Обработка геодезических съемок

Нивелирование вперед. Для получения превышения h можно поставить нивелир окуляром над точкой А местности и сделать при горизонтальном положении визирной оси отсчет b по рейке, стоящей в точке В. Кроме того, нужно измерить высоту инструмента i (высоту визирной оси над точкой А). Тогда:

                                                     h = i – b.

Такое нивелирование называют нивелирование вперед. При нивелировании  вперед взгляд назад заменяют высотой  инструмента i. Если нивелир поставить выше или ниже, то оба отсчета изменятся на одно и тоже значение по сравнению с ранее сделанными отсчетами, однако разности от отсчетов в первом и втором случаях будут одинаковыми (т.е. значение h – превышения точек).

Вычисления  отметок точек через превышение. Разность высот точек H_B -H_A  - превышение h, поэтому если известна отметка точки A (H_A), то отметки точки B (H_B), определяемая по методу превышения,

                                                      H_B = H_A + h.

Для вычисления отметок искомой  точки можно применить способ горизонта инструмента.

Вычисление отметок точек  через горизонт инструмента. Отметку  горизонтального луча называют горизонтом инструмента. Отметка горизонта  инструмента,

                                     H_i =H_A + a, тогда H_B = H_i – a,

т.е. отметка горизонта  инструмента равна горизонту  инструмента на этой точке.

Вычисление отметок точек  через горизонт инструмента широко применяют в практике для определения  отметок нескольких точек с одной  установки нивелира (например, при  нивелировании поверхности по квадратам).

Вычитая из H_i отсчет b по рейке, поставленной в искомой точке B, получают отметку H_i  последней:

                                         H_A = a + H_i,           H_i – b = H_B.

 

6.2. Устройство нивелира

Нивелир (от фр. niveau — уровень, нивелир) — оптико-механический геодезический прибор для геометрического нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками. Прибор, устанавливаемый обычно на треножник (штатив), оборудован зрительной трубой, приспособленной к вращению в горизонтальной плоскости, и чувствительным уровнем.

Основные части нивелира: зрительная труба, цилиндрический уровень  для приведения визирной оси трубы  в горизонтальное положение и  подставка. Согласно ГОСТ 10528- 90 нивелиры, как и теодолиты, разделяют на высокоточные, точные и технические. К высокоточным относят нивелир Н-0,5, предназначенный для нивелирования I и II классов, с погрешностью не более 0,5 мм на 1 км двойного хода. К точным относят нивелиры Н-3, Н-3К и Н-3КЛ, предназначенные для нивелирования III и IV классов и технического нивелирования, с погрешностью не более 3 мм на 1 км двойного хода. Технические нивелиры Н-10, Н-10К, Н-10КЛ  применяют при техническом нивелировании с погрешностью не более 10 мм на 1 км двойного хода.

По способу приведения визирной оси в горизонтальное положение  различают нивелиры с уровнем (Н-0,5, Н-3, Н-10) и с компенсатором (Н-3К, Н-10К), автоматически приводящим визирную ось в горизонтальное положение. Последние в свою очередь, в основном применяют преимущественно на зыбких неустойчивых поверхностях. Некоторые  нивелиры снабжены горизонтальным кругом с лимбом (Н-3КЛ, Н-10КЛ) для измерения  горизонтальных углов.

При использовании цифровых нивелиров  значительно повышается производительность труда и точность нивелирования, так как исключаются личные погрешности  наблюдателя, а все измерения  и вычисления производятся в автоматическом режиме по специальной программе. Нивелир  может быть укомплектован программным  пакетом.

Рисунок №3  Схема нивелира типа Н-3:

1 – корпус, 2 – мушка, 3,8 – уровни,                           4 – наводящий винт,                                              5 –пружина пластинка,                                                          6 – подъемные винты,                                                        7 – подставка,                                                                       9 – элевационный винт,                                                              10 – опорная площадка, 11 – винт кремальеры, 12 – окуляр,   13 – зрительная труба.

 

 

6.3. Журнал нивелирной съемки

Продольным называют такое  нивелирование, которое ведут вдоль  узкой полосы земли по заранее  намеченному направлению, например по оси проектируемой дороги, канала и т.п.

На основании продольного  нивелирования вычисляют высоты пронивелированных точек и затем составляют продольный профиль трассы.

Трасса – линия, определяющая путь движения или продольную ось  дороги, канала, линии электропередачи  или связи, трубопровода и подобных сооружений большой протяженности. При продольном нивелировании на линии хода разбивают пикетаж, т.е. на местности намечают и закрепляют через каждые 100 метров точки, называемые пикетными. Пикет в уровень с землей, а рядом устанавливают сторожок, который облегчает нахождение пикетной точки.

После закрепления точек  на линии хода приступают к их нивелированию. Все отсчеты по рейкам, полученные во время работы, записывают в соответствующие  графы полевого журнала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица№2. Нивелирный журнал №3:

№ станции	№ пикетов, реперов и промежуточных  точек	отсчеты по рейкам			превышение		ср. превышение		горизонт инструмента	условные отметки, м
		задние	Передние	Промежуточные	+	-	вычисленные	исправленные
1	RP31   ПК0	1250 1095	1202 1045		48   50		49	-1 48		126   118,883
2	ПК0   ПК1	1819 1790	461 534		1258   1256		1257	-1 1256		118,883   118,931
3	ПК1       Х	3003 2938	212 145		2791       2793		2792	-1 2791		118,931       120,187
4	Х   ПК2	3445 3367	1004 922		2441   2445		2443	-1 2442		120,187   122,978
5	ПК2   +38   ПК3	924 1041	2124 2239	937		1200       1198	-1199	-1     - 1200	124,019	122,978   123,082   125,42
6	ПК3   +46 +78   ПК4	1811 1776	1178 1141	2532 1596	633         635		634	-1 633	127,196	125,42   124,664 125,6   124,22
7	ПК4   ПР. 3,2 ПР. 20   Лев. 3,8 Лев. 7,6 Лев. 20   ПК5	1914 1849	320 259	1956 3814   1908 2851 1653	1594                 1590		1592	-1 1591	126,069	124,22   124,113 122,255   124,161 123,218 124,416   124,853
8	ПК5   RP32	1223 1190	1665 1634			442   444	-443	-1 -444		124,853   126,444
		Σa=30335	Σb=16085

 

Вычисление превышений между всеми пикетными и исковыми точками

 

Так как пикетные точки  нивелировались по способу «из середины», то превышение между ними вычисляют  по формуле: Н = а-b, где Н -превышение, а - отсчет на заданную рейку, b - отсчет на переднюю рейку.

В приведенном примере  на станции 1 превышение между Rp31 и ПК 0 при первом горизонте будет равно: h = 1250-1202=48 мм, при втором горизонте:

h = 1095-1045=50мм

На станции 2 превышение между  ПК 0 и ПК 1 при первом горизонте  инструмента будет равно: h = 1719-461=1258 мм, при втором горизонте:

 h = 1790-534=1256 мм.

На станции 3 превышение между ПК 1 и Х при первом горизонте инструмента будет равно: h = 3003-212=2791 мм, при втором горизонте:

h = 2938-145=2793 мм.

На станции 4 превышение между  Х и ПК2 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 3445-1004=2441 мм, при втором горизонте:

 h = 3367-922=2445 мм.

На станции 5 превышение между  ПК2 и ПК 3 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 924-2124=-1200 мм, при втором горизонте:

 h = 1041-2239=-1198мм.

На станции 6 превышение между  ПК3  и ПК 4 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 1811-1178=633 мм, при втором горизонте:

 h = 1776-1141=635 мм.

На станции 7 превышение между  ПК 4 и ПК 5 при первом горизонте  инструмента будет равно: h = 1914-320=1594 мм, при втором горизонте:

h = 1849-259=1590 мм.

На станции 8 превышение между  ПК 5 и RP32 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 1223-1665=-442 мм, при втором горизонте:

h =1190-1634=-444  мм.

Расхождение в полученных превышениях допускается не более 5мм. В нашем примере получилось допустимая разница . полученные превышения записываются в графу 6 журнала. А  если задний отсчет меньше переднего, то превышение отрицательно и записывается в графу 7.

 

Контроль вычисления превышений

 

  Сущность контроля заключается в следующем: разность между суммой всех задних отсчетов и суммой передних отсчетов должна быть равна алгебраической сумме средних превышений. Для контроля вычислений необходимо:

1. Найти сумму всех задних отсчетов Σ_a, то есть сложить все отсчеты в

 графе 3.( Σ_a=30335)

2. Найти сумму всех передних отсчетов Σ_b , то есть сложить все отсчеты в графе 4.( Σ_b=16085)
3. Вычислить разность между этими суммами.

Σ= Σ_a - Σ_b = 30335-16085=14250

Сложить все положительные  средние превышения Σа₁ и все 
отрицательные Σb , и найти разность между ними.

Σа₁ =8767         Σb₁ = -1642

В нашем примере: Σа₁ - Σb₁  = 8767-1642=7125

Проверка: 14250/2=7125

Следовательно, превышения между пикетными и исковыми точками  вычислено правильно.

 

Вычисление невязки превышений и ее распределение

 

Полученная алгебраическая сумма всех средних превышений теоретически должна быть равна разности конечного  и начального репера. Однако практически, вследствие ошибок измерений получается невязка, которую подсчитывают по формуле:

Δh = Σ_hср – (H_n - H₁),

т.е. невязка равна разности между суммой средних превышений (8-9) и разностью отметок конечного (Н_n) и начального (Н₁) реперов.

Допустимость невязки  проверяется по формуле:

Δh_доп =

где L – длина нивелирного хода.

В нашем примере допустимая невязка Δh_доп = . А невязка при нивелировании трассы равна:

∆h = 7125-(126000-118,883)=8

Полученная невязка равна  нулю, поэтому ее не нужно распределять.

 

 Вычисления отметок пикетных и иксовых точек

 

Отметки всех пикетных и  исковых точек вычисляются последовательно  от заданной отметки начального репера по превышениям, по формуле:

 Н_n = H_n-1 + h_Cр,

то есть отметка точки  последующей равна отметки точки  предыдущей плюс соответствующее исправленное превышение между этими точками.

Следует помнить, что отметки  выражаются в метрах, а вычисленные  в журнале превышения получаются в миллиметрах, поэтому при вычислении отметок превышения необходимо выражать в метрах.

ПК0:       Н₀=118,883

ПК 1:      Н ₁= 118,883+0,048=118,931 м

Х:           H_х =118,931+1,256=120,187 м

ПК2:       Н₂=120,187+2,791=122,978 м

ПК 3:      Н₃=122,978+2,442=125,42 м 

ПК4:       Н₄=125,42-1,200=124,22 м

ПК 5:      Н₅=124,22+0,633=124,853 м

RP32:      Н₃₀=124,853+1,591=126,444 м

Проверка: RP31=RP32-H₀=126,444-0,444=126

 

Вычисление отметок  и плюсовых точек поперечников

 

Отметки этих точек определяют методом горизонта инструмента. Горизонтом инструмента называется высота луча визирования над уровенной поверхностью, или отметка луча визирования.

ГИ = Н_А + а,        ГИ = Н_в + b,

Где ГИ – горизонт инструмента,

      Н_А – отметка задней точки,

      а – отсчет  по рейке на этой точке,

      Н_в – отметка передней точки,

      b – отсчет по рейке на эту точку.

Отметка плюсовой точки равна:

h_c = ГИ – с, где с – отсчет по рейке на данную плюсовую точку.

Так как все плюсовые точки  нивелируют при горизонте инструмента, то для вычисления горизонта инструмента  на станцию надо пользоваться отсчетами, полученными при втором горизонте.

Графу   10   журнала   заполняют   для   тех   станций,   с   которых нивелировали плюсовые точки или поперечники. Для станции 5, 6 и 7 горизонт инструмента будет равен:

           ГИ₅ = 122,978+1,041=124,019 м

                     ГИ₆ =125,42+1,776=127,196м

                     ГИ₇=124,22+1,849=126,069

Полученные значения не должны отличатся больше чем на 10м.

Определение отметок точек:

 Н_ПК2+38 :  124,019-0,937=123,082 м

 Н_ПК3+46  : 127,196-2,532=124,664 м

 Н_ПК3+78  :  127,196-1,596=125,6

 

Определение отметок точек:

 Н_пр3.2 =  126,069-1,956=124,113 м

 Н_пр20 =126,069-3,814=122,255 м

 Н_лев3,8 =126,069-1,908=124,161 м

 Н_лев7,6 =126,069-2,851=123,218 м

 Н_лев20 =126,069-1,653=124,416 м

 

5.4. Построение продольного профиля

После вычисления отметок  всех пронивелированных точек приступают к построению продольного профиля и поперечников.

Профиль строят на миллиметровой  бумаге, на которой все размеры  откладывают без измерителя. Для  построения профиля надо в принятом масштабе для горизонтальных линий отложить все горизонтальные расстояния между пронивелированными точками, а в вертикальном направлении – все отметки этих точек в масштабе для вертикальных линий. Масштабы для горизонтальных линий в зависимости вида профиля будут следующими: 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10000. Масштабы для вертикальных линий принимают в 10 раз крупнее масштаба горизонтальных линий, благодаря чему профиль становится более наглядным (1:100, 1:200, 1:500, 1:1000). Построение профиля начинают с вычерчивания профильной сетки, состоящей из нескольких горизонтальных линий и имеющей различные графы. Верхнюю линию профильной сетки, т.е. линию отметок земли, совмещают с одной из утолщенных линий на миллиметровой бумаге, а нижняя линия сетки должна быть на 4…5 см выше нижнего края листа.

 

 

 

 

 

7. Применение геодезических программных комплексов для обработки геодезических измерений

AutoCAD — двух- и трёхмерная система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk. Первая версия системы была выпущена в 1982 году. AutoCAD и специализированные приложения на его основе нашли широкое применение в машиностроении, строительстве, архитектуре и других отраслях промышленности. Программа выпускается на 18 языках. Уровень локализации варьируется от полной адаптации до перевода только справочной документации. Русскоязычная версия локализована полностью, включая интерфейс командной строки и всю документацию, кроме руководства по программированию.

Текущая версия программы (AutoCAD 2012) включает в себя полный набор инструментов для комплексного трёхмерного моделирования (поддерживается твёрдотельное, поверхностное и полигональное моделирование). AutoCAD позволяет получить высококачественную визуализацию моделей с помощью системы рендеринга mental ray. Также в программе реализовано управление трёхмерной печатью (результат моделирования можно отправить на 3D-принтер) и поддержка облаков точек (позволяет работать с результатами 3D-сканирования). Тем не менее, следует отметить, что отсутствие трёхмерной параметризации не позволяет AutoCAD напрямую конкурировать с машиностроительными САПР среднего класса, такими как Inventor, SolidWorks и другими[5]. В состав AutoCAD 2012 включена программа Inventor Fusion, реализующая технологию прямого моделирования.