Отчет по геодезической практике

Введение

Практика по геодезии занимает важное место в системе подготовки студентов и является неотъемлемой частью учебного процесса. Одной из самостоятельных дисциплин геодезии является топография. Топография рассматривает способы изучения земной поверхности для изображения ее на картах и планах.

Знания в области геодезии необходимы для  создания сети геодезических пунктов, т. е. закрепленных на местности точек, плановые координаты и высоты которых определяются  геодезическими измерениями. Их создание и развитие предшествуют топографическим съемкам и картографировании территории, и необходимы для решения различных научно-исследовательских и инженерно-технических задач, а также для выполнения землеустроительных работ, направленных для рационального использования земли.

Основными задачами учебной практики по геодезии являются:

1. закрепление и углубление теоретических знаний, полученных в процессе обучения;
2. решение задач на топографических планах и картах;
3. построение продольного профиля и определения взаимной видимости объектов;
4. географическое описание местности на основе изучения по карте.

Структура отчета по практике включает: введение, измерение расстояний по карте, определение географических координат точек, определение прямоугольных координат точек, определения углов ориентирования, решение прямой геодезической задачи, решение обратной геодезической задачи, построение продольного профиля и определения взаимной видимости, географическое описание местности, заключение.

1. Измерение расстояний

Чтобы измерить расстояние по карте, нужно знать ее мас­штаб. Масштаб всегда указывается под нижней (южной) рам­кой карты и выражается численно или графически. В первом случае он называется численным, а во втором – линейным масштабом.

Надпись 1 : 25 000 – численный масштаб. Он означает, что все линии местности изображены на данной карте с уменьшением в 25 тысяч раз, т. е. 1 см на карте соответствует 25000 см или 250 м на мест­ности. Расстояние, соответствующее 1 см на карте, называется величиной масштаба и всегда надписывается на карте между численным и линейным масштабами.

При пользовании численным масштабом расстояние на кар­те измеряют в сантиметрах при помощи линейки с миллиметровыми  делениями. Затем, зная величину масштаба, т. е. расстояние на местности, соответствующее
1 см на карте, умно­жают на измеренное по карте число сантиметров. Например, на карте масштаба 1 : 25000 измерено расстояние, равное 5,3 см. Это расстояние на местности будет 250 м × 5,3 = 1325 м.

Расстояния по карте измеряют при помощи линейного масштаба, пользуясь для это­го циркулем или полоской бумаги. Делают это так:

1. ножки циркуля устанавливают в точках карты, расстояние между которыми требуется определить;
2. не изменяя раствора циркуля, прикладывают его к линей­ному масштабу так, чтобы одна из ножек точно совпала с нулем или с подписанным делением вправо от нуля, а другая расположилась бы на мелких делениях влево от нуля;
3. сумма отсчетов, прочитанных по масштабу против обеих ножек циркуля, дает искомое расстояние.

При откладывании заданных расстояний на карте порядок работы обратный: устанавливают необходимый раствор цирку­ля по линейному масштабу, затем откладывают на карте от указанной точки в нужном направлении отрезок, равный раст­вору циркуля.

Для исключения просчетов, повышения точности и надежности результатов все измерения рекомендуется проверить дважды при любом способе.

2. Определение географических координат

Топографическая карта имеет три рамки: внутреннюю, минутную, оформительскую (внешнюю).

Внутренняя рамка каждый лист карты ограничивает с боков (запада и востока) дугами меридианов, а сверху и снизу (севера и юга) — дугами параллелей. Эти дуги образуют внутреннюю рамку листа карты, имеющую форму трапеции.

Минутной рамкой топографической карты называют картографическую. В углах рамки обозначают широту параллелей и долготу меридианов. С помощью минутной рамки определяют географические координаты.

Географические координаты юго-западного угла карты равны: φ — 54°40′ с. ш., λ— 18°00′ в. д.

На линиях рамки наносят деления, равные длине дуг в 1 мин (1′) —чередующиеся черные и белые отрезки, которые, в свою очередь, разделены на десятки секунд, обозначаемые точками.

На боковых сторонах рамки нанесены деления по широте, на северной и южной — по долготе. Соединив однозначные деления минут или секунд долготы, нанесенные на северной и южной рамках, получают направление истинного, или географического, меридиана данной долготы.

Пользуясь минутной рамкой карты, можно: определить широту и долготу любой точки на карте.

Пример для точки А. Для определения географических координат точки А проводят на карте ближайшую к ней с юга параллель (соединив одноименные минуты западной и восточной стороны рамки).

Для определения десятых долей минуты в масштабах минутной рамки измеряют расстояния от точки А до проведенных параллели и меридиана.

Проводя через точку А истинный меридиан, определяют его долготу. Для этого надо сосчитать, сколько минут и секунд заключено между западной стороной рамки и истинным меридианом точки А, полученное число минут и секунд прибавляют к долготе западной рамки. Получаем долготу точки А-λ= 18°01’13» в. Д.

Широту точки А находят аналогично, пользуясь делениями западной и восточной рамок: φ = 54°41’14» с. Ш.

Географические координаты определяются с точностью до целых секунд и минут в зависимости от масштаба карты. Точность определения зависит от погрешности географических построений и от  состояния карты.

3. Определение прямоугольных координат

Положения объекта  в системе прямоугольных координат можно определить приближенно или с точностью, возможной для карты данного масштаба. Основой для этой работы служит километровая сетка листа карты.

Приближенное  указание  местоположения объекта стоит в том, чтобы назвать квадрат километровой сетки, в котором данный  объект находиться. Для этого достаточно определить значение двух взаимно пересекающихся линий сетки, ограничивающих квадрат с заданным объектом. Принято указывать значения линии сетки, образующих юго-западный угол квадрата, сначала горизонтальной, затем вертикальной.

Прямоугольные координаты точки, через которую на карте проходят линии километровой сетки, получают сразу, прочитав оцифровку координатных линий на рамках карты.

Координаты точек, лежащих внутри клеток сетки, определяют по координатам ближайших к точке линий сетки и приращению координат точек относительно этих линий. Так, координаты точки В таковы: X_B = 6132 + ΔX; Y_B = 7312 + ΔY. Приращения координат ΔX и ΔY измеряют с помощью циркуля и линейного масштаба карты, суммируют с координатами километровых линий. В результате X_B = 6 133,3; Y_B = 7 313,4.

Приращения координат могут быть измерены с помощью координатомера — небольшого угольника с двумя перпендикулярными сторонами. По внутренним ребрам линеек нанесены шкалы, длины которых равны длине стороны координатных клеток карты данного масштаба. Горизонтальная шкала совмещается с нижней линией квадрата (в котором находится точка), а вертикальная шкала должна проходить через данную точку. По шкалам определяют расстояния от точки до километровых линий.

Точность полученных значений прямоугольных координат определяются точностью линейных измерений в масштабе карты и зависит так же от состояния карты и квалификации исполнителя.

4. Определение углов ориентирования

Дирекционный угол — горизонтальный угол, измеряемый по ходу часовой стрелки от 0° до 360°, между северным направлением осевого меридиана зоны прямоугольных координат и направлением на ориентир.

Для определения по карте дирекционных углов a  удобно применить способ непосредственного измерения,  который состоит в выполнении работы с помощью транспортира. Простота применения этого способа обусловлена наличием вертикальных линий километровой сетки по всему полю карты.

Наиболее надежно дирекционный угол определяется решением обратной геодезической задачи по прямоугольным координатам начальной и конечной точки данного направления.

Азимут  — в геодезии угол между направлением на север и направлением на какой-либо заданный предмет. Азимут обычно отсчитывается в направлении видимого движения небесной сферы (по часовой стрелке на картах).

Азимут измеряется в градусах от 0° до 360°. Если за исходное направление принимается географический меридиан, азимут называется истинным; если за исходное направление принимается магнитный меридиан, азимут называется магнитным.

Азимут географический А (по карте определяется азимут географический), а азимут магнитный А_м  вычисляют при  известном значении a по формулам зависимости между углами ориентирования. Необходимые для этого значения  d и  g даются под южной стороной рамки листа карты (алгебраический способ).

Пример: d=6°15′, g=-2°21′; О- Иваново, В- Волково.

На карте У-34-37-В d=6°15′, g=-2°21′, дирекционный угол направления Иваново- Волково a= 178°30′, тогда А= 178°30′ — 2°21’= 176°09′, А_м= 176°09′- 6°15 = 169°54′.

Азимут географический можно непосредственно измерить по карте, проведя с помощью меток на минутной рамке меридиан, пересекающий заданное направление.

5. Прямая геодезическая задача

Прямой геодезической задачей —  называют вычисление прямоугольных координат  — Х и  У некоторой точки  В, лежащей на земной поверхности,  по координатам другой точки  А и по известным длине и дирекционному углу данного направления АВ, соединяющей эти точки.

Для определения координат точки в прямой геодезической задаче применяют формулы:

Нахождение приращений

Нахождение координат

6. Обратная геодезическая задача

Обратная геодезическая задача —  заключается в определении по прямоугольным координатам двух точек на земной поверхности  длины и дирекционного угла направления АВ  между этими точками.

В обратной геодезической задаче находят дирекционный угол и расстояние по формулам:

• вычисляют приращение координат:

ΔX = X_B – X_A,

ΔY = Y_B – Y_A.

• вычисляют румбпо формуле:

Расчет румба

• находят дирекционный угол в зависимости от четверти угла (таб.6.1);

Таблица 6.1

7. Построение продольного профиля и определение взаимной видимости

Профиль строят в масштабах разных для горизонтальных и вертикальных отрезков.

Обычно горизонтальный масштаб соответствует масштабу исходной карты, а вертикальный берется крупнее (в 10 раз и более). На листе миллиметровки (формат А4) строится сетка профиля. Стандартная ширина граф 15 и 20 мм. В графу «Номера точек» переносятся с карты начальные и конечные точки профиля (P и Q), а также точки пересечения линии профиля с горизонталями (точки 1, 2, 3, 4, и т.д.). В графу «Отметки точек» записываются отметки точек, которые равны отметкам соответствующих горизонталей.

Для перенесения точек на профиль можно воспользоваться вспомогательным построением.

Для этого к линии профиля прикладывается лист бумаги, на который переносятся точки пересечения линии профиля с горизонталями. Затем лист бумаги прикладывается к профилю и точки переносятся с листа бумаги на профиль.

Выбирается значение условного горизонта из условия: линия профиля располагается выше сетки профиля на 3 − 6 см.

Н_{усл.гор.} = Н_min – bc,

где Н _min – наименьшая отметка точки профиля, 412,5 м; b – знаменатель вертикального масштаба, 2 м; c – расстояние от сетки профиля до линии профиля, 3 см.

Н_{усл.гор.} = 412,5 – 2 × 3 = 406,5 м.

Значение условного горизонта округляется до ближайшего меньшего значения, кратного значению b. В примере Н_{усл.гор.} = 406 м. Тогда весь профиль разместится над сеткой профиля. Условный горизонт равен 408 м

Во всех перенесенных точках восстанавливаются перпендикуляры и на них откладывают отметки соответствующих точек с учетом значения условного горизонта. Концы полученных отрезков соединяются плавной линией, и получается профиль местности. Профиль ориентируется по сторонам света (запад, восток, север, юг).

Определение видимости объектов и границ участков местности, не просматриваемых с наземных наблюдательных пунктов, требует, хотя и не всегда, специальных расчетов и построений.

При расположении двух точек на одном скате и отсутствии местных предметов между ними видимость цели зависит от формы ската: на выпуклом скате видимости нет, на ровном и вогнутом — есть.

Взаимную видимость точек чаще определяют путем сопоставления их высот. На карте вдоль направления, по которому предполагается вести наблюдение, определяют возвышенности или местные предметы, которые могут закрыть видимость (укрытия).

Определяют абсолютные высоты наблюдательного пункта, цели и возможного укрытия. Если высота укрытия меньше высоты НП и высоты цели, то цель видна, если больше, то видимости нет.

Построением треугольника достаточно точно можно определить видимость цели с наблюдательного пункта. Для этого точки НП и Ц соединяют прямой линией и на ней наносят возможную точку У (укрытие). Определяют абсолютные «высоты всех трех точек и превышение их над самой низкой точкой (НП или Ц)

Предположим, что НП расположен на высоте 224,1 м, а цель — на высоте 185,0 м, а на прямой между ними встречается укрытие, абсолютная высота которого 197,0 м. Низшая точка имеет превышение НП над Целью, равное 224,0-185,0=39 м, превышение укрытия равное 197,0-185,0=12 м. Из точек НП и У восстанавливаем перпендикуляры и на них в выбранном масштабе (например в 1 см — 10 м) откладываем значения превышений. К точкам, соответствующим высотам НП и Ц, прикладываем линейку и проводим линию.

Если эта линия пройдет ниже точки, соответствующей превышению У, то цель не видна, если выше, то цель видна).

8. Географическое описание местности

Географическое описание местности составляется на основе ее предварительного изучения по карте, которой сопровождается (при необходимости) различными измерениями и вычислениями.

Обычно описание состоит по схеме: первая часть – общая характеристика местности, вторая часть – конкретное описание каждого элемента местности, важного для данного направления исследования. Основной принцип описания – от общего к частному. Характеристика местности должна быть конкретной и по возможности краткой. Для указания положения объектов на карте даются их сокращенные координаты. Сходные объекты объединяются в группы и описываются в целом с указанием отличных особенностей.

Описание включает следующие разделы:

• данные о карте (номенклатура, масштаб, год издания);
• описание границы изучаемого участка (географические или прямоугольные координаты точек, через которые они проведены), геодезической основы (виды опорных пунктов, их количество);
• общая характеристика района (тип рельефа, основные населенные пункты, главные пути сообщения, залесенность и др.);
• рельеф участка (формы рельефа, занимаемая ими площадь, протяженность, отметки абсолютных и относительных высот, главные водоразделы, форма и крутизна склонов, наличие оврагов, обрывов, промоин с указанием их протяженности и глубины, искусственные формы рельефа и др.);
• гидрография (название отдельных объектов; протяженность, ширина, глубина, направление и скорость течение рек, уклон, характер берегов, поймы, транспортное значение, наличие гидротехнических сооружений и др.; площадь характер береговой линии, качество воды и другие характеристики озер; каналы, канавы, родники, колодцы и их характеристика);
• растительность (тип, состав пород, занимаемая площадь, характер размещения);
• населенные пункты (название, тип, населенность, административное значение, структура и планировка, объекты промышленности коммунального хозяйства, связи  и др.);
• дорожная сеть (тип для автогужевых дорого – название дороги или связываемых ею пунктов, характер покрытия, ширина и др.; для железных дорог – количество путей, вид тяги, название станций, вокзалов и др.; сооружения на дорогах и т. д.);
• прочие элементы местности: границы, грунты и т. д.

Описание, составленное по топографической карте, может быть дополнено данными о природе (климате, его особенностях) и хозяйственном развитии района (экономики трудовых ресурсов и др.), полученными из других источников.

9. Полевое трассирование автодороги

 Полевые работы

Инженерно-геодезические изыскания автомобильной дороги заключаются в определении положения оси трассы на местности в плане и по высоте. Плановое положение трассы определяется при разбивке пикетажа, высотное – при производстве нивелирования.

Приборы и принадлежности: теодолит и нивелир со штативами, вешки, две нивелирные рейки, мерная лента со шпильками или рулетка, топор, колышки, пикетажный и нивелирный журналы, таблицы разбивки кривых, карандаши.

Полевые работы выполняют в следующей последовательности:

• рекогносцировка трассы;
• разбивка пикетажа и поперечников;
• разбивка главных точек круговой кривой;
• вынос пикетов на кривую;
• нивелирование трассы и привязка к реперам существующей нивелирной сети.

Рекогносцировка трассы имеет целью обследование местности. Направление и длина трассы указываются преподавателем. При рекогносцировке на местности отмечают начальную точку трассы, углы поворота и конечную точку.

Разбивку пикетажа и поперечников ведут с помощью мерной ленты или рулетки. Для этого по оси трассы через каждые 100 м отмечают точки (пикеты), закрепляют их кольями, вбитыми вровень с землёй, а рядом забивают сторожок, на котором записывают номер пикета.

В местах перегиба рельефа отмечают плюсовые промежуточные точки. Их закрепляют колышками и указывают расстояние от заднего пикета.

На пикетах перпендикулярно к оси трассы разбивают поперечники длиной 25 м в обе стороны от трассы, точки поперечников закрепляют колышками.

Одновременно с разбивкой пикетажа производят съёмку узкой полосы местности, прилегающей к трассе, любым из известных способов. Результаты съёмки заносят в пикетажный журнал, который делают из миллиметровой бумаги размером 15·10 см, ведется он в поле простым карандашом в масштабе 1:1000. Посередине каждой страницы проводят прямую линию, изображающую ось дороги. По оси снизу вверх размечают пикеты, плюсовые точки.

Нивелирование трассы производят способом “из середины”. Порядок работы на станции аналогичен изложенному в 3.2. Закончив нивелирование пикетов и связующих точек на станции, приступают к нивелированию промежуточных точек плюсовых, точек поперечников, главных точек кривой. Для этого последовательно устанавливают рейку на промежуточные точки и берут отсчеты по черной стороне рейки, отсчеты записывают в графу “промежуточные отсчеты” нивелирного журнала. На станции вычисляют пяточную разность и превышения.

Нивелирование трассы производят в прямом и обратном направлениях. В прямом направлении (прямой ход) нивелируют все основные пикеты и промежуточные точки, обратный ход выполняют только по основным пикетам.

Расхождения в превышениях между двумя пикетами, полученных из прямого и обратного ходов, не должны превышать ⁺_— 7 мм. При больших расхождениях производят повторные измерения.

Разбивка главных точек круговой кривой выполняется на углах поворота трассы. На местности отмечают положение начала кривой НК, середины кривой СК и конца кривой КК.

Для этого в вершине угла ВУ с помощью теодолита полным приемом измеряют угол поворота трассы (рис. 7), выбирают радиус закругления R и из таблиц для разбивки кривых находят основные элементы кривой: значение тангенса Т, кривой К, биссектрисы Б и домера Д.

Вычисление элементов кривой ведут с точностью до 0,01 м. Затем производят расчет пикетажного положения начала (НК) и конца (КК) кривой по схемам:

Таблица 9.1

Для получения на местности точек начала и конца кривой от вершины угла в обе стороны мерной лентой откладывают величину тангенса Т и закрепляют их колышками. Для нахождения на местности положения середины кривой откладывают угол (180⁰)/2 с помощью теодолита и по полученному направлению откладывают величину биссектрисы Б.q-

Затем от конца кривой откладывают по новому направлению величину 38,24 м (100 м – 61.76 м), получают положение ПК 8 и дальше ведут разбивку пикетажа в обычном порядке. Если разбивка пикетажа была уже выполнена от ВУ, то все последующие за кривой пикеты надо перенести на величину домера.

Заключение

В ходе  прохождения учебной практики мы научились измерять расстояния  на топографических картах,  определять географические и прямоугольные координаты точек на карте, решать геодезические задачи. Описывали географическую местность определенного участка карты с помощью географических обозначений  условных знаков. Приобрели навыки  построения продольного профиля и определения взаимной видимости объектов.

В порядке изучения инженерно-геодезических изысканий при трассировании автомобильных дорог был выполнен расчет элементов круговой кривой и пикетажных значений главных точек круговой кривой.

Список использованных источников

1. Баканова, В. В. Практикум по геодезии [Текст]: учебное пособие для вузов / В.В. Баканова, Я. Я. Карклин, Г. К. Павлов и др. – М.: Недра, 2010. – 456 с.
2. Данилов. В. В. Геодезия [Текст] / В. В. Данилов, Л. С. Хренов,
Н. П. Кожев¬ников [и др.]. – М.: Недра, 2012. – 488 с.
3. Дьяков. Б. Н. Геодезия. Общий курс [Текст]: учебное пособие для вузов / Б. Н. Дьяков. – Новосибирск: Новосибирский государственный университет, 2011. – 171 с.
4. Киселев, М. И. Геодезия [Текст]: учебное пособие /
М. И. Киселев, Д. Ш. Михелев. – М.: Академия, 2013. – 384 с.
5. Колмогоров, В. Г. Основы геодезии и топографии [Текст]: учебное пособие / В. Г. Колмогоров. – Новосибирск: Новосибирский государственный университет, 2010. – 151 с.
6. Кузьмин, Б. С. Топографо-геодезические термины: справочник / Б. С. Кузьмин, Ф. Я.Герасимов, В. М. Молоканов и др. – М.: Недра,
2011. –261 с.
7. Маслов, А. В. Геодезические работы при землеустройстве [Текст]: учебное по¬собие для вузов / А. В. Маслов, А. Г. Юнусов,
Г. И. Горохов. – М.: Недра, 2012. – 215 с.
8. Неумывакин, Ю. К. Практикум по геодезии [Текст]: учебное пособие / Ю. К. Неумывакин, А. С. Смирнов. – М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 2013. – 315 с.
9. Селиханович, В. Г. Практикум по геодезии [Текст] /
В. Г. Селиханович, В. П.Козлов, Г. П. Логинова. – М.: Недра, 2010. – 382 с.
10. Хейфец, Б. С. Практикум по инженерной геодезии [Текст] /
Б. С. Хейфец, Б. Б.Данилевич. – М.: Недра, 2010. – 332 с.