Методы построения геодезических сетей

Номенклатура топографических карт и планов

Топографические карты и планы подразделяются согласно масштабам и назначению. По масштабам: на мелкомасштабные, среднемасштабные и крупномасштабные. Мелкомасштабные (мельче 1:1000000) карты являются обзорными; среднемасштабные (от 1:1000000 до 1:100000) - обзорно-топографическими; крупномасштабные (от 1:100000 до 1:5000) - топографическими. Принятый в Российской Федерации масштабный ряд заканчивается топографическими планами масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500.

В строительстве составляют планы масштабов 1: 200, 1:100 и 1:50.

По назначению карты подразделяются на основные и специализированные.

При создании карт и для практического удобства топографические карты больших территорий делят на отдельные листы, которые ограничены меридианами и параллелями, длина дуг которых зависит от соответствующего масштаба карты.

Номенклатурой называется система обозначений отдельных листов топографических карт и планов. В основу номенклатуры карт положена международная разграфка листов карты масштаба 1:1000000 (рис.2.3). Листы карты этого масштаба ограничены меридианами и параллелями и имеют размеры по долготе 6˚ (колонны) и по широте 4˚ (ряды).

Ряды обозначаются заглавными буквами латинского алфавита, от А до V к северу и югу от экватора, а колонны нумеруются арабскими цифрами от 1 до 60. Номера колонн начинается от 180° меридиана с запада на восток (рис. 2.3). Например, лист карты масштаба 1:1000000, на которой находится Москва, имеет номенклатуру N -37. Центральные меридианы листов карты 1:1000000 совпадают с осевыми меридианами шестиградусных зон координат Гаусса-Крю гера.

Связь между номерами колонн и зон определяется формулой

 n = k – 30,                                                   (2.1)

где k – номер колонны карты масштаба 1:1000000;

n – номер зоны.

Долготы осевых меридианов зон вычисляются по формуле

L = 6°· n - 3°.                                      (2.2)

Листы карт более крупного масштаба получают путем деления каждого листа масштаба 1:1000000 на определенное число частей (рис. 2.4). На территорию, которую охватывает лист карты масштаба 1:1000000, составляют 144 листа карт масштаба 1:100000; на территорию листа карты масштаба 1:100000 составляют 4 листа карты масштаба 1:50000 или 16 листов масштаба 1:25000; на лист карты масштаба 1:25000 составляют 4 листа карты масштаба 1: 10000.

Границы листов топографических планов масштаба 1: 5000 получают делением трапеции масштаба 1:100000 на 256 частей, а масштаба 1:2000 – делением листа масштаба 1:5000 на 9 частей.

Сводные данные о номенклатуре карт и планов, размерах их рамок и километровой сетке даются в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Масштабы карт	Кол-во листов в одном листе карты	Размеры рамок		Размеры сторон километровой сетки		Номенклатура листов
		по широте	по долготе	на карте	на местности
1. В отношении карты масштаба 1:1000 000
1:1000000	1	4°	6°	—	—	N-37
1:500000	4	2°	3°	—	—	N-37-Г
1:300000	9	1°20'	2°	—	—	1-N-37
1:200000	36	40'	1°	5 см	10 км	N-37-XXXVI
1:100000	144	20'	30'	2 см	2 км	N-37-144
2. В отношении карты масштаба 1:100 000
1:50000	4	10'	15'	2 см	1км	N-37-144-Г
1:25000	16	5'	7'30"	4 см	1км	N-37-144-Г-г
1:10000	64	2'30"	3'45"	10 см	1 км	N-37-144-Г-г-4
1:5000	256	1'15"	1'52",5	10 см	0 5 м	N-37-144-(256)
1:2000	2304	25"	37",5			N-37-144-(256-и)

В инженерной практике при создании топографических планов масштаба 1:5000 и крупнее на участки площадью до 20 кв. км часто применяют прямоугольную разграфку с размерами рамок 40×40 см для планов масштаба 1:5000 и 50×50 для масштабов 1:2000, 1:1000, 1:500.

2.3. Условные знаки топографических материалов

На топографических картах и планах изображают различные объекты местности: контуры населенных пунктов, линии дорог, электропередач, лесные массивы, сельскохозяйственные угодия, гидрографию, сырьевые и топливно-энергетические ресурсы и т.п.

Вышеперечисленное дает полное представ­ление специалисту о местных условиях района. С учетом этого ему предстоит выбрать оптимальный вариант решения при проектировании строительного комплекса, ускорении социально-экономического развития района, охране природы и рациональном использовании ее ресурсов. Карты и планы служат топографической основой, необходимой инже­неру-строителю при решении задач, связанных с промышлен­ным и гражданским строительством, возведением объектов агропрома, гидротехнического, теплоэнергетического и других видов строительства.

Содержание карт и планов представляет собой графические символы - условные знаки, внешне напоминающие форму соот­ветствующих элементов ситуации. Наглядность условных зна­ков раскрывает характер, смысловое содержание изображаемых предметов, дает возможность читать топографические матери­алы. Читать карту, план - значит понимать их содержание изо­браженное условными знаками, уметь описать его своими сло­вами. Это весьма важно для инженера-строителя.

Условные знаки являются обязательными для всех учреждений и организаций.

Условные знаки подразделяют на пять групп: площадные, линейные, внемасштабные, пояснительные и специальные.

Площадные условные знаки применяют для запол­нения площадей объектов, размеры которых выражаются в мас­штабе карты или плана и ограничиваются контурами, т. е. внешними очертаниями (сельскохозяйственные и природные угодья: пашни, леса, сенокосы, кустарники, пастбища, сады, огороды, и т. п.). Контуры объектов показывают точечным пунктиром, а внутреннее содержание отражают условными зна­ками (рис. 2.5, а).

 Линейные условные знаки применяют для изображе­ния объектов линейного вида, длина которых выражается в мас­штабе (дорожная сеть, линии связи и электропередач, неши­рокие реки и ручьи и т. п.). Ширина таких объектов в масштабе может не выражаться (рис. 2.5,6).

              

 

         

 

            

 

Рис. 2.5. Условные знаки:
а-площадные, б -линейные,

в- внемасштабные,

Внемасштабные условные знаки применяют для изображения местных предметов, которые нельзя выразить в масштабе карты (размеры их меньше точности масштаба), но они имеют значения ориентиров: мосты, отдельно стоящие деревья, колодцы и водные источники, километровые столбы, отдельно лежащие камни и их скопления и др. К внемасштабным относят условные знаки, определяющие местоположение объектов, отображающие их характер и назначение, но по ним нельзя судить об их размерах (рис. 2.5,в).

 Пояснительные надписи представляют собой цифро­вые данные, характеризующие элементы ситуации: габариты и грузоподъемность мостов, скорость и направление течения во­дотоков, основную породу деревьев лесных угодий, густоту леса п средние размеры деревьев, ширину шоссейных дорог. Их про­ставляют у основных площадных, линейных и внемасштабных.

Кроме перечисленных условных знаков, являющихся обяза­тельными для всех организаций, выпускающих топографические материалы, имеются специальные условные знаки. Они уста­навливаются соответствующими отраслевыми организациями и применяются для составления специализированных карт и планов.

Внутреннее оформление листа топографической карты и плана любого масштаба завершается внешним, зарамочным. Элементами зарамочного оформления являются пояснительные надписи, цифровой и графический материал, указывающий, в частности, какому участку земной поверхности соответствует данный лист.

Лекция 4:

Рельеф местности и его изображение на картах и планах

Рельефом местности называют совокупность неровностей земной поверхности. В зависимости от характера рельефа местность подразделяют на равнинную, всхолмленную и горную. Равнинная местность имеет слабовыраженные формы или почти совсем не имеет неровностей; всхолмленная характеризуется чередованием сравнительно неболь­ших по высоте повышений и понижений; горная представляет собой чередование возвышений более 500 м над уровнем моря, разделен­ных долинами. Из всего разнообразных неровностей местности можно выделить основные формы рельефа (рис. 2.6): к ним относятся гора, котловина, хребет, лощина и седловина.

Гора (холм, сопка) - это возвышенность, имеющая конусообразную форму рельефа, наивысшая точка которой называется вершиной (3, 7, 12). Плоская вершина называется плато, а вершина остроконечной формы - пиком. Боковая поверхность горы состоит из скатов, которые в своей нижней части заканчиваются подошвой, или основанием горы.

Рис. 2.6. Характерные формы и линии рельефа:

1 – лощины; 2 – хребет; 3,7,12 –вершины; 4 – водораздел; 5,9- седловины;

 6 – тальвег; 8 – река; 10 – обрыв; 11 – терраса

Котловиной, или впадиной, – чашеобразное углубление земной поверхности. Самую низ­кую точку котловины называют дном. Боковые поверхности ее состоит из скатов, которые в верхней части заканчиваются бровкой, или краем. Небольшие котловины с крутыми скатами называются воронками.

Хребет (2) – вытянутая возвышенность, постепенно понижающаяся в одном направлении и имеющая два крутых ската, называемых склонами. Пересечение склонов образуют ось хребта, или водораздел (4).

Лощина (1) – вытянутое углубление местности, постепенно пони­жающееся в одном направлении. Линия вдоль лощины, проходящая по точкам с наименьшими отметками, называется водосливом, или тальвегом (6), боковые поверхности – склонами. Широкие лощины с пологими склонами носят название долин, а с крутыми и каменистыми – ущелья. Овраг – это узкая лощина с почти отвесными склонами, начальной стади­ей которого является промоина. Овраги, заросшие травой и кустарником, называются балками. Расположенные иногда по склонам лощин пло­щадки, имеющие вид уступа или ступени с почти горизонтальной поверхностью, называются террасами.

Седловина (5, 9) – это пониженная часть местности между двумя вершинами (3, 7). Через седловины в горах часто прокладывают дороги и в этом случае седловину называют перевалом.

Вершина горы, дно котловины и самая низкая точка седловины являются характерными точками, а водораздел и тальвег представляют собой характерные линии рельефа. Характерные точки и линии рельефа облегчают распознавание отдельных форм его на местности и изображение их на карте и плане.

Существует несколько способов изображения и обозначения рельефа. Рельеф местности на плане можно представить в виде надписей отметок характерных точек. Большое количество надписей позволяет судить о формах рельефа и о крутизне скатов. Однако обилие их делает план трудночитаемым и не дает наглядного представления о рельефе местности.

Наглядное представление о формах рельефа и крутизне скатов дает способ штрихов (гашюр), которые наносят параллельно скату по принципу: чем круче скат, тем толще штрих. Недостаток этого способа заключается в том, что по плану со штрихами трудно судить о превышениях между точками земной поверхности. Кроме того, обилие штрихов ухудшает читаемость карт и планов.

В такой же степени наглядное представление о рельефе местности дает способ цветной пластики, применяемый для изображения рельефа на географических картах, который предусматривает окрашивание карт различными оттенками нескольких цветов в зависимости от характера местности – низменности зеленым, горы и предгорья – коричневым и др. Такое изображение рельефа также не дает точного представления о превышениях между точками земной поверхности и не позволяет решать различные инженерно-технические задачи.

Наиболее распространен, как удовлетворяющий всем перечисленным выше требованиям, способ изображения рельефа на картах и планах горизонталями.

Горизонталью называют замкнутую кривую линию, изображающую геометрическое место точек земной поверхности с одинаковыми отметками (рис. 2.7).Горизонтали проецируются на горизонтальную плоскость или на поверхность эллипсоида для изображения их соответственно на планах и картах. Расстояние между соседними горизонталями по отвесной линии называется высотой сечения рельефа; она подписывается на каждом листе карты под линейным масштабом. Расстояние между горизонталями в плане называется заложением.

Из определения горизонтали вытекают следующие ее свойства: 1) горизонтали – замкнутые кривые, 2) горизонтали не могут пересекаться и 3) чем меньше расстояние между горизонталями на карте данного масштаба, тем круче скат на местности.

В табл. 2.2 для различных масштабов карт, в зависимости от характера местности, даны высоты сечений рельефа топографических карт и планов.

                                                                                            Таблица 2.2

Характер местности	Масштабы карт и высоты сечений, м				Максимальные углы наклона
	1:2000	1:5000	1:10000	1:25000
Равнинная	0,5	0,5	2	2,5	до 3-4°
Пересеченная (холмистая)	1	1	2,5	5	до 7-10°

 

Изображение основных форм рельефа, их характерные точки и линии показано на рис.2.8. Следует отметить, что горизонтали не дают наглядного пространственного представления о рельефе местности. Как видно из рис. 2.8, гора и котловина по горизонталям имеют одинаковую форму и отличить их можно только по направлению скатов. Для определения направлений скатов по некоторым горизонталям проводят короткие черточки в направлении ската, называемые бергштрихами. Отметки горизонталей подписываются таким об разом, что верх цифр был направлен в сторону повышения рельефа местности.

 

Горизонтали никогда не пересекаются, за исключением навис­шего уступа, естественных и искус­ственных воронок, узких оврагов, крутых обрывов, которые не вы­ражаются горизонталями, а обо­значаются условными знаками.

Методы построения геодезических сетей

В простейших случаях значение измеряемой величины получается в результате непосредственного ее измерения. Однако обычно искомые величины (например, координаты точек) не могут быть получены непосредственным их измерением. Общий принцип определения взаимного положения точек на земной поверхности заключается в следующем.

На местности осуществляется построение связанных между собой геометрических фигур. Выбор вершин этих фигур производится таким образом, чтобы некоторые элементы их были удобны для непосредственных измерений. Намеченных для непосредственных измерений элементов фигур должно быть достаточно, чтобы определить все другие элементы, пользуясь существующими между ними зависимостями. Тем самым определяются все элементы фигур, в том числе и не измеряемые непосредственно.

Однако совокупность образованных фигур еще не определяет их ориентирование и географическое положение (расположение на земном шаре). Для этого необходимо дополнительно знать азимут (или дирекционный угол) одной из сторон фигур и координаты (географические или Гаусса-Крюгера) одной вершины системы фигур. Эти данные получаются в общем случае: координаты и азимут – из астрономических наблюдений светил; азимуты, кроме того, могут быть получены при помощи специального прибора – гиротеодолита или приближенно при помощи буссоли.

Для получения абсолютных высот вершин фигур, если определялись и разности их высот, необходимо знать абсолютную высоту вершины одной фигуры.

После этого возможно путем вычислений определить положение каждой вершины фигуры и их высоты относительно отсчетной поверхности, т.е. координаты в пространстве.

Таков общий путь определения координат отдельных точек поверхности Земли, совокупность которых и образует систему геодезических пунктов, или опорную геодезическую сеть. Относительно этих пунктов далее определяется положение любой точки местности.

В зависимости от формы фигур, образуемых на местности, и непосредственно измеряемых их элементов различают следующие основные методы построения геодезических сетей.

1. Триангуляция – построение на местности примыкающих друг к другу треугольников, в которых измеряются горизонтальные углы и длина стороны одного треугольника. Решая последовательно треугольники от начальной, непосредственно измеренной стороны I – II (рис. 2.9), находим все стороны системы треугольников. Если для точки I даны координаты x и y и дирекционный угол a₀ направления I – II, то из вычислений получаем дирекционные углы направлений всех сторон треугольников и координаты их вершин II, III, IV, V..., называемых геодезическими пунктами или более конкретно пунктами триангуляции. Непосредственно измеряемая сторона I – II называется базисной стороной, а точка I, для которой задаются координаты и азимут стороны, – исходным пунктом триангуляции.

2. Трилатерация – построение на местности примыкающих друг к другу треугольников и измерение длин всех их сторон. Решая треугольники по формулам тригонометрии, находим углы треугольников, т.е. опять определяем все элементы изображенной на рис. 2.9 системы треугольников.

3.

Полигонометрия – построение на местности системы ломаных разомкнутых и замкнутых линий и измерение длин d отдельных отрезков, образующих ломаную линию, и горизонтальных углов поворота b между смежными сторонами (рис. 2.10). В методе полигонометрии все элементы построения измеряются непосредственно, а дирекционные углы a и координаты вершин углов поворота определяются на тех же основаниях, что и в методе триангуляции.

4. Нивелирование, основанное на использовании двух принципов – геометрического и физического. Геометрический метод осуществляется путем нивелирования горизонтальным и наклонным лучом.Физические методы нивелирования основаны на использовании зависимости, существующей между изменением высоты и напряжения внешнего гравитационного поля Земли, которое проявляется в различных физических явлениях, поддающихся наблюдению и измерению.

Описанные основные схемы развития геодезических сетей предусматривают последовательное определение положения последующих пунктов относительно предыдущих.

При производстве топографической съемки и решении инженерно-геодезических задач применяются и иные геометрические построения с производством соответствующих измерений.

1. Развитие геодезических сетей осуществляется по принципу «от общего к частному», от более крупных и точных построений к более мелким и менее точным. Соответственно этому геодезические сети подразделяются на четыре вида:

а) государственная геодезическая сеть, представляющая главную геодезическую основу для топографических съемок и выполнения других геодезических работ меньшей точности;

б) геодезические сети местного значения, развиваемые в отдельных районах при недостаточности числа пунктов государственной геодезической сети;

в) съемочные геодезические сети, на основе которых непосредственно производятся съемки контуров и рельефа местности и различные геодезические измерения при строительстве;

г) специальные геодезические сети, развиваемые при строительстве сооружений, предъявляющих к геодезическим работам дополнительные, специальные требования.

Каждый из указанных видов сетей подразделяется на классы и разряды. Государственная геодезическая сеть 1 класса имеет наивысшую точность, и ее построение охватывает всю территорию страны как единое целое. Геодезические сети последующих классов развиваются на основе сетей высших классов. Геодезические сети местного значения строятся на основе государственных сетей; съемочные сети – на основе обоих видов сетей высшего класса.

Геодезические сети разделяются на плановые и высотные. Первые служат для определения плановых координат геодезических пунктов х и у в системе координат Гаусса-Крюгера, а вторые – для определения высот пунктов Н.

Развитие геодезических сетей производится одним из описанных выше методов – триангуляции, полигонометрии, трилатерации, нивелирования.

2. Координаты пунктов государственной геодезической сети должны быть определены на всей территории страны в единой системе. Это значит:

а) геодезическая сеть на территории страны должна составлять единое целое и не иметь изолированных частей;

б) при вычислениях должно быть выбрано единое начало координат для пунктов плановых сетей и единое начало счета (нуль высот) для нивелирных сетей;

в) математическая обработка должна быть произведена с учетом требований получения координат в единой системе с принятием единого референц-эллипсоида.

В этом случае результаты съемочных работ будут получены также в единой системе, независимо от последовательности их выполнения в отдельных районах страны; это обеспечивает соединение разрозненных съемочных материалов в единую топографическую карту государства.

В отдельных случаях допускается использование произвольных – «частных» начал координат при работах на незначительных территориях.

3. Работы по созданию государственной геодезической сети являются капитальными; сети должны быть рассчитаны для использования на длительное время, чтобы в будущем при возросших к ним требованиях не возникала необходимость их переделки. Это значит:

а) по точности государственные геодезические сети должны отвечать требованиям, предъявляемым к ним в будущем, при необходимости увеличения числа геодезических пунктов (например, при производстве съемки более крупного масштаба) можно было путем дополнительных работ производить сгущение существующей государственной геодезической сети без ее переделки;

б) пункты должны быть закреплены на местности таким образом, чтобы на долгие годы была обеспечена их сохранность, постоянство положения и возможность быстрого и уверенного нахождения на местности.

Это требование в полной мере относится как к государственным геодезическим сетям, так и к сетям местного значения; но оно, как правило, не обязательно в отношении пунктов съемочных сетей, назначение которых – сгустить имеющуюся сеть до предела, необходимого для данных, текущих целей, например, съемки заданного масштаба.

4. Необходимым условием проектирования и исполнения геодезических работ (и в особенности развития геодезических сетей) является:

а) обеспечение надежного контроля геодезических измерений и

б) возможность оценки точности фактически выполненных измерений и, следовательно, установления соответствия точности полученных результатов измерений заданным требованиям.

5. Результаты геодезических работ должны отвечать условиям использования геодезических и топографических данных в научных целях со стороны как геодезии, так и смежных наук о Земле. Со стороны геодезии эти требования относятся к государственным геодезическим сетям 1 класса, материалы которых используются для решения научных задач геодезии.

Изложенные основные принципы построения геодезических сетей в основном являются общими при проектировании и исполнении всех видов геодезических измерений.