Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей icon

Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей


НазваниеУчебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей
страница1/18
Размер0.8 Mb.
ТипУчебное пособие
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


СОЧИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТУРИЗМА И КУРОРТНОГО ДЕЛА


ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ


КАФЕДРА ГОРОДСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА


К.Н.Макаров



Основы инженерной геодезии


Учебное пособие

для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей





Сочи 2008 г.


ББК 22.314

К 17

УДК 531/534


Макаров Константин Николаевич, доктор технических наук, профессор.

Основы инженерной геодезии: Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей / СГУТ и КД. - Сочи, 2008. Авторская редакция.

Рецензент:

Ткачев Александр Иванович, к.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Городское строительство» СГУТ и КД.

Утверждено на заседании кафедры «Городское строитель­ство».


В учебном пособии даются основные понятия о форме и размерах Земли, системах координат в геодезии, угловых, линейных и высотных измерениях и соответствующих приборах, геодезических съемках, принципах работы систем глобального позиционирования GPS, цифровом и математическом моделировании местности, геодезических работах в строительстве.

Учебное пособие предназначено для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей.


© Сочинский государственный университет туризма и

курортного дела, 2008 г.


ВВЕДЕНИЕ

Инженерно-геодезические работы являются чрезвычайно важной и неотъемлемой частью комплекса работ по изысканиям, проектированию и строительству всех типов инженерных сооружений (зданий, дорог, мостов, тоннелей, аэродромов, гидротехнических сооружений, гидромеханизированных систем, в лесоинженерном деле).

На современном этапе развития научно-технического прогресса происходят фундаментальные изменения технологии и методов проектно-изыскательских работ и строительства инженерных объектов, что находит отражение в изменении состава и методов производства инженерно-геодезических работ, а также в качественном изменении парка используемого геодезического оборудования. Так, в проектно-изыскательских и строительных процессах все более широкое применение находят системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированные системы управления строительством (АСУС), географические информационные системы (ГИС) и т. д.

Инженер-строитель на современном этапе должен хорошо владеть как традиционными методами геодезии (последние так или иначе применяются, и будут применяться при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений), так и новыми высокопроизводительными методами инженерно-геодезических работ.

Инженер должен уметь работать как с традиционными видами инженерно-геодезической информации — топографическими картами и планами, так и с их электронными аналогами — электронными картами (ЭК), являющимися основой ГИС, цифровыми (ЦММ) и математическими моделями местности (МММ), на базе которых осуществляется системное автоматизированное проектирование инженерных объектов на уровне САПР.

Современное строительное производство невозможно без широкого использования геодезических методов разбивки инженерных сооружений на местности, обеспечивающих высокую точность и исключающих грубые просчеты; методов оперативного контроля строительных работ и геодезического управления работой строительных машин и механизмов. Для этих целей при строительстве инженерных объектов широко применяют лазерную технику, электронные тахеометры и приборы систем спутниковой навигации.

Изложение материала в учебном пособии построено таким образом, чтобы максимально облегчить самостоятельную работу студентов при изучении основ инженерной геодезии.


^ 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДЕЗИИ

1.1. Предмет геодезии


Геодезия в переводе с греческого языка - землеразделение. Это одна из древнейших наук на земле. Задачи геодезии подразделяются на научные и научно - технические.

Главная научная задача геодезии - определение формы, размеров и внешнего гравитационного поля Земли. Кроме того, к научным задачам относятся:

- исследование фигур и гравитационных полей Луны и планет Солнечной системы;

- исследования внутреннего строения Земли, горизонтальных и вертикальных деформаций Земной коры, перемещения береговой линии морей и океанов, земных полюсов и определение разности высот уровней морей;

- создание высокоточных астрономо-геодезических, гравиметрических и высотных (нивелировочных) опорных сетей.

Все перечисленные задачи решает ^ Высшая геодезия.

Кроме того, имеются следующие разделы геодезии:

Геодезия (топография) - изучает способы детального отображения земной поверхности на планах, картах и профилях;

Гидрография – решает те же задачи на морях, океанах и реках в части изображения их дна;

Картография - разрабатывает методы и процессы создания и использования карт. Создание карт основано на обобщении различных геодезических материалов;

^ Космическая геодезия - изучает возможности использования измерения с ИСЗ для составления карт и изучения природных ресурсов Земли;

Маркшейдерское дело - изучает вопросы выполнения геодезических работ при строительстве шахт, тоннелей, метрополитенов и т.п., то есть - под землей;

Фототопография - наука, изучающая методы создания топографических планов и карт по материалам фотосъемок различных видов (наземной, воздушной, космической). Фототопография является составной частью фотограмметрии - науки, определяющей формы, размеры и расположение объектов по их фотографическим изображениям совместно с изображениями опорных ориентиров местности;

^ Инженерная геодезия - разрабатывает методы геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, установке и монтаже спецоборудования, а также с целью разведки и эксплуатации природных ресурсов.

Все задачи геодезии решаются на основании специальных геодезических измерений, выполняемых специальными геодезическими приборами.

При этом, как правило, непосредственно результаты измерений определяют еще не искомые величины, а некоторые другие, функционально связанные с искомыми. Связь между измеренными и искомыми величинами устанавливается на основе математических зависимостей. Разработка методов и приемов обработки результатов измерений, в результате которой с заданной достоверностью определяются искомые величины, является важной научно-технической задачей геодезии.

Следовательно:

1. Геодезические измерения и обработка их результатов по надлежаще разработанной программе составляют метод решения задач геодезии.

2. Геодезические измерения должны выполняться с необходимой и достаточной точностью так как излишняя точность влечет за собой излишние затраты сил, времени и средств, а недостаточная точность в измерениях является браком.

При этом геодезические измерения выполняются, как правило, непосредственно на местности под воздействием различных природных факторов.


^ 1.2. Форма и размеры Земли

Знания о форме и размерах Земли необходимы для многих практических применений (в мореплавании, освоении природных ресурсов, космонавтике и т.п.). Для практического использования требуется с высокой точностью изображать земную поверхность на картах и планах. Задача эта весьма сложная из-за больших размеров и сложности формы Земли. Общая площадь физической Земной поверхности составляет порядка 510 млн. кв. км, 71% - моря и океаны, 29%-суша. Суша и дно океанов представляют собой сложные сочетания возвышенностей и впадин. Самая высокая точка над уровнем океана - на высоте 8848 м (г. Джомолунгма в Непале), а максимальная глубина океана - в Марианской впадине (Тихий океан) около 11 км. Таким образом, колебания высот точек земной поверхности достигают 20 км. Математическому описанию такая сложная поверхность не поддается, что усложняет разработку и составление карт, а также выполнение необходимых измерений на земной поверхности.

В связи со сложностью физической поверхности Земли применяют различные аппроксимации (приближения).

Фигуру, которую приняла бы Земля, находясь в состоянии гидростатического равновесия и под действием сил тяжести и центробежной силы вращения около неизменной оси, называют Земным сфероидом.

Для изучения физической поверхности Земли и других целей вводятся понятия уровенной поверхности и геоида.

^ Уровенная поверхность - поверхность, на которой все точки имеют одинаковый потенциал силы тяжести (эквипотенциальная). На уровенной поверхности в каждой точке нормаль к поверхности совпадает с направлением силы тяжести.

Уровенных поверхностей может быть проведено бесконечное множество.

Геоид - тело ограниченное уровенной поверхностью совпадающей со средней поверхностью Мирового океана, продолженной под материки.

Поверхность геоида еще называют основной уровенной поверхностью. В нашей стране в качестве основной принята уровенная поверхность, проходящая через нуль Кронштадтского футштока и совпадающая со средним уровнем Балтийского моря. Основанная на этой поверхности система высот называются "Балтийской". (Кронштадтский футшток - водомерная рейка, вделанная в устой моста на Обводном канале в г. Кронштадте).

Однако поверхность геоида также не поддается простому математическому описанию из-за неравномерного размещения масс в теле Земли.

Из всех правильных геометрических фигур, аппроксимирующих геоид, наилучшей является сжатый эллипсоид вращения, т.е. тело, образованное вращением эллипса вокруг его малой оси (рис. 1.1).



Рис. 1.1. Сжатый эллипсоид вращения.


Эллипсоид вращения, принятый для обработки геодезических измерений называется референц - эллипсоидом. В нашей стране принят референц - эллипсоид Ф.Н.Красовского, которым совместно с А.А.Изотовым в 1940 г. по данным наиболее обширных измерений были определены размеры референц - эллипсоида: а=6378245 м, b=6356863 м, полярное сжатие  =(а-b)/а=1/298.3 , где а, b - большая и малая полуоси референц - эллипсоида.

Центр референц - эллипсоида совмещается с центром масс Земли, а его малая полуось - с осью вращения Земли.

Отклонения референц - эллипсоида Красовского от геоида не превышают 100-150 м. Иногда при измерениях на очень больших площадях, Земля принимается за шар, радиусом R = 6371.11 км.


1.3. Системы координат в геодезии


Положение точек на физической Земной поверхности определяется принятой системой координат.

Координаты - это угловые и линейные величины, определяющие положение точек на поверхности Земли и в пространстве.

В геодезии применяются различные координатные системы. Рассмотрим некоторые из них.

^ Географические координаты - это широта (F) долгота (L) и высота (Н). Координатными плоскостями, относительно которых определяется положение точек, являются (рис. 1.2):




Рис. 1.2. Система географических координат.


Плоскость экватора, проходящая через центр эллипсоида перпендикулярно оси его вращения.

^ Плоскость начального меридиана – плоскость, проходящая через нормаль к поверхности эллипсоида в центре Гринвичской обсерватории (вблизи Лондона) и параллельная его малой оси.

Плоскость меридиана, проходящая через заданную точку Земной поверхности, называется плоскостью меридиана данной точки.

^ Географическая широта F - это угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора.

Широты, отсчитываемые от экватора к северу называются северными и имеют знак «+», отсчитываемые к югу называются южными и имеют знак «-». По величине широта изменяется от 00 до 900.

^ Географическая долгота L - двугранный угол между плоскостями географического меридиана данной точки М и начального меридиана.

Отсчитывается от начального меридиана с Запада на Восток от 00 до 3600 либо в обе стороны от 00 до 1800, с указанием соответственно "восточная" и "западная".

^ Географическая высота H - расстояние по нормали от точки до ее проекции на поверхность эллипсоида.

Достоинство географических координат заключается в возможности обрабатывать результаты измерений в единой для всей поверхности Земли системе.

^ Большой круг (рис. 1.2) - линия пересечения земной поверхности с плоскостью проходящей через центр Земли. Дуга большого круга - кратчайшее расстояние между точками на земной поверхности.

^ Высота любой точки - есть расстояние от нее до уровенной поверхности. Превышением называется разность высот двух точек местности.

Применение географических координат для практических целей сопряжено с рядом трудностей:

- взаимное расположение точек определяется в угловых единицах, а все расстояния измеряются линейными мерами;

- значения одних и тех же угловых величин соответствуют разным линейным величинам в зависимости от широты места;

- использование географических координат связано со сложными расчетами.

В связи с этим географические координаты напрямую применяют только в мелкомасштабном картографировании.

Более простой системой являются плоские прямоугольные координаты. Решение геодезических задач в этой системе выполняется по простым формулам аналитической геометрии.

Однако для использования прямоугольных координат необходимо предварительно поверхность эллипсоида каким-то образом перенести (спроецировать) на плоскость. Такой перенос сопровождается неизбежными искажениями, величина и характер которых зависят от вида проекции.

Могут быть равноугольные, равновеликие и произвольные проекции.

Наиболее удобными для практических целей являются равноугольные проекции (сохранение углов и, следовательно, подобия объектов). В частности, наиболее широко с 1928 г. используется равноугольная поперечно - цилиндрическая проекция Гаусса - Крюгера.

Гаусс предложил эту проекцию, а Крюгер - разработал формулы для ее реализации.

Суть проекции:

- Земной эллипсоид разбивается меридианами на 6-ти градусные зоны (дольки) (рис. 1.3);



Рис. 1.3. Разбивка Земного эллипсоида на зоны.


- каждая зона проецируется на внутреннюю боковую поверхность цилиндра и касается его по среднему (осевому) меридиану;

  • цилиндр разворачивается в плоскость.

В результате получается изображение, показанное на рис. 1.4.

Средний меридиан каждой зоны называется осевым, а крайние - граничными.

Осевой меридиан на плоскости изображается прямой линией без искажений и принимается за ось абсцисс, за ось ординат принимается экватор.




Рис. 1.4. Проекция Гаусса-Крюгера.


Таким образом, каждая зона имеет свою систему координат, в которой положение любой точки определяется ее расстоянием от осевого меридиана и от экватора. Зоны нумеруются арабскими цифрами от 1 до 60.

Так как территория России находится к северу от экватора, то все абсциссы точек здесь положительны. Чтобы избежать отрицательных ординат, начало координат принимают по оси ОY не 0, а +500 км. Такие ординаты называются преобразованными. При записи впереди ординаты указывают номер зоны. Так если точка А расположена в 12 зоне к западу от осевого меридиана на расстоянии 57235 м, а точка В - к востоку на 57235 м, то преобразованные координаты этих точек будут:


Ya = 500000 – 57235 = 442765 м;

Yb = 500000 + 57235 = 557235 м,

а с учетом расположения в 12 зоне Ya = 12 442765 м;

Yb = 12 557235 м.

Переход от расстояний на эллипсоиде к расстояниям на плоскости в проекции Гаусса-Крюгера связан с понятием масштаба изображения.

Масштаб изображения проекции m есть отношение бесконечно малого отрезка на плоскости dB к бесконечно малому отрезку на эллипсоиде dS, т.е. m = dB/dS.

В проекции Гаусса-Крюгера m зависит от ординаты точки Y:

m=1+Y2/2R2 (R - радиус Земли).

Все расстояния измеряются на эллипсоиде. Для получения расстояний на плоскости надо применить формулу:

B = m S = S + Y2m/2R2,

где Ym=(Y1+Y2)/2 - преобразованная ордината средней точки линии.

Величина dS= Y2m/2R2 называется редукцией расстояния, она всегда положительна, то есть линия на плоскости больше линии на сфере. Из этой формулы видно, что искажения расстояний нарастают по мере удаления от осевого меридиана. На краю зоны dS порядка 1/1600 длины линии в средних широтах и 1/8000 - у полюсов.

Проекция Меркатора применяется в морских картах, при этом меридианы и параллели образуют прямоугольную сетку (рис. 1.5).



Рис. 1.5. Морская гидрографическая карта рейда Адлер.


1.4. Ориентирование


Ориентирование линий на картах, планах и на местности необходимо при проектировании и строительстве сооружений и, особенно, при выносе проектов в натуру. При этом ориентируются разбивочные оси сооружений.

^ Ориентировать линию - значит определить ее направление относительно меридиана.

Как отмечалось, плоскость, проходящая через заданную точку местности и ось вращения Земли, называется плоскостью истинного меридиана данной точки. Направление истинного меридиана определяется из астрономических наблюдений. Истинный меридиан проходит через географические полюсы Земли (концы оси ее вращения).

Однако существуют еще магнитные полюсы Земли.

^ Магнитные полюсы - это точки схождения силовых линий магнитного поля Земли. Они расположены в северном и южном полушариях, не совпадают с географическими полюсами и находятся внутри Земли.

Прямая, соединяющая магнитные полюсы составляет с осью вращения Земли угол около 11.50 и не проходит через ее центр.

Вертикальная плоскость, проходящая через данную точку и магнитные полюсы, называется плоскостью магнитного меридиана.

Угол между плоскостями магнитного и истинного меридианов называется магнитным склонением и обозначается через . Склонение отсчитывается от северного направления истинного меридиана к востоку и к западу. В первом случае оно называется восточным (знак «+»), во втором - западным (знак «-») - рис. 1.6.




Рис. 1.6. Магнитное склонение.


Угол между плоскостью горизонта и направлением силовой линии магнитного поля Земли в данной точке называется магнитным наклонением. Он отсчитывается от горизонтального направления вниз от 00 до 900.

Магнитное склонение и наклонение называются элементами земного магнетизма.

Для ориентирования линий служат углы, называемые азимутами, дирекционными углами и румбами.

Азимутом называется горизонтальный угол, отсчитывает от северного направления меридиана до направления данной линии. Азимут имеет значение от 00 до 3600. Если Азимут отсчитывается от направления истинного (географического) меридиана, то он называется истинным, если от магнитного, то магнитным (рис. 1.7).

Так как меридианы в разных точках Земли не параллельны между собой (сходятся к полюсам), то азимут одной и той же линии в разных ее точках различен.

Угол между направлениями меридианов в разных точках Земли называется сближением меридианов и обозначается . Если точки близки между собой (до 1 км), то  0 и А1А2.

Азимут данного направления называется прямым (А1), а обратного - обратным (А1), они различаются на 1800.




Рис. 1.7. К определению азимутов линий.

^ Дирекционным углом называется горизонтальный угол между северным направлением осевого меридиана данной зоны в проекции Гаусса-Крюгера и направлением данной линии. Отсчитывается, как и азимут от 00 до 3600, обозначается .

Разность между истинным азимутом и дирекционным углом линии в данной на ней точке равна сближению истинного меридиана и осевого меридиана зоны. В отличие от азимутов, дирекционные углы одной и той же линии в разных точках одинаковы (в пределах данной зоны). Дирекционные углы также могут быть прямыми и обратными.

Иногда в практическом применении удобнее определять направления острыми углами. В этих случаях пользуются румбами.

Румбом называется острый горизонтальный угол, отсчитываемый от ближайшего (северного или южного) направления меридиана до направления данной линии (рис. 1.8).

Румбы имеют значения от 00 до 900. Чтобы определить румбом направление линии относительно меридиана необходимо кроме числового значения указать название четверти горизонта, где проходит линия. Направления СВ, ЮВ, ЮЗ, СЗ. Румбы также могут быть магнитными или истинными.

Связь между румбами и азимутами:

1-я четверть (СВ) r = A; 2-я четверть (ЮВ) r = 1800 - A; 3-я четверть (ЮЗ) r = A -1800; 4-я четверть (СЗ) r = 3600 - A.





Рис. 1.8. К определению румбов и их связи с азимутами.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

Похожие:

Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconУчебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей
Учебное пособие предназначено для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconВысшего профессионального образования «вятский государственный университет»
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных...
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconУчебное пособие для студентов заочной и дистанционной форм обучения Харьков 2009 удк 32: 001. 891. 3(075. 4)
Охватывают весь спектр политического позиционирования
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconУчебное пособие для студентов очной и заочной формы обучения факультета психологии Подходы к исследованию внимания в отечественной и зарубежной психологии
Учебное пособие разработано кандидатом психологических наук, доцентом кафедры психологии личности Л. И. Габдулиной
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconУчебно-методический комплекс для студентов экономических специальностей дневной и заочной форм обучения
Охватывает темы всей дисциплины, изученной за три семестра
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconУчебно-методическое пособие для студентов неэкономических специальностей очной и заочной форм обучения Бргу им. А. С. Пушкина
Каверина Е. И. – тема 10; асистент Коновалюк Р. А. – тема 6, 8; ассистент Макарук Д. Г. – тема 13. 4; 13. 5; 13. 6; 13,7; ст препод....
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconМетодические указания для выполнения контрольной работы по дисциплине «Экономическое моделирование» для студентов заочной формы обучения
Методические рекомендации предназначены для студентов заочной формы обучения направления 080100. 62 «Экономика»
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconМетодические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Организация, нормирование и оплата труда на предприятии» для студентов экономических специальностей
В методических указаниях даются рекомендации и пояснения к проведению лабораторных работ по дисциплине «Организация, нормирование...
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconМетодические указания к проведению лабораторных работ с элементами нирс для студентов всех специальностей
Техническая термодинамика: методические указания к проведению лабораторных работ с элементами нирс для студентов всех специальностей...
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconРасчет стержней решетчатых конструкций
Сборник заданий предназначен для студентов энергетических специальностей дневной, вечерней и заочной форм обучения, изучающих курс...
Учебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей iconКонтрольные вопросы
Вопросы к зачету по Общей части Гражданского процессуального права для студентов очно-заочной формы обучения
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы