Основы геодезии и топография местности
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Кузнецов Олег Федорович
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 286
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0514-0
Артикул: 676613.02.99
Представлены основные разделы изучения геодезии и топографии: от определения системы координат в геодезии до производства топографических съемок. Изложение материала ведется по принципу постепенного расширения темы: постановка задачи на уровне исходных понятий, описание решения с выводом необходимых формул, выводы и практические рекомендации. Приведены основные понятия геодезии, рассмотрены правила вычислений и методы теории ошибок измерений, правила оформления геодезических документов, описана конструкция современных геодезических приборов и методика измерений. Рассмотрены основы спутниковой геодезии, приведены содержание топографических карт и планов, правила топографических съемок и методы определения и оценки точности площади участков местности.
Для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению подготовки «Строительство». Также может быть рекомендовано к использованию инженерно-техническими работниками, выполняющими исследования и принимающими решения, связанные с геодезическими измерениями и производством топографических съемок.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 08.03.01: Строительство
- 21.03.03: Геодезия и дистанционное зондирование
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
О. Ф. КУЗНЕЦОВ ОСНОВЫ ГЕОДЕЗИИ И ТОПОГРАФИЯ МЕСТНОСТИ Издание 3-е, исправленное и дополненное Рекомендовано УМО вузов РФ по образованию в области геодезии и фотограмметрии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020
УДК 528
ББК 26.1
К89
Рецензенты:
кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной
геодезии Московского государственного строительного университета Рубцов И. В.;
кандидат технических наук, доцент Симонян В. И.;
кафедра инженерной геодезии Московского государственного
строительного университета
Кузнецов, О. Ф.
К89
Основы геодезии и топография местности : учебное пособие / О. Ф. Кузнецов. – 3-е изд., испр. и доп., – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия,
2020. – 286 с.
ISBN 978-5-9729-0514-0
Представлены основные разделы изучения геодезии и топографии: от определения системы координат в геодезии до производства топографических съемок.
Изложение материала ведется по принципу постепенного расширения темы: постановка задачи на уровне исходных понятий, описание решения с выводом необходимых формул, выводы и практические рекомендации. Приведены основные понятия
геодезии, рассмотрены правила вычислений и методы теории ошибок измерений,
правила оформления геодезических документов, описана конструкция современных
геодезических приборов и методика измерений.
Рассмотрены основы спутниковой геодезии, приведены содержание топографических карт и планов, правила топографических съемок и методы определения и
оценки точности площади участков местности.
Для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению подготовки «Строительство». Также может быть рекомендовано к использованию инженерно-техническими работниками, выполняющими исследования и принимающими решения, связанные с геодезическими измерениями и
производством топографических съемок.
УДК 528
ББК 26.1
ISBN 978-5-9729-0514-0
© Кузнецов О. Ф., 2020
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
СОДЕРЖАНИЕ Введение .............................................................................................................................. 6 I.ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ГЕОДЕЗИИ ................................................ 8 1. Системы координат в геодезии. Государственные геодезические и нивелирные сети ............................................... 8 1.1 Понятия о фигуре и размерах земли .......................................................................................... 8 1.1.1 Геоид ...................................................................................................................................... 8 1.1.2 Земной эллипсоид ................................................................................................................ 9 1.1.3 Основные линии и плоскости эллипсоида ....................................................................... 10 1.2 Азимуты направлений ............................................................................................................... 11 1.2.1 Географические координаты ............................................................................................. 12 1.2.2 Азимуты направлений ....................................................................................................... 15 1.2.3 Плоские прямоугольные координаты и дирекционный угол ........................................ 16 1.2.4 Связь между дирекционным углом и геодезическим азимутом ................................... 19 1.2.5 Высоты точек ...................................................................................................................... 20 1.3 Система координат 1942 года ................................................................................................... 21 1.4 Геодезические, нивелирные и гравиметрические сети .......................................................... 22 1.4.1 Геодезические сети ............................................................................................................ 22 1.4.2 Нивелирные сети ................................................................................................................ 25 1.4.3 Гравиметрические сети ...................................................................................................... 26 1.5 Центры и знаки геодезической, нивелирнойи гравиметрической сетей ............................. 27 1.5.1 Центры ................................................................................................................................. 27 1.5.2 Геодезические знаки .......................................................................................................... 27 1.5.3 Постройка простой пирамиды .......................................................................................... 33 2. Правила вычислений, ошибки измерений ...........................................................35 2.1 Основные правила вычислений ............................................................................................... 35 2.1.1 Общие правила вычислений ............................................................................................. 35 2.1.2 Правила округления чисел ............................................................................................... 37 2.1.3 Правила действий с приближенными числами .............................................................. 37 2.2 Сведения о тригонометрических функциях ............................................................................ 40 2.2.1 Тригонометрические функции острого угла ................................................................... 40 2.2.2 Тригонометрические функции произвольного угла ...................................................... 41 2.2.3 Таблицы натуральных значений тригонометрических функций ................................. 44 2.3 Основные геодезические задачи .............................................................................................. 45 2.3.1 Прямая геодезическая задача ........................................................................................... 45 2.3.2 Обратная геодезическая задача ......................................................................................... 47 2.3.3 Решение треугольника ....................................................................................................... 49 2.4 Ошибки измерений ................................................................................................................... 52 2.4.1 Понятие об измерениях .................................................................................................... 52 2.4.2 Классификация ошибок измерений .................................................................................. 53 2.4.3 Оценка точности результатов измерений ........................................................................ 54 2.4.4 Средняя квадратичная ошибка .......................................................................................... 55 2.4.5 Относительная ошибка ...................................................................................................... 57 2.4.6 Предельная ошибка ............................................................................................................ 58 3. Приборы для измерения углов,расстояний и превышений ...........................59 3.1Угломерные приборы. Измерение углов ................................................................................. 59 3.1.1 Теодолит Т2 ....................................................................................................................... 61 3.1.2 Теодолит Т5 ....................................................................................................................... 64 3.1.3 Теодолиты 2Т30, 2Т30П ................................................................................................... 66 3
3.1.4 Поверки и юстировки теодолитов Т2, Т5, Т5 К ............................................................. 68 3.1.5 Поверка перпендикулярности горизонтальной трубы к вертикальной оси вращения теодолита .................................................................................. 70 3.1.6 Поверки и юстировки теодолита 2Т30 ............................................................................ 73 3.1.7 Подготовка теодолита к работе. Правила обращения с теодолитом ........................... 75 3.1.8 Измерение горизонтальных углов ................................................................................... 76 3.1.9 Измерение вертикальных углов ....................................................................................... 83 3.1.10 Определение элементов приведения ............................................................................. 84 3.2. Приборы для измерения расстоянии ....................................................................................... 89 3.2.1 Землемерные стальные ленты .......................................................................................... 89 3.2.2 Измерение линий мерными лентами ............................................................................... 91 3.2.3 Светодальномеры .............................................................................................................. 94 3.3 Нивелиры. Геометрическое нивелирование .......................................................................... 95 3.3.1 Нивелир Н3 ........................................................................................................................ 97 3.3.2 Нивелир НС3 ..................................................................................................................... 98 3.3.3 Нивелир НС4 ..................................................................................................................... 98 3.3.4 Нивелир НВ-1 .................................................................................................................. 100 3.3.5 Нивелирные рейки .......................................................................................................... 100 3.3.6 Поверки нивелиров ......................................................................................................... 102 3.3.7 Порядок работы при нивелировании ............................................................................ 103 4.Геодезическое ориентирование ............................................................................ 105 4.1Общие понятия о геодезическом ориентировании ............................................................... 105 4.2Определение координат при передаче ориентирования ...................................................... 106 4.2.1Определение координат отдельных точек ..................................................................... 106 4.2.2 Определение координат точек методом полигонометрии .......................................... 106 4.2.3 Отыскание грубых ошибок в полигонометрических ходах ........................................ 115 4.2.4 Определение координат точек методом триангуляции ............................................... 116 5 . Определение высот отдельных точек ................................................................ 130 5.1 Определение высот точек методом геометрического нивелирования ............................. 130 5.2 Определение высот точекметодом тригонометрического нивелирования ...................... 135 6. Топографические карты ....................................................................................... 137 6.1 Основные разновидности карт .............................................................................................. 137 6.2 Математическая основа карт .................................................................................................. 138 6.3 Топографические карты ......................................................................................................... 142 6.4 Специальные карты и планы городов ................................................................................... 143 6.5 Проекция топографических карт ........................................................................................... 144 6.6 Разграфка и номенклатура топографических карт .............................................................. 147 6.7 Рельеф местности и его изображение на картах .................................................................. 154 6.7.1 Формы рельефа ................................................................................................................ 154 6.7.2 Характеристика скатов ................................................................................................... 157 6.7.3 Изображение рельефа на картах .................................................................................... 158 6.7.4 Изображение форм рельефа, не выражающихся на карте горизонталями ................ 167 6.7.5 Особенности изображения рельефа на топографических картах масштабов 1: 500 000 и 1 : 1 000 000 ....................................................................................... 168 6.7.6 Изучение рельефа по карте ............................................................................................ 169 6.7.7 Изучение рельефа по карте ............................................................................................ 169 6.8 Содержание топографических карт ...................................................................................... 176 6.8.1 Основные элементы содержания карты ........................................................................ 176 6.8.2 Гидрография .................................................................................................................... 177 6.8.3 Гидротехнические сооружения ...................................................................................... 184 6.8.4 Растительный покров и грунты ...................................................................................... 185 4
6.8.5 Дорожная сеть.................................................................................................................. 192 6.8.6 Населенные пункты ........................................................................................................ 197 6.8.7 Промышленные, сельскохозяйственные и социально-культурные объекты ............ 199 6.8.8 Геодезические пункты .................................................................................................... 200 6.8.9 Границы ............................................................................................................................ 201 6.8.10 Зарамочное оформление карт ...................................................................................... 202 6.9 Измерения по карте ................................................................................................................. 203 6.9.1 Измерение расстояний .................................................................................................... 203 6.9.2 Измерение длины маршрута .......................................................................................... 208 6.9.3 Определение площадей .................................................................................................. 209 6.9.4 Определение азимутов и дирекционных углов ............................................................ 210 6.10 Определение координат объектов на земной поверхности .............................................. 217 6.10.1 Системы координат, применяемые в топографии ..................................................... 217 6.10.2 Определение географических (геодезических) координат точек по карте ............. 218 6.10.3 Плоские прямоугольные координаты и топографическая карта .............................. 219 6.10.4 Полярные и биполярные координаты ......................................................................... 225 6.10.5 Звездное небо ................................................................................................................. 226 II.ОСНОВЫ СПУТНИКОВОЙ ГЕОДЕЗИИ ..................................... 229 7. Искусственные небесные тела солнечной системы ........................................ 229 7.1 Невозмущенное движение искусственных спутников Земли ............................................. 233 7.2 Возмущения в движении искусственных спутников Земли ................................................ 238 7.3 Принцип использования искусственных спутников Землив геодезии .............................. 241 8. Способы наблюдения искусственных спутников Земли, применяющиеся при этом инструменты ............................................................... 244 9. Общие сведения о спутниковых навигационных системах ......................... 247 10. Системы координат .............................................................................................. 248 11. Принцип пространственной трилатерации .................................................... 252 12. Электронные тахеометры ................................................................................... 254 12.1 Общие сведения ..................................................................................................................... 254 12.2 Электронный тахеометр TOPCON серии GTS - 230 ......................................................... 258 12.2.1 Определение координат ................................................................................................. 262 12.3 Электронный тахеометр 3ТА5р УОМЗ ............................................................................. 266 12.3.1 Измерения при неблагоприятных условиях ............................................................... 268 12.3.2 Измерение углов ............................................................................................................. 269 12.3.3 Результаты измерений могут быть записанных карту памяти .................................. 269 12.3.4 Режим съёмки в полярных координатах ...................................................................... 270 12.3.5 Режим съёмки в прямоугольных координатах ............................................................ 271 12.3.6 Режим измерения углов, горизонтального проложения и превышения .................. 272 12.3.7 Режим измерения расстояний без измерения углов ................................................... 272 12.4 Поверки и юстировки электронных тахеометров ............................................................... 273 13. Спутниковые системы ......................................................................................... 274 13.1 Широкозонные системы спутниковойдифференциальнойнавигации ............................. 274 13.2Интегральные навигационные комплексы GPS/IMU .......................................................... 278 13.3 STRATUS -универсальная спутниковая геодезическая система ...................................... 280 14. Литература, рекомендуемая для изучения тем ............................................. 284 5
"Любое образование – есть самообразование" Л.Н. Толстой Введение Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» составлено на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и требований к уровню подготовки выпускников ВУЗов. В пособии кроме изложенного материала приведены контрольные вопросы и упражнения после каждого раздела, что должно способствовать улучшению самостоятельной работы студентов при изучении тем, приведённые примеры рассмотрены на основании опыта получения результатов полевых геодезических измерений и решения задач топографии в различных регионах России. Кроме того, преподавание основ геодезии по-прежнему осуществляется на первом курсе, когда студенты ещё не знакомы с терминологией в геодезии, а также с технологией производства геодезических работ в различных сферах деятельности. Данное пособие также широко и углубленно охватывает вопросы топографии местности в тесной связи с технологией производства и изучения особенностей местности, свойств местности. Настоящее пособие систематизировано по следующим основным разделам: Раздел первый. Основы общей геодезии 1)системы координат в геодезии. Государственные геодезические и нивелирные сети; 2)правила вычислений, ошибки измерений; 3)приборы для измерения углов, расстояний и превышений; 4)геодезическое ориентирование; 5)определение высот отдельных точек; 6)топографические карты; Раздел второй. Основы спутниковой геодезии 7)искусственные небесные тела солнечной системы; 8)способы наблюдения искусственных спутников; 9)общие сведения о спутниковых навигационных системах; 10)системы координат; 11)принцип пространственной трилатерации; 12)электронные тахеометры; 13)спутниковые системы Работая над учебным пособием, автор стремился изложить материал в доходчивой форме, проиллюстрировать наиболее сложные в теоретическом отношении вопросы рисунками, чертежами, более рационально разместить материал с методической точки зрения. 6
Знания, полученные студентами на лекционных занятиях по изучению основ геодезии и топографии местности, должны совершенствоваться на лабораторных занятиях и в период проведения летней полевой геодезической практики. Материал по самостоятельной работе студентов изложен в учебном пособии «Инженерная геодезия» - Кузнецов О.Ф. 7
НОВЫ О ОБЩЕЙ Й ГЕОД ДЕЗИИ I.ОСН 1. Сис стемы к ат в геод Государ рственн ные геод координ дезическ кие и ни ые сети дезии. велирны 1.1 Пон нятия о ф фигуре и размерах х земли 1.1.1 Гео оид Дл ля определ ления пол ложения т направлен ний на зем мной пов ерхности и точек и н необходи ь геометр ическую форму и Земли. Зем ет сложн ную фигу уру. Сло этой фиг гуры обу условлена а размеры жность э имо знать мля имее м матери иков (29 поверх емли) и М Мирового о океана с с морями и наличием (71 ), а а также не еравномер рным рас хности Зе спределен нием масс с в теле Зе емли. фигуру З Земли пр ринимаетс ся геоид. Геоидом м называе ется фигу ура, огра- ной повер рхностью ю, совпада открытых х морях и и океанах х оверхнос стью и мы ысленно п ающей в о продолже нной под д материк ками, (ри- За ниченная с их спок сунок 1). я уровенн койной п . Рис сунок 1 – У Уровенная я поверхно сть Ур поверхно ость в каж ждой точк ке пересек кает напр равление отвесной й линии (н тяжести) под прям мым углом На ровенная п направлен аправлени ние силы т ие отвесн ной линии и в каждо ределения я от распр еле Земл и. Следов вательно, ой точке читывает ость рас- м. зависит эту нера масс в т пределен ния масс и и тем сам мым наибо вильно пр редставляе авномерн ет фигуру у Земли. От т поверхн ности геои ида (от ур , геоид уч олее прав ровня мор ря) ведет т высот то очек. Исать же гео бработки и линейны ых и углов ся отсчет вых геоде езических х измерепользова ний не п представл оид для о яется воз зможным, , так как он не явл ляется пр авильным м геомет- - - 8
м телом, поверхно ость кото орого мож о бы выра азить мат тематиче- рмулой. П Поэтому поверхно ость геои жно было ида замен няется на аиболее б близкой к к рическим ской фор ней пове ерхностью ю земного о эллипсо оида (рису унок 2). Р исунок 2 – Эллипсои ид вращени ия 1.1.2 Зем мной эллип псоид Раз змеры зем много элл липсоида а устанавл ливаются я из опред делений размеров в орма и р размеры з земного эллипсои ида опред деляются ментами: его эле Земли. Фо й а и мало уосями и полярны м сжатие ем Į, кото орые меж жду собой й большой связаны соотноше ой b полу ением: D . а b a D бычно для я земного о эллипсо оида указ зываются я величин ны больш шой полу- Об олярного сжатия. З этих вели ичин выч числяются я, как пра а многочисл Значения еодезичес ских изме ерений, вы ных на тер авило, на рритории ленных ге льких стр ными разн ных стран ыполненн н было пр более 60 и 0 ли нескол ений разм меров зем ран. Учен много элл В Совет тском Сою роведено юзе до 19 946 г. исался элли липсоида. 1946 г. пр ринят элл липсоид К ого, у кобольшая ( сселя. С альная) п полуось а а = 637824 45 м, мал Красовско лая (поляр рная) по- - - псоид Бе экватори оси и по основе м одной ил определе пользова торого б луось b = = 6356863 3 м и поля ярное сжа атие Į = 1 развитие м ракетн жия и ко их летате ельных а аппаратов в 1 : 298,3. осмически земного эл да, наилуч чшим об- а необход редставля ного оруж в знании р фигуру Зе размера з емли в ц елом. Так ллипсоид кой элли ипсоид на азывается я С возникла разом пр общим зе емным эл димость в яющего ф ллипсоидо ом. 9
змеры об щего зем много элли ипсоида и и его пол ожение в в теле Зем мли опре- Раз деляют т так, чтобы ы: объем его о был рав вен объем му геоида; ; плоскост ть экватор ра и мала ая ось его о совпада али соотв ветственн о с плос- 1) 2) костью э экватора и и осью вр ращения З Земли; сумма кв вадратов уклонени ий по выс соте пове геоида от т поверх- 3) ности об бщего зем много элли ипсоида б была наим меньшей. рхности г новные ли инии и пло оскости э эллипсоид да 1.1.3 Осн Пр рямая Мn к 3) перпе ендикуляр рная каса ательной плоскост ти N к эл- липсоиду у в точке (рисунок ее касани ия М, назы ывается н нормалью ю. Рисунок 3 3 – Нормал ль к повер рхности эл липсоида Лю юбая пло скость, п проходящ щая через ь, называ ается нор рмальной й тью. Чере ез нормал ль можно привести з нормаль и бесчисл енное мн ножество нормальскостей, из которы ых плоск кость мер ридиана и и плоскос сть первог го верти- - плоскост ных пло кала явля яются осн . Но ормальная новными. я плоскос ), проход рез норма аль точки и ящая чер сть N1 (ри ую ось эл да, называ исунок 4) ается пло геодезич ческого м а точки. Се ллипсоид ечение п сти эллип оскостью псоида эт костью д еридиана ает след, , дезическим ианом. Но той плоск ая плоско перпендиость N2, п мый геод я к плоск кости геод оверхнос м мериди дезическо ого мерид азывается я плоскос стью пер- - ртикала. С Сечение п поверхно сти эллип ормальна диана, на псоида эт той плоск костью д дает след, , М и мал данной т называем кулярная вого вер называем мый перв ым верти икалом. 10