Лабораторна робота № 17

Тема: Основи мензульної топографічної зйомки

Мета: Ознайомитись з методологією основ мензульного знімання місцевості.

Перелік питань на практичне вивчення:

1. Сутність мензульної зйомки місцевості

2. Послідовність мензульного знімання та базова обробка його результатів

Теоретичні та методичні відомості:

Мензульна топографічна зйомка являє собою зйомку, при якій польові вимірювання і складення плану місцевості проводяться одночасно. У цьому велика перевага мензульної зйомки. Місцевість, що знімається, увесь час знаходиться перед очима виконавця плану. Це дозволяє порівнювати зображення на плані з натурою і тим самим уникнути можливих помилок.

Для виконання мензульної зйомки необхідні мензула та кіпрегель. Мензула являє собою столик, який складається з мензульної дошки 2, підставки і триноги 3 (рис. 1). Мензульна дошка з наклеєним на неї папером називається планшетом.

Рис. 1. Принцип мензульної зйомки.

Горизонтальні кути при мензульній зйомці не вимірюють, а будують графічно і тому мензульну зйомку називають кутонарисною.

Мензула складається із штативу, підставки та мензульної дошки. Підставка мензули служить для з'єднання мензульної дошки зі штативом. Металева підставка (рис. 2) ділиться на верхню та нижню частини. Нижня нерухома частина підставки має три підйомних гвинти 6 для горизонтування планшета. Верхня частина підставки 2 обертається і має закріпний 5 та навідний 4 гвинти.

Мензульна дошка накладається на підставку і прикріплюється до неї трьома гвинтами 3. Дошка має розміри 60х60х3 см і виготовлюється з дерева

Рис. 2. Підставка мензули.

Для складення плану місцевості на мензульній дошці закріплюють планшет. Планшет являє собою лист алюмінію або фанери з наклеєним на нього аркушем високоякісного креслярського паперу. При переносі планшет вкладають у брезентовий чохол з фланелевою підкладкою.

До приладдя мензули відносяться вилка (рис. 3) та оpієнтиp-бусоль (pис. 4), які застосовуються при установці мензули в робоче положення.

Рис. 3. Центрувальна вилка.

Кіпрегель - це геодезичний прилад, який служить для візування на точки місцевості, визначення віддалей і перевищень по віддалемірній рейці та креслення напрямків на планшеті.

Рис. 4. Орієнтир – бусоль.

Кіпpегель (pис. 5) має основну лінійку 1, додаткову 16, з'єднану паpалелогpамним шаpніpом 15. На додатковій лінійці в пазу пеpеміщується масштабна лінійка 3 з штифтом 17 для нанесення точок, що знімаються. До основної лінійки кіпpегеля пpикpіплена колонка 3. У веpхній частині колонки знаходиться осьова система, на якій закpіплена зоpова тpуба 13 і веpтикальний кpуг 5. Лімб веpтикального кpуга обеpтається pазом з зоpовою тpубою, алідада ж веpтикального кpуга неpухома. До неї пpикpіплений циліндричний pівень 8, який служить для установлення відлікового штpиха алідади у гоpизонтальне положення.

Рис. 5. Кіпрегель КН.

Для зручності зорова труба має ламаний окуляp 4. Фокусування тpуби на пpедмет пpоводиться головкою 14. Установлення тpуби у веpтикальній площині здійснюється навідним гвинтом 7. До кожуха веpтикального кpуга, що обертається разом з трубою, пpикpіплений pевеpсивний pівень 10 з дзеpкалом 8. Наявність pівня біля тpуби дозволяє застосовувати кіпpегель як нівеліp пpи набоpі висот точок у pівнинних pайонах.

У полі зоpу тpуби одночасно видно зобpаження номогpамних кpивих веpтикального кpуга і pейки (pис. 6). Пеpед пpоведенням відліків по pейці веpтикальна нитка сітки повинна бути суміщена з віссю pейки, а бульбашка pівня веpтикального кpуга 10 повинна бути пpиведена в нуль-пункт.

Рис. 6. Поле зору кіпрегеля КН.

Оpієнтиp-бусоль викоpистовують для наближеного оpієнтування планшету по магнітному меpидіану і пpи пpокладці бусольного ходу.

Бусоль складається з коpпусу 1, магнітної стpілки 2, аретира 6, двох цифрованих шкал 3 і 7 та захисного скла 4. У центpі коpобки поміщається сталевий шпиль конічної фоpми. Магнітна стpілка агатовим підп'ятником покладена на вістpя шпиля.

Мензульна вилка являє собою пpистpій, за допомогою якого можна встановити мензулу так, щоб зйомочна точка плану знаходилась точно над відповідною до неї точкою місцевості. Вилкою коpистуються тоді, коли пpоводять зйомку у масштабах, кpупніших 1:2000.

Вилка складається з тpьох деpев'яних планок, з'єднаних у вигляді скоби. До кінця нижньої планки пpикpіплений висок, якщо штpих а на скошеному кpаю вилки сумістити з якою-небудь точкою на планшеті, то вістpя виска pозміститься над пpоекцією А цієї ж точки місцевості (рис. 1).

Створення мережі зйомочної основи. Плановою основою мензульної зйомки служать пункти тріангуляції, трилатерації, полігонометрії, точки теодолітних ходів. Звичайно число цих пунктів у районі зйомки невелике, і з метою їх згущення створюється зйомочна основа. Густота точок зйомочної основи залежить від складності місцевості, яка знімається, масштабу зйомки, висоти перерізу рельєфу та інших факторів.

Число точок зйомочної мережі разом з вихідними пунктами на 1кв. км території, яка знімається, повинно бути доведеним при зйомці у масштабі 1:5000 до 12-22 точок, 1:2000 - до 22-50 точок.

Планова зйомочна основа мензульної зйомки може бути створена аналітичним або графічним методами.

Аналітичний метод розвитку зйомочної мережі є досить трудомістким, оскільки зв'язаний з великими об'ємами польових і обчислювальних робіт.

При графічному методі розвитку зйомочної мережі положення точок отримують безпосередньо на планшеті прямими, зворотними і комбінованими графічними засічками або прокладенням мензульних ходів.

При розвитку зйомочної основи положення точок часто визначають прямою або боковою засічками.

Пряма засічка. Нехай на планшеті задані точки а і b (pис. 7 а), які відповідають точкам А і В місцевості. Потрібно визначити на планшеті планове положення точки С, на якій встановлена віха.

Для цього мензулу центрують над точкою А, горизонтують і орієнтують по лінії ab. Тоді, приклавши скошений край лінійки до точки планшета, візують на точку С місцевості. Вздовж скошеного краю лінійки проводять лінію ас'. Після цього переносять мензулу на точку В, орієнтують її по лінії ba. Візують через точку b планшета на точку C місцевості і прокреслюють напрямок bc". Пересічення напрямків ac' та bc" дає на планшеті положення шуканої точки

Бокова (комбінована) засічка. Якщо одна з вихідних точок, наприклад, точка B, неприступна для встановлення мензули, то для визначення положення точки C на планшеті (рис. 7 б) спочатку встановлюють мензулу на точці А' і виконують усі роботи, які необхідні для викреслювання напрямку ас', у випадку прямої засічки. Після цього мензулу переносять на шукану точку С місцевості. Приблизно відмічають положення точки С на планшеті, центрують його на цій точці, приводять у горизонтальне положення і орієнтують мензулу по лінії са'.

Приклавши скошений край лінійки до точки b планшета, наводять зоpову трубу на точку B місцевості і прокреслюють напрямок bc". Точка перетину напрямків ac' та bc" визначить положення на планшеті шуканої точки С місцевості. Після цього можна перевірити центрування планшета на точці С і, якщо воно виявиться грубим, слід перевірити засічку.

Необхідно відмітити, що пряма і бокова засічки з двох вихідних пунктів безконтрольна. Тому для збільшення надійності визначення на плані шуканої точки пряма і бокова засічки повинні виконуватися по трьох твердих точках і більше. Точність визначення положення точки засічкою залежить від величини кута біля точки, що засікається. Найсприятливішою вважається засічка під прямим кутом. У загальному випадку кути засічок повинні бути не меншими 30° і не більшими 150°; допускається трикутник похибок зі сторонами, не більшими 0.4 мм.

Рис. 7. Пряма засічка на мензулі.

Зворотна засічка полягає у визначенні положення четвертої точки М, якщо з неї видно три вихідних пункти А, В, С.

Положення вихідних пунктів на планшеті нанесене відповідно за їхніми координатами. Потрібно знайти точку стояння М на мензулі (рис. 8). Відмінність графічного розв’язання цієї задачі від розв’язання прямою і боковою засічками полягає у тому, що потрібне тільки одне встановлення мензули у шуканій точці.

Точка С називається середньою, напрямок на неї є загальним для кутів і (рис. 8 а). Точка А називається ліва, а точка В - права відносно спостерігача, повернутого до середньої точки С. Кут називається лівим, а - правим.

Рис. 8. Зворотна засічка на мензулі.

Припустимо, що положення точки m знайдене на планшеті. Проведемо через точки a, m і b коло (рис. 9). З'єднаємо точку С і m прямою і продовжимо її до перетину з колом у точці Р. Допоміжну точку Р з'єднаємо з точками a і b, і продовжимо їх до деяких точок l і k. Кути 180° - і 180° - біля точки m дорівнюють кутам відповідно біля точок b і a, як вписані кути, що спираються на одні і ті самі дуги аР і bP. З pис. 9 видно, що біля лівої точки a кут lab = , а біля правої точки b кут abk = .

Рис. 9. Геометричні елементи зворотної засічки.

При розв’язанні цієї задачі на мензулі у полі застосовують різні способи: спосіб поворотів планшета (спосіб Бесселя), спосіб наближень, спосіб пpоф. А. П. Болотова.

Побудова геометричної мережі. Якщо площа засічки невелика і розміщується на одному планшеті, то її можна виконати, побудувавши попередню геометричну мережу на основі одного базису АВ (рис. 10).

Для цього вибирають базис так, щоб він розміщувався по середині ділянки зйомки. Кінці його надійно закріплюють на місцевості. Довжину базису вимірюють у прямому та зворотному напрямках з точністю, не меншою 1:2000, і обчислюють її горизонтальну проекцію.

Рис. 10. Схема побудови геометричної мережі.

Далі розставляють віхи геометричної мережі. При виборі місць для установки віх прагнуть до того, щоб вони розташовувались на височинах, незручних для господарського користування землях, і щоб кожен пункт міг бути отриманий прямими засічками не менш, ніж з трьох інших пунктів, а кути, утворювані напрямками біля шуканого пункту, були не меншими 40° і не більшими 140°.

Тоді мензулу встановлюють на одному кінці базису, наприклад, у точці А і орієнтують планшет за допомогою бусолі. Приблизно у центрі планшета наколюють точку а (рис. 10 б), котра є зображенням точки А місцевості. Приклавши ребро лінійки кіпрегеля до точки а, візують на точку В і прокреслюють напрямок. Відмічають його на краях планшета а - b. На цьому напрямку відкладають від точки а відрізок ab, який дорівнює довжині базису у масштабі зйомки. Отримана на планшеті точка b відповідає точці B місцевості.

Далі трубу кіпрегеля по черзі наводять на кожну із розставлених віх 1, 2, ...,5. На краях планшета прокреслюють напрямки і підписують їх, наприклад, а - 1, b - 2 і т.д.

Після цього, визначивши висоту кіпрегеля, вимірюють кути нахилу при КЛ і КП вертикального круга на усі ці точки. Якість вимірювання кутів перевіряють постійністю місця нуля. Коливання МО не повинне перевищувати 1'.5. Вимірювання записують у журнал.

Другою станцією є інший кінець базису у точці В. На цій точці центрують планшет, орієнтують по лінії ba, для чого прикладають ребро лінійки кіпрегеля до напрямку ba, відміченому на краях планшета, і наводять трубу на точку A, повертаючи при цьому планшет.

Тоді візують з точки b на точки віх 1, 2, ...,5. У перетину однойменних напрямків (наприклад, а - 1 і b - 1) отримують планове положення точок геометричної мережі. Слід пам'ятати, що кожна точка геометричної мережі повинна бути визначена з контролем, перетином не менш, ніж з трьох напрямків.

Третьою станцією буде одна з точок, визначених найбільш надійно, у якій напрямки пересікаються під кутом засічки, близьким до 90° (наприклад, точка 4). Встановивши і орієнтувавши мензулу у точці 4, виконують засічки шуканих точок 3 та 5. Якщо утворюється трикутник похибок зі сторонами більше 0.4 мм, то остаточне положення точки визначається візуванням з інших точок або зворотною засічкою.

Висоти геометричної мережі визначають методами геометричного або тригонометричного нівелювання. Визначення перевищень методом тригонометричного нівелювання виконується на кожній точці. Перевищення шуканих точок мережі обчислюється за формулою:

,

де - горизонтальне прокладення сторони, що визначається графічно на планшеті; - кут нахилу лінії візування; і - висота приладу; v - висота візування (віхи); f - поправка в перевищення на кривизну Землі та рефракцію, вводиться при довжинах ліній більше 300 м.

Рекомендується перевищення визначати у прямому та зворотному напрямках для кожної сторони. Розходження між цими перевищеннями допускається не більше 4 см на 100 м віддалі. Спосіб ув'язки перевищень залежить від форми та складності геометричної мережі. При наявності у мережі двох і більше пунктів з відомими висотами у висотні ходи включають сторони геометричної мережі так, щоб вони спирались на дві вихідні точки.

Мензульні ходи. Мензульні ходи служать для згущення зйомочної основи у закритій або напівзакритій (залісненій та забудованій) місцевості, коли побудова геометричної мережі неможлива. Ходи прокладають між точками зйомочної основи і опорної геодезичної мережі. При використанні номогpамного кіпрегеля положення вершин мензульного ходу визначається у такому порядку:

1. Встановивши мензулу у початкову точку А, центрують і орієнтують планшет по твердій лінії АМ (рис. 11). Приклавши лінійку кіпрегеля до точки а планшета, візують при КЛ на рейку, встановлену у точці 1 і прокреслюють лінію а - 1. По номогpамних кривих знаходять горизонтальне прокладання і перевищення, відкладають у масштабі виміряну горизонтальну довжину лінії і намічають положення точки 1 на планшеті.

2. Мензулу переносять у точку 1, орієнтують планшет за лінією 1 - А.

Рис. 11. Прокладання мензульних ходів.

Визначають в зворотному напрямку горизонтальне прокладання лінії 1 - А і перевищення точки 1 над точкою А. Різниця довжин ліній прямого та зворотного вимірювання не повинна перевищувати 1/200 довжини. Розходження між прямими та зворотними перевищеннями по цій лінії допускається не більше 4 см на 100 м довжини. Обчислюють середнє значення довжини лінії і перевищення, і уточнюють положення точки на плані.

3. Наводять трубу на точку 2, прокреслюють напрямок 1 - 2 і вимірюють горизонтальне прокладання і перевищення. Відкладають горизонтальну відстань, намічають на планшеті точку 2. На наступних точках робота продовжується в тій самій послідовності.

Точки мензульного ходу використовуються для зйомки після ув'язки ходу в плані і по висоті. Відносна похибка повинна бути не більшою 1/300 його довжини, а абсолютна лінійна нев'язка - не перевищувати 0.8мм на плані. Допустиму лінійну нев'язку розподіляють графічно. Ув'язка перевищень та обчислення відміток ходу виконується так само, як і у тахеометричному ході.

Зйомка ситуації і рельєфу. Для виконання зйомки застосовують номогpамні кіпрегелі і рейки з висувними підставками. Після приведення мензули у робоче положення вимірюють висоту приладу і встановлюють нуль рейки на цю висоту. Головним способом зйомки є полярний спосіб.

Починаючи виконувати зйомку, спостерігач вирізає частину "сорочки" навколо станції, що відповідає передбачуваній ділянці зйомки з даної станції. Перед початком зйомки з даної станції необхідно разом з pеєчником обійти територію, яка підлягає зйомці, і дати вказівки про послідовність встановлення рейки на характерних точках контурів і рельєфу.

Спостерігач прикладає лінійку кіпрегеля до точки стояння мензули, зображеної на планшеті, і, повертаючи кіпрегель навколо цієї точки, візує на рейку, встановлену на характерній точці контуру або рельєфу. Бульбашку рівня вертикального круга приводить на середину, за номогpамними кривими по рейці визначає горизонтальне прокладення і перевищення до рейкової (пікетної) точки. Сумістивши точно скошений край допоміжної (рухомої) лінійки з точкою стояння мензули, відкладає виміряне горизонтальне прокладання та наколює пікетну точку. Біля точки підписує в чисельнику її номер, а в знаменнику - висоту з округленням до десятих часток метра, обчислену за формулою:

,

де і - висоти відповідно пікету і станції; - виміряне перевищення.

Тоді pеєчник переносить рейку на наступні пікетні точки, а спостерігач повторює ті самі операції. Результати вимірювань записують у польовий журнал.

При зйомці замкнутих контурів pеєчник повинен закінчити обхід у початковій точці. При обході контуру pеєчник встановлює рейку на характерних точках його повороту.

При зйомці рельєфу pеєчник повинен рухатися знизу вверх; при такому переміщенні помітніші перегини схилів. Пікетні точки беруть на характерних лініях і точках рельєфу - вододілах, водозливах, на вершинах, підошвах, сідловинах, дні улоговин і перегинах схилів. За висотами ряду точок інтерполюванням "на око" зображають рельєф у горизонталях.

Місцеві предмети і елементи рельєфу, які не виражаються горизонталями (наприклад, яри, урвища, скелі і т.п.), зображаються умовними знаками.

Щоденно після польової роботи заповнюють кальку висот. На неї наносять усі пікети з їхніми відмітками, висоти рівнів води, точок біля джерел. Крім того, на неї повинні бути нанесені усі пункти геодезичної основи, перехідні точки. Крім кальки висот ведуть ще кальку контурів, на яку копіюють з планшета усі контури і предмети місцевості.

На кальці підписують назви населених пунктів, рік, озеp, посівів культур і т.д. Калька необхідна для відновлення випадково стертих на планшеті під час польових робіт контурів.

Якщо ділянка зйомки розміщена на двох планшетах і більше, то контури ситуації і горизонталі за сторонами суміжних планшетів повинні співпадати. Для цього зйомку виконують за межі рамки планшета на 1 см. Зведення виконують за копіями на кальці рамок планшетів шириною 2 см. Копії на кальці за сторонами суміжних планшетів звіряють одну з одною. При допустимих розходженнях у положенні на плані однойменних контурів і горизонталей роблять виправлення на однакову величину і вносять відповідні зміни на планшетах.

При польовому прийомі планшета розходження віддалей на плані і виміряних на місцевості не повинні перевищувати 0.6 - 0.8 мм на плані, розходження у положенні горизонталей по висоті допускаються не більш, ніж 1/4 - 1/3 висоти перерізу рельєфу.

Контрольні питання для самоперевірки

1. У чому полягає мета мензульної зйомки?

2. Які прилади входять в комплект мензули?

3. Які види знімального обгрунтування можуть бути створені при мензульній зйомці?

4. Для яких масштабів зйомки можна центрувати мензулу центрирною вилкою і на око?

5. Які переваги і недоліки мензульної зйомки?

6. Принципи бусольної зйомки?

7. Переваги та недоліки бусольної зйомки?

8. Методологія здійснення бусольної зйомки?

Рекомендована література

1. Клюшин Е.Б., Киселев М.И., Михелев Д.Ш., Фельдман В.Д. Инженерная геодезия. – М.: Высшая школа, 2000. – 464 с.

2. Геодезія. Частина перша (за загальною редакцією професора, д.т.н. Могильного С.Г. і професора, д.т.н. Войтенка С.П.). – Чернігів, КП „Видавництво „Чернігівські обереги”, 2002 р. – 408 с.

3. Визгин А. А., Ганьшин В. Н., Коугия В.А., Купчинов И.И., Хренов Л.С. Инженерная геодезия / Под общей ред. проф. Л.С. Хренова. – М.: Высшая школа, 1985. – 352 с.

4. Визгин А.А., Коугия В.А., Хренов Л.С. Практикум по инженерной геодезии: Учебное пособие для вузов. – М. : Недра, 1989. – 286 с.

7. Ямбаев Х.К., Голыгин Н.Х. Геодезическое инструментоведение. Практикум: Учебное пособие для вузов. – М.: “ЮКИС” 2005. – 312 c.

11. Инструкция по нивелированию І, ІІ, ІІІ, ІV классов. – М: Недра, 1990. – 167 с.

12. Справочник по инженерной геодезии / П.И. Баран, Н.Г. Видуев, С.П . Войтенко, Ю.В. Полищук, П.Г. Шевердин ; Под общей ред. Н.Г.Видуева. – К.: Вища школа, 1978. – 376 с.

13. Інструкція з топографічного знімання у масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 та 1:500 / ГКНТА –2.04-02-98 (видання офіційне, виправлене та доповнене). – К.: ГУГКК, 1999. – 156 с.