Общие сведения о высотных геодезических сетях

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

Издательство СПбГПУ

УДК 528.3(076.5)

Инженерная геодезия. Геодезические сети: Учеб. пособие / В.С. Ермаков, Е.Б. Михаленко, Н.Н. Загрядская, Н.Д. Беляев, Ф.Н. Духовской. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. 40 с.

Пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины «Инженерная геодезия» направления бакалаврской подготовки 653500 «Строительство».

Изложены сведения о геодезических сетях, – важнейшем элементе картографо-топографического обеспечения широкого круга измерений, выполняемых на местности для удовлетворения нужд народного хозяйства. Приведены необходимые данные о методах построения геодезических сетей, инструментальном оснащении работ, выполняемых на местности, точности измерений, правилах закладки и конструкции центров и реперов на пунктах сетей.

Предназначено для студентов первого курса инженерно-строительного факультета специальностей «Гидротехническое строительство», «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», «Гидроэлектроэнергетика», «Промышленное и гражданское строительство», «Инженерная защита окружающей среды», «Городское строительство и хозяйство».

Табл. 3. Ил. 21.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

ã Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет, 2003

ВВЕДЕНИЕ

Геодезические сети являются важнейшим элементом системы технических мероприятий, связанных с изучением и освоением территорий. Закрепленные на местности пункты, составляющие геодезические сети различных классов по точности измерения их элементов, отличающиеся по своему назначению, обеспечивают возможность выполнения широкого круга топографо-картографических и технических задач.

Используя координаты или отметки пунктов геодезических сетей, можно решать как вопросы общегосударственного значения (такие, как освоение малоизученных, труднодоступных регионов, наблюдение за глобальными тектоническими процессами), так и конкретные задачи инженерной практики (такие, как съемка небольших участков в крупных масштабах, прокладка трасс инженерных коммуникаций и т.п.).

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ

Геодезическая сеть - это совокупность закрепленных и обозначенных на местности пунктов, плановое положение и высоты которых определены в единой системе координат и высот путем геодезических измерений.

Геодезические сети строятся в научных целях, а также для изучения и освоения территории страны, в том числе для съемки и изысканий для проектирования и проведения хозяйственных мероприятий: строительства, мелиорации и т.д.

Геодезические сети подразделяются по назначению на плановые и высотные. По точности измерения, площади размещения и плотности пунктов геодезические сети подразделяются на государственные, местные - сети сгущения и съемочные.

Общие сведения о плановых геодезических сетях

Одной из главных задач геодезии является определение с заданной точностью координат сравнительно небольшого числа специально закрепленных на земной поверхности точек - геодезических пунктов.

Геодезический пункт состоит из центра, являющегося носителем координат, и геодезического знака, обозначающего положение центра на местности и обеспечивающего взаимную видимость смежных пунктов сети. Центр призван надежно и долговременно сохранять неизменным положение своей основной детали - марки центра, к метке которой относятся координаты пункта.

Систему геодезических пунктов, положение которых определено в общей для них системе геодезических координат, называют плановой геодезической сетью.

Для определения координат пунктов сети между ними измеряют расстояния и углы. Отрезки линий, ограниченные геодезическими пунктами, вдоль которых измеряется длина или направление, называют сторонами сети.

Каждый следующий пункт геодезической сети, начиная со второго, должен быть связан с предшествующими пунктами не менее чем двумя измеренными элементами (горизонтальными углами, длинами сторон, дирекционными углами).

Геодезическую сеть создают таким образом, чтобы ее стороны образовывали простые геометрические фигуры, удобные для решения, т.е. определения всех их элементов, а по ним – координат вершин. Различают три основных метода построения плановых геодезических сетей.

1. Триангуляция - построение геодезической сети в виде системы треугольников, в которых измерены углы и некоторые стороны, называемые базисными, или просто базисами (рис.1).

Рис. 1. Триангуляция

В основе метода триангуляции лежит решение треугольника по стороне и двум углам - теорема синусов. Многократное последовательное применение этой теоремы к треугольникам триангуляционной цепи, в которой каждый последующий (i + 1)-й треугольник связан с предшествующим i-м общей стороной (см. рис. 1), приведет к следующим выражениям

, (1)

где - связующая, - промежуточная стороны i-го треугольника.

2. Полигонометрия - построение геодезической сети путем измерения расстояний и углов между пунктами хода (см. рис. 2).

В полигонометрии система геодезических пунктов образует полигон-многоугольник, который может быть замкнутым или разомкнутым (рис. 2). Измеряемыми элементами являются стороны полигона и его углы или дирекционные углы .

Рис. 2. Полигонометрия

3. Трилатерация - построение геодезической сети в виде системы треугольников, в которых измерены все их стороны.

Метод трилатерации основан на возможности решения треугольника по трем его сторонам а, b, с. Углы при этом определяются по теореме косинусов. Например, для угла А между сторонами b и с можно записать

. (2)

Возможно построение плановой геодезической сети комбинированием всех трех методов.

При построении и развитии геодезических сетей выполняют целый комплекс работ. Начинаются они с разработки проекта геодезической сети, который выполняют по топографическим картам и планам крупных масштабов. При этом в каждом районе, в зависимости от местных условий, построение геодезической сети планируется вести теми методами, которые дают наибольшую экономию сил и денежных средств. Исключение из этого правила допускается лишь в некоторых случаях, например, при особой срочности работ, в целях охраны окружающей среды и т.д.

Составленный проект геодезической сети уточняют на местности в отношении расположения пунктов, высот знаков и т.д. Этот вид работы называется рекогносцировкой.

Затем закрепляют пункты на местности - закладывают центры и строят знаки. Знак геодезического пункта имеет двойное назначение: во-первых, на его столике устанавливают прибор для измерения углов (расстояний); во-вторых, верхняя часть знака (визирная цель) служит для наблюдения с других пунктов. Сложность этой работы усугубляется тем, что центры визирного приспособления и столика должны лежать на отвесной линии, проходящей через метку марки центра знака.

После завершения строительных работ наступает наиболее ответственный этап полевых работ: выполняют измерения углов и длин сторон.

Заканчиваются работы по построению геодезических сетей математической обработкой результатов измерений и составлением каталога координат пунктов геодезической сети.

Общие сведения о высотных геодезических сетях

Основное назначение высотных (нивелирных) сетей — задание с высокой точностью высот (отметок) пунктов земной поверхности, относительно которых в дальнейшем производятся высотные измерения.

На всей территории страны вычисление высот производится в нормальной системе высот от нуля Кронштадтского футштока. Эта система называется Балтийской.

За нуль Кронштадтского футштока принята горизонтальная черта на медной пластине, которая укреплена на устое моста через обводный канал в Кронштадте. Нуль Кронштадтского футштока в качестве начала высот используется не только по исторической традиции в связи со сравнительно хорошей изученностью уровня Балтийского моря в районе футштока, небольшой скоростью современных вертикальных движений земной поверхности в этом районе, а также из-за незначительных изменений среднего уровня Балтийского моря во времени относительно нуля Кронштадтского футштока.

Наблюдения за уровнем моря во всех развитых странах, имеющих выход к берегам морей и океанов, ведутся систематически уже в течение многих лет. Для этого на берегу строят стационарные или временные уровенные посты или сооружают мареографы.

На рис. 3 показано устройство уровенного поста, на рис. 4 – мареограф. На стационарных уровенных постах отсчеты по рейке производят в 01, 07, 13 и 19 часов местного времени. На временных уровенных постах наблюдения выполняют в начале каждого часа. Мареограф записывает уровень моря непрерывно на специальной ленте.

Уровенные посты бывают реечные и свайные. Реечный пост состоит из одной или нескольких реек, позволяющих вести наблюдения за уровнем моря по всему возможному диапазону колебаний уровня моря. Диапазон колебаний в разных морях, омывающих территорию России, различен. Так, например, в Карском море – около 2 м, в Охотском море – от 3 до 10 м в зависимости от расположения пункта наблюдений.

Рис. 3. Устройство уровенного поста

Свайный пост строят на местах с пологим берегом моря. Он состоит из нескольких свай, на головки которых затем ставят переносную рейку для снятия отсчетов уровня моря. Сваи забивают на расстоянии до 50 м друг от друга так, чтобы превышения между головками соседних свай были менее 80 см.

На уровенных постах Государственного комитета по гидрометеорологии и контролю природной среды устанавливают металлические рейки ГМ-3 длиной 2,8 м, массой 86 кг. Применяются и деревянные рейки, но они менее долговечны. Деления на рейках двухсантиметровые, оцифрованные через 10 см. При волнении берут отсчеты в моменты прохождения гребня и подошвы волны и по ним вычисляют среднее. Для повышения точности при волнении производят три пары отсчетов.

Результаты наблюдений за уровнем моря на уровенных станциях и постах публикуются в Каталогах уровенных наблюдений на морях и океанах и Таблицах справочников основных гидрологических характеристик, составляемых в Госкомгидромете.

Рис. 4. Устройство Кронштадтского футштока

1 – мареограф; 2 – копинист; 3 – столик мареографа; 4 – шток задвижки;

5 – задвижка Лудло; 6 – футшток; 7 – металлический трап;

8 – пластина Тонберга; 9 – отстойник мареографа; 10 – устой моста

Средний уровень вычисляют по формуле

,

где Н – средний уровень моря за определенный период (суточный, месячный, годовой, многолетний); – разовое определение уровня моря (при выводе годового уровня моря – месячные уровни, при выводе многолетнего уровня моря – годовые); n – число наблюдений (при вычислении многолетнего уровня моря – это число лет наблюдений за уровнем моря на данной станции или посту).

Основным назначением пунктов высотной сети является сохранение неизменным своего высотного положения относительно уровенной поверхности, т.е. своей абсолютной отметки.

Геодезический знак, специально предназначенный для долговременного и надежного закрепления на местности высоты (отметки), называют репером. На репер могут быть переданы и плановые координаты, но основное назначение репера - сохранение высоты относительно уровня моря. Таким образом, геодезическая высотная сеть есть совокупность реперов и геодезических пунктов, для которых определены высоты.

Высотная геодезическая сеть состоит, как правило, из системы пересекающихся высотных ходов, пункты пересечения которых называются узловыми точками. Отметки на точки высотного хода передают от предыдущей точки к последующей методами геометрического или тригонометрического нивелирования.