Файл: Лекции по инженерной геодезии для заочной форм обучения направлений 270100 Строительство, 270200 Транспортное строительство.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 53
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Кафедра геоинженерии и кадастра
ЛЕКЦИИ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДЕЗИИ
для заочной форм обучения направлений:
270100 – «Строительство», 270200 – «Транспортное строительство».
Специальностей: 270102 – «Промышленное и гражданское строительство»; 270106 – «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»; 270109 – «Теплогазоснабжение и вентиляция»; 270112 – «Водоснабжение и водоотведение»; 270105 – «Городское строительство и хозяйство».
ТУЛА 2011
Лекция 1
Предмет и задачи геодезии, методы геодезических исследований
Инженерная геодезия в строительстве
Геодезия (греч. gedaisa, от ge – Земля и daio – делю, разделяю), наука об определении положения объектов на земной поверхности, о размерах, форме и гравитационном поле Земли и других планет. Это отрасль прикладной математики, тесно связанная с геометрией, математическим анализом, классической теорией потенциала, математической статистикой и вычислительной математикой. В то же время это наука об измерениях, разрабатывающая способы определения расстояний, углов и силы тяжести с помощью различных приборов.
На протяжении веков задачи геодезии усложнялись и теперь геодезию определяют как науку, изучающую фигуру и гравитационное поле Земли и их эволюцию во времени. Геодезия разрабатывает способы определения положения точек в различных системах координат. Она занимается точными измерениями на местности для создания карт и планов и решения многообразных инженерных задач.
Основная задача геодезии – создание системы координат и построение опорных геодезических сетей, позволяющих определить положение точек на земной поверхности. В этом существенную роль играют измерения характеристик гравитационного поля Земли, связывающие геодезию с геофизикой, использующей гравиметрические данные для изучения строения земных недр и геодинамики.
Усложнение и развитие геодезии привело к разделению ее на несколько научных дисциплин.
Высшая геодезия изучает фигуру Земли, ее размеры и гравитацонное поле, обеспечивает распространение принятых систем координат в пределах государства, континента или всей поверхности Земли, занимается исследованием древних и современных движений земной коры, а также изучает фигуру, размеры и гравитационное поле других планет Солнечной системы.
Топография изучает методы топографической съемки местности с целью изображения ее на планах и картах.
Картография изучает методы и процессы создания и использования карт, планов, атласов и другой картографической продукции.
Фотограмметрия (фототопография и аэрофототопография) изучает методы создания карт и планов по фото- и аэрофотоснимкам.
Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает методы проведения геодезических работ в подземных горных выработках.
Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений.
Четко обозначенных границ между перечисленными дисциплинами нет. Так, топография включает в себя элементы высшей геодезии и картографии, инженерная геодезия использует разделы практически всех остальных геодезических дисциплин и т.д.
В последние годы строительство так называемых уникальных инженерных сооружений потребовало от геодезии резкого повышения точности измерений. Так, при монтаже оборудования мощных ускорителей приходится учитывать десятые и даже сотые доли миллиметра. По результатам геодезических измерений изучают деформации и осадки действующего промышленного оборудования, обнаруживают движение земной коры в сейсмоактивных зонах, наблюдают за уровнями воды в реках, морях и океанах и уровнем грунтовых вод.
Краткая история развития геодезии и современные технологии
Самостоятельное изучение.
Литература: Лекции по инженерной геодезии (с фрагментами методического комплекса). Учебное пособие/ В.П. Абрамов; под редакцией О.С. Разумова. – Тула, 2005. С 8–9.
Современное представление о фигуре Земли
Земли принято считать замкнутую поверхность, образованную средним уровнем океанов и морей, мысленно продолженную под материками. Такая фигура, по предложению немецкого ученого Листинга (XIX в), была названа геоидом. Поверхность геоида в каждой своей точке перпендикулярна к отвесной линии (вектору силы тяжести), то есть она всюду горизонтальна. Эта поверхность называется уровенной, и ей соответствует некоторое постоянное значение потенциала силы тяжести. Фигу
рой геоида вследствие неравномерного распределения масс в теле Земли имеет сложную неправильную форму и ее трудно описать замкнутыми математическими выражениями. Горизонтальных поверхностей, перпендикулярных направлению силы тяжести, можно провести на разных уровнях множество. А так как средний уровень океана нигде не зафиксирован, то геоидом также называют уровенную поверхность поля силы тяжести, проходящую через точку начала отсчета высот. В России такой точкой служит нуль Кронштадтского футштока.
По внешнему виду геоид близок к фигуре эллипсоида вращения (сфероиду) и для решения геодезических задач и создания системы геодезических координат подбирают такие параметры эллипсоида, и так располагаю его в теле Земли, чтобы его поверхность была наиболее близка к поверхности геоида. Такой эллипсоид называют общеземным. А эллипсоид вращения определенных размеров, некоторым образом ориентированный в теле Земли так, чтобы отступление его от поверхности геоида были минимальными в пределах данной страны (или группы стран), называют референц-эллипсоидом (рекомендованным эллипсоидом).
Для территории России (СССР) с 1946 г. используется референц-эллипсоид Ф. Н. Красовского (рис. 1.), параметры которого определяются большой полуосью а = 6378245 м., малой полуосью b = 6356253 м. и полярным сжатием α = (а – b)/а = 1/298,3. Параметры нашего референц-эллипсоида близки к параметрам международного общеземного эллипсоида, для которого а = 6378136 м и α =1/298,26.
Рис. 1. Фигура Земли (а) и влияние кривизны на измеренные расстояния и превышения (б)
Уменьшеннoe и подобное изображение небольших участков местности на плоскости называют планом местности. Масштаб плана во всех точках одинаков.
При изображении больших участков местности на плоскости нельзя обойтись без искажении длин линий и углов, так как шар без разрывов не развёртывается на плоскость. Поэтому уменьшенное, обобщенное и построенное по определенным математическим законам (законам картографических проекций) изображение значительных участков земной поверхности на плоскости называется картой. Масштаб карты в разных точках различен; он сохраняется только по некоторым главным направлениям (обычно вдоль отдельных меридианов и параллелей) и этот масштаб называется главным. На карту наносят сетку геодезических координат – линий меридианов и параллелей.
Меридианом называют воображаемую линию на Земле, образованную секущей плоскостью, проходящей через ось вращения Земли. Начальным меридианом принято считать меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию в Англии.
Параллель - воображаемая линия, образованная на поверхности Земли секущей плоскостью, перпендикулярной оси вращения Земли. Параллель, проходящая через центр Земли, называется экватором.
По своему назначению карты бывают трёх видов - общегеографические, топографические и тематические.
Общегеографические карты обычно составляются в мелких масштабах.
Общегеографические карты масштаба 1:1000000 и крупнее называют топографическими. В содержание этих карт входит рельеф, гидрография, населенные пункты, пути сообщения, объекты промышленности, сельского хозяйства и культуры. На карты наносят также границы административного деления. Топографические карты служат основой для архитектурно-планировочных работ, а тематические используются для планирования рационального размещения застройки, систем транспорта, озеленения и других работ.
Тематические карты отличаются специальной направленностью своего содержания. Карты природных условий бывают геологические, почвенные, гидрогеологические, климатические с показом ветрового режима, влажности, загазованности воздуха и загрязнения почвы.
Системы координат применяемые в геодезии
Для определения положения точек в масштабе всей Земли в геодезии используют три системы координат – астрономическую, геодезическую и геоцентрическую пространственную прямоугольную систему.
Астрономические координаты - это угловые величины и определяющие положение точек земной поверхности относительно земного экватора и начального меридиана.
Рис. 2
Астрономическая широта- φ - это угол, составляемый направлением отвесной линии в данной точке с плоскостью земного экватора. Широты отсчитываются к северу и югу от экватора и соответственно называются северными и южными.
Астрономическая долгота λ - это двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана данной точки. Долготы отсчитываются на восток и на запад от начального меридиана и называются восточными и западными. Астрономические координаты могут, определятся из астрономических наблюдений.
Координаты геодезические определяют положение точек земное поверхности на референц-эллипсоиде.
Геодезическая широта В - угол, составленный направлением нормали к референц-эллипсоиду в данной точке с плоскостью геодезического экватора.
Геодезическая долгота L - двугранный угол между плоскостью геодезического меридиана данной точки и плоскостью начального меридиана.
Геодезические координаты вычисляются по результатам наземных геодезических измерений, спроектированных на поверхность референц-эллипсоида.
При составлении планов и карт местности обычно используется левая система плоских прямоугольных координат (рис. 3).
Рис.3
В этой системе вертикальная линия, ориентируемая на север, является осью абсцисс, а горизонтальная направлением на восток - осью ординат. Нумерация четвертой здесь идёт по ходу часовой стрелки; знаки функций те же, что я в левой системе плоских прямоугольных координат. Если ось абсцисс совмещается с более выгодным направлением, то такая система координат называется условной.
Системы высот. Для определения высот точек Земли относительно некоторой отсчетной уровенной поверхности используется несколько систем высот.
Высотой (отметкой, альтитудой) точки называют расстояние, измеренное по отвесной линии от отсчетной уровенной поверхности до данной точки. Абсолютная (ортометрическая) высота H отсчитывается от поверхности геоида, относительная (условная) H – от произвольной уровенной поверхности, геодезическая – от поверхности референц-эллипсоида (рис.4).
В России за начало отсчета высот принят средний уровень Балтийского моря в районе Кронштадского футштока, и наша система высот называется Балтийской (нормальной). В ней отсчетной поверхностью служит квазигеоид – фигура, близкая к поверхности геоида. Балтийская система в пределах одного метра отличается от Адриатической системы (Австрия) и Северной (Германия). Сам уровень Балтийского моря выше уровня Черного моря на 0,7 м и, что самое любопытное, близкие друг к другу уровни Тихого и Атлантического океанов в районе Панамского канала отличаются по высоте на 0,6 м. Все это следует иметь в виду при использовании картографических материалов разных стран.
Рис.4. Системы высот