2. Масштабы топографических планов и карт

Цель задания: научиться строить и применять графики различных масштабов для решения задач, связанных с масштабами.

Поскольку на карте (плане) все линии местности уменьшаются в определенное число раз, поэтому, чтобы измерять расстояния по карте и устанавливать их действительную длину, необходимо знать степень их уменьшения – масштаб.

При помощи масштаба решаются две основные задачи:

1) откладываются в заданном масштабе отрезки на планах или картах, если известны горизонтальные проложения этих отрезков на местности;

2) определяются длины линий на местности по измеренным отрезкам этих же линий на плане (карте).

Масштабы подразделяются на численные и графические. Для удобства численный масштаб записывают в виде дроби, в числителе которой ставят единицу, а в знаменателе число m, показывающее, во сколько раз уменьшены изображения линий, т.е. их горизонтальные проложения на карте:

(1.2)

Численный масштаб – величина относительная, не зависящая от системы линейных мер, поэтому если известен численный масштаб карты, то измерения по ней можно производить в любых линейных мерах. Например, если на плане масштаба 1:500 измерен отрезок в 1 см, то ему на местности будет соответствовать линия в 500 см или 5 м. Принято длины линий на плане выражать в сантиметрах, а на местности – в метрах.

Наиболее распространенными масштабами планов являются 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000. При пользовании численным масштабом приходится каждый раз производить вычисления, что затрудняет пользование масштабом. Чтобы избежать вычислений, применяют графические масштабы.

Графические масштабы являются графическим выражением численного масштаба и делятся на линейные и поперечные.

Линейный масштаб представляет собой прямую линию со шкалой делений (рис.1.1). Для построения линейного масштаба на прямой линии откладывают несколько раз отрезок определенной длины, называемый основанием масштаба. Если, например, основание масштаба равно 2 см, а численный масштаб взят 1:2000, то основанию масштаба на местности будет соответствовать отрезок в 40 м (рис.1.1). Ставим в конце второго отрез­ка – 40 м, в конце третьего – 80 м, в конце четвертого – 120 м. Первое основание разделим на десять равных частей и че­рез одно деление заштрихуем для удобства пользования графиком линейного масштаба. Очевидно, одной десятой доле основания будет соответствовать на местности 4 м.

Рис. 1.1. График линейного масштаба

Для того чтобы по линейному масштабу определить, какая длина линии на местности соответствует определенной длине линии, взятой на плане, берут раствором измерителя линию с плана, одну ножку измерителя устанавливают в конце одного из оснований (справа от нуля) масштаба с таким расчетом, чтобы другая ножка циркуля обязательно располагалась в пределах первого основания, которое разделено на n=10 равных частей.

Если ножка измерителя приходится между штрихами мелкого деления, то часть этого деления оценивается на глаз.

Например, на рис.1.1 отмеченная измерителем длина отрезка равна 108,4 м в масштабе 1:2000. При откладывании на плане отрезков по известным значениям горизонтальных проложений линии местности задача решается аналогично, но в обратном порядке. Для того чтобы мелкие доли делений основания линейного масштаба не брать на глаз, а определять их с большей точностью, применяется поперечный масштаб.

Поперечный масштаб представляет собой систему горизонтальных параллельных линий, проведенных через 2–3 мм и разделенных вертикальными линиями на равные отрезки, величина которых равна основанию масштаба. Такой масштаб гравируется на линейках, называемых масштабными, а также на линейках некоторых геодезических приборов. Рассмотрим построение так называемого нормального поперечного масштаба, пригодного для любого численного масштаба.

На горизонтальной прямой отложим несколько отрезков (оснований масштаба), по 2 см каждый. Из конечных точек отложенных отрезков восстановим к прямой перпендикуляры. На двух крайних перпендикулярах отложим по 10 равных частей (по 2 мм) и концы этих частей соединим параллельными основанию масштаба прямыми (рис.1.2). Крайнее левое основание (его верхний отрезок СД и нижний – 0В) разделим на 10 равных частей и проведем наклонные линии (трансверсали) в следующем порядке:

• точку 0 (ноль) на отрезке 0В соединяем с точкой 1 на отрезке СД;

• точку 1 на отрезке 0В соединяем с точкой 2 на отрезке СД и т.д., как показано на рис. 1.2, а.

Рассмотрим треугольник ОС1, который в увеличенном виде изображен на рис.1.2, б. Определим в нем величины параллельных между собой отрезков (а₁с₁, а₂с_2, а₃с₃ и т.д.). Из подобия треугольников ОС1 и а₁Ос₁ имеем

.

Но так как по построению С1=0,1 основания масштаба 0В, а Ос₁=0,1 отрезка ОС, то основания масштаба 0В.

Подобным же путем находим а₂с₂=0,02, _, а₃с₃=0,03, ..., _, а₉с₉=0,09 основания масштаба 0В, т.е. каждый отрезок отличается от соседнего на 0,01 основания масштаба.

а)

б)

Рис. 1.2. График поперечного масштаба

Это свойство поперечного масштаба позволяет без оценки на глаз измерять и откладывать отрезки до 0,01 основания масштаба.

Таким образом, величина наименьшего отрезка на графике поперечного (линейного) масштаба есть цена наименьшего деления графика масштаба.

Поперечный масштаб с основанием 2 см, на котором отрезки 0В и ОС разделены на 10 равных частей, называется нормальным сотенным поперечным масштабом. Нормальный поперечный масштаб удобен для измерения и откладывания расстояний при любом численном масштабе. Например, при численном масштабе 1:5000 основанию нормального масштаба (2 см) соответствуют на местности 100 м, десятой доле его – 10 м, а сотой – 1 м.

При измерениях на карте масштаба 1:50 000 основанию нормального масштаба (2 см) соответствует на местности 1000 м, десятой доле его - 100 м, а сотой - 10 м и т.д. Как видно из приведенных примеров, на графике нормального поперечного масштаба для численного масштаба 1:5000 можно измерить наименьшие отрезки до 1 м, а для численного масштаба 1:50 000 – до 10 м, т.е. точность ниже в 10 раз. Следовательно, точность графика поперечного (линейного) масштаба это есть цена наименьшего деления графика в масштабе плана или карты. Кроме этого, глаз человека не может различать без применения оптических приспособлений очень мелкие деления, а циркуль, как бы ни были тонки острия его иголок, не дает воз­можности совершенно точно устанавливать раствор ножек. Вследствие этого точность откладывания и измерения отрез­ков по масштабу ограничена пределом, который в топографии принимается равным 0,1 мм и называется предельной графической точностью.

Расстояние на местности, соответствующее 0,1 мм на карте того или иного масштаба, называется предельной точностью масштаба этой карты или плана. В действительности ошибка измерения расстояний по карте бывает значительно больше (сказываются ошибки отсчета по масштабу, ошибки самой карты, деформация бумаги и другие причины). Практически можно считать, что ошибка измерения расстояний по карте примерно в 5 – 7 раз более предельных величин.

Рассмотрим способы применения масштабов на примере масштаба 1:2000, где основанию графика нормального поперечного масштаба 2 см соответствуют на местности 40 м, десятой доле его – 4 м, а сотой – 0,4 м.

Для определения расстояния правую ножку измерителя совмещают на нижней линии масштаба с вертикальной линией, разделяющей его основания. При этом левая ножка измерителя должна находиться на нижней линии крайнего левого основания. Теперь одновременно ножки измерителя поднимают вверх до тех пор пока левая не окажется на какой-либо трансверсали. При этом обе ножки измерителя должны лежать на одной горизонтальной прямой. Искомое расстояние получают суммированием целых оснований масштаба, десятых и сотых долей масштаба, например, расстояние между точками X и Y состоит из отрезков: 240 м + 64 м + 70,4 м = 80 м + 24 м + 2,8 м = 106,8 м (см. рис.1.2, а).

Контрольные вопросы:

1. Что называется масштабом?

2. Какие бывают масштабы?

3. Что такое численный масштаб?

4. Какие бывают графические масштабы?

5. Что такое основание графика масштаба?

6. Что называется точностью графика поперечного масшта­ба?

7. Что называется точностью масштаба карты или плана?

8. Как определить точность масштаба?