Проектирование планово-высотной геодезической сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования науки молодежи и спорта Украины

Донецкий национальный технический университет

Кафедра геоинформатики и геодезии

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

проектирование планово-высотной геодезической сети

Исполнитель

студ. гр. Иг -11 Шергин Д. И.

Научный руководитель

доц. Серых А. П.

Донецк 2013 г.



Реферат

Цель работы - разработка проекта планово-высотной сети, для проектирования автодороги, а так же для осушения болот.

Изучены физико-географические характеристики района работ, предложение рынка оборудования, требования к выполнению геодезической съемки.

Запроектирована сеть полигонометрии 4 класса, а так же сети сгущения первого разряда. Выполнен предварительный предрасчет точности запроектированной сети.

Для передачи высотных отметок запроектирована сеть нивелирования IV класса. Произведен расчет погрешности отметки в наиболее слабом месте нивелирной сети.

Основные показатели запроектированных ходов соответствуют требованиям к полигонометрии IV класса и 1 разряда, нивелирования IV класса.



ВВЕДЕНИЕ

Для проведения топографической съемки той или другой территории необходимо построить на ней сеть геодезических пунктов с известными координатами и высотами. Такие пункты называются опорными. Совокупность опорных пунктов, равномерно размещённых по территории страны с определенными координатами и высотами, составляет государственную геодезическую сеть.

Однако, сетей I, II и III класса недостаточно для решения локальных инженерных, и других задач. Поэтому сегодня, в условиях все более развивающихся земельных отношений, проектирование планово-высотных сетей 4 класса, 1 и 2 разрядов с целью сгущения геодезических сетей до точности, которая обеспечивает развитие съёмочного обоснования крупномасштабных съемок, приобретает особую актуальность.

Данная работа предусматривает проектирование планово-высотной геодезической сети для выполнения топографической съёмки на топографическом плане масштаба 1:25000. Выполняя работу, необходимо создать сеть полигонометрии IV-го класса, и нивелирную сеть IV класса. Исходными данными в работе служат три пункта триангуляции III класса с известными координатами и отметками и 2 репера. Необходимо также выполнить предрасчет точности запроектированной сети полигонометрии IV-го класса в программе MG сети. На основании требований к точности полигонометрической сети IV класса, нужно осуществить выбор приборов для выполнения полевых работ.

При проектировании сети сгущения необходимо помнить, что в дальнейшем по этому проекту будут производиться полевые работы. Поэтому, он должен быть составлен таким образом, чтобы на выполнение полевых работ было затрачено как можно меньше времени, трудовых и материальных ресурсов.



1. Объект проектирования

1.1. Назначение проектируемых работ

В соответствии с техническим заданием основной задачей курсового проекта является разработка по карте масштаба 1:25000 проекта сети полигометрии и нивелирования для производства топографической съёмки, расчет видимости между пунктами и высоты знаков, а также предрасчет точности геодезической сети и расчет стоимости запроектированных работ. Планово-высотная сеть разрабатывается для строительства автомобильной дороги и осушения болот.

Геодезические сети составляют исходную плановую и высотную основу; они разделяются на плановые и высотные сети.

Плановыми геодезическими сетями называют аналитические линейно-угловые построения на земной поверхности или в околоземном пространстве, надёжно закреплённых на местности. Пункты таких построений имеют координаты, вычисленные в единой системе координат

Высотные геодезические сети создаются методами нивелирования.

Геодезические сети необходимы для обеспечения основой топографических съёмок всех масштабов, а также для решения народнохозяйственных, научных, инженерно-технических и оборонных задач.

Автомобильная дорога -- объект транспортной инфраструктуры, включающий в себя комплекс функционально связанных конструктивных элементов и искусственных инженерных сооружений, специально предназначенных для обеспечения безопасного движения автомобильных и других транспортных средств с расчётными скоростями, нагрузками и габаритами, с заданной интенсивностью движения в течение длительного времени, а также участки земель, предоставленные для размещения этого комплекса и пространство в пределах установленного габарита.

Болота и торфяные болотные почвы играют важную роль в биосфере и в хозяйстве Украины.

Их сплошное осушение без учёта регионально-ландшафтных особенностей часто приводит к негативным экологическим последствиям. Поэтому при осушении болот необходимо регулировать водный режим. В истоках рек и на водоразделах обязательно следует оставить часть болот в естественном состоянии.

1 .2. Физико-географическая характеристика района работ

Участок местности, на котором требуется создать сеть сгущения, представлен на карте масштаба 1:25000 Латен, номенклатура которой У-32-63-А-г (Приложение А).

Крупнейшим населённым пунктом на территории является город Латен. В юго-западной части участка расположен Броменскиц лес, в северо-западной части расположен Рунерский лес так же имеются мелкие реки (Захо, Загаст, Фрёйден, Кунте). В западном углу описываемого участка протекает река Эйдер шириной 75 м. Направление ее течения с запада на восток, потом она поворачивает на юго-запад скорость течения 0,3 м/с. Местность равнинная. Перепад высот составляет 50 м. Район обеспечен линией электропередач и сетью автодорог, как шоссейных, так и обычных грунтовых.

Климат в данном районе умеренно-континентальный с преобладающим влиянием морских воздушных масс, переносимых циклонами с Атлантического океана. Перемещающиеся с запада на восток циклоны приносят зимой потепление, а летом -- прохладную дождливую погоду. Также характерно влияние сибирского антициклона, приносящего морозную безоблачную погоду в зимнее время. Средняя температура января ?8 °C, июля +17 °C, среднегодовая +5,3 °C. За год в среднем выпадает 659 мм осадков, две трети из них приходятся на апрель-май. Зима наступает обычно в середине ноября, причем для этой поры года характерна смена оттепелей и морозных периодов. Во все зимние месяцы обычна пасмурная погода. Весна наступает в конце марта, типичен периодический возврат холодов. Умеренно тёплое и влажное лето наступает в конце мая. Осенью характерна сырая, ветреная и пасмурная погода, в конце часты изморози.

Проанализировав физико-географические и климатические условия данной местности, можно сделать вывод о том, что на территории отсутствуют естественные физико-географические препятствия для проведения полевых работ. Климат территории умеренный, с относительно малым количеством осадков, отсутствием сильных ветров, невысокими летними температурами, что благоприятно влияет на проведение полевых работ.

1.3 Экономическая характеристика района работ

На описываемом участке расположены следующие населенные пункты: на северо-востоке - Загаст, насчитывающий 16 домов, в северо-западной части- Дрефаль, насчитывающий 29 домов, в северной части -Муггеркуль,в котором насчитывается 17 домов, южнее Загаста находится Хюльзебек в котором насчитывается 39 домов, западней находится Пампин, в котором насчитывается 36 домов. В центральной части находится Кропп, в котором насчитывается 33 дома, южнее Альхорн, в котором насчитывается 23 дома. В юго-восточной части находится Латен, в котором насчитывается 58 домов, южнее Бреш, в котором насчитывается 48 домов На площадь данного участка попадают сады этих населенных пунктов.

Из этих населенных пунктов выходят грунтовые и асфальтированные дороги, что очень удобно при выполнении полевых работ.

нивелирный сеть полевой геодезический



1.4. Топографо-геодезическая изученность района работ

На участке местности было выбрано три пункта трилатерации ІІІ класса:

- пункт (А), который находится на вершине горы, расположенной на северо-востоке участка, его отметка 67,3 м;

- пункт (В), который находится на горе, расположенной в южной части карты, его отметка 61,3м.;

- пункт (С), который расположен на горе, в западной части участка, его отметка 56,1 м

Географические координаты исходных пунктов трилатерации 3 класса представлены в табл.1.

Таблица 1

№ пункта	Название пункта	Х, м	Y, м
1	(А)	6011875	2385125
2	(В)	60006993	2382150
3	(С)	6012300	2378350



2. ЦЕЛЕВОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ПЛАНОВО-ВЫСОТНОЙ СЕТИ СГУЩЕНИЯ

2.1 Обоснование необходимости и способы построения планово-высотного обоснования

Одной из главных задач геодезии является определение с заданной точностью координат сравнительно небольшого числа специально закрепленных на земной поверхности точек геодезических пунктов.

Плановой геодезической сетью называют систему геодезических пунктов, положение которых определено в общей для них системе геодезических координат.

Геодезическую сеть создают так, чтобы ее стороны образовывали простые геометрические фигуры, удобные для определения всех их элементов, а по ним - координат вершин. Основные методы построения плановых геодезических сетей - это триангуляция, полигонометрия и трилатерация.

1. Триангуляция - построение геодезической сети в виде системы треугольников, в которых измерены углы и некоторые стороны, называемые базисными. В основе метода триангуляции лежит решение треугольника по стороне и двум углам - теорема синусов.

2. Полигонометрия - построение геодезической сети путем измерения расстояний и углов между пунктами хода. В полигонометрии система геодезических пунктов образует полигон-многоугольник, который может быть замкнутым или разомкнутым. Измеряемыми элементами являются стороны полигона и его углы или дирекционные углы.

3. Трилатерация - построение геодезической сети в виде системы треугольников, в которых измерены все их стороны. Метод трилатерации основан на возможности решения треугольника по трем его сторонам. Углы при этом определяются по теореме косинусов.

При построении плановой геодезической сети можно комбинировать все три метода.

Высотная (или нивелирная) сеть предназначена для задания с высокой точностью отметок пунктов земной поверхности, относительно которых в дальнейшем производятся высотные измерения. Она состоит из системы пересекающихся высотных ходов, пункты пересечения которых называются узловыми точками.

Пункты высотной сети служат для сохранения неизменным своего высотного положения относительно уровенной поверхности, т.е. своей абсолютной отметки.

Для долговременного и надежного закрепления на местности отметки используют репер - специальный геодезический знак, на который могут быть переданы плановые координаты и при помощи которого сохраняют высоты относительно уровня моря.

2.2 Основные требования к проектированию полигонометрических сетей IV класса (1 разряда).

Полигонометрические сети IV класса, 1 разряда создаются в виде отдельных ходов или систем ходов.

Отдельный ход полигонометрии должен опираться на 2 исходных пункта. Проложение замкнутых ходов, опирающихся обоими концами на один исходный пункт, и висячих ходов не допускается.

На все закрепленные точки полигонометрических ходов должны быть переданы отметки нивелированием IV класса или техническим нивелированием. В горной местности, при обеспечении съемок с сечением рельефа через 2 и 5 м допускается определение высот точек полигонометрических ходов тригонометрическим нивелированием .

Полигонометрическая сеть должна соответствовать требованиям, приведенным в таблице 2.1.

Таблица 2

Показатели	4 класс	1 разряд
Предельная длина хода в км:
Отдельного	14	7
между исходной и узловой точкой	9	5
между узловыми точками	7	4
Предельный периметр полигона в км	40	20
Длины сторон хода в км:
Наибольшая	3,00	0,80
Наименьшая	0,25	0,12
Оптимальная	0,5	0,30
Число сторон в ходе не более	15	15
Относительная ошибка хода не более	1:25000	1:10 000
Средняя квадратическая ошибка измерения угла (по невязкам в ходах и полигонах в секундах) не более	3	5
Показатели	4 класс	1 разряд
Угловая невязка хода или полигона, угловые секунды, не более где n - число углов в ходе	5	10

2.3. Основные требования к проектированию нивелирных сетей IV класса

Нивелирование IV класса выполняют в одном направлении способом «средней нити».

Нивелирование IV класса производят нивелирами с уровнем или компенсатором, удовлетворяющими требованиям.

При нивелировании IV класса применяют трехметровые рейки (цельные или складные). Для привязки к стенным маркам используют подвесную рейку с такими же делениями, как и на основных рейках.

Перед началом полевых работ нивелиры исследуют и поверяют.

В период полевых работ нивелиры поверяют, как и перед началом работ.

При нивелировании IV класса отсчеты по черным и красным сторонам реек делают по среднему штриху, а для определения расстояний от нивелира до реек используют отсчеты по верхнему дальномерному и среднему штрихам по черным сторонам реек.

Порядок наблюдений на станции следующий:

- отсчеты по черной стороне задней рейки;

- отсчеты по черной стороне передней рейки;

- отсчет по красной стороне передней рейки;

- отсчет по красной стороне задней рейки.

Нормальная длина луча визирования-100 м. Если работы выполняют нивелиром, у которого труба имеет увеличение не менее 30^х, то при отсутствии колебаний изображений разрешается увеличивать длину луча до 150 м. Расстояние от нивелира до реек можно измерять дальномером. Неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускают до 5 м, а их накопление по секции - до 10 м.

Высота луча визирования над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,2 м.

Во время наблюдений на станции нивелир с уровнем защищают от солнечных лучей зонтом.

Рейки устанавливают отвесно по уровню на костыли, башмаки, а на участках с рыхлым и заболоченным грунтом - на колья.

На заболоченных участках рекомендуется применять нивелиры с компенсатором.

При перерывах в работе наблюдения заканчивают и продолжают согласно, но расхождения между значениями превышений до и после перерыва допускают до 5 мм.

Наблюдения на станции выполняют в такой последовательности.

- Устанавливают нивелир в рабочее положение с помощью установочного или цилиндрического уровня.

- Наводят трубу на черную сторону задней рейки, приводят пузырек уровня подъемным или элевационным винтом точно на середину и делают отсчеты по дальномерным и среднему штрихам сетки зрительной трубы.

- Наводят трубу на черную сторону передней рейки и выполняют действия, указанные при наблюдении задней рейки.

- Наводят трубу на красную сторону передней рейки и делают отсчет по среднему штриху сетки.

- Наводят трубу на красную сторону задней рейки и делают отсчет по среднему штриху сетки.

При работе нивелиром с компенсатором отсчеты по рейке начинают сразу же после приведения нивелира в рабочее положение и наведения трубы на рейку. Перед отсчетом необходимо убедиться, что компенсатор находится в рабочем состоянии.

Результаты наблюдений на станциях записывают в журнал установленной формы или вводят в запоминающее устройство регистратора.

Расхождение, значений превышения на станции, определенных по черным и красным сторонам реек, допускают до 5 мм с учетом разности высот нулей пары реек. При большем расхождении наблюдения на станции повторяют, предварительно изменив положение нивелира по высоте не менее чем на 3 см.

По окончании нивелирования по линии между исходными реперами подсчитывают невязку,

которая не должна превышать 20 мм . В таких же пределах допускают невязки в замкнутых полигонах, образованных линиями нивелирования IV класса. По мере завершения нивелирования заполняют ведомость превышений установленной формы.



3. СОЗДАНИЕ ПЛАНОВОЙ СЕТИ СГУЩЕНИЯ

3.1 Проект полигонометрии IV класса и 1 разряда

Сеть полигонометрии IV класса и 1 разряда создаётся в виде отдельных ходов или систем ходов. Отдельный ход полигонометрии должен опираться на два исходных пункта. Прокладка висячих ходов не допускается. В случае отсутствия видимости с земли между исходными пунктами допускается проложение полигонометрического хода, который опирается на два исходных пункта без угловой привязки на одном из них. Координаты пунктов сети представлены в таблице 3.1

1№	Название пункта	Х	У
1	А	6082874.0493	2314152.2179
2	Б	6077949.9234	2311172.0791
3	В	6083264.7716	2307320.0331
Сеть полигонометрии IV класса
1	А"	6083875.5550	2314979.2140
2	2	6080837.0332	2312273.0299
3	3	6079633.4291	2311757.2000
4	Б"	6077123.5690	2310610.0550
5	16	6077675.3279	2309093.3605
6	17	6077729.2213	2307876.9258
7	18	6078981.5848	2306834.9991
8	19	6080349.4325	2307648.5224
9	4	6079171.4932	2310207.1433
10	5	6080516.2456	2309042.0358
11	6	6082048.3368	2307643.3900
12	В"	6083547.0670	2306693.8510
13	7	6084257.9378	2308977.8761
14	8	6085392.2489	2310440.6798
15	9	6085689.9422	2312555.3264
16	10	6085050.9299	2314431.3065
17	11	6081591.5314	2314541.6556
18	12	6080598.3655	2314762.3589
19	13	6079027.7781	2314677.6714
20	14	6077921.6944	2314328.6517
21	15	6077983.2853	2313024.9618
22	16	6081529.9389	2312460.3720

3.1.1 Характеристика и схемы запроектированных ходов полигонометрии IV класса

В данном проекте сеть полигонометрии IV класса проектировалась от пункта А который является пунктом триангуляции. Для опоры использовались 2 пункта Б и В триангуляции. Всего был запроектирован 1 ход полигонометрии IV класса. Количество пунктов полигонометрии 22.Самая большая сторона между пунктами А и p10,её длина составляет 2194 метра. Самая маленькая длина между пунктами А и 2,её длина составляет 717 метров. Длина хода составила 38805 метров. Максимальная с.к.о. измерения угла:2,63''.Максимальная относительная с.к.о.: 1:207645

Данный ход полностью соответствует требованиям специальной инструкции: «Інструкція з топографічного знімання у масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 та 1:500»[6]

Между всеми точками хода есть видимость. Это продемонстрировано в приложении В.

3.1.2 Координатная и угловая привязка к существующим пунктам полигонометрии IV класса

Для построения сети полигонометрии IV класса используются координаты трех пунктов более высокого класса точности. Схемы привязок представлены на рисунке 3.1, 3.2 и 3.3



А"

1 А

Рисунок 3.1 - Координатная привязка к пункту 1 и угловая привязка к стороне А-1

Б"

17

16

Рисунок 3.2 - Координатная привязка к пункту 16 и угловая привязка к стороне Б-16

В"

226 В

6

Рисунок 3.3 - Координатная привязка к пункту 6 и угловая привязка к стороне В-6



Для того чтобы вычислить координаты пунктов полигонометрии необходимо знать координаты исходных пунктов, а также исходный дирекционный угол [1,c.365].

После окончания полевых работ приступают к камеральной обработке результатов полевых измерений, целью которой является оценка качества и точности выполненных измерений, получение окончательных координат пунктов.

Для того чтобы передать дирекционный угол на начальную сторону полигонометрии любого класса. необходимо установить тахеометр в начальной точки хода и измерить примычные углы ц и ц' затем аналатически вычислить дирекционный угол.

Дирекционный угол последующей стороны находится по формуле:

(3.1)

где - дирекционный угол предыдущей стороны;

- исправленный левый измеренный горизонтальный угол.

Для вычисления координат последующих пунктов полигонометрии необходимо знать приращение координат они находятся по формулам:

(3.2)

(3.3)

где - горизонтальное проложение.

3.2.1 Характеристика и схемы запроектированных ходов полигонометрии 1 разряда

В данном проекте было спроектировано 1 ход полигонометрии 1 разряда. Данные ходы были запроектированы от сети полигонометрии IV класса , необходимость данного сгущения вызвана невозможностью снятия некоторых границ городской застройки непосредственно с пунктов полигонометрии IV класса.

При создании хода полигонометрии 1 разряда было запроектировано 65 пунктов. Самая большая сторона между пунктами 34 и 35,её длина составила 795 метров. Самая маленькая сторона между пунктами 44 и 15,её длина составила 207 метров .Длина хода составила 41250 метров. Максимальная с.к.о. измерения угла:3.17''. Максимальная относительная с.к.о.:1:31444

3.3 Расчет видимости в запроектированной сети

По запроектированным ходам, были построены профили видимости между пунктами сети. Видимость присутствует между всеми пунктами,

Для того чтобы построить профили видимости между пунктами необходимо определить отметки пунктов сети [1,c.105]. Отметки находились по формуле:

, (3.4)

где - отметка ближайшей горизонтали;

- проложение.

Проложение находится по формуле:

(3.5)

где - расстояние до ближайшей горизонтали;

-расстояние между соседними горизонталями.

Для построения профиля горизонтальный масштаб составил 1:25000 , а вертикальный 1:500.

Профили видимости между пунктами сети находятся в приложении В.

3.4 Предрасчет и анализ точности запроектированной схемы (программа МГ-Сети).

Для того чтобы выполнить предрасчёт точности на ЭВМ необходимо определить координаты всех пунктов сети.

Для этого в программе МГ-Сети [1,c.393] необходимо создать новый проект. Далее в пункте меню «Проект», в котором требуется из предложенного списка приборов выбрать геодезический прибор, соответствующий требованиям инструкции к проектируемым сетям. С помощью сети Internet, социальным опросам,оптимальным ценам,требованиям инструкции в данном проекте был выбран прибор Sokkia SET 2 Х с точностью измерения угла 2''. После этого необходимо задать соответствующие допуски, все они выбирались в соответствии с инструкцией[6,c.21]. После того как было выбрано оборудование и заданы допуски, в пункте меню «Опора» необходимо ввести названия всех своих пунктов с их координатами.

Далее в пункте меню «Измерения» вводим все точки стояния и визирования.

После выполнения всего вышеописанного, предварительно проверив правильность введения всех данных, необходимо выбрать в меню пункт «Предрасчет точности» и выполнить предрасчет точности запроектированных сетей.

В результате предрасчёта точности сети максимальная средняя квадратическая ошибка измерения угла составила 3,17 сек. Среднее значение средней квадратической ошибки составляет 2.16 сек. Для полигонометрии IV класса предельное значение ошибки составляет 3''. Для полигонометрии 1 разряда предельное значение ошибки составляет 5''.

Максимальная величина относительной ошибки составила 1:31444. Среднее значение относительной ошибки составило 1:115003. Для полигонометрии IV класса предельное значение ошибки составляет 1:25000. Для полигонометрии 1 разряда предельное значение ошибки составляет 1:10000.

Максимальная ошибка Мх составила 0.0211. Максимальная ошибка Мy составила 0.0179.Предельное значение ошибки для полигонометрии IV класса составляет 3.0 сек. Предельное значение ошибки для полигонометрии 1 разряда составляет 5.0 сек.

В соответствии с требованиями инструкции [6] все характеристики точности вошли в соответствующие допуски.

Полученные результаты представлены в приложении Г. Все расчеты удовлетворяют требованиям.

3.5 Выбор и обоснование типов центров полигонометрии

Пункты полигонометрических ходов и сетей на местности закрепляются геодезическими центрами и знаками [1,c.183].

Центры геодезических пунктов предназначены для точного обозначения места пункта и его долговременной сохранности. Центры имеют разную конструкцию и подразделяются на типы, которые зависят от характера грунта и глубины промерзания почвы. Центры изготовляют из бетона, либо из металлических труб, заполненных бетонным раствором и надежно защищенных от действия коррозии. В верхней части бетонного блока или трубы заделывается специальная металлическая марка с отверстием, которое является носителем координат.

В данном проекте при развитии геодезического обоснования на не застроенных территориях все пункты полигонометрии IV кл. и 1 разряда закреплены постоянными знаками. Вид, которых показан на рисунке 3.1



Рисунок 3.10 - Центр пункта полигонометрии, трилатирации и триангуляции 4 класса, 1 и 2 разрядов для незастроенной территории

В инструкции [6] что данные центры используются для пунктов полигонометрии, трилатирации и триангуляции 4 класса, 1 и 2 разрядов. Наружные знаки устанавливаются над центрами пунктов для обеспечения прямой видимости между пунктами при измерении углов (горизонтальных и вертикальных) и длин светодальномерами.

Наружные знаки бывают следующих типов:

1). Простая пирамида - металлическая или деревянная, трёхгранная или четырёхгранная. Устанавливается в тех случаях, когда видимость между пунктами открывается непосредственно с земной поверхности . В данном проекте предусмотрено использование данной пирамид для сети полигонометрии 1 разряда.

2). Пирамида-штатив - металлическая или деревянная, устанавливается в том случае, если инструмент необходимо поднять над землёй на высоту от 1,2 м до 6м. Металлическая пирамида-штатив может иметь съёмный визирный цилиндр. Кроме этого должна быть стационарная или разборная (переносная) площадка для наблюдателя. В данном проекте предусмотрено использование данной пирамид для сети полигонометрии IV класса, так как в районе работ имеется перепад высот и расположение объектов которые могут повлиять на видимость между пунктами.

При выполнении данных работ используется наружный знак второго типа (пирамида-штатив). Он показа на рисунке 3.2

Рисунок 3.11 - Пирамида-штатив из уголковой стали со съемной малофазной визирной целью с высотой до инструментального столика от 1,2 до 0,4 м.

3.6 Выбор и обоснование приборов для производства полевых работ

Согласно требованиям при проектировании полигонометрии IV класса точность измерения угла должна составлять не менее 3".

С помощью сети Internet, социальным опросам,оптимальным ценам,требованиям инструкции был выбран прибор Sokkia SET 2 Х .Данный тахеометр представлен на рисунке 3.12.



Рисунок 3.12 -Тахеометр Sokkia SET 2X

Функции, характеристики и возможности тахеометров Sokkia SET 2X:

1. Уравнивание одиночного теодолитного хода, определение координат

2 . Вынос в натуру координат, линий и дуг

3. Обратная засечка

4. Высота недоступного объекта

5. Измерения круговыми приемами

6. Вычисление площади

7. Измерения со смещением

8. Архитектурные обмеры

9. Обратная геодезическая задача

10. Вычисление пересечений (двух направлений, направления и расстояния, двух расстояний)

11. Измерения и вынос относительно базовой линии

12. Проецирование точки

13. Преобразование координат

14. Мониторинг

15. Съемка поперечников

16. Дорожные работы

Технические характеристики:

- Точность измерения углов (СКО измерения угла одним приемом), " 2 (отсчеты берутся по диаметрально противоположным сторонам вертикального и горизонтального кодовых дисков)

- Увеличение, крат 30

- Компенсатор / диапазон, двухосевой, ± 4

-Дальность измерения расстояний без отражателя, м > 500 (минимальное 0,3)

- Дальность измерения расстояний на одну призму, м 5000

- Точность измерения расстояний без отражателя, мм ± (3 + 2 х 10^-6 х D)

- Точность измерения расстояний на призму, мм ± (2 + 2 х 10^-6 х D)

- Клавиатура / дисплей 32 клавиши на одной стороне + клавиша на боковой панели, цветной сенсорный дисплей

- Защита от внешних факторов (пыли, воды) IP64

- Внутренняя память > 1 Мб

- Карта памяти Compact Flash тип II, до 1 Гб (считыватель устанавливается по умолчанию)

- Подсветка дисплей + сетка нитей + клавиатура

- Рабочая температура, °С -20° - +50°

- Время работы от одного аккумулятора, часов 14

- Время заряда одного аккумулятора, часов 4

- Вес, кг 7,7

- Гарантийный срок 3 года

В качестве штатива был выбран штатив Sokkia GFK.Он представлен на рисунке 3.13.



Рисунок 3.13 - Штатив Sokkia GFK.

В качестве вех были выбраны вехи с минипризмой HDMINI103.Она представленна на рисунке 3.14

Рисунок 3.14 - Веха с минипризмой HDMINI103

3.7 Поверки и исследования приборов

Электронный тахеометр считается самым современным геодезическим прибором, который является незаменимым для измерения площадей и расчета координат. Использование тахеометра позволяет не только определять координаты измеряемых точек и осуществлять угловые измерения, но и сохранять полученные измерения во внутренней памяти устройства. Зафиксированную и сохраненную в памяти электронного тахеометра информацию впоследствии можно перенести в компьютер для дальнейшей обработки.

Испытанию подлежат механические условия тахеометра: поверкам - геометрические условия, которым должно удовлетворять взаимное расположение частей тахеометра, а исследованиям подлежит ра0бота отдельных узлов тахеометра с целью установления влияния неправильности работы узлов на точность измерения угла.

После внешнего осмотра испытывают следующие механические условия:

а) ход подъёмных винтов подставки должен быть плавным;

б) штатив и подставка должны обеспечивать азимутальную устойчивость при вращении горизонтального круга.

Для проверки устойчивости штатива устанавливают на него тахеометр и приводят его в рабочее положение. После этого, наведя зрительную трубу на удаленную точку, рукой слегка нажимают штатив с одной и другой стороны. После прекращения воздействия на штатив изображение точки должно оставаться в центре сетки нитей. В противном случае надо потуже затянуть винты ножек штатива.

Поверке тахеометра подлежат следующие геометрические условия [2,c.193], которым должно удовлетворять расположение частей тахеометра.

1) Ось цилиндрического уровня на алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна оси вращения прибора.

2) Ось круглого уровня на алидаде горизонтального круга должна быть параллельна оси вращения прибора.

3) Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения трубы:



(3.6)

где с- колимационная ошибка.

Величина 2С не должна быть более 20".

Поверку производят многократно с визированием на различно удалённые от прибора точки (обычно устанавливают визирные марки). При этом проверяются колебания величины коллимационной ошибки, вызванные неправильным движением фокусирующей линзы зрительной трубы.

4) Ось вращения трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения прибора. Это условие проверяется и при его несоблюдении устраняется в мастерской.

5) Место нуля (М0) или место зенита (MZ) вертикального круга должно быть постоянным и близким к нулю[2,c.180]. Вычисляем место зенита МZ и зенитное расстояние Z по формулам:

,(3.7)

(3.8)

6) Поверка и юстировка направления лазерного луча электронного тахеометра:

Поверить систему через равные интервалы для устранения неверных измерений. Поместить отражающую пленку, прилагаемую к тахеометру, перед прибором на расстоянии 25 - 50 м. Установить прибор при круге "право". Включить лазерный луч с помощью включения функции лазерного указателя. Направить прибор в центр цели и проверьте положение лазерного пятна относительно сетки нитей прибора. Если лазерное пятно лежит вне пределов центрального креста сетки нитей, то направление луча должно быть отъюстировано до его совпадения с крестом. (Замечание: Направление луча должно быть проверено до начала высокоточных измерений расстояния, т. к. значительное отклонение лазерного луча от оси визирования может вызвать неточности в измерении расстояния).

Юстировка проводится следующим образом:

Необходимо открыть заглушки юстировочных портов тахеометра сверху и спереди на корпусе зрительной трубы (как показано на рис 3.4). Для юстировки вертикального положения лазерного пятна необходимо вставить юстировочный ключ в передний юстировочный порт и повернуть его. Для юстировки бокового положения лазерного пятна вставить юстировочный ключ в верхний юстировочный порт и поверните его. Затем проверить совпадение лазерного пятна и сетки нитей. Во время процесса юстировки прибор должен быть наведен на отражающую пленку.

Рисунок 3.15 - Юстировка направления лазерного луча

7. Определение отклонения оси лазерного центрира от вертикальной оси вращения тахеометра.

Отклонение оси лазерного центрира от вертикальной оси вращения тахеометра определяется с помощью палетки с миллиметровой сеткой и вычисляется как разность двух отсчетов полученных по палетке (проекция центра лазерного луча на палетку) взятых при установке алидады тахеометра через 180°. Отклонение визирной оси лазерного центрира от вертикальной оси вращения тахеометра должно быть не более 0,8 мм.

Выполнение поверки:

1) Установить прибор на штатив, включить и при помощи подъёмных винтов привести его в отвесное положение. Положить лист белой бумаги с нарисованным на нём перекрестием под штатив, на котором установлен прибор.

2) Нажать клавишу и двигать лист бумаги таким образом, чтобы точка пересечения совпадала с отметкой лазера.

3) Вращая прибор вокруг вертикальной оси, следить, чтобы центральная отметка находилась под углом 90° относительно оси при каждом повороте прибора.

4) Если отметка лазера всегда совпадает с центром перекрестия, нарисованного на бумаге, необходимости в дополнительных настройках нет.

3.8 Методика выполнения полевых работ. Технические допуски

Измерение углов на пунктах полигонометрии выполняют способом измерения отдельного угла или способом круговых приемов по трехштативной системе. Центрирования тахеометра и визирных марок выполняют с точностью 1 мм. Способ круговых приемов применяют, когда количество направлений на пункте более двух. При измерениях способом отдельного угла тахеометр обращают только за ходом часовой стрелки или только против хода часовой стрелки.

Из-за малой длины сторон очень большое влияние на невязки ходов оказывают ошибки центрирования приборов и визирных целей. При центрировании тахеометра. и визирной цели каждый раз на всех точек хода возникает неоднозначность измерения углов, которая повлечет за собой угловую невязку хода, при условии, что другие ошибки отсутствуют.

Для уменьшения этого влияния применяют трехштативный метод - при котором, на каждой точке хода штатив со стандартной подставкой центрируется один раз и в эту подставку поочередно устанавливают переднюю визирную марку, тахеометр и заднюю визирную марку, между которыми и выполняют измерения.

Наличие 4-го штатива дает значительное повышение производительности труда за счет экономии времени на центрирование.

Способ отдельного угла применяется при наличии на пункте только двух направлений [1,c.237]. Порядок наблюдений при этом остаётся такой же, как и в способе круговых приёмов. Отличие состоит в том, что на начальный пункт повторно не визируют (не производят замыкание горизонта), и алидаду вращают, как в первом, так и во втором полуприёмах, по ходу часовой стрелки.

Установив тахеометр в точке N последовательно наводят трубу на точки А, В на дисплее будет показан измеренный угол, сохраняем его. На этом заканчивается полуприём. Во втором полуприёме труба переводится через зенит и при КП наводят трубу на начальное направление А, далее, вращая алидаду против хода часовой стрелки наводят на В, А и снова сохраняем измеренный угол во внутреннюю память тахеометра.

Рис. 3.16 - Схема измерения углов способом измерения отдельного угла

Все результаты сохраняются в память тахеометра которые потом можно использовать для дальнейшей работы на компьютере. Измерения производят несколькими приемами, количество которых устанавливаются инструкцией в зависимости от типа измерительного прибора и класса полигонометри.

Способ круговых приёмов выполняется следующим образом: выбирается направление с наилучшей видимостью, например NA, которое называется начальным направлением [2,c.234]. Измеряются углы, образованные начальным направлением и всеми остальными сторонами. (рис 3.8)

Рис. 3.17 - Схема измерения углов способом круговых приемов

Установив тахеометр в точке N последовательно наводят трубу на точки А, В, С, D, А и берут отсчёты при положении КЛ. Заканчивают наведение на начальное направление А (замыкание по горизонту). На этом заканчивается полуприём. Во втором полуприёме труба переводится через зенит и при КП наводят трубу на начальное направление А, далее, вращая тахеометр против хода часовой стрелки наводят на D, С, В, А, каждый раз и бурут отсчёты на электронном дисплее.

Все результаты сохраняются в память тахеометра которые потом можно использовать для дальнейшей работы на компьютере. Измерения производят несколькими приемами, количество которых устанавливаются инструкцией в зависимости от типа измерительного прибора и класса полигонометрии.

Значение начального направления будет иметь две величины (из-за ошибок наблюдений в полуприёме). Разность отсчетов на начальное направление А (незамыкание горизонта) распределяется на все направления с обратным знаком:

(3.9)

где _ср - средняя величина не замыкания горизонта, в секундах.

В каждом приёме направление надо привести к общему нулевому направлению. Окончательное значение измеренного направления берётся как среднее из n приёмов.

3.9 Предварительная обработка результатов полевых работ

Существуют такие этапы вычислительной обработки результатов полевых измерений [1,c.363]:

- предварительная обработка результатов полевых измерений;

-анализ(вычисления невязок)

- уравнительные вычисления;

- составление каталога.

Результаты измерений обрабатываются в программе МГ-Сети.

Для этого необходимо ввести координаты пунктов (стояния, визирования вперед и назад).

Программа МГ-Сети производит расчет результатов и выводит на экран: уравненные координаты точек сети (средние квадратические ошибки М_х и М_у), результаты уравнивания измерений по станциям (углы между пунктами и длины сторон), уравненные стороны по станциям (дирекционный угол, средняя квадратическая ошибка дирекционного угла, длины линий, средняя квадратическая ошибка длин линий, относительная ошибка).

3.10 Перечень и форма материалов, которые подлежат сдаче после окончания работ

В результате выполненных работ по пополигонометрии представляются:

1) схемы ходов с обязательным показом привязок к исходным пунктам;

2) журналы компарирования мерных приборов, измерения линий, нивелирования штативов при измерении линий проволоками, журналы измерения углов (направлений);

3) материалы исследований приборов;

4) материалы полевой обработки и контрольных вычислений;

5) карточки закладки пунктов полигонометрии;

6) акты сдачи пунктов полигонометрии на наблюдение за

сохранностью;

7) пояснительная записка.



4. СОЗДАНИЕ НИВЕЛИРНОЙ СЕТИ IV КЛАССА

4.1 Проект нивелирной сети

Для данного вида работ была спроектирована нивелирная сеть IV класса. Нивелирные хода прокладывались согласно требованиям инструкции[8].

При проложении нивелирного хода выбирались места с найменьшим перепадом высот, чтобы обеспечить видимость между пикетами . Также обращалось внимание на рельеф тех участков местности, где прокладывался нивелирный ход для того, чтобы была возможность беспрепятственно продвигаться с прибором и рейками, т.е. не прокладывать ход через труднодоступные места. было запроектиравно 87 секций 84 реппера. Также при нивелировании учитывалось что нормальная длина луча визирования 100 м.

4.2 Выбор и обоснование оборудования для производства полевых работ

Для выполнения нивелирования IV класса выбиралось высококачественное современное оборудование. С помощью сети Internet, социальным опросам,оптимальным ценам,требованиям инструкции для выполнения данного вида работ был выбран высококачественный нивелир Sokkia C31O. Он представлен на рисунке 4.1



Рисунок 4.1- Нивелир Sokkia C31O

Технические харрактеристики представленны в таблице 4.1

Таблица 4.1- Технические харрактеристики нивелира Sokkia С310

Параметры	Значения
Увеличение зрительной трубы	26x
Изображение	Прямое
Cреднеквадратическая ошибка (СКО)	±2.0 мм на 1 км прямого/обратного хода
Компенсатор	Автоматический, магнитный демпфер, диапазон работы ±15?
Вес	1.6 кг
Минимальное расстояние визирования	0.5 м
Влагозащита	IPX4

В качестве рейки была выбрана рейка Stabila T-NLК, которая представлена на рисунке 4.2



Рисунок 4.2 -Рейка Stabila T-NLК

В качестве штатива был выбран штатив S6-N, RGK, который представлен на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3- Штатив нивелирный S6-N, RGK



4.3 Поверки и исследования нивелира

Перед началом выполнения полевых работ необходимо выполнить поверки и исследования нивелира[2,c.73].

К поверкам нивелира относятся:

1) Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира;

2) Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира;

3) Визирная ось зрительной трубы и ось цилиндрического уровня должны находиться в параллельных вертикальных плоскостях;

4) Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилиндрического уровня.

К исследованиям нивелира относятся:

1) Исследование правильности хода фокусирующей линзы зрительной трубы при ее перефокусировании ;

2) Определение цены деления уровня;

3) Определение средней квадратической ошибки совмещения концов

пузырька цилиндрического уровня;

4) Определение цены деления шкалы оптического микрометра;

5) Определение наименьшего расстояния визирования;

6) Определение коэффициента нитяного дальномера К;

4.4 Поверки и исследования реек

Перед началом работ выполняются необходимые поверки и исследования реек. К ним относятся:

1) поверка правильности установки круглого уровня по рейке;

2) поверка правильности нанесения дециметровых делений шкал рейки;

3) поверка перпендикулярности плоскости пятки к оси рейки;

4) определение стрелы прогиба рейки;

5) определение разности высот нулей реек;

6) контрольное определение длины метровых интервалов реек.

Первая из 3-х перечисленных выше поверок, периодически выполняется перед началом и ежедневно контролируется во время производства работ при помощи вертикальной нити сетки нивелира.

4.5 Методика выполнения полевых работ. Технические допуски.

Нивелирование IV класса выполнялось нивелиром, который имеет увеличение трубы 26х, с самоустанавливаемой линией визирования с компенсатором Sokkia С310.

При нивелировании 4 класса ходы прокладывались в одном направлении. Учитывалось что длина линий не должна превышать 8 км на застроенной территории и 12 км на незастроенной.

Перед началом полевых работ выполняют проверки и исследование нивелиров и компарирование реек. Для нивелирования IV класса применяют трехметровые двусторонние рейки. Отсчеты по черным и красным сторонам рейки берут с помощью электронного дисплея нивелира. Для определения расстояния от нивелира до рейки производят измерения по дальномерной нити по черной стороне рейки.Все полученные результаты измерений сохраняются во внутреннюю память нивелира которые можно использовать для дальнейшей работы на компьютере[8,c.93].

Порядок наблюдений на станции такой:

- отсчет по черной стороне задней рейки;

- отсчет по черной стороне передней рейки;

- отсчет по красной стороне передней рейки;

- отсчет по красной стороне задней рейки.

Расхождение значений превышения на станции, которые определены по черной и красной сторонам реек, допускается до 5 мм. Неравенство расстояний от нивелира к рейке на станции допускается до 5 м, а накопление их в секции - до 10 м.

Нормальная длина луча визирования 100 м. Если нивелирование выполняют нивелиром, труба которого имеет увеличение не меньшее 30-крат, то при отсутствии колебаний изображений разрешается увеличивать длину визирного луча до 150 м. Высота луча над подстилающей поверхностью должна быть не менее чем 0,2 м. Невязки в ходах между исходными пунктами и в полигонах должны быть не более (мм) при количестве станций меньшее 15 на 1 км хода, где L - длина хода (полигона) в км . Работы по проложению линий нивелирования выполняют на основании разработанных и утверждённых технических проектов. Об исполненных работах по нивелированию составляют технические отчеты в соответствии с Инструкцией по составлению каталогов высот пунктов нивелирования.

При выполнении полевых работ по нивелированию необходимо соблюдать требования и указания правил по технике безопасности на топографо-геодезических работах.

Нивелирование на станции выполняют таким образом:

1) Нивелир устанавливают в рабочее положение по круглому уровню и наводят зрительную трубу на черную сторону задней рейки . После чего берут отсчеты по среднему и дальномерным штрихам , . все результаты выводятся на дисплей.

2) Визируют на черную сторону передней рейки и, выполнив те же действия, берут отсчеты ,, .

3) По сигналу наблюдателя реечники поворачивают рейки красной стороной, после чего наблюдатель производит отсчеты сначала по передней, а затем по задней рейке, но только по среднему штриху , .

На каждой станции выполняют вычисления и контроль наблюдений, для чего:

а) по отсчетам по дальномерным штрихам подсчитывают расстояния от нивелира до рейки сравнивают их с результатами непосредственного измерения тросом.

б) Для контроля сравнивают среднее из отсчетов по дальномерным штрихам с отсчетом по среднему той же рейки, которые могут различаться не более чем на 3 мм

в) вычисляют превышения по черной и красной сторонам реек по формулам:

, (4.1)

, (4.2)

Если расхождение между значениями превышения, полученными по черной и красным сторонам реек с учетом разницы пяток пары реек, не превышает 3 мм, то за значение превышения принимается среднее арифметическое [2,c.87]. Результаты наблюдений на станциях сохраняются в память устройства и записываются в журнал установленной формы. В случае нивелирования через водные препятствия При ширине реки до 150 метров нивелирование ведут обычным порядком, от 150 до 300 м отметки с одного берега на другой передают следующим образом.

На обоих берегах выбирают точки А и В не ниже 2 м над поверхностью воды и закрепляют их временными реперами. В 50 - 60 м от этих точек выбирают станции 1 и 2 так, чтобы линии ст. 1 - А и ст. 2 - В были приблизительно параллельны, а расстояния ст. 1 - В и ст. 2 - А равны

В точках А и В ставят двусторонние рейки, а на станции 1 - нивелир.

По рейке в точке А берут отсчеты по черной и по красной стороне, затем берут отсчеты по двум сторонам рейки в точке В. Не меняя фокусировку трубы нивелира, переезжают через реку, ставят нивелир на станции 2 и берут отсчеты по двум сторонам рейки в точке А, а затем в точке В. Значение превышения точки А над точкой В вычисляют дважды и берут среднее, если разность превышений не будет более 10 мм на 100 м расстояния.

Данная методика представлена на рисунке 4.1 Если по середине реки есть остров или мель. При большей длине визирного луча на одном берегу закрепляют точки 1 и 2, на втором - 3 и 4. Нивелир ставят на станцию 1, берут отсчеты по рейкам 1 и 2 (по черной и красной сторонам) и переносят его на остров на станцию 2. На острове нивелируют все четыре точки, после этого нивелир переносят на второй берег. Со станции 3 нивелируют точки 3 и 4. Для контроля находят по два значения превышений между точками 1 и 2, 3 и 4: одно со станций на берегу, второе - на острове. Если разность значений превышения не более 20 мм, то превышения между точками 2 и 3, 1 и 4 находят из отсчетов по рейке, взятой со станции 2, расположенной на острове.[2,c.89]

Рисунок 4.4- Нивелирование через водное препятствие



4.6 Перечень и форма материалов, которые подлежат сдаче после окончания работ

По окончании полевых работ исполнитель предъявляет следующие материалы:

- оформленные и проверенные полевые журналы;

- пояснительную записку о полевых работах, содержащую все сведения, необходимые для составления технического отчета;

- результаты лабораторных (заверенные копии) и полевых исследований нивелира и реек;

- выписку с уравнением инварных реек и контрольной линейки, заверенную лабораторией, выполнявшей исследование (поверку) приборов;

- полевую ведомость превышений;

- схему нивелирования;

- откорректированные описания, координаты и абрисы реперов или топографические карты масштаба 1:10 000 и крупнее с нанесенными реперами;

- копии актов инспектирующих лиц и приемки работ.

4.7 Предрасчет и анализ точности запроектированной схемы (программа МГ-Сети)

Предрасчет нивелирования IV класса также выполнен с помощью программы МГ-Сети. В результате получены СКП определения пунктов нивелирной сети. С помощью этих значений мы можем установить самое слабое место сети. Самым слабым местом сети считается то, на котором погрешность определения высоты максимальная.

Для получения значения СКО предварительно необходимо вычислить вес каждой отметки по формуле 4.1 [1]. Обозначив в формуле а - расстояние между точкой и начальным репером, б - расстояние от точки до конечного репера и L - общая длина хода (т. е. можем утверждать: L=а+б) найдем вес каждой отметки по формуле

(4.1)

Так получены значения веса на каждой станции. Эти значения вводят в соответствующие колонки программы. По результатам вычислений установлено, что погрешность в самом слабом месте сети, вычисленная при таких исходных данных не должна превышать 0,026м. Такая точность, согласно предрасчету, достигнута. Погрешности на всех пунктах не превышают вычисленное допустимое значение. Следовательно, отсутствует необходимость в сооружении дополнительных реперов, и запроектированный ход можно считать таким, что удовлетворяет требуемой точности.



5. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Экономические показатели, в данной работе, мы определяем следующие: объем земляных работ и затраты на материалы.

Базой репера служат - металлический штырь, труба, зацементированная в бетонном основании, металлическая забивная или железобетонная (набивная) свая.

При изготовлении на базах центров, предназначенных для перевозки, следует применять цемент марки 300 - 500, а бетонную смесь (цемент, песок, щебень или гравий) в соотношении 1:2:4 (по объему). При изготовлении бетона следует применять пресную чистую воду. Болотную, сильно минерализованную или загрязненную воду употреблять не следует. Морская вода может применяться лишь в исключительных случаях. Для повышения прочности пилонов их армируют. В качестве арматуры используют горячекатаную сталь ("катанку") сечением - 1,3 -1,5 см; для поперечных хомутиков применяется сталь соответственно сечением 0,6 - 0,8 см. Арматуру сваривают или скрепляют "вязальной" проволокой диаметром 0,1 см. Ширина каркаса должна быть такой, чтобы защитный слой из бетона снаружи каркаса был не менее 2,0 см. В труднодоступных районах при отсутствии щебня и гравия при изготовлении якорей в грунте разрешается использовать вместо бетона цементный раствор в соотношении цемента и песка 1:5.

Центры пунктов полигонометрии 4 класса, триангуляции и полигонометрии 1 и 2 разрядов в районах подвижных песков и на заболоченных территориях закладываются, как центры и реперы государственных геодезических сетей для этих районов.

Центры пунктов полигонометрии 4 класса (тип 158), которые закладываются вне населенных пунктов, состоят из усеченной пирамиды, нижнее основание которой 40*40 см, высота 20 см, верхнее основание 15*15 см с заделанной в него металлической трубой диаметром 3,5 - 6,3 см и толщиной стенок не менее 0,3 см, длина трубы 50 см. К верхнему концу трубы приваривают марку, в нижней части трубы просверливают отверстия, в которые вставляют два металлических стержня длиной 15 - 20 см для лучшего скрепления трубы с бетонной плитой. Разрешается заменять трубу на железобетонный пилон размером 14*14 см или на асбоцементную трубу диаметром 12 - 14 см с арматурой и заполненную цементом. Марку центра располагают на 30 см ниже поверхности земли.