ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ 2семестр

1. Предмет и задачи геодезии. 2

2. Форма и размеры Земли. 3

3. Система географических координат. 4

4. Прямоугольная система координат Гаусса-Крюгера. 5

5. Ориентирование линий. 6

6. Топографические карты и планы. 7

7. Виды масштабов. 8

8. Задачи, решаемые на картах и планах. 9

9. Угловые измерения. 10

10. Приборы для измерения углов. 11

11. Способы измерения горизонтальных и вертикальных углов. 12

12. Линейные измерения. 13

13. Приборы, используемые для линейных измерений. 14

14. Нивелирование. 15

15. Виды нивелирования. 16

16. Приборы, используемые для нивелирования. 17

17. Виды ошибок при измерениях. 18

18. Веса результатов измерений. 19

19. Государственные геодезические сети и их виды. 20

20. Государственные геодезические плановые и высотные сети. 21

21. Государственные геодезические сети сгущения и геодезическое съемочное обоснование. 22

22. Принципы построения государственных геодезических сетей. 23

23. Виды топографических съемок. 24

24. Геодезические работы при инженерных изысканиях. 25

25. Элементы геодезических разбивочных работ. 26

26. Способы разбивки сооружений. 27

27 Перенесение на местность проектов застройки. 28

28. Геодезическая подготовка разбивочных данных и ее способы. 29

29. Детальная разбивка осей зданий. 30

30. Геодезическое обеспечение строительства подземной части зданий и сооружений. 31

31. Этапы и задачи съемки подземных сооружений. 32

32. Геодезическое обеспечение надземной части зданий. 33

33. Геодезические изыскания трасс линейных сооружений. 34

34. Геодезические работы при монтаже сборных конструкций. 35

35. Выверка колонн каркаса сборного здания. 36

36. Выверка панелей каркаса сборного здания. 37

37. Исполнительные съемки конструкций. 38

38. Исполнительная съемка колонн здания. 39

39. Исполнительная съемка панелей здания. 40

40. Наблюдения за перемещениями и деформациями конструкций зданий и сооружений. 41

41. Наблюдение за осадками сооружений. 42

42. Методы наблюдений за осадками зданий и сооружений. 43

43. Наблюдения за горизонтальными перемещениями. 44

44. Методы наблюдения за горизонтальными перемещениями. 44

1. Предмет и задачи геодезии.

Геодезия - наука, которая занимается изучением формы и размеров Земли или отдельных ее частей. Это изучение осуществляется посредством геодезических измерений. Такие измерения производятся на поверхности Земли, на море и в космосе. Геодезические измерения нужны для определения фигуры и размеров земли, составления планов, карт и профилей, для решения различного рода инженерных задач при изысканиях» проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.

Высшая геодезия изучает фигуру, размеры и гравитационное поле Земли, обеспечивает распространение принятых систем координат и высот в пределах государства, изучает вертикальные и горизонтальные деформации земной коры, а также изучает фигуру, размеры и гравитационное поле других планет солнечной системы.

Геодезия или топография занимается изображением на планах и картах земной поверхности, а также измерением относительных высот точек земной поверхности и изображением вертикальных ее разрезов.

Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений,

Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает методы проведения геодезических работ в подземных горных выработках.

Фототопография изучает методы создания топографических карт и планов по материалам фотографирования земли.

Картография изучает методы составления, издания и использования карт, атласов.

За последние годы получили развитие новые разделы геодезии; радиогеодезия, космическая геодезия и морская геодезия.

Радиогеодезия занимается изучением радиоэлектронных методов измерения расстояний при помощи радио и светолокаций, соответственно, приборами радиодальномером и светодальномером.

Космическая геодезия занимается обработкой измерений, полученных при помощи искусственных спутников земли, орбитальных станций и межпланетных кораблей.

Морская геодезия занимается вопросами топографо-геодезических работ морского дна.

2. Форма и размеры Земли.

Поверхность суши Земли со всеми ее неровностями называется физической или топографической поверхностью. Она имеет сложную форму и не поддается математическому выражению. Поэтому для построения карт приходится проектировать ее на иную, более простую, теоретическую (т. е. мысленную) поверхность, которая называется уровенной.

Уровенную поверхность представляют как поверхность Мирового океана, мысленно продолженную под материки при условии, что она в любой точке перпендикулярна отвесной линии. По сравнению с физической поверхностью ее отличает большая сглаженность.

Фигуру Земли, ограниченную уровенной поверхностью, называют геоидом (т. е. подобная Земле). Сложная форма геоида не может иметь математического выражения, но она близка эллипсоиду. Эллипсоид - поверхность, образованная вращением эллипса вокруг меньшей оси.

Размеры земного эллипсоида определяются длинами большой и малой полуосей: а - большая полуось или радиус экватора; Ь - малая полуось или полуось вращения Земли.

Величина а = (а — b)/а называется сжатием земного эллипсоида. Величины а и b определяются посредством градусных измерений в различных местах мередиана.

3. Система географических координат.

С помощью географических координат, т. е. широт и долгот, определяем положение точек на поверхности Земли относительно экватора и начального меридиана. PP₁-ось вращения Земли; Р - северный, а Р₁ - южный географические полюсы Земли,

Плоскость EQ, перпендикулярная земной оси и проходящая через центр Земли О, называется плоскостью экватора, а линия пересечения плоскости экватора с поверхностью Земли называется экватором.

Плоскость, проходящая через ось вращения Земли и какую-нибудь точку на поверхности Земли, называется плоскостью меридиана, а линия пересечения этой плоскости с поверхностью Земли называется меридианам данной точки.

Мысленное сечение земляной поверхности плоскостями, параллельными экватору, дает на поверхности окружности, которые называются параллелями.

Широтой точки называется угол, составленный отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора и обозначается буквой (фи).

Широта отсчитывается по дуге меридиана к северу и к югу от экватора от 0 до 90°. К северу от экватора широта называется северной, к югу-южной.

Долготой называется двухгранный угол между плоскостью меридиана данной точки и плоскостью начального меридиана и обозначается буквой λ.

За начальный принимается меридиан, проходящий через Гринвич на окраине Лондона.

4. Прямоугольная система координат Гаусса-Крюгера.

В прямоугольной системе положение точки определяется относительно осей прямоугольных координат: оси абсцисс XX и оси ординат УУ.

Четверти системы координат в геодезии пронумерованы по ходу часовой стрелки,

Положение каждой точки определяется абсциссой х и ординатой у. Знаки координат зависят от четверти в которой находится точка.

Четверти

I II III IV

+ - - + X

+ + - - Y

Плоские прямоугольные координаты выражаются в линейной мере и удобны при геодезических работах на небольших территориях. При этом за начало координат берется произвольная точка.

Однако такая система координат неудобна при геодезических работах на больших территориях и в случае необходимости трудно свести в единое целое геодезические работы на соседних участках.

Поэтому в РФ существует общегосударственная система зональных прямоугольных координат (Гаусса-Крюгера). Дня этого земной эллипсоид делят на 6 или 3° зоны, начиная от Гринвичского меридиана. Средний меридиан зоны называется осевым. Каждую зону особым способом проектируют на плоскость. При этом часть экватора и осевой меридиан превращаются в прямые, взаимно перпендикулярные, линии.

Осевой меридиан принимают за ось абсцисс, а линию экватора - за ось ординат. За начало координат принимают точку 0 пересечения осевого меридиана с экватором. Чтобы не иметь отрицательных ординат, ординату осевого меридиана считают равной не нулю, а 500 км.

Координаты Гаусса. В марте 1928 г. Геодезический комитет Госплана постановил ввести в СССР прямоугольные координаты Гаусса. Разработка методики применения координат Гаусса и внедрение ее в производство были выполнены ведущими советскими! учеными и производственниками Ф. Н. Красовсшм, Н. Г. Келлем, (1883—1965), В. В. Каврайским, А. П. Ющенко, Д. А. Лариным, Н. Я. Матусевичем (1879—1950) и др. После внедрения координат Гаусса в практику советских геодезических работ эти координаты. получили всемирное значение для геодезии.

Предложенная К. Ф. Гауссом (1777—1855) система прямоугольных плоских координат каждой точки А (ср, X) участка поверхности референц-эллипсоида — зоны, ограниченной двумя меридианами (рис. 1.5, а), — ставит в соответствие точку А'(х,у} плоскости (рис. 1.5, б). Прямолинейные изображения осевого — среднего — меридиана зоны принимают на плоскости за ось абсцисс, а экватора — за ось ординат. Эту систему координат используют в СССР как для обработки результатов геодезических измерений,, так и для построения топографических карт различных масштабов. Поэтому систему координат Гаусса понимают и как некоторое изображение — проекцию поверхности референц-эллипсоида на плоскости. Гауссов закон проецирования поверхности референц-эллипсоида на плоскость сводится к двум положениям (правилам):

1)изображение данной зоны на плоскости сохраняет подобие в бесконечно малых частях, т. е. в проекции Гаусса практически выдерживается постоянство масштаба в каждой точке по всем направлениям в пределах некоторого малого участка. Проекции с указанным свойством называют равноугольными (конформными);

2) постоянный масштаб сохраняется на прямолинейном изображении осевого меридиана. Иначе говоря, расстояние О'А0' от* точки О' начала координат до точки Л0' оси абсцисс, является изображением точки А0 осевого меридиана, численно равно длине дуги ОА0 меридионального эллипса (рис. 1.5, а, б).

Перечисленные два положения позволяют сформулировать определение проекции Гаусса — это равноугольная проекция поверхности референц-эллипсоида на плоскости, сохраняющая длины на прямолинейном изображении одного из меридианов.

Зависимость между координатами Гаусса х, у и географическими ф, Я установить проще всего с помощью сферических прямоугольных координат х, у. Пусть на рис. 1.5, а представлены: сфера Р'ОР — осевой меридиан некоторой зоны, произвольная точка Л зоны, дуга большого круга АА0, перпендикулярная осевому меридиану. Тогда дуги ОА0 = х и А0А = у — сферические прямоугольные координаты точки А, которые будем считать выраженными в радианах. Эти координаты связаны с географическими координатами той же точки зависимостями: tg x = tg (фи) sec l; sin y = cos (фи) sin l (1.1), где l = (лямбда)- (лямбда)_о, (лямбда)_о — долгота осевого меридиана

Географические координаты будем считать выраженными также в радианах. Для точки А поверхности референц-эллипсоида координаты х, у ее изображения Л' на плоскости в проекции Гаусса (рис. 1.5, б) представятся суммой бесконечного степенного ряда (с основанием l), абсолютная величина членов которого непрерывно уменьшается:

x = N [(х — (фи) + X/N) + 0,00253 l^4 sin (фи) cos^5 (фи)]; (1.2)

y = N[ln tg (y/2 + 45°)-|-0,00112 l^3 cos^5(фи)], (1.3), где х, ll — координаты (имеют прежние значения); N, X — функции широты ср; N —длина нормали An (см. рис. 1.3), а X — длина дуги меридиана от экватора до параллели с широтой ср. Значения N и X обычно выбирают из специальных таблиц по аргументу ср.

В формулах (1.2), (1.3) опущены все члены ряда со степенями 1% и выше для значений х и со степенями l^5 и выше —для у.

Разделив поверхность эллипсоида на ряд достаточно мелких участков, можно считать, что при изображении этой поверхности в конформной проекции каждый . участок сохраняет подобие во всех частях, но в ином масштабе, чем смежные участки. Масштаб изменяется при удалении от оси абсцисс сначала очень медленно, затем изменения масштаба возрастают, становясь весьма ощутимыми.

5. Ориентирование линий.

Ориентировать линию - значит определить ее направление относительно истинного или магнитного меридиана. Направление истинного меридиана в данной точке определяется астрономически, магнитного -при помощи магнитной стрелки. Для ориентирования линий служат углы, которые называются азимутами, дирекционными углами и румбами.

Азимут - горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки до направления данной линии. Азимуты измеряются от 0 до 360°. Азимут называется истинным, если он отсчитывается от истинного меридиана, и магнитным, если отсчитывается от магнитного меридиана. Азимут одной и той же линии в разных ее точках различен.

Азимуты

Угол γ в данной точке между ее меридианом и линией, параллельной осевому меридиану называется сближением меридианов. Сближение меридианов можно вычислить по приближенной формуле: γ=Δλsinφ

где, Δλ - разность долгот осевого и географического меридиана данной точки, φ-широта точки.

Дирекционный угол - горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линии ему параллельной по ходу часовой стрелки до направления данной линии

Дирекционный угол одной и той же линии в разных ее точках одинаков, Дирекционный угол изменяется от 0 до 360. Между азимутами и дирекционными углами существует следующая связь

А = а±γ

Угол у имеет знак положительный, если точка Q на востоке от осевого меридиана, и отрицательный, если на западе.

Румб - острый горизонтальный угол, отсчитываемый от ближайшего направления меридиана до направления данной линии. Румб изменяется в пределах между 0 и 90° и сопровождается названием СВ, ЮВ, ЮЗ, СЗ.

Если румбы отсчитываются от истинного, магнитного или осевого меридиана, то их называют истинным магнитными или осевыми. Между азимутами и румбами существует связь

Азимуты Румбы

0-90° СВ: r₁=А₁

90-180° ЮВ: r₂=180-А₂

180-270° ЮЗ: r₃=А₃-180°

270-360° СЗ: r₄=360-А₄

6. Топографические карты и планы.

Планом называется чертеж, изображающий в уменьшенном и подобном виде горизонтальное проложение участка местности без учета кривизны земной поверхности. Размер площади, которую можно изобразить на плане не выходя за пределы заданной точности, определяется формулами:

План без съемки рельефа r=корень(3R^2дl)

План со съемкой рельефа r=корень(2R^2дh)

где R - радиус земного шара (6380 км); дl и дh - заданная точность точек опорной сети по горизонтальному проложению и по высоте; r - радиус круга, в пределах которого обеспечивается заданная точность

Планы бывают контурными и топографическими. На контурных планах изображают только контуры горизонтальных проекций местных предметов. Совокупность местных предметов, нанесенных на план, называют ситуацией плана. На топографических планах, кроме ситуации, условными знаками изображают рельеф местности.

Картой называют чертеж, изображающий в уменьшенном и обобщенном виде всю поверхность земли или значительную ее часть в специальной картографической проекции с учетом кривизны земли. На карте при помощи условных знаков показывают размещение и связи различных предметов и явлений, а также их качественные и количественные характеристики.

7. Виды масштабов.

Масштабом плана или карты называется отношение длины линии на плане к длине горизонтального проложения соответствующей линии местностей. Это отношение выражается в виде дроби с числителем 1 и знаменателем, показывающим, во сколько раз горизонтальные проложения линий местности уменьшены при перенесении их на план. В такой записи масштаб называют численным. Для удобства применяются линейный и поперечный масштабы.

Поперечный масштаб обеспечивает более высокую точность измерений. Его строят следующим образом. На прямой линии откладывают несколько раз основание масштаба. Из конца каждого полученного отрезка восстанавливают перпендикуляры, произвольной длины, крайние из которых делят на 10 равных частей н через точки деления проводят параллельные линии. Верхний и нижний крайние левые отрезки делят на 10 частей и точки деления соединяют косыми линиями.

8. Задачи, решаемые на картах и планах.

Измерение крутизны скатов/уклона — i=h/d=tg(ню)

Определение площадей S=(x_A(y_B-y_C)+x_B(y_C-y_A)+x_C(y_A-y_B))/2

Измерение расстояний

9. Угловые измерения.

В геодезии измеряют горизонтальные, вертикальные углы (углы наклона) и зенитные расстояния.