Общие сведения о топографических съемках

Строительство, реконструкция и благоустройство промышленных или гражданских объектов осуществляются на основе проектов застройки, детальной планировки и рабочих чертежей. В свою очередь, разработка проекта требует создания исходных топографических материалов (карт, планов и профилей), которое сводится к определению взаимного положения различных элементов ситуации и рельефа и к отображению полученной информации.

Полевые геодезические измерения, выполняемые с целью создания карт, планов и профилей, называют съёмкой.

В зависимости от характера конечной продукции определяется состав работ. Если требуется получить план (карту) местности без изображения рельефа, то выполняют горизонтальную или контурную съемку, если с изображением рельефа, то топографическую.

Для получения изображения рельефа или высотных характеристик применяют высотную или вертикальную съемку.

При съемке небольших участков местности, как это встречается в строительстве, чаще всего применяют наземную съемку, которая в зависимости от наименования основного прибора получает соответствующее название: теодолитная - выполняется с помощью теодолита и мерных приборов, в результате получают контурный план; тахеометрическая - с помощью тахеометра, в результате получают план с изображением рельефа; мензульная - с помощью мензулы и кипрегеля, топографический план с изображением рельефа получают непосредственно в поле;

фототеодолитная - с помощью фототеодолита, в результате можно получить как контурный, так и топографический план.

На геодезической практике студент должен приобрести навыки в производстве простейших видов топографических съемок, научиться выбирать наиболее рациональные способы съемки ситуации и рельефа в зависимости от особенностей местности, а также освоить методику выполнения полевых и камеральных работ.

Общими характерными признаками участка для топографической съемки должны быть:

пересеченная местность с четко выраженными формами рельефа;

наличие на участке достаточного количества элементов ситуации и предметов местности;

наличие на участке капитальных зданий и сооружений, выходов подземных коммуникаций (водостоки, колодцы, люки/камеры и т.д.).

До начала работ необходимо уяснить цель составления топографического плана данного участка местности и возможные варианты его использования, так как от этого зависит выбор масштаба съемки. Например, планы масштаба 1:2000 используются прежде всего для составления проектов

детальной планировки микрорайонов города или поселка, для ведения оперативного плана района с подземными коммуникациями, для составления генеральных планов поселков и т.д. Планы масштаба 1:500 используются для разработки стройгенплана объекта строительства, для составления рабочих

чертежей. Топографическая съемка осуществляется по принципу «от общего к частному»: сначала определяется взаимное положение основных (опорных) точек, т.е. создается съемочное обоснование (плановое и высотное), а затем производится съемка подробностей ситуации и рельефа.

Заканчивается работа составлением топографического плана участка.

Проведение планово-высотного обоснования

Для съемки местности в дополнение к пунктам государственной геодезической сети создается плановое и высотное геодезическое обоснование. Плановым съемочным обоснованием крупномасштабных съемок (1:5 000 — 1:500) являются, как правило, теодолитные ходы, проложенные между пунктами государственной геодезической сети. Теодолитные ходы могут быть замкнутыми и разомкнутыми, опирающимися на две точки с известными координатами. При съемке небольших участков допускается прокладка теодолитных ходов без привязки их к пунктам государственной геодезической основы. Теодолитные ходы прокладываются также при обмерах архитектурных сооружений и служат плановым обоснованием для детальных обмеров фасадов и интерьеров. Существуют и другие способы создания планового геодезического обоснования: микротриангуляция, прямые, обратные и комбинированные засечки.

Высотным съемочным обоснованием служит, как правило, нивелирный ход, проложенный по пунктам теодолитного хода.

Плановое обоснование

Задача: усвоить методику создания планового обоснования на строительном участке, закрепить навыки измерения горизонтальных углов и расстояний на местности, научиться самостоятельно выполнять обработку геодезических измерений и вычислять координаты точек обоснования. Приборы и принадлежности: теодолит, штатив, три вешки, мерный прибор, колышки для закрепления вершин хода, молоток, журналы измерений горизонтальных углов и длин линий, микрокалькулятор или таблицы приращений, координат, бланк ведомости вычисления координат, карандаши, ручки, чертежная бумага, рабочие тетради.

Рисунок 7 - Схемы планового обоснования:

а - полигон; б - ход, опирающийся на один исходный пункт

До начала работы составляют график распределения обязанностей. Образец графика для бригады из 5 студентов (А, Б, В, Г, Д) применительно к схеме ходов на рисунке 7, а приведен в таблице 2.

Плановое съемочное обоснование создается проложением основного и диагонального теодолитных ходов. Основной теодолитный ход опирается на два пункта опорной геодезической сети (см. рисунок 7, а) или прокладывается в виде замкнутого полигона (рисунок 7, б), точки которого

расположены примерно по границе участка.

Ход I-VI-V, проложенный внутри полигона для съемки ситуации, называют диагональным. Полевые геодезические работы при создании съемочного обоснования включают:

- рекогносцировку (изучение) участка местности;

- измерение горизонтальных углов;

- измерение длин сторон;

- вычисление координат пунктов съемочного обоснования.

- Если теодолитный ход не опирается на исходные пункты старших классов, то производят

- привязку планового съемочного обоснования к опорной сети.

Таблица 3- График распределения обязанностей

Рекогносцировка участка

Рекогносцировка служит для окончательного выбора положения на местности вepшин теодолитного хода и привязки точек съемочного обоснования к пунктам геодезической сети.

Рекогносцировка выполняется при непосредственном руководстве преподавателя и участии всех членов бригады. Одна из вершин теодолитного хода принимается за начальную и закрепляется временным знаком (металлической трубкой диаметром 2 - 3 см, костылем, деревянным колышком и т.д.). Смежные с ней вершины выбирают с таким расчетом, чтобы было удобно выполнять угловые и линейные измерения, а также производить съемочные работы. Между смежными вершинами должны быть хорошая взаимная видимость и благоприятные условия для линейных измерений.

Для проверки видимости на смежных вершинах теодолитного хода устанавливают вешки.

Видимость между точками считается хорошей, если вешка видна на 3/4 высоты. После установления видимости начальную точку закрепляют окончательно (забивают вровень с землей), а процесс рекогносцировки продолжают, переходя на следующую точку. Для облегчения отыскания точки ее окапывают канавкой. При этом разные бригады применяют различные формы окопки. В конце практики, после приемки руководителем полевой части работ, колышки из земли удаляют.

Запрещается устанавливать (закреплять) пункты теодолитного хода на проезжей части дорог или на дорожках для пешеходов.

Измерение горизонтальных углов

Перед началом работ должны быть выполнены все поверки теодолита и проведено компарирование мерного прибора.

Обычно измеряют внутренние углы полигона. Если ход проложен по часовой стрелке, то измеряют правые по ходу углы. Отсчет по горизонтальному кругу берут сначала на предшествующую, а затем на последующую точки. Так, на точке II берут отсчет на точку I, а затем на точку III. Если ход проложен против часовой стрелки, то измеряют левые по ходу углы, то есть отсчеты сначала берут на предшествующую, а затем на последующую токи.

Точка, над которой устанавливают теодолит для выполнения измерений, называют станцией. На каждой станции теодолит приводят в рабочее положение: центрируют над вершиной угла; приводят вертикальную ось прибора в отвесное положение; подготавливают зрительную трубу теодолита к наблюдению.

Центрирование теодолита над вершиной угла осуществляют с помощью отвеса или оптического центрира. Прибор центрируют тем точнее, чем короче стороны теодолитного хода. Погрешность m ц в измерении угла за центрирование можно вычислить до начала измерений по формуле

глее где т β - погрешность измерения угла; D - длина наиболее короткой стороны угла.

Приняв погрешность m ц в два раза меньше погрешности m β и длину короткой стороны D = 100 м, получим

Из этого следует, что при работе теодолитом 30-секундной точности на сторонах угла D = 100 м ошибка центрирования не должна превышать 7 мм. При более коротких сторонах погрешность центрирования должна быть меньше. Приведение вертикальной оси в отвесное положение выполняют при помощи цилиндрического уровня и трех подъемных винтов.

После установки теодолита в рабочее положение приступают к измерению углов хода. При двух направлениях на станции углы измеряют способом полуприемов. Если число направлений больше двух, применяют способ круговых приемов.

Расхождения значений углов в полуприемах не должны превышать двойной точности прибора. За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение угла из двух полуприемов. Для ориентирования линий теодолитного хода, а также для контроля измерения углов

целесообразно отсчитывать по буссоли магнитные азимуты сторон хода и записывать их в журнал.

Измерение сторон теодолитного хода

Измерения сторон теодолитного хода производят последовательным уложением мерной ленты вствор линии. Мерные ленты или рулетки не должны отклоняться от створа. Для указания створа линии длиной более 150 м устанавливают дополнительные вешки. Перед измерением необходимо расчистить створ от посторонних предметов (камней, завалов и т.д.).

Привязка планового обоснования к пунктам опорной геодезической сети

В тех случаях, когда участок съемки удален от пунктов опорной геодезической сети, для получения прямоугольных координат точек планового обоснования выполняют дополнительные геодезические измерения. Так, на рисунке 6 б, кроме внутренних углов и сторон основного теодолитного хода, измерены два дополнительных угла на точках VII и пз 7110, а также длина стороны пз 7110 - VII.

Обработка результатов измерений. Вычислительные работы начинают с проверки во «вторую руку» полевых журналов. Если не выполнить эту работу, то ошибки полевых вычислений обнаружатся только после полной обработки материалов, что повлечет за собой переделку всей работы.

Затем в журнале измерения горизонтальных углов составляют рабочую схему теодолитного хода. На схеме показывают пункты опорной геодезической сети, исходные направления, вершины и стороны теодолитных ходов. Исходные пункты и стороны показывают красным цветом. На схему выписывают названия пунктов, значения горизонтальных углов и длин сторон. Для ориентирования на схеме стрелкой показывают направление север - юг.

Вычисления координат вершин теодолитного хода производят в специальной ведомости (таблица 4) в следующей последовательности:

1. Со схемы теодолитного хода в графу 1 ведомости выписывают названия исходных пунктов и вершин основного теодолитного хода, начиная с ориентирного направления пз 7109-пз 7108 и до направления пз 7109-пз 7109, а из журнала измерения углов выписывают в графу 2 значения

измеренных углов и для контроля сверяют их со схемой хода.

Из журнала измерений линий выписывают в графу 6 значения горизонтальных проложений d i и сверяют их для контроля со схемой теодолитного хода.

2. В графу 4 выписывают значения исходных дирекционных углов α 7109-7108, а в графы 11 и 12 - абсциссы и ординаты пунктов 7108 и 7109. Исходные данные вписывают красным цветом.

3. Подсчитывают в графе 2 сумму измеренных углов и вычисляют угловую невязку хода

, (5)

где Σβ т - теоретическая сумма углов хода, которую вычисляют по формулам:

Σβ т = α н - α к + 180° (n + 1) - для правых углов;

Σβ т = α к - α н + 180° (п + 1) - для левых углов;

Σβ т = 180° (п - 2) - для замкнутого полигона,

где α н и α к - ориентирные дирекционные углы начальной и конечной сторон хода; п - число сторон хода.

Таблица 4 - Ведомость вычислений координат вершин оси основного теодолитного хода

Невязку, полученную по формуле (5), сравнивают с допустимой

Если угловая невязка получилась больше допустимой, надо второй раз проверить вычисление углов в полевом журнале, затем проверить углы, пользуясь магнитными азимутами сторон хода, и выявить, какие углы надо измерить повторно на местности.

Необходимо помнить, что по магнитным азимутам можно обнаружить только грубые промахи в измерении углов. Если угловая невязка меньше допустимой, ее распределяют на все углы поровну. Поправку δ β, которую вычисляют по формуле

округляют до 0,1′.

Если f β не делится без остатка на n, то большую по абсолютной величине поправку вводят в углы с короткими сторонами.

В теодолитных ходах небольшой длины поправки в измеренные углы можно вводить так, чтобы углы оказались округленными до целых минут.

Для контроля подсчитывают сумму поправок, она должна точно равняться невязке, взятой с обратным знаком.

4. По формуле

вычисляют исправленные значения углов и выписывают их в графу 3 ведомости. Сумма исправленных углов должна точно равняться теоретической сумме углов хода.

5. По исправленным значениям углов вычисляют дирекционные углы сторон хода:

α i + 1 = α i ± 180° - β - для правых углов; (6)

α i + 1 = α i + β ± 180° - для левых углов, (7)

Таблица 5 - Перевод дирекционных углов в румбы

где α i и α i + 1 - дирекционные углы предшествующей и последующей сторон хода. Вычисления начинают с дирекционного угла α н исходной стороны. В табл. 5 это сторона пз 7109 - пз 7108.

В примере дан порядок записи при вычислении дирекционных углов по формуле (7) для таблицы 2.

Контролем правильности вычислений служит равенство вычисленного и исходного значений конечного дирекционного угла. В рассматриваемом примере это значение для стороны пз 7109 - пз 7108 равно α к = 339°03,2′. Дирекционные углы сторон выписывают в графу 4.

6. Если приращения координат, предполагается определять с помощью таблиц, то в графу 5 выписывают румбы сторон.

Для определения названия и вычисления румба используют данные, приведенные в таблице 3.

7. В графе 6 ведомости вычислений подсчитывают длину хода

8. Приращения координат вычисляют по формулам ∆х = dcosα и ∆y = dsinα.

Приращения вычисляют с помощью калькулятора или по таблице приращений.

Таблица 6 - Программа вычисления приращений координат

Последовательность вычисления приращений координат на микрокалькуляторах типа «Электроника Б3-18М» приведена в таблице 6 (на примере стороны теодолитного хода V-пз 7109 со значениями α = 238°24,5' и d = 58,74 м).

Вычисления ∆ x и ∆ у с помощью таблиц приращений координат начинают с оформления специальной таблицы в рабочей тетради. Образец оформления приведен в таблице 5. Значения ∆ x и ∆ у даны через 1′ для горизонтальных расстояний 10, 20,..., 90 м. Поэтому значение d разбивают на сотни, десятки, единицы и доли метра и выбирают для них соответствующие приращения с округлением до сотых долей метра, окончательные величины

приращений координат находят как суммы полученных значений, кругленные до 0,01 м.

Знаки приращения координат зависят от значения угла α или названия румба. Так, ∆х имеет положительный знак при углах α от 0° до 90° (СВ) и от 270° до 360° (СЗ), a ∆y имеет положительный знак при углах а от 0 до 180°, т.е. (СВ и ЮВ). Во всех остальных случаях приращения ∆х и ∆у имеют знак минус.

Таблица 7 - Вычисление приращений координат по таблицам d = 58,74; r = ЮЗ: 58°24′

Вычисленные или найденные по таблицам приращения координат записывают в графы 7 и 8 таблицы 4 с точностью до 0,01 м.

Для контроля приращения вычисляют дважды. Целесообразно, чтобы вычисления сделали студенты с применением различных средств: таблиц (таблица 7) и микрокалькуляторов.

9. Вычисляют невязки в приращениях координат по каждой оси и сравнивают их с допустимыми значениями.

Теоретические суммы приращений координат по осям равны

где Х к, Y к и Х н, Y н - соответственно координаты конечной и начальной точек теодолитного хода. Для замкнутого теодолитного хода (когда Х к = X н и Y к = Y н)

В результате измерения углов и линий возникают погрешности в приращениях координат, под влиянием которых

Эти величины называются невязками, f x по оси X и f у по оси Y.

Таблица 8 - Ведомость вычислений координат вершин диагонального

теодолитного хода

В теодолитном ходе, опирающемся на два опорных пункта, невязки в приращениях координат по осям вычисляют по формулам

Невязка в периметре, которую определяют по формуле

считается допустимой, если она не превышает 1:2000 периметра Р.

10. Если невязка в периметре допустима, то невязки по осям f x и f у распределяют с обратным знаком на все приращения пропорционально длинам горизонтальных проложений. Поправки в приращения координат вычисляют по формулам

Контроль правильности распределения невязок осуществляют в соответствии с зависимостями

Поправки округляют до 0,01 м и полученные значения в сантиметрах записывают в графах 7 и 8 над приращениями координат.

11. Исправленные значения приращений ∆x′ i и ∆y′ i вычисляют по формулам

и выписывают в графах 9 и 10 ведомости вычислений.

Контроль вычислений осуществляют по формулам

12. Вычисляют координаты вершин теодолитного хода

где X i-1, Y i-1 и Х i, Y i - координаты предшествующей и последующей вершин теодолитного хода.

Контролем правильности вычислений служит совпадение вычисленных координат конечной точки теодолитного хода. В нашем примере (см. таблицу 4) - это координаты пз 7109.

Аналогично вычисляют координаты точек диагонального теодолитного хода. Образец обработки приведен в таблице 8

Высотное обоснование

Задача: усвоить методику создания высотного обоснования, закрепить навыки измерения превышений, научиться выполнять обработку результатов измерений.

Приборы и принадлежности: нивелир со штативом, две нивелирные рейки, три вехи, теодолит со штативом, стальная рулетка, журнал технического нивелирования, журнал тахеометрической съемки (для записи углов наклона), микрокалькулятор, чертежная бумага, карандаши, ручки, чертежные инструменты.

Бригада студентов создает на отведенном участке высотное съемочное обоснование, т.е. систему точек с известными отметками (высотами).

Целесообразно совместить точки планового обоснования (точки теодолитного хода) с точками высотного обоснования (точки нивелирного хода). При этом высоты точек основного хода (полигона) рекомендуется определять методом геометрического нивелирования, а высоты точек диагонального хода - методом тригонометрического нивелирования.

Полевые работы

В состав полевых работ по созданию высотного съемочного обоснования входит:

- рекогносцировка участка;

- измерение превышений между точками съемочного обоснования;

- привязка точек съемочного обоснования к реперам опорной высотной геодезической сети;

- обработка результатов измерений.

Таблица 9 - График распределения обязанностей

Перед началом полевых измерений бригада выполняет поверки и юстировки приборов. Бригадир составляет график распределения обязанностей в бригаде и предоставляет его на утверждение преподавателю. Образец графика применительно к схеме ходов на рисунке 7а приведен в таблице 9.

Превышения между точками диагонального хода определяют методом тригонометрического нивелирования. Определение отметок точек основного хода осуществляют по программе технического нивелирования. Длина визирного луча при измерении превышений не должна превышать 100 м.

Рейки устанавливают на вбитые в землю колышки - вершины теодолитного хода. Если превышение между ними невозможно измерить с одной станции, то выбирают связующие (иксовые) точки и производят последовательное нивелирование.

Измерение превышений

Нивелир устанавливают на равном удалении от задней и передней реек и приводят его в рабочее положение. Далее порядок работы на станции следующий:

- наводят зрительную трубу на заднюю рейку и берут отсчет по красной стороне;

- наводят зрительную трубу на переднюю рейку и берут отсчет по красной стороне;

- по команде наблюдателя (исполнителя работ) реечники поворачивают рейки черной стороной к прибору;

- берут отсчет по черной стороне передней рейки;

- поворачивают зрительную трубу на заднюю рейку и берут отсчет по черной стороне.

Перед взятием отсчета вращением элевационного винта приводят пузырек уровня в нуль-пункт (для уровенных нивелиров).

Результаты измерений записывают в журнал технического нивелирования (таблица 10).

Для контроля измерений в журнале вычисляют разности нулей реек на передней (5) и задней (6) рейках, а затем вычисляют превышения как разность отсчетов на заднюю и переднюю рейки по красной (7) и черной (8) сторонам. Расхождения в разностях нулей и в превышениях не должны

превышать по абсолютной величине 4 мм. Далее вычисляют среднее превышение и отметку передней точки Н 2 = Н 1 + h.

Таблица 10 - Журнал технического нивелирования

Нивелир № Наблюдал: Николаев Н.Н. Записывал: Петров Н.И.

Рисунок 8 - Схема тригонометрического нивелирования

По завершении работы с нивелиром бригада представляет тетрадь поверок (одну на бригаду), описание прибора и рабочие тетради каждого студента с результатами пробного измерения превышений.

Для определения превышения h тригонометрическим нивелированием (рисунок 8) в точке А устанавливают теодолит, в точке В - веху или рейку.

Угол наклона v измеряют при двух положениях вертикального круга.

Контролем правильности измерения является постоянство места нуля (МО) вертикального круга. Колебания МО не должны превышать двойной точности отсчета по вертикальному кругу теодолита. На станции А рулеткой или рейкой измеряют высоту теодолита i от верха колышка до оси вращения зрительной трубы с точностью до 0,01 м. С той же точностью измеряют высоту визирования v в точке В.

Значение горизонтального проложения d линии выбирают из журнала измерения длин линий или из ведомости вычислений координат вершин диагонального хода (см. таблицу 9).

Превышение на станции вычисляют по формуле

где f = 0,42d 2 /R - поправка за кривизну Земли и рефракцию; R - радиус Земли (~ 6371 км).

Полученное значение превышения округляют до 0,01 м, поэтому поправку f учитывают лишь при расстояниях, превышающих 300 м, так как если d = 300 м, то f = 0,01 м.

Значение h′ = dtgv вычисляют на микрокалькуляторе или определяют по тахеометрическим таблицам В.Н. Ганьшина и Л.С. Хренова или таблицам В.П. Егорова для вычисления превышений по горизонтальным проложениям линий.

Если визирование производили на высоту прибора, т.е. при i = υ, то превышение вычисляют по формуле h = dtgv.

На каждой стороне диагонального хода превышение h определяют дважды - в прямом и обратном направлениях. Расхождения между ними не должны превышать величины ±0,04D, см, где D - расстояние, выраженное в сотнях метров.

Для получения отметок точек в системе высот геодезического полигона осуществляют привязку хода к пунктам опорной сети.

Перед началом этой работы преподаватель называет студентам номера геодезических пунктов и их отметки. Студенты записывают исходные данные в полевой журнал и в ведомость вычисления высот точек.

Полевые работы включают в себя: выбор наиболее удобного направления от репера к точкам съемочного обоснования; проложение нивелирного хода от репера до одной из точек съемочного обоснования; составление схемы привязки.

Обработку результатов нивелирования начинают с проверки полевых журналов. В журналах нивелирования (таблица 11) выполняют постраничный контроль. Для этого подсчитывают суммы отсчетов (1) и (2) по красной и черной сторонам задней рейки, суммы отсчетов (3) и (4) по красной и черной сторонам передней рейки, сравнивают разности (1) - (2) и (3) - (4) с суммами разностей нулей реек (5) и (6). Расхождения в 1 мм и более свидетельствуют о наличии ошибок в вычислениях.

Далее подсчитывают суммы (7) и (8) превышений и осуществляют контроль: (1) - (3) = (7) и (2) - (4) = (8). Затем вычисляют сумму (9) средних значений превышений, среднее значение из величин (7) и (8) не должно отличаться от величины (9) более чем на 1 мм.

Таблица 11 - Журнал технического нивелирования

Дата: 2013 г. Наблюдал: А. Иванов Вычислял: П. Петров

В журнале технического нивелирования составляют схему высотного обоснования, на которой показывают исходные пункты (красным цветом), точки обоснования, выписывают средние превышения и стрелкой показывают направления хода. Образец схемы показан на рисунке 9.

Вычисление отметок производят в специальной ведомости (таблица 12). В ведомость из журнала технического нивелирования выписывают превышения, число штативов, подсчитывают сумму превышений и вычисляют невязки по формулам - для замкнутого хода;

- - для хода, опирающегося на точки с известными отметками.

Допустимые невязки подсчитывают по формулам

Таблица 12 - Ведомость вычислений отметок точек высотного обоснования

Если число станций на 1 км хода более 25, то

где L - число километров в ходе (полигоне); п - число станций в ходе.

Невязки распределяют пропорционально числу станций и выписывают их величины в миллиметрах над значениями превышений. Для контроля правильности распределения подсчитывают сумму поправок. Она должна равняться невязке с обратным знаком.

Далее вычисляют исправленные значения превышений и записывают их в графу 4 таблицы 12, в графу 5 выписывают красным цветом исходные отметки начальной и конечной точек хода. Отметку каждой точки хода вычисляют по формуле H i+1 = H i + h′ i, где H i+1 и H i - отметки последующей и

предшествующей точек; h′ i - исправленное значение превышения.

Контроль: вычисленная и исходная отметки конечной точки должны совпадать.

При обработке диагонального хода в графу 2 ведомости, вычислений (таблицв 12) выписывают из журнала измерений превышения в метрах, из ведомости вычислений координат (таблица 9) - длины сторон в сотнях метров, подсчитывают сумму превышений по ходу, вычисляют невязку и сравнивают ее с допустимой