Составление плана по результатам топографических съемок

Составление плана по результатам топографических съемок

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТАРСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра растениеводства и земледелия

Курсовая работа по теме:

«Составление плана по результатам топографических съемок»

Введение

Геодезия (греч. geōdaisía, от gē - Земля и dáiō - делю, разделяю), наука об определении фигуры, размеров и гравитационного поля Земли и об измерениях на земной поверхности для отображения ее на планах и картах, а также для проведения различных инженерных и народно-хозяйственных мероприятий. Название "геодезия" ("землеразделение") указывает на те первоначальные практические задачи, которые обусловили её возникновение, но не раскрывает ее современных научных проблем и практических задач, связанных с разнообразными потребностями человеческой деятельности.

Геодезия возникла в глубокой древности, когда появилась необходимость землеизмерения и составления планов и карт для хозяйственных целей. В 7 в. до н. э. в Вавилоне и Ассирии на глиняных дощечках составлялись географические карты, на которых давались сведения также и экономического характера. В 6-4 вв. до н. э. были высказаны предположения о шарообразности Земли и найдены некоторые доказательства этого. В 3 в. до н. э. в Египте греческий учёный Эратосфен произвел первое определение радиуса земного шара на основании правильных геометрических принципов, получивших название градусных измерений. В это время в трудах Аристотеля впервые появилось название "Геодезия" как отрасли человеческих знаний, связанной с астрономией, картографией и географией. Во 2 в. до н. э. астрономы и математики установили понятия о географической широте и долготе места, разработали первые картографические проекции, ввели сетку меридианов и параллелей на картах, предложили первые методы определения взаимного положения точек земной поверхности из астрономических наблюдений.

Геодезические работы производились в связи с землеустройством, строительством городов, гражданских сооружений, промышленных предприятий, путей сообщения и т. д. Методы геодезии применялись также при строительстве атомных электростанций, крупных ускорителей заряженных частиц и т. д.

Понятия о топографических съемках

Топографическая съемка - совокупность работ по созданию топографических карт <#"648563.files/image001.gif">

Рис. 1 - Мензула и ее принадлежности

Мензульная съемка - совокупность действий при составлении подробного плана местности, с помощью мензулы <#"648563.files/image002.gif">

Рис. 2 - Теодолит

Теодолитная съемка - горизонтальная съемка горных выработок с помощью теодолита (рис. 2). Применяется для определения контуров и сечений горных выработок, подготовительных и очистных забоев, целиков, камер, элементов крепи и залегания отрабатываемых пластов, мест взятия проб.

При теодолитной съемке одновременно с проложением теодолитного хода проводят съемку подробностей, определяя характерные точки на контуре снимаемого объекта. Съемку подробностей выполняют по методу ординат. В створе смежных пунктов теодолитного хода натягивают или укладывают рулетку и проецируют на нее характерные подробности; отсчитывают расстояния по рулетке до контурных точек. Затем проводят зарисовки со всеми подробностями и записью размеров. Кроме того, на точках стояния теодолита измеряют расстояния до стенок, кровли и почвы выработки. Углы в теодолитных ходах измеряют одним приемом или повторением, длина линий измеряется с округлением отсчётов до сантиметров. При съемке подробностей отсчёты по рулетке (ленте) берут с округлением до дециметров, а перпендикуляры (ординаты) измеряют в сантиметрах или дециметрах. Теодолитный ход прокладывают между пунктами съемочной сети.

Данные теодолитной съемки наносят на рабочий план, масштаб которого выбирают с учетом возможности отображения деталей подготовительных горных выработок и очистных забоев, обеспечения графической точности, необходимой для определения объемов горных работ, добычи и потерь полезных ископаемых и т.п. Указанным требованиям отвечают, как правило, масштабы плана 1:1000 и 1:500. [3]

Теодолитная съемка подразделяется на полевую работу и камеральную работу.

При полевой работе снимаются все данные с прибора, при том чем они точнее и чем точнее теодолит тем лучше, а также заполняется абрис - схематический чертеж, на котором изображают вершины и створы теодолитного хода, снятую с них ситуацию, записывают результаты угловых и линейных измерений (рис. 3). Абрис составляют непосредственно во время съемки. При составлении абриса на нескольких листах должно быть перекрытие изображения, т. е. последующий лист должен начинаться с точек, которыми закончился предыдущий. Абрис является исходным документом для составления плана теодолитной съемки, поэтому его нужно составлять четко, аккуратно, чтобы при его использовании не было разночтений и неопределенностей. [4]

Рис. 3 - Абрис теодолитной съемки

Нивелирование

Нивелирование - определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки («нуля высот») или над уровнем моря - один из видов геодезических измерений, которые производятся для создания высотной опорной геодезической сети <#"648563.files/image004.gif">

Рис. 4 - Геометрическое нивелирование

Расстояния от нивелира до реек зависят от требуемой точности нивелира условий местности, но должны быть примерно равны и не более 100-150 м. Превышение h одной точки над другой определяется разностью отсчётов а и b по рейкам, так что h = a - b. Так как точки, в которых установлены рейки, близки друг к другу, то измеренное превышение одной из них относительно другой можно принять за расстояние между проходящими через них уровенными поверхностями <#"648563.files/image005.gif">(1)

где WO и Wk - потенциалы силы тяжести в этих точках, а интеграл вычисляется по пути Н. между ними (полученную по этой формуле величину называют геопотенциальной отметкой). Т. о., нивелирование можно рассматривать как один из способов измерения разности потенциалов силы тяжести в данной и исходной точках.

Исходную точку нивелирования, или начало счета нивелирных высот, выбирают на уровне моря. Нивелирную высоту h над уровнем моря определяют по формуле

(2)

где m - некоторое значение ускорения силы тяжести, от выбора которого зависит система нивелирных высот. В СССР принята система нормальных высот, отсчитываемых от среднего уровня Балтийского моря, определенного из многолетних наблюдений относительно нуля футштока в Кронштадте.

В зависимости от точности и последовательности выполнения работы по геометрическому нивелированию подразделяются на классы. Государственная нивелирная сеть строится по особой программе и делится на 4 класса. Нивелирование I класса выполняют высокоточными нивелирами и штриховыми инварными рейками по особо выбранным линиям вдоль железных и шоссейных дорог, берегов морей и рек, а также по др. трассам, важным в том или ином отношении. По линиям нивелирования I класса средняя квадратичная случайная ошибка определения высот не превышает ±0,5 мм, а систематическая ошибка всегда менее ±0,1 мм на 1 км хода. Нивелирование I класса повторяют не реже, чем через 25 лет, а в отдельных районах значительно чаще, чтобы получить данные о возможных вертикальных движениях земной коры. Между пунктами нивелирования I класса прокладывают линии нивелирования II класса, которые образуют полигоны с периметром 500-600 км и характеризуются средней квадратичной случайной ошибкой около ±1 мм и систематической ошибкой ±0,2 мм на 1 км хода. Нивелирные линии III и IV классов прокладываются на основе линий высших классов и служат для дальнейшего сгущения пунктов нивелирной сети. Для долговременной сохранности нивелирные пункты, выбираемые через каждые 5-7 км, закрепляются на местности реперами <#"648563.files/image007.gif">

Рис. 5 - Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическим нивелированием определяют высоты пунктов триангуляции <#"648563.files/image008.gif">(5)

Рис. 6 - Астрономическое нивелирование

Зная высоту геоида в исходном пункте нивелирования и суммируя найденные приращения высот, получают высоту геоида в любом исследуемом пункте. Складывая же высоту геоида с ортометрической высотой, получают высоту точек земной поверхности над референц-эллипсоидом. Отклонения отвеса меняются от пункта к пункту линейно только при малых расстояниях между ними, так что астрономическое нивелирования требует густой сети астрономо-геодезических пунктов и поэтому невыгодно.

В России влияние нелинейной части уклонений отвеса учитывается по гравиметрическим данным. В этом случае астрономическое нивелирование превращается в астрономо-гравиметрическое нивелирование, которое позволяет определять высоты квазигеоида и широко применяется в исследованиях фигуры и гравитационного поля Земли.[5]

Нивелирование поверхности участков по квадратам

Для разработки проектов вертикальной планировки традиционно применяется способ нивелирования поверхности по квадратам. На первом этапе на местности выполняется построение сетки квадратов при помощи теодолита и мерной ленты. На границе участка строят прямоугольник (или квадрат), на сторонах которого закрепляют вершины квадратов через заданные интервалы, а положение вершин в середине участка находят на пересечении створов, проходящих через соответствующие вершины на внешней границе. Все вершины заполняющих квадратов закрепляют кольями. На втором этапе выполняют геометрическое нивелирование вершин квадратов.

Первоначальная разбивка, как правило, служит только для выполнения съемки: до начала строительных работ проходит значительный период времени, разбивка частично или полностью утрачивается и требует восстановления. Положение вершин квадратов определяется полярным способом. За исходную ось полярных координат может быть принята одна из основных закрепленных осей, а в качестве полюса - пересечение осей.

Рис. 7 - Схема разбивки сетки квадратов полярным способом

На рис. 7 приведена схема разбивки сетки квадратов полярным способом. Значения полярных углов и расстояний, соответствующих сетке квадратов со сторонами 20 м, вычисляются заранее и записываются на схеме в вершинах квадратов.

На местности расстояния от полюса до вершин квадратов определяются нитяным дальномером теодолита с отсчетами по рейке до десятых долей сантиметра. Для определения положения вершин по каждому направлению визирования выставляется веха (рис. 8) за пределами границы площадки.

Рис. 8 - Веха телескопическая

топографический съемка нивелирование

Рабочий-реечник, двигается от теодолита к вехе шагами, отсчитывая расстояние до искомой вершины шагами и устанавливает рейку. Приблизительное определение сравнительно небольших расстояний парами шагов является известным примером в геодезических работах.

Наблюдатель у теодолита корректирует положение рейки по линии визирования и определяет дальномерное расстояние до нее. Если измеренное расстояние отличалось от теоретического значения более чем на ±0,5 м, положение рейки вновь корректируется по расстоянию и створу. Практика показывает, что требуемая точность достигается за одно-два приближения. Одновременно с окончательным определением планового положения наблюдатель выполняет нивелирование вершины квадрата. В конце работы составляется абрис нивелирования поверхности по квадратам (Рис.9). [4]

Рис. 9 - Абрис нивелирования поверхности по квадратам

Тахеометрическая съемка

Тахеометрическая съёмка - способ определения положения точки местности как в плане, так и по высоте одним визированием трубой тахеометр <#"648563.files/image013.gif">

Рис. 10 - Тахеометр-автомат

Съемочное обоснование для тахеометрической съемки создают, прокладывая теодолитные ходы, ходы технического нивелирования, высотные или тахеометрические ходы.

Тахеометрический ход - это комбинация теодолитного и высотного ходов в одном. На каждом пункте хода измеряют горизонтальный угол, углы наклона на заднюю и переднюю точки и дальномерное расстояние прямо и обратно. Превышение между пунктами вычисляют по формуле тригонометрического нивелирования.

Уравнивание тахеометрического хода выполняют отдельно для координат (как в теодолитном ходе) и превышений (как в высотном ходе). Допустимые невязки вычисляют по следующим формулам:

угловую:

(6)

абсолютную:

(7)

высотную:

(8)

Здесь n - число измеренных углов хода,S - длина хода в метрах.

Тахеометрическая съемка выполняется с пунктом съемочного обоснования в полярной системе координат. Теодолит центрируют над пунктом А, горизонтируют, приводят трубу в рабочее положение и ориентируют на соседний пункт В съемочного обоснования, т.е. устанавливают на лимбе отсчет 0o0' при наведении трубы на этот пункт. Другими словами, полюсом полярной местной системы координат является пункт А, а направление полярной оси совмещается с направлением АВ.

Трубу теодолита наводят на рейку, установленную в какой-либо точке местности и измеряют три величины, определяющие положение снимаемой точки в плане и по высоте: горизонтальный полярный угол, угол наклона и дальномерное расстояние. Затем вычисляют превышение и горизонтальное проложение.

Точка установки рейки называется пикетом; различают высотные и плановые пикеты.

Высотные пикеты располагают во всех характерных точках и линиях рельефа: на вершинах гор и холмов, на дне котловин и впадин, по линиям водослива лощин и водораздела хребтов, у подошв гор и хребтов, у бровок котловин и лощин, в точках седловин, на линиях перегиба скатов и т.п. Расстояние между высотными пикетами не должно превышать: 40 мм на плане при масштабе съемки 1:500, 30 мм - при масштабе 1:1000, 20 мм - при масштабе 1:2000, чтобы при рисовке рельефа было удобно выполнять интерполирование горизонталей. Главное условие выбора высотных пикетов - чтобы местность не имела между соседними пикетами перегибов ската.

Чем больше высотных пикетов, тем легче рисовать рельефа на плане, но не надо забывать, что объем выполненной работы определяется не числом пикетов, а заснятой площадью в гектарах или в квадратных километрах. Поэтому пикетов надо набирать столько, сколько требуется для правильной рисовки рельефа.

Плановые пикеты располагают на контурах и объектах местности; иногда плановые пикеты называют реечными точками. При замене криволинейных контуров ломаными линиями ошибка спрямления не должна превышать 0.5 мм в масштабе плана.

Рассчитаем допустимую ошибку измерения угла наклона. Для этого возьмем формулу тригонометрического нивелирования:

' = S * tg ν (9)

и продифференцируем ее по измеряемым элементам:

m2h=(S/cos2ν)2 * m ν2/ρ2 + tg2 ν*m2s (10)

Примем h = 1 м, ν = 11.4o, tgν = 0.2, cosν = 1.0 и получим mh = 0.33 м.

Далее пишем:

mν2/ρ2 * S2/cos4ν = m2h - tg2ν * m2s,

mν = 10'

Поскольку требования к точности измерений при тахеометрической съемке невысокие, то измерения при съемке пикетов выполняют по упрощенной методике:

горизонтальные углы измеряют при одном положении круга;

расстояния, измеряемые по нитяному дальномеру, округляют до целых метров при съемке в масштабах 1:2 000 или 1:5 000;

углы наклона измеряют при одном положении круга, установив место нуля близким или равным нулю; при этом отсчет по вертикальному кругу будет равен углу наклона, если съемку выполнять при основном положении круга.

Все результаты измерений записывают в журнал тахеометрической съемки; затем там же вычисляют углы наклона, горизонтальные проложения, превышения пикетов относительно точки стояния теодолита и отметки пикетов.

Одновременно с ведением журнала составляют схематический чертеж местности - абрис (кроки) (Рис. 11), на котором показывают все заснятые с этой станции пикеты, контуры, ситуацию, формы рельефа, направления скатов. Иногда абрис рисуют до начала съемки, намечая на нем плановые и высотные пикеты, и затем уже ведут съемку в соответствии с абрисом. [6]

Рис. 11 - Схематический чертеж местности - абрис (кроки)

Математическая обработка данных нивелирования поверхности по квадратам

Составляем схему квадратов. На схему переписываем все осчеты своего варианта и высоту репера HRp. Вычисляем горизонт прибора ГП по формуле: ГП= HRp+а, где HRp - высота репера (м.), а - отсчет по рейке.

HRp =; а =:

ГП=+=м.

Вычисляем высоты Н всех вершин квадратов по формуле:

Нверш=ГП-в, где в - отсчет по рейке, взятой на вершине квадрата.

Н01=

Н02=

Н03=

Н04=

Н05=

Н06=

Н07=

Н08=

Н09=

Н10=

Н11=

Н12=

Н13=

Н14=

Н15=

Н16=

Н17=

Н18=

Н19=

Н20=

Н21=

Н22=

Н23=

Н24=

Н25=

Вычисленные высоты точек записываем на абрисе (см. прил.) под значением отсчета по рейке. На чертежной бумаге формата А4 строим сетку квадратов для построения плана в масштабе 1:500. Определяем местоположение горизонталей на всех сторонах квадратов, при этом выполняем графическое интерполирования с помощью математических расчетов.

Горизонтали, кратные 1,0 м. подписываются. С абриса по прамерам переносят контуры ситуации. План оформляется тушью в соответствии с условными знаками для масштаба 1:500.

Решение инженерных задач по топографического плану

Определяют отметку точки Р, лежащую между горизонталями.

Высоту точки, расположенной между горизонталями, определяют линейной интерполяцией по высотам соседних с ней горизонталей.

Пусть, например, высоты двух соседних горизонталей равны большей На и меньшей Нв; высоту сечения рельефа обозначим hсеч. Через точку Р проводят прямую, примерно перпендикулярную этим горизонталям. Измеряют отрезки на плане ав, аР, вР. Высота точки Р находят из выражения:

Н р = На - (аР / ав) hсеч;

Н р = Нв + (Рв / ав) hсеч.

=в =

ав =

аР =

Рв =сеч =

Н р =

Н р =

Строят профиль по линии АВ

В отведенном для построения профиля месте плана проводят линию условного горизонта, на которой в масштабе плана (1:2000) наносят расстояния между точками, это пересечение линии АВ с горизонталями. Для быстроты выполнения к линии АВ прикладывают полоску бумаги, на которой отмечают расстояния между горизонталями по линии АВ. Затем их переносят на линию условного горизонта. Высоту линии условного горизонта принимают так, чтобы самые низкие точки профиля находились выше этой линии на 1 - 2 см. К нанесенным точкам на линии условного горизонта восстанавливают перпендикуляры, на которых откладывают высоты точек в масштабе 1:200. Соединяют между собой отложенные по перпендикулярам точки, получают профиль по заданному направлению. Ниже линии условного горизонта строят графы профиля (высоты точек, горизонтальные расстояния). Эти графы заполняют данными, полученными непосредственно с плана. Над профилем делают надпись: "Профиль по линии АВ", а под профилем указывают масштабы - горизонтальный 1:2000 и вертикальный 1:200.

Построение графика заложения

Выполняют расчет и строят график заложений (по уклонам). Расчет для построения графика заложений выполняют исходя из заданных уклонов через 0,01 и высоты сечения рельефа hсеч=1м по формуле:

где d - величина заложения , i - задаваемый уклон. Весь расчет удобнее выполнить в таблице следующей формы:

График уклонов местности

Таблица 1

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

S, м

100

50

33,3

25

20

16,7

14,3

12,5

11,1

10

d, мм

50

25

16,65

12,5

10

8,35

7,15

6,25

5,55

5

По вычисленным значениям заложений (соответствующим заданным уклонам) строят график. Для этого проводят две взаимно перпендикулярные линии (горизонтально и вертикально) и на одной из них откладывают одинаковые отрезки (примерно через 0,5 см), на концах которых последовательно (снизу вверх) подписывают уклоны (0.01;0.02;0.03 и так далее), а по перпендикулярам откладывают отрезки, соответствующие значениям заложений. Концы отрезков соединяют плавной кривой.

Построение линии с заданным уклоном

Кратчайшее расстояние между заданными точками, чтобы на всём её протяжении уклон между горизонталями не превышал заданного, определяют при помощи графика заложений.

В раствор измерителя по графику заложений берут расстояние, соответствующее заданному уклону. После этого, начиная от заданной точки, измерителем последовательно откладывают эти расстояния между каждой парой соседних горизонталей в направлении к второй точке. Полученные на горизонталях точки соединяют прямыми отрезками - линиями заданного уклона. [1]

Заключение

Отличие тахеометрической съемки от горизонтальной состоит в том, что кроме съемки элементов ситуации и предметов местности производят съемку рельефа. Поэтому для точки, с которой выполняют тахеометрическую съемку, нужно знать высотную отметку. В качестве съемочного обоснования тахеометрической съемки принимают теодолитно-нивелирные или тахеометрические ходы.

Преимущества тахеометрической съемки в том, что она может применяться при погоде, неблагоприятной для мензульной съемки, и позволяет выполнить полевую работу в кратчайшие сроки.

Кроме того, план тахеометрической съемки может быть составлен в более короткий срок, так как камеральные работы можно поручить другому исполнителю вслед за выполнением части полевых измерений по съемке.

К сравнительным недостаткам тахеометрической съемки следует отнести то, что при составлении плана исполнитель не видит местность и поэтому не может в камеральных условиях выявить допущенные промахи путем сличения плана с местностью.

Тахеометрическую съемку желательно применять для создания планов небольших участков в крупном масштабе как основной вид съемки или в сочетании с другими видами. Особенно выгодно ее применение для съемки узких, но достаточно длинных полос местности при различных изысканиях (трасс дорог, трубопроводов, и т. п.).

Нивелирование рекомендуется производить в целях получения топографического плана в крупном масштабе с малой высотой сечения рельефа.

Так же в результате курсовой работы я научился строить план нивелирования поверхности по квадратам и план тахеометрической съемки, научился заполнять журнал тахеометрической съемки.

Список используемой литературы

1.      Уваров А.И. Составление планов по результатам топографических съёмок /А.И. Уваров, Е.Н. Васяева // Методические указания к курсовой работе. - ОмГАУ, 2004.

2.      URB <http://ru.wikipedia.org/wiki/>

.        URB <http://www.mining-enc.ru/>

.        URB <http://www.drillings.ru/>

.        URB <http://www.cultinfo.ru/>

.        URB <http://www.geoda.ru/>