки генеральных планов крупных городов и проектов размещения объектов строительства, составления проектов планировки промышленных райо­нов, транспортных развязок, состав­ления технических проектов промыш­ленных предприятий, разработки схем вертикальной планировки к ген­плану.

Планы масштаба 1:2000 предназ­начаются для разработки генераль­ных планов малых городов, поселков и сельских населенных пунктов, сос­тавления проектов детальной плани­ровки и эскизов застройки с транс­портно-планировочным решением узлов пересечений и площадей, разра­ботки схем вертикальной планировки к проекту детальной планировки, а также для составления разбивочных чертежей с привязками красных ли­ний к опорным зданиям и сооруже­ниям и геодезическим пунктам.

Топографические планы масштаба 1:1000 применяют для составления технических проектов и рабочих чер­тежей застройки, вертикальной пла­нировки площадей, улиц и промыш­ленных площадок. Топографические планы масштаба 1:500 являются осно­вой для составления исполнительного, генерального плана участка строи­тельства и рабочих чертежей много­этажной капитальной застройки с гус­той сетью подземных коммуникаций, промышленных предприятий, планов подземных сетей и сооружений, тун­нелей, вертикальной планировки мик­рорайонов и высотной привязки зд а­ний.

§2.4. НОМЕНКЛАТУРА И РАЗГРАФКА ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ И ПЛАНОВ

Топографические карты создаются на большую территорию и состоят из многих листов. Деление на листы называют разграфкой, а система обозначений листов — номенклатурой карт. Каждый лист топографической карты представляет собой трапецию, которой присваивается номенклатура. Номенклатура листа карты — над се­верной стороной его рамки. Рядом с номенклатурой, кроме того, подписано название наиболее крупного из пока­занных на нем населенных пунктов. На каждом листе указывается также номенклатура смежных с ним листов, что облегчает их подбор при склейке карты. Эти подписи помещены посе­редине сторон внешней рамки листа.

В основу номенклатуры советских карт всех масштабов приняты листы миллионной карты 1:1 000 000. Листы карты этого масшта­ба ограничены меридианами и параллелями и имеют размеры по широте 4 (ряда) и по долготе 6 (колонны) (рис. 2 .3 ). Каждый ряд обозначается заглавной буквой латинского алфавита, начиная от экватора, к северу и к югу от него, а каждая колонна нумеруется арабскими цифрами от 1 до 60. Их счет ведется от меридиана с долготой 180° с запада на восток. Например, лист карты масштаба 1:1 000 000, на котором изображен Киев, имеет номенклатуру N = 36.

Колонны листов миллионной карты сов­падают с шестиградусными координатными зо­нами, на которые разбивается поверхность земного эллипсоида при вычислении коорди­нат и составлении карт в проекции Гаусса. Так как счет координатных зон ведется от ну­левого (Гринвичского) меридиана, а счет ко­лонн листов миллионной карты — от меридиа­на 180°, то номер зоны отличается от номера колонны на 30. Зная номенклатуру листа кар­ты, легко определить, к какой зоне он отно­сится.

Например, лист М-35 расположен в 5-й зоне, а лист К-29— в 59-й зоне.

Номенклатура листов карт всех остальных, более крупных масштабов включает номенкла­туру карты масштаба 1:1 000 000, а для карт масштаба 1:50 000 и крупнее — и номенклату­ру листа карты масштаба 1:100 000 (табл. 2.3). Одному листу миллионной карты соответствуют четыре листа карты масштаба 1:500 000, обозначаемые буквами А, Б, В и Г; номенкла-

/

Рис.

2.

3.

Разг

раф

ка

лист

ов

карт

ы

Ы-36

$ N -3 6 -2 4

Рис. 2.4. Номенклатура топографических карт СССР:

а — масш таба 1:1000 00 0 и 1:500 ООО на листе миллион­ной карты; б— масш таба 1:50 000, 1:25 000 и 1:10 000

§ 2.4. Номенклатура и разграф ка топографических карт и планов 23

Таблица 2.3

Размеры рамок

Масштаб карты Номенклатурапо широте по долготе

1 1 000 000 N = 36 4° 6-1 500 000 N = 36 -= Г 2° 3°1 200 000 N = 3 6 = X II 40' 60'1 100 000 N = 36 = 24 20' 30'1 50 000 N = 36 = 24 = Б 10' 15'1 25 000 N = 3 6 = 2 4 = 6 = 6 5 ' 7 '30"1 10 000 N = 36 = 2 4 = 6 = 6 = 1 2 '3 0 " 3 '4 5 "1 5 000 N = 36 = 24 = (256) Г 15' 1 '5 2 ,5 ’1 200 N = 36 = 24 = ( 2 5 6 = г) 25" 3 7 ,5 "

тура этих листов имеет вид, например, N- 36-Г, 36 листов карты масштаба 1:200 000, обозначаемых римскими цифрами; например, N-36-XII (рис. 2.4, а ). 144 листа карты 1:100 ООО, обозначаемых арабскими цифрами от 1 до 144, например, N-36-24 (рис. 2.4, а ).

Одному листу карты 1:100 000 соответст­вуют четыре листа карты масштаба 1:50 000, обозначаемые заглавными русскими буквами А, Б, В, Г, и номенклатура имеет вид N-36-24-5 (рис. 2.4, б ) . Одному листу карты 1:50 000 соот­ветствуют четыре листа карты масштаба 1:25 000, обозначаемые строчными буквами а, б, в, г, например N -36-24-5-6 (рис. 2.4, б).

Одному листу карты масштаба 1:25 000 соответствуют четыре листа карты масштаба 1:10 000, обозначаемые арабскими цифрами № 1,2 , 3, 4, например N -36-24-5-6-1 (рис. 2.4, б ) .

Одному листу карты масштаба 1:100 000 соответствуют 256 листов плана масштаба 1:5000, листы которого обозначаются порядко­выми номерами от 1 до 256, заключенными в скобках, (например, N-36-24- (256).

Одному листу плана масштаба 1:5000 соответствуют девять листов плана масштаба 1:2000, которые обозначаются строчными бук­вами русского алфавита (а, б, в, г, д, е, ж , з, и ). Например, N -36-24-(256-г).

Для топографических планов масштабов 1:5000— 1:500 допускается прямоугольная разграфка с размерами рамок 4 0 X 4 0 см для масштаба 1:5000 и 5 0 X 5 0 см для масштабов 1:2000, 1:1000 и 1:500 (табл. 2 .4).

В этом случае за основу разграфки при­нимается лист масштаба 1:5000, обозначаемый арабскими цифрами. Ему соответствуют 4 листа масштаба 1:2000 присоединением к номеру

Таблица 2.4

Масштаб НоменклатураРазмеры

рамок, см

1:5000 4 4 0 \ 4 01 :2 0 0 0 4-А 5 0 X 5 01 :1 0 0 0 4 -A -IV 5 0 x 5 01:500 4 - Г -12 5 0 x 5 0

масштаба 1:5000 одной из первых четырех про­писных букв русского алфавита (А, Б, В, Г), например 4-А.

Листу масштаба 1:2000 соответствуют четыре листа масштаба 1:1000, обозначаемых римскими цифрами (I, II, III, IV ), и 16 листов масштаба 1:500, обозначаемых арабскими цифрами (1, 2, ..., 16).

Номенклатура листов масштабов 1:1000 и 1:500 складывается из номенклатуры листа масштаба 1:2000 и соответствующей римской цифры для листа масштаба 1:1000 или арабской цифры для листа масштаба 1:500, например 4-A-IV и 4-Г-12 (рис. 2 .5).

Для подбора нужных листов карт на тот или иной район и для быстрого определения их номенклатуры существуют так называемые сборные таблицы карт. Они представляют со­бой мелкомасштабные схематические карты, разделенные меридианами и параллелями на клетки, соответствующие листу карты данного масштаба. Нумерация каждой клетки указы­вает номенклатуру листа (рис. 2 .6).

Рис. 2.5. Номенклатура листов планов масштаба 1:2000; 1:1000 и 1:500

Рис. 2.6. Фрагмент сборной таблицы карты масштаба 1:1000 000

ГЛАВА 3

ИЗМ ЕРЕНИЯ И ПОСТРОЕНИЯ НА ТОПОГРАФИЧЕСКОМ ПЛАНЕ И КАРТЕ

§3.1 . ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ.МАСШТАБЫ

Горизонтальное расстояние по пря­мой между заданными точками на кар­те измеряется при помощи линейного или поперечного масштаба. Масштаб указывается на каждом листе карты под южной стороной рамки в числовом

(численный масштаб) и графическом (линейный масштаб) виде.

Д ля удобства вычислений числен­ный масштаб записывают в виде отно­шения 1 : т , где m — число, указы­вающее, во сколько раз уменьшены длины линий на местности при изобра­жении их на карте. Так, например, масштаб 1:500 показывает, что на

ДесятыеШиоснования

2 з

- Целые основания-----------

1: WOO

Рис. 3.1. Поперечный маштаб

А В

плане все линеиные размеры уменьше­ны в 500 раз, или 1 см на плане соот­ветствует 5 м на местности.

Зная численный масштаб, можно построить длину отрезка на карте, измеренную на местности, и, наоборот, измерив расстояние на карте, опреде­лить его величину на местности. Например, если горизонтальное рас­стояние (проложение) на местности равно 183,7 м, масштаб плана 1:1000, т. е. в 1 см — 10 м, то длина отрезка на карте будет 1 8 3 ,7 :1 0 = 18,37 см. Если отрезок на карте имеет длину 8,25 см, а масштаб карты 1:25 000, т. е. в 1 см — 250 м, то горизонтальное проложение линии местности будет 8 ,2 5 X 2 5 0 = 2062,5 м.

Линейный масштаб представляет собой прямую линию, разделенную на равные отрезки, называемые основа­нием масштаба. Против каждого деле­ния основания подписаны соответст­вующие расстояния на местности.

С помощью линейного масштаба можно измерять и откладывать рас­стояния с точностью до 0,5 мм. Для более точного определения расстояний пользуются поперечным масштабом. Поперечный масштаб представляет собой график, основанный на пропор­циональном делении отрезков. Для построения масштаба на прямой откладывают несколько раз 2-санти­метровый отрезок, называемый осно­ванием масштаба. Из полученных то­

чек восстанавливают перпендикуляры. Через равные промежутки на перпен­дикулярах проводят прямые, парал­лельные основанию масштаба. Край­ние левые основания масштаба сверху и снизу делят на десять частей (по2 мм). Полученные точки соединяют наклонными прямыми, как показано на рис. 3.1.

Из подобия треугольников AB C и abc следует: аЬ = 0,1АВ, но АВ = 2 мм, следовательно, цена наименьшего де­ления полученного масштаба равна 0,2 мм, или сотой доли основания масштаба. Поперечный масштаб с ос­нованием 2 см называется нормаль­ным сотенным масштабом.

Перед началом измерения с по­мощью поперечного масштаба нужно уяснить, каким расстояниям на мест­ности соответствуют его основные де­ления, т. е. чему равны 2 см, 2 мм,0,2 мм, умноженные на знаменатель масштаба карты. Например, для плана масштаба 1:2000— 40 м, 4 м, 0,4 м. На рис. 3.1 показан отрезок, равный 64,8 м в масштабе 1:1000. Для опре­деления длины наклонной линии мест­ности D по ее горизонтальному про- ложению d пользуются формулами:

D = d /cos v или

0 = д / d 2 + h 2 (3.1)

F

Рис. 3.2. Измерение циркулем ломаной линии

Величину d измеряют по карте, угол наклона v определяют либо по графику заложений, либо по формуле

v = p^ (3.2)

где р = 57 3.Превышение h вычисляют по

отметкам горизонталей. Длину лома­ной линии определяют как сумму пря­молинейных отрезков (рис. 3 .2 ) . Для измерения длины кривых линий на карте используют курвиметр.

Величина отрезка линии местности, соответствующая в масштабе карты предельной графической точности0,1 мм, называется точностью масшта­ба карты.

Однако точность определения расстояний по карте зависит не только от точности измерения. Источником ошибок измерений является также де­формация бумаги. С учетом этого фак­тическая точность измерения прямых линий на плане колеблется в пределах0,5...1,0 мм, что в масштабе 1:1000 на местности составит 0,5...1 м, в масштабе 1:500— 0,25...0,5 м.

§3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПО КАРТЕ (ПЛАНУ) КООРДИНАТ ТОЧЕК И УГЛОВ ОРИЕНТИРОВАНИЯ

О п р ед ел ен и е географических коор­динат. При определении географи­ческих координат используют минут­ные деления широты и долготы, нане­сенные на сторонах рамки листа кар­ты, и подписи долготы и широты углов этой рамки.

Чтобы определить географические координаты какой-либо точки В (рис. 3.3, а ) , через нее проводят на карте параллели и меридианы и по шкалам рамки соответственно отсчи­тывают широту и долготу точки.

Определение прямоугольных коор­динат точек. На листах топографи­ческих карт нанесена сетка прямо­угольных координат — абсцисс и ординат в проекции Гаусса. Коорди­натная сетка представляет собой сеть квадратов, образованных прямыми ли­ниями, параллельными осевому мери­диану зоны и экватору. Она наносит­ся через целое число километров, поэтому называется часто километро­вой. Координаты километровых линий, ближайших к углам рамки листа кар­ты, подписываются полным числом километров, остальные сокращенно, последними двумя цифрами (рис. 3.3, б).

При определении прямоугольных координат точки сначала определяют квадрат сетки, в котором она распо­ложена. Для этого читают оцифровку горизонтальной километровой линии, образующей северную сторону квад­рата, а затем вертикальной линии, образующей западную сторону квад­рата, т. е. сначала абсциссу, а затем ординату северо-западного угла квад р ата . Например, точка А (рис. 3.3, б) находится в квадрате «сорок, сорок д ва»— (4042). Коорди­наты ХА и YА определяются по форму­лам:

X а == X сетки “1“ А Х ,(3.3)

Y А — ^сетки “Ь A Y,

где Л: сетки абсцисса квадрата коор-

О) ‘ 1--------- 1 ' 1— = 1 ------30'

61«MT6J м 1

144

40' 11

6В42 II

111

. 40

I

Д1-111

1

|ДЛ|

! !

. 38

— + 1 1 1 1 1

- ч — - 1 1 1 11 38

и

I 11

1---- 1

В)00' 63J0*

. 61° 42 44

40'

■ 6142 h h

■ 40

h

h

h______\A—4У j

1

■ 38 38

44 '

1Рис. 3.3. Определение географических (а) и прямоугольных (б) координат

динатной сетки; У сеТки — ордината квадрата километровой сетки.

С помощью циркуля-измерителя и поперечного м асш таба измеряют отрезки АХ и А У по перпендикуляру, опущенному из точки А на ближайшие стороны квадрата координатной сет­ки.

Чтобы исключить деформацию бу­маги карты, определение координат точек выполняют по формулам:

mХ = Х 1,=Х_ и+-

с е т к и / , + / 2 ■>' ■ с е т к и 1 / ] + / 5

Y = Y +сетки 1

m___ "_/ —V —____

/ , + / , 3 с е т к и

(3.4)где m — число метров в стороне квад­рата сетки.

Прямоугольная координатная сет­ка позволяет решить и обратную з а ­дачу, т. е. нанести точку на карту по ее координатам. Для этого вначале находят на карте квадрат координат­ной сетки, в котором расположена точ­ка, откладывают измерителем в мас­штабе карты абсциссу в метрах на ле­вой и правой сторонах квадрата и проводят тонкую горизонтальную ли­нию; слева направо по прочерченной линии откладывают длину отрезка

ординаты в метрах согласно масшта­бу карты и находят искомую точку.

Определение углов ориентирова­ния. Для измерения дирекционного угла а линии через начальную ее точ­ку проводят прямую, параллельную оси абсцисс. При измерении дирек­ционного угла, имеющего величину от 0 до 180°, нулевой радиус транс­портира совмещают с северным нап­равлением вертикальной километро­вой линии, а углов, больших 180°,— с южным направлением. В последнем случае к полученному отсчету при­бавляют 180°.

Чтобы вычислить истинный азимут Лист, зная измеренное по карте значе­ние дирекционного угла, пользуются формулой

Лист = а ± у , (3.5)

где а — значение дирекционного угла;Y — среднее значение угла сближе­ния меридианов для данного листа карты, указанное на схеме под южной рамкой карты.

Для определения магнитного ази­мута линии нужно знать величину магнитного склонения б — угла между истинным и магнитным меридианами. Склонение магнитной стрелки может быть восточным и западным. Магнит­ный азимут Л „ а г = Л и с Т — бвост ИЛИ

Лмаг = Лист + 83ап, где б — склонение

магнитной стрелки, значение которого также приведено на схеме под южной стороной рамки карты.

§3.3 . ИЗУЧЕНИЕ РЕЛЬЕФА ПО КАРТЕ (ПЛАНУ)

Определение высот точек. Приопределении высот точек по карте мо­гут встретиться следующие случаи:

1. Точка лежит на горизонтали. Ее отметка равна отметке горизон­тали.

2. Точка С лежит между горизон­талями с отметками Н в и H D. В этом случае отметку точки определяют посредством интерполирования. Для этого измеряют расстояния d\ и с?2 от точки М до ближайших горизонталей с помощью линейки. Отметку Н м точ­ки М вычисляют дважды с учетом направления понижения местности

HM = HK+ ( h id i) / ( d l + d2)(3.6)

Нм — {hd2)/{d\-Мг),

где Н к и H N— отметки горизонталей, м; d\ и ^2 — расстояния от точки С до горизонталей, мм; h — высота сечения рельефа (на рис. 3.4 h — высота сече­ния рельефа равна 2,5 м).

За окончательное значение прини­мают среднюю отметку.

3. Точка расположена внутри замкнутой горизонтали. Точка Р на рис. 3.4 лежит внутри замкнутой го-

Рис. 3.4. Определение высот точек местности по карте. Проведение на карте линии заданно­

го уклона

ризонтали и является вершиной высо­ты. Очевидно, что ее отметка Нр боль­ше Н горизонтали, окружающей точ­ку, на величину, меньшую высоты сечения рельефа. Можно принять, что отметка Нр точки Р приближенно равна отметке соседней горизонтали плюс половина высоты сечения релье­фа, т. е. Нр = 1 5 1 ,2 5 м. Если точка является дном котловины, то ее отмет­ка будет меньше высоты ближайшей горизонтали на величину, равную по­ловине высоты сечения рельефа. Точ­ность определения отметки точки по горизонталям на среднепересеченной

местности равна примерно ^-высоты сечения рельефа.

Определение крутизны ската. Кру­тизной ската i называется отношение разности высот между точками ската h к его заложению d:

i = tgv = h /d . (3.7)Крутизна ската может быть выра­

жена либо в угловой мере, либо в уклонах (десятичной дробью, в про­центах или в промиллях).

Для определения крутизны ската в градусах пользуются графиками з а ­ложений, которые помещены на к а ж ­дом листе карты под южной стороной

Рис. 3.5. График заложений в градусах (а) и в уклонах (б)

рамки. Для этого надо взять циркулем расстояние между двумя смежными основными горизонталями, приложить циркуль к графику заложений (рис. 3.5) и прочитать число градусов у основания шкалы. Крутизна ската между смежными утолщенными гори­зонталями определяется по шкале, соответствующей пятикратному сече­нию.

Уклон, как правило, выражают в промиллях (°/оо) • Такое измерение уклонов принято в нормативных доку­ментах (СНиП П -60— 75).

На топографических картах и пла­нах графики заложений в уклонах не приводятся. В тех случаях, когда возникает необходимость определения большого количества уклонов, целе­сообразно построить график. Для это­го на горизонтальной прямой наме­чают точки, соответствующие значе­нию уклонов (рис. 3 .55). По перпен­дикуляру к основанию графика от этих точек откладывают отрезки (в масштабе карты), равные соответст­вующим заложениям, а именно d = = h/i.

Концы этих отрезков соединяют плавной кривой. В процессе проекти­рования часто возникает необходи­мость в проведении на карте линии заданного уклона. Для этого исполь­зуют график заложений или вычис­ляют величину заложения по формуле(3.7).

Линию заданного уклона проводят на карте следующим образом. От на­чальной точки А (рис. 3 .4 ) , располо­женной на горизонтали, раствором циркуля А В , соответствующим задан­ному уклону, последовательно засе­кают соседние горизонтали. Соединяя точки уколов циркуля, получают ломаную линию АВСД, имеющую один и тот же уклон.

§3.4. ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯМЕСТНОСТИ ПО КАРТЕ (ПЛАНУ)

Для построения профиля мест­ности к заданному направлению при­кладывают полоску миллиметровой бумаги. На ней отмечают выхо­

ды всех горизонталей и точек, лежащих на перегибе скатов (рис. 3.6, а) . Затем эту полоску переносят в графу «горизонтальные расстояния» (рис. 3 .6) , вписывая их значения. В графу «отметки» вписывают значения отметок точек пересечения профиль­ной линии с горизонталями.

Построение точек профиля по их отметкам выполняют от линии услов­ного горизонта. Для наглядности вер­тикальный масштаб профиля берут обычно в 10 раз крупнее горизонталь­ного, но отношение масштабов может быть и иным. Отметку линии услов­ного горизонта выбирают с таким расчетом, чтобы точка с минимальной отметкой располагалась выше данной линии не менее чем на 1 см. От линии условного горизонта строят перпенди­куляры в каждой точке и на них откладывают в выбранном масштабе разности отметок точек и отметки ли­нии условного горизонта. Концы пер­пендикуляров соединяют плавной кри­вой, которая будет изображать про­филь местности.

Определение условий визуального обзора местности. При решении ряда архитектурных задач, как, например, для оценки гармоничного сочетания исторически сложившейся и проекти­руемой застройки города, определения степени инсоляции участка местности, его защищенности от ветра, на картах строят поля невидимости с нескольких характерных точек (рис. 3 .7). Для этого через заданную точку в направ­лении выбранного сектора обзора местности проводят ряд прямых ОА, ОБ, ОВ и по ним строят профили мест­ности. На профилях через отметку точки О проводят лучи зрения, каса­тельные к очертаниям возвышеннос­тей, полученные при этом точки гра­ниц поля невидимости /, 2, 3 переносят с профиля на карту. Границы поля невидимости прочерчивают последо­вательным соединением точек, выне­сенных с профилей. Точность построе­ния полей невидимости будет возрас­тать с увеличением числа построенных профилей.

1 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Рис. 3.6. Построение профиля по карте:а — профильная линия на карте; б — профиль местности

Построение по карте (плану) графических моделей рельефа. Архи­тектурное проектирование неизбежно связано с детальным изучением харак­тера и особенностей рельефа мест­ности. Для этого в ряде случаев, особенно в процессе обучения, целе­сообразно составлять наглядные изоб­ражения рельефа.

Построение силуэта местности. На предварительных стадиях проектиро­

вания представление о характере си­луэта местности может быть получено путем его построения по карте.

Силуэт представляет собой орто­гональную проекцию местности на вертикальную плоскость, проходящую через линию MN (рис. 3 .8), по направ­лению которой строят силуэт. Пост­роение начинают с вычерчивания про­филя по линии водораздела, проходя­щего через ближайший к наблюдате-

Рис. 3.7. Определение условий визуального обзора мест­

ности

Профиль по О-В

Ооге; --------------40

30

20

©-

Рис. 3.8. Построение силуэта местности

лю хребет АВ. На этой линии отме­чают места перпендикуляров, каса­тельных к изгибам горизонталей. На перпендикулярах от линии MN откла­дывают отрезки, соответствующие отметкам горизонталей. Плавные кри­вые, соединяющие концы перпенди­куляров, представляют собой силуэт местности. Полученное изображение дает примерную картину о силуэте, как бы издалека представляя собой панораму местности.

П остроение б л ок-ди агр ам м ы рельефа местности. Для наглядного изображения связей между рельефом

местности и проектируемой застройкой может быть построена блок-диаграм- ма. Она соединяет в себе перспек­тивное изображение местности, про­дольный и поперечный разрезы.

На рис. 3.9, а приведена схема построения блок-диаграммы с одной точки перспективы. На листе бумаги проводят оси ОХ и .ОУ и выбирают положение точек М и N так, чтобы MO = NO. Из точки М под углом в 30...40 к оси абсцисс проводят линию ME. В точке пересечения ME и YY помещают участок карты АВ СД (рис. 3.9, б ) , для которого желатель­

но получить блок-диаграмму. Рисуют переднюю грань блока ADEF. Затем проводят линии ME, MD и NB. Из точки пересечений линий NB и МА проводят НС параллельно АЕ и НК параллельно AD. Изображение пере­носится с карты на верхнюю грань блока по перспективным сеткам, кото­рые показаны на рис. 3.9, в. В даль­нейшем выбирается вертикальный масштаб блок-диаграммы, в соответ­ствии с которым переносятся на ри­сунок отдельные высотные слои изоб­ражения. Блок-диаграмма в оконча­тельном виде изображена на рис.3.9, г.

§3.5 . ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОЩАДИ УЧАСТКА МЕСТНОСТИ ПО ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ КАРТЕ (ПЛАНУ)

Измерение площадей участков местности по топографической карте может производиться графическим, аналитическим и механическими спо­собами.

1. Графический способ заключает­ся в разбивке участка на плане на простейшие фигуры (треугольники, четырехугольники и т. п.), вычислении их площадей в отдельности с после­дующим суммированием. Размеры элементов фигур определяются гра­фически.

Площадь участка местности можно определить также с помощью палетки, изготовленной из прозрачного мате­риала, на который наносится сетка

Рис. 3.10. Палетка

квадратов со сторонами в 2...4 мм (рис. 3 .10).

2. Аналитический способ измере­ния площади фигур заключается в графическом определении координат вершин геометрических фигур и вы­числении площади по формуле

Пч * _ - * ;+1) =

= | 2 * <y/ + i - y/ - i ) - <3-8>1

где г'= 1, 2, 3, ..., п.Площадь полигона равна половине

суммы произведений ординат каждой точки на разность абсцисс предыду­щей или последующей точек или по­ловине суммы приращений абсциссы каждой точки на разность ординат последующей и предыдущей точек (рис. 3 .11).

3. Механический способ измерения площадей основан на использовании специального прибора-планиметра. Наиболее распространен полярный планиметр (рис. 3.12, а) . Он состоит из двух рычагов — полюсного Р\ и обводного Р, соединенных шаровым шарниром, укрепленным на конце по­люсного рычага. На обводном рычаге помещается подвижная каретка со счетным механизмом. Обводной рычаг имеет ручку со шпилем для обвода контуров.

Рис. 3.11. Аналитический способ опреде­ления площади

2 З ак . 956

Рис. 3.12. Планиметр

Перед измерением обводной шпиль устанавливают над какой-либо точкой контура площади и по счетному меха­низму делают начальный отсчет U i и после обвода контура площади де­лают конечный отсчет U% Искомая площадь при полюсе вне контура вы­числяется по формуле

S = C(U2- U i ) . (3.9)Отсчет на счетном механизме

складывается из числа полных обо­ротов, которые берутся по диску, числа делений барабана (две цифры) и чис­ла десятых долей, определяемых по верньеру. Так, отсчет на рис. 3.12,‘ б равен 6458.

Прежде чем приступить к измере­нию площадей, определяют цену деле­ния планиметра С. Для этого на карте выбирают фигуру, площадь ко­торой известна (например, квадрат километровой сетки). Установив пла­ниметр таким образом, чтобы обвод­ной шпиль легко доставал до всех вершин квадрата, а угол между по­люсным и обводным рычагом был в пределах от 30 до 150 , берут отсчет U 1 по счетному механизму при поло­жении обводного шпиля в одной из вершин квадрата. Затем медленно перемещают обводной шпиль по часо­вой стрелке вокруг всего контура до

исходной точки и берут отсчет U% Р а з ­ность этих отсчетов U2 — U\ выразит площадь квадрата в делениях плани­метра. Для получения цены деления планиметра площадь квадрата Р делят на число полученных делений плани­метра U 2 — U 1 :

C = S KBaJ ( U 2- U i). (3.10)

Точность аналитического способа определения площади зависит от точ­ности, с которой определены коорди­наты вершин многоугольника. Отно­сительную погрешность определения площади палеткой можно принять равной 1/50, а планиметром— 1/300.

§3.6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПО КАРТЕ (ПЛАНУ) ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ И НАКЛОННОЙ ПЛОЩАДОК

При организации городской по­верхности, удобной для застройки и формирования архитектурно-художе- ственного облика города, создании условий для отвода ливневых, талых и хозяйственных вод с территорий улиц, для обеспечения условий нор­мальной работы всех видов городско­го транспорта возникают задачи по проектированию горизонтальных и наклонных площадок. Для этого обыч­но используют материалы съемки

)

dx

%

ч

насыпь переходит в выемку) находят положение точек нулевых работ по формулам:

Х - - Y = (3.12)

Рис. 3.13. Проектирование

местности нивелированием поверх­ности по квадратам.

Отметка горизонтальной площадки под условием баланса земляных работ

2 я , + г 2 я 2+ з£ я 3+2я пР= - Ап

(3.11)

где 2/ii— сумма отметок вершин, отно­сящихся только к одному квадрату;

— сумма отметок вершин, общих для двух квадратов; ПН з— сумма отметок вершин, общих для трех квад­ратов; 2 # 4— сумма отметок вершин, общих для четырех квадратов.

Вычисляют рабочие отметки (раз­ность между проектной и фактической отметками вершины квадрата) и запи­сывают их у соответствующих вершин.Проводят линию нулевых работ. Для этого на сторонах квадратов с рабо­чими отметками разного знака (где

ГЛАВА 4

Л И Н Е Й Н ЫЕ ИЗМ ЕРЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ

Контроль X-\-Y = a, где hi— рабо­чая отметка выемки, /г2— рабочая отметка насыпи, а — сторона квадра­та, их наносят графически на план. Полученные точки соединяют отрез­ками прямых и получают линию ну­левых работ. По рабочим отметкам вершин квадратов вычисляют объемы земляных работ.

При проектировании наклонной площадки (рис. 3.13) устанавливают ее продольный ix и поперечный iy уклоны и отметку какой-либо исход­ной точки Hq. Проектную отметку лю­бой точки, расположенной на рас­стояниях d x и dy от исходной, находят по формуле

Н пр = Н о - ( - i x d x -f~ i y d y . (3.13)

Затем вычисляют рабочие отметки как разность проектной отметки вер­шины квадрата и ее фактической от­метки, выписывают отметки на план. Значение общего уклона поверхности

об ш ' =л/ lx + il ’ (3.14)

а его направление а определяется из отношения t g a — iy/ix-

Производство большинства видов геодезических работ сопровождается линейными измерениями на местности. Линейные измерения производят либо непосредственно путем откладывания мерного прибора в створе измеряемой линии, либо косвенно — с помощью разных типов дальномеров.

В зависимости от требуемой точ­ности измерения, методов измерения и применяемых при этом приборов

относительная ошибка линейных изме­рений в геодезических работах колеб­лется в достаточно широких пределах: от 1/1 000 000 до 1/300.

Для создания топографических планов и решения отдельных геодези­ческих задач, выполняемых в ходе строительства, используются приборы и методы, обеспечивающие получение длин линий с относительными ошиб­ками порядка 1/2000 до 1/300.

§4.1. МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕРНЫЕ ПРИБОРЫ

Для непосредственного измерения длин линий на местности предназна­чены мерные стальные ленты, рулетки, инварные ленты и проволоки. Наи­большее применение имеют рулетки и мерные стальные ленты (рис. 4.1, а,б, в) , которые подразделяются на штриховые, шкаловые и концевые. Инварные ленты и проволоки исполь­зуются для высокоточных и точных геодезических работ. Относительная ошибка измерения такими мерными приборами составляет 1/1 ООО ООО... ...1/5000. Мерные ленты обеспечивают точность измерений с относительной ошибкой 1 /5000— 1 /2000.

Для закрепления концов штрихо­вых лент при измерении длин линий на местности применяют комплект из6 или И стальных шпилек (рис. 4.1, г). При переноске шпильки надевают на проволочное кольцо.

Для хранения и транспортирова­ния мерные ленты наматывают на специальное кольцо с проушинами

(рис. 4.1, д ) , в одно из которых з а ­винчивают болтик, удерживающий ленту на кольце.

Компарирование м ер н ы х приборов.До начала полевых работ определяют действительную длину измерительных приборов путем сравнения их с извест­ной длиной нормального (контрольно­го) прибора. Такое сравнение назы­вают компарированием.

Если длина проверяемой 20-метро- вой штриховой ленты отличается на величину, большую ± 2 мм, вводят поправку А/к за компарирование.

Каждая лента имеет технический паспорт, в котором указывается урав­нение мерного прибора вида

/ = /о + А/к +А /(, (4.1)где /о — номинальная длина ленты при / = - j -20 °С; А/к — поправка за компарирование; Ah — поправка за температуру;

А/<=ос(/— to)lo, (4.2)где а — коэффициент линейного рас­ширения стали при изменении темпе­ратуры на 1 °С равен 1 2 ,5 Х Ю _б;

а)

5)

О о 3Z о о

20шпалаP'l ' f ' l ' l ' l 'T T TT

ОНО |а> о

5.6

Рис. 4.1. Мерные стальные ленты:о - штриховая; 6 - ш каловая; в - концевая; г - шпильки; д - лента на кольце

§ 4.1. Механические мерные приборы 37

м\ и 13 12 17W / / ' / / / У / / 777 /77 777М о— о— -о-— о -— о— -о уit 3 2 1

Рис. 4.2. Вешение линий (а) и измерение длин линий лентой (б)

t — температура эксплуатации мер­ного прибора; to — нормальная тем­пература компарирования, принятая t = 20 °С.

При измерении длины линий штри­ховой землемерной лентой, когда тем­пература сохраняется в пределах от12 до 28 °С, поправку за температур­ное влияние не учитывают.

Вешение линий. Для повышения точности измерений на местности длинных линий устанавливают про­межуточные вешки в створе изме­ряемой линии.

Допустим, требуется провешить линию MN (рис. 4.2, а ) . В точке М, где находится наблюдатель, устанавли­вают веху, а в точке N веху уста­навливает помощник наблюдателя. Наблюдатель становится в 1...2 м от вехи в точке М и направляет веху в точке М так, чтобы она закрывала веху в точке N. Помощник, двигаясь от точки N в сторону наблюдателя, по его сигналам устанавливает веху № 1 в створе линии MN, затем, пере­мещаясь ближе к наблюдателю, уста­навливает веху № 2. Так вешение продолжается до тех пор, пока по всей линии не будут строго вертикально установлены все вехи.

Порядок измерения длины линий. Измерение лентой выполняют два ис­полнителя. Первый исполнитель прикладывает нулевой штрих ленты к начальной точке, в кольцевой вырез 9тавит шпильку и движением руки направляет второго исполнителя в створ измеряемой линии. После уклад­ки ленты в створе второй исполнитель встряхивает ее, натягивает и в вырез ленты вертикально ставит шпильку

(рис. 4.2, б) . Затем снимают ленту со шпилек и переносят ее вперед. Ленту снова укладывают в створе линии и работа продолжается в том же поряд­ке до тех пор, пока второй исполнитель израсходует весь комплект шпилек (у первого в это время должно быть 5 или 10 шпилек). После этого первый исполнитель передает комплект шпи­лек второму и процесс измерения про­должается.

Для домера остатка измеряемой линии ленту протягивают за конечную точку и отсчитывают число целых мет­ров по оцифровке на ленте, децимет­ры — по количеству отверстий на мет­ровом интервале ленты и сантиметры оценивают на глаз.

Для повышения точности измере­ний и контроля длину линии измеряют дважды: либо одной лентой в прямом и обратном направлениях, либо двумя лентами в одном направлении, исполь­зуя при этом ленты: основную 20-мет- ровую и контрольную 24-метровую.

Ленты длиной 24 м разделены так­же на 20 равных интервалов, а каждый интервал на десять равных частей. Результаты измерений этой лентой на­до умножать на коэффициент 1,2.

Оценка точности результатов про­веденных измерений производится по относительной ошибке, которая опре­деляется как частное от деления абсо­лютной ошибки на среднюю длину измеренной линии.

Относительная ошибка для штри­ховых лент считается допустимой, если она не превышает для местности I категории (благоприятные условия, ровная местность, твердый грунт, асфальт и т. п.) 1/3000 длины линии;

для местности II категории (местность со средними условиями измерения (пересеченная местность с порослью, по жниве и т. п.) 1/2000 длины линии; для местности III категории (с небла­гоприятными условиями измерения (пахота, песок, снег и др.) 1/1000 длины линии.

В случае получения недопустимой относительной ошибки измерение дли­ны линии повторяют.

При допустимой относительной ошибке за окончательный результат измерения длины линии принимают среднее арифметическое значение из двух измерений.

Приведение к горизонту измерен­ных длин линий. Линии, измеренные на местности, обычно имеют наклон, соответствующий рельефу местности. На план наносят не сами измеренные длины линий, а их горизонтальные проекции, или так называемые гори­зонтальные проложения. Для этого в результаты измерений вводят поправ­ку за наклон линии к горизонту, вычи­тая ее из измеренной длины линии.

Пусть на местности измерена дли­на линии MN — D, наклоненная к го­ризонту под углом v (рис. 4 .3 ) , d — горизонтальное проложение измерен­ной линии D.

Из прямоугольного треугольника MNK

d = D cosv.Поправка за наклон линии

AD = D — d — D(l — cosv)или

AD — 2D sin 2 . (4.3)

Рис. 4.3. Приведение измеренных линий к горизонту

Рис. 4.4. Определение неприступного расстояния

Для вычисления поправок за наклон линий к горизонту по формуле (4.3) составлены таблицы.

При углах наклона менее 1,5° поправки за наклон малы и их не учи­тывают.

В случае, когда измеряемая линия на разных участках имеет раз­личные углы наклона, поправки вы­числяют для каждого участка отдель­но и для всей линии поправки за нак­лон суммируют.

Определение неприступных рас­стояний. В практике инженерно-гео­дезических работ, а также при произ­водстве обмеров памятников архитек­туры с помощью геодезических изме­рений не редки случаи, когда непосред­ственное измерение длины линии меж­ду точками А и Р (рис. 4.4) произ­вести невозможно. Тогда длину таких линий определяют как неприступные расстояния.

Для определения длины линии АР на местности разбивают треугольники АРС и А Р С {.

По форме эти треугольники дол­жны быть близки к равносторонним. Стороны АС-b и АС\-Ь\ треуголь­ников называют базисами.

Если измерить длину базисов b и Ь\ и углы р ,̂ рс и р'с в точках А, С и Сь то по теореме синусов из треугольников АРС и АРС\ получим

Таблица 4.1

ьСхематический

чертеж Вершины Углыsin Р

и sin (ы) углов

Длинысторон,

м

р(\) (5 1 °0 5 '0 0 ") (13) 19,317(23)0 ,77806(17)

15,03(11)

А( 2) 66 37 30 (7) 0 ,91793(18) 17,73(25)С( 3) 62 17 30(8)

180°00 '00"(14)0 ,88532(19) 17,10(26)

Р ( 4 ) (47 1830) (15) 18,313(24)0 ,73501(20)

13,46(12)

Л(5) 6 3 3 9 30 (9) 0 ,89617(21) 16,41(27)Ci(6) 69 02 00 (10)

180t0 0 ' 0 0 ' ( 16)0 ,93379(22)среднее

17,10(28)17,10(29)

дважды длину общей стороны АР-с\

sin р],

с ■ sin sin(P/l + Pc)

Вычисления по формулам (4.4) произ­водят на микрокалькуляторе, резуль­таты вычислений помещают в табл. 4.1

Разность между двумя получен­ными значениями АР не должна пре­вышать 1/1000 или 1/2000 ее длины, что регламентируется соответст­вующими инструкциями.

§4.2. ОПТИЧЕСКИЕ ДАЛЬНОМЕРЫ

Оптические дальномеры — это приборы или приспособления к теодо­литам, предназначенные для косвен­ного определения расстояний. В осно-

А

Рис. 4.5. Принцип определения расстояния оптическим дальномером

ву определения расстояния опти­ческими дальномерами положено оптико-механическое решение равно­бедренного вытянутого треугольника по углу Р и противолежащей ему стороне Ь, называемой базисной (рис. 4 .5).

Один из элементов треугольника измеряется, второй остается постоян­ным. Из равнобедренного треуголь­ника АВМ , имея в виду, что бис­сектриса MN перпендикулярна к сто­роне АВ, напишем

Оптические дальномеры подразде­ляют по виду измеряемого элемента треугольника, принципу работы, рас­положению базиса, конструкции и характеру получаемых конечных ре­зультатов.

Первые два признака являются определяющими и положены в основу классификации оптических дально­меров по типам. В зависимости от того, какой элемент треугольника измеряется, различают следующие ти­пы дальномеров: с постоянным углом, с постоянным базисом, с переменным углом и переменным базисом.

Наибольшее применение в практи­

Тиб лица 4.2

Типы дальномеров

ПараметрыД -2 ДН Р-5 ДН -8 д н -ю

Диапазон измерений, м 4 0 . . .4 0 0 2 0 . . .1 2 0 5 0 . . .7 0 0 2 0 . . .2 5 0Средняя квадратическая

ошибка измерений на 100 м, см 2 5 8 10

Диапазон работы для углов наклона, не более ± 2 0 ° ± 2 0 ° ± 3 0 ° ± 3 0 °

Длина рейки, м, не более 2 ,2 1,5 1 ,2 1,7

ке геодезических измерении находят первые два типа дальномеров, кото­рые изготовляют в виде портативных насадок на объектив зрительной трубы теодолита.

Существенное повышение измере­ний с помощью дальномеров способ­ствует широкому их применению в производстве инженерно-геодезиче- ских работ.

В табл. 4.2 приведены основные характеристики оптических дальноме­ров двойного изображения.

Нитяной оптический дальномер является наиболее простым и широко распространенным дальномером с постоянным углом. Постоянный угол образуется оптически с помощью штрихов на сетке нитей зрительной трубы, геодезического прибора. Роль базиса выполняет дальномерная рей­ка. Обычно для этого используется нивелирная 3-метровая рейка с санти­метровыми делениями. Чтобы уяснить принцип действия нитяного дальноме­

ра, рассмотрим ход лучей в зритель­ной трубе с внешней фокусировкой, как это показано на рис. 4.6. Пусть лучи, исходящие от дальномерных нитей сетки (рр и q q) , пройдут через точки гп\ и /П2 фокусирующей линзы и пересекутся в переднем фокусе объектива в точке F, образуя угол р, величина которого зависит от рас­стояния г между дальномерными штрихами сетки нитей и не зависит от удаления рейки до прибора. Верши­на угла находится на оптической оси объектива и совпадает.

Из рис. 4.6 следует, что опреде­ляемое расстояние

£> = £>,+/ + б. (4.6)Из подобия треугольников FPQ и Fpq найдем:

Di — lf/r.При неизменных значениях / и г отно­шение f / r = K — постоянная величина для данной зрительной трубы и назы­вается коэффициентом дальномера.

I РейкаОбъектив Окуляр

Рис. 4.6. Определение расстояния нитяным дальномером

Для удобства вычислений значение К делают равным 100.

Отрезок рейки PQ = l является дальномерным отсчетом по рейке. Поэтому формула (4.5) примет вид

D = Kn + C, (4.7)где С = (/ + б).

В зрительных трубах современных теодолитов с внутренней фокусиров­кой практически можно считать, что С = 0, и тогда формулу (4.7) для опре­деления расстояния нитяным дально­мером представляют так:

D = 100п, (4.8)где п — число сантиметровых деле­ний, отсчитанных по рейке.

Формула (4.6) была получена для частного случая, когда базис перпен­дикулярен к линии визирования зри­тельной трубы.

При измерениях на пересеченной местности с большими углами накло­на это условие будет нарушаться, что очевидно из рис. 4.7. При наклон­ном визирном луче измерения выпол­няют практически по вертикально стоящей дальномерной рейке. Отсчет делений при этом будет отличаться от отсчета п' по рейке, установлен­ной перпендикулярно к визирному лучу зрительной трубы на величину

n' = rtcos V. (4.9)

С учетом (4.9) формула (4.7) примет вид

D = K/icosv + С. (4.10)

Рис. 4.7. Определение горизонтальных проло- жений по вертикальной рейке

Горизонтальное проложение d линии D получают

d = Dcosv = Kncos2v + Ccosv. (4.11) Вследствие малости второго слагае­мого по сравнению с первым в уравне­нии (4 .11), его можно представить в видеd = Кп — (/Cnsin2v) = D — Z)sin2v, (4.12) где D — длина наклонной линии, изме­ренная нитяным дальномером. Вели­чина

Z)sin2v = (6D) представляет поправку к измеренной длине линии D. Например, при v = 3 и D = 1 0 0 м поправка 8£) = — 0,27 м.

Большим недостатком нитяного дальномера является сравнительно низкая точность измерения порядка 1/300 вследствие нестабильности зна­чения величины f / r и большой погреш­ности за толщину сетки нитей при отсчете по рейке.

Для уточнения коэффициента К и постоянной С перед началом работ производят полевое определение. С этой целью с помощью дальномера определяют длину нескольких отрез­ков, измеренных лентой.Оптические дальномеры двойного изображения

Отличительной особенностью этих дальномеров является построение оптической системой двух изображе­ний наблюдаемой рейки. Оба изобра­жения, смещенные одно относительно другого, видны в поле зрения трубы.

Они помещаются перед объективом зрительной трубы геодезического при­бора и, как правило, являются опти­ческими насадками, работающими совместно со зрительной трубой при­бора.

В дальномерах двойного изобра­жения устранен ряд недостатков ни­тяного дальномера, приводящих к по­нижению его точности: исключена из отсчетного устройства сетка нитей, устранена погрешность за изменение фокусировки зрительной трубы и др.

Если нитяные дальномеры явля­ются дальномерами с постоянным углом, то дальномеры двойного изоб­ражения могут быть как с постоянным

дальномером:а — с клиновым компенсатором; б — с линзовым

углом Д-2, Д Н Р -5 ДН-10, так и с постоянным базисом ДН-10.

К дальномерам с постоянным углом относятся дальномерная на­садка на трубу теодолита Д Н Р-5 и дальномер Д-2.

Д в а изображения рейки у таких дальномеров создаются призмами с малыми преломляющими углами, на­зываемыми оптическими клиньями или длиннофокусными линзами.

Если перед объективом зрительной трубы 1 (рис. 4.8, а) поместить два оптических клина 2 и 3, то световой луч под воздействием клина 2 откло­нится к основанию клина и точка О переместится в положение 0\, а под воздействием клина 3 точка О смес­тится в положение Ог- По величине смещения изображения одной и той же точки (на дальномерной рейке отрезок O 1O2 равен I) можно определить значение определяемого расстояния, так как параллактический угол постоянен и его делают равным 34,38', как и в нитяном дальномере.

Формула для определения рас­стояния оптическими дальномерами двойного изображения с постоянным углом имеет тот же вид, что и для измерения нитяным дальномером:

D = K h + C .

Коэффициент К делают равным 100, п — число сантиметровых делений по дальномерной рейке. Методика опре­деления коэффициента К приводится в специальной литературе.

В дальномерах с постоянным ба­зисом для измерения параллакти­ческого угла используют линзовый компенсатор, который состоит из двух длиннофокусных линз: положитель­ной и отрицательной, разрезанных по диаметру на две полулинзы. Эти полулинзы в сочетании попарно поло­жительной с отрицательной закреп­лены в одной оправе так, что каждая пара образует комбинированную лин­зу, которая имеет приспособление для смещений одной относительно другой вдоль разреза. Если перед объективом зрительной трубы теодолита 1 по­местить две пары таких комбиниро­ванных линз 2 с одинаковым фокус­ным расстоянием так, что одна может смещаться относительной другой, то при совпадении оптических осей объектива и линз луч не будет откло­няться и пройдет через О (рис. 4.8, б ) . При смещении одной из линз луч отклонится на угол р и изображение точки О сместится в точку Оь

Смещение линз, а значит, и па­раллактический угол р, соответст­вующий этому смещению, можно изме­рить в линейной мере с помощью спе­циальной шкалы, которая скреплена с измерительным компенсатором и на­ходится в поле зрения микроскопа.

Для повышения точности совмеще­ния изображений в зрительную трубу помещают разделительное устройство: бипризму, устанавливаемую вместо сетки нитей, и щелевидную диафраг­му, навинченную на окуляр.

Перевод угла р, измеренного в ли­нейной мере (в делениях шкалы на­садки), в угловую меру, например в секунды, осуществляют путем умно­жения полученного по шкале отсчета на цену его деления у,.

Из рис. 4.9 видно, что определяе­мое расстояние равно:

D = D \ + Ci -f~ С2, где Ci и с2 — величины постоянные

§ 4.3. Понятие о радиофизических дальномерах 43

Рис. 4.9. Определение расстояния дальномером двойного изображения с постояннымбазисом

для данного прибора и рейки (штан­ги). Сумму С1 + С2 обозначим через С.

Расстояние D\ определяют по фор­муле (4 .5) . Таким образом, расстояние D, измеренное дальномером с постоян­ным базисом, определяют по формуле

£> = tf/P + C. (4.13)Коэффициенты дальномера — К

перед началом измерений определяют на компараторе.

В расстояния D, получаемые с помощью дальномеров двойного изоб­ражения, вводят поправку за наклон измеряемой линии.

§4.3. ПОНЯТИЕ О РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ДАЛЬНОМЕРАХ

Принцип определения расстояния радиофизическими дальномерами сос­тоит в измерении времени прохожде­ния электромагнитных колебаний между конечными пунктами изме­ряемого расстояния.

Время распространения электро­магнитных колебаний (волн) может быть измерено как непосредственно импульсным способом, так и косвенно­фазовым способом, когда в точке

установки дальномера измеряют раз­ность фаз посланного и возвращенно­го потоков электромагнитных коле­баний. Последний способ используется во всех точных и средних радиофизи­ческих дальномерах. В зависимости от вида используемых электромагнит­ных волн радиофизические дальноме­ры разделяются на светодальномеры и радиодальномеры.

Принцип действия фазового свето- дальномера. При измерении длины линии D между точками М и N (рис. 4.10, а) дальномер устанавли­вают в точке М, а отражатель — в точке N. Электромагнитные колеба­ния, измеряемые дальномером, пройдя расстояние D и отразившись в точке N, возвращаются в точку М и поступают в приемное устройство. При этом определяют число длины волн — К электромагнитных колебаний, укла­дывающихся в расстоянии 2D (рис.4.10, а ) .

Значение X получают по скорости распространения электромагнитных колебаний в атмосфере — у и частоте колебаний f по формуле

k — v/f . (4.14)

а)ш ш

------------------------------------------------- - fШ 0

М \ N

«___________ о-------------------,

, А<Р2 т— —Рис. 4.10. Принципиальная схема измерения расстояний светодальномером (а ); фазовый

способ с амплитудной модуляцией (б)

Очевидно, что X и / должны быть высокостабильными в процессе изме­рений.

Непосредственное измерение раз­ности фаз на частотах светового излучения технически невозможно из-за неустойчивости фазового поля вследствие малой длины световой волны видимого спектра (0,40... . ..0,76 мкм). Поэтому для измерения расстояний используется модулиро­ванный световой поток. На рис. 4.10, б условно изображен поток несущих электромагнитных колебаний, модули­рованный по амплитуде, с частотой / и длиной волны X = v/ f . Частота мо­дуляции светового потока в светодаль- номерах преимущественно обычно сос­тавляет 1 5 Х Ю 6 Гц* или ЗОХ-Ю6 Гц, поэтому длина волны модулированных колебаний составляет от 10 до 20 м.

По подобранной длине волны мо­дулированного светового потока и измеренному числу N целых уложений волны и ее части расстояние вычис­ляют по формуле

D = N^-+ 1/2ДА,,ДЛ, = а,(ф2 — <pi),

* Время полного колебания называется периодом Т. Величину, обратную периоду ( = 1 / Т , называют частотой. Единица частоты герц (Г ц ): Г ц = 1 /с; Г ц = 1 0 ~ 3 кГц, или 10~6 мГц.

где ф1 — начальная фаза посланного потока; фг — фаза принятого потока.

Обозначим непосредственно изме­ренную разность фаз (фазовый угол) переданного и принятого потоков электромагнитных колебаний через Дф и, выразив ее в радианной мере, имеем

D = NX/ 2 + Х/2-Ац>. (4.15)Формула является основной при

измерении расстояний фазовым спо­собом.

Практически дальномерами изме­ряют угол Дф и частоту колебаний /, по которой находят X по формуле (4.14). Значение v принимают равной по скорости распространения электро­магнитных колебаний в вакууме (с = 299 792 + 0,5 км/с) с учетом метеорологических данных, зафикси­рованных в процессе измерения рас­стояния. Таким образом, непосредст­венно по измеренному значению Дф и f мы получаем только дробную часть

волны п- Дф, а целое число длин волн N пока неизвестно и подлежит опреде­лению. На практике применяют два способа определения числа N.

Первый из них основан на плавном изменении частоты модуляции света, который позволяет отметить по макси­муму или минимуму света количество уложений целого числа волн в исполь­зуемом интервале частот. Второй спо­соб — на использовании нескольких строго фиксированных частот модуля­ции. Соответственно существуют даль­номеры с плавным изменением частоты модуляции и с фиксированными час­тотами.

Принцип определения расстояний предопределил комплектность радио­физических дальномеров (см. рис.4.10, а) .

1. Источником питания энергией служат аккумуляторы преимуществен­но 12 В.

2. В качестве излучателя энергии используют диоды типа GaAs, а в радиодальномерах — параболические антенны.

3. Модулятор — жидкостная ячей­

ка Керра, основанная на двойном лучепреломлении с электрооптическим эффектом.

4. Фотоумножитель образует уве­личенный в миллионы раз фотопоток, поступающий в измерительное устрой­ство дальномера.

5. Измерительное устройство — электрические приборы, обеспечи­вающие определение числа N первым либо вторым способом (разрешение многозначности измерения расстоя­ний).

6. Объектив как передаю щее устройство, в котором модулирован­ный пучок лучей преобразуется в па­раллельный и направляется на отра­жатель.

7. Отражатель — направляет па­раллельный пучок лучей обратно в приемник.

К некоторым недостаткам с точки зрения использования светодальноме- ров следует отнести громоздкость обо­рудования. Для работы с приборами требуются специалисты высокой ква­лификации.

Кроме того, вследствие модуляции световых колебаний теряется яркость света и в дневное время дальность действия светодальномеров снижается по крайней мере в два — три раза по сравнению с работой ночью.

При выполнении геодезических ра­бот в строительстве широко приме­няются топографические светодально- меры массового применения с даль­ностью действия до 2...3 км. Средне­квадратическая погрешность измере­ния расстояний ими составляет 1... ...2 см.

ГЛАВА 5УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ

§5.1. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СХЕМАИЗМЕРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ УГЛОВ. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ТЕОДОЛИТА

Измерить горизонтальный угол — значит измерить ортогональную проек­цию пространственного угла местности на горизонтальную плоскость.

угла

Схема измерения горизонтального угла заключается в следующем.

Пусть на местности имеется три точки А, В и С (рис. 5.1), расположен­ные на разных высотах. Проведем через точку А — вершину измеряемого угла, отвесную линию A Z и перпен­дикулярно к ней построим горизон­тальную плоскость Р. Через направле­ния АВ и ЛС на местности построим вертикальные плоскости V\ и V2 , про­ходящие через отвесную линию AZ. Такие плоскости в геодезии назы­вают коллимационными. Спроекти­руем стороны А В и А С на горизон­тальную плоскость Р, на которой их проекции образуют угол 0. Угол 0 как ортогональная проекция прост­ранственного угла В А С на горизон­тальную плоскость Р является го р и ­зонтальным углом.

Если в вершине А измеряемого угла В А С поместить центр круга с делениями и установить его горизон­тально по уровню, т. е. параллельно плоскости Р, тогда проекции сторон

А В и А С пересекут плоскость круга соответственно по делениям ri\ и «2, поэтому

П2 — « 1 = 0 . (5.1)Из рис. 5.1 видно, что в любой точ­

ке отвесной линии A Z можно пост­роить горизонтальный угол, соответст­вующий пространственному углу мест­ности. Таким образом, для измерения горизонтального угла необходимо на некоторой высоте в вершине угла установить круг угломерного прибора по уровню и снять отсчеты с круга по направлениям линий визирования. Разность отсчетов, снятых по кругу, даст значение искомого угла.

Вертикальным углом, или углом наклона, называется угол, составлен­ный линией визирования и ее проек­цией на горизонтальную плоскость. Углы наклона вверх от горизонта считаются положительными, а вниз от него — отрицательными.

Углы наклона измеряют теми же угломерными приборами; в геодезии их называют теодолитами, но в этом случае с помощью вертикального кру­га, жестко скрепленного с осью вра­щения зрительной трубы теодолита и вращающегося вместе с ней в колли­мационной плоскости.

Углы наклона на рис. 5.1 по нап­равлениям сторон А С и А В соответ­ственно обозначены vi и V2.

Принципиальная схема устройства теодолита. Исходя из основного пред­назначения угломерного прибора для измерения горизонтальных углов и углов наклона, определяют и прин­ципиальную схему устройства теодо­лита. Основные узлы и части теодо­лита (рис. 5.2) следующие:

Подставка 2 с подъемными винта­ми 1 служит основанием теодолита и предназначена для приведения вер­тикальной оси вращения 11 теодолита в отвесное положение. Горизонталь­ный круг 3 с делениями градусной или градовой градуировки, называе­мый лимбом,— используется для изме­рения горизонтальных углов. Алида­да 4 — устройство, которое фиксирует положение подвижной визирной кол-

Рис. 5.2. Принципиальная схема устройства теодолита

лимационной плоскости трубы на горизонтальном круге и позволяет производить отсчеты по лимбу с вы­сокой точностью. Алидада имеет са­мостоятельную ось вращения 10.

Уровень 9 при алидаде горизон­тального круга с помощью подъемных винтов 1 позволяет устанавливать вертикальную ось теодолита в отвес­ное положение (а плоскость лимба — в горизонтальное положение).

Вертикальный круг 7, наглухо скрепленный с горизонтальной осью вращения зрительной трубы, и алида­да 6 с уровнем при ней предназначены для измерения вертикальных углов.

Зрительная труба 8 предназнача­ется для визирования на удаленные предметы и измерения расстояний по нитяному дальномеру или оптическими дальномерными насадками. В комп­лект теодолита входят штатив, отвес и буссоль.

Теодолит крепится к головке шта­тива с помощью станового винта. Вра­щающиеся части теодолита (оси) закрепляются зажимными винтами, для плавного наведения необходимых его частей служат микрометренные (наводящие) винты.

Для измерения горизонтального угла закрепляют ось лимба теодолита и вращением алидады, в колонках которой укреплена зрительная труба,

последовательно слева направо на­водят трубу на фиксированные точки местности сторон угла и производят отсчеты по лимбу с помощью алидады горизонтального круга. Разность сня­тых отсчетов дает значение измерен­ного угла.

Рассмотрим устройство основных частей теодолита, которые являются также основными частями и дру­гих геодезических приборов.

Зрительная труба предназначена для визирования на удаленные пред­меты. Современные теодолиты и ниве­лиры снабжены зрительными трубами с внутренней фокусировкой, называе­мые астрономическими. Они позво­ляют получать обратные, мнимые изображения предмета. В некоторых типах технических теодолитов, напри­мер 2Т30П, изображение прямое. Такие трубы называют земными.

Зрительная труба (рис. 5.3, а) представляет собой сложную оптиче­скую систему, заключенную в метал­лический корпус. Она состоит из оку­ляра 5, телеобъектива 1, который об­разует двух- либо трехлинзовый объектив с фокусирующей двояко­вогнутой линзой 2, перемещаемой внутри трубы кремальерой 3. В фо­кальной плоскости окулярной части

зрительной трубы, где получают дей­ствительное изображение предмета, помещают диафрагму со стеклянной пластинкой 4, на которой нарезана сетка нитей (рис. 5.3, в).

На рис. 5.3, б приведена схема построения изображения предмета в астрономической зрительной трубе. Наблюдаемый предмет А В всегда рас­полагается далеко за фокусным рас­стоянием объектива, поэтому первое его изображение В 2А 2 будет действи­тельным, обратным и уменьшенным. В этом случае с помощью телеобъектива передний фокус окуляра практически совмещается с задним фокусом объек­тива.

С помощью окуляра, который выполняет роль лупы, получают мни­мое и увеличенное изображение.

Фокусирование зрительной трубы на предмет осуществляется посредст­вом перемещения фокусирующей лин­зы 2 с помощью кремальеры 3. Вра­щением диоптрийного кольца окуляр 5 устанавливают в зависимости от зрения на четкое изображение сетки нитей, помещенной в фокальной плос­кости трубы. В зрительных трубах геодезических приборов различают ви­зирную, оптическую и геометрические оси.

Рис. 5.3. Зрительная труба с внутренней фокусировкойа — устрой ство ; б — ход лучей 8 труб е; в — се тк а нитей

Визирной осью трубы называется прямая, соединяющая оптический центр объектива с центром сетки ни­тей. Процесс наведения зрительной трубы на точку наблюдения называют визированием. В момент совмещения перекрестия сетки нитей с какой-либо точкой визирная ось трубы проходит через эту точку, а вертикальная плоскость, проходящая через визир­ную ось, называется коллимационной плоскостью зрительной трубы.

Оптической осью трубы называется прямая, соединяющая оптические центры объектива и окуляра. Световой луч, совпадающий с оптической осью, проходит через систему линз не пре­ломляясь.

Геометрической осью трубы назы­вается прямая, проходящая через центры поперечных сечений объектив­ного колена трубы. Технической ха­рактеристикой зрительной трубы яв­ляются ее оптические показатели: увеличение, поле зрения, яркость изоб­ражения и др.

Трубы технических теодолитов обычно имеют увеличение 20...25х и поле зрения 1,5...2°. Указанные пара­метры зрительных труб взаимозави­симы: чем больше увеличение трубы, тем меньше ее поле зрения.

Уровни служат для приведения частей или осей геодезических прибо­

ров в горизонтальное или отвесное положение.

Действие уровня основано на свой­стве пузырька воздуха, заключенного в одном сосуде с жидкостью, занимать наивысшее положение под действием силы тяжести Земли. В зависимости от формы ампулы различают два ос­новных вида уровней: круглые и ци­линдрические.

К руглый уровень (рис. 5.4) пред­ставляет собой запаянную стеклянную ампулу. Она наполнена серным эфи­ром или спиртом так, что в ней оста­ется небольшой пузырек. Верхняя часть ампулы имеет форму шарового сегмента. На нее наносят несколько концентрических окружностей, рас­стояние между которыми обычно равно 2 мм. Центр 0 этих окружнос­тей обозначает нуль-пункт уровня. Осью уровня является радиус сферы, проходящий через нуль-пункт. Ось занимает отвесное положение, когда пузырек уровня располагается кон- центрично с окружностями.

Круглые уровни менее точные по сравнению с цилиндрическими и ис­пользуются для предварительной уста­новки приборов в горизонтальное по­ложение.

Цилиндрический уровень состоит из трубчатой ампулы рис. 5.5, а, з а ­полненной нагретым до + 6 0 °С сер­ным эфиром или спиртом.

Внутренняя поверхность ампулы в продольном разрезе образует дугу окружности большого радиуса (от 3,5 до 200 м) в зависимости от точности уровня. Точка в средней части поверх­ности ампулы называется нуль-пунк­том.

Для определения положения пу­зырька уровня на наружной поверх­ности ампулы наносят равномерную шкалу, как правило, с промежутками в 2 мм. Касательная к дуге продоль­ного сечения внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте называется осью цилиндрического уровня. Когда пузырек уровня находится в нуль- пункте, ось его занимает горизонталь­ное положение, а перпендикуляр к оси

Рис. 5.5. Цилиндрический уровень:а — у стр о й ств о у р о в н я; б — ц ен а д ел ен и я уровн я

в нуль-пункте располагается по отвес­ной линии.

Центральный угол т (рис. 5.5, б), соответствующий дуге в одно деление ампулы, называется ценой деления уровня. Чем больше радиус дуги ампу­лы, тем меньше угол и тем чувстви­тельнее уровень. В технических теодо­литах цена деления уровней колеб­лется в пределах от 35 до 55" на2 мм шкалы.

к 5.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТЕОДОЛИТЫ И ИХ УСТРОЙСТВО

Современные теодолиты являются универсальными геодезическими при­борами. Помимо измерения горизон­тальных и вертикальных углов, они позволяют определять расстояния на местности, измерять магнитные ази­муты направлений и производить тех­ническое нивелирование (теодолиты с уровнями при трубе) на строитель­стве.

В настоящее время нашей промыш­ленностью изготовляется большое ко­личество типов оптических теодолитов, различающихся главным образом точ­ностью измерения горизонтальных углов, назначением и характером вы­даваемой информации, т. е. устрой­ством для снятия отсчетов по кругам.

Согласно ГОСТ 10529-79 теодо­литы различают по точности, которая характеризуется средней квадратиче­ской погрешностью измерения угла

одним приемом в лабораторных усло­виях от 0,5 до 30".

В зависимости от точности измере­ния углов теодолиты подразделяются на высокоточные (прецезионные), точ­ные и технические. Характеристика точных и технических теодолитов, ко­торые имеют основное применение в строительно-монтажном производстве и в инженерной геодезии, приведена в табл. 5.1.

Тиблица 5.1

Марки

Х арактеристикаТ5 2T5K T 15K 2T 30

Точность измерения горизонтального угла одним прие­мом, с

Увеличение зритель­ной трубы, крат

Диаметр горизонталь­ного круга, мм

Цена наименьшего деления лимба

5

27

95

1°

5

2 7 ,5

95

1°

15

25

76

1°

30

20

72

1“

В последние годы выпускают тео­долиты с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристи­ками, например теодолиты 2Т15К и 2Т30 (здесь буква К обозначает, что теодолит снабжен компенсатором, за ­меняющим уровень при алидаде вер­тикального круга, а цифра 2 перед обозначением типа теодолита указы­вает на его вторую модель).

С середины 70-х годов сняты с производства теодолиты с металли­ческими лим бам и , вм есто которы х с т а ­ли изготовлять оптические теодолиты, т. е. теодолиты со стеклянными кру­гами. Такое усовершенствование поз­волило внести принципиальные изме­нения в устройства отсчетных приспо­соблений. В качестве отсчетных при­способлений в оптических теодолитах технического назначения используют­ся штриховые и шкаловые микроско­пы, в высокоточных и точных теодо­литах — микроскопы-микрометры и оптические микрометры. Оптические микрометры позволяю т снимать отсчеты по лимбу до десятых долей секунды.

Рассмотрим устройство техниче­ского теодолита типа 2Т30.

Теодолит 2Т30 (рис. 5.6, а) имеет подставку (трегер) 2, жестко скреп­ленную с основанием 1, которое слу­жит одновременно дном футляра, предназначенного для хранения и транспортировки прибора. В основа­нии 1 имеется отверстие с резьбой для крепления теодолита на головке шта­тива с помощью станового винта.

В основании подставки закреплены три подъемных винта 17 для приведе­

ния в отвесное положение вертикаль­ной оси теодолита. Внутри подставки имеется бакса, в которой помещается ось вращения прибора. Она имеет повторительную конструкцию, т. е. состоит из оси лимба и независимой оси алидады горизонтального круга. Оси — полые, что позволяет центри­ровать теодолит над точкой местности с помощью зрительной трубы, уста­навливаемой окуляром в зенит.

Для удобства наблюдений при центрировании теодолита над точкой с помощью зрительной трубы и наблю­дения объектов, расположенных под углом 45° к горизонту, используют окулярные насадки, надеваемые на окуляры зрительной трубы 12 и отсчет- ного микроскопа 4.

Зрительная труба 8 жестко скреп­лена с горизонтальной осью вращения, закрепленной в колонках 6. На зри­тельной трубе установлен оптический визир 9, с помощью которого осущест­вляют грубое наведение зрительной трубы на предмет. Фокусирование тру­бы на отчетливое изображение пред­мета осуществляется кремальерой 11. Ее наведение в вертикальной плоскос­ти производят наводящим винтом 13 при закрепленном положении винта

Рис. 5.6. Теодолит 2Т30:2 устр о й ство ; б — отсчеты по ш кал о во м у

м икроскопу

10 (закрепительный винт трубы). Точ­ное наведение зрительной трубы в го­ризонтальной плоскости производят наводящим винтом 15 при закреплен­ной алидаде. Для наведения трубы вместе с закрепленным лимбом и али­дадой служит наводящий винт 16 и закрепительный винт 3, расположен­ный на подставке теодолита.

Рядом с окуляром зрительной тру­бы 12 находится окуляр 4 отсчетного микроскопа. Его остановка по глазу достигается вращением диоптрийного кольца до появления четкого изоб­ражения шкал. Поворотом и накло­ном зеркала 5 добиваются оптималь­ного освещения поля зрения в микро­скопе.

В поле зрения микроскопа одно­временно передается изображение штрихов* и оцифровка градусов как горизонтального, так и вертикального кругов (рис. 5.6, б ) . Отсчет по кругам производят по соответствующим шка­лам микроскопа. В верхней части поля зрения отсчетного микроскопа, обо­значенной буквой В, видны штрихи и подписи делений вертикального кру­га; в нижней части, обозначенной буквой Г,— штрихи и подписи деле­ний лимба горизонтального круга. Круги разбиты и оцифрованы через один градус. Цена наименьшего де­ления шкалы соответствует 5'. Отсчет производят по шкалам с округлением до 0,1 деления на глаз (до 0 ,5 '). Индексом начала отсчета служит 0 шкалы.

Ш кала для вертикального круга имеет два ряда цифр. По нижнему ряду цифр со знаком минус берут от­счеты в том случае, когда в пределах шкалы располагаются штрихи лимба с тем же знаком, и показания (отсчет) записывают также со знаком —.

На рис. 5.6, б показание горизон-

* В более ранних образцах ТЗО на кругах нанесены деления через 10' и подписаны по возрастанию слева направо, оценку долей наи­меньшего деления лимба производят по от- счетному штриху микроскопа на глаз с точно­стью 0,1 деления, т. е. до 1 .

Рис. 5.7. Ориентир-буссоль теодолита 2Т30

тального круга равно 117°07,5' вер­тикального — минус 6°27/.

На кожухе крышки вертикального круга имеется посадочный паз 7, в ко­тором устанавливается ориентир-бус­соль с помощью кронштейна и закреп­ляется винтом 1 (рис. 5.7). В метал­лическом корпусе 2 нанесены два диаметрально противоположных ин­декса 4 и помещена магнитная стрелка 5, северный конец которой окрашен в синий цвет. Стрелка бус­соли постоянно находится в закреп­ленном положении, и только перед ра­ботой ее освобождают винтом 7. Установку стрелки удобнее наблюдать в зеркале 3.

Теодолит типа 2Т30 при необходи­мости может быть использован в ка­честве технического нивелира. Ци­линдрический уровень на зрительной трубе в этом случае служит для уста­новки визирной оси трубы в горизон­тальное положение.

Теодолит Т15К (рис. 5.8) относит­ся к разряду технических теодолитов с более точной шкалой отсчетного

Рис. 5.8. Техничес­кий теодолит Т15К

микроскопа, позволяющей произво­дить отсчеты по обоим кругам теодо­лита с точностью порядка 0,2'.

Если в теодолитах типа ТЗО на­чальные нулевые штрихи алидады вер­тикального круга устанавливают в го­ризонтальное положение с помощью уровня, располагающегося на кожухе алидады горизонтального круга, то в теодолите Т15К эту роль выполняет оптический компенсатор. Индекс ком­пенсатора автоматически занимает горизонтальное положение, и при измерении вертикальных углов отсче­ты по соответствующим шкалам дают сразу величину угла наклона без до­полнительных вычислений.

Д ля упрощения вычислений вер­тикальных углов лимб вертикального круга оцифрован по секторам от ± 0 до + 7 5 . Величина наименьшего де­ления лимбов 1°. Градусные деления подписаны по ходу часовой стрелки. Для отсчитывания по кругам имеются шкалы, разделенные на 60 делений. Ш кала для вертикального круга имеет два ряда цифр десятков минут, оцифрованных положительными и отрицательными их значениями, как и для теодолитов типа 2Т30П.

Другие конструктивные особеннос­ти по сравнению с теодолитами 2Т30 мало в чем меняют принципиальную схему построения оптического теодо­лита, но делают его более удобным в работе и повышают точность угловых измерений. Эти особенности состоят в следующем.

Закрепительные винты зрительной трубы и алидады горизонтального круга заменены курковыми заж и­мами. Теодолит оснащен более удоб­ным оптическим отвесом. Оптические визиры расположены по обе стороны зрительной трубы.

§5.3. ПОВЕРКИ ТЕОДОЛИТА 2T30

Поверки позволяют своевременно выявить и устранить неисправности теодолита и тем самым привести в соответствие геометрические условия, заложенные в основу его конструкции.

Поэтому перед началом полевых работ знакомятся с прилагаемым к прибору паспортом, в котором дана его харак­теристика, проводят общий осмотр и выполняют необходимые поверки тео­долита. Внешним осмотром проверяют также его устойчивость на штативе, плавность хода подъемных и наводя­щих винтов, работу закрепительных винтов. Убеждаются в отсутствии ме­ханических повреждений, влияющих на эксплуатационные свойства.

Поверки позволяют удостоверить­ся в правильном взаимном положении осей теодолита. К таким осям отно­сятся (рис. 5.9, a): I— I — ось ци­линдрического уровня алидады гори­зонтального круга; II—II — верти­кальная ось вращения теодолита; III—III — горизонтальная ось враще­ния зрительной трубы; IV—IV — ви­зирная ось зрительной трубы.

Выполнение поверок проводят в такой последовательности.

1. Ось I— I цилиндрического уров­ня алидады горизонтального круга должна быть перпендикулярна верти­кальной оси II— II вращения теодо­лита (рис. 5.9, б ) . Теодолит устанавли­вают на штативе, проверяют устой­чивость штатива и подставки. Убе­дившись в их устойчивости, алидаду горизонтального круга ставят так, что­бы ось I— I уровня располагалась параллельно направлению любых двух подъемных винтов подставки и, вра­щая их в разных направлениях, при­водят пузырек уровня в нуль-пункт. Поворачивают алидаду на 90° и третьим подъемным винтом снова устанавливают пузырек уровня в нуль- пункте. Затем ось I—I уровня возвра­щают в первоначальное положение и, если необходимо, подправляют уро­вень подъемными винтами. Поворачи­вают алидаду на 180 и оценивают смещение пузырька уровня от среднего положения. При смещениях пузырька больше одного деления выполняют юстировку уровня, т. е. устраняют неисправность. Для этого пузырек перемещают исправительными вин­тами уровня к нуль-пункту на поло­

вину величины смещения, а вторую половину исправляют подъемными винтами. После этого возвращают ось I—I уровня в первоначальное по­ложение и убеждаются в устойчи­вости уровня.

Практически эту поверку^ прихо­дится выполнять в указанной после­довательности 2—3 раза, пока при по­вороте алидады на 180 пузырек уровня не будет смещаться больше чем на одно деление. В случае невы­полнения условия уровень нуждается в замене. Особенно тщательное соб­людение этого условия необходимо для теодолитов типа Т30, которые не имеют уровня при алидаде вертикаль­ного круга, а его назначение выпол­

няет уровень при алидаде горизон­тального круга.

2. Визирная ось IV— IV трубы должна быть перпендикулярна гори­зонтальной оси III— III вращения тру­бы (рис. 5.9, г ) . После выполнения первой поверки, когда ось вращения XI__Ц приведена в отвесное поло­жение, наводят зрительную трубу при положении теодолита «круг слева» на визирную цель, удаленную не менее чем на 50 м и расположенную пример­но на высоте прибора (наклон визир­ной оси теодолита не должен быть более 2 ), и снимают отсчет по гори­зонтальному кругу а,л при закреплен­ном положении алидады и лимба. З а ­тем, освободив алидаду, повторяют

наведение при положении теодолита «круг справа» и снимают отсчет а„. Те же действия выполняют при другой ориентировке лимба, отличающейся от первой на ± 9 0 , и снимают отсчеты Ьл и bп соответственно.

Значение коллимационной погреш­ности получают по формуле

С= 1 / 4 [ ( а л - а „ ± 1 8 0 “) + ( 6 л- & п ± 1 8 0 ° ) ] .

Если значение погрешности превы­шает ± 1 ', то исправляют. Для этого снимают с окулярного колена кол­пачок, закрывающий доступ к коти­ровочным винтам сетки нитей, наводят зрительную трубу при любой ориен­тировке лимба на ту же визирную цель и снимают показания d„ либо d„ по горизонтальному кругу. Вычисляют исправленные показания для горизон­тального круга по формулеd*cnv = dn — c или d l Qaf = d„-\-c

и устанавливают один из вычислен­ных отсчетов на круге (изображение цели при этом сместится от вертикаль­ной нити сетки). Ослабив вертикально расположенные юстировочные винты сетки нитей, вращением боковых к о ­тировочных винтов смещают сетку до совпадения вертикальной нити сетки с визирной целью. По завершении по­верки закрепляют все юстировочные винты и одевают колпачок на окуляр­ном колене.

3. Горизонтальная ось III—III вра­щения трубы должна быть перпенди­кулярна вертикальной оси II—II вра­щения прибора (рис. 5.9, в) . Поверку выполняют в такой последователь­ности. Устанавливают теодолит на штативе в 5... 7 м от стены здания, и тщательно нивелируют. Зрительную трубу наводят на отчетливо видимую точку, располагающуюся под углом не менее 30° над плоскостью горизонта инструмента. Закрепляют лимб и алидаду горизонтального круга. Трубу плавно опускают примерно до гори­зонтального положения. На стене зда­ния отмечают проекцию точки т\. Тру­бу переводят через зенит, отпускают закрепительный винт алидады и снова

наводят трубу на верхнюю точку. Проектируют точку на тот же уровень и отмечают ее проекцию тг . Если отрезок mi m2 окажется больше поло­вины видимой ширины биссектора сет­ки нитей, то условие не выполнено. Поверку следует повторить и опреде­лить среднее арифметическое значе­ние смещения нижних точек из двух определений.

Завод-изготовитель гарантирует соблюдение рассматриваемого усло­вия. Если же при проверке обнару­жится его нарушение, то инструмент исправляют в оптико-механической мастерской.

При работе с нарушенным соотно­шением осей измерения выполняют только при двух положениях круга и за окончательный результат принима­ют среднее из двух измерений.

4. Вертикальная нить V—V сетки зрительной трубы должна быть пер­пендикулярна горизонтальной оси III— III вращения трубы (рис. 5.9, д). Поверку выполняют в такой последо­вательности. Вертикальную ось вра­щения теодолита приводят в отвесное положение. На расстоянии 5...7 м от теодолита закрепляют отвес (обычно его подвешивают на другом штативе). Вертикальную нить сетки зрительной трубы наводят на отвес. Если она сов­падает с нитью отвеса, то условие выполнено, в противном случае необ­ходимо исправить положение сетки ни­тей.

Для этого снимают с окулярного колена колпачок, ослабляют четыре крепежных винта окуляра и повора­чивают сетку нитей так, чтобы вер­тикальная нить сетки совместилась с нитью отвеса. Поверку следует пов­торить. После исправления сетки зак­репляют окуляр и навинчивают кол­пачок.

Для теодолитов с уровнями при трубе выполняют дополнительную по­верку (см. § 6.1.).

5. Визирная ось оптического визира должна быть^ параллельна визирной оси зрительной трубы (теодолиты 2Т30 снабжены оптическим визиром). Для

выполнения этой поверки поступают так. Наводят зрительную трубу с по­мощью визира на вертикально уста­новленную веху на расстоянии 50 м от теодолита, и оценивают смещение изо­бражения вехи относительно верти­кальной нити сетки нитей. Если изоб­ражении вехи смещено более чем ' / 4 поля зрения, то положение визира ис­правляют. Для этого освобождают слегка четыре винта, скрепляющие ви­зир с горизонтальной осью, и повора­чивают визир до совмещения его вер­тикали с изображением точки. При закреплении визира следят за тем, что­бы горизонталь визира также совпа­дала с выбранной на вехе точкой.

Подготовка теодолита для измере­ния углов. Подготовка теодолита сос­тоит из следующих трех действий: 1) центрирования; 2) приведения вер­тикальной оси в отвесное положение и 3) установки зрительной трубы для наблюдений.

Центрирование теодолита над фик­сированной точкой земной поверхнос­ти (в вершине измеряемого угла) про­изводят с помощью нитяного отвеса либо оптического центрира. С помо­щью нитяного отвеса центрирование производят в следующем порядке. Сначала производят предварительное центрирование при помощи ножек штатива, перемещая их так, чтобы го­ловка штатива была примерно гори­зонтальна, а острие отвеса располага­лось в 2...3 см от заданной точки. З а ­тем утапливают ножки штатива в зем­лю и при этом следят, чтобы не нару­шалась горизонтальность головки штатива и отвес сохранял бы пер­воначальное положение. Теодолит устанавливают на штативе и, слегка открепив становой винт, уточняют центрирование теодолита путем перед­вижения его подставки по головке штатива, винт вновь закрепляют. Тео­долит центрируют тем точнее, чем короче линия визирования.

При наличии оптического центрира предварительное центрирование осу­ществляют нитяным отвесом, а уточ­няют также передвижением теодолита

по головке штатива до тех пор, пока фиксированная точка не окажется в центре окружности оптического цент­рира.

Приведение вертикальной оси тео­долита в отвесное положение осущест­вляют с помощью уровня на алидаде горизонтального круга, действуя подъ­емными винтами. Уровень устанавли­вают по направлению двух любых подъемных винтов и, вращая их в про­тивоположные стороны, приводят пу­зырек уровня на середину. Затем, по­ворачивая алидаду на 90°, ставят уро­вень по направлению третьего винта. Действуя этим винтом, пузырек при­водят на середину.

После приведения вертикальной оси инструмента в отвесное положение может быть нарушено центрирование.

Поэтому центрирование и приведение оси теодолита в отвесное положение выполняют несколькими последова­тельными приближениями.

Установка зрительной трубы для наблюдений выполняется в такой пос­ледовательности. Сначала устанавли­вают сетку нитей по глазу, для чего наводят трубу на светлый фон (небо, стена) и вращением диоптрийного кольца окуляра добиваются отчет­ливого изображения сетки нитей в по­ле зрения трубы. Затем производят установку трубы по предмету, т. е. фокусируют трубу, что достигается вращением кремальеры (фокусирую­щего кольца) до четкого изображения предмета. Отфокусировав трубу на четко видимый объект, устраняют па­раллакс сетки нитей, слегка переме­щают глаз у окуляра. Если при этом центр сетки нитей смещается с наблюдаемой точки, то параллакс имеется. Его устраняют небольшим вращением кремальеры.

Перед тем как взять отсчет, убеж­даются в том, что вертикальная ось теодолита занимает отвесное положе­ние на штативе теодолита. Для этого алидаду горизонтального круга ставят в 3...4 различных положения и наб­людают за уровнем. Если уровень выверен, то при любом положении

алидады пузырек не должен смещать­ся больше чем на одно деление от нуль- пункта.

§ 5.4 ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ ТЕОДОЛИТАМИ

В вершине измеряемого угла уста­навливают теодолит и приводят его в рабочее положение (см. § 5.3).

Измерение горизонтальных углов чаще всего производят способом при­емов. Измерение угла при одном по­ложении вертикального круга назы­вают полуприемом. Положение, при котором вертикальный круг находится справа от наблюдателя, смотрящего в окуляр, «круг право» (КП).

Для исключения грубых ошибок и повышения точности измерений угла его значение получают из двух полу- приемов: при круге право (КП) и при круге лево (К Л ).

Измерения начинают при КП. Для измерения угла р (рис. 5.10) закрепляют лимб, освобождают али­даду, наводят зрительную трубу сна­чала на правую точку С и снимают отсчет, затем на левую точку В, произ­водя соответствующий отсчет. Резуль­таты измерений записывают в поле­вой журнал (табл. 5.2). Значение угла Р вычисляют как разность двух от­счетов — правый минус левый, так как подписи делений на лимбе возрастают по ходу часовой стрелки.

Для измерения угла вторым полу­приемом лимб смещают на небольшой угол, после чего закрепляют лимб, освобождают алидаду, зрительную трубу переводят через зенит и при (КЛ) повторяют наблюдения в обрат­ной последовательности, начиная с ле-

Рис. 5.10. Измерение гори­зонтальных углов

вой точки В, стороны угла затем на­водят на визирную цель точки С.

Расхождение значений измерен­ного угла в полуприемах не должно превышать для технических теодоли­тов ТЗО— ± 1 ',5 ', 2Т30— ± 1 ,0 ', Т 15К — ± 0 ,5 '. За окончательное зна­чение угла принимают среднее значе­ние из двух полуприемов.

Более точных результатов можно достичь, если измерения выполнить несколькими приемами.

Измерение вертикальных углов. При измерении вертикальных углов исходным направлением является го­ризонтальное направление, от которо­го отсчитывается угол наклона (вер­тикальный угол).

Вертикальный круг теодолита жестко скреплен с осью вращения зрительной трубы и поворачивается вместе с ней. Алидада, расположен­ная также на оси вращения трубы, не соединена с ней и при вращении трубы остается неподвижной. К алида­де вертикального круга крепится ци­линдрический уровень, который обес­

Тиблици 5.2

Станция(вершина

у гл а )

Точкиви зи р о ­

вания

О тсчеты по к р у гуЗначение

угла из полуприем а

Среднеезначение

у гл аKII КЛ

i С 140°50'30" 327°03'00" 114°39'30" 114°39'45'В 32 11 00 212 23 00 114 40 002 А 3°15'00" 95°47'30" 105 0 18' 00 " 105°18'30"D 257 57 00 350 28 30 105 19 00

печивает горизонтальное положение начального отсчетного индекса алида­ды. У теодолитов 2Т30 начальный ин­декс приводится в горизонтальное по­ложение цилиндрическим уровнем при алидаде горизонтального круга. Уро­вень скреплен с алидадой так, что его ось установлена параллельно кол­лимационной плоскости зрительной трубы. Однако горизонтальная плос­кость, проходящая через начальный отсчетный индекс алидады вертикаль­ного круга и перпендикулярная кол­лимационной плоскости, может сос­тавлять некоторый угол с плоскостью, проходящей через нулевые штрихи лимба вертикального круга. Следова­тельно, измеряемый вертикальный угол не является действительным уг­лом наклона, а отличается от него на какой-то малый угол, называемый местом нуля ( М О ) . Поэтому для вы­числения значений углов наклона оп­ределяют МО. Место нуля — это от­счет по вертикальному кругу, который соответствует горизонтальному поло­жению визирной оси зрительной тру­бы, когда пузырек уровня алидады вертикального круга (для теодолитов 2Т30 — горизонтального круга) на­ходится в нуль-пункте, а для тео­долитов с компенсаторами — при го­ризонтальном положении отсчетного индекса.

Определение М О для всех типов теодолитов выполняют по одной схеме. Устанавливают теодолит, приводят его в рабочее положение, находят равно­удаленные, желательно с различными углами наклона, две-три хорошо види­мые точки (цели). Поочередно наво­дят на них перекрестие сетки нитей трубы при KJI. При наличии уровня при алидаде вертикального круга при­водят пузырек уровня в нуль-пункт, а если его нет, то обязательно приво­дят пузырек уровня алидады горизон­тального круга в нуль-пункт и снимают отсчет по вертикальному кругу. Так поступают при каждом наблюдении на выбранные точки (цели). Трубу пере­водят через зенит, поворачивают тео­долит на 180 и вновь, теперь уже

при Д77, наводят перекрестие сетки нитей на те же точки (цели). При этом обязательно приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут второй отсчет по вертикальному кругу. Для теодолитов 2Т30 с секторной положи­тельной и отрицательной оцифровкой делений лимба вертикального круга вычисляют

М О = 1 / 2 ( К Л + К П ) .Для теодолитов с круговой оциф­

ровкой делений лимба вертикального круга вычисляют

М О = 1 / 2 [ ( К Л + К П ) ± 180°, где K JI — отсчет по вертикальному кру­гу при круге слева; К П — отсчет по вертикальному кругу при круге справа; М О — место нуля.

М О может иметь любое значе­ние, но для простоты вычисления целесообразней М О сделать рав­ным или близким к 0°.

Для этого вычисляют исправленное значение угла, например при /0/7:

v„cnp — К Л — МО.С помощью наводящего винта трубы устанавливают отсчет v HCnP на верти­кальном круге. Перекрестие сетки ни­тей сместится от визирной цели. Осла­бив средние котировочные винты сет­ки нитей, вертикальными винтами пе­ремещают сетку нитей до совмещения ее перекрестия с визирной целью, при этом пузырек уровня при алидаде го­ризонтального круга должен быть строго в нуль-пункте. После исправ­ления значения М О следует оп­ределить новое его значение не менее чем по трем разновысот­ным точкам. Затем необходимо убе­диться, что после исправления зна­чения М О не нарушилось усло­вие соотношения перпендикулярности визирной оси к горизонтальной оси вращения трубы (см. § 5.3).

Теодолиты с компенсаторами обес­печивают автоматическое совмещение направлений на лимбе вертикального круга: 0° — 180°, либо 0° — ( — 0°) с нулем горизонтального отсчетного ин­декса, что позволяет легко и просто получать значение углов наклона. Лимб вертикального круга, вращаясь

вместе с трубой, подводит к горизон­тальному отсчетному индексу отсчет, соответствующий углу наклона трубы. Снятый по лимбу вертикального круга отсчет дает значение измеряемого вер­тикального угла.

Несмотря на то что оцифровка делений на вертикальных кругах раз­личных теодолитов может быть раз­ной, правила придания знаков и вы­числения вертикальных углов общие: поднятие визирной оси трубы над го­ризонтом образует положительные уг­лы наклона. В связи с этим при опре­делении угла наклона теодолитами ти­

па 2Т30 его вычисляют по формулам: для секторной оцифровки вер­

тикального круга

у = \ / 2 ( К Л - К П ) , v = K J l —М О , v = M О —КП,

при круговой оцифровке вертикально­го круга

v = l/2 [(/( ./7 -A 7 7 )± 1 8 0 o],\ = К П —МО, х = М О —К П ± Ш ° .

Результаты измерений вертикаль­ных углов записывают в журнал (табл. 5.3).

Таблица 5.3

1 С

танц

ия

Точк

и на

блю

­де

ний

Отч

К Л

еты

КПМО V

0 ' 0 '

Б 176 19 3 46 0 °2 '3 0 " — 3 °43 '30"1 С 5 36 174 28 0°2 00 + 5 ° 3 4 00

D 177 28 2 37 0°2 30 — 2°34 30

Измерение магнитных азимутов.Магнитные азимуты находят примене­ние при составлении абрисов и схем при работе с аэроснимками на мест­ности, в отдельных случаях их исполь­зуют в качестве исходных направле­ний при уравнивании замкнутых тео­долитных ходов в местной (условной) системе координат.

Для того чтобы измерить магнит­ный азимут заданного направления ориентир-буссолью теодолита 2Т30, необходимо стрелку буссоли ориенти­ровать в направлении магнитного ме­ридиана, проходящего через данную точку. Для этого отсчетный нулевой штрих алидады совмещают со штри­хом 0 на лимбе горизонтального кру­га и, скрепив алидаду с кругом зак­репительным винтом алидады, осво­бождают закрепительный винт лимба. Затем освобождают стрелку буссоли и

вращением круга теодолита совместно с алидадой добиваются положения, когда ось магнитной стрелки буссоли будет проходить через нулевые индек­сы ее шкалы, после этого лимб закреп­ляют.

В таком положении теодолит и бус­соль подготовлены для измерения маг­нитных азимутов, так как визирная ось зрительной трубы теодолита и па­раллельная ей геометрическая ось ма­гнитной стрелки ориентированы в плоскости магнитного меридиана, про­ходящего через данную точку, а по лимбу горизонтального круга отсчет равен 0°.

Д ля определения магнитных ази­мутов открепляют алидаду и наводят зрительную трубу на визирные цели (ориентиры), отсчет по горизонталь­ному кругу дает значение магнитного азимута на визирную цель.

ГЛАВА 6

НИВЕЛИРОВАНИЕ§ 6.1. ВИДЫ НИВЕЛИРОВАНИЯ.

НИВЕЛИРЫ

Нивелированием называют геоде­зические измерения по определению превышения одной точки земной по­верхности над другой.

В зависимости от метода и исполь­зуемых приборов различают следую­щие виды нивелирования: геометри­ческое, тригонометрическое, физичес­кое, автоматическое, стереофотограм- метрическое.

Геометрическое нивелирование со­стоит в непосредственном определении превышений между двумя близкими точками с помощью горизонтального луча. Горизонтальный луч образуют визирным лучом зрительной трубы, жестко скрепленной с уровнем, либо со специальным устройством, называе­мым компенсатором.

Тригонометрическое нивелирова­ние основано на определении рассто­яния между двумя точками и угла наклона. Углы наклона при этом изме­ряют угломерными приборами, а рас­стояние — дальномерами, мерными лентами или получают другими мето­дами (из триангуляции).

Физическое нивелирование в свою очередь подразделяют на барометри­ческое, гидростатическое, аэрорадио­нивелирование.

Барометрическое основано на из­менении атмосферного давления на поверхности земли в зависимости от высоты точки над уровнем моря (уро- венной поверхностью). Разность дав­лений получают с помощью высокоточ­ных барометров-анероидов.

Гидростатическое основано на свойстве свободной поверхности жид­кости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одном уровне. По раз­ности отсчетов шкал двух одинако­вых сосудов получают разность высот нивелируемых точек.

Аэрорадионивелирование произво­дится с самолета, оно основано на

принципе работы радиодальномера. Радиовысотомер и статоскоп измеря­ют высоту полета самолета и изме­нения его высоты в полете, что поз­воляет получать превышения точек местности.

Автоматическое нивелирование ос­новано на использовании различных механических приборов, автоматичес­ки вычерчивающих профиль пройден­ного пути (топопривязчики), или даю­щих показания значений абсолютной или относительной высот точек (инер- циональные привязчики).

Стереофотограмметрическое ниве­лирование основано на измерительных свойствах стереоскопической пары фотоснимков.

В настоящее время наиболее точ­ным и употребительным в практи­ке инженерно-геодезических работ является геометрическое нивелирова­ние.

Типы нивелиров и их устройство.Основным прибором для геометричес­кого нивелирования является нивелир. Он представляет собой телескопичес­кую зрительную трубу, жестко скреп­ленную с цилиндрическим уровнем, ко­торый служит для приведения визир­ного луча в горизонтальное поло­жение.

Отечественной промышленностью с конца 70-х годов выпускается три типа нивелиров: высокоточные Н-05, точные Н-3 и технические — Н-10* в соответ­ствии с ГОСТ 10528—76* «Нивелиры». Однако в геодезическом производстве строительно-монтажных работ до нас­тоящего времени используется боль­шое количество нивелиров более ран­них конструкций.

Высокоточные нивелиры типа Н-05 предназначены для нивелирования I и II классов государственной ниве­лирной сети и производства высоко­точных строительно-монтажных работ. Точные и технические нивелиры Н-3

*3десь Н — нивелир; 0,5; 3 и 10—средняя квадратическая погрешность (мм) определе­ния превышений на 1 км двойного хода.

Н-10 применяют для проложения ни­велирных ходов более низкой точности и производства технического нивели­рования. Эти нивелиры могут быть из­готовлены с лимбами для грубого из­мерения (порядка 1 ) горизонталь­ных углов на местности. При наличии лимба в нивелире к его шифру добав­ляют букву Л, например Н-10Л.

Устройство нивелиров с цилиндри­ческими уровнями. Технический ниве­лир Н-10 Л (рис. 6.1) (ранее выпус­кался под шифром Н Т ). Он состоит из двух основных частей: нижней непод­вижной части — подставки 2 с круг­лым уровнем для приближенного при­ведения в горизонтальное положение визирной оси зрительной трубы, зак­репленной на верхней вращающейся части нивелира, и верхней части, кото­рая несет на себе зрительную трубу 4, цилиндрический уровень 3 и специаль­ное призменное устройство, передаю­щее изображение концов пузырька уровня в поле зрения зрительной тру­бы. Предварительную грубую уста­новку нивелира для приведения верти­кальной оси в отвесное положение выполняют по круглому уровню, пузы­рек которого приводят в нуль-пункт с помощью шаровой пяты /. Наклоны нивелира в шаровой пяте производят с помощью рукоятки станового винта. Точное совмещение концов пузырька уровня осуществляют при помощи элевационного винта 7. Фокусирова­ние трубы на предмет производят кремальерой 5, а установку сетки ни­тей по глазу — с помощью окулярного

k в

Рис. 6.1. Нивелир Н-10КЛ

кольца 6. Нивелир не имеет закрепи­тельного и наводящего винтов, наве­дение трубы на рейку достигается по­воротом верхней части его от руки пу­тем преодоления фрикционного тре­ния осевой пары.

Горизонтальный круг 8 с приспо­соблением 9 для отсчета по кругу оцифрован от 0 до 350° через 10° с ценой деления 1°, точность отсчета по кругу 6'.

Точный нивелир Н-3 (рис. 6.2). Нижняя часть представляет собой подставку 2 с тремя подъемными вин­тами 15 и пружинистой пластиной 1, которая в своей центральной части имеет втулку 16 с резьбой для крепле­ния нивелира с помощью станового винта на штативе. Верхняя часть, несущая корпус зрительной трубы 6 с цилиндрическим уровнем 5, который заключен в коробку 7. На основании верхней части помещен круглый уро­вень 13 с исправительными винтами 14, закрепительный 11, наводящий 12 и элевационный 3 винты нивелира. На корпусе трубы закреплены кре­мальера 10 для фокусирования и муш­ка 8 для грубого наведения зритель­ной трубы.

Зрительная труба с окуляром 4 и объективом 9 представляет собой телескопическую систему (см. § 5.1) с внутренней фокусировкой. В момент отсчета по рейкам визирная ось трубы приводится в горизонтальное положе­ние элевационным винтом, шаг которо­го меньше шага подъемных винтов, поэтому выведение винтом пузырька уровня на середину происходит более плавно и точно. Подготовку нивелира к работе проводят так же, как и нивелира НТ по круглому уровню. Цилиндрический уровень нивелира Н-3 — контактный, изображение кон- ков пузырька у таких уровней выво­дится системой призм в поле зрения трубы нивелира.

Название контактный он имеет потому, что положению пузырька уровня в нуль-пункте соответствует оптический контакт изображений его концов (рис. 6.3, б) . При наклоне

а) а}

Рис. 6.2. Нивелир Н-3 (а ); поле зрения трубы (б)

оси уровня изображения концов пу­зырька расходятся (рис. 6.3, а ).

Контактные камерные уровни пове­ряют так же, как и обычные. Однако

выводящая оптическая система уров­ня (положение призм) может регу­лироваться только в оптико-механи­ческой мастерской.

Тиблици 6.1

Некоторые технические Данные

Типы нивелиров

Н -1 0 Н -3 Н -3 Н -2 Примечание

НТ НВ-1 Н -3 Н-2

Увеличение зрительной трубы (крат)

Поле зрения трубы (по вертикали)

Цена деления цилинд­рического уровня на "/2 мм дуги

Тож е, круглого ' /2 мм дуги

Наименьшее расстояние визирования, м

Коэффициент дальномера Масса нивелира, кг

23

1°30

45

10

1,5

100±1%1,0

31

1°20

1 7 . . .2 3

7 . . . 1 5

3

1 0 0 ± 0 ,5 %1.8

30

Г20

15

5

2

40

50°

10

5

2

100±0; 6%2 ,0 I 5 ,6

Ранее НТ вы­пускался с перекладной трубой

При выполнении строительно-мон­тажных и инженерно-геодезических работ помимо отечественных нивели­ров используются зарубежные, напри­мер Ni — D1 и Ni —D2 (ВН Р); M N K (ЧССР); BN A (ФРГ) и др.

В настоящее время большое приме­нение имеют нивелиры с компенса­торами, в горизонтальное положение у таких нивелиров автоматически при­водится только визирная ось, а не весь прибор. Наличие компенсаторов у ни­

велиров существенно повышает про­изводительность труда.

Рассмотрим кратко некоторые типы технических и точных нивелиров с компенсаторами различных конструк­ций.

Технический нивелир типа Н-10КЛ(ранее имел шифр НТСК) (рис. 6.4, а) . Компенсация угла наклона визир­ной оси в пределах ± 1 5 ' или авто­матическое приведение ее в горизон­тальное положение в НТСК проис-

Рис. 6.3. Выводящая система контактных уровней

ходит за счет поворота компенсирую­щего элемента оптической системы (рис. 6.4, б).

Компенсатор состоит из двух пен­тапризм / и 2, склеенных между со­бой и скрепленных с корпусом трубы (коробчатой формы), и подвижной прямоугольной призмы 3, заключенной в рамку 4. Рамка перемещается в вертикальной плоскости маховичком

фокусирующего устройства нивелира. Перемещение подвижной призмы ком­пенсатора обеспечивает фокусировку зрительной трубы по объекту наведе­ния.

В рабочее положение нивелир при­водят установкой в нуль-пункт круг­лого уровня, располагающегося под крышкой зеркала 5 (рис. 6.4, а ) . Визи­рование на рейку осуществляют путем поворота корпуса трубы рукой, с не­которым усилием преодолевая фрик­ционное сцепление с вертикальной осью вращения нивелира. Точное наве­дение зрительной трубы по рейке про­изводят наводящим винтом, располо­женным в нижней части нивелира и ис­пользуемым для перестановки лимба. Под точным наведением следует пони­мать такое положение сетки нитей зрительной трубы, когда ее вертикаль­ная нить совпадает с осью нивелир­ной рейки. Положение пузырька круг­лого уровня в нуль-пункте при фокуси­рованной трубе по рейке автоматичес­ки приводит визирную ось трубы ниве­лира в горизонтальное положение. В трубе получают прямое изображение рейки.

Точный нивелир Н-ЗК является

Рис. 6.4. Нивелир Н-10КЛ (НТСК) (а); оптическая схема его компенсатора (б)

копией своего прототипа НС-4 с усо­вершенствованной технологией изго­товления и с повышенной чувствитель­ностью компенсатора.

Оптическую схему компенсатора (рис. 6.5) образуют в нивелире две призмы. Одна из них — подвижная призма 6, подвешенная на четырех скрещенных нитях, и неподвижная 3, располагающаяся под углом 45° к визирной оси трубы. Они обеспечива­ют автоматическую установку линии визирования в горизонтальное по­ложение в пределах угла наклона ± 10'. Указанный предел горизонтиро- вания достигают путем предваритель­ной установки нивелира в рабочее по­ложение по круглому уровню, когда пузырек его находится в нуль-пункте. Кроме оптической схемы компенсатора на рис. 6.5 показан ход лучей в зри­тельной трубе нивелира. Объектив 1, фокусирующая линза 2 и система оку­ляра.

Наряду с отечественными нивели­рами с самоустанавливающейся лини­ей визирования в практике инженерно­геодезических работ широко исполь­зуются у нас зарубежные нивелиры этого типа: № = В З и его модификации Ni = B4, Ni = B5 и Ni = B6 (ВН Р), нивелиры N i = 025 и Ni = 007 (ГДР) и др.

Нивелирные рейки. В комплект ни­велира включают не менее двух ниве­лирных реек.

Они представляют собой шарнирно

соединенные два деревянных бруска двутаврового сечения общей длиной 3 м (рис. 6.6, а) . Нижний конец рейки обычно оковывается металлической

е]т1

&

Рис. 6.6. Нивелирные рейки (а ) : башмак и костыль (б)

Л

ill»э

е!Л■■

ЕI3

пластиной и называется «пяткой» рей­ки. Широкие стороны рейки разбиты на сантиметровые деления — шашки. Дециметровые деления рейки оцифро­ваны. Подписи оцифрованных деци­метровых делений рейки могут иметь прямое и обратное изображение (для зрительных труб с прямым и обратным изображением).

Одна сторона реек закрашена чер­ными шашками, другая — красными. На черной стороне отсчет делений идет от «пятки» рейки, с которой совме­щен нуль. С «пяткой» красной стороны одной рейки совмещен отсчет 4687, другой —4787 мм. Таким образом, на рейках одного комплекта отсчеты по их красной стороне отличаются на 100 мм.

В момент снятия отсчета рейку мед­ленно покачивают вперед и назад по направлению к нивелиру.

Поверки нивелиров. При получении нивелира со склада проводят де- < тальный внешний осмотр, проверя­ют комплектность, убеждаются в ис­правности зрительной трубы, уровней и работе подъемных, элевационного и наводящего винтов.

Перед полевыми работами выпол­няют поверки, имеющие целью привес­ти систему осей прибора в геометри­ческое соответствие, заложенное в принципиальную схему конструирова­ния нивелиров. Нивелир должен удовлетворять следующим требова­ниям:

1. Ось кр угл ог о уро вн я должна быть параллельна оси вращения ниве­лира. Уровень устанавливают между любыми двумя подъемными винтами и, вращ ая их в противоположные нап­равления, приводят пузырек уровня на середину, третьим винтом ставят пу­зырек в нуль-пункт (центр ампулы). Если после поворота верхней части ни­велира на 180° пузырек остался в центре, то условие выполнено. В случае смещения пузырька уровня в направлении двух подъемных винтов перемещают пузырек исправительны­ми винтами уровня на половину его отклонения к центру, а затем приводят

его в нуль-пункт подъемными винтами. Повернув нивелир на 90°, повторяют поверку в направлении третьего подъ­емного винта. В случае отклонения пузырька уровня его приводят к цент­ру на половину отклонения исправи­тельным винтом, другую половину от­клонения компенсируют соответствую­щим подъемным винтом.

Поверку выполняют несколько раз, пока пузырек уровня не будет откло­няться от нуль-пункта при вращении нивелира вокруг оси.

2. Вертикальная нить сетки дожна быть параллельна оси вращения ниве­лира. Нивелир устанавливают и при­водят ось вращения по круглому уров­ню в отвесное положение. В 25...30 м от нивелира подвешивают отвес и сов­мещают вертикальную нить сетки с нитью отвеса. Если на всем своем протяжении нить сетки совпадает с нитью отвеса или один из концов ее отклоняется не более чем на 0,5 мм, то условие соблюдается. В противном случае производят исправление путем поворота диафрагмы с сеткой до сов­мещения ее вертикальной нити с нитью отвеса.

3. Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилин­дрического уровня. Для нивелиров с самоустанавливающейся линией визи­рования при положении пузырька круглого уровня в нуль-пункте визир­ная ось трубы должна быть горизон­тальной. Поверку производят двойным нивелированием вперед одной и той же линии.

На пологой местности закрепляют нивелирными башмаками либо косты­лями две точки на расстоянии 70— 80 м друг от друга. На одной из точек устанавливают нивелир, на дру­гой — рейку. Приводят нивелир в рабочее положение, измеряют его вы­соту i\ над верхом костыля (башма­ка) при помощи металлической рулет­ки или нивелирной рейки с точностью 1—2 мм. Затем визируют на рейку при положении пузырька уровня в нуль- пункте, по средней нити снимают от­счет Ь\ по рейке. Меняют местами

нивелир и рейку, установив их над теми же точками. Измеряют новую высоту прибора 12 и берут отсчет 62 по рейке.

Погрешность Лд, возникшую из-за непараллельности визирной оси трубы и оси уровня, вычисляют по формуле

^ _bl М + г2~т ~Т

Если вычисленное значение /гд не превышает 4 мм, то полагают условие практически выполненным. В против­ном случае, не снимая нивелира со второй станции, проводят его юсти­ровку. Для этого находят исправлен­ный отсчет по формуле

Ь Г р = & 2-/гд.

При помощи элевационного винта устанавливают средний горизонталь­ный штрих сетки нитей на отсчет по рейке, равный 62спр. При этом изоб­ражения концов пузырька уровня ра­зойдутся. Вертикальными исправи­тельными винтами уровня добиваются контакта изображений концов пузырь­ка уровня. Поверку для контроля пов­торяют.

У нивелиров с самоустанавлива- ющейся линией визирования устанав­ливают горизонтальную нить сетки на исправленный отсчет с помощью ис­правительных винтов сетки нитей.

Нивелиры с компенсаторами не должны иметь недокомпенсации. Эту поверку и исправление ее выполняют только в заводских условиях.

§ 6.2. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕИ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

Принцип, на котором основа­но геометрическое нивелирование, очень прост. Для определения пре­вышения между двумя точками А и В местности (рис. 6.7) на них устанавливают рейки, а в сере­дине между ними — нивелир. С по­мощью уровня нивелира приводят ви­зирную ось его трубы в горизонтальное положение. Горизонтальный луч пере­секает рейки на соответствующих от­счетах 3 и Я.

Точку А, относительно которой оп­ределяют превышение hAB, называют задней, а точку В — передней. По аналогии и отсчеты по рейкам назы­вают «взглядом назад» — 3 и «взгля­дом вперед» — Я. Как видно из рис. 6.7, превышение между двумя точ­ками h AB равно отсчету по задней рейке минус отсчет по передней рейке:

h AB= 3 - n . (6.1)Если отсчет 3<С Я, то из отсчета Я

вычитают отсчет 3 и превышение hAB в этом случае будет отрица­тельным.

По известной отметке (высоте) точки А, равной Нл, получают отмет­ку Н в путем алгебраического суммиро­вания превышения с отметкой # А по формуле

И в= И А+ п АВ. (6.2)

3 З а к . 956

Рассмотренный способ нивелиро­вания называется нивелирование из середины. Этот способ применяют при проложении нивелирных ходов.

Нивелирование вперед. В случаях, когда с одной имеющей отметку точки производят нивелирование несколь­ких точек, применяют второй способ — нивелирование вперед. Нивелир ус­танавливают над точкой А (рис. 6.8) с известной отметкой так, чтобы оку­ляр зрительной трубы нивелира нахо­дился на отвесной линии, проходящей через эту точку, приводят визирную ось зрительной трубы в горизонталь­ное положение и измеряют стальной рулеткой или рейкой с точностью до1...2 мм высоту i прибора. Затем последовательно на все нивелируемые точки наводят зрительную трубу и при положении пузырька уровня в нуль- пункте берут отсчеты по рейке.

Из рисунка видно, что в этом случае превышение hAB получают по формуле

hAB= i — Tl. (6.3)Для вычисления высоты определя­

емой точки В применяют формулуН В= Н А- \ - (i — П ) . (6.4)

Значение (H A-\-i) — высоту визир­ной оси нивелира — называют гори­зонтом инструмента — Г И А.

Отметку Н в точки В по горизонту инструмента Г И А определяют по фор­муле

Н В= Г И А- П . (6.5)

Техническое нивелирование. Пунк­ты государственной нивелирной сети

I; II; III и IV классов служат единой высотной основой всех топографичес­ких съемок и других геодезических работ на территории СССР. В тех слу­чаях, когда на участке работ таких пунктов не окажется или их количест­во недостаточно, для сгущения сети применяют техническое нивелирова­ние. Такая сеть пунктов является высотным обоснованием для топогра­фических съемок, разбивочных и стро­ительно-монтажных работ на участке строительства.

Передачу высот от репера госу­дарственной нивелирной сети до уда­ленных точек производят путем проло- жения нивелирных ходов. Их прокла­дывают способом геометрического ни­велирования из середины (рис. 6.7) со снятием отсчетов по одной средней нити, по двум сторонам реек — при од­ном горизонте инструмента.

Общая точка двух смежных стан­ций нивелирного хода, которая явля­ется передней для предшествующей станции и задней для последующей, называется связующей. На связующих точках реечники не меняются, а пе­реходят каждый со своей рейкой вперед через точку, определяя при этом шагами равные расстояния от задней точки до нивелира последу­ющей станции и от нивелира до пе­редней реечной точки.

В нивелирных ходах могут быть использованы и промежуточные точки, выбираемые на характерных формах рельефа (вершины высот, перегибы скатов, урезы воды и др.). Получен­

Рис. 6.8. Нивелирование вперед

ные на них отечеты по рейкам не участвуют в передаче отметок высот по ходу. Высоты промежуточных то­чек вычисляют через горизонт инстру­мента, значение которого получают пу­тем суммирования отсчета по задней рейке на данной станции с отметкой

Дата_____

Наблюдал

задней точки, полученной из измере­ний на предыдущей станции. Последо­вательность работы при выполнении нивелирования заключается в следую­щем.

На первой и последующих станци­ях устанавливают нивелир примерно

Вычислял

Таблица 6 .2

О тсчеты по рейкам , мм П ревыш ения,мм

Среднеепревыш ение,

ммОтметки, м

№ ст

анци

й №точек

задн яяп ер ед ­

няяп р о м еж у ­

точная + - + -

ги,м

вы чи слен ­ные

испр

ав-

1 ле

нны

е

1

Репер 6317

1532

125, 340

ПК 14785

7683

2800

4883

1268

1366

- 9 8

1267 124, 073

ПК

1а

2а

ПК 2

4886(6)

5344(3)

0560(2)

4784(7)

1147(5)

0382(5)

102( 8 )

6 8 9 (11)

125,321(13)

124, 073

124,174(14)

124,939(14)

124,762(12)

ПК 2

ПК 3

5849

1062

4787

5323

0439

4884

623

526

- 9 7

624

124, 762

125, 396

Контрольные вычисления: I 3(15) = 22 149, Е /7(16) * 22 142, 2 /i(1 7 ) 7 (15) (16) (17)

на равных расстояниях от реек, опре­деляя равенство расстояний на глаз или шагами реечников. Приводят визирную ось инструмента в гори­зонтальное положение.

Зрительную трубу наводят на чер­ную сторону задней рейки, берут от­счет 1 и записывают его в журнал нивелирования (табл. 6.2). Поворачи­вают верхнюю часть прибора, наводят зрительную трубу на переднюю рейкуи, при необходимости исправляя по­ложение пузырька уровня, берут от­счет 2 по черной стороне рейки и отсчет 3 по красной стороне этой рейки. После этого берут отсчет 4 по красной стороне задней рейки.

Контроль измерений производят путем определения разности отсчетов по красной и черной сторонам каждой рейки. Затем получают отсчет 8 = = 6 — 7. Значение отсчета '8 для ком­плекта реек не должно отличаться (от номинально принятого в ниве­лировании равным ± 1 0 0 мм) более чем на ± 5 мм, в противном случае измерения на станции повторяют.

Если результаты контроля удовле­творяют установленному допуску, то вычисляют значения превышений 9 и 10 отдельно по черной и красной сто­ронам реек по формуле (6.1). Из двух значений, исключая из значения (10) ± 100 мм, вычисляют среднее пре­вышение 11 с округлением его до 1 мм. После вычисления среднего превыше­ния по команде наблюдателя задний реечник переходит на следующую точку и становится передним.

При наличии промежуточных точек на станции освободившийся реечник передней точки устанавливает рейку последовательно на промежуточных точках. Наблюдатель берет отсчеты по рейке (5) (см. табл. 6.2) (возможны отсчеты только по черной стороне рей­ки), пузырек уровня нивелира должен быть при этом в нуль-пункте.

Результаты измерений вносят в журнал простым карандашом, четким шрифтом, не допуская неясных цифр или букв. Ошибочные отсчеты не унич­тожают,а зачеркивают, но так, чтобы

зачеркнутые надписи могли быть в случае необходимости прочитаны. По мере заполнения целых страниц в журнале наблюдатель производит по­страничный контроль. Порядок вычис­лений показан в табл. 6.2 (15), (16), (17).

Суммарные результаты постранич­ного контроля в конечном итоге при­водят к определению значений невяз­ки нивелирного хода. В замкнутых нивелирных ходах невязку хода полу­чают как разность сумм всех задних отсчетов на точках хода 2 3 и сумм всех передних отсчетов 2Л , взятых по рейкам точек хода:

/„ = 2 3 - 2 / 7 .fh — невязка замкнутого нивелир­

ного хода.Допустим невязку хода определяют

по формуле/лдоп= ± ЬОл/L мм или ± Mhjn мм,

где L — число километров в ходе и п — число станций.

Если полученная невязка меньше допустимой, ее распределяют в виде поправок (мм) в превышения всех станций хода с обратным знаком невязки.

Нивелирные знаки и каталоги вы­сот пунктов.

Пункты государственной нивелир­ной сети СССР всех классов закреп­ляются специальными постоянными знаками, называемыми реперами*. Ре­перы бывают грунтовые и стенные. Типы реперов, положения о их уста­новке определяются специальными инструкциями и во многом зависят от физико-географических условий рай­она работ. На рис. 7.2., б приведен образец типа реперов для различных районов страны.

При техническом нивелировании на застроенных территориях в нивелир­ных ходах стенные реперы устанавли­ваются не реже чем 0,2 км. Грунтовые реперы допускается закладывать толь­ко при отсутствии каменных (бетон­ных) фундаментов и не чаще чем через 0,5 км. 1

Непосредственно на строительных1* R epere (ф р .).— метка, знак.

площадках реперы размещают на рас­стоянии не менее десятикратной глу­бины котлована от его ближайшей бровки, а также в стороне от дорог с оживленным движением, от подъем­ных кранов и работающих механиз­мов.

Временные реперы в виде деревян­ных столбов, пней, металлических труб, накернованных точек на покры­тиях смотровых колодцев и т. п. могут использоваться в процессе строитель­ства только на короткие промежутки времени.

Номер, вид, местоположение пос­тоянного репера и его отметку в Балтийской системе высот заносят в специальные каталоги нивелирования.

Тригонометрическое нивелирова­ние.

Для определения превышения h между точками М и N (рис. 6.9) уста­навливают теодолит над точкой М, а в точке N — рейку. Теодолит приво­

дят в рабочее положение, наводят зрительную трубу на визирную цель и измеряют угол наклона v. Для полу­чения превышения необходимо знать горизонтальное положение d, высоту прибора г. Из рис. 6.9 следует, что

h- \ - l = d l g v + i, (6.6)или

h = d t g v - \ - i — /. (6.7)Если наводить зрительную трубу

на точку визирной цели, расположен­ную на высоте, равной высоте при­бора, т. е. когда / = г, получим сокра­щенную формулу, широко применя­емую при топографических съемках:

h = d t g v . (6.8)Если расстояния измеряют с по­

мощью дальномера, то, как следует из § 4.2, превышение h можно получить по формуле

/i = ̂ -A>isin2v, (6.9)

где К — коэффициент дальномера; п — число сантиметровых делений между дальномерными нитями; v— угол наклона.

Для вычисления превышений h и горизонтальных проложений состав­лены специальные таблицы.

При передаче отметок высоты на расстояния, длина линий которых свы­ше 400 м, в измеренные значения пре­вышений вводят поправки на кривизну Земли и вертикальную рефракцию при прохождении визирного луча че­рез приземный слой атмосферы.

ГЛАВА 7

ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ

§ 7.1. ГОСУДАРСТВЕННАЯГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ,СЕТИ СГУЩЕНИЯ

Совокупность точек местности, положение которых закреплено и точ­но определено на земной поверхности, называется геодезической сетью. Та­кая сеть является основой для по­

следующего развития сетей сгущения, топографических съемок, а также ре­шения инженерно-геодезических за ­дач, связанных с изысканиями, строительством, эксплуатацией недр, землеустройством и многими другими народнохозяйственными и научными задачами.

Для государств с большой и про­тяженной территорией, как Советский Союз, создание единой геодезической сети является сложной научной и дорогостоящей задачей. Государст­венная геодезическая сеть подразде­ляется на плановую и высотную.

Плановая сеть создается методами триангуляции, полигонометрии, три- латерации и их сочетаниями, а вы­сотная сеть создается методом гео­метрического нивелирования.

В зависимости от точности опре­деления положения или высот пунк­тов плановая и высотная сети под­разделяются на четыре класса. Сети строятся по принципу перехода от общего к частному: от сети высше­г о — 1 класса к низшему, от более крупных и точных построений к более мелким и менее точным. На рис. 7.1, а,

а)

б изображены части полигонов типо­вых схем построения государственных плановой и высотной геодезических сетей всех классов. Сеть 1 класса имеет наивысшую точность и служит основой для развития геодезических сетей низших классов и вычисления координат их пунктов в единой систе­ме (см. § 1.3).

Создание сплошной сети триангу­ляции 1 класса на огромной террито­рии СССР требует больших затрат времени и материальных средств. Поэтому геодезическую сеть 1 класса в СССР создают в виде рядов треу­гольников, расположенных по возмож­ности в направлении меридианов и па­раллелей и удаленных друг от друга на расстоянии до 200 км. Ряды 1 клас­са образуют замкнутые полигоны пе­риметром до 800 км.

S)

Рис. 7.1. Полигоны государственной геодезической сетиа — плановой ; б — вы сотной

Сеть 2 класса развивается в виде сплошной сети треугольников, запол­няющей всю площадь первоклассного полигона и надежно связанной с пунк­тами 1 класса.

По такому же образцу строится государственная нивелирная сеть СССР. Сеть II класса состоит из хо­дов, образующих замкнутые полиго­ны, они прокладываются преиму­щественно вдоль железнодорожных, шоссейных дорог в труднодоступных районах страны — по берегам рек, тропам, зимникам.

Линии нивелирования II класса прокладываются между пунктами ни­велирования I класса полигонами с периметром 500...600 км.

Создание государственной геоде­зической сети I, 2 классов и нивелир­ной сети I и II классов производят специализированные организации (отряды) многих Аэрогеодезических предприятий страны, подчиненные Главному управлению геодезии и картографии при Совете Министров СССР (ГУГК).

Пункты Государственной геодези­ческой и нивелирной сетей закрепля­ются на местности подземными зна­ками-центрами, конструкция которых обеспечивает их сохранность и ста­бильность положения в течение дли­тельного времени. Физико-географи­ческое положение района работ и особенности местности определяют тип и конструкцию центров, а также глубину их закладки в Земле.

Обычно на незастроенной местно­сти центром геодезического пункта (рис. 7.2, а) служит железобетонный пилон, закладываемый на 0,5 м ниже глубины промерзания грунта, в центре верхнего основания которого установ­лена чугунная марка с крестом. Точка в пересечении креста является центром геодезического пункта, кото­рая имеет координаты X, Y, Н.

Над центром пункта устанавлива­ют наружный знак различной кон­струкции: от каменного тура в горах и деревянной (металлической) пира­миды на всхолмленной местности до

Рис. 7.2. Типовой центр геодезического пункта (а ); типовой центр (репер) нивелирного пунк­

та (б)

высоких сигналов на залесенных и закрытых участках.

Государственная геодезическая сеть 1, 2 и 3 классов создается с плотностью один пункт на 50...60 км . Такая плотность пунктов обеспечивает топографическую съемку в масштабах 1:25 000 и 1:10 000. Для производства крупномасштабных съемок и для ре­шения инженерных задач при город­ском и промышленном строительстве создают геодезические сети сгущения и съемочные сети.

Плотность пунктов Государствен­ной геодезической сети и сетей сгу­щения должна быть не менее 1 пункта на 5 км2; на незастроенной — 1 пункта на 5...15 км2 и 1 репера нивелирова­ния на 5...7 км2 (для съемок масшта­бов 1:2000 и крупнее). Для съемок масштаба 1:5000 во всех случаях плотность пунктов Государственной

геодезической сети установлена —1 пункт на 20...30 км2 и 1 репер нивелирования на 10... 15 км2. Сети сгущения прокладываются методом триангуляции либо полигонометрии, как правило, между сторонами и пун­ктами Государственной геодезической сети. Пункты сетей сгущения закреп­ляются постоянными знаками (цен­трами). Основные технико-экономи- ческие показатели построения, точ­ности и образцы центров геодезичес­ких сетей сгущения приводятся в специальной Инструкции.

Съемочное обоснование. Сгуще­ние геодезической сети до плотности, необходимой для производства топо­графической съемки в заданном мас­штабе, производится за счет разви­тия съемочной сети или, как принято называть, геодезического съемочного обоснования, которое подразделяется на плановое и высотное.

Съемочные сети обоснования соз­дают от геодезической сети и сети сгущения путем проложения теодо­литных ходов (или микротриангуля­ции), прямых, комбинированных и об­ратных засечек, а также ходов техни­ческого нивелирования.

Если плотность точек съемочного обоснования на застроенных террито­риях для съемок в масштабах 1:5000... 1:500 строго не регламенти­руется, а устанавливается с помощью рекогносцировки, то для незастроен­ных территорий количество точек съемного обоснования и пунктов геодезических сетей сгущения на1 км2 должно быть:

При съемке в мас­ 1:5000 Не менее 4штабе

То же 1:2000 То ж е 12» 1:1000 » 16» 1:500 Устанавли­

вается ре- когностиров

кой

Точки съемочного обоснования за ­крепляются на местности временны­ми знаками (штырями, трубами, деревянными столбами или кольями) и частично долговременными знака­

ми. Закрепление пунктов и точек про­изводится из расчета, чтобы в преде­лах каждого листа плана при съемке в масштабе 1:5000 было бы не менее двух пунктов, закрепленных долговре­менными знаками.

Точность пунктов съемочного обос­нования относительно исходных пун­ктов во всех случаях должна быть такой, чтобы средние ошибки в пла­новом отношении не превосходили0,1 мм в масштабе создаваемого то­пографического плана; в высотном отношении ошибки таких пунктов должны быть не более 1/10 принятой для плана высоты сечения рельефа. Для труднодоступных лесных районов эта точность определения в плановом и высотном положении пунктов может быть понижена в 1,5 раза.

§ 7.2. ТЕОДОЛИТНЫЕ ХОДЫ

Плановое съемочное обоснование создается в большинстве случаев путем проложения теодолитных хо­дов. Исходя из реально возможной точности линейных измерений сталь­ными мерными лентами (см. § 4.1) и угловых измерений современными техническими приборами предельная относительная линейная ошибка в теодолитных ходах установлена не более 1/2000. Для неблагоприятных условий измерений эта ошибка может быть допущена до 1/1000, но длина хода должна быть уменьшена.

Длины ходов в зависимости от застроенности территории устанавли­ваются инструкцией (табл. 7.1).

Гиблици 7.1

М асш табсъемки

П редельные длины теодолитных ходов (км)

м еж ду пунктами опорных геодезических

сетей

М аксим аль­ная

удаленность узловых

точек хода от

исходных пунктов,

на которые опираю тся

теодолитны е ходы (км)

на за с тр о ­енных

террито­риях

на н езаст­роенных

тер р и то ­риях

1 :5 0 0 0 4 6 31:2 0 0 0 2 3 1 .5

11 :1 0 0 0 1 .2 1 ,81 :5 0 0 0 , 8 1 ,2 0 , 7

Проектирование ходов осуществ­ляют по имеющимся на район работ картам и планам наиболее крупного масштаба, на которые наносят все пункты Государственной геодезичес­кой сети и сетей сгущения.

Проектирование ходов начинают с определения основных направлений теодолитных ходов между исходными пунктами так, чтобы их длина не превышала установленного допуска. В случае отсутствия такой возможно­сти проектируют систему ходов с узло­выми точками и образованием замк­нутых полигонов. Длины сторон хода должны быть не более 350 и не менее 20 м на застроенных и не менее 40 м на незастроенных территориях и рас­полагаться на местности, удобной для линейных измерений. Проектирование теодолитных ходов в целях создания съемочного обоснования для различ­ных видов съемок имеет свои особен­ности. Так, например,если в дальней­шем предполагается использование тахеометрической или мензульной ви­дов съемок, то расположение точек теодолитного хода по территории района работ должно быть по возмож­ности равномерным. Совсем другим должно быть расположение точек хода в случае использования стереотопо- графического способа наземной или аэрофотосъемки. При съемке городов и поселков теодолитные ходы про­кладывают по магистральным направ­лениям (улицам, переулкам). Име­ются свои особенности при проло- жении теодолитных ходов для геоде­зического обеспечения изысканий и строительства плотин, и т. п.

Полевые геодезические измерения. В теодолитных ходах измеряют длины сторон хода и углы поворота на точ­ках. Если такой ход является одно­временно и высотным, то на точках хода измеряют углы наклона по каж ­дой стороне в прямом и обратном на­правлениях одним полным приемом при двух положениях вертикального круга. Измерение углов в теодолит­ных ходах производится полным прие­мом техническими теодолитами. Рас­

хождения в значениях угла между полуприемами не должно различаться больше чем на 45".

Измерение длины сторон теодолит­ного хода производят либо непосред­ственно мерными стальными лентами в прямом и обратном направлениях или дважды в одном направлении, либо с помощью дальномерных наса­док (см. § 4.2).

Вычислительная обработка резуль­татов измерений. Обработка полевых измерений в стационарных условиях называется камеральной. Конечной целью камеральной обработки тео­долитного хода (системы ходов) явля­ется получение наиболее точных зна­чений прямоугольных координат: X и Y и их высот — Н точек теодолитных ходов (если ходы являются одновре­менно и высотными).

Камеральная обработка измере­ний, полученных при проложении хо­дов, производится в следующем поряд­ке: проверяют в полевом журнале правильность вычисления измеренных углов из полуприемов; в измеренную длину сторон хода вводят поправки за наклон линии к горизонту (при углах наклона более 1,5°).

Рассмотрим вариант вычисления координат точек на примере замкну­того теодолитного хода, проложен­ного от пункта триангуляции «Искра» (рис. 7.3). По данным измерений дирекционный угол направления с пункта «Искра» на точку № I 15°43'.

Вычисления выполняют в ведомо­сти (табл. 7.2). Из полевого журна-

I

Рис. 7.3. Схема замкнутого тео- долитного хода

CNn !

3 -3

vcssb -

Й ° ¥ g * ° 5 о 5 -

,o S |3 &

СЮCO

Со

r -00CO

сOi

00lO

05о

lO

CO

lC

S2

S\C

соосо

о1/ЭCO

оo>

<4*

h -со

+

COC Q ^Ulo

-4"CO

+

CO

+

со

I

со

+

ЮCO

COи 24U rn . r -

со смо ю00 h-h- сО+ !

COо

+

a

:CO

О

о "

h -cO

Юо

« 8

2 -CO

со 00ю со см

см00

см СМ

CO

+

CM

I

оcsсо"+

cmГ0 CO

0 0ю ю

СО с о<*•СМ смII II% S iо <W W

ю юо о

со соСМ

1|СМ

к|II IIн

< <w

2

lOсо"r -

tl0 .

c

II

w

00 сою ю смСО СО о

rfСМ СМ оII II 4-% % п< < К

-!-W

1а-.

Г "-СМ 0 5

СО см см

см

IIсм

IIо

+ч II< <1 II

*

cm

л>

■H

I Оос

1 CN

о+1

»M % + « ц

-н

V1 iO

СОCN

88 45

120

17

112

35 00

107

05

540°

00'

8оОT fю

0'

Абс

олю

тна!

иевя

зка

Отн

осит

елы

невя

зка

88 45

,0

+0

,5

120

16,5

112

35,0

111

18,0

+0

,5

107

04,5

539°

59'

2d (п

—2)

54

0°00

'

О0ОО

1

АCZC L о . * X ̂ СS сV

-

III IV

О.Б

С О .

н

hо а

нСО.

ла выписывают соответственно в гр. 2 и б ведомости среднее значение из­меренных углов — р, и длины сторон хода. Последовательность вычисле­ния ведомости координат такова:

1. Увязка углов. Теоретическая сумма внутренних углов многоуголь­ника равна

2 р т= 180°(п — 2), (7.1)

где п — число углов.В данном примере сумма изме­

ренных углов равна 539°59'. Путем сравнения суммы Ерпр измеренных углов и теоретической суммы 2рт определяют величину угловой невязки к-

/р = 2 р пр — 2рт.

Допустимость угловой невязки оценивается по формуле

^ д„„= ± Г л А г (7-2)Угловую невЯзку, если она допус­

тима, распределяют на все углы по­ровну. Знак поправки противополо­жен знаку невязки.

2. Вычисление дирекционных углов и румбов. По исходному дирекцион- ному углу ао и увязанным углам вычисляют дирекционны е углы всех остальных сторон хода по фор­муле

а п = а л_ 1 ± 180°—Р„, (7.3)где а п — дирекционный угол после­дующей стороны хода; a n- i — дирек­ционный угол предыдущей стороны; р„ — увязанный, вправо по ходу лежащий угол (заключенный между предыдущей и последующей сторо­нами хода).

Вычисленные дирекционные углы сторон хода записывают в гр. 4 ведо­мости и производят контроль вычис­ления дирекционных углов. В замкну­том теодолитном ходе контролем вы­числений является получение дирек- ционного угла исходной стороны. Для удобства работы с таблицами нату­ральных значений тригонометрических функций и определения знака для приращений координат дирекционные

углы переводят в румбы с округле­нием до целых минут*.

Зависимость между дирекцион- ными углами и румбами, а также знаками приращений координат при­ведена в гл. 1.

3. Вычисление приращений коор­динат Да: и А у по значениям румбов г и горизонтальным проложениям d сторон хода (см. гл. 1).

Вычисления приращений коорди­нат производят на калькуляторах или с помощью таблиц приращений коор­динат, правила пользования которы­ми указаны в предисловии к ним.

Алгебраическая сумма прираще­ний координат в полигоне по каждой оси равна нулю. В действительности же результаты измерений углов и ли­ний имеют ошибки, вследствие кото­рых суммы вычисления приращений координат 2Ах и 2Ду отличны от нуля. Невязки в приращениях координат по каждой оси равны:

/* = 2 Ах, (JA)fy = %Ay.

По невязкам приращений координат вычисляют абсолютную невязку для периметра хода:

/р = ± д / fl + f2y ■ (7.5)

Невязка для периметра теодолитного хода при благоприятных условиях измерения длин линий считается до­пустимой, если она не превышает 1/2000 периметра, или относительная невязка должна быть

7^2006-Если относительная невязка допусти­ма, то невязку по осям координат fx и fy распределяют с обратным знаком на все приращения пропорционально длинам сторон хода.

Полученные поправки округляют

* Вносимая при этом ошибка в угол хода составит не более ± 0 ,5 ' , в относительной мере это не более 1/7000, что в 3 слишним раза меньше относительной ошибки хода, рав­ной 1/2000, следовательно, такой ошибкой можно пренебречь.

до сотых долей метра и записывают над соответствующими значениями приращений. Исправленные значения приращений получают как алгебраи­ческую сумму поправки и прираще­ния. Сумма исправленных приращений по каждой оси должна равняться нулю, в чем необходимо убедиться.

Зная координаты пункта «Искра», по исправленным приращениям по­следовательно вычисляют координаты всех точек теодолитного хода по формулам:

*;+,=*; + А* М,+ ,)’(7.7)

y = y t+ A y i ( i +l ) ,

где xi + i, y,+i — координаты последу­ющей точки соответственно по осям X и У; Xi, yi — координаты предыду­щей точки соответственно по осям X и У; Дх,-,(/+1), Ау,,(«+|) — исправлен­ные приращения координат, взятые со своими знаками.

Контролем правильности вычис­ления при последовательном получе­нии координат точек полигона явля­ется получение тех же координат исходной точки, так как сумма исправ­ленных приращений равна нулю.

В геодезическом производстве, когда планируется большой объем вычислений по уравниванию теодо­литных ходов (сетей), все эти работы выполняют на ЭВМ. Разработаны спе­циальные программы и современные ЭВМ имеют математическое обеспе­чение — комплект программ для ре­шения типовых задач.

Подготовка задачи для решения ее на ЭВМ состоит из следующих операций: 1) математическая интер­претация задачи и составление алго­ритма ее решения; 2) составление программы и ее отладка; 3) ввод в машину исходных данных; 4) реше­ние задачи и вывод результатов в удобной для потребителя форме.

Типовой алгоритм вычисления ко­ординат точек замкнутого теодолит­ного хода и математическая интер­претация задачи были изложены

выше применительно к описанной схе­ме хода.

Исходные данные. Прямоугольные координаты на плоскости (в услов­ной системе) геодезического пункта «Искра», пир. 4 кл., дирекционный угол с нее на тчк. № 1= ао , изме­ренные углы — р,; стороны хода — eh ( /= 1 , 2,..., п).

Порядок решенияП

1 - 3 > = л2. л { п - 2 ) = В 3 - h = ( A - B )4. /рДоп= ± УОл/п5. Если /р > /р доп, то стоп!6. vi = — h / n -7. в‘ =В.+ и.к у р ав r i 1 i

8. «(= (a i_ 1+ ,8 0 "-p '-a'l) 1^ -9. Axi = diCOsa,i;

A yi = d is'm alП П

W . ^ A x = fx ^ \ y = f yI t

ч- / Р= У f2A f lп

12. Р = 2 dt

14. Если ^ > 2(5og> то стоп!

>5- Ух,= ^ г Ч ;

16. Д х ‘ = Д х . + и .ур ав i 1 xi

А!/урав = А̂ 1 + %'п

17. Если 2 ^ у р а в ^ 0 или1

п

У Ди‘ ФО, то стоп!4mJ v урав

118. X[ = X i—] -j- АлГурав»

Ui yi — 1 "Ь А^/урав Вывод

Вывод XI , х 2,..., Хп,У 1. У 2 , ~ ; Уп-

Программа вычислений координат вершин замкнутого теодолитного хода на ЭВМ ЕС 1022 приведена в пакете типовых программ ИВЦ МАрхИ.

ГЛАВА 8

ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ

§ 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯО ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЪЕМКАХ

Съемкой называется процесс гео­дезических измерений на местности, выполняемых для составления карт и планов. Съемка называется горизон­тальной, если определяется взаимное плановое положение контуров и объек­тов — ситуации местности. Если кро­ме ситуации снимается рельеф мест­ности, то съемка называется топо­графической.

Топографические съемки в СССР выполняются в масштабах 1:25 000, 1:10 000, 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500. Топографические съемки масштаба 1:5000 и крупнее называ­ются крупномасштабными.

Применяются следующие методы топографической съемки: фототопо- графический, мензульный, тахео­метрический, нивелирование поверх­ности. Применение того или иного метода съемки зависит от многих факторов: масштаба съемки, размера участка, особенностей местности (за­строенная, залесенная, равнинная, горная и др.), сроков выполне­ния работ и др.

Основным методом съемки явля­ется фототопографический.

В результате топографических съемок составляются топографичес­кие планы и карты, фотопланы, а также цифровые модели местности — ЦММ. Фотопланы получают с по­мощью фототрансформирования аэро­снимков по зонам (см. § 9.2).

Цифровая модель местности пред­ставляет собой информацию о мест­

ности, представленную в цифровой форме. Цифровая модель местности создается на ЭВМ Единой серии с комплектом периферийного и допол­нительного оборудования. ЦММ фор­мируется по данным топографичес­ких съемок, а также путем преобра­зования в цифровую форму карто­графического изображения. На ЭВМ подсчитываются координаты и высота точек местности, кодируются контуры ситуации, условные знаки, рельеф, вся информация о местности приво­дится к форме, удобной для дальней­шего применения. Цифровая модель местности состоит из независимых моделей: рельефа местности, комму­никаций, зданий и сооружений, гидро­графии, почвенно-растительного по­крова.

Точность ЦММ должна соответ­ствовать точности топографического плана (карты) соответствующего масштаба. Цифровую модель местно­сти можно преобразовать с помощью ЭВМ и автоматического координато­графа (АК) в топографический план (карту). На основе ЦММ можно по­лучить другие виды графической информации о местности: профили, перспективы, схемы, графики. ЦММ используется в системе автоматизи­рованного проектирования — САПР. Цифровое моделирование местности является перспективным направлени­ем, которое будет совершенствоваться на базе использования периферийных устройств ЭВМ: графопостроителей, дисплеев, быстродействующих АЦПУ.

Новым типом топографических карт являются ортофотокарты, ко­торые получают путем обработки ма­териалов аэрофотосъемки. Ортофо­токарта является фотографической картой местности, на которой услов­ными знаками изображены ситуация и рельеф. По технико-экономическим показателям процесс составления ортофотокарт значительно эффектив­нее традиционных методов аэрофото­топографической съемки. Ортофото­карты значительно превосходят то­пографические карты по объему

информации и наглядности изображе­ния местности.

В целях совершенствования про­цессов топографических съемок в раз­личных странах разрабатываются автоматизированные системы круп­номасштабного картографирования (АКС). Они применяются для созда­ния топографических и специальных карт и планов, информационного обеспечения задач проектирования, землеустройства и т. д. В СССР внедряется автоматизированная си­стема крупномасштабного картогра­фирования (АСК-1), предназначенная для автоматизированного составле­ния крупномасштабных планов.

АСК-1 состоит из четырех под­систем: сбор топографо-геодезичес- кой информации; первичная обработ­ка топографо-геодезической инфор­мации; формирование цифровой мо­дели местности (ЦМ М ); картографи­ческое изображение.

Сбор топографо-геодезической ин­формации осуществляется по данным аэрофототопографической съемки, наземных съемок, а также путем ана­лиза имеющихся материалов.

Подсистема первичной обработки выполняет расчет на ЭВМ данных, подготовленных в подсистеме сбора. При этом каждому методу сбора соответствует набор обрабатывающих программ. В результате получаются каталоги координат контуров и точек местности.

Подсистема формирования ЦММ обеспечивает стыковку отдельных съемочных участков, формирует мо­дели топографических объектов. В ре­зультате получается ЦММ в виде информационных массивов.

Подсистема картографического изображения преобразует ЦММ в цифровые карты, осуществляет рас­чет и вычерчивание оригиналов си­туации, рельефа, профилей.

Техническую базу АСК-1 состав­ляют современные серийные геодези­ческие и фотограмметрические при­боры, средства вычислительной тех­ники; оптические теодолиты, тахео­

метры, электронные тахеометры, све- тодальномеры с цифровой индикаци­ей, картографические столики, стерео­графы СЦ-1 и СД-3, стереокомпара­торы, ЕС ЭВМ с номером модели 1022 и выше, графопостроители и др.

В перспективе внедрение автома­тизированных систем обеспечит по­вышение производительности труда при топографических съемках от 40 до 90% с сокращением срока работ до 10...15 раз.

Материалы топографических съе­мок устаревают, так как идет процесс хозяйственного использования мест­ности; строятся новые объекты, ве­дется добыча полезных ископаемых и т. д. Кроме того, происходят изме­нения физико-географических усло­вий, что также должно быть отраже­но на топокартах. Для поддержания топокарт на современном уровне вы­полняется их обновление.

Точность выполнения полевых из­мерений, детализация съемки ситуа­ции и рельефа местности зависят в основном от масштаба плана или карты. Чем крупнее масштаб, тем выше требования к точности и под­робности изображения местности на плане. При использовании топогра­фических карт и планов в качестве подосновы для архитектурно-строи­тельного проектирования их масштаб назначается в зависимости от объекта и стадии проектирования.

Показателем подробности и точ­ности изображения рельефа на топо- планах (картах) является величина высоты сечения рельефа.

§ 8.2. ТЕОДОЛИТНАЯ СЪЕМКА

Теодолитная съемка относится к горизонтальному виду съемки и вы­полняется с помощью технических теодолитов. Расстояния измеряются лентой или дальномерами. Ее реко­мендуется применять для составления планов масштабов 1:2000, 1:1000 и 1:500 застроенной территории. Прие­мы и методы теодолитной съемки лежат в основе геодезических обме­ров архитектурных сооружений.

Геодезическое плановое съемочное обоснование создается путем проло- жения на местности замкнутых или разомкнутых теодолитных ходов (см. § 8.2).

От точек и сторон теодолитных ходов выполняется съемка ситуации. При этом применяются следующие способы: перпендикуляров (прямо­угольных координат), линейных засе­чек, створов (промеров), угловых засечек, обхода или обмера, поляр­ных координат. Выбор способа съем­ки зависит от масштаба съемки, характера местности, вида и распо­ложения данного объекта относитель­но точек и сторон теодолитного хода. Измерения углов выполняются при одном положении круга, расстояния определяются до 1 см. Данные поле­вых измерений фиксируются в абри­се — схематическом чертеже, состав­ленном от руки в произвольном мас­штабе, на котором изображаются точки и стороны теодолитного хода, элементы ситуации, приводятся ре­зультаты измерений. Как правило, абрис составляется для каждой сто­роны теодолитного хода. В абрисе указываются названия улиц, переул­ков, площадей, номера домов, этаж ­ность, назначение и материал, из ко­торого построено здание, покрытие дорог и другие данные, которые должны быть отображены на этом плане. Абрис является основным документом, по которому в каме­ральных условиях составляется план

Способ перпендикуляров (прямо­угольных координат) состоит в изме­рении на местности длины перпенди­куляра, опущенного из определяемой точки на сторону теодолитного хода, и расстояния от точки хода до осно­вания перпендикуляра. Короткие пер­пендикуляры строятся на глаз, более длинные — с помощью экера (рис. 8.1), который представляет собой трехгранную призму, две грани которой — зеркала, служащие для восстановления и опускания перпен­дикуляров на стороны теодолитного хода.

Рис. 8.1. Двузер­кальный экер

Предельные длины перпендикуля­ров для различных масштабов съем­ки приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

М асш табеъемки

П редельная длина (м) п ерпенди­к у л я р а , построенного

на гл аз экером

1 :2 0 0 0 8 601 :1 0 0 0 6 401:500 4 20

На рис. 8.2 приведен абрис съемки реки способом перпендикуляров от стороны теодолитного хода.

Способ линейных засечек состоит в измерении расстояний от точек тео­долитного хода (или точек, располо­женных на стороне теодолитного хо­да) до определяемых объектов (рис. 8.3). Длина засечки не должна превышать длины рулетки (ленты). Для контроля при съемке важных контуров (углы кварталов, опорные здания) делается третья линейная засечка.

(itf

Рис. 8.2. Абрис съемки способом перпендикуля­

ров

Способ створов (промеров) приме­няется для съемки точек, располо­женных в створе стороны теодолит­ного хода или сторон зданий. Этот способ широко используется при вну­триквартальной съемке и нередко

< @ >

Точка 2

Рис. 8.4. Абрис съемки способом створов

сочетается со способом перпендику­ляров и линейных засечек (рис. 8.4).

Способ угловых засечек применя­ется там, где невозможно выполнить непосредственное измерение расстоя­ний. Положение точки определяется по двум углам, измеренным в точ­ках теодолитного хода или в точках, расположенных на его сторонах (рис. 8.5). Величина угла при опреде­

Рис. 8.3. Абрис съемки контура зд а ­

ния способом ли­нейных засечек

Рис. 8.5. Абрис съемки способом угловой за ­

сечки

ляем ой точке д о л ж н а быть в п р еде­лах от 30° ДО 150°.

Способ обхода или обмера приме­няется при съемке участков площад­ной формы, например при обмере габаритов зданий. Измерения выпол­няются выше цокольной линии ф аса­да, при этом определяются размеры всех архитектурных выступов, арок, проемов и др.

В способе полярных координат положение точки определяется по го­ризонтальному углу от стороны хода до направления на точку и по рас­стоянию от вершины измеренного угла до определяемой точки (рис. 8.6). Контроль съемки ситуации выполня­ется выборочно путем повторной съем­ки одной и той же точки другим способом. При составлении планов заводских и городских территорий с капитальной застройкой данные из­мерений, приведенные в абрисе, обра­батываются аналитически с помощью ЭВМ для получения координат точек ситуации: углов капитальных зданий, главных точек сооружений и др.

Составление плана по данным тео­долитной съемки начинается с по­строения на планшете координатной сетки со сторонами квадратов 10 см. Планшет изготавливается из листов высококачественной фанеры или алю-

Рис. 8.6. Абрис съемки способом полярных координат

миния р азм ером 6 0 X 6 0 см, на кото­рые наклеивается чертежная бумага. Координатная сетка строится с по­мощью координатографа или линей­ки Ф. В. Дробышева. На планшете по координатам наносятся пункты го­сударственной геодезической сети, точки теодолитного хода и координи­рованные точки ситуации местности. После этого от сторон и вершин теодолитного хода выполняется по­строение контуров местности с по­мощью масштабной линейки и тран­спортира в соответствии с абрисом съемки. Расхождение в положении точки на плане, полученной двумя способами, не должно быть более 0,4 мм в масштабе плана.

План оформляется в соответствии с таблицами условных знаков дан­ного масштаба.

§ 8.3. НИВЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ

Нивелирование поверхности вы­полняется для получения крупно­масштабных топографических планов равнинной местности.

Плановое положение точек опре­деляется с помощью проложения теодолитных ходов, высота точек — геометрическим нивелированием с использованием технических нивели­ров. Нивелирование поверхности мо­жет производиться двумя способами: по квадратам и путем проложения нивелирных ходов с разбивкой попе­речников.

Н и в ел и р о в ан и е п о вер х н о сти по к в а д р а т а м выполняется путем раз­бивки на местности с помощью тео­долита и мерной ленты сетки квадра­тов со стороной 20 м при съемке в масштабах 1:500 и 1:1000, 40 м и 100 м при съемке в масштабах 1:2000 и 1:5000. Одновременно с раз­бивкой сетки квадратов производится съемка ситуации местности и состав­ляется абрис. Для съемки ситуации применяются те же способы, что и в теодолитной съемке. Кроме вершин квадратов на местности закрепляются характерные точки рельефа — плю­

совые точки: бровки и дно ямы, ос- нованйе и вершина холма, точки на линиях водораздела и водослива и др.

Съемочное обоснование создается путем проложения по внешним сторо­нам сетки квадратов теодолитных и нивелирных ходов, которые привязы­ваются к пунктам государственной сети.

Высота вершин квадратов и плюсо­вых точек определяется путем гео­метрического нивелирования. При длине стороны квадрата 50 м и менее все вершины квадрата или несколь­ких квадратов нивелируются с одной станции. Отсчеты по рейкам записы­ваются на схеме, заменяющей жур­нал. Расстояние от нивелира до рей­ки должно быть не более 100... 150 м. При длине стороны квадрата 100 м нивелир устанавливают в центре каж ­дого квадрата; берут отсчеты по рей­ке, установленной в каждой вершине квадрата. Высоту вершин квадратов и плюсовых точек подсчитывают по горизонту инструмента (см. § 6.2).

На рис. 8.7 приведены журнал и абрис нивелирования поверхности по квадратам. Вершины квадратов Л /,

А5, Г5 и Г1 являются точками съемоч­ного обоснования. Нивелирование участка выполняется с одной станции. У вершин квадратов и плюсовых то­чек подписаны отсчеты в мм по чер­ной стороне рейки и подсчитанные высоты этих точек в метрах.

Составление плана по материалам нивелирования поверхности начина­ется с нанесения на планшет по координатам пунктов государствен­ной геодезической сети, точек съемоч­ного обоснования (теодолитно-ниве­лирных ходов), вершин квадратов, плюсовых точек и ситуации.

Проведение горизонталей на пла­не рисовка рельефа — выполняется путем графического интерполирова­ния. Для этого на миллиметровой бумаге или на кальке через равные интервалы проводятся параллельные линии, изображающие горизонтали (рис. 8.8). Интервал между линиями принимается равным 0,5 или 1 см в зависимости от масштаба плана, кру­тизны склонов и принятой высоты сечения рельефа. Высота горизонта­лей подписывается с учетом макси­мальной и минимальной высоты точек

© 74,83 ! ©©Ф

75,106 © 75,257 ©75,381

©

©

© Q

©V*------------------

1763 1588

\74,870 1,20

1j-s 114,60

k \75,550

1439

/ГИ 76 СТ

1315 ̂

696 / *

15,99316,370 \

1826

/75,071

1146

| /

15,201

0326

\75,443 \

0763

\15,462

4625

К14,185 Юм

Р- > *

1495

П /̂1 н14,520

1253

14,103

\щ

\

ч14,831 \

1 \

75,201

1491

75,571

1125

1993 18652222

2102

Рис. 8.7. Журнал и абрис нивелирования поверхности по квадратаи

7 4,0

Рис. 8.8. Графическое интерполирование при проведении горизонталей

на участке съемки. Высота горизон­талей должна быть кратна высоте сечения рельефа. Например, на рис. 8.8 подписана высота горизон­талей, кратная 0,5 м — высоте сече­ния рельефа данного плана. По дан­ным нивелирования поверхности, мак­симальная высота точки на участке съемки — 76,37 м, минимальная — 74,47, соответственно максимальная и минимальная высоты горизонталей на м и л л и м етр о вк е — 76 ,5 и 74,0 м. С помощью циркуля-измери­теля с плана на миллиметровую бума­гу переносятся расстояния между соседними точками, причем эти точки откладываются в соответствии с их высотами. После этого по миллимет­ровой бумаге определяются точки пересечения склонов с горизонталями, а затем эти точки обозначаются на плане. В рассматриваемом приме­ре на склонах между точками с высо­той 76,37—75,55 и 76,37—75,44 м определены места прохождения гори­зонталей: на первом из указанных склонов 76 м, на втором 75,5 и 76 м.

Интерполирование выполняется между соседними точками, высоты которых известны: по всем сторонам квадратов, а также по одной из диаго­налей каждого квадрата. При этом из двух диагоналей следует выбрать ту, которая соответствует большему пре­вышению между точками. На рис. 8.7 такие диагонали отмечены стрелками, направленными в сторону понижения склонов. В том случае, когда на сто­роне квадрата или внутри его имеется плюсовая точка, интерполирование выполняется между этой точкой и ближайшими вершинами квадратов.

При наличии достаточного опыта

интерполирование выполняется на глаз. После интерполирования все точки с одинаковыми высотами сое­диняют плавными кривыми линиями, учитывая при этом начертание линий водоразделов, водосливов. В несколь­ких местах плана подписываются вы­соты горизонталей, причем подпись помещается в разрыве линии гори­зонтали так, чтобы верх цифры был направлен в сторону повышения мест­ности, а основание — в сторону по­нижения ее. В местах изгиба гори­зонталей ставятся бергштрихи. На рис. 8.9 приведен пример проведения горизонталей на плане. Оформление плана выполняется в соответствии с топографическими условными зна­ками.

Нивелирование поверхности спо­собом проложения нивелирных ходовс разбивкой поперечников состоит в проложении на местности нивелир­ных ходов по всем характерным линиям рельефа (водоразделам, водо­сливам). Поперечники разбиваются через 40 м при съемке в масштабе 1:2000 и через 20 м — при съемках в масштабах 1:1000. При положе­нии нивелирных ходов выполняется разбивка пикетов, в местах переги­бов скатов обозначают плюсовые точки. В процессе разбивки пикетов производится съемка ситуации и сос­тавляется абрис. Запись нивелировав ния ведется в журнале, где отмеча­ются номера пикетов, расстояние плюсовых точек от ближайших пике­тов, отсчеты по черной и красной сто­ронам реек.

Рис. 8.9. Проведение горизонталей на плане

По данным нивелирования поверх­ности составляются топографический план участка местности, продольные и поперечные профили.

§ 8.4. ТАХЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА

Тахеометрической* съемкой назы­вается топографическая съемка, вы­полняемая с помощью тахеометров или, как исключение, теодолитов типа Т-30, Т-15. Тахеометрическая съемка выполняется как самостоятельный вид съемки или в сочетании с дру­гими видами. Применение тахеомет­рической съемки ограничено теми слу­чаями, когда проведение других видов съемок трудновыполнимо. Например, при создании планов архитектурных ансамблей, небольших застроенных участков в крупных масштабах, а так­же планов узких полос местности при изысканиях железных и автомобиль­ных дорог, трасс трубопроводов и т. д. Приемы и методы тахеометрической съемки применяются также при обме­рах архитектурных сооружений.

В настоящее время в связи с соз­данием новых электрооптических при­боров открылись возможности автома­тизации процесса полевых и каме­ральных работ в тахеометрической съемке, что делает этот вид съемки весьма перспективным.

Тахеометры предназначены для измерения расстояний и превышений, горизонтальных и вертикальных уг­лов. В СССР выпускаются тахео­метры: ТЭ — электрооптический, ТД с авторедукционным дально­мером двойного изображения, ТН — номограммный и ТВ — внутрибазный. Применяются также тахеометры за ­рубежных фирм: Редта 002 (ГД Р), Дальта 010 (ГД Р), Дальта 020 (ГД Р) и др. При работе с тахео­метрами применяют дополнительные устройства — картографические сто­лики, позволяющие выполнить состав­ление плана в полевых условиях.

* «Тахеометрия» обозначает быстрое изме­рение.

Рис. 8.10. Тахометр Дальта со столи­ком Карти

Наиболее распространен картографи­ческий столик КАРТИ 250, который прикрепляется к тахеометру Дальта 010, Дальта 020 (рис. 8.10). При работе с тахеометрами применяются специальные рейки.

Тахеометр ТЭ отечественного про­изводства — электрооптический с автоматической регистрацией резуль­татов измерений на световом табло в цифровом виде, а также на перфо­ленте в условном коде, т. е. в форме, удобной для ввода в ЭВМ. Обработка данных съемки — расчеты и составле­ние плана — выполняется с помощью ЭВМ, оборудованных графопострои­телями. Точность измерения горизон­тальных и вертикальных углов с по­мощью тахеометра ТЭ-3 и ТЭ-5 равна3 и 5 с соответственно, расстояний до2 км — 2 см.

Тахеометр ТД позволяет выпол­нить измерение горизонтальных и вертикальных углов с точностью 0,1'—0,2', горизонтальных проложе- ний линий — с относительной средней квадратической ошибкой 1:5000, пре­вышений h — с ошибкой 3...4 см на 100 м расстояния.

Тахеометр ТН применяется для оп­ределения расстояний, редуцирован­

ных на горизонтальную плоскость, превышения определяются при помо­щи номограммы, видимой в поле зрения трубы.

Тахеометр ТВ используется при тахеометрической съемке труднодо­ступных участков местности: в горных условиях, в городах. Расстояния от2 до 60 м измеряются без рейки, а от 60 до 180 м — по рейке с точностью 1:1000.

Съемочным обоснованием тахео­метрической съемки служит теодо- литно-нивелирный ход или тахеомет­рический ход, которые должны быть привязаны к пунктам государственной геодезической сети.

Выбор способа съемочного обо­снования зависит от условий местно­сти, масштаба и назначения съемки. Точки хода располагаются равномер­но по всему участку съемки с учетом их взаимной видимости и хорошего обзора окружающей ситуации. Точки хода закрепляются на местности деревянными кольями, металличес­кими штырями и др. В теодолитно­нивелирном ходе производят измере­ния, аналогичные выполняемым в теодолитном и нивелирном ходах.

Тахеометрические ходы могут быть замкнутыми или разомкнутыми. Сто­роны тахеометрического хода изме­ряются оптическими дальномерами (в том числе и нитяными) в прямом и обратном направлениях. Расхождение расстояний, измеренных нитяным дальномером прямо и обратно, не должно превышать 1/300. Горизон­тальные и вертикальные углы тахео­метрических ходов измеряются при двух положениях вертикального кру­га теодолита — КП и КЛ. Расхож ­дение значений углов не должно превышать двойной точности отсчет- ного устройства теодолита. Коорди­наты вершин тахеометрического хода вычисляются так же, как в теодо­литном ходе; высоты точек определя­ют методом тригонометрического ни­велирования (см. § 6.2).

Расхождение значений превыше­ний, полученных в прямом и обрат­

ном направлениях, не должны быть более 4 см на 100 м.

Требования, предъявляемые к та­хеометрическим ходам, приведены в табл. 8.2.

Тиб лица 8.2

Масштабсъемки

Максимальное значение

длинахода»

м

длинасторон,

м

чи( ла сторон в ходе

1:5000 1200 300 61:2000 600 200 51:1000 300 150 31:500 200 100 2

Допустимая угловая невязка та­хеометрического хода определяется по той же формуле, как и для теодолитного хода (§ 7.2).

Допустимая невязка в периметре хода

где S — длина хода, м; \ / Т — отно­сительная ошибка измерения сторон; п — число сторон в ходе.

Невязка превышений хода для разомкнутого хода

П

Лср-("ко„-"„ач)' <8-2)I

для сомкнутого ходап

<8-з>1

где h cp — среднее арифметическое из превышений, определенных между точками хода в прямом и обратном на­правлениях, Н кон и Н нач — высота ко- нечной и начальной точек хода соот­ветственно.

Допустимая невязка

где S — длина хода; п — число сто­рон.

Невяза /л распределяется с обрат­ным знаком пропорционально длинам сторон хода. По исправленным зна­чениям превышений с точностью 0,01 м вычисляются высоты точек тахеометрического хода.

Съемка ситуации и рельефа вы­полняется с точек хода, где устанав­ливается теодолит. Вокруг точки хода — станции намечаются харак­терные точки рельефа и ситуации, на которых последовательно устанав­ливается рейка. Такие точки назы­вают пикетами или реечными точка­ми, они не закрепляются на местно­сти. Пикеты должны быть располо­жены таким образом, чтобы в даль­нейшем, после определения .их плано­вого положения и высоты, можно было составить топографический план. Количество пикетов на станции за ­висит от масштаба съемки, характера рельефа и особенностей ситуации.

Расстояния от прибора до рейки не должны превышать 60 м при масштабе плана 1:500,80 м, при мас­штабе 1:1000, 100 м при масштабе 1:2000 и 150 м при масштабе плана 1:5000. При определении нечетких контуров и съемок рельефа местно­сти указанные расстояния можно уве­личить в 1,5 раза. Наблюдение пике­тов выполняется при одном поло­жении круга, как правило, при КЛ.

Плановое положение пикетов опре­деляется способом полярных коорди­нат: по горизонтальному углу от ис­ходного направления (направление ориентирования) и расстоянию от ин­струмента до рейки. Высоты пикетов определяются тригонометрическим ни­велированием.

Д ля выполнения съемок теодолит устанавливают на станции и приво­дят его в рабочее положение (см. § 5.3). Нулевой штрих лимба гори­зонтального круга ориентируют по исходному направлению — на одну из соседних точек хода. Для этого при закрепленном положении лимба нулевой штрих алилады совмещается с нулевым штрихом лимба и алидада закрепляется; ослабив закрепитель­

ный винт лимба, наводят трубу на соседнюю точку хода и закрепляют лимб.

Таким образом при нулевом отсче­те по горизонтальному кругу зритель­ная труба наведена на соседнюю точку хода. Далее в процессе измере­ний горизонтальных углов наведение зрительной трубы на пикеты выпол­няется путем вращения алидады гори­зонтального круга при закрепленном лимбе. Полученные значения отсче­тов по горизонтальному кругу равны горизонтальным углам, составленным направлением на соседнюю точку хода с направлениями на пикеты.

Место нуля — МО вертикального круга измеряется наблюдениями на2...3 точки, расхождение значений не должно превышать Г . Высота ин­струмента на станции — i измеряется с точностью 1 см.

При визировании на пикеты сред­ний штрих сетки нитей зрительной трубы наводится на высоту инстру­мента г, отмеченную на рейке, и опре­деляются отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам. В том слу­чае, если труба наведена на другую высоту — v, последняя должна быть занесена в соответствующую графу журнала. Все результаты измерений записываются в журнал. Одновре­менно составляется абрис (рис. 8.11), в котором приведено схематическое расположение станций, реечных точек; обозначены характерные линии релье­фа (водосливы и водоразделы), на­правления скатов (стрелками), пока­зано примерное положение горизон­талей. Ситуация на абрисе изобража­ется условными знаками или надпи­сями.

После наблюдения 15...20 пикетов и по окончании работы на станции проверяют ориентирование лимба го­ризонтального круга путем визирова­ния на точку хода, по направлению ко­торой было выполнено первоначаль­ное ориентирование. Отклонение от нулевого отсчета не должно быть более 1,5'.

По данным измерений вычисляю­

©

Рис. 8.11. Абрис тахеометрической съемки

тся и записываются в журнале углы наклона, горизонтальные проложе­ния d и превышения h. Расчеты вы­полняются с помощью ЭВМ, микро­калькулятора, логарифмической ли­нейки или тахеометрических таблиц. Высоты пикетов вычисляются с точ­ностью 0,1 м.

Составление плана выполняется на планшете. Строится координатная сетка, наносятся по координатам X,Y точки геодезического обоснова­ния — станции тахеометрической съемки. С помощью транспортира и масштабной линейки откладываются горизонтальные углы и горизонталь­ные проложения и обозначаются пи­кеты, подписываются их высоты. Для накладки пикетов все чаще ис­пользуются автоматические координа­тографы. При этом предварительно на ЭВМ рассчитываются значения координат пикетов. Путем интерпо­ляции между пикетами проводятся горизонтали. Условными знаками изображается ситуация.

§ 8.5. М Е НЗ У ЛЬ Н АЯ СЪЕМКА

Мензульная съемка — топогра­фическая съемка, выполняемая с помощью мензулы и кипрегеля. Топо-

графическии план составляется в про­цессе полевых работ. Расстояния до точек измеряются с помощью даль­номера кипрегеля, а превышения оп­ределяются тригонометрическим ни­велированием. Мензульную съемку называют углоначертательной, так как углы не измеряются, а строятся графически на планшете с помощью кипрегеля.

Мензульная съемка выполняется на небольших незастроенных участ­ках главным образом в масштабах 1:1000 и 1:2000 , когда отсутствуют материалы аэрофотосъемки, и на за ­строенной территории в масштабе 1:5000.

Для выполнения съемки применя­ется мензульный комплект, состоя­щий из мензулы, кипрегеля, штатива, ориентир-буссоли, центрировочной вилки и двух реек.

Мензула состоит из доски — планшета размером 60X 60 см, укреп­ленной на подставке, опирающейся на три подъемных винта (рис. 8 .12). Планшет 1 прикрепляется к подстав­ке с помощью специальных винтов. Подставка имеет закрепительный и наводящий винты, с, помощью которых планшет вращается вокруг оси. Свер­ху на планшет наклеивается чертеж­ная бумага, на которой предвари­тельно строится координатная сетка. Подставка мензулы укрепляется на штативе.

Ориентир-буссоль 2 служит для ориентирования планшета. Центриро­вание планшета над точкой осущест­вляется с помощью центрировочной вилки 3.

Кипрегель предназначен для ви­зирования на точки местности, про­черчивания направлений на планше­те, измерения вертикальных углов и расстояний (или их горизонтальных проложений) и определения превыше­ний. В процессе съемки применяются кипрегели КА-2 и КН — кипрегель номограммный.

Кипрегель КН (рис. 8.13) состоит из зрительной трубы 1, колонки 2 и линеек: основной 3, служащей осно­

Рис. 8.13. Кипрегель КН

ванием кипрегеля, и дополнитель­ной 4. На основной линейке имеется уровень 5.

Зрительная труба кипрегеля с уве­личением 25х вращается вокруг своей оси на 35° относительно неподвижно­го вертикального круга 6, дает прямое изображение. Зрительная труба имеет закрепительный 7 и наводящий 8 винты. Фокусировка зрительной трубы осуществляется кремальерой 9. На зрительной трубе укреплен реверсив­ный (поворотный) уровень 10, позво­ляющий использовать кипрегель в ка­честве нивелира.

На колонке кипрегеля прикреплен

Рис. 8.14. Поле зрения трубы кипре­геля КН

вертикальный круг, снабженный на­водящим устройством 11 и цилиндри­ческим уровнем с зеркалом 12. Уро­вень служит для установки нуля кру­га.

При круге лево в поле зрения зрительной трубы видна номограм­м а — рис. 8.14. Перед тем как взять отсчет по рейке, пузырек уровня вер­тикального круга приводится в нуль- пункт. Затем точка пересечения вер­тикальной линии сетки и основной кривой номограммы наводится на нуль рейки, установленной на высоте прибора. По кривым номограммы D -100, 0 - 2 0 0 отсчитываются горизон­

тальные проложения d, по кривым с коэффициентами 10, 20 и 100 — пре­вышения h. При использовании ниве­лирной рейки величина d определит­ся как разность отсчетов между край­ними нитями, умноженная на коэффи­циент дальномера. На рис. 8.13 отсчет по верхней нити 2,521, по нижней 2,200, разница 32,1 см, что при коэф­фициенте дальномера 100 соответству­ет горизонтальному проложению 32,1 м. Величина h определяется пу­тем умножения на соответствующий коэффициент (в нашем случае он равен — 10) разницы отсчета по рей­ке в месте пересечения кривой с ко­эффициентом — 10 и отсчета по рей­ке по нижней нити. В данном случае h = — 1,25 м.

Установка мензулы для выполне­ния съемки состоит в ориентирова­нии, нивелировании и центрировании планшета. Эти операции производятся методом последовательных приближе­ний: вначале на глаз, а затем — точ­но. Ориентирование планшета выпол­няется с помощью ориентир-буссоли, которая прикладывается к линии коор­динатной сетки, параллельной оси X. Затем планш ет поворачивается до совмещения северного конца стрел­ки ориентир-буссоли с нулевым ин­дексом. Ориентирование планшета может быть выполнено по имеющим­ся на планшете направлениям на соседние точки: линейка кипрегеля прикладывается к направлению из данной точки на соседнюю и планшет поворачивается до совмещения вер­тикальной нити трубы кипрегеля с изображением вехи, установленной на соседней точке. При центрировании необходимо добиться, чтобы точка, нанесенная на планшете, была распо­ложена над соответствующей точкой местности, что достигается с помощью центрировочной вилки. Нивелирова­ние планшета производится с помо­щью цилиндрического уровня, рас­положенного в основании колонки кипрегеля, и подъемных винтов под­ставки мензулы.

Съемочное геодезическое обосно­

вание для выполнения мензульной съемки развивается от пунктов госу­дарственной геодезической сети. В зависимости от условий местности и масштаба съемки применяются: ана­литические способы: засечки, теодо­литные и тахеометрические ходы; графические способы: мензульные засечки, геометрическая сеть и мен­зульные ходы.

В мензульной засечке положение точки определяется по известным точкам. В прямой засечке мензула последовательно устанавливается в точках, положение которых известно; планшет центрируется, ориентируется и нивелируется и путем визирования на определяемую точку по линейке кипрегеля прочерчивается направле­ние. Положение определяемой точки получается на планшете пересечени­ем двух направлений.

В том случае, если одна из исход­ных точек, плановое положение кото­рой известно, недоступна, положение определяемой точки устанавливается обратной засечкой.

Геометрическая сеть развивается на открытой местности. Точки гео­метрической сети выбираются на воз­вышенных участках с учетом видимо­сти соседних точек. Они обозначаются вехами, закрепляются кольями, шты­рями и плановое положение точек геометрической сети определяется за ­сечками не менее чем с 3 пунктов. Высоты точек определяются тригоно­метрическим нивелированием. Гори­зонтальные проложения между ними измеряют на планшете. Вертикаль­ный угол измеряют при двух положе­ниях круга. Для каждой стороны вы­числяют прямые и обратные превыше­ния, расхождения между которыми не должны превышать 4 см на 100 м.

На рис. 8.15 приведен пример по­строения геометрической сети на план­шете: а, Ь, с — пункты государствен­ной геодезической сети: 1, 2 , 3...— точки геометрической сети. Направле­ния, прочерченные за рамками, при­меняются для ориентирования план­шета на точках.

\ \ \ X V f t

5 л с /

М__V -Wv3 12-

/\ / *

а АС-------

ч Ч-W X / \ Г \

Рис. 8.15. Построение геометрической сети на планшете

Мензульные ходы прокладываются для сгущения съемочного обоснования в застроенной или залесенной мест­ности. Расстояния и превышения меж­ду точками хода измеряются в прямом и обратном направлении. Допустимое

значение невязки высот хода под­считывается по той же формуле, как и для тахеометрического хода. Отно­сительная ошибка в периметре мен­зульного хода Др / р не должна пре­вышать 1 /300, а линейная ошибка — не более 0,8 мм.

Съемка ситуации и рельефа выпол­няется с точек съемочного обоснова­ния, на которых последовательно устанавливается мензула. Вокруг съе­мочной станции намечаются пикеты, где устанавливается рейка. При наве­дении зрительной трубы кипрегеля на рейку выполняются измерения, как и в тахеометрической съемке, но каж ­дый пикет сразу же наносится на планшет. Для этого измеренное гори­зонтальное проложение откладывает­ся вдоль скошенного ребра линейки кипрегеля, зрительная труба кото­рого наведена на снимаемую точку.

Рельеф на плане изображается го­ризонталями, интерполирование вы­полнятся на глаз по высотам пи­кетов.

ГЛА ВА 9

ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ

Фототопографические методы съемки основаны на использовании фотоснимков, полученных при фото­графировании местности специальным фотоаппаратом, установленным на земле или на самолете. В связи с этим различают два вида фототопо- графических съемок: аэрофототопо­графическая и наземная (фототеодо- литная) съемка.

Фотоснимок как модель объекта имеет такие важные достоинства, как полная объективность и детальность изображения. Фотоснимки, получен­ные прецезионными фотокамерами, при их обработке строгими методами на точных приборах и ЭВМ обеспе­чивают высокую точность определе­ния координат изобразившихся на них точек, линейных и угловых изме­рений. При фототопографических съемках основной объем по созданию

топографических планов и карт пере­носится в камеральные условия. Это обстоятельство дает возможность использовать приборы стационарного типа, намного повысить производи­тельность труда и экономическую эффективность топографо-геодезичес- кого производства.

Аэрофототопографическая съемка является основным методом создания топографических планов и карт раз­личных масштабов и решения раз­личных измерительных задач в гидро­технике, дорожном деле, при земле­устроительных и лесоустроительных работах и пр.

В комплекс процессов фототопо- графической съемки входят фотогра­фирование местности, полевые геоде­зические работы и камеральные фо­тограмметрические работы.

Задачей фотосъемочных работ яв­

ляется получение фотоснимков мест­ности, соответствующих заранее за ­данным требованиям. Полевые геоде­зические работы имеют целью опре­деление координат точек местности, которые необходимы для последую­щей обработки фотоснимков и рисов­ки горизонталей. В результате фото­грамметрических работ производится комплекс измерений на фотоснимке с целью создания топографических пла­нов и карт.

§ 9.1. АЭ РО Ф ОТ О СЪ ЕМ КА МЕ СТ НОСТ И

А эроф отосъем ка вы полняется специальным аэрофотоаппаратом (АФА), имеющим устройства, обеспе­чивающие автоматизацию съемки: сохранение заданного интервала вре­мени между экспозициями в зависи­мости от высоты фотографирования, скорости полета и других параметров, выравнивание аэропленки при экспо­зиции, ее перематывание и др. АФА имеют формат кадра 18X18 см и реже 30X 30 см.

Аэрофотосъемка по условиям вы­полнения и метрическим требованиям к снимку существенно отличается от обычных видов фотографии. Для по­лучения доброкачественных аэросним­ков необходимы изучение и всесто­ронняя оценка атмосферных условий съемки, характеристик АФА, свойств фотографических материалов и про­цессов их химико-фотографической обрабтки.

Аэрофотосъемка может быть пла­новой и перспективной. Если угол наклона оптической оси АФА относи­тельно вертикали не превышает 3°, то такая съемка называется плано­вой. Для придания оси фотокамеры неизменного отвесного положения ис­пользуется гиростабилизирующая установка, которая позволяет выдер­живать горизонтальное положение фотопленки с точностью 15..20' не­зависимо от колебаний самолета. При перспективной съемке АФА устанав­ливают так, чтобы его оптическая ось составляла с вертикалью требуе­

мый заранее рассчитанный угол (ча­ще всего 30,45 или 60°). В аэрофото­топографии, как правило, используют снимки плановой аэросъемки или, как говорят, плановые аэроснимки, которые в дальнейшем и будем рас­сматривать.

Для создания топографических планов и карт применяется площад­ное фотографирование. Оно выполня­ется проложением ряда параллель­ных друг другу маршрутов с взаим­ным перекрытием смежных аэросним­ков одного маршрута, которое назы­вают продольным перекрытием, и с взаимным перекрытием снимков смеж­ных маршрутов, называемым попереч­ным перекрытием. Продольное пере­крытие аэроснимков обычно составля­ет 60..65%. Такое большое продоль­ное перекрытие аэроснимков необхо­димо для дальнейшей их фотограм­метрической обработки. Поперечное перекрытие обычно 30. .40%.

Масштаб аэросъемки определяют в зависимости от масштаба изготов­ляемого плана, принятой на нем вы­соте сечения рельефа, характера мест­ности и имеющегося фотограмметри­ческого оборудования. Обычно он в1,5...2 ,5 раза мельче масштаба состав­ляемого плана.

В районах, где мало четких есте­ственных контуров, перед выполнени­ем аэросъемки производят маркиров­ку, т. е. создают искусственные кон­турные точки. По окончанию съемки кассеты с экспонированными аэро­фильмами сдают в лабораторию, где выполняют фотообработку аэропле­нок, изготовление контактных отпе­чатков и фотомонтаж, который ис­пользуется для составления планов геодезических и фотограмметрических работ.

§ 9.2. Г Е О М Е Т Р И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА АЭР ОСНИ МКА

Фотоснимок представляет собой центральную проекцию (перспективу) сфотографированного объекта (рис. 9.1). Центром проекции S является опти-

ка

ческий центр объектива фотокамеры, картинной плоскостью Р плоскость фотопластинки, а оптическая ось фо­токамеры (оО) — главным лучом. Точка о — главная точка картинной плоскости или главная точка снимка. S n N — отвесный проектирующий луч; п — точка надира, а ее проекция на предметную плоскость — надир; S N — высота фотографирования.

В том случае, когда фотографи­руемый участок местности представ­ляет собой горизонтальную плоскость, а ось фотокамеры занимает строго отвесное (вертикальное) положение, центральная проекция подобна орто­гональной. На таком снимке, назы­ваемом горизонтальным, можно про­изводить точные измерения расстоя­ний, углов и площадей сфотографи­рованных объектов.

Возьмем на аэроснимке произ­вольный отрезок ab (рис. 9.2); ему на местности соответствует отрезок АВ.

Рис. 9.2. М асш таб горизонтального снимка

Так как аэроснимок горизонтален, то из треугольников naS и N AS, которые подобны, видно, что

a b / A B = n S / N S = f / H ,

где n S — f — фокусное расстояние фотокамеры; NS = H — высота фото­графирования.

Отношение a b .A B есть масштаб отрезка ab, но так как ab выбран произвольно, то масштаб любого отрезка также будет равен f:H. Сле­довательно,

1 / m = f / H , (9.1)гд m —знаменатель масштаба аэро­снимка.

Влияние наклона снимка на его геометрические свойства. Пусть теперь местность будет горизонтальной пло­скостью, а оптическая ось фотокамеры в момент фотографирования отклони­лась от отвесной линии на некоторый угол а , т. е. аэроснимок занимает наклонное положение (рис. 9.3). Для того чтобы нагляднее представить се­бе, как будет в этом случае отли­чаться центральная проекция от ор­тогональной, возьмем на местности равные между собой отрезки А В = — B N — NO = O C = O D . Из чертежа видно, что соответствующие отрезки ab, Ьп, по, ос и od на снимке не будут равны между собой. Следовательно, масштаб наклонного аэроснимка бу­дет непостоянным; он меняет свою величину в каждой точке.

Если на местности имеется сетка квадратов, то на наклонном снимке она изобразится в искаженном виде.

Рис. 9.3. Изменение м асш таба аэроснимка, вызванное его наклоном

Масштаб вдоль главной вертикали уменьшается по направлению к глав­ной точке схода i. Линии же, перпен­дикулярные к главной вертикали, т. е. горизонтали аэроснимка, будут параллельны плоскости местности и, следовательно, масштаб вдоль каждой из них будет постоянным, но своим для каждой линии. Нетрудно видеть, что формула масштаба (9.1) для на­клонного снимка не будет справедли­ва.

Если сфотографировать местность с одной и той же точки дважды: один раз при строго отвесном поло­жении оптической оси фотокамеры (на плоскость Ро) (рис. 9.4), а второй раз под углом а (на плоскость Р) и сравнить полученные аэроснимки, то все точки местности на наклонном снимке получат линейное смещение относительно их положения на гори­зонтальном снимке. На рис. 9.4 линей­ным смещением изображения точки А местности будет отрезок прямой аао.

Смещение изображения точки на снимке, обусловленное отклонением оптической оси от отвесной линии, называется искажением за перспек­тиву. Отклонение оптической оси от отвесной линии вызывает не только смещение точек на снимке, но и иска­жение углов. Из теории перспективы известно, что только те углы, вершины которых находятся в точке нулевых

Рис. 9.4. Смещение положения точки на наклонном снимке

искажений, перспективно не искаже­ны. Точка нулевых искажений с (см. рис. 9.1) лежит на главной вертикали в пересечении биссектрисы угла меж­ду главным (So) и вертикальным (Sri) лучами с плоскостью снимка.

Это особое свойство точки нулевых искажений имеет большое значение и широко используется при измере­ниях и построениях на аэроснимках.

Влияние рельефа местности. Пусть фотографирование произведено при отвесном положении оси фотокамеры, но местность не представляет собой ровную поверхность (рис. 9.5). Возь­мем на местности какую-либо началь­ную плоскость То- Высоту фотогра­фирования для этой плоскости обозна­чим Но. Произвольная точка А, имею­щая превышение -j-h над той плос­костью, изобразится на снимке в точ­ке а. Если бы местность была плос­кой (/i = 0), то точка А совпала бы с точкой Ао, расположенной на началь­ной плоскости То, и на снимке изобра­зилась бы в точке ао. В этой же точке она изобразилась бы и при ортого­нальном проектировании. Поэтому это положение принято называть истин­ным положением. Точка а вследствие ее превышения над начальной плос­костью То смещена от точки ао на величину аао.

Величину а а о = 6о, т. е. различие в положениях на аэроснимке точки А и ее ортогональной проекции А 0 на

______________ 5__________ .

=с а/г° А / / =5

/с / ^

/ A qJV s!N Л • /

Рис. 9.5. Смещение точек на аэроснимке за рельеф

начальную плоскость То, принято на­зывать искажением на рельеф. Из рис. 9.5 легко установить, что кон­турные точки, совпадающие с точкой надира (п) , не будут иметь искаже­ний за рельеф; из-за влияния релье­фа изображение точки на снимке сме­щается от своего истинного положе­ния по направлению от точки надира, если h положительно (точка А ) , по направлению к точке надира, если h отрицательно (точка В); смещение за рельеф будет тем больше, чем боль­ше превышение h.

Величину поправки 6Л, на которую нужно сместить фотографическое изо­бражение точки на горизонтальном снимке для того, чтобы получить ее плановое положение, вычисляют по формуле

б r= ± r h / H , (9.2)где г — расстояние точки от точки надира; h — превышение точки над средней плоскостью; Я — высота фо­тографирования.

Точка надира является второй осо­бой точкой фотоснимка. Направле­ния, проведенные из этой точки, не искажены за рельеф, а имеют только перспективные искажения.

Из рассмотрения геометрических свойств фотоснимков следует, что наклон аэроснимка и рельеф местно­сти приводят к существенным иска­жениям изображения местности по сравнению с ее изображением в ор­тогональной проекции. Поэтому при составлении по аэроснимкам топо­графического плана основная задача состоит в преобразовании централь­ной проекции аэроснимка в ортого­нальную проекцию путем устранения искажений за перспективу и рельеф.

Стереоскопическая модель мест­ности. Один фотоснимок дает нам одно направление на каждую точку в про­странстве предмета от центра проек­ции, но не положение точек в про­странстве. Так как точка в простран­стве определяется путем пересечения двух лучей, необходимо иметь два фо­тоснимка объекта, полученных с раз­ных точек.

При съемке местности с двух раз­личных точек 5 Л и S n, отстоящих друг от друга на расстоянии В, назы­ваемое базисом фотографирования, точки местности A, D, Е изобразятся на левом и правом снимках соответст­венно в точках ал, ё л, ел и а„, d„, еп (рис. 9.6).

Если снимки расположить на рас­стоянии глазного базиса и рассмат­ривать их так, чтобы левым глазом на­блюдался только левый снимок, а пра­вым — правый и чтобы снимки были правильно ориентированы один отно­сительно другого, то наблюдатель увидит объемное изображение мест­ности, называемое стереомоделью.

Стереоскопический эффект при со­ответствующей тренировке можно по­лучить невооруженным глазом. Одна­ко значительно проще это сделать с помощью специальных приборов. Про-j стейшим из таких приборов является зеркальный стереоскоп (рис. 9.7), в котором используют две пары парал­лельных зеркал, расположенных под углом 45° к плоскости фотоснимков. Между зеркалами установлены лин­зы для рассматривания снимков с увеличением.

При рассматривании стереоскопи­ческой модели [местности создается впечатление осмотра ее в натуре: ясно ощущается величина, форма, прост- ранственность. Благодаря этому зна­чительно облегчается распознавание

Рис. 9.7. Зеркальный стереоскоп

объектов, полученных на аэросним­ках, и отождествление этих точек на соседних снимках.

Если известен масштаб стереомо­дели и ее расположение в опреде­ленной системе координат, то модель можно обмерить и определить превы­шения между отдельными точками земной поверхности, высоту зданий, глубину оврагов и др.

Элементы ориентирования аэро­снимка. Для составления плана и кар­ты, определения координат точек, а также для решения других инженер­ных задач по аэроснимкам необходи­мо знать пространственные коорди­наты центра проекции (точки фото­графирования) и положение картин­ной плоскости (снимка) в момент фотографирования. Эти параметры называются элементами ориентирова­ния. Они разделяются на элементы внутреннего ориентирования, отно­сящиеся к самой фотокамере и явля­ющиеся неизменными для нее, и элементы внешнего ориентирова­ния.

Элементы внутреннего ориентиро­вания определяют положение центра проекции S относительно аэроснимка: фокусное расстояние АФА и коорди­наты Хо, Уо главной точки о аэросним­ка в прямоугольной системе коорди­нат, образованный на нем прямы­

ми, соединяющими противоположные координатные метки / , 2, 3 и 4 (рис. 9.8).

При лабораторных исследованиях и юстировке АФА с в ы с о к о й т о ч н о с т ь ю

определяют его фокусное расстояние и добиваются такого положения, чтобы координаты и Уо не превы­шали нескольких сотых долей милли­метра.

Элементы внешнего ориентирова­ния определяют пространственное по­ложение аэроснимка относительно ко­ординат местности. Таких элементов шесть: три линейных и три угло­вых.

При геометрическом анализе оди­ночного снимка элементами внешнего ориентирования являются Xs, У5, Z s — координаты точки фотографиро­вания, в которой находится центр

S

Рис. 9.8. Элементы вну­треннего ориентирования

аэроснимка

Рис. 9.9. Элементы внешнего ориенти­рования аэроснимка

проекции (рис. 9.9), ао — угол накло­на снимка или угол отклонения глав­ного луча (оптической оси АФА) от отвесной линии, А — дирекционный угол направления главного луча, т. е. угол между осью X и проекцией главного луча на плоскость XY, х — угол поворота аэроснимка во­круг главного луча, т. е. угол на сним­ке между главной вертикалью и осью Y.

При анализе пары аэроснимков вместо углов ао и А принимают углы а и о (рис. 9.10), где а — продоль­ный угол наклона аэроснимка, заклю­ченный между осью Z и проекцией главного луча на плоскость XZ\ со — поперечный угол наклона снимка, со­ставленный главным лучом с плоско­стью XZ.

■Si

Рис. 9.10. Элементы внешнего ориентирова­ния пары аэроснимков

Линейные элементы внешнего ори­ентирования аэроснимка — высота полета самолета и плановые коорди­наты центра проекции могут быть оп­ределены в процессе аэрофотографи­рования, используя радиовысотомер и радиодальномерные системы. Угло­вые элементы ориентирования обычно неизвестны.

Восстановить все элементы внеш­него ориентирования, которые были при фотографировании, и тем самым получить геометрическую модель мест­ности, правильно ориентированную в пространстве, можно на стереофото- грамметрических приборах или анали­тическим методом. Для этого необ­ходимо иметь несколько опорных точек с известными координатами.§ 9.3. А Э Р О Ф О Т О Т О П О Г Р А Ф И Ч Е С К А Я

СЪЕМКА. З А Д АЧ И И М Е Т О Д Ы Ф О Т О Г Р А М МЕ Т Р И ЧЕ С К ОЙ О БР А Б О Т К И АЭ РО СН И МК О В

Сгущение опорной геодезической сети. При составлении карты и плана аэрофототопографическим методом для преобразования центральной про­екции снимка в ортогональную проек­цию необходимо, чтобы каждый сни­мок был обеспечен определенным ко­личеством опорных точек, т. е. точек известными координатами. С целью уменьшения объема полевых работ и удешевления стоимости съемок подав­ляющее большинство опорных точек определяется камерально. Сгущение опорной геодезической сети посред­ством измерений снимков называют фототриангуляцией, которую делят на плановую, или плоскостную, и пространственную.

Плановая триангуляция имеет целью определить только плановые координаты точек. Ее идея заключа­ется в том, что направления, прове­денные из центральной точки снимка / на любые точки, изобразившиеся на нем, практически не имеют искаже­ний за рельеф и перспективу. Она может выполняться как графическим методом, так и аналитическим, кото­рый обеспечивает в 3...4 раза более высокую точность.

Пространственная триангуляция позволяет определить как плановое положение, так и высоту точек. Она выполняется путем построения сте­реомодели местности по снимкам, принадлежащим одному или несколь­ким маршрутам, и ориентирования ее относительно геодезической систе­мы координат. Для этого используют связующие точки, выбираемые в зонах перекрытия аэроснимка.

Она может выполняться аналити­ческим методом, являющимся в насто­ящее время основным, и с помощью универсального фотограмметрическо­го прибора.

В аналитической фототриангуля­ции сначала с помощью точного фо­тограмметрического прибора — сте- реокомпоратора (см. § 9.6) измеряют координаты точек на стереопаре. Результаты измерений, значения ко­ординат опорных точек, фокусного расстояния АФА и другие исходные данные вместе со специальной про­граммой вводят в ЭВМ. По этим данным вычисляют элементы внешне­го ориентирования правого снимка и координаты точек первой стереомо­дели в системе координат снимка. Аналогично выполняется построение второй и последующих моделей. При­ведение моделей к одному масштабу и их ориентирование осуществляется по связующим точкам. Вследствие большого объема вычислений они выполняются только с применением ЭВМ.

В строгом способе фототриангуля­ции, разработанным проф. А. Н. Л о­бановым, используются элементы внешнего ориентирования, зафикси­рованные в процессе аэросъемки, и учитываются погрешности, вноси­мые фотографической системой (не­совершенство объектива АФА, дефор­мация аэропленки и др.). Поскольку все эти параметры известны прибли­женно, то задачу решают методом последовательных приближений. Для больших блоков стереопар число уравнений исчисляется многими сот­нями и тысячами и для их решения

необходима ЭВМ большой мощности.Трансформирование аэроснимков.

Трансформирование аэроснимков имеет целью приведение всех аэро­снимков к единому масштабу и устранению искажений на аэросним­ках за перспективу и рельеф.

На практике зачастую достаточно бывает устранить только искажения за перспективу. Трансформирование, выполняемое в этих целях, принято называть просто трансформировани­ем. Если же в процессе трансформи­рования устраняются искажения и за перспективу и за рельеф, т. е. цен­тральная проекция снимка преобра­зуется в ортогональную проекцию, то такое трансформирование назы­вают дифференциальным трансфор­мированием или ортофототрансфор­мированием.

Трансформирование аэроснимков может выполняться различными спо­собами: графическим, аналитическим, фотомеханическим и другими. Наи­большее применение имеет фотомеха­ническое трансформирование, выпол­няемое на сложных приборах — фототрансформаторах.

Идея фототрансформирования состоит в следующем. Если аэроне­гатив горизонтальной плоской мест­ности, полученный при наклонном положении оси АФА, поместить в про­ектирующую камеру (фокусное рас­стояние которой равно фокусному рас­стоянию аэрофотоаппарата) в такое же положение, которое он занимал в момент фотографирования и спроекти­ровать его на горизонтальный экран, то на экране получим изображение, соответствующее горизонтальному снимку.

Для обеспечения резкости фото­изображения при любом угле наклона плоскости аэронегатива по отношению к экрану и выполнения других гео­метрических условий трансформиро­вания фототрансформаторы имеют специальные коррекционные устрой­ства.

Для трансформирования аэро­снимков необходимо иметь пять опор­

4 З а к . 956

ных (трансформационных) точек, ко­ординаты которых определены либо посредством полевых измерений, либо посредством фототриангуляции. Эти точки по координатам наносят на планшет. В случае неравнинной мест­ности в положение трансформацион­ных точек вводят поправки за рельеф, вычисляемые по формуле 9.3.

Процесс фототрансформирова­ния состоит в совмещении изображе­ния трансформационных точек аэро­негатива с их положением на план­шете и изготовлении исправленных за перспективу фотоснимов. Для этого аэронегатив укладывают в кассету фототрансформатора и, изменяя рас­стояние между плоскостью негатива и экрана и угол между ними, мето­дом последовательных приближений совмещают трансформационные точ­ки аэронегатива с соответствующими точками планшета. Добившись этого, планшет заменяют фотобумагой и про­изводят экспонирование.

При трансформировании аэро­снимков местности с большими пре­вышениями на одну плоскость нельзя привести всю рабочую площадь сним­ка к одному масштабу. В этом слу­чае аэроснимок разбивают по высоте на зоны с таким расчетом, чтобы ли­нейные смещения, обусловленные влиянием рельефа, были не более 0,4 мм, и трансформирование произ­водят по отдельным зонам.

Дифференциальное трансформи­рование аэроснимков применяется в том случае, когда разности высот точек местности в пределах аэро­снимка вызывают необходимость трансформирования более чем на пять плоскостей или в случае значи­тельного расчленения рельефа мест­ности. В результате дифференциаль­ного трансформирования получают изображения, называемые ортофото­снимками, которые практически сво­бодны от ошибок как за перспективу, так и за рельеф.

Ортофотоснимок совмещает в себе точность ортогонального чертежа и богатые изобразительные свойства

фотографического изображения.Вследствие этого он используется не только для составления топографи­ческих планов, но и как самостоя­тельный документ, содержащий боль­шой объем информации о сфотогра­фированной местности.

Дифференциальное трансформи­рование по своей сущности является трансформированием на бесконечно большое число зон. Практически про­ектирование аэронегатива на экран и получение фотографического отпе­чатка производится малыми участка­ми через узкую щель (шириной 0,5... ...1 мм и длиной 4 ...6 мм) по парал­лельным маршрутам. При этом рас­стояние от центра проекции до экрана непрерывно изменяется в соответствии с профилем местности по линии движения центра щели. Это действие выполняет оператор, наблюдая сте­реомодель.

Аэрофототопографическая съемка выполняется двумя основными мето­дами: комбинированным и стерео- топографическим.

Технологическая схема аэрофо­тотопографической съемки приведена на рис. 9.11.

Начальные процессы обоих мето­дов в основном одинаковы: создание

Рис. 9.11. Технологическая схема аэроф ото­топографической съемки

Стереоротограмметричес - кий метод

Камеральные \ работы Стереоскопическая съемка

рельесра и ситуации, камераль­ное дешшрриройание аэроснимков

Полевые [ работы Нолевое дешифрирование аэро­снимков. Досьемка обьектобКамеральные \ работы

Размножение топографичес­ких планов

съемочного обоснования, производ­ство аэрофотосъемки, плановая и высотная привязка аэроснимков, фо­тограмметрическое сгущение опор­ных сетей. Основное различие меж­ду комбинированным и стереофото- грамметрическим методами состоит в способах съемки рельефа.

Комбинированный метод создания топографических планов. Этот вид съемки назван так потому, что он яв­ляется комбинацией фотограмметри­ческих методов с методами наземной топографической съемки. Контурная часть плана создается камерально при помощи аэроснимков, а рельеф снимается в поле с помощью мензулы или нивелира.

Создать точный контурный план путем монтирования аэроснимков без их фотограмметрической обработки нельзя, потому что, во-первых, масш­табы снимков неодинаковы из-за раз­ности высот фотографирования и, во-вторых, вследствие искажений на аэроснимке за перспективу и рельеф. Поэтому для создания контурной части плана вначале производят фо­тотрансформирование снимков. Каж ­дый трансформированный снимок представляет собой уже часть кон­турного плана. Монтаж фотоплана осуществляют на жесткой основе (чаще всего на листе алюминия, оклеенного чертежной бумагой), на которую предварительно по коорди­натам нанесены трансформированные точки. Изображения этих точек на снимках пробивают пуансоном и сним­ки накладывают на основу так, чтобы через отверстия в снимках были видны соответствующие точки основы. Затем по середине продольных перекрытий делают порез сразу двух снимков и центральную часть снимков приклеи­вают к основе безводным клеем.

При съемке территории со сплош­ной многоэтажной застройкой вместо фотоплана создают графические кон­турные планы с помощью стерео- фотограмметрических приборов.

Использование фотоплана в ка­честве основы для съемки рельефа

значительно облегчает нанесение го­ризонталей в поле. Отпадает необхо­димость определять на плане поло­жение переходных точек, так как их почти всегда можно выбрать на ка­ком-либо контуре, имеющемся на снимке. Кроме того, на фотоплане хорошо изображаются многие элемен­ты рельефа (овраги, обрывы, лощи­ны и др.).

В процессе полевых работ одно­временно со съемкой рельефа произ­водится дешифрирование аэросним­ков и нанесение на фотоплан не изобразившихся на нем объектов.

Дешифрирование аэроснимков за ­ключается в опознании на них тех объектов, которые должны быть пока­заны на топографической карте (пла­не) данного масштаба, и определе­нии их качественных и количествен­ных характеристик. Значительная часть объектов изображается на снимках, и их распознавание не вызовет затруднений, поэтому ос­новная задача полевого дешифриро­вания сводится к определению ха­рактеристик объектов. Так, например, при дешифрировании населенных пун­ктов на снимке без труда опознаются' здания и сооружения, а такие данные, как материал стен, номера домов и др., могут быть определены только в нату­ре. Некоторые объекты, которые должны быть показаны на топографи­ческой карте (плане), могут не полу­читься на снимке либо из-за их малых размеров, либо вследствие того, что в момент фотографирования они на­ходились в тени от близлежащих высоких предметов. Положение таких объектов на фотоплане чаще всего определяется способом засечек или промером от расположенных вблизи и хорошо выраженных на фотоплане контуров. Все отдешифрованные объ­екты вычерчиваются установленными условными знаками.

По окончании полевых работ про­изводится редактирование получен­ного оригинала карты (плана), имею­щее целью обеспечить полноту и достоверность содержания, правиль­

ное и наглядное отображение ситуа­ции и рельефа местности установ­ленными условными знаками. Отре­дактированные оригиналы передают для подготовки к изданию или непо­средственного размножения (крупно­масштабные планы) фотомеханичес­ким, электрографическим или дру­гим путем.

Стереотопографический метод создания топографических карт и планов основан на измерении стерео­модели местности, построенной по парам снимков. Получение контурного плана объединяется с процессом сте­реоскопической рисовки рельефа и проводится в камеральных условиях.

В этом методе съемки обычно ис­пользуют сложные, так называемые универсальные приборы, позволяю­щие одному исполнителю последова­тельно выполнять на приборе все процессы создания по аэроснимкам оригиналов планов и карт: фото­грамметрическое сгущение опорных сетей, определение координат отдель­ных точек, рисовку рельефа и ситуа­ции.

На универсальном приборе стерео­модель получают путем одновремен­ного проектирования двух перекры­вающихся снимков (стереопары). Для образования геометрически правиль­ной стереомодели необходимо вы­полнить два условия. Во-первых, проектирующие камеры прибора по своим параметрам должны быть тождественны АФА, которым произ­ведена съемка. Во-вторых, аэросним­ки установлены в такое же положе­ние, которое они занимали в момент фотографирования или функциональ­но измененное — преобразованное по­ложение. Для получения такой сте­реомодели и последующей съемки рельефа и контуров требуется опре­деленное количество плановых и вы­сотных опорных точек, получаемых, как было сказано ранее, фотограм­метрическим методом и частично в поле.

Измерения пространственных ко­ординат точек модели на универ­

сальных приборах осуществляется с помощью измерительной марки, которой снабжен прибор. Оператор, наблюдая стереомодель, одновремен­но видит и измерительную марку в пространстве модели. Высоту марки относительно поверхности модели и ее плановое положение оператор специ­альными устройствами может изме­нять. Горизонтальные движения мар­ки передаются на пишущее устрой­ство и могут фиксироваться на план­шете. Если навести измерительную марку на какую-либо точку модели так, чтобы она касалась поверхно­сти модели, то на шкалах прибора можно определить плановые коорди­наты и высоту этой точки.

Для съемки рельефа измеритель­ную марку прибора устанавливают на высоте, которая соответствует отметке (в масштабе модели) прово­димой горизонтали, и, не изменяя высоты марки, обводят ею модель, следя за тем, чтобы марка постоянно соприкасалась с поверхностью моде­ли. Путь марки в этом случае обозна­чает линию сечения модели горизон­тальной плоскостью или, иначе говоря, горизонталь. С помощью пишущего устройства горизонталь вычерчива­ется на планшете. При проведении каждой последующей горизонтали изменяют установку марки на высоту сечения рельефа, выраженную в масштабе модели.

Д ля нанесения на планшет кон­туров марку перемещают по поверх­ности модели, наблюдая, чтобы во всех точках обводимого контура марка непрерывно касалась поверх­ности модели.

При стереотопографической съем­ке камеральное дешифрирование фо­тоизображения сочетается с полевым. Камеральное дешифрирование выпол­няется одновременно с нанесением объектов на план. При этом широко используются различные вспомога­тельные источники информации о сни­маемом районе: аэроснимки — эта­лоны с результатами полевого дешиф­рирования наиболее характерных

объектов, планы различных ве­домств — сельскохозяйственные, ле­соустроительные, геологические и др., а также материалы технической ин­вентаризации зданий. Полевое дешиф­рирование заключается в проверке результатов камерального дешифри­рования, в определении необходимых технических характеристик объектов, в установлении собственных назва­ний и досъемке объектов, не изобра­зившихся на аэроснимках. Этот вид работ является завершающим этапом стереофототопографической съемки.

Современные достижения науки и техники позволили автоматизировать многие процессы фотограмметричес­кой обработки снимков. Среди этих процессов особую проблему составля­ет автоматизация стереоизмерений, при которой участие человека сво­дится к минимуму. Комплексная автоматизация процессов составле­ния карт позволит значительно под­нять производительность труда и освободить оператора от выполнения однообразной и утомительной работы.

§ 9.4. НАЗЕМНАЯФОТОТОПОГРАФИЧЕСКАЯ СЪЕМКА

В наземной фототопографической (фототеодолитной) съемке составле­ние топографического плана (карты) производится путем измерения сте­реопар фотоснимков, полученных с помощью специального прибора — фототеодолита с некоторого базиса. Фотографирование производится с земли при горизонтальном положении оптической оси фотокамеры. В этом состоит основное отличие данного вида съемки от аэрофотосъемки, где фотографирование местности выпол­няется с воздуха при вертикальном положении оптической оси фотока­меры.

Фототеодолитная съемка приме­няется для картографирования гор­ных районов, в процессе изысканий при проектировании и строительстве дорог, трубопроводов, для контроля за качеством монтажа строитель­

ных работ, при наблюдениях за дефор­мацией зданий и сооружений. Фото­теодолитная съемка может приме­няться в комбинации с аэрофото­съемкой для планово-высотной при­вязки аэроснимков в горных районах.

Приемы фототеодолитной съемки получили широкое применение в различных областях народного хо­зяйства: геологии, в лесной промыш­ленности, сельском хозяйстве, меди­цине и др.

Методы фототеодолитной съемки успешно применяются в архитектуре при обмерах и исследовании памят­ников архитектуры, исследовании мо­делей сооружений, для автоматизиро­ванного изготовления макетов про­ектируемых объектов, для анализа гармоничности включения проектируе­мых зданий и сооружений в суще­ствующую застройку и ландшафт, при определении утраченных элемен­тов сооружений по архивным снимкам и т. д.

При производстве съемки с целью составления топографического плана (карты) на местности размещают ба­зисы фотографирования с таким расчетом, чтобы обеспечить съемку участка при наименьшем количестве фотостанций. Некоторые участки местности оказываются неприступ­ными для фотографирования, напри­мер склон оврага или залесенные территории. Такие участки, называе­мые «мертвыми» пространствами, подлежат съемке геодезическими ме­тодами. Предельное расстояние, на которое возможно фотографировать, зависит от масштаба съемки, каче­ства фотоматериалов. Как правило, допускается следующая дальность съемки: 5 км для масштаба карты 1:10 000 , 2 км для масштаба карты 1:5000 и 1 км для масштаба карты 1:2000 .

Фотографирование местности вы­полняется с левого и правого концов базиса фотографирования. Между концами базиса должна быть взаим­ная видимость.

В зависимости от расположения

оптической оси фотокамеры на концах базиса фотографирования различают следующие основные случаи наземной стереосъемки: нормальный, парал­лельный и конвергентный.

В нормальном случае (рис. 9.12, а) съемки направления оптической оси камеры перпендикулярны базису (я|) = = 90 ). При этом получается стерео­пара снимков А в В.

В параллельном случае (рис. 9.12, б) съемки направления оптичес­кой оси камеры взаимно параллельны. При этом получаются стереопары A L — BL и A R — BR при отклонении оптической оси от направления, пер­пендикулярного базису соответственно влево и вправо.

В конвергентном случае съемки проекции направлений оптической оси камеры на горизонтальную плоскость пересекаются. В общем случае съем­ки направление оптической оси каме­ры произвольно. Наибольшее приме­нение имеют нормальный и парал­лельный случаи съемки.

Точность составляемой карты за ­висит от параметров съемки: величи-

о)А В

Т t

Ьл Базис

A l AR 6L BR

Рис. 9.12. Случаи наземной стереосъемки (а) норм аль­

ной; параллельной (б)

ны максимального отстояния — У и длины базиса — В. Для расчета не­обходимой длины базиса применяется формула

В = Y2m p/ m yf, (9.3)где У — максимальное отстояние; /пр — ошибка определения продоль­ного параллакса; т у — ошибка на местности, соответствующая требуе­мой точности карты; f — фокусное расстояние фотокамеры.

Например, требуется составить план в масштабе 1:2000 , т р = 0,01 мм, т у = 0,8 м, f = 200 мм. На основании (9.3) получим

В = У2/ 16 - 10_3.В этом выражении две неизвест­

ные величины: У и В. Если макси­мальное отстояние У = 1 км, то необ­ходимая длина базиса, согласно этой формуле, 62 м.

В процессе фототеодолитной съем­ки в полевых условиях производится определение элементов внешнего ори­ентирования фотоснимков, что значи­тельно облегчает процессы обработки стереопар по сравнению с аэрофото­съемкой, где элементы внешнего ори­ентирования стереопар неизвестны. В результате геодезических измере­ний определяются следующие эле­менты внешнего ориентирования сте­реопары: координаты и высота одного из концов базиса, дирекционный угол и длина базиса, угол его наклона к горизонту.

Базис измеряется лентой, дально­мером или определяется как непри­ступное расстояние. Для каждой сте­реопары в полевых условиях произ­водится определение геодезических координат трех контрольных точек, расположенных в зоне перекрытия снимков. Контрольные точки приме­няются для оценки точности выпол­нения съемки. В качестве контроль­ных точек используются местные предметы, хорошо получающиеся на фотоснимках: отдельные постройки, деревья, скалы.

Для фотографирования местно­сти при производстве фототеодолит-

нои съемки в нашей стране чаще всего применяется фототеодолит Фо- тео 19— 1318 (ГД Р) (рис. 9.13). Фокусное расстояние объектива 19 см, размер снимков 13X18 см. Комплект фототеодолита состоит из фототео­долита, теодолита, набора кассет, штативов и других приспособлений для съемки. Фототеодолит представ­ляет собой фотокамеру, снабженную ориентирующим устройством. Фото­камера имеет постоянную фокуси­ровку на бесконечность, поэтому ее используют для съемки объектов, рас­положенных не ближе 30 м от фото­станции. Экспонирование произво­дится путем снятия крышки с объек­тива. В фокальной плоскости объек­тива расположена прикладная рамка с координатными метками и траф а­ретами для фиксации номера кадра (от 0 до 99), фокусного расстояния (до 0,01 мм) и положения оптичес­

кой оси относительно базиса фото­графирования. Все эти данные фикси­руются на каждом фотоснимке. На корпусе камеры расположены два цилиндрических уровня, которые слу­жат для приведения оптической оси фотокамеры в горизонтальное поло­жение.

Сверху на корпусе фотокамеры имеется ориентирующее устройство, состоящее из зрительной трубы, го­ризонтального и вертикального лим­бов. С помощью ориентирующего устройства выполняется установка оптической оси фотокамеры в задан­ное положение относительно базиса, а также измерение угла наклона ба­зиса к горизонту.

Камеральная обработка данных полевых работ заключается в изме­рении стереопар на фотограмметри­ческих приборах, дешифрирования снимков и составлении топографи­ческого плана.

Аналогично аэрофотосъемке, про­странственное положение объектов, изображенных на стереопаре, опреде­ляется путем измерения снимков.

На рис. 9.14 показана плоская прямоугольная система координат снимка oxz. Положение точки а снимка определяется ее координатами ха и г а. Начало координат — о — главная точка снимка, точка пересе­чения линий, соединяющих коорди­натные метки. За начало пространст-

координат снимка

венной фотограмметрической системы координат принимается центр проек­ции левого снимка — S„ (рис. 9.15, а ), за ось X — направление горизонталь­ного проложения базиса В, за осьY — направление оптической оси, за ось Z — перпендикуляр к плоскости X Y в точке S„.

В данном случае направления оп­тических осей фотокамер на левом и правом концах базиса нормальны к базису, ол и о„ — главные ’ точки левого и правого снимков, Рл и Р„ — следы картинных плоскостей снимков, ал и а п — изображение точки А мест­ности на левом и правом снимках, хл и х„ — абсциссы точек ал и а„ на левом и правом снимках в плоской системе координат oxz. Х А, YА, Z A — определяемые пространственные фо­тограмметрические координаты точки А местности. Через центр проекции левого снимка Sj, проведем луч, па­раллельный правому проектирующему

а)

Рис. 9.15. Определение координат точки мест­ности:

а — к о о р д и н ат X и Y; б — коорди н аты Z

лучу S„a„, и построим абсциссу хп на левом снимке. Отрезок ала'п — продольный параллакс снимков р.

На основании подобия треуголь­ников Sj,i4Sn и ал5 ла п получим

Y = B f / p , (9.4)X = Y Xj, /f . (9.5)

Подставляя (9.4) в (9.5), найдемХ = Вхл/ р . (9.6)

Рассматривая снимок в проекции на вертикальную плоскость (рис. 9.15, б), из подобия треугольников Л 5лЛо и ал5 лол получим

Z = Y z J f . (9.7)Подставляя (9.4) в (9.7), найдем

Z — B z n/ p . (9.8)Эти зависимости справедливы для

нормального случая стереосъемки.Обработка материалов наземной

фототопографической съемки осуще­ствляется в основном двумя метода­ми: аналитическим и графомехани­ческим. При аналитическом методе измерение стереопар выполняется на стереокомпараторе для получения координат и параллаксов точек. З а ­тем производятся расчеты на ЭВМ: на основании зависимостей (9.4, 9.6, 9.7) определяются фотограмметри­ческие координаты точек местности, отнесенные к левой точке базиса. По известным геодезическим коорди­натам этой точки Х$, ^s, Z$ и дирек- ционному углу базиса а д фотограм­метрические координаты точки X, Y, Z перевычисляются в геодезические Хг, Уг, Zr по формулам:

A'r = A's + Y с о зад —Js in a g ,Yr= К5 + y sinaB + X cosaa , (9.9)

Z r = Z s + Z + ( K + r ) ,

где (/C + r) — поправка за кривизну Земли и рефракцию.

Стереокомпаратор Steco 1818 фир­мы «Карл Цейсс» Йена (ГДР) слу­жит для измерения фотоснимков фор­мата до 18 X 18 см (рис. 9.16). Основ­ные части прибора: станина — 1, общая каретка — 2, параллактичес­кие каретки — 3 и 4, снимкодержа-

Рис. 9.16. Стереокомпаратор 1818 (Г Д Р )

тели — 5, бинокулярный микроскоп — 6, штурвалы для перемещения сним­ков и отсчетные устройства. Увели­чение наблюдательной системы — 8 *, точность отсчета по шкалам х, z — 10 мкм, р — 1 мкм. При измерении негативов последние укладываются эмульсионной стороной вниз: левый негатив — рл — в левый снимкодер- жатель, правый негатив — р„ — в правый. При движении общей карет­ки штурвалом 7 оба снимка переме­щаются в направлении оси х прибора, значение координаты хл точки левого снимка отсчитывается по барабану. Правая каретка со снимкодержате- лем имеет независимое перемещение в направлении оси х. Это переме­щение, соответствующее продольному параллаксу, учитывается по отсчет- ному барабану, расположенному меж­ду снимкодержателями. Бинокуляр­ный микроскоп смещается вдоль оси z прибора штурвалом 8, значение перемещения отсчитывается по соот­ветствующему барабану. Правая на­блюдательная система имеет незави­симое перемещение в направлении оси z, что позволяет отсчитывать

по соответствующему барабану вели­чину поперечного параллакса q. В поле зрения окуляра имеется изме­рительная марка.

В процессе ориентирования сним­ков на стереокомпараторе оси коор­динат снимков х и z располагаются параллельно соответствующим на­правлениям общей каретки.

При работе на стереокомпараторе определяются места нулей шкал прибора х, z, р и q. Для этого левая измерительная марка монокулярно ви­зируется на координатную метку оси z , берется отсчет по шкале х и опре­деляется место нуля шкалы х. Затем, не сбивая левой марки с коорди­натной метки оси z, правая измери­тельная марка визируется на коорди­натную метку оси z правого снимка. При этом должно получиться стерео­скопическое изображение координат­ной метки и измерительной марки. Берется отсчет по шкале продольного параллакса — М 0р.. Этот отсчет явля­ется местом нуля шкалы продольного параллакса. Для определения места нуля шкалы z измерительная марка левого снимка монокулярно наводит-

ся на координатную метку оси хЛ и берется отсчет по шкале z стерео­компаратора — Мог. Если необходимо определить место нуля шкалы попе­речного параллакса q, то, не сбивая левой измерительной марки с коорди­натной метки оси х, вращением винта поперечных параллаксов наводят пра­вую измерительную марку на коор­динатную метку оси х правого снимка и берут отсчет по шкале поперечного параллакса М о,.

Измерение координат и параллак­сов точек выполняется путем стерео­скопического наведения измеритель­ной марки на соответствующую точ­ку стереомодели. Снимаются отсчеты х, z, р и q. Затем вычисляются коор­динаты точек снимка.

В СССР и за рубежом сконструи­рованы высокоточные автоматизиро­ванные стереокомпараторы: СК-18, (СССР), СК-30 (СССР), СКВ-1 (СССР), стекометр (ГДР) и др.

Они имеют следующие преимуще­ства по сравнению с обычными сте­реокомпараторами: точность измере­

ний составляет 1...2 мкм, т. е. на по­рядок выше; результаты измерений фиксируются автоматически: при по­мощи машинки или перфоратором на перфоленте; увеличение наблюда­тельной системы переменное: от 5 до 20*; имеется фоторегистратор для фотографирования в крупном плане каждой наблюдаемой точки и наве­денной на эту точку измерительной марки.

Аналитический метод, являясь самым точным из-за большого объе­ма вычислительных работ, использу­ется главным образом для определе­ния координат небольшого числа то­чек. С внедрением ЭВМ, автоматизи­рованных стереокомпараторов и гра­фопостроителей аналитический метод успешно применяется для создания цифровых моделей местности — ЦММ и цифровых моделей рельефа — ЦМР.

Наибольшее применение для со­ставления топографических карт и планов по материалам фототеодолит- ной съемки имеет графомеханический метод. Обработка фототеодолитных

снимков выполняется на универсаль­ных фотограмметрических приборах: стереоавтографе (Г Д Р ), технокарте (Г Д Р), топокарте (Г Д Р ), стерео- метрографе (ГД Р) и др.

Наибольшее применение имеет стереоавтограф (рис. 9.17). Прибор снабжен координатографом, на кото­ром составляется карта (план) мест­ности. Путем переключения датчиков, передающих движение измеритель­ной марочки на координатограф, мож-

ГЛА ВА 10

АРХИТЕКТУРНЫЕ ОБМЕРЫ

§ 10.1. ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АРХИТЕКТУРНЫХ ОБМЕРОВ

В практике работ по реконструк­ции и реставрации архитектурных сооружений большое значение имеют обмеры. От точности и подробности обмерных чертежей во многом зависит качество проектов реставрации и реконструкции. Основными методами обмеров являются фотограмметричес­кий, геодезический и натурный. Пер­вые два относятся к разряду дистан­ционных или бесконтактных, т. е. не требующих, обязательного близкого взаимодействия с объектом и возве­дения строительных лесов, как при ис­пользовании метода натурных обме­ров.

Сущность фотограмметрического метода обмеров заключается в опре­делении размеров объекта по данным измерений фотоснимков: одиночных и стереопар.

Ф отограмметрические обмеры включают в основном те же процессы, что и в наземной фототопографи- ческой съемке местности (см. § 9.4). Вначале выполняется фотографирова­ние памятника архитектуры, затем стереопары снимков измеряются на фотограмметрическом приборе и сос­тавляется обмерный чертеж.

Для получения обмерных черте­жей архитектурный объект фотогра­фируется с близкого расстояния.

но построить профили местности в плоскостях XY и YZ. Обработка фо- тотеодолитных снимков на стерео­автографе аналогична обработке аэроснимков на универсальных прибо­рах, но имеются особенности, обуслов­ленные спецификой фототеодолитной съемки: значения элементов внешнего ориентирования стереопары известны, направление оптической оси фотока­меры горизонтально.

В результате фотограмметрических обмеров могут быть получены: фрон­тальные планы — обмерочные черте­жи фасадов здания и интерьеров (масштаб 1:50, 1:100 или 1:200), об­мерные чертежи деталей фасадов и интерьеров: лепнины, фресок, скуль­птур в крупном масштабе ( 1:1 — 1:10), а также профили (разрезы) по внешнему контуру фасада по за ­данным сечениям.

В нашей стране для фотосъемки при обмерах архитектурных сооруже­ний широко применяется фототеодо­лит и универсальная фотограмметри­ческая фотокамера UMK 10-1318 (ГДР) (рис. 10.1), а для съемки ин­терьеров и скульптур — стереофотока­мера S M K — 5,5-0808 (ГДР) (рис. 10.2). В ряде случаев при обмерах используются любительские фотоап­параты, однако точность обмерных работ при этом снижается.

Фототеодолит, устройство и прин­цип работы которого рассмотрены в § 9.4, предназначен главным образом для топографической съемки местнос­ти и не в полной мере удовлетво­ряет требованиям архитектурной фо­тограмметрии. Например, в условиях плотной городской застройки не всегда можно сфотографировать верхнюю часть здания, так как оптическая ось фотокамеры может занимать только горизонтальное положение.

Фотокамера HVIK 10— 1318 и сте­реофотокамера SMK.—5,5-0808, вы-

Рис. 10.1. У ниверсальная фо­токамера ИМ К-Ю -1318

(Г Д Р )

пускаемые Народным предприятием «Карл Цейсс» Иена (Г Д Р ), сконстру­ированы специально для съемки с близких расстояний. Фотографирова­ние можно выполнить при горизон­тальном, вертикальном и наклонном положении оптической оси фотокаме­ры.

Фотограмметрическая стереокаме­ра S M K —5,5-0808 состоит из двух широкоугольных камер, жестко скреп­ленных с базисом.

Применение стереокамер в значи­тельной мере ускоряет и облегчает процесс фотосъемки, так как освобож- жает оператора от работ, связанных со взаимным ориентированием фото­камер.

При фотосъемке фасадов зданий целесообразно расположить базис фо­тографирования параллельно фасаду для облегчения дальнейшей обработ­ки стереопары на приборах и умень­шения «мертвых пространств» и при­менять нормальный и равнонаклонный случаи съемки. При равнонаклонном случае съемки оси фотокамер на ле­вой и правой точках фотографиро-

Рис. 10.2. С тереофотокамера S M K -5,5- 0808 (Г Д Р )

вания взаимно параллельны, перпен­дикулярны базису и наклонены к го­ризонту на одинаковый угол.

По фасаду сооружения произ­водятся контрольные измерения дли­ны отрезков, расположенных на вер­тикальном и горизонтальном направ­лениях, и определяются элементы ориентирования стереопары: коорди­наты левой фотостанции, длина базиса фотографирования, его дирекционный угол и угол наклона к горизонту. Эти измерения используются в про­цессе фотограмметрической обработки снимков.

При составлении обмерных черте­жей обработка фотоснимков выпол-

няется в основном теми же методами, как и при создании топографичес­ких карт (§ 9.4).

При аналитическом методе измере­ние снимков выполняется на стерео­компараторе, пространственные коор­динаты точек обмеряемого сооруже­ния вычисляются на ЭВМ. Он при­меняется в основном для определе­ния координат опорных точек соору­жения, которые являются основой для составления обмерных чертежей другими методами.

Этот метод в отличие от других можно применять для обработки фото­снимков, независимо от значений их элементов ориентирования, а также снимков, полученных любительскими фотоаппаратами.

Аналитическим путем по архивным снимкам определяются параметры ут­раченных элементов памятников архи­тектуры по методике, разработанной советскими учеными, а также можно составить циф ровую модель памятни­ка архитектуры. Цифровые модели памятников архитектуры являются составной частью базы данных о па­мятниках архитектуры и подлежат хранению. При необходимости цифро­вая модель может быть преобразова­на в обмерные чертежи, а также в перспективные и аксонометрические изображения.

Метод фототрансформирования применяется главным образом для

составления обмерного чертежа «плос­кого» фасада здания по одиночным снимкам. Этот процесс выполняется аналогично трансформированию аэро­снимков (§ 9.3).

Если имеются детали, отступаю­щие от общей плоскости фасада, трансформирование выполняется по зонам, как и при обработке аэросним­ков.

Графомеханический метод обра­ботки стереопар является наиболее распространенным. Он обеспечивает высокую точность и производитель­ность составления обмерных чертежей. Этот метод особенно эффективен при составлении обмерных чертежей па­мятников древнерусского зодчества, имеющих сложную геометрическую форму деталей.

При обработке стереопар графоме­ханическим методом применяются различные универсальные фотограм­метрические приборы: предназначен­ные для обработки наземных фото- теодолитных снимков, аэроснимков, а также приборы, специально скон­струированные для обработки назем­ных снимков с близких расстояний. К последним относится «Технокарт» (ГД Р), рис. 10.3, на котором можно обрабатывать снимки формата до 23X 23 см, полученные фотокамера­ми с углами наклона 15,30 и 45 и широким диапазоном фокусных рас­стояний (от 50 до 215 мм).

Ф отограм м етрические обмеры эффективнее натурных измерений по всем технико-экономическим показа­телям: точности, производительности, стоимости, культуре и безопасности труда. Фотограмметрические методы позволяют успешно решать многие вопросы охраны и исследования па­мятников архитектуры, которые ранее были неразрешимыми, такие, как воссоздание параметров утраченных элементов памятников архитектуры по архивным снимкам; установление точ­ной геометрической формы сооруже­ний, исследования асимметрии и кон­структивных особенностей, влияющих на восприятие памятника или его дета­лей.

Фотограмметрические методы поз­воляют выполнить обмеры ветхих и руинированных объектов.

Разработаны принципиально но­вые формы представления обмерной документации: фотопланы и ортофо­топланы фасадов архитектурных со­оружений, чертежи с изолиниями кри­волинейных поверхностей (лепнины, скульптуры).

§10.2. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МЕТОД ОБМЕРОВ ПАМЯТНИКОВ АРХИТЕКТУРЫ

Геодезический метод обмеров так же, как и фотограмметрический, яв­ляется дистанционным (бесконтакт­ным), поэтому для выполнения изме­рений нет необходимости в постройке лесов. Для обмерных работ использу­ются широко применяемые при инже­нерно-геодезических изысканиях и в строительстве простые приборы: тео­долит, нивелир, мерные ленты и ру­летки. Методика производства обме­ров по сравнению с фотограмметри­ческой съемкой довольно простая. Она по существу мало чем отличается от топографической съемки местности. Однако вследствие того, что обмерные чертежи составляются в более круп­ном масштабе, чем топографические планы, точность измерений и построе­ний должна быть более высокой.

Для получения обмерного чертежа

определяют координаты всех харак­терных точек архитектурного соору­жения. Для этого создается опорная геодезическая сеть, точки которой являются основой для детальных об­меров фасадов и внутренних помеще­ний. Координаты доступных точек определяют путем обычных наружных измерений от точек геодезической се­ти, а неприступных точек — чаще все­го методом прямой геодезической за ­сечки. Для этого от ближайшей точки геодезической сети измеряют расстоя­ние до определяемой точки S и угол между направлением на эту точку и направлением стороны геодезической сети.

В том случае, когда расстояние S нельзя измерить непосредственно, его подсчитывают из решения задачи по определению неприступного рас­стояния (см. § 4.2).

Геодезический метод обмеров тре­бует довольно большого объема вы­числительных работ, но они довольно просты и их целесообразно выполнять на калькуляторе.

Для измерения размеров горизон­тальных отрезков часто используют вертикальную нить сетки нитей зри­тельной трубы теодолита как отвес. Допустим, необходимо определить размер АВ окна второго этажа здания (рис. 10.4). Вблизи здания устанав­ливают теодолит, тщательно нивели­руют его и отмечают на фасаде здания линию условного горизонта LZ. На-

Рис. 10.4. Определение разм ера дета- ли сооружения с помощью теодолита

водят перекрестие сетки нитеи ла точ­ку А и, перемещая зрительную трубу вниз, отмечают на линию условного горизонта проекцию точки Ао. Таким же образом находят точку Во и рулет­кой измеряют расстояние А о —Во.

Высоту точек сооружения опреде­ляют методом тригонометрического нивелирования (с помощью теодоли­та) или геометрического нивелирова­ния (с помощью нивелира).

Требуется определить высоту A N (рис. 10.5). Теодолитом измеряют вертикальные углы vi и \ 2, визируя на точки N и А. Расстояние d опре­деляют непосредственным промером мерной лентой или косвенным путем, произведя дополнительные измерения. Если вертикальные углы vi и \ 2 имеют одинаковые знаки, то искомая высо­та A N определится из выражения A N = d { t g \ \ —tgV2), в противном слу­чае, когда знаки vi и v 2 противополож­ны, выражение приобретает вид A N = d( tgvi + tgv2).

Для обмеров внутренних помеще-

Рис. 10.5. Определение величины верти­кального отрезка

ний внутри здания по лестничным пролетам и коридорам прокладывают систему вспомогательных высотных теодолитных ходов (рис. 10.6). Их начальными точками являются обычно точки геодезической сети, расположен­ные против входов в здание ( / —7).

Дальнейшая детальная съемка внутренних помещений выполняется от вершин и сторон вспомогатель-

ных ходов. Для этого в точке допол- ных ходов и точек внутренних поме-нительного хода устанавливают теодо- щений определяют путем прокладыва-лит и определяют положение точек ния ходов геометрического нивелиро-помещения методом полярных коорди- вания. нат. Отметки точек вспомогатель-

ГЛАВА 11

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАЗБИВОЧНЫЕ РАБОТЫ

§ 11.1. ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ОСНОВА РАЗБИВОЧНЫХ РАБОТ

Современные индустриальные ме­тоды строительства, постоянное совер­шенствование технологических про­цессов монтажного производства, дальнейшее повышение требований к качеству возведения объектов,—все эти обстоятельства за последние годы оказали заметное влияние на возрос­шую роль геодезического обеспече­ния строительства на различных его этапах.

Геодезические разбивочные рабо­ты или вынесение проекта в натуру выполняют для того, чтобы построить здание или сооружение в соответствии с его местоположением, формами и размерами, предусмотренными проек­том. На первом этапе производят разбивку главных осей сооружения. Для зданий главными осями являют­ся оси стен, для линейных сооруже­ний (дорог, линий электропередач и т. п .)—их продольные оси.

На втором этапе выполняют де­тальную разбивку, обеспечивающую расположение отдельных частей соо­ружения относительно друг друга. Точность детальной разбивки, как пра­вило, выше, чем точность разбивки главных осей.

Точность выполнения геодезичес­ких разбивочных работ регламенти­руется Строительными нормами и правилами (СНиП).

Разбивочные работы подразделяю- ся на плановые и высотные, обеспе­чивающие правильное расположение сооружения в плане и по высоте соот­ветственно.

Геодезические разбивочные ра­

боты являются составной частью тех­нологического процесса строительно­го производства.

При строительстве сложных объек­тов и сооружений, выполняемых по индивидуальным проектам, а также зданий повышенной этажности необ­ходимо разрабатывать проект произ­водства геодезических работ (П П ГР). Он является основным документом, определяющим содержание, объем и порядок выполнения геодезических ра­бот на строительной площадке.

Геодезической основой на строи­тельной площадке служит разбивоч- ная сеть. Она предназначена для: производства геодезических разбивоч­ных работ в процессе строительства; контроля строительно-монтажных ра­бот и оформления исполнительной до­кументации; геодезических наблюде­ний за смещениями строящихся соору­жений и деформацией эксплуатируе­мых сооружений.

Разбивочную сеть на строитель­ной площадке образует система геоде­зических пунктов и точек, увязанных с пунктами государственной сети или сети сгущения.Точность ее построения должна соответствовать требованиям СНиП 3.01.03—84 (табл. 11.1).

В тех случаях, когда разбивочную сеть строят как свободную, ее привя­зывают только к одному пункту го­сударственной или опорной сети и ориентируют по одной исходной сторо­не, так как несмежные исходные пунк­ты и стороны могут содержать боль­шие погрешности в ориентировании и плановом положении.

В большинстве случаев разбивоч­ную сеть на строительной площадке создают в виде строительной коор-

Тиблици 11.1

С редняя квадрати ч ес­кая погреш ность

построения разбивоч-иой сети

Х арактеристика объектов «*5 1 СК §строительства « о

z i

XXа «с

е s ©

S з 5® X « X U Sъ с. X О. ь т^ Z ? X 5 с ж х

П редпри яти я и гр у п ­ 3 1/25000 4пы зданий на участ-ках площ адью бо­лее 1 км2; отдель­но стоящ ие зданияс площ адью заст ­ройки более 100тыс. м2 (10 га)

1/10000П редприятия и гр у п ­ 5 6

пы зданий на участ­ках площ адью м е­нее 1 км4; отдель­но стоящ ие зданияс площ адью за ст ­ройки от 10 до 100тыс. м2 (от 1 до10 га)

О тдельно стоящ ие 10 1/5000 10здания с площ адьюзастройки менее10 тыс. м2, дороги ,инж енерны е тер р и ­тории

Дороги, инженерные 30 1/2000 15сети вне застр аи ва­емых территорий;зем л ян ы е сооруж е­н и я , в том числевертикальная п л а­нировка

динационной сетки, т. е. системы квадратов или прямоугольников. Свя­зано это с тем, что в промышленном и гражданском строительстве приме­няется прямоугольная система гори­зонтальной планировки. Поэтому точ­ность разбивки отдельных зданий и сооружений на всей площадке полу­чается равномерной и вычисление координат пересечения осей, углов зданий и отдельных точек значитель­но упрощается.1 В городах и поселках используют

в качестве пунктов разбивочной сети также координаты точек красных ли­ний.

Высотную основу на строительной площадке создают точки нивелирных ходов всех классов, в том числе и тех­нического нивелирования. Такие точ­ки, как правило, совмещают с пункта­ми разбивочной сети.

Строительную сетку создают на местности в виде квадратов и прямо­угольников со сторонами от 50 до 400 м. При строительстве высотных зданий стороны сетки принимают рав­ными 10...20 м. Строительная сетка широко применяется в промышленном строительстве.

Проектирование строительной сет­ки выполняют на генеральном плане (генплане). За начало координат и начало построения сетки обычно при­нимают юго-западный угол строитель­ной площадки, чтобы основные точки объектов строительства имели поло­жительные абсциссы и ординаты. Направление одной из осей сетки должно быть строго параллельно глав­ной оси объекта строительства.

Перенесение проекта строительной сетки на местность (рис. 11.1) осу­ществляют в такой последовательнос­ти.

По генеральному плану, на кото­ром нанесен проект строительной сет­ки, графически определяют координа­ты крайних точек М и N сетки, задаю ­щих исходные направления.

Для выноса исходных направле­ний на местность обычно используют два пункта А и В разбивочной

100 200 300 400 500 600

Рис. 11.1. Разбивка строитель­ной сетки

сети, удобно располагающихся на строительной площадке. По координа­там крайних точек сетки М и ^ и геоде­зических пунктов А и В путем решения обратной задачи вычисляют углы 0 и а и строят их в натуре. Вдоль полученных направлений откладыва­ют отрезки, равные длине сторон строительной сетки, и путем геометри­ческих построений находят на мест­ности положение всех ее вершин. Положение вершин сетки закрепляют временными центрами с помощью двух створных направлений. По по­лученным точкам вершин сетки про­кладывают полигонометрические ходы с точностью, задаваемой проектом производства геодезических работ, и вычисляют их координаты. Ввиду недостаточной точности вынесения вершин строительной сетки на мест­ность полученные координаты точек из полигонометрических ходов будут отличаться от проектных значений. По разности координат Х 0 — Х выч = = Л-к; Y0— YBbl4= А у , где А'о, У0 — проектные координаты; ^ выч и Увыч— вычисленные координаты. Решая об­ратные геодезические задачи, находят величины редукций, по которым опре­деляют на местности проектное поло­жение вершин сетки.

После уточнения и закрепления постоянными центрами всех вершин сетки производят контрольные изме­рения. При этом углы измеряют в вершинах сетки, расположенных в шахматном порядке, линии—по диаго­налям квадратов.

Красные линии — это линии гра­ниц проектируемых или существую­щих проездов. Они ограничивают контуры застроек. Внутри города (поселка) красные линии устанавли­вают сеть кварталов, определяют размеры площадей города и границы жилых и промышленных зон, а также зоны зеленых массивов.

В связи с важностью значения этих линий для строительства план красных линий является частью проек­та детальной планировки (ПДП) го­рода (поселка) и разрабатывается

на топографических планах крупных масштабов 1:1000— 1:500.

По форме красные линии пред­ставляют собой прямые и сопрягаемые с ними кривые линии с углами пово­рота. На планах красные линии имеют аналитическую основу: координаты то­чек поворота, длины сторон, значе­ния углов между сторонами линий поворота. Внутриквартальные крас­ные линии проектируют, используя координаты углов опорных зданий и сооружений, меж квартальны е—по осям магистралей, проездов и улиц с определением всех точек их пересе­чения и точек излома осей.

Для отдельных зданий создание строительной сетки неэкономично. В этом случае оси зданий и сооружений выносят в натуру непосредственно от пунктов геодезических сетей, а иног­да—от существующих сооружений и красных линий.

§ 11.2. ПОДГОТОВКА ДАННЫХ ДЛЯВЫНОСА ПРОЕКТА СООРУЖЕНИЯ НА МЕСТНОСТЬ

Необходимые для разбивки исход­ные данные могут быть получены графическим, аналитическим или ком­бинированным (графоаналитическим) методами, на основе которых соста­вляются разбивочные чертежи.

Графический метод применяют, когда проектируемое здание не свя­зано с существующей застройкой. При этом методе все необходимые данные (расстояния, углы, координа­ты, отметки) определяют графичес­ки по планам и рабочим чертежам.

Аналитический метод обеспечивает более высокую точность исходных дан­ных.

Координаты точек существующих сооружений определяют по данным детальных съемок, например съемки фасадов масштабов 1:500... 1:2000, или на основе специально проложенных для этого теодолитных ходов. По по­лученным координатам и проектным параметрам вычисляют координаты точек проектируемых сооружений (прямая геодезическая задача). По

этим координатам путем решения обратных геодезических задач вычис­ляют расстояния и углы, необходимые для выноса осей сооружения на мест­ность.

При графоаналитическом методечасть исходных данных получают гра­фически с плана, а другие аналити­чески. Данный метод наиболее часто применяется в практике разбивочных работ.

В качестве примера рассмотрим порядок подготовки исходных данных графоаналитическим методом для вы­носа в натуру основных осей здания A B C D (рис. 11.2) размером 4 8 Х 1 2 м , продольная ось которого параллельна красной линии I— II. Координаты то­чек I и II получены ранее путем про­ложения теодолитного хода и приведе­ны в ведомости.

Необходимыми исходными данны­ми для выноса в натуру точки А яв­ляются: значение угла р и расстояниеd \—д.

Из рис. 11.2 видно, что угол Р ра­вен разности дирекционных углов:

P = a I_ i4 — а ^ ц . (Н .1)Значение дирекционного угла

известно из ведомости вычисления координат точек теодолитного хода.

Дирекционный угол а ГА и расстоя­ние d {_ A определяют путем решения обратной геодезической задачи по координатам точек I и А. Коорди­наты точки I известны из ведомости вычисления координат теодолитного хода. Значения а х_ А и d x_ A вычисля­ют по формулам:

где / \ х х_ А= Х А — Х\ и Д у 1_д— YА — - У й

, Ьу,-А_. d>'sin a , _ д ’ 1—4 cos а , _ А

(1 1 .3 )

Значения d \ _ A и d"_A не должны различаться более чем на 1...2 см. На разбивочном чертеже подписывают

среднее значение полученного рас­стояния.

Чтобы получить данные для вы­носа в натуру точек В, С и D, вначале вычисляют координаты этих точек путем решения прямой геодезической задачи с учетом размеров здания и ориентирования оси А В параллельно красной линии. Затем выполняют рас­четы подобно тому, как это сделано для точки А.

§ 11.3. ВЫНОС НА МЕСТНОСТЬГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОЕКТА

Задачей разбивочных работ явля­ется определение положения в натуре проектных точек, линий, плоскостей, поверхностей. Разбивочные работы сводятся к построению (отложению) на местности линий и углов, лежащих преимущественно в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Вынос в натуру проектной длины линии. Для построения на местности проектной линии от исходной точки откладывают горизонтальное проло- жение, равное проектному значению. Измерения выполняют компарирован- ными мерными приборами. Поправки

на наклон, компарирование и темпе­ратуру в линию вводят непосредствен­но в процессе ее построения.

Построение на местности заданно­го горизонтального угла. Для построе­ния проектного угла в натуру необхо­димо иметь положение на местности вершины угла и одной из его сторон.

Сущность построения на местности заданного угла заключается в следую­щем (рис. 11.3). Установив в точке В теодолит, приводят его в рабочее положение, затем наводят зрительную трубу на точку А и берут отсчет по горизонтальному кругу (обычно около 0°). Прибавив к этому отсчету задан­ный (проектный) угол р и открепив алидаду, ставят ее на полученный отсчет. В створе визирной оси теодоли­та на местности отмечают точку С'. Такое же построение выполняют при другом положении вертикального кру­га, отмечая вторую точку С ". При наличии коллимационной погрешности в приборе точка С " на местности сместится от точки С'. Отрезок С'С" делят пополам и намечают точ­ку С, принимая построенный угол A B C за проектный, равный углу р.

Если необходимо построить проект­ный угол с повышенной точностью, то найденный в первом приближении угол р измеряют несколькими приема­ми для определения его более точного значения.

Перенесение в натуру проектной точки может осуществляться следую­щими основными способами: поляр-

С

Рис. 11.3. Построение заданного угла

ных координат, прямоугольных коор­динат, прямой угловой и линейной засечки.

Способ полярных координат. Этот способ состоит в определении положе­ния проектной точки в натуре путем построения на местности проектных значений угла р и длины линии от пункта опорной геодезической основы. Пусть (рис. 11.4) требуется опреде­лить на местности положение точки Р. Для перенесения в натуру проект­ной точки Р теодолит устанавливают в точке А, приводят в рабочее поло­жение и откладывают угол р от нап­равления линии АВ. Вдоль построен­ного направления А Р мерной лентой откладывают длину отрезка, равную горизонтальному проложению—d AP.

Способ прямоугольных координат удобен для применения на строитель­ных площадках, где имеется строи­тельная сетка, в системе координат которой задано положение всех харак­терных точек проекта. В этом случае строится на местности прямой угол относительно сторон сетки, а длины отрезков получают как разности коор­динат по осям X и Y строительной сетки. Так, например, внутри квадрата О A B C (рис. 11.4,6) строительной сет­ки требуется разбить оси здания P Q M N , координаты углов которого заданы проектом. Для получения в натуре положения угла здания Р от­кладывают от вершины квадрата (точ­ки О) отрезок О К = Х, затем, закрепив в створе О А точку К, строят при этой точке теодолитом перпендикуляр K P = Y и закрепляют точку Р. Анало­гично выполняют разбивку и точки N, расположенной на основной продоль­ной оси здания. Длину отрезка P N тщательно измеряют и сравнивают с проектной длиной. В дальнейшем от этого отрезка детально разбивают все части здания.

Способ прямой угловой засечки (рис. 11.4, в) чаще всего применяют на строительных площадках частично застроенных, когда от опорных точек сети не представляется возможным производить непосредственные линей­

Рис. 11.4. Способ полярных ко­ординат (а ) ; способ прямоуголь­ных координат (б ); способ пря­мой угловой и линейной засе ­

чек (в)

ные измерения до проектной точки. Перенесение в натуру проектной точ­ки Р прямой угловой засечкой произ­водится с трех опорных точек сети А, В, С. Углы а, р, б, у вычисляют из решения обратных геодезических задач. Теодолит устанавливают после­довательно в опорных точках сети А, В, С и, откладывая проектные углы а, р, б, Y. задают направления А Р , ВР, СР, на пересечении которых определя­ется точка Р.

Способ линейной засечки (рис.11.4, в) удобен для использования в случаях, когда опорная геодезическая сеть имеет большую плотность на строительной площадке и проектная точка Р располагается от пунктов сети на расстоянии, не превышающем длину мерного прибора. Для опре­деления положения точки Р от опор­ных точек откладывают лентой или ру­леткой горизонтальные проложения d др', d BP и d CP. На пересечении линей­ных промеров определяют положение точки Р.

Вынос проектных отметок. Отметки выносят геометрическим нивелирова­нием от ближайших реперов, исполь­зуя горизонт инструмента. Обычно отметки от уровня чистого пола (или

другого условного уровня) перевычис- ляют в систему, в которой даны высота (отметки) реперов и произве­дена съемка рельефа местности строи­тельной площадки.

Допустим, необходимо от ближай­шего Реп.-З с отметкой Н3 вынести проектную отметку Я р для точки Р (рис. 11.5). Поставив нивелир посре­дине между репером Реп.-З и выноси­мой точкой Р, определяют горизонт инструмента Я ги по формуле

(11.4)

где а — отсчет по рейке на Реп.-З. Чтобы установить точку Р на

Проектнаяповерхность

Рис. 11.5. Вынос проектной отметки

проектную высоту Я пр, необходимо знать величину отсчета Ь. Из рис. 11.5 следует:

отсюдаН г и — Н р -(- Ь,

Ь = Н ГИ- Н Р,

(11.5)

( 11.6)

Определив по формуле (11.6) от­счет Ь, рейку в точке Р поднимают или опускают, добиваясь, чтобы отсчет по средней нити нивелира (при поло­жении пузырька уровня в нуль-пунк­те) был равен вычисленному. Для контроля нивелирование выполняют по двум сторонам реек или при двух го­ризонтах инструмента.

Построение линии заданного укло­на на местности при небольших пре­вышениях выполняют с помощью ни­велира, а при значительных превыше­ниях — теодолитом. Особенно эффек­тивно применять для этой цели лазер­ные приборы.

Пусть на местности задана точка М (рис. 11.6) и ее проектная отмет­ка / / мпр. Необходимо по направлению M N построить линию заданного укло­на i. Для этого вначале вычисляют в точках М и N проектные отметки, вычисленные по заданному продольно­му уклону i. Тогда отметка точки N будет

H N= H „ + S X i , (11.7)

где S — горизонтальное проложение отрезка MN.

Затем выполняют вынос проектных отметок в точках М и N по правилу, изложенному выше. Между точками М и N намечают промежуточные точ­ки, пользуясь наклонным лучом визи­рования (нивелира или теодолита),

параллельным проектной линии. Для этого инструмент устанавливают в точках М н N, наклоняют зрительную трубу так, чтобы отсчет по рейке, установленной в точке N, был равен высоте прибора в точке М. Если теперь устанавливать рейку в створе M N и, поднимая или опуская ее, добиваться отсчета по ней, равного отсчету Ь, то пятка рейки будет фиксировать в натуре текущие точки гп\, т 2, т 3 линии заданного уклона. На местности их закрепляют кольями.

Построение плоскости заданного уклона осуществляют аналогично пос­троению линии заданного уклона. Пусть требуется построить площадку (рис. 11.7) M N Q P с заданными про­дольным и поперечным уклонами. Устанавливают точки М, N, Р, Q на проектные отметки.

Нивелир целесообразно установить так, чтобы два подъемных винта рас­полагались по линии M N или МР . Дей­ствуя тремя подъемными винтами, методом последовательных приближе­ний добиваются такого положения, чтобы отсчеты по рейкам на всех че­тырех точках были равны. В этом случае линия визирования будет па­раллельна заданной проектной плос­кости. Если теперь установить на тот же отсчет рейку в любой точке площадки M N Q P , то ее пятка будет лежать в проектной плоскости, кото­рую на местности закрепляют колья­ми-сторожками с указанием величины подсыпки или выемки грунта.

Также поступают и при использо­вании теодолита.

VНивелир

Продольный М уклон Nо о

1

Рис. 1 1 7. ПсУ'Т^пчир п л ^ ко стч заданного уклона

Передача отметок в котлованы и на монтажные горизонты. В про­цессе производства земляных работ глубину котлована систематически проверяют. Необходимо следить за тем, чтобы не было переборов грунта при рытье котлованов, так как перебо­ры приводят к нарушению естествен­ной структуры грунта.

Перед окончательной зачисткой дно котлована тщательно выверяют нивелиром. Недоборы грунта в котло­ване не должны быть более 5 см.

При открытии глубоких котлова­нов для систематического контроля глубины его открытия и завершения земляных работ возникает необходи­мость в установке временных рабо­чих реперов на дне котлована, а если требуется, то и на его уступах. Тогда отметки на рабочие реперы передают по следующей схеме.

Пусть в точке В (рис. 11.8) на бровке котлована заложен рабочий репер с отметкой # в, в точке К на противоположной стороне бровки кот­лована смонтирован временный крон­штейн в виде наклонной штанги и в точке С которой подвешена стальная рулетка с грузом Р. Необходимо на монтажные горизонты точек А и D, где заложены временные реперы с отметками Н А и H D соответственно, передать отметки.

Для передачи отметок в точки D и А нивелир последовательно уста­навливают на бровке, уступе и дне кот­лована и берут отсчеты по рейкам

Рис. 11.8. П ередача отметки в котлован и на монтажный горизонт

и рулетке. Отметка точки А —НА (рис. 11.8 ) будет равна

Н Л= Н в + Ь - ( а + £), (11.8)

а отметка точки D — H D будетH D= H B+ b - ( d + f), (11.9)

где b, f, i — отсчеты по рейкам, установлены в точках В, D, A; a, d — отсчеты по рулетке.

Аналогично производят передачу отметок на различные монтажные горизонты, только в этом случае нивелир не опускают, а поднимают, устанавливая его на перекрытиях соо­ружений и других удобных местах для измерений.

Для контрол'я и повышения точнос­ти отметки на дно котлована и наибо­лее важные монтажные горизонты сле­дует передавать при двух горизонтах установки нивелира в каждой точке. Желательно также в измерениях при втором горизонте изменять положе­ние подвески рулетки.

Передача отметок с повышенной точностью может быть осуществлена с учетом введения поправки за ком­парирование и температуру рулетки, использования реек с инварными шка­лами и соблюдения по возможности равенства плеч при нивелировании.

§ 11.4. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СЪЕМКИ.НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДЕФОРМАЦИЯ­МИ ЗДАНИЙ (СООРУЖЕНИЙ)

Целью исполнительной съемки яв­ляется контроль соответствия гене­ральному плану построенного объекта, его местоположения, размеров и форм и инвентаризация построенных соору­жений. Такие съемки ведут по стадиям строительно-монтажных работ. Съем­ку выполняют в масштабе 1:500 или 1:1000.

Конечным итогом исполнительных съемок является исполнительный гене­ральный план, а на крупных про­мышленных предприятиях—оператив­ный геодезический план, которые должны удовлетворять потребностям, возникающим при технической эксплу­

атации зданий, конвейерных линий, профилактическом и капитальном ре­монтах, реконструкции и благоустрой­стве территории, промышленных ком­плексов и др.

Исполнительный генеральный план на большие строительные объекты мо­жет состоять из отдельных исполни­тельных генеральных планов, состав­ляемых в масштабах от 1:200 до 1:2000 с приложением альбома обмер­ных чертежей.

Приемно-сдаточная исполнитель­ная документация, составляемая пос­ле завершения строительно-монтаж­ных работ, является основой для осу­ществления архитектором авторского надзора.

После возведения особенно круп­ных зданий геодезические измерения на объектах строительства не прекра­щают. Производят наблюдение за ста­бильностью зданий как в плане, так и по высоте. Вследствие неоднород­ности грунтов и под'действием верти­кальных сил, возникающих от собст­венного веса здания и сооружения, а также других причин, происходят изменения в пространственном поло­жении сооружения, вызываемые де­формациями в горизонтальной плос­кости — сдвигам и, а в вертикальной— осадками. Если же грунты оседают неравномерно, то в зависимости от их характера и вида могут происхо­дить крены, прогибы, перекосы, круче­

ния и даже разрывы сооружения.Скорости осадок зданий и со о р у ­

жений на мягких грунтах в период строительства значительно превыша­ют скорости осадок в эксплуатацион­ный период. Поэтому в эксплуата­ционный период наблюдения за осад­ками геодезическими методами вы­полняют точнее, чем в период строи­тельства. Для обеспечения высокой точности геодезических измерений, порядка + 1 мм и точнее, заблаговре­менно разрабатывают методику наб­людений и подбирают соответствую­щие геодезические приборы, осадоч­ные марки и реперы, которые закла­дывают обычно вдоль осей фундамен­тов, что дает возможность выявить прогибы и перекосы в различных нап­равлениях.

Измерения величины сдвигов, оса­док и кренов зданий прекращают либо сокращают до необходимых пре­делов с наступлением момента ста­бильности в положении здания. Поэ­тому характерной особенностью геоде­зических работ по наблюдению за деформациями сооружений является систематическое их повторение в те­чение довольно длительного времени. Числовые данные измерений иллюст­рируют схемой расположения знаков высотной основы, а также дан­ными об определении угловой и линей­ной величины крена сооружения.

ГЛА ВА 12

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЭРОСНИМКОВ И КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ В АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ

§ 12.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Аэроснимки находят широкое при­менение во многих областях народно­го хозяйства и науки: в геологии, лесоустройстве, для изучения почвен­ного покрова, при решении вопросов охраны окружающей среды. Это объясняется большим объемом инфор­мации, который содержит аэроснимок,

наглядностью изображения, высокой точностью и полной объективностью и достоверностью результатов измере­ний.

Материалы аэросъемки могут быть использованы на всех стадиях проек­тирования и строительства. Они поз­воляют решать большинство задач, которые решаются по топографичес­ким планам и картам и дают воз-

можность перенести часть работ, вы­полняемых в натуре, в камеральные условия, что дает большой экономи­ческий эффект. Вместе с тем по аэро­снимкам можно изучать динамику процессов, как, например, интенсив­ность движения городского транспор­та, ход строительства крупных про­мышленных объектов, степень загряз­нения почвы и водоемов от воздей­ствия промышленности, транспорта, нефтяных и газовых промыслов.

Пространственная модель, создан­ная по стереоснимкам, дает возмож­ность увереннее и быстрее выбирать оптимальные решения при реконструк­ции города, определении трасс желез­ных и шоссейных дорог, линий элек­тропередач и другие за счет нагляд­ности и большой точности модели.

Отдельные аэроснимки не всегда удобны для практического использо­вания, поэтому по ним в зависимости от цели использования и требуемой точности измерений могут быть состав­лены следующие виды фотодокумен­тов: фотосхема, фотоплан, топографи­ческая фотокарта.

Фотосхема представляет собой соединение (монтаж) рабочих площа­дей плановых аэроснимков одного или нескольких маршрутов, наклеенных на твердую основу. Фотосхемы удобны для изучения большой площади и мо­гут быть быстро изготовлены непо­средственно после аэросъемки с по­мощью простейших инструментов. Од­нако точность измерений по фотосхеме расстояний, углов и координат точек ниже точности измерений по отдель­ному аэроснимку того же масштаба. Кроме искажений, присущих аэро­снимкам, из которых они составлены, фотосхемы содержат и ошибки их монтажа. Фотосхемы используют пре­имущественно для изучения особенно­стей природной и городской среды и составления эскизных проектов.

Фотоплан монтируют из трансфор­мированных аэроснимков, используя опорные точки с известными коорди­натами. Для этого на планшет нано­сят по координатам опорные точки,

и на него укладывают аэроснимки так, чтобы каждый аэроснимок совме­щался своими опорными точками с соответствующими точками на план­шете. Отклонения не должны превы­шать 0,4 мм. Не уступая по точности графическим планам, фотопланы зна­чительно превосходят их в детальнос­ти изображения, что важно для успеш­ного проведения изысканий и проекти­рования.

Топографическая фотокарта явля­ется картой нового типа, характери­зующаяся сочетанием фотографи­ческого и штрихового изображения местности в условных знаках. Она содержит разнообразную информацию о ландшафте, эстетически легко вос­принимаемую, так как на ней сохра­няются индивидуальные черты одно­родных объектов, которые на обыч­ных картах изображаются с обобще­нием. Изображение можно рассматри­вать с 2-, 4-кратным увеличением, а при необходимости стереоскопичес­ки.

На топографическую фотокарту наносятся координатная сетка, гори­зонтали и подписи отметок точек, названия населенных пунктов, рек и др.

§ 12.2. ПРИЕМЫ РАБОТЫ С ПЛАНОВЫМИ АЭРОСНИМКАМИ

Подготовка аэроснимка к работе.Перед тем как использовать аэросним­ки, их необходимо подготовить к рабо­те. Подготовка аэроснимка включает: определение границ сфотографиро­ванного участка и масштаба аэро­снимка, построение пропорционально­го масштаба, нанесение на снимок направления магнитного меридиана.

Для определения границ участка, изображенного на аэроснимке, необ­ходимо опознать на нем несколько наиболее характерных объектов мест­ности (река, шоссейная дорога, город­ская улица и др.) и отыскать их на карте. По этим объектам ориенти­ровать аэроснимок, опознать контуры, находящиеся на его краях, и по ним очертить границы сфотографирован­ного участка. Более точно это можно

сделать после того, как будет опреде­лен масштаб аэроснимка.

Масштаб аэроснимка можно опре­делить тремя способами: по топогра­фической карте (плану), посредством измерения длины отрезка на снимке и на местности, по известной высоте фотографирования и фокусному рас­стоянию аэрофотоаппарата. Наиболее часто используют первый способ.

Масштаб аэроснимка 1 / т сн по кар­те определяется по формуле

1 / ш сн ^сн/^к^к»

где /сн — длина отрезка на аэросним­ке; /к — длина этого отрезка на кар­те; т к — знаменатель численного мас­штаба карты.

Отрезок, по которому определяется масштаб, должен быть по возможнос­ти длиннее (не менее 5 см) и совпа­дать с направлением диагонали сним­ка. Конечные точки отрезка должны быть четко выражены на снимке и на карте.

Для повышения точности и контро­ля масштаб снимка следует опреде­лить не менее двух раз. В качестве второго отрезка желательно выбрать отрезок, направление которого совпа­дает с другой диагональю снимка. За окончательный результат прини­мается среднее значение. Для плано­вого аэроснимка разница между зна­менателями масштаба не должна пре­вышать величины, подсчитанной по формуле: Д ш = 2 A l / l , где Д т —раз­ность знаменателей численных масш­табов; Д / — допустимая ошибка при измерении длин линий на карте данно­го масштаба; / — наибольший отре­зок, по которому определялся мас­штаб. В том случае когда Д т превы­шает допустимое значение, для изме­рений на аэроснимке пользуются толь­ко полезной площадью снимка, т. е. той его частью, в пределах которой раз­ница масштабов меньше допустимой.

Пропорциональный масштаб при­меняют для перевода в масштаб кар­ты отрезков, измеренных на аэро­снимке, и решения обратной задачи. Построение масштаба целесообразно

выполнять на миллиметровой бумаге. На горизонтальной линии (рис. 12.1) откладывают отрезок АВ, равный 20 или 25 см. По известному масштабу аэроснимка рассчитывают соответ­ствующую длину отрезка В С на кар­те и откладывают его на перпенди­куляре от точки В. Точки А и С соеди­няют прямой.

Переход от размеров, измеренных на аэроснимке, к размерам карты производят следующим образом: на аэроснимке измеряют требуемый отре­зок и откладывают от точки А вдоль линии АВ\ в полученной точке D по­ворачивают измеритель параллельно линии В С и уменьшают раствор из­мерителя до касания с линией АС. Полученный отрезок D E будет соот­ветствовать расстоянию на карте.

Направление магнитного меридиа­на на аэроснимке наносят в том случае, если аэроснимок будет исполь­зован при работе на местности, бедной ориентирами. На аэроснимке и карте опознают по две общие точки А, В и а, в и через них прочерчивают прямые линии; накладывают аэроснимок на карту так, чтобы направление АВ аэроснимка совместилось с направле­нием ab карты. Затем на аэроснимке прочерчивают линию, параллельную вертикальной линии координатной сет­ки. Учитывая знак и величину поправ­ки направления (7 + б), которая ука­зана под южной стороной рамки кар­ты, наносят направление магнитного меридиана.

Перенос информации с аэросним­ка на карту. Для переноса инфор­мации с аэроснимка на карту исполь­зуют оптические приборы (универ­сальный топографический проектор

и др.). При отсутствии этих приборов применяют различные графические ме­тоды. Наиболее простыми из них яв­ляются способ линейных засечек и с помощью взаимно проективных сеток.

Способ линейных засечек. На кар­те и аэроснимке выбирают две общие точки с таким расчетом, чтобы угол между направлениями на переноси­мый объект был в пределах 30... 150°, а расстояния как можно короче. Эти расстояния измеряют на аэроснимке и с помощью пропорционального мас­штаба находят соответствующие им расстояния на карте. Радиусами, рав­ными этим отрезкам, проводят на карте дуги; точка пересечения дуг даст положение объекта на карте.

Для контроля засечка производит­ся с третьей точки. Вследствие погреш­ностей измерений и искажений, свой­ственных аэроснимку, при построении засечки может образоваться треуголь­ник погрешностей. Если стороны треу­гольника не превышают 1 мм, за искомую точку принимают центр треугольника.

Построение взаимно перспектив­ных сеток применяют в том случае, когда аэроснимок содержит большое количество объектов, отсутствующих на карте. Для построения таких се­ток выбирают на аэроснимке четыре четко изобразившиеся точки и нахо­дят соответствующие им точки на карте. Выбранные точки должны об­разовать четырехугольник возможно большого размера. Стороны построен­ных на карте и на аэроснимке четырехугольников делят на одинако­вое число частей, тем большее, чем точнее требуется перенести объекты на карту. Соединив прямыми линия­ми одноименные точки противополож­ных сторон, получают сетку на аэро­снимке и соответственно сетку на карте.

Контуры аэроснимка перерисовы­вают на карту согласно построенным сеткам. Точность перерисовки будет тем выше, чем мельче построенные клетки.

§ 12.3. ПОНЯТИЕ О КОСМИЧЕСКОЙ ФОТОСЪЕМКЕ

Полеты космических спутников Земли, пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций обес­печили разработку и практическое применение принципиально новых ме­тодов изучения земной поверхности в научных и народнохозяйственных целях.

Современный этап развития косми­ческих методов исследования природ­ной среды характеризуется система­тической и планомерной съемкой зем­ной поверхности. При этом помимо наиболее распространенной фотогра­фической системы получения изобра­жения используют фототелевизион­ные, радиолокационные, радиотепло- вые и др.

Фотографирование из космоса позволяет в короткие сроки получить легко обозримый, вполне однородный и достаточно точный материал о зна­чительной территории земной поверх­ности. Так, например, с космическо­го корабля «Союз-22» в совместном эксперименте СССР и ГДР было по­лучено 2,5 тыс. космических фотосним­ков, покрывающих территорию от се- веро-таежных районов, включая зону вечной мерзлоты, до южных пустынь, от приморских равнин Прибалтики до высокогорных районов Памира. Для фотографирования такой огромной территории с самолета потребовалось бы 8 ... 10 лет.

В зависимости от высоты полета космического аппарата и размеров фокусного расстояния съемочной ка­меры космические фотоснимки могут быть получены в широком диапазоне масштабов. Понятно, что чем мельче масштаб фотоснимка, тем большую площадь он охватывает, тем больше его обзорность. В зависимости от мас­штаба и обзорности космические фото­снимки принято классифицировать на мелкомасштабные, среднемасштаб­ные и крупномасштабные.

М елкомасштабные— 1:108... 1:107, охватывают всю планету, точнее осве­

щенную часть одного полушария или м атериков. С реднем асш табны е— 1: 107...1:106, покрывают части матери­ков и крупные регионы. Крупномас­ш табные— 1:10 и крупнее, обеспе­чивают изображение локальных участ­ков земной поверхности. Наиболее употребительным масштабом косми­ческого снимка является 1:106.

Высокая обзорность космических фотоснимков позволяет выявить про­странственные закономерности и вза­имосвязи явлений, проследить антро­погенные воздействия на природную среду на больших расстояниях и площадях, в пределах крупных регио­нов.

Космический снимок представляет собой документ многоцелевого и меж­отраслевого использования. По нему можно обновить топографические кар­ты, получить данные по гидрогеоло­гии, состоянию почв, произвести ин­вентаризацию лесов, контроль окру­жающей среды, определить кормовые ресурсы и решить много других проблем. В качестве примера можно привести опыт комплексной инвента­ризации природных ресурсов одного из труднодоступных высокогорных районов. Научно-техническим проек­том исследований и изысканий этого района была обоснована целесооб­разность проведения работ в 29 нап­равлениях, отвечающих запросам гид­ротехнического строительства, горно­добывающей промышленности, расте­ниеводства и животноводства, лесно­го хозяйства, нефтяной промышлен­ности и др. Итогом изучения региона должны стать 29 тематических карт, содержащих новейшие данные о при­родном потенциале района и его есте­ственных ресурсах.

Космическая техника дает новый уровень оперативности наблюдений. Со спутника можно получать изоб­ражения через любой отрезок време­ни. Путем подбора параметров орби­ты и количества космических аппа­ратов достигается заданная повто­ряемость и оперативность обзора по­верхности Земли. Поэтому можно

считать, что космический снимок имеет четыре измерения. Кроме линейных X, Y, Н еще такое важное четвер­тое измерение, как время. На фото­снимке как бы в застывшем виде фиксируются форма, размер и про­странственное положение объектов в выбранное время или интервал вре­мени. Эти возможности космическо­го метода имеют важное значение для изучения динамики процессов и явлений.

Интервал времени между фото­графированием в зависимости от цели использования космических снимков может быть различен. Так, для изу­чения быстро протекающих процессов и явлений (наводнений, наблюдения за загрязнением окружающей среды и пр.) он должен измеряться часами. При исследовании же направленности и интенсивности таких антропогенных и природных процессов, как динами­ка использования городских земель, преобразование природной среды на урбанизованных территориях, овра- гообразование, зарастание водоемов, заболачивание и засоление почв и др., целесообразно использовать фотоснимки, разделенные десятиле­тиями.

Космическое фотографирование может производиться в различных диапазонах спектра электромагнит­ных колебаний, включая невидимую для глаза человека область излуче­ний. При этом особое место зани­мает многозональная съемка, которую производят одновременно в несколь­ких сравнительно узких зонах спект­ра.

Для многозонального фотографи­рования на советских космических аппаратах применяется стационарная многозональная шестиобъективная камера МКФ-6 , разработанная спе­циалистами СССР и ГДР. Съемка этой камерой производится одновре­менно в шести зонах спектра: 4 сним­ка получают в видимой зоне спектра и 2 снимка в невидимой зоне—в ближней инфракрасной области спект­

ра. Все снимки черно-белого изобра­жения.

Камера МКФ имеет фокусное рас­стояние /= 1 2 5 мм при формате сним­ка 56X81 мм. Несмотря на неболь­шой размер снимка, он покрывает значительную территорию на мест­ности. Так, например, при высоте съемки Я = 300 км снимок охватыва­ет площадь 300 ООО км2.

Благодаря высокой разрешающей способности космических фотографи­ческих систем (до 100 лин./мм) на снимке с большой детальностью вос­производятся объекты местности и представляется возможность с нега­тива изготовить снимки с 15...20- кратным увеличением без заметного ухудшения их фотографических ка­честв.

На снимках уверенно распознают­ся площадные объекты, имеющие в натуре размеры до 10Х Ю м, линейные же объекты большой протяженности, например дороги, каналы, просеки в лесу, изображаются и в том слу­чае, когда их ширина значительно меньше 10 м. На снимках отобра­жается планировка городских и сель­ских населенных пунктов, включая внутриквартальные и отдельно стоя­щие строения, дорожная сеть вплоть до полевых дорог.

Для того чтобы облегчить распоз­навание объектов на фотоизображе­нии и определение их качественных характеристик, на основе зональных снимков изготавливают цветной сни­мок. Для этого используют специаль­ный оптический синтезатор, состоящий из нескольких проектирующих ка­мер. В камеры укладывают зональные снимки и проектируют каждый из них через соответствующий цветной све­тофильтр, получая на экране одно совмещенное (синтезированное) изоб­ражение, которое может быть зафик­сировано на цветной фотобумаге. При этом подбором светофильтров добиваются цветного выделения на синтезированном снимке тех объектов, которые, исходя из цели исследова­ния, имеют важное значение.

§ 12.4. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ В ГРАДОСТРОИТЕЛЬ­НЫХ ЦЕЛЯХ

Использование космических сним­ков в градостроительстве позволяет существенно сократить сроки и расхо­ды на изыскательские, инвентариза­ционные и предпроектные работы, бо­лее полно и обоснованно оценить урбанизированную и природную среду.

Обновление топографических карт.Градостроительное проектирование предъявляет высокие требования к картографическим материалам в части их соответствия действительному сос­тоянию местности. Однако составле­ние и обновление топографических карт—работа длительная и трудоем­кая, вследствие чего архитектор часто вынужден использовать топографи­ческие основы, не отражающие проис­шедших изменений.

Космическая съемка открывает широкие перспективы для обновления карт в короткие сроки. При относи­тельно небольших изменениях на мест­ности по космическим снимкам изме­нившуюся ситуацию наносят на де­журные карты. При значительном ста­рении карты, когда ее исправление нецелесообразно, производят полное обновление, выполняя тот же комплекс работ, что и при аэрофототопографи­ческой съемке. При этом для планово­го обоснования используют опорные точки, как использованные при созда­нии обновляемой карты, так и полу­ченные после ее создания. Методы и технология обновления карт среднего и мелкого масштабов по космическим снимкам достаточно отработаны.

Разрешающая способность совре­менных космических фотоснимков, ис­пользуемых в народном хозяйстве, не может еще обеспечить полноценное обновление планов городов. Однако такие снимки содержат большое коли­чество последних данных как о пла­нировке и застройке населенных пунк­тов, так и о природных объектах, дополняющих и уточняющих имею­щиеся картографические материалы.

Исследование городской и природ­ной среды. При изучении урбанизи­рованных территорий в аспекте градо­строительных исследований генерали­зованное изображение с большой об­зорностью, каким являются космиче­ские снимки, позволяет получить боль­шой объем экономико-географической информации: природные ресурсы, про­странственные закономерности и осо­бенности расселения, архитектурно­планировочные формы поселений, транспортная сеть и пр.

Наиболее эффективно использова­ние космической съемки при решении таких важнейших проблем, как: раз­работка схем расселения на террито­рии регионов и генеральной схемы расселения на территории страны; составление схем развития и разме­щения производительных сил на тер­ритории экономических районов; выявление комплекса оценочных ха­рактеристик территории при составле­нии схем и проектов районной пла­нировки; проектирование пригородных зон; выявление градостроительной ситуации в городских агломерациях (застройка, транспортные пути, инже­нерные сооружения, зеленые массивы и т. д.); изучение существующей застройки крупных городов и освоен­ности прилегающих территорий.

Изучать населенные пункты, как показывает опыт, целесообразно по космическим снимкам, увеличенным в10... 15 раз. На таких снимках видны границы городских территорий, общая схема планировки и характер застрой­ки, особенности планировочной струк­туры, можно выделить функциональ­но различные зоны городов: промыш­ленная, жилая с малоэтажной зас­тройкой, зона новостроек и т. д. По разновременным снимкам можно уста­новить динамику развития городов по различным показателям: тенденции и интенсивность роста за определенный период, степень развития дорожной сети, эффективность использования пригородных зон и др.

Контроль состояния окружающей среды. В СССР организована об­

щегосударственная служба наблюде­ния и контроля за состоянием окру­жающей среды, уровнем загрязнения атмосферы, почвы и водных объектов по физическим, химическим и гидро­биологически показателям. Важной составной частью этой системы является фотографирование из космо­са.

На космических снимках регистри­руются почти все виды загрязнений воздушной и водной сред и почв как результат промышленной деятельнос­ти человека. Процессы загрязнения окружающей среды, ежедневно проис­ходящие на громадной территории, очень динамичны. Поэтому косми­ческие съемки имеют особое значе­ние для их регистрации.

Основной источник антропогенного загрязнения воздушного бассейна и почвы — промышленность. Влияние индустриальной деятельности города в десятки раз превышает площадь самого города, что отчетливо видно на зимних космических снимках. По дымовому шлейфу, простирающе­муся на десятки километров, на сним­ках можно установить источник выб­росов. Вокруг химических, цементных и некоторых металлургических пред­приятий на многие километры наб­людаются негативные изменения в растительности: увядание, замедлен­ное развитие, исчезновение некоторых видов. Все это находит отражение на многозональных космических сним­ках.

Если по наземным данным можно составить лишь приблизительную кар­тину влияния промышленности на природную среду, то на космических снимках четко различаются зоны воз­действия различной интенсивности.

Исследование качества окружаю­щей среды, ее охрана и улучшение— одна из основных целей на всех стадиях архитектурно-строительного проектирования. Систематизация ре­зультатов анализа состояния природ­ной среды представляет исходный материал для решения многих задач проектировани'я.

Составление тематических карт.Наиболее удобной формой отображе­ния информации, полученной по кос­мическим снимкам, являются темати­ческие карты градостроительной об­становки района исследования. Кос­мические снимки отвечают большин­ству требований, предъявляемых к источнику информации, на основе ко­торого создаются тематические карты: генерализация изображения, объек­тивность, отражение процесса в дина­мике, возможность использования ме­тодики и технических средств, применяемых для составления общегеографических карт по аэрофо­тоснимкам с автоматизацией отдель­ных процессов. Наряду с данными космической съемки используются

картографические и литературные источники и проводятся полевые ис­следования.

В настоящее время различные ведомства создают значительное число отраслевых тематических карт, в ос­новном природоресурсных: геологи­ческих, почвенных, геоботанических, лесных и т. д. Однако карт, пред­назначенных непосредственно для гра­достроителей, все еще мало. Разра­ботка содержания таких карт и ме­тодика их составления находятся еще в стадии становления.

Для целей градостроительства мо­гут быть использованы и сами фото­изображения (отдельные снимки, фо­тосхемы и фотопланы) при развитии простейших навыков работы с ними.

Л И ТЕРА ТУРА

Строительные нормы и правила (СНиП)

3.01.03— 84 Геодезические работы встроительстве

II-9-78 Инженерные изысканиядля строительства. Ос­новные положения

Нормативные документы по проектно-изыскательским

и геодезическим работам (СН)

СН 212—73 Инструкция по топографо­геодезическим работам при инженерных изыска­ниях для промышленного, сельскохозяйственного, го­родского и поселкового строительства

СН 225—79 Инструкция по инженер­ным изысканиям для про­мышленного строительства

ГКИНП -02-033—82 Инструкция по топографи­ческой съемке в масш табе 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500

Государственные стандарты (ГОСТ)

10528—76* Нивелиры. Общие техничес­кие условия

10529—79 Теодолиты. Типы и основные параметры. Технические тре­бования

19223—82 С ветодальном еры . О бщ иетехнические условия

23543—79* Приборы геодезические. О б­щие технические требования

Баканова В. В. Геодезия. М., 1980. И нж енерная геодезия/Баграт уни Г. В.,

Ганьш ин В. Н., Д анилевич Б. Б. и др. М.,1984.

Л обанов А. Н. Ф отограмметрия.— М.: Недра, 1984.

Сироткин М. П., Сытник В. С. Справоч­ник по геодезии для строителей. М., 1987.

С п р а в о ч н и к г е о д е з и с т а / П о д р е д . В. Д . Больш акова и Г. П. Л евчука. М.,1985.

Предисловие ............................................... 5

В в е д е н и е ..................................................... 5

Г ла ва 1. Основы изображ ения земной поверхности на топографичес­ких картах и планах . . . 8

§ 1.1. Проектирование поверхностиЗемли на п л о с к о с т ь ........................ 8

§ 1.2. Системы координат и высот, при­меняемые в геодезии . . . . 9

§ 1.3. Ориентирование линий . . . 11 § 1.4. П рям ая и обратная геодезичес­

кие з а д а ч и ......................................... 13

Г ла ва 2. Классификация, характерис­тика и назначение топографи­ческих карт и планов . . . 14

§ 2 .1 . Разновидности карт . . . . 14 § 2.2. Система условных обозначений

на топографических картах ипланах ................................................ 16

§ 2.3. Использование топографических карт и планов в архитектурно­планировочном и инженерномпроектировании ............................. 19

§ 2.4. Номенклатура и разграф ка то­пографических карт и планов 20

Г лава 3. Измерения и построения на то­пографическом плане и карте

§ 3 .1 . Измерение расстояний. М асш та­бы ............................................................ 24

§ 3.2. Определение по карте (плану) ко о р д и н ат точек и у гло вориентирования ........................ 26

§ 3.3. Изучение рельефа по карте (пла­ну) ...................................................... 28

§ 3.4. Построение профиля местностипо карте ( п л а н у ) ........................ 29

§ 3.5. Измерение площади участка местности по топографическойкарте (плану) ............................. 33

§ 3.6. Проектирование по карте (пла­ну) горизонтальной и наклонной площ адок .......................................... 34

Г лава 4. Линейные измерения на мест­ности ............................................... 35

§ 4 .1 . Механические мерные приборы 36§ 4.2. Оптические дальномеры . . . 39 § 4.3. П онятие о радиофизических

дальномерах ............................................ 43

Г лава 5. Угловые измерения на мест­ности ......................................... 45

§ 5 .1 . Геометрическая схема измерения горизонтальных и вертикальных углов. Принципиальная схема устройства теодолита . . . 45

§ 5.2. Технические теодолиты и иху с т р о й с т в о ................................... 49

§ 5.3. Поверки теодолита 2Т30 . . . 52 § 5.4. Измерение углов теодолитами . . 56

Г лава 6. Н и в е л и р о в а н и е ........................ 59

§ 6 .1 . Виды нивелирования. Нивелиры 59 § 6.2. Геометрическое и тригонометри­

ческое нивелирование . . . . 65

Г лава 7. Геодезическая сеть . . . .§ 7 .1 . Государственная геодезическая

сеть, сети с г у щ е н и я ........................69§ 7.2. Теодолитные х о д ы ........................ 72

Г лава 8. Топографические съемки . . 77

§ 8.1. Общие сведения о топографичес­ких с ъ е м к а х 77

§ 8.2. Теодолитная съемка . . . . 78§ 8.3. Нивелирование поверхности . . 81§ 8.4. Тахеометрическая съемка 84§ 8.5. М ензульная с ъ е м к а 87

Г лава 9. Ф ототопографические съемки 90

§ 9 .1 . Аэрофотосъемка местности . . 91 § 9.2. Геометрические свойства аэро­

снимка ................................................ 91§ 9.3. Аэрофототопографическая съемка.

Задачи и методы фотограммет­рической обработки аэросним­ков .............................................................. 96

§ 9.4. Н азем ная фототопографическаяс ъ е м к а ............................................... 101

Глава 10. Архитектурные обмеры 107

§ 10.1. Фотограмметрический метод а р ­хитектурных обмеров . . . . 107

§ 10.2. Геодезический метод обмеровпамятников архитектуры . . . 110

Г лава 11. Геодезические разбивочныеработы ......................................... 112

§ 11.1. Геодезическая основа разбивоч-ных работ . . . . . . . . 112

§ 11.2. Подготовка данных для выносапроекта сооружения на местность 114

§ 11.3. Вынос на местность геометричес­ких элементов проекта . . . 115

§ 11.4. Исполнительные съемки. Н аблю ­дения за деформациями зданий(сооруж ений) .............................. 119

Г лава 12. Использование аэроснимков и космических снимков в архи­тектуре и строительстве 120

§ 12.1. Общие с в е д е н и я ............................. 120§ 12.2. Приемы работы с плановыми

а э р о с н и м к а м и ....................................... 121§ 12.3. Понятие о космической фото­

съемке ............................................... 123§ 12.4. Основные направления использо­

вания космических снимков в градостроительных целях . . 125

Л итература ..................................................... 127

ContentsForeword Introduction

C h ap te r 1. P rinc ip les of R epresen tation of the E a rth S u rface on Topographic M aps and P la n s § 1.1. P lan e P ro jection of the E arth S u rface § 1.2. C o o rd inate and H eight S ystem s B eing U sed in Geodesy § 1.3. Line O rien ta tion§ 1.4. P rim al and Inverse G eodetic P rob lem s

C h ap ter 2. C lassifica tion , C h arac te riza tio n and P urpose of Toporgaphic M aps and P lan s § 2.1. K inds of M aps§ 2.2. System of Sym bols on T opographic M aps and P lan s§ 2.3. U se of T opographic M aps and P la n s in A rch itectu ra l Layout and E ngineering

D esign W ork§ 2.4. Sheet Division and N om enclature of Topographic M aps and P lan s

C h ap ter 3. M easurem en ts and C onstruc tions on Topographic P lan and M ap § 3.1. D istince M easurem en t. Scale§ 3.2. D eterm ination of Point C oord inates and O rien ta tion A ngles on M ap (P lan )§ 3.3. S tu d y of Relief§ 3.4. P lo ttin g of T erra in Section on M ap (P lan )§ 3.5. M easurem en t of S q u a re of T erra in Sector on Topographic M ap (P lan )§ 3.6. D esignin of Level and S lop ing G ro u n d s on M ap (P lan )

C hap ter 4. L inear M easu rem en ts on T erra in § 4.1. M echanical M easu rin g Devices § 4.2. O ptical R ange F in d ers § 4.3. Notion of R adiophysical R ange F in d ers

C h ap te r 5. A n g u la r M easurem en ts on T erra in§ 5.1. D escrip tion of G eom etrical D iag ram of M easurem en t of H orizon tal and V ertical

A ngles. D escription of Line D iag ram of Theodolite § 5.2. T echnical— purpose T heodolites and Their D esign § 5.3. E xam ination of Theodolite 2T30 § 5.4. M easurem en t of A ngles by Theodolites

C h ap te r 6. L evelling§ 6.1. K inds of Levelling. G eodetic Levels § 6.2. G eom etric and T rigonom etric Levellig

C h ap te r 7. G eodetic N etw ork§ 7.1. S ta te G eodetic N etw ork. B rid g in g N etw orks § 7.2. Theodolite T rav erses

C hap ter 8. T opographic Survey§ 8.1. Topographic Survey. General

§ 8.3. S u rface L evelling § 8.4 T acheom etric S urvey § 8.5. P la n e - T a b le S urvey

C h ap te r 9. P ho to topography§ 9.1. A erial P ho to topography of T erra in § 9.2. G eom etric P ro p ertie s of A erial P h o to g rap h s§ 9.3. A erophototopography. T ask s and M ethods of P ho to g ram m etric P rocessing of Aerial

P h o to g rap h s § 9.4. G round P ho to topography

C h ap te r 10. A rch itectu ra l M easurem en ts§ 10.1. P h o to g ram m etric M ethod of A rch itectu ra l M easurem en ts § 10.2. G eodetic M ethod of M easurem en ts of A rch itectu ra l M onum ents

C h ap ter 11. G eodetic A lignm ent W ork§ 11.1. Geodetic P rincip les of A lignm ent W ork§ 11.2. P rep a ra tio n for R eferencing P ro ject of C onstruc tion to T erra in § 11.3. R eferencing of G eom etric E lem ents of P ro jec t to T erra in § 11.4. W orking survey. O bservation of D eform ation of B uild ing (C onstruction)

C h ap te r 12. U se of Aerial and Cosm ic P h o to g rap h s in A rch itecture and C onstruction § 12.1. G eneral§ 12.2. M ethods of w ork w ith P lan n ed A erial P h o to g rap h s § 12.3. Notion of Cosm ic Pho tography§ 12.4. U se of Cosm ic P ho to g rap h y in Town P lan n in g . G uidelines

B ibliographyC on ten ts