Главная страница

02. Новиков. Геодезические измерения в строительстве. Учебное пособие по курсу Инженерная геодезия для студентов строительных специальностей Саратов 2009


Скачать 1.88 Mb.
НазваниеУчебное пособие по курсу Инженерная геодезия для студентов строительных специальностей Саратов 2009
Анкор02. Новиков. Геодезические измерения в строительстве.pdf
Дата27.02.2018
Размер1.88 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файла02_Novikov_Geodezicheskie_izmerenia_v_stroitelstve.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипУчебное пособие
#36653
страница1 из 15
Каталог
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет
В.И. Новиков, А.Б. Рассада ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Учебное пособие по курсу Инженерная геодезия для студентов строительных специальностей Саратов 2009

2
УДК 528.48
ББК 38.115 Н 73 Рецензенты Кафедра геоморфологии и геоэкологии Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского Главный инженер Поволжского учебно-исследовательского центра
«Волгодортранс» СГТУ
В.Н. Удалов Одобрено редакционно-издательским советом
Саратовского государственного технического университета
Новиков ВИН Геодезические измерения в строительстве учеб. пособие В.И.
Новиков, А.Б. Рассада. Саратов Саратовс. гос. техн. унт, 2009. с ISBN 978-5-7433-1824-7 В учебном пособии даны основные понятия о геодезических измерениях в строительстве, подробно рассмотрены приборы и геодезическое оборудование, используемые при угловых, линейных и высотных измерениях, а также их устройство и техника работы на них. Учебное пособие предназначено для студентов строительных специальностей, изучающих курс Инженерная геодезия, с целью более качественного усвоения материала.
УДК 528.48
ББК 38.115
© Саратовский государственный технический университет, 2009
ISBN 978-5-7433-1824-7
© Новиков В.И., Рассада А.Б.,2009
ВВЕДЕНИЕ Учебное пособие предназначено в помощь студентам для более успешного усвоения материалов, связанных с производством геодезических измерений. Всевозрастающий объем геодезических работ, обусловленный необходимостью получения топогеодезической информации о местности с целью производства проектно-изыскательских, планировочных, строительно-монтажных и инженерно-геодезических работ, требует от выпускников вузов строительных специальностей более серьезной геодезической подготовки. Поэтому в пособии основное внимание уделяется именно геодезическим измерениям подробно освещены виды и сущность геодезических измерений, рассмотрен принцип угловых, линейных и высотных измерений детально разобраны конструкции современных геодезических приборов и оборудования, их поверки и юстировки, а также рекомендуемые способы производства измерений в строительстве. Даны основные понятия о применении спутниковых навигационных систем в процессе получения топогеодезической информации о местности. Авторы выражают признательность профессору АН. Чумаченко за ценные замечания и рекомендации, которые были учтены при подготовке рукописи к изданию.

4
I. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ И РАЗВИТИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
1.1. Общие сведения о геодезических измерениях Наличие топогеодезической информации о земной поверхности позволяет решать самый широкий круг вопросов как глобального, так регионального и местного значения. Именно знание этой информации позволяет осуществлять широкое и разнообразное строительство наземной поверхности. Получение топографической информации осуществляется путем специальных измерений, называемых геодезическими измерениями, при помощи специальных геодезических приборов и инструментов.
Геодезические измерения позволяют определить положение точек земной поверхности относительно друг друга, как в плане, таки по высоте. При этом топогеодезическая информация должна быть тесно связана в нашей стране с референц-эллипсоидом Красовского. Какие же измерения необходимо выполнить, чтобы определить положение, например, трех точек А, В, С земной поверхности относительно друг друга (рис. 1). Рис. 1. Схема определения положения точек местности относительно друг друга на поверхности эллипсоида. d
3
ν
2 В А А В С САН В НС
D
1-2
D
2-3
D
3-1
ν
1
ν
3
ν
4 d
3
А
2
А
1 h
1 d
1
Р
0
Р
2 Р
Из анализа рисунка видно, что положение этих точек на поверхности эллипсоида относительно друг друга определяется горизонтальными углами β
1
, β
2
, β
3 и горизонтальными проложениями между ними d
1
, d
2
, d
3
. Эти параметры характеризуют положение точек относительно друг друга в плане. Для характеристики земной поверхности в целом необходимо знать еще и положение этих точек относительно друг друга по высоте - на поверхности эллипсоида это отметки точек НА, Н
В
, Н
С
Для нахождения этих параметров необходимо на каждой из этих точек земной поверхности выполнить следующие измерения.
Во-первых, измеряются горизонтальные углы β
1
, β
2
, β
3
. Следует отметить, что угломерные приборы позволяют это сделать независимо оттого, на какой поверхности расположены точки на поверхности эллипсоида Р, или на любой другой поверхности Р, Р, Р, параллельной поверхности эллипсоида. При этом должно быть выполнено главное условие – точки на этих поверхностях должны лежать на одной отвесной линии (А, А, А, А)
Во-вторых, измеряются расстояния
D
1-2
,
D
2-3
,
Для определения горизонтальных проложений d и превышений h необходимо измерить и вертикальные углы (углы наклона линий к горизонту) ν
1
, ν
2
, ν
3
, ν
4
, ν
5,
Таким образом, даже в самом простом варианте на каждой точке необходимо выполнить не менее 5 видов измерений 1 горизонтальный угол, 2 угла наклона и 2 расстояния, те. в целом не менее 15 измерений. Однако, решив эту частную задачу, полной топографической информации о местности не будет. Действительно, если на поверхности Земли две точки расположены на вершинах возвышенностей, а одна на склоне одной из них, тона поверхности эллипсоида такого представления о местности нет, даже при указании величин отметок для каждой точки (НА, Н
В
, НС. Следовательно, необходимо взять столько точек, сколько нужно для получения достаточно полной и достоверной информации о местности.
При такой постановке решения задачи получения информации объем геодезических измерений будет просто астрономическим. Действительно, любое сочетание из бесконечного числа точек земной поверхности будет огромно. Поэтому прямое решение задачи получения топогеодезической информации невозможно даже на ограниченной территории Земли.
Однако задача может быть решена, если в основу методики получения топогеодезической информации положить два постулата во- первых, измерениям подлежат точки, а не группы точек, те. не их сочетания и, во-вторых, измерениям подлежат не все точки, а наиболее характерные. Какие же точки следует считать характерными как в плане, таки по высоте Возьмем для примера косогор, характеризующий

6 местности в высотном отношении, и контур леса, характеризующий местность в плане (рис. 2). Отсюда видно, что на косогоре уклон местности изменяется на двух участках – АВ и ВС (риса, величина которых рассчитывается по формуле
ν = arctg
,
d
h
(1) где h – превышение между двумя точками на данном участке местности на участке АВ или ВС, d – горизонтальное проложение между этими точками. Выполнив геодезические измерения для любой пары точек на каждом участке, получим конкретную характеристику этих участков, те. их уклоны. Причем любое сочетание точек будет давать один тот же результат, например, точки 1 и 2, 1 и 3 или Аи. Аналогичная картина будет и на втором участке, если взять сочетание точек 4 и 6, В и 6 или В и
5. Задача решена, характеристика участков сточки зрения их уклонов получена. Так о каких характерных точках идет речь Анализ рисунка показывает, если взять, например, на первом участке точки 1 и 3. а на втором В и 6, то необходимо произвести геодезические измерения на четырех точках и все-таки полной характеристики участков не будет. Действительно, длина участков с однородным уклоном будет неизвестна и придется производить дополнительные геодезические измерения. При правильном же выборе пар точек на обоих участках, а именно Аи В на первом участке и В и Сна втором, характеристика была бы полной при меньшем объеме геодезических измерений. Аналогичные рассуждения относятся и к точкам контурных объектов (рис. б. Действительно, внешняя граница леса на всем протяжении несколько разменяет свое направление, которое также является некоторой характеристикой данного объекта. Геодезические А АСС В
α
2 Рис. 2. Схема расположения точек местности, определяющих основные параметры её поданным направлениям В а)
Косогор б)
Л е с
ν
2
α
1
измерения для точек 1 и 2, 1 и 4 или Аи позволяют найти направление
α
1 на границе участка АВ, а измерения для точек В и 6, 5 и 6 или 5 и Сдают направление α
2
границы второго участка ВС. При правильном выборе пар точек на обоих участках, а именно Аи В на первом участке и В и Сна втором, были бы получены не только направления этих участков, но и их протяженность, причем опять таки приуменьшении объема геодезических измерений. Таким образом, характерными точками рельефа являются переломные точки местности, а точнее точки, расположенные на границе участков с разными уклонами. Что касается характерных точек контуров, то таковыми являются, в общем-то, поворотные точки. Доказательства вышеприведенным рассуждениями выводам не требуются (см. рис. 2). Однако следует помнить, что как рельеф виден в перспективе, таки контуры просматриваются с высоты, скажем, птичьего полета. Здесь уместно известное выражение лицом к лицу лица не разглядеть. Из вышесказанного следует, что назначение или выбор точек на местности является одним из определяющих факторов достоверности, полноты и качества полученной топогеодезической информации о земной поверхности. Поэтому чем детальнее и главное грамотно будет проработан вопрос размещения точек на местности, независимо от их назначения, тем меньше объем геодезических измерений будет. При таком подходе к сбору топографической информации, который, как известно, в геодезии называется методом проекций и по принципу производства работ от общего к частному, объем геодезических измерений несоизмеримо снижается. С обозначения точек на местности, независимо от их назначения, по сути, и начинаются все последующие геодезические измерения.
1.2. Методы построения геодезических сетей Правильное размещение характерных точек местности позволяет получить промежуточную информацию о ней, но еще не решает основную задачу метода проекций – определения величин (например, координат характерных точек, определяющих взаимное расположение точек в проекции Гаусса – Крюгера. Поэтому необходим общий принцип определения взаимного положения точек наземной поверхности, который заключается в следующем. Вначале на местности назначают характерные точки таким образом, чтобы они образовывали связанные между собой геометрические фигуры и создавали бы условия для непосредственного измерения некоторых элементов (например, углов, расстояний) этих фигур. Этих измерений должно быть достаточно, чтобы определить все другие (например,

8 координаты) элементы, пользуясь существующими между ними математическими зависимостями. Тем самым будут получены все элементы этих геометрических построений, в том числе и не измеряемые непосредственно. Однако полученные геометрические фигуры еще не могут быть ориентированы и определены по положению в проекции Гаусса –
Крюгера. Для этого необходимо дополнительно знать ориентировочный угол (например, дирекционный угол) одной из сторон данной совокупности фигур и координаты одной из вершин ее. Эти данные в общем случае получаются из астрономических наблюдений светил нашей Галактики. Азимуты могут быть получены при помощи гиротеодолита или приближенно при помощибуссоли.
Для определения абсолютных высот вершин данных геометрических фигур, необходимо знать абсолютную высоту одной из них. Эти данные (исходный дирекционный угол и пространственные координаты одной из вершин геометрической фигуры) позволят путем вычислений определить плановое и высотное положение каждой вершины данной фигуры. Таков путь определения пространственных координат отдельных точек земной поверхности, совокупность которых и образует систему геодезических пунктов – опорную геодезическую сеть относительно которой в дальнейшем определяется положение любой точки местности. В зависимости от формы геометрических фигур, образуемых наземной поверхности, и непосредственно измеряемых их параметров различают следующие основные способы построения геодезических сетей.
1. Триангуляция – это цепочка геометрических фигур на местности, состоящая из треугольников ABC, четырехугольников BDEC и центральных систем EGJKVI с пунктом H внутри, примыкающих друг к другу, в которых измеряются горизонтальные углы β и длина d
1
стороны одного из треугольника (рис. 3). Решая последовательно треугольники от начальной, непосредственно измеренной стороны АВ = d
1
, находят длины всех сторон цепочки треугольников. При наличии координат хи уточки Аи дирекционного угла α
0
направления АВ вычисления позволяют найти дирекционные углы направлений всех сторон треугольников цепочки и координаты их вершин B, C, D, Е, …, называемых геодезическими пунктами
или пунктами триангуляции. Формулы и порядок вычислений приведены в п. 1.5. Измеряемая сторона АВ называетсябазисной, а точка А, координаты которой и дирекционный угол направления АВ известны – исходным пунктом триангуляции

9
2. Трилатерация,как и триангуляциясостоит из цепочки треугольников, геодезических четырехугольников, центральных систем, сплошных сетей треугольников, примыкающих друг к другу, в которых вместо горизонтальных углов β измеряют длины d сторон треугольников рис. 3). Простейшие формулы тригонометрии позволяют по длинам сторон треугольников определить величины углов этих фигур, тем самым этот метод построения геодезических сетей практически переходит в метод триангуляции. В трилатерации, как ив триангуляции, исходными величинами являются координаты одного или нескольких пунктов, а также дирекционные углы одной или нескольких сторон. При создании геодезических сетей метод трилатерации находит ограниченное применение, так как 1) в отличие от угловых измерений контроль линейных измерений практически отсутствует 2) в отличие от триангуляции трилатерация требует больших транспортных расходов
3) точность передачи дирекционных углов в сетях трилатерации ниже, чем в триангуляции 4) поперечный сдвиг в трилатерации в несколько раз больше продольного, что сказывается на точности развития сети в целом.
3. Полигонометрия – это система ломаных разомкнутых и замкнутых линий на местности, в которой измерены длины d линий и их горизонтальные углы поворота β (рис. 4). d
3 d
1
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
M
α
0
β
2
β
1
β
3
β
1
β
4
β
3
β
2
β
1
β
2
β
3
β
3
β
1
β
2
β
1
β
2
β
3 Рис. 3. Схема развития геодезической сети методом триангуляции d
1

0

0
) d
2

A
B
C
D
E
F
G
α
0
α
1
α
2
α
3
α
4
α
5 d
0 d
1 d
2 d
3 d
β
1
β
2
β
3
β
4
β
5






0

0
) Рис. 4. Схема разомкнутого хода полигонометрии

10 Как видим, непосредственное измерение элементов (d, β) системы ломаных линий позволяет производить вычисления дирекционных углов направлений всех ломаных линий и координаты их вершин по той же методике, что ив методе триангуляции. В полигонометрии, как ив триангуляции, исходными величинами являются координаты одного или нескольких пунктов, а также дирекционные углы одной или нескольких сторон. Формулы и порядок вычислений приведен в п. На практике такая система ломаных линий, связанных между собой их длиной и углами поворота называется ходом.
В полигонометрическом ходе элементы его измеряются высокоточными геодезическими приборами. При выполнении инженерно- геодезических и съемочных работ, как правило, используются приборы средней и технической точности. В этом случае такой ход называется
теодолитным.
Как отмечалось выше, получение топографической информации связано с определением точек, как в плане, таки по высоте. Определение высотного положения точек производится или совместно с развитием плановой сети, или раздельно. Во втором случае высотная сеть развивается самостоятельно и может не совпадать с плановой сетью. Определение высотного положения точек земной поверхности производится путем нивелирования.
4. Нивелирование – процесс определения превышений между точками земной поверхности с последующим вычислением их отметок. Например, отметка НА точки А известна. Необходимо найти отметку Н
В
точки В (рис. 5).
Горизонтальная линия А В в а h
А
ν
В d
Н
В
НА
Уровенная поверхность
Рис. 5. Схема определения высотного положения точек местности
Из анализа рис. 5 следует
Н
В
= НА + h, (2) где h – превышение точки B над точкой А, равное кратчайшему расстоянию между линиями А
1
В и АВ
1
соответствующих горизонтальных плоскостей, проходящих через данные точки Аи В местности. Это расстояние определяется путем нивелирования, те. путем измерения отрезков аи вили угла наклона ν линии АВ и горизонтального проложения d, что позволяет вычислить величину превышения риса вили) В основу нивелирования положены два принципа – геометрический и физический, сущность и виды которых описаны в п. Рассмотренные выше схемы развития геодезических сетей предусматривают последовательное определение планово-высотного положения последующих точек земной поверхности относительно предыдущих. При производстве инженерно-геодезических работ применяются и иные методы создания геодезических сетей.
1.3. Основные положения и принципы развития сетей Основные положения и принципы развития геодезических сетей в нашей стране базируются на фундаментальной программе Ф.Н.
Крассовского построения государственной триангуляции в СССР, которая в 1939 г. нашла свое отражение в Основных положениях о построении опорной геодезической сети СССР. В настоящее время действует программа, изложенная в Основных положениях 1954 – 1961 гг., на основе которой в 1966 г. издана Инструкция о построении государственной геодезической сети СССР, являющейся в настоящее время нормативным документом и для России. В соответствии с этой Инструкцией геодезические сети развиваются с соблюдением определенных требований, основными которых являются.
1. Развитие геодезических сетей производится с соблюдением принципа от общего к частному.
В соответствии с этим принципом геодезические сети подразделяются а) государственная геодезическая сеть (ГГС)
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

перейти в каталог файлов
связь с админом