Колмогоров В.Г. Основы геодезии и картографии
Подождите немного. Документ загружается.
МИНИСТЕРСТВО О Б РАЗ О ВАНИЯ РО ССИЙ СКО Й ФЕДЕРАЦ ИИ
НО ВО СИБ ИРСКИЙ ГО СУ ДАРСТВЕННЫ Й У НИВЕРСИТЕТ
геолого-геоф изический ф акультет
В. Г. КО Л МО ГО РО В
ОСНОВЫ Г Е ОД Е З ИИ И Т ОП ОГ Р А Ф ИИ
У чебное пособие
НО ВО СИБ ИРСК
2004
2
Б Б К Д 12 я 73-1
У ДК 528.4
К 608
Колмогоров В.Г. О сновы геодезии и топограф ии: У чеб. пособие /
Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2004. 151 с.
Настоящ ее учебное пособие состоит из предисловия и пяти
разделов.
В первом разделе ф ормулируются предмет и задачи геодезии,
даются общ ие сведения о ф орме и размерах З емли, об элементах
измерений на земной поверхности и определении полож ения точек
земной поверхности.
Ч етыре следующ их раздела содерж ат в себе основные понятия о
плане, карте, проф иле, картограф ических проекц иях и номенклатуре
топограф ических карт, кратко описываются методы работы с
картой; излагаются основы теории ошибок, освещ аются общ ие
сведения о топограф ических съ емках (методах создания съ емочного
обоснования пролож ением теодолитных и нивелирных ходов,
знакомство с геодезическими инструментами технической точности,
способами измерения геодезических элементов и вычислительной
обработки результатов измерений) и дистанц ионных методах
изучения земной поверхности (аэроф отограмметрической и
космической съ емками).
У чебное пособие «О сновы геодезии и топограф ии» мож ет быть
рекомендовано студентам вузов, для которых предмет «геодезия»
является общ еобразовательным (экономика и управление
производством, геология и геоф изика, геоэкология, географ ия и др.).
Рец ензенты:
проф ессор каф едры геоф изики ГГФ НГУ А. В. Л адынин,
доц ент каф . геодезии СГГА Н. М. П ешков
© Новосибирский государственный
университет, 2004
3
ОГ Л А ВЛ Е НИЕ
П Р Е Д ИСЛ ОВИЕ 6
1. ОБЩ ИЕ СВЕ Д Е НИЯ О Г Е ОД Е З ИИ 8
1.1. П редмет и задачи геодезии 8
1.2. П онятие о ф орме и размерах З емли 11
1.3. Э лементы измерений на земной поверхости 14
1.4. О пределение точек земной поверхности 16
2. П Л А Н И К А Р Т А 19
2.1. Изображ ение земной поверхности на плоскости 19
2.2. П онятие о плане, проф иле, карте 21
2.3. Масштабы 22
2.4. П онятие о картограф ических проекц иях 25
2.4.1. Конф ормная проекц ия Гаусса 26
2.5. Номенклатура карт 30
2.6. Изображ ение рельеф а на планах и картах 34
2.7. О риентирование линий на местности 38
2.8. Сближ ение меридианов. П ереход от азимута
к дирекц ионному углу 41
2.9. О пределение площ адей 43
2.9.1. Геометрический способ 43
2.9.2. Аналитический способ 45
2.9.3. Механический способ 46
2.9.4. Редуц ирование площ адей 53
3. ОСНОВЫ Т Е ОР ИИ ОШ ИБОК ИЗ МЕ Р Е НИЙ 55
3.1. Измерения величин 55
3.2. О шибки измерений и их виды 56
3.3. Ариф метическая средина и ее свойства 59
3.4. Средняя квадратическая ошибка 60
3.5. Средние квадратические ошибки ф ункц ий измеренных
величин 61
3.6. Средняя квадратическая ошибка ариф метической средины 65
3.7. Вероятнейшие поправки и их свойства 66
4
3.8. Выраж ение средней квадратической ошибки через
вероятнейшие поправки 66
3.9. О пределение средней квадратической ошибки одного
измерения по разностям двойных равноточных измерений 68
3.10. О ц енка точости неравноточных измерений 70
3.11. П римеры практического использования теории ошибок 74
3..11.1. Точность полож ения контурных точек на планах
(картах) 74
3.11.2. Точность изображ ения линий на плане 74
3.11.3. Точность направлений и углов, изображ енных на плане
(карте) 76
3.11.4. Точность площ адей контуров, изображ енных на плане
(карте) 77
3.11.5. Точность вычисления площ ади аналитическим способом 79
3.11.6. О ц енка точности угловых измерений 80
4. Т ОП ОГ Р А Ф ИЧ Е СК ИЕ СЪ Е МК И 82
4.1. О бщ ие сведения о топограф ических съ емках 82
4.2. Сущ ность теодолитной съ емки 85
4.2.1. О бозначение точек на местности 86
4.2.2. Измерение длин сторон теодолитного хода мерной лентой 87
4.2.3. Конструктивные элементы технических теодолитов 91
4.2.4. П оверки теодолита 101
4.2.5. Измерение горизонтальных и вертикальных углов 105
4.2.6. Математическая обработка теодолитного хода 108
4.3. Измерение превышений 114
4.3.1. Геометрическое нивелирование 115
4.3.2. Тригонометрическое нивелирование 123
4.3.3. П онятие о барометрическом нивелировании 124
4.3.4. П онятие о гидростатическом нивелировании 125
4.4. Тахеометрическая съ емка 126
4.5. Составление плана участка местности 129
4.6. Мензульная съ емка 131
5. Д ИСТ А НЦ ИОННЫЕ МЕ Т ОД Ы ИЗ У Ч Е НИЯ З Е МНОЙ
П ОВЕ Р Х НОСТ И 135
5.1. Аэроф отосъ емка 135
5.1.1. Аэроф отоснимок 137
5
5.1.2. Аэроф ототопограф ическая съ емка 139
5.2. Космическая съ емка 140
5.2.1. П редмет и задачи спутниковой геодезии 141
5.2.2. Техника и методы наблюдений исксственных спутников 142
5.2.3. Идея решения геометрических задач спутниковой
геодезии 143
5.2.4. П остроение новой геодезической основы 145
П Р ИЛ ОЖ Е НИЕ 147
БИБЛ ИОГ Р А Ф ИЧ Е СК ИЙ СП ИСОК 151
6
П Р Е Д ИСЛ ОВИЕ
У чебное пособие «О сновы геодезии и торограф ии» составлено
на основе курса лекц ий «О сновы геодезии и топограф ии»,
прочитанных студентам геолого-геоф изического ф акультета
Новосибирского государственного университета.
Ц ели и задачи учебного пособия следующ ие:
а) студенты изучают основные понятия, термины и определения
геодезии, ф игуру З емли, системы координат, карты и планы,
утройство геодезических приборов, производство геодезических
измерений и их обработку, способы создания съ емочого
обоснования и технологию наземных съ емок;
б) после изучения учебного пособия студенты долж ны знать
топограф ическую карту и уметь решать по ней технические задачи,
уметь выполнять поверки, исследования и юстировку гнодезических
приборов, знать теорию и методы математической обработки
результатов геодезических измерений с оц енкой их точности, знать
основные методы топограф ических съ емок и уметь выполнять их на
местности и вычерчивать план местности.
Настоящ ее пособие состоит из пяти разделов.
В первом разделе «О бщ ие сведения о геодезии» ф ормулируются
предмет и задачи геодезии, даются общ ие сведения о ф орме и
размерах З емли, об элементах измерений на земной поверхности и
определении полож ения точек земной поверхности.
Второй раздел «П лан и карта» содерж ит в себе основные
понятия о плане, карте, проф иле, картограф ических проекц иях и
номенклатуре топограф ических карт. З десь ж е кратко описываются
методы работы с картой: измерение линий, направлений, углов
меж ду направлениями, площ адей, измерение высот точек земной
поверхности, определение крутизны склонов.
В третьем разделе «О сновы теории ошибок измерений» даются
понятия об измерениях величин и видах их ошибок, о свойствах
ариф метической средины и вероятнейших поправок, оц енке
точности ряда равноточных измерений одной величины и по
разностям двойных измерений ряда однородных величин.
В четвертом разделе «Топограф ические съ емки» освещ ены
общ ие сведения о топограф ических съ емках и методах создания
7
съ емочного обоснования пролож ением теодолитных и нивелирных
ходов, знакомство с теодолитом и нивелиром, способами измерения
расстояний, углов (горизонтальных и вертикальных) и превышений,
математическая обработка результатов измерений, выполнение
тахеометрической съ емки и составление плана местности.
П оследний раздел «Дистанц ионные методы изучения земной
поверхости» в общ их чертах знакомит читателя с методами
аэроф отограмметрической и космической съ емок.
У читывая деф иц ит в учебниках по геодезии, учебное пособие
«О сновы геодезии и топограф ии» мож ет быть рекомендовано
студентам спец иальностей, для которых предмет «геодезия»
является общ еобразовательной дисц иплиной (геоф изики, геологи,
географ ы, экологи и др.).
Автор считает своим долгом отметить ц енные замечания и
предлож ения рец ензентов и выраж ает им искреннюю благодарность.
В. Г. Колмогоров
8
1. ОБЩ ИЕ СВЕ Д Е НИЯ О Г Е ОД Е З ИИ
1.1. П р е д м е т и з а д а ч и г е од е з ии
Геодезия – это наука об измерениях на земной поверхности. Э ти
измерения дают возмож ность определить ф орму и размеры З емли, а
такж е изобразить отдельные ее участки на бумаге в виде
топограф ических карт и планов.
Как наука геодезия возникла в глубокой древности и развивалась
с ростом потребности человека в хозяйстве: деление земельных
участков, строительство оросительных каналов, дорог, мостов,
тоннелей, изучение водного реж има крупных бассейнов, природных
богатств и т.д.
Для проведения каких-либо работ на местности в первую
очередь необходимо изучить ее поверхность, для чего производятся
на этой поверхности измерения, их математическая обработка и
составление планов, карт, проф илей, которые являются конечной
продукц ией геодезического производства. Таким образом, основной
задачей геодезии является изучение следующ их методов:
− измерение линий и углов на поверхности, над поверхностью
(аэроф отосъ емка, космическая съ емка), под поверхностью (в
шахтах, тоннелях, подземных галлереях и т.п.); математическая
обработка и анализ этих измерений;
− граф ическое построение и оф ормление карт, планов, проф илей.
Карты, планы, проф или необходимы для решения различных
задач в народном хозяйстве: в землеустройстве, строительстве
ж илых и промышленных объ ектов, при изыскании и строительстве
дорог, водохранилищ и хранилищ природных полезных ископаемых
и пр. Горное дело требует наличия точных топограф ических планов,
чтобы вести подземные работы по заранее намеченному плану.
Б ольшое значение геодезия имеет в обороне страны для решения
артиллерийских, военно-инж енерных других задач. Говорят, что
“карта – глаза армии”.
Вследствие многочисленных задач, которые призвана решать
геодезия, в настоящ ее время она делится на несколько научных
дисц иплин, каж дая из которых занимается решением сравнительно
небольшого числа вопросов. Так, разработка методов определения
9
размеров и ф игуры З емли, изучение горизонтальных и вертикальных
движ ений земной коры составляют проедмет высшей г ео д ез ии.
Изучением методов изображ ения сравнительно небольших участков
земной поверхности на плоскости занимается г ео д ез ия или
т о п о г р аф ия . Разработка теории и способов изображ ения на
плоскости значительных участков З емли или всей планеты в ц елом
является основной ц елью к ар т о г р аф ии. Ф о т о т о п о г р аф ия и
аэ р о ф о т о т о п о г р аф ия занимаются разработкой методов создания
планов и карт по ф отоснимкам и аэроф отоснимкам местности.
Техническая дисц иплина, имеющ ая своей задачей определение вида
и размеров какого-либо объ екта путем изучения и измерения не
самого объ екта, а его ф отограф ического изображ ения называется
ф о т о г р аммет р ией (измерительной ф отограф ией). Наибольшее
применение ф отограмметрия получила в топограф ии, где объ ектом
изучения и измерения является местность. П р ик л ад н ая
(ин ж ен ер н ая ) г ео д ез ия занимается изучением методов
геодезических работ, выполняемых при изысканиях, строительстве и
эксплуатац ии инж енерных сооруж ений, включая наблюдения за
осадками и деф ормац иями последних.
Содерж ание геодезии за последние годы значительно
расширилось в связи с запуском искусственных спутников З емли
(ИСЗ ) и космических ракет. П оявился новый раздел геодезии -
к о смич еск ая и сп у т н ик о вая г ео д ез ия , в котором изучаются вопросы
использования наблюдений космических объ ектов, искусственных и
естественных спутников З емли для решения научных и научно-
технических задач геодезии. Весьма важ ны результаты, полученные
методами космической геодезии для решения задач геоф изики и,
преж де всего, задач геодинамики. П овышение точности измерений в
космической геодезии и совершенствование методов их
математической обработки позволяют получить количественные
данные об эволюц ии ф игуры и гравитац ионного поля З емли во
времени. Э то позволяет установить характер и особенности
движ ения материков, закономерности протекания тектонических
проц ессов, получить данные для прогноза, поиска полезных
ископаемых и эф ф ективного предсказания сейсмических проц ессов,
в том числе сильных землетрясений.
Актуальной проблемой при выполнении космических и
аэроф отограмметрических съ емок является автоматизированное
10
получение точной навигац ионно-геодезической инф ормац ии для
пролож ения равномерной сети съ емочных маршрутов и привязка
точек маршрутов в моменты измерения параметров геоф изических
полей.
Из-за многообразия геоф изических методов разведки полезных
ископаемых вследствие большого диапазона требований,
предъ являемых к точности определения координат и высот пунктов
съ емочной сети, при создании последних используется большое
количество геодезических средств, способов, приемов. О собенно
велики объ емы геодезических работ при наземных геолого-
геоф изических съ емках. О бщ ая протяж енность высотно-
теодолитных ходов, прокладываемых еж егодно (до 1991 года)
организац иями Мингео СССР, составляла более 1 миллиона км, при
этом одних только просек прорубалось более 200 тысяч
километров.
П отребность народного хозяйства в топограф о-геодезических и
картограф ических материалах долж на определяться на основе
анализа топограф о-геодезической обеспеченности территории,
постановлений правительства, заявок министерств и ведомств, а
такж е исходя из научных и важ нейших народнохозяйственных
задач. П роведение топограф о-геодезических и картограф ических
работ необходимо в первую очередь на территории З ападной и
Восточной Сибири, П рикаспийской низменности, Европейского
Севера и Дальнего Востока с ц елью обеспечения их данными для
проведения разведки неф ти, газа, угля, а такж е работ по созданию
топливно-энергетических комплексов.
Как инж енерная наука геодезия тесно связана с математикой,
астрономией, ф изикой, геоф изикой и геологией, географ ией,
геоморф ологией, почвоведением, землеустроительным и дорож ным
проектированием, горным делом и др.. В чем заключается эта связь,
видно из следующ их приведенных ниж е примеров.
1. О пределение полож ения точек земной поверхности из
наблюдений небесных светил (астрономических измерений).
2. П роектирование и подсчет объ ема земляных работ при
строительстве инж енерных сооруж ений (на топопланах и проф илях)
3. Составление спец иальных (тематических) карт −
геологических, тектонических, геоф изических, метеорологических
и синоптических, учебных и др.