Лекция 13                ТАХЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА

Тахеометрическая съемка самый распространенный вид наземных топографических съемок, отличается высокой производительностью, то есть это достаточно быстрый вид съемки. Тахеометрия в переводе с греческого  языка        «быстрые измерения».

         При такой съемке одновременно выполняется горизонтальная и верти -кальная съемка , по результатам которой составляется план местности в               горизонталях, то есть с изображением ситуации и рельефа. Это планово-высотная съемка, которая применяется для создания крупномасштабных планов небольших участков .

         Плановое положение точки получают полярным способом, а высоту  тригонометрическим нивелированием.  Расстояние в тахеометрии изме -   ряют нитяным дальномером. Этим и обеспечивается быстрота съемки,          когда одним наведением на рейку обеспечивается и привязка точки в плане      и определяется ее высота. 

         Тахеометрическую съемку ситуации и рельефа удобнее всего выпол -   нять специально предназначенными для этой цели электронными или           номограммными тахеометрами -автоматами, которые позволяют автома -  тически получить превышение и горизонтальное расстояние. В произво - дстве продолжает широко использоваться и обычный оптический теодолит Т30 и его модификации, который снабжен вертикальным кругом и нитяным дальномером, то есть является теодолитом-тахеометром. В этом случае обработка    ведется   в специальном журнале, в котором и вычисляются горизонтальные расстояния и   превышения по формулам тригонометрического нивелирования.  

         Номограммные тахеометры ТН в настоящее время уже не выпускаются. Расстояния и превышения снимаются в них непосредственно в поле зрения зрительной трубы по номограммным нитям.

         Электронный (цифровой) тахеометр объединяет в себе возможности электронного теодолита, высокоточного светодальномера и полевого компьютера.       Расстояния определяются встроенным светодальномером с применением с применением призменного отражателя, отражающей пластинки или отражающей пленки, которые устанавливаются или закрепляются в конце измеряемой линии на местности. Управление процессом измерений ведется с помощью многофункциональных клавиш, результаты – отражаются на жидкокристаллическом мониторе тахеометра и записываются во внутреннюю память прибора емкостью 10-20 тысяч измерений. Результаты измерений могут переписываться в компьютер для последующей обработки. На третьем курсе вас подробнее ознакомят с электронным тахеометром.                                      

         Перед съемкой создается геодезическое обоснование , с пунктов которого  в дальнейшем выполняется тахеометрическая съемка. То есть на местности должны быть закреплены точки, координаты и высоты которых определены с надлежащей точностью  при проложении теодолитно-нивелирного хода либо тахеометрического хода.   Тахеометрический ход может прокладываться заранее либо в процессе съемки. В качестве станций выбирают пункты на возвышенных местах с хорошим обзором. Расстояние между станциями зависит от масштаба будущего плана. Чем крупнее масштаб, тем короче должны быть линии визирования. Основные масштабы 1:500,  1: 1000;  1: 2000. Принимают масштаб в зависимости от условий съемки, рельефа, стадии проектирования, назначения съемки.    Съемочное обоснование может быть выполнено в виде трассы линейного сооружения, в виде замкнутого полигона, в виде микротриангуляции.   

          2                     3          8          9

  1           I                 4                      10      11                III

                                   5                                                     II                                   IV

Рп    105        6            15                                    12

              7                   14            13

                                                                                                               Рп 109

На рисунке показан разомкнутый ход опорного съемочного обоснования, созданный вдоль трассы линейного сооружения. Римскими цифрами обозначены опорные точки , с которых выполнялась тахеометрия. Арабскими цифрами показано несколько реечных точек (пикетов) , обозначенных на местности для снятия характерных точек рельефа и ситуации. Показана привязка к реперам высотного обоснования.

  Съемка ситуации и рельефа  выполняется после создания планово-высотного обоснования, увязки превышений и координат .  Положение точек в плане определяется  полярным способом, а высоты  - тригонометрическим нивелированием. Реечные точки (пикеты)      не закрепляют на местности, а рейки ставят непосредственно на   землю. Число точек зависит от рельефа, видимости и масштаба съемки. От масштаба съемки зависят также расстояния между точками и величина сечения рельефа, назначаемого при проведении горизонталей  на плане.

Одновременно с выбором реечных точек выполняется глазомерная зарисовка снимаемой ситуации и рельефа, то есть абрис. Абрис делают в журнале тахеометрической съемки отдельно для каждой станции, причем направления и расстояния наносят «на глаз» без масштаба. Обязательно проставляются номера станций и реечных точек. Нумерация должна быть сквозной, то есть  продолжаться на каждой станции. Желательно показать стрелками направления скатов, что может пригодиться при проведении горизонталей. Можно также на зарисовке провести несколько горизонталей «на глаз».

      С      пашня                        CтII                          дорога

                                                                                                         СтIII

                      Ст I

     Ю                                       Луг

На каждой станции выполняют следующие работы:

1)     центрируют прибор, горизонтируют лимб, измеряют высоту прибора с помощью рейки или рулетки;

2)   ориентируют прибор, то есть устанавливают нуль лимба по исходному направлению ( обычно на предыдущую станцию). Для этого открепляют алидаду и совмещают нуль лимба с нулевым штрихом алидады, закрепляют алидаду, открепляют закрепительный винт лимба, наводят перекрестье нитей на низ вешки, установленной на предыдущей станции, закрепляют лимб и открепляют алидаду. Ориентируют при КЛ – основном положении круга.

3) визируют  на реечные точки при  КЛ , наводя горизонтальный штрих сетки на отсчет по рейке, равный высоте прибора, на верх рейки, или на иной отсчет. Измеряют дальномерное расстояние D, измеряют угол наклона, по горизонтальному кругу считывают горизонтальный  угол, записывают в графу «Примечания» семантическую информацию ( урез воды, дерево, угол дома и т.д.)

Вычисления производят по следующим формулам:

Расстояние D = k n,    где  k =100,  n – разность отсчетов по нит. дальномеру.

Угол наклона   ν = КЛ – МО,  где   КЛ – отсчет по ВК, МО-место нуля ВК.         

Горизонтальное проложение   d = D cos² ν.

Превышение    h = ½ D sin 2ν  + i – l  ,   где   i   - высота прибора,  l  -  высота наводки на рейку.

Высота реечной точки   Hi  =  Hст +  hi   ,  где Hст  -  высота тахеометрической станции.

         Съемку реечных точек (пикетов) стараются выполнять в той последовательности, в которой возрастает величина их полярного угла относительно линии хода либо относительно магнитного меридиана.

         Методика обработки данных подробно дана в методических указаниях к расчетно-графической работе.

Построение плана тахеометрической съемки , как и теодолитной съемки, начинают с разбивки координатной сетки, если план строится в прямоугольной системе координат. По координатам наносят точки опорной сети. Затем переходят к нанесению реечных точек. Исходным материалом при этом служат тахеометрический журнал и абрис съемки. Положение точек находят полярным способом, используя точный топографический транспортир. Затем вдоль этих направлений от места установки прибора откладывают в масштабе плана горизонтальные расстояния. Рядом с точками записывают  их высоты  и, используя линейное интерполирование , проводят горизонтали.

     Если выполнено несколько тахеометрических съемок, нужно иметь в виду, что все топографические планы составляются в одной и той же системе координат ( государственной или условной).  При этом планы всегда ориентируют по странам света ( север  - вверх, восток – справа).

         Для небольших участков местности ( небольшие карьеры, второстепенные  или временные сооружения  и т.д.) допускается вычерчивать топографические планы без координатной сетки. При этом ход допускается ориентировать  по магнитному меридиану.

         После завершения рисовки горизонталей и нанесения ситуации на план целесообразно план сверить с местностью, (если имеется такая возможность) и в случае необходимости откорректировать. Лишь после этого план закрепляют тушью. Планы вычерчивают в принятых условных обозначениях, обязательно указывают масштаб и высоту сечения горизонталей.

                      НИВЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ

         Нивелирование поверхности – один из способов топографической съемки, главной целью которой является съемка рельефа. Такую съемку называют также вертикальной или высотной. При съемке застроенных территорий часто применяется как дополнение к теодолитной съемке. На незастроенных территориях нивелирование поверхности применяется для съемки равнинных участков со слабо выраженными формами рельефа. При этом используется геометрическое нивелирование с использованием нивелира, что обеспечивает высокую точность определения отметок земли.Геометрическое нивелирование с целью высотной съемки местности часто применяют при изысканиях для  проектирования аэродромов,  промышленных сооружений, населенных пунктов, гидромелиоративных систем, при благоустростве территорий. Название «нивелирование поверхности» - условное название, предполагающее, что при съемке применяется нивелир и способ геометрического нивелирования горизонтальным лучом. Ведь при тахеометрической съемке тоже производится нивелирование, но тригонометрическое, которое целесообразно применять при хорошо выраженных формах рельефа.

         Нивелирование поверхности с помощью нивелира дает возможность увеличить точность съемки именно равнинного рельефа за счет быстрого нивелирования густой сети точек.

                Перед выполнением нивелирования поверхности на местности строят сеть точек достаточно близко расположенных друг к другу. Расстояние определяется сложностью рельефа и масштабом съемки.   В зависимости от метода построения сети точек различают нивелирование по параллельным линиям (по магистралям), способ полигонов и нивелирование по квадратам.

         1)  Нивелирование по магистралям целесообразно выполнять на застроенной , то есть достаточно закрытой или частично закрытой местности, хотя может быть организовано и на открытой местности.   Наиболее часто используется при съемке притрассовой полосы вдоль трасс будущих автомобильных дорог , каналов и других линейных объектов.

 Опорой для съемки в этом случае является так называемая магистраль, то есть совмещенный теодолитно-нивелирный  вдоль оси трассы  или по его границе. Как правило , перпендикулярно (но можно и под углом, отличным от  90˚ ) разбивают поперечники, на которых через равные промежутки закрепляют точки – разбивают пикетаж. При этом используют угломерный инструмент, землемерные ленты или рулетки.

                                                                                                         ПК4

ПК1                       ПК2

+20             +60                                                ПК3

                Магистральные нивелирные ходы должны быть привязаны к реперам .  Если магистральных ходов несколько, их связывают перемычками, замыкающими эти ходы. Если длина поперечников более 300 м, то они также должны быть связаны между собой при составлении планов  М  1:500 и 1: 1000.    При масштабе съемки М 1: 2000 поперечники связывают, если их длина больше 500 м. 

         Одновременно с разбивкой пикетажа ведут съемку ситуации.

         Результаты съемки ситуации заносят в абрис, результаты геометрического нивелирования пикетов и плюсовых точек– в нивелирный журнал.

         Характерные точки на поперечниках обозначают с указанием расстояний влево и вправо от трассы. Например,  Л+3,0;   Л + 8,0;  П + 4,0;  П + 10,5 и т.д. Нивелир устанавливают вблизи снимаемого поперечника так, чтобы с одной стоянки прибора можно было бы снять все точки поперечника. Далее берут отсчет на точку трассы, в которой разбит поперечник и определяют  горизонт прибора (инструмента)  ГП  (ГИ). Например,   ГП = Нпк1+40 + ач , отсчет по черной стороне рейки на  ПК1+40  Последовательно берут отсчеты  bi    на все точки поперечника влево и вправо от трассы . Далее определяют высоты точек поперечника через ГП.  Например, отметка на точке поперечника   Н л+3 =  ГП - bл+3 .    

2)    Способ полигонов

Этот способ применяется на местности с хорошо выраженным рельефом на больших площадях. В качестве опоры съемки, то есть в качестве планово-высотного обоснования используют систему теодолитных ходов, которые , как правило, прокладываются по структурным линиям рельефа и вблизи границ снимаемого участка. Под структурными линиями рельефа понимают водоразделы и тальвеги. Для съемки ситуации и рельефа съемочные ходы разбивают в виде поперечников к сторонам опорного обоснования.   Разбитый пикетаж может выглядеть, например, таким образом. 

водораздел                                                                              водораздел

                       тальвег                                           тальвег

             водораздел

3)    Нивелирование по квадратам выполняется на открытой местности и чаще всего оно применяется в строительстве перед вертикальной планировкой участков. Является основным видом топографических съемок при изысканиях аэродромов на местности со слабовыраженным рельефом. Начинают с разбивки на местности квадратов, вершины закрепляют кольями по определенной схеме. Используют при этом теодолит либо нивелир с лимбом и стальную ленту либо рулетку. Вершины квадратов закрепляют кольями. Построение квадратов – по принципу «от общего к частному», то есть сначала разбивают наружный полигон в виде большого квадрата или прямоугольника, внутри которого разбивают сетку больших квадратов со сторонами от 100 до 1000 м. Затем каждый большой квадрат заполняют квадратами со сторонами от 20 до 200 м и т.д. Длины сторон принимают в зависимости от размеров снимаемой территории, масштаба съемки, принятой высоты сечения рельефа и характера местности.

                                            4

                                            3

Рп

                                            2

                                            1

                                       а            б             в              г

При разбивке прямых углов теодолит ориентируется совещенными нулями лимба и алидады на конечную точку створа. Закрепляют лимб. Вдоль визирного луча откладываются лентой (рулеткой) определенные отрезки, которые закрепляются колышками. При открепленной алидаде поворачивают ее на 90˚ по микроскопу. Конечная точка закрепляется при КЛ. Те же действия повторяют при КП. Фиксируют среднее положение конечной точки, визируют на нее и разбивают пикетаж с помощью ленты.  Далее в точках внешнего квадрата устанавливается прибор, и создаются створы для внутренней разбивки.

Одновременно с разбивкой ведут съемку ситуации. Затем выполняют нивелирование. Порядок нивелирования зависит от размеров строительной площадки. При небольших размерах можно нивелировать с одной постановки нивелира.  Нивелир устанавливают в середине площадки, приводят в рабочее положение и с этой станции берут отсчеты по рейке, последовательно на каждой из вершин.

При этом отсчеты берутся только по черной стороне рейки и записываются в журнал нивелирования.

На одну из вершин передают отметку от ближайшего репера высотной сети – нивелированием из середины с отсчетами по двум сторонам рейки. По отметке этой точки и отсчету по рейке на этой точке вычисляют горизонт прибора, а далее вычисляют отметки всех вершин квадратов через ГП.

При значительных размерах участка прокладывается замкнутый нивелирный ход.                            

В этом случае некоторые вершины квадратов будут связующими точками. По результатам нивелирования по двум сторонам реек уравнивают превышения так же, как при нивелировании трассы и вычисляют отметки связующих точек в замкнутом полигоне. Отличие заключается в вычислении допустимой невязки, которая в данном случае вычисляется по формуле  .  Далее вычисляют отметки всех вершин квадратов нивелированием на нескольких станциях внутри полигона через горизонт прибора ГП (ГИ). При этом отсчеты снимают только по черной стороне рейки.

6

5                            Рп                         

4

3

2

1
           а          б          в          г         д          е

ГИст = Нсв + асв, черн    ;              Нi = ГИст - bi 

Построение плана по результатам нивелирования поверхности

Сетку квадратов ориентируют относительно северного направления меридиана. Наносят на бумагу сеть квадратов или магистрали с поперечниками в заданном масштабе. У каждой вершины квадратов или у каждой пикетной точки магистрали и поперечников выписывают отметки с округлением до 0,01 м. По данным абриса наносится ситуация и проводятся горизонтали.  Перед вычерчиванием горизонталей выполняют интерполирование между точками с известными отметками. Интерполировать можно с помощью кальки,  а еще проще с помощью миллиметровки. На утолщенных линиях через 1 см подписывают отметки кратные заданной высоте сечения рельефа. После этого миллиметровка прикладывается поочередно к каждой стороне квадрата. На вертикальных линиях, идущих от вершин, на миллиметровке отмечают отметки начальной и конечной точек стороны квадрата и полученные точки на миллиметровке соединяют прямой линией. Пересечения этой линии с подписанными линиями миллиметровки проектируются на сторону квадрата.

         После интерполирования все точки с одинаковыми отметками соединяются плавными линиями.                              С

Для   сечения рельефа 1,5 м:                                

135,5   

135,0 

134,5 

134,0

    134,2                                        135,25

                   134,5           135,0                     Ю

  Сторона квадрата (интерполируемая линия)

План оформляется в соответствии с условными знаками.

Топографический план по результатам нивелирования по магистралям и по полигонам  строится аналогично. 

Проектирование  вертикальной планировки

Под вертикальной планировкой понимается преобразование естественных форм рельефа дл получения рельефа, удобного для эксплуатации. Преобразование рельефа  необходимо для создания необходимых условий строительства, размещения осей сооружений в соответствии с проектом, а также для обеспечения отвода поверхностных вод (талых и дождевых) со строительного участка.

Различают горизонтальную планировку и наклонную планировку, которые, в свою очередь, могут быть:

-  планировками  при условии нулевого баланса земляных работ (на незастроенных территориях);

- планировками без соблюдения баланса з.р., то есть по заданной отметке (для застроенных территорий).

Проект вертикальной планировки является одной из составных частей генерального плана. Исходными материалами при таком проектировании являются топографические планы масштабов   1: 5000  ,  1: 2000,      1: 1000, 1: 500  , полученные по результатам тахеометрической съемки или по результатам нивелирования поверхности, чаще всего по квадратам. В результате нивелирования по квадратам отметки вершин квадратов определены геометрическим нивелированием с точностью     до 0.01 м. Если используется план тахеометрической съемки, то на него наносится сетка квадратов со стороной 2 см на плане и отметки вершин определяются графической интерполяцией по горизонталям с точностью до 0.1 м.

При проектировании горизонтальной площадки с соблюдением условия нулевого баланса земляных работ должно соблюдаться примерное равенство объемов насыпей и выемок  VH = VB . С этой целью в пределах строительного участка по сетке квадратов выполняют расчет проектной отметки по формуле:

Но  =  ,  

где     n  - число квадратов.

Под знаком суммы  Σ – суммы отметок вершин, входящих в один квадрат, в два квадрата, три и четыре квадрата.

    1           2          3            4

5          6           7             8               ΣН(1) = Н1 + Н4+ Н12+ Н15+ Н13

9           10         11          12             ΣН(2)= Н2 + Н3+ Н5+ Н8+ Н9+ Н14

    13          14         15                            ΣН(3)= Н11                              

                                                          ΣН(4) = Н6 + Н7+ Н10

    Далее вычисляют рабочие отметки hpi  для всех вершин квадратов с отметками Hi , используемые в дальнейшем для расчета объемов земляных работ :                 hpi = Но  - Hi                                                                                                                   

    Проектирование наклонной площадки чаще всего проводится для обеспечения стока воды. При этом должен задаваться общий уклон io по определенному направлению ro . Направление уклона  ro  выбирается из условий водоотвода с проектируемого участка.   Например, оно может быть выбрано па