1. Топографическая съемка
Топографическая съемка — это комплекс геодезических работ, выполняемых на местности для составления топографических карт и планов. Различают съемки для составления топографических планов крупных масштабов (1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000) и мелких (1:10000, 1:25000 и мельче). В инженерной геодезии выполняют в основном съемки крупных масштабов. Съемке и отображению на топографических планах подлежат все элементы ситуации местности, существующей застройки, благоустройства, подземных и наземных коммуникаций, а также рельеф местности. Точки, определяющие на плане положение контуров ситуации, условно делят на твердые и нетвердые. К твердым относят четко определяемые контуры сооружений, построенных из долговременных материалов (кирпича, бетона), например углы капитальных зданий. Контуры, не имеющие четких границ, например луга, леса, пашни, относят к нетвердым На топографические планы наносят пункты плановых и высотных геодезических сетей, а также все точки, с которых производят съемку, если они закреплены постоянными знаками. На специализированных планах допускается отображение не всей ситуации местности, а только тех объектов, которые необходимы: применение нестандартных высот сечений рельефа, снижение или повышение точности изображения контуров и съемки рельефа.
1.1 Топографическая съёмка выполняются в три основных этапа:
Подготовительный этап. Получение технического задания от Заказчика и подготовка договорной документации. Сбор и анализ материалов ранее выполненных геодезических работ (съемочных сетей, топографических съемок и др.) на заданную территорию. Осуществление регистрации (получение разрешения) производства топографо-геодезических работ.
Полевой этап. Рекогносцировочные обследования территории и создание опорных геодезических сетей с использованием GPS, создание планово-высотных съемочных геодезических сетей. Топографическая съемка, включая съемку подземных и надземных сооружений.
Камеральный этап. Составление (обновление) топографического плана - окончательная обработка полевых материалов и данных с оценкой точности полученных результатов. Согласование (при наличии) нанесенных на топографические планы коммуникаций (линий электропередач, линий связи, магистральных трубопроводов и т.д.) с организациями, в ведении которых находятся данные объекты. Подготовка технического отчета.
Топографическую съемку выполняют с точек местности, положение которых в принятой системе координат известно. Такими точками служат пункты опорных государственных и инженер но геодезических сетей. Однако их количества, приходящегося на площадь снимаемого участка, большей частью бывает недостаточно, поэтому геодезическая основа сгущается обоснованием, называемым съемочным. Съемочное обоснование развивается от пунктов плановых и высотных опорных сетей. На участках съемки площадью до 1 км^2съемочное обоснование может быть создано в виде самостоятельной геодезической опорной сети. При построении съемочного обоснования одновременно определяют положение точек в плане и по высоте. Плановое положение точек съемочного обоснования определяют: теодолитными и тахеометрическими ходами, построением аналитических сетей из треугольников и различного рода засечками. Высоты точек съемочного обоснования чаще всего определяют геометрическим и тригонометрическим нивелированием. Самый распространенный вид съемочного планового обоснования — теодолитные ходы, опирающиеся на один или два исходных пункта, или системы ходов, опирающихся не менее чем на два исходных пункта. В системе ходов в местах их пересечений образуются узловые точки, в которых могут сходиться несколько ходов. Длины теодолитных ходов зависят от масштаба съемки и условий снимаемой местности. Например, для съемки застроенной территории в масштабе 1:5000 длина хода не должна превышать 4,0км; в масштабе 1:500-0,8 км; на незастроенной территории соответственно 6,0 и 1,2 км. Длины линий в съемочных теодолитных ходах должны быть не более 350м и не менее 20м. Относительные линейные невязки в ходах не должны превышать 1: 2000, а при неблагоприятных условиях измерений (заросли, болото) - 1:1000. Углы поворота на точках ходов измеряют теодолитами со средней квадратической погрешностью 0,5' одним приемом. Расхождение значений углов в полуприемах допускают не более 0,8'. Длину линий в ходах измеряют оптическими или светодальномерами, мерными лентами и рулетками. Каждую сторону измеряют дважды — в прямом и обратном направлениях. Расхождение в измеренных значениях допускается в пределах 1:2000 от измеряемой длины линии.
Рисунок 2. Схема теодолитного хода.
При определении высот точек съемочного обоснования геометрическим нивелированием невязка в ходе не должна превышать 5vLсм, тригонометрическим нивелированием — 20vLсм, где L — длина хода, км.
Точки съемочного обоснования, как правило, закрепляют на местности временными знаками: деревянными кольями, столбами, металлическими штырями, трубами. Если эти точки предполагается использовать в дальнейшем для других целей, их закрепляют постоянными знаками. Для составления топографических планов применяют: аналитический, мензульный, тахеометрический, аэрофототопографический фото теодолитный методы съемок, съемку нивелированием поверхности и с помощью спутниковых приемников. Применение или иного метода зависит от условий и масштаба съемки. При развитии съемочной геодезической сети полярным способом с применением электронных тахеометров длины полярных направлений допускается увеличивать до 1000 м. Средняя квадратическая погрешность измерения горизонтальных углов не должна превышать 15''. Отдельный теодолитный ход должен опираться на два исходных пункта и два исходных дирекционных угла. При создании съемочной сети допускаются: проложение теодолитного хода, опирающегося на два исходных пункта, без угловой привязки на одной из них. При этом для контроля угловых измерений должны использоваться дирекционные углы на ориентирные пункты опорных геодезических сетей или дирекционные углы примыкающих сторон, полученные из астрономических или других измерений (со средней квадратической погрешностью не более 15''), координатная привязка (без измерения примычных углов) к пунктам опорной геодезической сети, при условии выполнения угловых измерений, двумя приемами.
1.2 Теодолитная съемка
Теодолитная съемка-технологический процесс наземной топографической съемки, в котором первичную метрическую информацию о местности получают при помощи теодолита и мер длины или дальномеров. Теодолитная съемка-это метод горизонтальной съемки местности, при производстве которой угловые измерения выполняются теодолитом, линейные — мерной лентой, стальной рулеткой или опти-ческими дальномерами, обеспечивающими точность измерения длины линии, как правило, не ниже порядка 1:1500—1:2000. Теодолитные ходы, прокладываемые на основе сети высшего класса, образуют один или несколько замкнутых полигонов с диагональными ходами. Диагональный ход служит для конт¬роля измерения углов и линий в основном полигоне, а также для опреде¬ления дополнительных опорных точек, необходимых при съемке ситуации. Съемку ситуации ведут на основе теодолитных ходов.
По результатам измерений строят на плане вершины теодолитных ходов и относительно последних — ситуацию местности. После оформления надписями, условными знаками план вычерчивают тушью.
Состав геодезических работ при производстве теодолитной съемки сле¬дующий:
1) камеральная подготовка — ознакомление с картографическим и плановым материалами прежних съемок участка и составление предвари-тельного проекта работ;
2) рекогносцировка снимаемого участка, в ре¬зультате которой устанавливается расположение опорных ходов и уточ¬няется проект работ по съемке;
3) выбор и закрепление опорных точек на местности;
4) подготовка линий к измерению;
5) измерение углов и сторон теодолитных ходов;
6) съемка ситуации;
7) привязка теодолитных ходов к государственной или местной геодезической сети;
8) при отсут¬ствии пунктов опорной сети определение истинного азимута стороны теодо¬литного хода;
9) камеральные работы.
Теодолит 2Т30. Основание теодолита 1 (рисунок 2.1), с которым скреплена подставка 13, одновременно служит дном футляра, что позволяет закрывать прибор, не снимая его со штатива при переходе с точки на точку и при перерывах в работе.
Зрительная труба 6 снабжена оптическим визиром 7 для приближенного наведения трубы на наблюдаемый предмет. Для точного совмещения перекрестья сетки нитей с центром визирной цели используют наводящий винт трубы 4 и наводящий винт алидады 3. Зрительную трубу фокусируют вращением кремальеры 9, а сетку нитей устанавливают по глазу вращением окулярного кольца 6.
Микроскоп 5 отсчетного устройства расположен рядом с окуляром. Для освещения оптического устройства используют зеркало для направления лучей («зайчика») в отверстие для подсветки.
Вращение теодолита вместе с лимбом горизонтального круга производят его наводящим винтом 12. Для совместного вращения лимба и алидады открепляют закрепительный винт 2 горизонтального круга, закрепительный винт алидады 11 закрепляют.
Рисунок 2.1 – Теодолит 2Т30 и его основные части:
1 – основание теодолита; 2 – закрепительный винт лимба горизонтального круга;
3– наводящий винт алидады горизонтального круга;
4– наводящий винт зрительной трубы;
5– микроскоп отсчетного устройства;
6– окулярное кольцо зрительной трубы;
7– оптический визир;
8– закрепительный винт трубы;
9– кремальера;
10– цилиндрический уровень; 11 – закрепительный винт алидады горизонтального круга; 12 – наводящий винт лимба горизонтального круга; 13 – подставка теодолита;
14 – подъемный винт подставки
Необходимо помнить, что теодолит 2Т30 не имеет уровня при вертикальном круге, его заменяет уровень при горизонтальном круге. Потому при наведении на предмет и отсчете по вертикальному кругу пузырек уровня горизонтального круга должен находиться в нульпункте.
В отсчетном устройстве теодолита 2Т30 использован шкаловой микроскоп с ценой деления 5’. Отсчеты при этом производят до десятых долей деления шкалы, т.е. до 0,5’. Так, на рисунке 2.2, а отсчет по горизонтальному кругу равен
8? + 0,7 ? 5' = 8?3,5';
на рисунке 2.2, б
111?35' + 0,5 ? 5' = 111?37,5'.
а – при положительном угле наклона; б – при отрицательном Рисунок 2.2 – Поле зрения микроскопа теодолита 2Т30
Шкала вертикального круга (рисунок 2.2) имеет два ряда цифр: по верхнему ряду со знаком «+», по нижнему – со знаком «-». Оцифровку подписей по верхнему ряду используют тогда, когда шкалу пересекает штрих лимба со знаком «+». Подписи шкалы в этом случае возрастают слева направо. На рисунке 2.2, а отсчет по вертикальному кругу равен 1?35' + 0,3 ? 5' = 1?36,5'. Если штрих лимба имеет подпись со знаком «-», то используют нижнюю оцифровку шкалы, где подписи возрастают справа налево. Так, отсчет по вертикальному кругу на рис. 2.2, б равен: -0?40' - 0,5 ? 5' = -0?42,5'.
Виды теодолитных ходов показаны на рисунке
Рисунок 3: Виды теодолитных ходов.?
Развитие планово-высотной съемочной сети с использованием электронных тахеометров с регистрацией и накоплением результатов измерений (горизонтальных проложений, дирекционных углов, координат и высот пунктов и точек) допускается выполнять одновременно с производством топографической съемки.
1.3 Тахеометрическая съемка - основной вид топографической съемки
Тахеометрическая съемка является самым распространенным видом наземных топографических съемок. Высокая производительность тахеомет-рических съемок обеспечивается тем, что все измерения, необходимые для определения пространственных координат характерных точек мест¬ности, выполняют комплексно с использованием одного геодезического прибора —тахеометра. При этом положение снимаемой точки местности в плане определяют измерением полярных координат: измеря¬ют горизонтальный угол между направлениями на одну из соседних то¬чек съемочного обоснования и снимаемую точку и измеряют расстояние до точки нитяным дальномером или лазерным дальномером электронно¬го тахеометра. Высотное положение снимаемых точек определяют мето¬дом тригонометрического нивелирования:
горизонтальная проекция расстояния
d = L cos2v; (1)
превышение
h = d tgv + i - l (2)
где L = Cn’ — дальномерное расстояние; n’ — разность отсчетов по дальномерным штрихам сетки нитей; v — угол наклона; i — высота прибора над съемочной точкой; l — высота наводки.
Тахеометрические съемки используют для подготовки крупномасш-табных топографических планов и цифровых моделей местности (ЦММ), по которым осуществляется системное автоматизированное проектиро¬вание объектов строительства.
Основными масштабами для производства тахеометрических съемок являются: 1:500, 1:1000 и 1:2000. При этом масштаб съемки принимают в зависимости от ее назначения, стадии проектирования, ожидаемых раз-меров проектируемого объекта в плане, а также от категории рельефа и ситуационных особенностей местности и, в частности:
масштаб 1:500 с высотой сечения рельефа 0,25—0,5 м — для состав-ления планов и ЦММ при проектировании городских улиц и дорог, вре-менных и гражданских сооружений, малых водопропускных сооружений на дорогах, небольших карьеров и резервов грунта и т. д.;
масштаб 1:1000 с высотой сечения рельефа 0,5—1,0 м или масштаб 1:2000 с высотой сечения рельефа через 1,0—2,0 м для составления топо-графических планов и ЦММ при проектировании системы поверхностно-метрических съемок. Топографическая наземно-космическая съемка по сравнению с другими видами топографических съемок является самой производительной и эффективной, обеспечивая при этом полную автома-тизацию обработки результатов измерений и подготовки топографиче¬ских планов и ЦММ.
При производстве тахеометрических съемок особенно эффективным оказывается использование электронных тахеометров, позволяющих фиксировать результаты измерений сразу на магнитные носители, с по-следующим или непосредственным вводом информации в память поле¬вого или базового компьютера и ее автоматической обработкой, подго¬товкой ЦММ и топографических планов на графопостроителях.
Таблица 1. Характеристика тахеометрической съемки
Масштаб съемки Максимальное значение
Длина хода, м Длина сторон, м Число сторон в ходе
1:5000
1:2000
1:1000
1:500 1200
600
300
200 300
200
150
100 6
5
3
2
1.4 Планово-высотное обоснование тахеометрической съемки
Планово-высотное обоснование тахеометрических съемок, со съе-мочных точек которого осуществляют съемку подробностей рельефа и ситуации местности, обычно создают двумя способами:
прокладкой теодолитного хода (разомкнутого или замкнутого) с из-мерением горизонтальных углов полным приемом оптического теодоли¬та или электронного тахеометра и промерами горизонтальных проекций сторон землемерной лентой или светодальномером. Высоты съемочных точек определяют геометрическим нивелированием;
прокладкой теодолитного хода с измерением горизонтальных углов полным приемом теодолита, определением горизонтальных расстояний между съемочными точками нитяным дальномером оптического теодо¬лита или светодальномером электронного тахеометра (если тахеометри¬ческую съемку выполняют электронным тахеометром). Высоты съемоч¬ных точек определяют методом тригонометрического нивелирования. Таким образом, в этом случае планово-высотное обоснование создают используя один прибор — оптический теодолит или электронный тахео¬метр.
Таблица 3
Допуски в теодолитных ходах
Предельная длина теодолитного хода, км Предельная абсолютная невязка теодолитного хода, м
Масштаб топографической сьемки
Между исходными геодезическими пунктами Между исходными пунктами и узловыми точками (или между узловыми точками) Застроенная территория, открытая местность на незастроенной территории Незастроенная территория, закрытая древесиной и кустарниковой растительностью
1:5000 6,0 4,2 2,0 3,0
1:2000 3,0 2,1 1,0 1,5
1:1000 1,8 1,3 0,6 0,9
1:500 0,9 0,6 0,3 0,4
При использовании для измерения сторон теодолитного хода светодальномеров и электронных тахеометров предельная длина хода может быть увеличена в 1,3 раза, при этом предельные длины сторон хода не устанавливаются, а количество сторон в ходе не должно превышать: при съемке в масштабах 1:5000 и 1:2000 в открытой местности - 50 и в закрытой - 100; при съемке в масштабе 1:1000 - 40 и 80 соответственно характеристике местности, а при съемке в масштабе 1:500 - 20. Предельные длины теодолитных ходов и их предельные абсолютные невязки для съемки в масштабе 1:200 устанавливаются в программе изысканий. Плановое съемочное обоснование может быть создано также следующим образом:
1)Прямые засечки следует выполнять не менее чем с трех пунктов опорной геодезической сети так, чтобы углы между смежными направлениями на определяемой точке были не менее 30° и не более 150°.
2)Обратные засечки должны выполняться не менее чем по четырем пунктам опорной геодезической сети при условии, чтобы определяемая точка не находилась вблизи окружности, проходящей через три исходных пункта. 3)Комбинированные засечки должны строиться сочетанием прямых и обратных засечек с использованием не менее трех исходных пунктов.
Высоты точек съемочной сети определяются техническим (тригонометрическим) нивелированием. Ходы технического нивелирования должны прокладываться, как правило, между реперами (марками) нивелирования II-IV классов в виде отдельных ходов или систем ходов (полигонов). Допускаются замкнутые ходы технического нивелирования, опирающиеся на один исходный репер (ходы, прокладываемые в прямом и обратном направлениях). При построении высотной съемочной сети, в случае отсутствия на участке инженерных изысканий реперов и марок государственной нивелирной сети, ходы технического нивелирования должны закрепляться нивелирными знаками из расчета не менее двух на участок работ и не реже чем через 3 км один от другого. Допустимые длины ходов технического нивелирования в зависимости от высоты сечения рельефа топографической съемки должны приниматься по таблице 4.
Таблица 4
Допустимые длины ходов технического нивелирования
Ходы технического нивелирования Предельная длинна хода, км, при высоте сечения рельефа, м
0,25 0,5 1 и более
Между двумя исходными реперами (марками) 2 8 16
Между исходным пунктом и узловой точкой 1,5 6 12
Между двумя угловыми точками 1 4 8ц
Техническое нивелирование следует выполнять нивелирами (типа 3Н-5Л, 2Н-10КЛ или им равноточными), а также теодолитами с компенсаторами (типа Т15МКП и др.) или уровнем при трубе, с отсчетом по средней нити по двум сторонам рейки.
Рисунок 4. Техническое нивелирование
Расхождения между значениями превышений, полученными на станции по двум сторонам реек, не должен быть более 5 мм. Расстояние от инструмента до мест установки реек должны быть по возможности равными и не превышать 150 м. Невязка хода технического нивелирования или полигона не должна превышать величины мм, где L - длина хода, км. При числе станций на 1 км хода более 25 невязка хода нивелирования или полигона не должна превышать величины мм, где n - число станций в ходе.
Устройство нивелира 3Н-5Л
Малогабаритный нивелир 3Н-5Л относится к техническим нивелирам со средней квадратической погрешностью измерения превышения 5 мм на 1 км двойного хода.
Нивелир имеет малую массу и размеры, простое устройство, удобен для работы на строительной площадке. Для снижения влияния одностороннего нагрева зрительная труба и цилиндрический уровень помещены внутри корпуса 12 (рисунок 2.10).
На оправу объектива 11 зрительной трубы можно надевать линзовую насадку для визирования на расстоянии от 0,5 до 1,2 м. Окуляр зрительной трубы устанавливают по глазу вращением диоптрийного кольца 1 (рисунок 2.11). По предмету зрительную трубу устанавливают вращением кремальеры 2 (например, при наведении на рейку).
В верхней части корпуса зрительной трубы имеется продольный прилив А рисунок 2.10), играющий роль механического визира для приближенного наведения нивелира на рейку.
Цилиндрический уровень снабжен белым экраном 4. Для удобства наблюдения за положением пузырька уровня служит зеркало 2. Юстировка цилиндрического уровня осуществляется с помощью двух гаек 3 (рисунок 2.10). Для приведения пузырька цилиндрического уровня на середину ампулы служит элевационный винт 3 (рисунок 2.11).
Осевая система нивелира снабжена червячной передачей и фрикционным устройством, что позволяет свободно вращать нивелир вокруг оси и одновременно выполнять точное наведение на рейку.
Рисунок 2.10 – Общий вид нивелира 3Н-5Л со стороны круглого уровня:
1 – заглушка;
2 – зеркало;
3 – юстировочные гайки;
4 – белый экран;
5 – юстировочные винты круглого уровня;
6 – круглый уровень;
7 – подъемные винты;
8 – подставка;
9 – наводящий винт;
10 – корпус нивелира;
11 – объектив;
12 – корпус зрительной трубы; А – продольный прилив (механический визир)
Рисунок 2.11 – Общий вид нивелира 3Н-5Л со стороны кремальеры:
1 – диоптрийное кольцо;
2 – кремальера;
3 – элевационный винт;
4 – лимб горизонтального круга;
5 – отсчетный индекс лимба; 6 – крепежная гайка
Рукоятка 9 (рисунок 2.10) механизма наведения расположена по обе стороны прибора. Круглый уровень 6 (рисунок 2.11) предназначен для установки оси нивелира в отвесное положение. Его юстировку выполняют четырьмя юстировочными винтами 5 (рисунок 2.10). В нижней части корпуса нивелира расположен металлический лимб 4 (рисунок 2.11), который можно вращать рукой. Отсчет по лимбу берут относительно индекса 5. При вращении нивелира он остается неподвижным.
Конструктивной особенностью нивелира 3Н-5Л является то, что подъемные винты подставки 7 (рисунок 2.10) расположены между корпусом нивелира и подставкой. Ход подъемных винтов регулируется тремя винтами снизу подставки. В подставке имеется втулка с резьбовым отверстием для соединения со становым винтом штатива.
При работе с нивелиром 3Н-5Л следует использовать рейки с прямым изображением дециметровых делений на шкалах.
Тригонометрическое нивелирование следует применять для определения высот точек съемочной геодезической сети при топографических съемках с высотой сечения рельефа через 2 и 5 м, а на всхолмленной и пересеченной местности - через 1м. В качестве исходных для тригонометрического нивелирования должны использоваться пункты, высоты которых определены методом геометрического нивелирования. В горных районах допускается использовать в качестве исходных пункты государственной или опорной геодезической сети, высоты которых определены тригонометрическим нивелированием в соответствии с требованиями. Длина ходов тригонометрического нивелирования не должна превышать при топографических съемках с высотой сечения рельефа через 1, 2 и 5 м соответственно 2, 6 и 12 км.
Составление плана тахеометрической съемки
При составлении плана тахеометрической съемки на план наносится положение реечных точек – полярным способом, по измеренному горизонтальному углу и вычисленному горизонтальному проложению. Нанесение реечных точек выполняют с помощью транспортира, линейки или тахеографа. Тахеограф – это круговой транспортир, соединенный с линейкой. Окружность тахеографа разделена на 360? с ценой деления 30?, причем деления подписаны против хода часовой Рисунок 4.13 – Тахеограф стрелки. Центр окружности совмещен с началом отсчета линейки тахеографа с миллиметровыми делениями. При накладке реечных точек (рисунок 4.13) центр круга тахеографа должен совпадать с точкой теодолитного хода, а градусное деление тахеографа, соответствующее полярному углу на данную реечную точку (отсчет по горизонтальному кругу), совмещают с исходным (0?00?) направлением. По линейке тахеографа с учетом масштаба откладывают ее горизонтальное проложение и накалывают точку. Пример: на рисунке 4.13: отсчет по горизонтальному кругу на реечную точку № 30 равен 40?00?; горизонтальное проложение – 62,5 м (для масштаба 1:500 по линейке тахеографа отложено 125 мм); высота точки – 97,50 м; тахеограф ориентирован на станцию I. Результаты тахеометрической съемки наносят на ранее составленный план теодолитной съемки. Рядом с каждой реечной точкой выписывают ее номер и отметку (рисунок 4.13). Руководствуясь абрисом тахеометрической съемки, строят на плане элементы ситуации. При этом условные знаки сразу не вычерчивают, а обозначают их надписями в карандаше. После этого приступают к изображению рельефа горизонталями. Начинать рисовку рельефа следует с тех мест, где он наиболее выражен. Интерполирование горизонталей (определение точек на плане, через которые они проходят) следует начинать в местах, обозначенных в абрисах тахеометрической съемки стрелками (понижение рельефа). Интерполирование можно выполнить аналитически или графически с использованием палетки (см. пункт 4.5.3 Раздела 4). Через здания, сооружения и разного рода покрытия (бетон, асфальт, щебень и пр.) горизонтали не проводят.
1.5 Приборы, используемые для тахеометрической съемки
При производстве тахеометрической съемки могут использоваться технические теодолиты типов Т30, Т15 и электронные теодолиты, имеющие горизонтальный и вертикальный круги и нитяной дальномер. При работе с теодолитом требуются также шашечная нивелирная рейка (складная либо телескопическая) и рулетка.
