2743
.pdf
528
Щ612
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
В.В. ЩЕРБАКОВ, Г.В. ПОПОВ, В.М. ЖИДОВ
МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА МАКЕТЕ МЕСТНОСТИ
Методические указания по инженерной геодезии
Новосибирск
2013
1
УДК 528(075.8) Щ612
Щ е р б а к о в В.В., П о п о в Г.В., Ж и д о в В.М. Методы ре-
шения геодезических задач на макете местности: Метод. указ.
по инженерной геодезии. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2013. – 40 с.
Излагаются методики выполнения и обработки геодезических измерений на участке макета местности с применением лазерных мини-приборов: лазерного теодолита «ЛИМКА», лазерного учебного нивелира (ЛУН-1) и односторонних реек с миллиметровыми делениями, прибора плоского проектирования ПЭТРИ. Показан принцип построения сетки квадратов на макете при вертикальной планировке участка строительной площадки.
Предназначены для студентов строительных специальностей.
Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Инженерная геодезия».
О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р канд. техн. наук, доц. В.Д. Астраханцев
Р е ц е н з е н т ы:
канд. техн. наук, доц. кафедры «Инженерная геодезия» НГАСУ
Ю.С. Обидин
канд. техн. наук, доц. кафедры «Изыскания, проектирование и постройка железных и автомобильных дорог» СГУПСа С.С. Шевчук
© Сибирский государственный университет путей сообщения, 2013
© Щербаков В.В., Попов Г.В.,
Жидов В.М., 2013
2
Введение
Макет местности предназначен для обучения студентов строительных специальностей методике работы с геодезическими инструментами по проложению теодолитных ходов, геометрического нивелирования, лазерного сканирования, для изучения рельефа местности.
При трассировании линейных сооружений местоположение трассы определяется относительно постоянных пунктов опорной геодезической сети, созданной на макете местности.
В настоящей работе приводится методика выполнения геодезических работ при трассировании линейных сооружений на модели местности в лабораторных условиях. Имеющийся на кафедре макет местности в лаборатории «Моделирование инструментальных съемок» позволяет построить продольный профиль, топографический план с помощью компьютера, в памяти которого цифровые данные о рельефе и ситуации местности представляются в виде координат X, Y и H. Макет – это модель, дающая наглядное представление о физической поверхности в уменьшенном виде. Модель, как воспроизведение рельефа в уменьшенном виде, дает возможность моделировать процессы выполнения ин- женерно-геодезических задач в лабораторных условиях. Моделирование означает, что процесс геодезических измерений производится на масштабной модели.
Система точек с координатами, образуя цифровую модель местности, позволяет рассчитать и построить чертежи инженерных сооружений, которые выводятся на электронные носители (плоттеры, принтеры, оптические диски и накопители).
3
С повышением требований к подготовке специалистов применение в обучении физической модели местности и учебнометодических стендов обусловлено наглядным представлением многих видов геодезических работ при проложении железнодорожных и автомобильных трасс. Наглядное освоение процесса линейных изменений, нивелирования трассы, разбивки поперечников, нивелирования поверхности и других задач на модели местности значительно повысит эффективность усвоения материала студентами.
Задания к лабораторным работам на модели местности
Задание к лабораторной работе «Обработка материалов теодолитного хода на модели местности».
Це л ь р а б о т ы: приобрести навыки обработки угловых измерений.
З а д а ч а: изучить устройство лазерного теодолита, выполнить измерения углов и длин линий на макете местности, вычислить координаты вершин замкнутого теодолитного хода.
Задание к лабораторной работе «Обработка материалов ни-
велирования линейного сооружения на макете местности».
Це л ь р а б о т ы: выполнить нивелирование разомкнутого нивелирного хода с целью приобретения навыков обработки материалов полевых измерений.
З а д а ч а: изучить устройство лазерного нивелира, найти превышения и определить отметки точек нивелирного хода, проложенного на модели местности.
Задание к лабораторной работе «Нивелирование поверхности на макете».
Ц е л ь р а б о т ы: освоить выполнение нивелирования поверхности на макете местности.
З а д а ч а: при помощи рамки выполнить нивелирование участка местности, на модели найти отметки вершин квадратов и характерных точек, расположенных на нивелируемой поверхности, составить картограмму земляных работ участка макета.
Задание к лабораторной работе «Изучение устройства при-
бора плоского проецирования ПЭТРИ».
Ц е л ь р а б о т ы: ознакомить с устройством прибора ПЭТРИ.
4
З а д а ч а: определить на макете положение заданных лазером горизонталей и найти их отметки. Определить высоту сечения горизонталей и рассчитать уклон.
1. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ ЗАМКНУТОГО ТЕОДОЛИТНОГО ХОДА НА МАКЕТЕ МЕСТНОСТИ
1.1. Описание устройства учебного макета местности
На макете местности размером 9 180 × 1 020 мм (рис. 1.1) изображены пересеченная местность, водоемы, группы деревьев и кустарники.
Рис. 1.1. Расположение лазерных приборов на макете
На модели местности в характерных точках горизонтально закреплены металлические основы диаметром 25 мм (рис. 1.2) для установки на них мини-приборов: лазерного теодолита, нивелира и односторонних реек с миллиметровыми делениями. Перечисленные приборы имеют магнитные основы, позволяющие устанавливать их в вертикальное положение.
5
Рис. 1.2. Расположение основ для установки мини-приборов на макете
Постоянные точки или реперы пронумерованы. Реперная система закрепленных и пронивелированных точек представляет опорную геодезическую сеть учебного макета. Имея в наличии несколько экземпляров мини-приборов, учебную группу для работы на макете разбивают на бригады. Размеры макета местности позволяют решать инженерно-геодезические задачи, связанные с трассированием линейных сооружений на его поверхности в различных направлениях одновременно несколькими бригадами из трех человек.
В процессе обработки материалов геодезических наблюдений, например, в теодолитном ходе, получают координаты X и Y точек на модели местности. Если принять координаты X и Y за координатную пару, то набором координатных пар описывают рельеф местности. Местоположение точек рельефа макета получают измерением правых по ходу горизонтальных углов лазерным теодолитом «Лимка» и горизонтальных проложений длин сторон рулеткой до 1 мм. При этом необходимо знать координаты исходной точки и дирекционный угол твердой стороны. Горизонтальный масштаб макета принимают 1 : 100. В зависимости от расположения точек на модели длина замкнутого хода будет разной.
Измерение длин линий теодолитного хода выполняют между центрами металлических основ макета дважды: прямо и обратно. Находят среднее значение длин линий: dср = (dпр + dобр) / 2.
6
1.2. Описание лазерного теодолита «Лимка»
Общий вид лазерного учебного теодолита представлен на рис. 1.3.
2
3
4
1
5
6
Рис. 1.3. Учебный лазерный теодолит «Лимка»
Технические данные:
–диаметр луча на выходе из зрачка – 0,5 мм;
–дальность действия луча при визуальном наведении – более
100 см;
–поворот лазерной трубы в горизонтальной плоскости 360 . Физические характеристики теодолита:
–режим работы – непрерывно в течение двух часов (от элемента питания CRS);
–расхождение луча при максимальном удалении около 1,5 мм;
–диаметр лимба теодолита – 95 мм;
–масса теодолита укомплектованного – 277 г;
–высота 118 мм, диаметр магнитного основания – 31 мм.
Во время работы лазерный теодолит (см. рис. 1.3) устанавливают магнитным основанием 1 на постоянно закрепленную металлическую основу. Визирная труба 2 расположена на колонках
7
и свободно вращается в вертикальной плоскости, фиксируется в необходимом направлении закрепительным винтом 3. Включение теодолита во время работы и отключение производят вращением винта «Вкл/Выкл» 4. Отсчеты выполняют по лимбу 6 по отсчетным штрих-указателям 5. Деления лимба подписаны через один градус. Для хранения прибора отводится специальное место на металлической пластине.
1.3. Вычисление координат вершин замкнутого теодолитного хода
Решение геодезических задач связано с выполнением измерений на макете, обработкой результатов и требований к точности их выполнения.
1.3.1. Исходные данные
Для получения координат X и Y характерных точек макета прокладывают замкнутый теодолитный ход от твердой точки по одному из заданных вариантов. Студентами выбираются данные полевых измерений на модели по замкнутому теодолитному ходу, представляющие средние значения:
–правых по ходу горизонтальных углов, измеренных одним приемом с точностью 0,5 ;
–длины сторон между вершинами углов.
1.3.2.Обработка материалов измерений
взамкнутом теодолитном ходе
Перед уравниванием теодолитного хода необходимо привести измеренные линии к горизонту.
Координаты вершин замкнутого теодолитного хода (рис. 1.4) вычисляются в специальной ведомости в следующем порядке:
а) выписывают измеренные правые по ходу горизонтальные углы в теодолитном ходе (гр. 2 табл. 1.1) из журнала (прил. А) и уравнивают их, определяя невязки f и f доп;
б) по исправленным горизонтальным углам и исходному дирекционному вычисляют дирекционные углы сторон хода (гр. 4,
табл. 1.1);
в) вычисляют приращения координат, подсчитывают абсолютные невязки fx и fy хода, находят относительную линейную невязку (гр. 6, 7 табл. 1.1);
8
|
г) распределяют невязки, вводя по- |
||
|
правки с обратным знаком в прираще- |
||
|
ния координат, и вычисляют исправ- |
||
|
ленные приращения (гр. |
8, 9, 10, 11 |
|
|
табл. 1.1); |
|
|
|
д) вычисляют координаты точек |
||
|
теодолитного хода последовательным |
||
|
алгебраическим сложением (гр. 12, 13 |
||
|
табл. 1.1). |
|
|
|
1.3.3. Уравнение |
||
|
горизонтальных углов хода |
||
|
В столбец 1 ведомости (см. табл. 1.1) |
||
|
выписывают номера вершин хода, |
||
|
начиная с твердой точки |
т. 9, затем |
|
|
т. 88, т. 34, т. 33 и т.д., заканчивают на |
||
Рис. 1.4. Схема |
твердой точке т. 9. В столбцы 2 и 5 за- |
||
писывают значения измеренных углов |
|||
теодолитного хода |
|||
на макете местности |
и горизонтальных проложений длин |
||
сторон соответственно.
Контролем измерения и вычисления горизонтальных углов
является невязка f , которую определяют по формуле |
|
f = изм – теор, |
(1.1) |
где изм – сумма измеренных горизонтальных углов; |
теор – |
теоретическая сумма углов. |
|
Теоретическую сумму углов замкнутого теодолитного хода |
|
вычисляют по формуле |
|
теор = 180 (n – 2), |
(1.2) |
где n – число измеренных углов в замкнутом теодолитном ходе. Пример. Сумма измеренных углов в ходе изм равна 538,0 .
Сумма теоретических углов теор = 180 3 = 540,0 . Тогда угловая невязка
f = 538,0 – 540,0 = –2 .
9
Для оценки качества измеренных углов определяют допу-
стимую невязку:
f доп = 1 |
n |
, |
(1.3) |
где n – число измеренных углов в ходе.
Так как f < f доп, то измерения и вычисления углов выполнены правильно.
Полученную невязку f распределяют поровну во все углы введением поправок с обратным знаком, S = –f /n.
Значение поправок записывают в столбец 2 ведомости (см. табл. 1.1) над значениями измеренных углов с обратным знаком получения невязки.
Правильность распределения поправок контролируют по формуле
= –f . |
(1.4) |
Вычисляют исправленные значения горизонтальных угловиспр и записывают в столбец 3 ведомости. испр = изм .
1.3.4. Вычисление дирекционных углов
Исходный дирекционный угол стороны т. 9 – т. 88, заданный преподавателем, выписывают в столбец 4 против соответствующего направления. Дирекционный угол Т – это горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или параллельной ему линии по ходу часовой стрелки до заданного направления.
По дирекционному углу начальной стороны теодолитного хода т. 9 – т. 88 и исправленным горизонтальным углам вычисляют дирекционные углы последующих сторон (т. 88–34, 34–33, 33–5, 5–9, 9–88) по правилу: дирекционный угол последующей стороны равен дирекционному углу предыдущей стороны +180° и минус исправленный правый по ходу горизонтальный угол, заключенный между этими сторонами.
Tn–1 = Tn + 180° – βi. |
(1.5) |
Если при вычислении уменьшаемое меньше вычитаемого, то к уменьшаемому прибавляют период 360°.
Все угловые величины (исправленные горизонтальные углы, начальный и конечный дирекционные углы) выражают в долях градуса с точностью до 0,01°.
10