МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт экологии и устойчивого развития

Кафедра рекреационной географии и устойчивого развития

Автор - составитель - Раджабова Раисат Тажудиновна

Основы топография

Электронный курс лекций

для обучающихся по специальности 05.03.06 «Экология и природопользование»

профилю подготовки «Экология»

Степень выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная и заочная

Махачкала – 2016

СОЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Лекция №1 ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ

Лекция №2 СИСТЕМЫ КООРДИНАТ

Лекция №3 КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ

Лекция №4 УГЛЫ НАПРАВЛЕНИЙ

Лекция №5 ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ КАРТЫ И ПЛАНЫ. СВОЙСТВА И СФЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ

Лекция №6 РАЗГРАФКА И НОМЕНКЛАТУРА ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ

Лекция № 7 УСЛОВНЫЕ ЗНАКИ

Лекция №8 ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ УСЛОВНЫХ ЗНАКОВ

Лекция № 9 КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ. ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ СУШИ

Лекция №10 СИСТЕМА И СПОСОБЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ

Лекция №11 ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ МЕСТНОСТИ

Лекция № 12 .ТЕОДОЛИТНАЯ СЪЕМКА

Лекция № 13 ПЛАНОВЫЕ СЪЕМКИ НИЗКОЙ ТОЧНОСТИ

Лекция №14 ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЪЕМОК

ДИСТАНЦИОННЫЕ ВИДЫ СЪЕМОК.

Лекция №15 ОСНОВЫ СПУТНИКОВОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ………………………………

Лекция №16 ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ

Лекция №17 СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. ЭЛЕКТРОНЫЕ ТАХЕОМЕТРЫ

Лекция №18 МЕТОДЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПО КАРТЕ И

БЕЗ КАРТЫ. ОРИЕНТИРОВАНИЕ НА МЕСТНОСТИ

101

109

117

127

134

137

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и задачи топографии и геодезии

Топография (от греч. topos – место, местность и grapho – пишу), научно-техническая дисциплина, изучающая земную поверхность и размещенные на ней объекты в геометрическом отношении, с целью изображения их на топографических картах, планах и профилях. Главной задачей топографии является – создание топографических карт и планов. Основной метод изучения земной поверхности – топографическая съемка.

Топографическая съемка – это комплекс (совокупность) полевых измерений на местности и камеральных работ для создания топографических карт земной поверхности в заданном масштабе. Термин «топография» часто принимают эквивалентным термину «геодезия», что в переводе с греческого означает землеразделение (geodaisia, ge – земля и daizo – делю на части, разделяю). С современной точки зрения, геодезия является наукой о методах изучения формы и размеров Земли, изображения ее поверхности на картах, а также о методах специальных измерений необходимых для решения инженерных, экономических и других задач.

В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд связанных между собой самостоятельных научных дисциплин – высшую геодезию, топографию, космическую геодезию, фототопографию и инженерную геодезию. К задачам высшей геодезии относятся определение фигуры и размеров Земли, изучение гравитационного поля Земли, определение на Земле взаимного положения точек, составляющих государственную геодезическую сеть (ГГС), необходимую для изучения земной поверхности и точного ее картографирования на плоскости с учетом возникающих при этом искажений. В 1960-х гг. начал интенсивно развиваться новый раздел высшей геодезии – космическая (спутниковая) геодезия. Задачами данной дисциплины являются исследование основных параметров и внешнего гравитационного поля Земли и других планет Солнечной системы, а также определение координат пунктов земной поверхности в геоцентрической системе координат. Фототопография (аэрофототопография) занимается изучением методов и средств создания топографических карт и планов по фотоснимкам поверхности Земли. Аэрофототопография тесно связана с фотограмметрией. Фотограмметрия – это научная и инженерно-техническая дисциплина, занимающаяся определением формы, размеров и положения различных объектов местности путем измерения их изображения на фотоснимках. Инженерная геодезия, имеющая прикладное значение, представляет комплекс геодезических работ, выполняемых при изысканиях, строительстве и эксплуатации различных сооружений, а также при монтаже оборудования, при наблюдениях за вертикальными и горизонтальными смещениями инженерных сооружений. В своей теории и практическом применении топография использует достижения целого ряда наук: математики, физики, электроники и др. Большое значение топография имеет для изучения географических дисциплин картографии, геоморфологии, почвоведения, геологии, ландшафтоведения и др. В задачу картографии входят вопросы теории и способов изображения на плоскости частей земной поверхности (отдельных государств, материков, земного шара), а также разработка методов и процессов создания и использования различных карт. Значение топографии для науки и практики трудно переоценить. Особенно велика роль топографии при картографировании природной среды. Описания местности не могут заменить топографических карт и планов, на которых наглядно передаются все подробности местности. Топографические карты являются необходимыми при проведении полевых экспедиционных работ и представляются незаменимыми при выполнении картометрических исследований. Созданные топографические карты являются основным материалом для составления общегеографических карт. Большая роль принадлежит топографии и геодезии в народном хозяйстве. Геодезические измерения предшествуют многим основным видам деятельности в развитии народного хозяйства страны. Геодезические измерения производятся на поверхности Земли и в ее недрах, в приземных слоях атмосферы, в океанах и морях. Геодезические изыскания выполняются на стадии проектирования, строительства и реконструкции населенных пунктов, железных и шоссейных дорог, тоннелей, мостов, магистральных нефте- и газопроводов и других объектов, а также для наблюдений за сдвигом и осадкой крупных сооружений. Огромное значение геодезические работы имеют в сельском хозяйстве, с которым геодезия связана с древних времен. Проведение землеустроительных работ, направленных на рациональное использование земельных ресурсов, учет сельскохозяйственных земель и их качества, строительство гидромелиоративных и гидротехнических сооружений – все это тесно связано с геодезическими измерениями. Геологические изыскания начинаются и заканчиваются с использованием геодезических материалов и измерений. Строительство метро, шахт и карьеров невозможно без проведения геодезических работ, которые выполняют горные геодезисты – маркшейдеры. Особая роль принадлежит геодезии в вопросах обороноспособности государства. Топографические карты используются для изучения местности, при разработке военных операций и отображения на них боевой обстановки.

Краткий очерк развития топографии и геодезии

Истоки зарождения геодезии проследить исторически трудно. Вероятно, они относятся к тому времени, когда люди начали пользоваться землей для выращивания сельскохозяйственных культур. Поэтому возникла необходимость в делении земли, установлении площади ее отдельных участков. Позже методы геодезии потребовались для строительства оросительных и осушительных систем, разного рода инженерных сооружений. Считается, что возникновение геодезии связано с деятельностью человека в плодородных долинах рек Нила, Тигра и Евфрата. В Египте сохранились древнейшие инженерные сооружения, строительство которых было невозможно без хорошо разработанных геодезических методов измерений. В 6 тысячелетии до н. э. был построен канал, соединяющий р. Нил с Красным морем. В 5 тысячелетии до н. э. проводились большие ирригационные работы на р. Нил и мероприятия по осушению болот и регулированию водных ресурсов. В это же время в Египте были построены грандиозные сооружения (пирамида Хуву с квадратным основанием, сторона которого равна 227,5 м и высотой 137,2 м, а также пирамида Хофры и др.). Возведение подобных сооружений несомненно было связано с геодезическими работами. Однако геодезия, как наука, с разработкой соответствующих теоретических обоснований и методов оформилась несколько позже в Древней Греции и получила дальнейшее развитие в Древнем Риме. В VI в. до н. э. греческий ученый Пифагор высказал предположение о шарообразности Земли. Доказательства этой гипотезы привел в своих сочинениях Аристотель (384–322 гг. до н. э.). Он же ввел термин «геодезия» и относил эту науку к отрасли знаний связанной с астрономией и географией. Выдающийся астроном и географ, глава Александрийской библиотеки Эратосфен (276–194 гг. до н. э.) в своем труде «Географика» подробно рассмотрел вопрос о фигуре Земли, привел данные о размерах и форме ее обитаемой части – ойкумены, и показал последнюю на карте. Ему же принадлежит и наиболее близкое к действительности определение длины земного меридиана.

Развитие современных методов при выполнении геодезических работ относится к XVII в. Большим шагом вперед явилось разработка голландским ученым В. Снеллиусом метода триангуляции, благодаря которому стало возможным проводить на земной поверхности линейные измерения огромной протяженности, что позволило определять длины дуг параллелей и меридианов Земли. Во второй половине XVII в. появились первые геодезические приборы с оптической трубой – нивелиры. Теодолит с оптической трубой был изобретен лишь в конце XVIII в. английским механиком Рамсденом. До конца XVII в. при определении размеров Земли исходным считалось, что Земля – шар. Ньютон (1643–1727) на основе открытого им закона всемирного тяготения теоретически обосновал неизбежность сплюснутости Земли у полюсов, если она когда-то была в огненно-жидком состоянии. Для проверки этой теории французская академия наук произвела геодезические измерения в Перу в 1735–1742 гг. по дуге пересекающей экватор и в 1736–1737 гг. в Лапландии на широте около 66º. Эти исследования подтвердили теорию Ньютона. В конце XVIII в. французские ученые Ж. Деламбр и П. Мешен измерили дугу меридиана от Барселоны до Дюнкерка. На основе этих измерений были получены одни из первых точных данных о размерах земного эллипсоида и принята мера длинные линий – метр, как одна десятимиллионная часть четверти дуги Парижского меридиана. Большой вклад в развитие топографии и геодезии внесли немецкие ученые К. Гаусс (теория ошибок измерений, общая теория изображения сферической поверхности на плоскости с сохранением равноугольности) и Ф. Бессель (определение параметров земного эллипсоида). В России геодезия и топография получили широкое развитие при Петре I. В 1701 г. в Москве была построена первая в России школа математических и навигационных наук, в задачу которой входила подготовка навигаторов и геодезистов. В 1715 г. в Санкт-Петербурге была открыта морская академия с классом геодезии. В 1721 г. была разработана первая в России Инструкция по выполнению топографических съемок, на основе которой были составлены карты 164 уездов Европейской части России и 26 уездов Сибири. Большим значением для развития геодезии было открытие в 1739 г. Географического департамента. Вскоре были изданы первые учебники по геодезии «Практическая геометрия» С. Назарова и «Первые основания геодезии» С. К. Котельникова. В 1779 г. в Москве была основана Межевая школа, впоследствии – Межевый институт – высшее учебное заведение по подготовке геодезистов. К концу XVIII в. на территории России были определены координаты 67 астрономических пунктов. В 1797 г. было создано Депо карт, преобразованное в 1812 г. в Военно-топографическое депо, а затем в 1822 г. – в Корпус военных топографов. Наряду с Корпусом военных топографов геодезические работы выполняли Переселенческое управление, Межевое ведомство, Главное гидрографическое управление, Горное ведомство, Министерство путей сообщения, Русское географическое общество.

Геодезические работы по определению формы и размеров Земли в России были начаты в 1816 г. геодезистами академиком Петербургской Академии наук, директором Пулковской обсерватории В. Я. Струве (1793–1864) и почетным членом Петербургской Академии наук, генералом К. И. Теннером (1783–1860). Градусное измерение дуги меридиана протяженностью 25º 20' от устья р. Дунай до Ледовитого океана (г. Фугленс, Норвегия).

Большой вклад в развитие геодезии в России в XIX в. внес профессор А. П. Болотов, который в 1845 г. издал учебник «Курс высшей и низшей геодезии». Развитию геодезической теории и практики в то время содействовали научные труды ученых-геодезистов А. А. Тилло, В. В. Витковского, Ф. А. Слудского, А. Н. Савича, Д. Д. Гедеонова и др.

ЛЕКЦИЯ №1 ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ

1. Земной эллипсоид

Известно, что Земля шарообразна и по форме близка к сфероиду — фигуре, которую она приняла бы под влиянием только сил взаимного тяготения и центробежной силы вращения вокруг полярной оси. Из-за неравномерного распределения масс Земля имеет обширные, хотя и довольно пологие, выпуклости и вогнутости.

Фигуру Земли можно представить, вообразив поверхность, в каждой точке которой сила тяжести направлена по нормали к ней, т.е. по отвесной линии. Такую поверхность называют уровенной. Сложную фигуру нашей планеты, ограниченную уровенной поверхностью, проходящей через точку, закрепленную на высоте среднего уровня моря и являющуюся началом отсчета высот, называют геоидом. Иначе говоря, геоид представляет фигуру Земли, сглаженную до уровня Мирового океана. Благодаря использованию искусственных спутников и наземных измерений геоид достаточно изучен. При картографировании сложную фигуру геоида заменяют математически более простой — эллипсоидом вращения — геометрическим телом, которое образуется при вращении эллипса вокруг его малой оси (рис. 1). Наиболее известные эллипсоиды представлены в табл. 1. В нашей стране в 1940 г. расчет эллипсоида был выполнен выдающимся ученым Ф. Н. Красовским (1878—1948) и его учеником А. А. Изотовым (1907—1988). Эллипсоид Красовского был утвержден в СССР для геодезических и картографических работ, его используют в России и в настоящее время.

Рис. 1. Эллипсоид вращения (В, L — широта и долгота точки Q;

L₀ — начальный меридиан)

По табл. 1 нетрудно проследить, как со временем повышалась точность определения большой полуоси и сжатия земного эллипсоида.

Таблица 1 Основные земные эллипсоиды и их параметры

Эллипсоид	Годы	Большая полуось а (м)	Сжатие а
Деламбра	1800	6 375 653	1/334
Вальбека	1819	6 376 896	1/303
Эйри	1830	6 377 563,396	1/299,3249646
нереста	1830	6 377 276,345	1/300,8017
Бесселя	1841	6 377 397	1/299,15
Кларка	1866	6 378 206	1/294,98
Кларка	1880	6 378 249	1/293,46
Хейфорда	1909	6 378 388	1/297
Красовского	1940	6 378 245	1/298,3
Австралийский	1965	6 378 160 _j	1/298,25
GRS-67	1967	6 378 160	1/298.247167247
WGS-72	1972	6 378 135	1/298,26
GRS-80	1979	6 378 137	1/298,257222101
WGS-84	1984	6 378 137	1/298,257223563
ПЗ-90	1990	6 378 136	1/298,257839303

В настоящее время параметры современной точности имеют эллипсоид системы GRS-80 {Geodetic Reference System, 1980), составляющей основу современных координатных систем Австралии, Европы, стран Северной и Центральной Америки, WGS-84 (World Geodetic System, 1984), получивший мировое распространение благодаря американской глобальной системе спутникового позиционирования, и российский ПЗ-90 (Параметры Земли, 1990).

Различают общеземной эллипсоид, наилучшим образом подходящий для решения глобальных картографо-геодезических задач, и референц-эллипсоиды, используемые в отдельных регионах и странах

Положение любой точки на земном эллипсоиде определяется широтой и долготой.

Широта (В) — угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью его экватора;

долгота (L) — двугранный угол между плоскостями меридианов данной точки и начального меридиана (см. рис. 1).

Рассекая эллипсоид плоскостями, проходящими через полярную ось, получают линии меридианов, а плоскостями, проходящими перпендикулярно этой оси, — линии параллелей.

Линия экватора — след сечения эллипсоида плоскостью, проходящей через его центр перпендикулярно полярной оси.

Сетка меридианов и параллелей на земном эллипсоиде, шаре или на глобусе называется географической сеткой.

Легко заметить, что радиус М у полюса больше, чем на экваторе. Это означает, что кривизна меридианного эллипса убывает от экватора к полюсам. Радиус меридиана получает наибольшие изменения на средней широте, где с каждым градусом широты он изменяется примерно на 1 км.

ЛЕКЦИЯ №2 СИСТЕМЫ КООРДИНАТ

Для картографирования и решения научных и прикладных задач вводят геодезические системы координат: общеземные — для всей планеты и референцные, распространяемые на отдельные регионы или государства.

Общеземную координатную систему используют для картографирования и решения глобальных задач, таких как изучение фигуры, внешнего гравитационного поля, их изменений во времени, движения полюсов, неравномерности вращения Земли, управления полетами космических аппаратов в гравитационном поле Земли и др. С этой целью создают модель планеты — эллипсоид, имеющий размеры, массу, угловую скорость вращения и другие, так называемые фундаментальные параметры, весьма близкие реальной Земле. Гравитационное поле вокруг модели и сила тяжести на ее поверхности, являющаяся равнодействующей сил притяжения и центробежной силы, близки к реальным силам, существующим на Земле и в околоземном пространстве.

К фундаментальным параметрам Земли относят также скорость распространения электромагнитных волн в вакууме. В таком эллипсоиде устанавливают пространственные прямоугольные координаты X, Y, Zc началом в центре эллипсоида. Ось Z направлена по оси вращения, а ось X лежит на пересечении плоскости начального меридиана с плоскостью экватора и с осью образует правую систему (см. рис. 1).

Для ориентирования координатной системы в теле Земли начало эллипсоида помещают в центр масс Земли, начальный меридиан совмещают с меридианом Гринвича, а ось вращения направляют на северный условный земной полюс, соответствующий некоторому фиксированному среднему его положению. Это обусловлено тем, что ось вращения Земли со временем перемещается в теле Земли и относительно звезд. Такой условный земной полюс называют Международным условным началом. Тем самым устанавливается геоцентрическая гринвичская координатная система.

Практически для закрепления геоцентрической гринвичской координатной системы создается геодезическая сеть — совокупность геодезических пунктов, положение которых определено по результатам измерений в единой для них системе координат.

Каждый пункт, закрепленный на местности или на космическом аппарате, имеет координаты X, Y, Z. Их можно пересчитать в широты (В), долготы (L), определяющие положение пункта на эллипсоиде, и высоту (Н) над ним. Эллипсоид можно отобразить в некоторой проекции в плоскости карты и определить для пунктов плоские прямоугольные координаты х, у. От пунктов сети посредством измерений координаты передаются на другие новые пункты, в том числе и на космические аппараты, а с них — вновь на точки на Земле.

Геодезические сети — это наиболее надежный и совершенный способ практического закрепления координатной системы. Измерения на пунктах сети выполняют с наибольшей тщательностью, многократно повторяют и подвергают строгой математической обработке. Современные геодезические сети создают методами космической геодезии по измерениям с использованием внегалактических точечных радиоисточников, весьма удаленных от Солнечной системы и спутников Земли. В создании геодезических сетей значительная роль отводится глобальным системам позиционирования.

Известно несколько общеземных координатных систем. Они опираются на одинаковые теоретические положения, а различия обусловлены, главным образом, геодинамическими процессами, небольшими расхождениями фундаментальных параметров, погрешностями измерений, неравномерностью размещения геодезических пунктов и особенностями их математической обработки.

Международная служба вращения Земли IEJRS (International Earth Rotation Service) на основе высокоточных измерений формирует общеземную координатную систему ITRS (International Terrestrial Reference System) и использует эллипсоид GRS-80. Система закреплена сетью пунктов, называемой ITRF (International Terrestrial Reference Frame). Сотни пунктов ITRF расположены на всех материках и островах во всех океанах, погрешности их положения не превышают 10 см. Из-за геодинамических процессов координаты 4-1700 пунктов изменяются со скоростью около 1—2 см/год, поэтому они постоянно обновляются, а в каталогах указывают год, к которому они отнесены, например ITRF-94. В связи с широким применением во всем мире американской спутниковой системы позиционирования получила распространение Мировая геодезическая система 1984 г.— WGS-84 (World Geodetic System, 1984, см. табл. 3.2.). Ее геометрические параметры практически совпадают с постоянными эллипсоида GRS-80. Точность системы находится на уровне дециметров. В версии 1984 г. использованы уточненные координаты пунктов слежения за спутниками глобальной системы позиционирования, что позволяет согласовать координаты WGS-84 и ITRF с точностью до нескольких дециметров. С 1993 г. в мире действует сеть станций Международной геодинамической службы IGS {International Geodynamics GPS Service), сближающих координатные системы WGS-84 и ITRS. К концу XX в. в сети имелось почти 200 пунктов, на которых велись непрерывные измерения приемниками американской спутниковой системы позиционирования. При этом России доступны 22 станции, расположенные на ее территории или вблизи границ. Наблюдения на пунктах IGS используют для уточнения координат спутников, решения других геодезических и геодинамических задач.

Референцные системы координат устанавливают в отдельных регионах или государствах с помощью референц-эллипсоидов, наилучшим образом соответствующих данному региону. Это не только дань традиции, но потребность иметь наиболее удобный для данной территории эллипсоид, когда уклонения отвесных линий от нормалей к нему минимальны. Другая важная причина — необходимость сохранять стабильность взаимного положения пунктов геодезической сети, которая может быть нарушена геодинамическими процессами, приводящими к перемещению одних регионов относительно других. Референц-эллипсоид ориентируют в теле Земли при помощи исходных геодезических дат, т.е. параметров, которые устанавливают значения широт, долгот и их взаимосвязь с астрономическими координатами в некотором исходном пункте.

Простейший способ установления исходных геодезических дат — это приравнивание в исходном пункте координат эллипсоида к значениям, определенным из астрономических наблюдений. Так были установлены исходные геодезические даты большинства стран Европы, США, Японии, а также бывшего СССР с исходным пунктом в Пулково и референц-эллипсоидом Бесселя. Однако значительные уклонения отвеса в исходном пункте могут привести к смещению эллипсоида в теле Земли. Правильнее ориентировать референц-эллипсоид не по одному пункту, а по измерениям на множествеастрономо-геодезических пунктов страны. В этом случае вообще отпадает надобность в исходном пункте. Так установлен референц-эллипсоид Красовского и введена система координат 1942 г. СК-42. С помощью референц-эллипсоида вводятся лишь координаты, определяющие положения пунктов на эллипсоиде. Это широты и колготы {В, L) либо соответствующие им плоские прямоугольные координаты {х, у), вычисляемые обычно в той картографической проекции, в которой создаются топографические карты. Эти координаты закрепляют пунктами геодезических сетей региона. Отдельно вводится система высот, началом счета которой служит пункт, фиксирующий местный средний уровень моря. Система высот закрепляется пунктами нивелирных сетей. Различия в началах счета высот разных референцных систем могут достигать нескольких метров. Мировой геодезической общественностью предпринимаются усилия с тем, чтобы привести начала счета всех высот к единому нулевому уровню (геоиду) с точностью около 20 см.

Многие страны при введении региональных референцных координатных систем стремятся использовать общеземные параметры. Например, Североамериканская референцная координатная система NAD-83 {North American Datum, 1983), Австралийская (JDA-94 {Geocentric Datum of Australia, 1994), Европейская EUREF (European Geodetic Reference System) используют эллипсоид и общеземные параметры GRS-80 и являются подсистемами ITRS. Но все они имеют свои региональные системы счета высот. Европейская высокоточная геодезическая основа EUREF с 1989 г. формирует на общеземном эллипсоиде GRS-80 координатную систему ETRS {European Terrestrial Reference System), которая должна быть геоцентрической, очень близкой к WGS-84 и к тому же — единой для всей Европы, объединяет в единое целое все геодезические сети Европы, включая страны Балтии и Турцию. Предусмотрено регулярное уточнение и согласование их координатных систем. Факт существования разных систем счета высот в Европе (с различиями до 7,5 м) послужил стимулом к развитию единой Европейской нивелирной сети. Она создается на базе двух нивелирных сетей континентального масштаба — Центрально- и Западно-Европейских государств и Амстердамской 1973 г. системе высот и государств бывшего СССР и Восточной Европы в Балтийской системе 1977 г. В России без интеграции с западными странами создана общеземная координатная система ПЗ-90 (Параметры Земли, 1990 г.). Она закреплена пунктами космической геодезической сети, часть которых расположена в Антарктиде. При расстояниях между пунктами до 10 000 км погрешность их взаимного положения не более 30 см. И 2000 г. принято Постановление Правительства Российской Федерации о введении ПЗ-90 в качестве единой государственной системы координат в целях геодезического обеспечения орбитальных полетов космических аппаратов и решения навигационных задач. Тем же Постановлением для геодезических и картографических работ России введена референцная система координат 1995 г. — СК-95.

3. Геодезические координаты

Геодезические координаты определяют положение точки земной поверхности на референц-эллипсоиде (рис.2).

Рис. 2. Система геодезических координат.

Геодезическая широта B – угол, образованный нормалью к поверхности эллипсоида в данной точке и плоскостью его экватора. Широта отсчитывается от экватора к северу или югу от 0° до 90° и соответственно называется северной или южной широтой.

Геодезическая долгота L – двугранный угол между плоскостями геодезического меридиана данной точки и начального геодезического Гринвичского меридиана. Долготы точек, расположенных к востоку от начального меридиана, называются восточными, а к западу – западными.

Астрономические координаты (для геодезии)

Астрономическая широта j и долгота l определяют положение точки земной поверхности относительно экваториальной плоскости и плоскости начального астрономического меридиана.

Рис. 3. Система астрономических координат

Астрономическая широта j – угол, образованный отвесной линией в данной точке и экваториальной плоскостью.

Астрономическая долгота l – двугранный угол между плоскостями астрономического меридиана данной точки и начального астрономического меридиана.

Плоскостью астрономического меридиана является плоскость, проходящая через отвесную линию в данной точке и параллельная оси вращения Земли. Астрономическая широта j и долгота l определяются астрономическими наблюдениями. Геодезические и астрономические координаты отличаются (имеют расхождение) из-за отклонения отвесной линии от нормали к поверхности эллипсоида. При составлении географических карт этим отклонением пренебрегают.

Географические координаты

Географические координаты – величины, обобщающие две системы координат: геодезическую и астрономическую, используют в тех случаях, когда отклонение отвесных линий от нормали к поверхности не учитывается (рис.4).

Рис. 4. Система географических координат

Географическая широта j – угол, образованный отвесной линией в данной точке и экваториальной плоскостью.

Географическая долгота l – двугранный угол между плоскостями меридиана данной точки с плоскостью начального меридиана.

Плоские прямоугольные геодезические координаты (зональные).

При решении инженерно-геодезических задач в основном применяют плоскую прямоугольную геодезическую и полярную системы координат.

Для определения положения точек в плоской прямоугольной геодезической системе координат используют горизонтальную координатную плоскость ХОУ (рис. 5), образованную двумя взаимно перпендикулярными прямыми. Одну из них принимают за ось абсцисс X, другую – за ось ординат Y, точку пересечения осей О – за начало координат.

Рис. 5. Плоская прямоугольная система координат.

Изучаемые точки проектируют с математической поверхности Земли на координатную плоскость ХОУ. Так как сферическая поверхность не может быть спроектирована на плоскость без искажений (без разрывов и складок), то при построении плоской проекции математической поверхности Земли принимается неизбежность данных искажений, но при этом их величины должным образом ограничивают. Для этого применяется равноугольная картографическая проекция Гаусса – Крюгера (проекция названа по имени немецких ученых, предложивших данную проекцию и разработавших формулы для её применения в геодезии), в которой математическая поверхность Земли проектируется на плоскость по участкам – зонам, на которые вся земная поверхность делится меридианами через 6° или 3°, начиная с начального меридиана (рис. 6).

Рис. 6. Деление математической поверхности Земли на

шестиградусные зоны

В пределах каждой зоны строится своя прямоугольная система координат. С этой целью все точки данной зоны проецируются на поверхность цилиндра, ось которого находится в плоскости экватора Земли, а его поверхность касается поверхности Земли вдоль среднего меридиана зоны, называемого осевым. При этом соблюдается условие сохранения подобия фигур на земле и в проекции при малых размерах этих фигур.

Рис. 7. Равноугольная картографическая проекция Гаусса – Крюгера (а) и зональная система координат (б):

1 – зона, 2 – осевой (средний) меридиан зоны, 3 – проекция экватора на поверхность цилиндра, 4 – экватор, 5 – ось абсцисс – проекция осевого меридиана, 6 – ось ординат – проекция экватора

После проектирования точек зоны на цилиндр, он развертывается на плоскость, на которой изображение проекции осевого меридиана и соответствующего участка экватора будет представлена в виде двух взаимно перпендикулярных прямых. Точка пересечения их принимается за начало зональной плоской прямоугольной системы координат, изображение северного направления осевого меридиана – за положительную ось абсцисс, а изображение восточного направления экватора – за положительное направление оси ординат.

Для всех точек на территории нашей страны абсциссы имеют положительное значение. Чтобы ординаты точек также были только положительными, в каждой зоне ординату начала координат принимают равной 500 км. Таким образом, точки, расположенные к западу от осевого меридиана, имеют ординаты меньше 500 км, а к востоку – больше 500 км. Эти ординаты называют преобразованными.

На границах зон в пределах широт от 30° до 70° относительные ошибки, происходящие от искажения длин линий в этой проекции, колеблются от 1 : 1000 до 1 : 6000. Когда такие ошибки недопустимы, прибегают к трехградусным зонам.

На картах, составленных в равноугольной картографической проекции Гаусса – Крюгера, искажения длин в различных точках проекции различны, но по разным направлениям, выходящим из одной и той же точки, эти искажения будут одинаковы. Круг весьма малого радиуса, взятый на уровенной поверхности, изобразится в этой проекции тоже кругом. Поэтому говорят, что рассматриваемая проекция конформна, т. е. сохраняет подобие фигур на сфере и в проекции при весьма малых размерах этих фигур. Таким образом, изображения контуров земной поверхности в этой проекции весьма близки к тем, которые получаются.

Четверти прямоугольной системы координат нумеруются. Их счет идет по ходу стрелки от положительного направления оси абсцисс.

Рис. 8. Четверти прямоугольной системы координат

Если за начало плоской прямоугольной системы координат принять произвольную точку, то она будет называться относительной или условной.

Полярные координаты

При выполнении съемочных и разбивочных геодезических работ часто применяют полярную систему координат (рис.9). Она состоит из полюса О и полярной оси ОР, в качестве которых принимается прямая с известным началом и направлением.

Для определения положения точек в данной системе используют линейно-угловые координаты: угол β, отсчитываемый по часовой стрелке от полярной оси ОР до направления на горизонтальную проекцию точкиА', и полярное расстояние r от полюса системы О до проекции А'.

Системы высот

Высота точки является третьей координатой, определяющей её положение в пространстве.

В геодезии для определения отметок точек применяются следующие системы высот:

ортометрическая (абсолютная);

геодезическая;

нормальная (обобщенная);

относительная (условная).

Рис. 9. Полярная система координат

Рис. 10. Системы высот в геодезии

Ортометрическая (абсолютная) высота H_о – расстояние, отсчитываемое по направлению отвесной линии от поверхности геоида до данной точки.

Геодезическая высота H_г – расстояние, отсчитываемое по направлению нормали от поверхности референц-эллипсоида до данной точки.

В нашей стране все высоты реперов государственной нивелирной сети определены в нормальной системе высот. Это связано с тем, что положение геоида под материками определить сложно. Поэтому с конца 40-х годов в СССР было принято решение не применять ортометрическую систему высот.

В нормальной системе высот отметка точки H_н отсчитывается по направлению отвесной линии от поверхности квазигеоида, близкой к поверхности геоида. Отличие реального среднего уровня моря от геоида может достигать 1 м.

Квазигеоид («якобы геоид») – фигура, предложенная в 1950-х г.г. советским учёным М.С. Молоденским в качестве строгого решения задачи определения фигуры Земли путем тщательных измерений гравитационного поля Земли. Квазигеоид определяется по измеренным значениям потенциалов силы тяжести согласно положениям теории М.С. Молоденского.

В России абсолютные высоты точек определяются в Балтийской системе высот (БСВ) относительно нуля Кронштадтского футштока – горизонтальной черты на медной пластине, прикрепленной к устою моста через обводной канал в г. Кронштадте.

Относительная высота H_у – измеряется от любой другой поверхности, а не от основной уровенной поверхности.

Местная система высот – Тихоокеанская, её уровенная поверхность ниже нуля Кронштадтского футштока на 1873 мм.

ЛЕКЦИЯ №3 КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ

Картографическая проекция — это математически определенное отображение поверхности эллипсоида или шара (глобуса) на плоскость карты.

Проекция устанавливает однозначное соответствие между геодезическими координатами точек (широтой В и долготой L) и их прямоугольными координатами(Х Y) на карте. Уравнения проекций в общей форме выглядят предельно просто: X=f,(B,L);Y=f2(B,L).

Конкретные реализации функций f,1f2 часто выражены довольно сложными математическими зависимостями, их число бесконечно, а следовательно, разнообразие картографических проекций практически неограниченно.

Теория картографических проекций составляет главное содержание математической картографии. В этом разделе картографии разрабатывают методы изыскания новых проекций для разных территорий и разных задач, создают приемы и алгоритмы анализа проекций, оценки распределения и величин искажений. Особый круг задач связан с учетом этих искажений при измерениях по картам, с переходами из одной проекции в другую и т.п. Компьютерные технологии позволяют рассчитывать проекции с заданными свойствами, так что можно сказать, что создание новых проекций становится «делом техники» в лучшем смысле слова.

Исходная аксиома при изыскании любых картографических проекций состоит в том, что сферическую поверхность Земного шара (эллипсоида, глобуса) нельзя развернуть на плоскости карты без искажений.

Неизбежно возникают деформации — сжатия и растяжения, различные по величине и направлению. Именно поэтому на карте возникает непостоянство масштабов длин и площадей .

Обработку результатов полевых геодезических измерений и решение многих инженерных задач по карте производят в плоских прямоугольных координатах, которые рассчитываются в определенной проекции, принятой для топографических карт. Проекция топографических карт разработана с учетом минимума искажений во всех частях карты; это означает, что неизбежно возникающие при проектировании сферической поверхности эллипсоида на плоскую поверхность искажения должны быть меньше точности измерений по карте.

В 1928 г. в СССР принята единая проекция топографических карт Гаусса—Крюгера, названная по именам разработавших ее ученых. Знаменитый математик и астроном Ф. Гаусс в 1825 г. впервые решил задачу по отображению эллипсоида на плоскости при условии малых искажений, а в 1912 г. профессор Потсдамского геодезического института Л. Крюгер адаптировал формулы Гаусса для применения в крупномасштабной картографии.

В проекции топографических карт Гаусса—Крюгера отображение эллипсоида на плоскости осуществляется поэтапно. Промежуточное проектирование осуществляется на поверхность цилиндра, расположенного касательно по меридиану к поверхности эллипсоида, ось цилиндра перпендикулярна малой оси эллипсоида.

Касательный меридиан отображается без искажений, а меридианная зона вдоль него (общей шириной в 6°) может отобразиться с незначительными искажениями, удовлетворяющими точности измерений по картам. Для топографических карт, используемых для точных, инженерных расчетов, целесообразно применять равноугольное изображение, при котором сохраняется равенство углов по всем направлениям. Вследствие вышесказанного полное название проекции - поперечно-цилиндрическая равноугольная проекция топографических карт Гаусса—Крюгера.

Рис. 11. Проекция для топографических карт

Повернув цилиндр на 6°, можно отобразить следующую меридианную зону под таким же условием. Территория земного эллипсоида состоит из 60 зон, каждая обозначается своим номером, в направлении с запада на восток от нулевого меридиана. На территорию России приходится 29 шестиградусных зон с номерами от 4 до 32. Долгота центрального (осевого) меридиана первой зоны — 3°.

В проекции все меридианы, за исключением осевого, имеют вид кривых линий и все параллели, кроме отрезка экватора, также кривые .

Системы прямоугольных координат в каждой зоне идентичны, но строятся они самостоятельно. За ось абсцисс принимают прямолинейный осевой меридиан, за ось ординат — отрезок экватора. Начало прямоугольных координат находится на их пересечении. Чтобы исключить из обращения отрицательное значение ординат и тем самым упростить вычислительные работы по картам, начало системы координат теоретически отнесено на расстояние 500 км к западу. Наиболее удаленная точка от осевого меридиана к западу расположена на расстоянии 3° дуги экватора (примерно 333 км); при центральном расположении оси абсцисс в шестиградусной зоне ординаты всех точек, расположенных западнее осевого меридиана, имели бы отрицательное значение. Для исключения отрицательных величин и было принято решение о перемещении оси к западу на 500 км. В пределах России максимальные искажения на краях не превышают графической точности составления карт даже в масштабе 1:10 000. На картах более крупных масштабов (1:5000 и 1:2000), где применяется проекция для трехградусных зон, искажение на краях зоны будет меньше в 4 раза.

Важной частью математической основы карты является сетка прямоугольных координат. Она позволяет определять координаты точек в метрической системе, упрощает измерение углов направлений по карте, позволяет наносить точки на карту с высокой точностью. Сетка наносится на топографическую карту через 1 км в масштабах 1:10 000—1:50 000 и через 2 км и 5 км в масштабах 1:100 000 и 1:200 000 соответственно (поэтому ее другое название - километровая). На картах масштабов 1:1000000 и 1:500000 проводится географическая сеть, поэтому прямоугольная сетка только намечается на меридианах и параллелях.

По линиям прямоугольной координатной сетки определяют прямоугольные координаты точек (X, Y). Оцифровка сетки размещена на выходах за внутренней рамкой карты — это последние две цифры целого числа километров, первые две даны около углов рамки карты (мелким шрифтом).

Прямоугольные координаты выражаются в метрах.

Координата X определяемой точки С складывается из обозначения горизонтальной линии сетки, ближайшей к югу от точки 68, и расстояния в метрах по перпендикуляру от этой линии до определяемой точки. Координата Y складывается из обозначения вертикальной линии прямоугольной сетки, ближайшей к западу от точки 07, и расстояния по перпендикуляру от определяемой точки до этой линии в метрах.

Хс = б 068 700; Yс = 4 307 800.

Абсцисса X обозначает расстояние от определяемой точки до экватора. Ордината Yсостоит из номера зоны (в данном случае № 3) и расстояния точки в метрах от условного осевого меридиана Номер зоны указывается перед началом ординат для простого отличия точек одной зоны от любой другой, система координат в которой аналогична.

ЛЕКЦИЯ №4 УГЛЫ НАПРАВЛЕНИЙ

При работе с топографической картой часто возникает задача определения направлений. Углы направлений (или углы положения) измеряют относительно начального направления, за которое могут быть приняты географический (истинный) меридиан, магнитный меридиан, осевой меридиан зоны Гаусса — Крюгера.

В зависимости от принятого начального направления различают азимут географический (истинный), азимут магнитный, дирекционный угол.

Географическим (истинным) азимутом А направления называется угол, измеряемый от северного направления географического меридиана по ходу часовой стрелки до заданного направления в пределах от 0° до 360°. Для измерения по карте географического азимута заданного направления в начальной точке линии проводят по линейке географический меридиан (таким же способом, как при определении географических координат) и транспортиром измеряют угол между меридианом и заданным направлением.

Магнитным азимутом АM направления называется угол, измеряемый от северного конца магнитного меридиана до определяемого направления по ходу часовой стрелки в пределах от 0° до 360°. Магнитные азимуты направлений измеряют на местности с помощью приборов, снабженных магнитной стрелкой (компасы, буссоли). По карте магнитные азимуты могут быть вычислены по измеренному истинному азимуту А и величине магнитного склонения б, указанной на полях карты.

Магнитное склонение (склонение магнитной стрелки) — угол между истинным (географическим) и магнитным меридианами. Склонение от истинного меридиана на восток считается восточным — положительным, на запад — западным — отрицательным. АМ=А —δ, где склонение δ может быть восточным и западным и соответственно дается со знаком плюс или минус.

Рис. 12. Углы направления линии OL: А — азимут истинный;

АM — азимут магнитный; α — дирекционный угол; γ — сближение меридианов; δ — магнитное склонение

Дирекционным углом α направления называется угол, измеряемый на карте от северного направления осевого меридиана зоны и линий, ему параллельных (вертикальных километровых линий), до заданного направления по ходу часовой стрелки в пределах от 0° до 360°.

Использование вертикальных линий сетки дает возможность быстро и точно измерять углы направления в любой точке карты с помощью транспортира. По измеренным на местности магнитным азимутам дирекционные углы могут быть вычислены, если известна величина сближения меридианов, т.е. угол γ между северным направлением географического меридиана данной точки и северным направлением вертикальной линии координатной сетки. Для точек, лежащих в восточной части координатной зоны (к востоку от осевого меридиана), величина сближения положительная, а для точек, расположенных в западной части,— отрицательная. Максимальное значение угла сближения меридианов не превышает 3°, поэтому не всегда учитывается в практической работе.

AM = α — δ + γ ;

α = AM + δ — γ ;

A=α + γ

Рис. 13. Измерение по картам дирекционных углов направлений транспортиром. Заштрихованы измеряемые углы

Алгебраическая разность δ — γ = Π называется поправкой направления. Сведения о величине углов сближения меридианов и магнитного склонения приводятся под южной рамкой карты.

Направления на карте проводят по дирекционным углам, для чего через исходную точку чертят прямую, параллельную вертикальным линиям координатной сетки. К ней прикладывают транспортир, как указано на рисунке 25, и делают отметку на карте против соответствующего отсчета по шкале транспортира. Отметку соединяют прямой с исходной точкой.

Румбом r в геодезии называется угол направления, не превышающий 90°, составленный меридианом и данным направлением; румб отсчитывается от ближайшего направления (северного и южного) меридиана по ходу и против хода часовой стрелки. Различают румбы географические (отсчитываемые от географического меридиана), магнитные (отсчитываемые от магнитного меридиана), а также румбы, отсчитываемые от вертикальных километровых линий. Для полной определенности направления линии угловое значение румба сопровождается указанием четверти горизонта, где лежит данная линия.

Связь между азимутами и румбами ясна из рисунка.

Рис. 14. Связь румбов и азимутов направлений

В практике измерений необходимо для контроля проводить измерения углов направления линий в прямом и обратном направлениях. Углы, измеренные в начальной точке линии, называются прямыми, а углы, измеренные в противоположном направлении (или в конечной точке линии), обратными.

В общем случае меридианы не параллельны друг другу, между ними образуется угол, называемый сближением меридианов у, поэтому прямой и обратный азимуты находятся в следующей зависимости: Аобр. = Апр. ± 180° + γ.

Дирекционный угол прямой линии постоянен во всех точках (в пределах одной зоны), поэтому αобр. = αпр . ± 180°.

Рис. 15. Прямой и обратный азимуты направления. Пунктирной линией в точке 2 дана прямая, параллельная меридиану точки 1

Рис. 16. Дирекционные углы направлений в зоне Гаусса-Крюгера:

αAB = α1 = α2 = α ;

αBA = α — 180°;

αCD = α'1 = α'2 = α';

αDС = α' + 180°;

αобр. = αпр. ± 180°

Дирекционные углы направлений измеряются преимущественно по карте или определяются по магнитным азимутам.

Дирекционный угол и сближение меридианов

Рис. 17. Дирекционный угол и сближение меридианов

Сближение меридианов — угол γ между северным направлением истинного меридиана данной точки и вертикальной линией координатной сетки (или линией, параллельной ей). Сближение меридианов отсчитывается от северного направления истинного меридиана до северного направления вертикальной линии. Для точек, расположенных восточнее среднего меридиана зоны, величина сближения положительная, а точек, расположенных западнее, — отрицательная,

Величина сближения меридианов на осевом меридиане зоны равна нулю и возрастает с удалением от среднего меридиана зоны и от экватора; ее максимальное значение будет вблизи полюсов и не превышает 3°.

Сближение меридианов, указываемое на топографических картах, относится к средней (центральной) точке листа; ее величина в пределах листа карты масштаба 1:100000 в средних широтах может отличаться на 10...15' от значения, подписанного па карте.

Магнитный азимут — угол, измеряемый по ходу часовой стрелки от 0 до 360° между северным направлением магнитного меридиана (направлением установившейся магнитной стрелки компаса или буссоли) и направлением на определяемый объект.

Магнитные азимуты измеряются на местности компасом или буссолью, а также определяются по карте по измеренным дирекционным углам.

Склонение магнитной стрелки (магнитное склонение) — угол между истинным (географическим) и магнитным меридианами.

Величина склонения магнитной стрелки подвержена суточным, годовым и вековым колебаниям, а также временным возмущениям под действием магнитных бурь. Величина склонения магнитной стрелки и его годовые изменения показываются на топографических и специальных картах. В районах магнитных аномалий обычно указывается амплитуда колебания величины склонения магнитной стрелки. Склонение магнитной стрелки на восток считается восточным (положительным), а на запад—западным (отрицательным). Переход от дирекционного угла к магнитному азимуту к обратно производится различными способами; все необходимые данные для этого имеются на каждом листе карты масштаба 1:25 000— 1:200 000 в специальной текстовой справке и графической схеме, помещаемых на полях листа в левом нижнем углу. Склонена на 1965 г. западное 3°10' (0-53). Среднее сближение мпридиапое западное 2°12' (0-37). Лри прикладывании буссоли (компаса) к вертикальным линиям координатной сетки среднее отклонение магнитной стрелки западное 0°58' (0-10). Годовое изменение склонения восточное 0"05' 2(0-01). Поправка в дирекционый угол при переходе к магнитному азимуту плюс (0-16) Примечание. В скобках покачаны деления угломера (одно деление угломера)

Рис. 18. Данные о склонении магнитной стрелки и сближении меридианов, помещаемые на картах

Переход через поправку направления. В текстовой справке, помещаемой на картах, указывается величина (в градусах и делениях угломера) и знак поправки для перехода от дирекннонного угла к магнитному азимуту. Например, в справке, приведенной на рис. указано: «Поправка в дирекционный угол при переходе к магнитному азимуту плюс (0-16)». Поэтому если дирекционный угол направления равен 18-00 дел. угл., то магнитный азимут будет равен 18-16 дел. угл.

При обратном переходе, т. е. при определении дирекционного угла по магнитному азимуту, знак поправки изменяют на обратный и она вводится в магнитный азимут. Например, если магнитный азимут равен 10-00, то дирекционный угол этого направления для данной карты (рис. 25) равен 9-84 (10-00—0-16).

Переход по графической схеме. Па схеме показывают примерное направление на объект и, сообразуясь с положением вертикальной линии координатной сетки и линии магнитного меридиана, увеличивают или уменьшают исходный угол на поправку, указанную на схеме в скобках.

Переход от дирекционного угла к магнитному азимуту

Рис. 19. Переход от дирекционного угла к магнитному

азимуту и обратно

Примеры (см. рис.):

1. Дирекционный угол α= 12-60; магнитный азимут будет равен

10-53 (12-60—2-07).

2. Магнитный азимут Ам = 153°; дирекционный угол будет равен

165°25' (153°+2°10'+10°15').

Переход по формуле. Зависимость между дирекционным углом и магнитным азимутом одного и того же направления выражается формулой

А_м = а - S + γ,

где А_м — магнитный азимут;

а — дирекиионпый угол;

S — склонение магнитной стрелки;

Это основная исходная формула для перехода от дирекционного угла к магнитному азимуту и обратно. Она применяется главным образом, когда приходится учитывать годовое изменение склонения магнитной стрелки.

Переход от дирекционного угла к магнитному азимуту с учетом годового изменения склонения магнитной стрелки. Вначале определяют склонение магнитной стрелки на данное время. Для этого годовое изменение склонения магнитной стрелки умножают на число лет, прошедшее после создания карты, и полученную величину алгебраически суммируют с величиной склонения магнитной стрелки, данной на карте. Затем производится переход от дирекционного угла к магнитному азимуту по основной формуле.

Пример перехода от дирекционного угла, равного 120°30', к магнитному азимуту этого направления на 1972 г. (исходные данные взяты с рис.).

1. Определение величины изменения склонения магнитной стрелки за 7 лет (1972—1965 гг.): Д=0°05.2' × 7 = 0°36'.

2. Вычисление величины склонения магнитной стрелки на 1972 г.: S = -3°10' + 0°36' = -2°34'.

3. Переход от дирекционного угла к магнитному азимуту по основной формуле (см. выше)

А_м = 120°30' - (-2°34')+ (—2° 12') = 120°52'.

Полярная система координат

Полярная система координат – система плоских координат образованная направленным прямым лучом OX, называющимся полярной осью. Чаще всего за полярную ось принимают ось северного направления какого-либо меридиана. Начало координат - точка O - называется полюсом системы.

Рис. 20

Положение любой точки в полярной системе определяется двумя координатами: радиусом-вектором r (или полярным расстоянием S) – расстоянием от полюса до точки, и полярным углом b при точке O, образованным осью OX и радиусом вектором точки и отсчитываемым от оси OX по ходу часовой стрелки.

Под полярным углом b в геодезии часто принимают дирекционный угол направления, с помощью которого определяют координаты точек и расстояния между ними.

Переход от прямоугольных координат к полярным Переход от прямоугольных координат к полярным и обратно для случая, когда начала обеих систем находятся в одной точке и оси OX у них совпадают, выполняется по формулам прямой геодезической задачи:

tgb = Y/X, b = arctg(Y/X)

Рис. 21

Эти формулы получаются из решения треугольника OBA по известным соотношениям между сторонами и углами прямоугольного треугольника. Системы прямоугольных и полярных координат применяются в геодезии для определения положения точек на плоскости.

Прямая и обратная геодезические задачи .

Имея понятия о горизонтальных проложениях линий, прямоугольных координатах и ориентировании линии можно перейти к решениям прямой и обратной геодезических задач.

Прямая геодезическая задача . Заключается в следующем. По данным прямоугольным координатам начальной точки , дирекционному углу и горизонтальному проложению линии нужно вычислить координаты конечной точки . Для решения задачи спроектируем горизонтальное проложение на координатные оси и обозначим проекцию на ось через , а на ось через . и называется приращением координат.

Из рисунка видно, что

Из прямоугольного имеем знаки приращения координат зависят от знаков и

Окончательно

Обратная геодезическая задача заключается в вычислении направления и горизонтального проложения линии по координатам ее концов. Из рисунка можно записать

Из имеем . Из таблиц находим значение .

Далее из формулы находим . Значение определяем дважды через и , они должны совпасть. Значение можно найти и по теореме Пифагора

ЛЕКЦИЯ 5 ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ КАРТЫ И

ПЛАНЫ. СВОЙСТВА И СФЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ

Первые топографические карты (от греч. topos -- место) указывали конкретное место на поверхности Земли и вычерчивались в крупном масштабе с подробным описанием границ этого участка. Как правило, это были земельные владения, закрепленные за конкретным лицом, и документальным доказательством этого служила топографическая карта.

Крупномасштабные общегеографические карты суши называются топографическими. Топографические карты с соответствующей масштабу полнотой отображают современное состояние местности, ее типичные черты и характерные особенности, обеспечивая при этом геометрическую точность.

Подробность и наличие каждого элемента содержания топографической карты определяется стандартной классификацией отображаемых объектов, оговоренной в «Условных знаках топографических карт». Современными инструкциями по топографическому картографированию приняты допустимые ошибки в положении объектов и контуров местности, не превышающие 0,5 и 0,75мм для равнинных и горных районов соответственно.

Топографические карты создаются в соответствии со стандартными документами, обеспечивающими единство их содержания, оформления и точность отображаемых объектов. Документы, определяющие содержание топографических карт, разрабатываются централизованно и являются обязательными для их использования во всех ведомствах и учреждениях хозяйства РФ.

Основные свойства топографических карт. Все топографические карты:

1) созданы в единой системе координат и условных знаков;

2) отображают современное состояние местности, сохраняя геометрическую точность в соответствии с масштабом карты;

3) наглядны и удобны для пользователя, позволяют быстро ориентироваться на местности;

4) согласованы по содержанию со смежными листами карт и внутри масштабного ряда.

Основные функции топографических карт.

Справочная — предоставляет возможность получить географическую справку о территории, местоположении объектов, их количественных и качественных характеристиках.

Метрическая — можно измерить географические координаты с высокой степенью точности, получить высотные характеристики точек местности, измерить длины линий, площадей объектов и ряд других измерений, используя дополнительные средства механизации и автоматики.

Технологическая — использование в качестве основы для размещения дополнительной информации. Топографические карты применяют в качестве основных моделей для проведения различных исследовательских и производственных задач. В результате на их основе можно создать карты специального содержания, включающего дополнительные сведения, например для сельского хозяйства, мелиорации, охраны окружающей среды и т. д. Наряду с картами полного содержания, требуемого действующими стандартами, можно создать карты упрощенного содержания и узкого назначения. Разнообразные требования, предъявляемые к топографическим картам различными отраслями хозяйства, не могут быть удовлетворены картами одного масштаба. Необходимо иметь серии карт полного масштабного ряда. В картографической литературе нет единой классификации по масштабу топографических карт. Условно их можно разделить на три группы:

- среднемасштабные обзорно-топографические карты (1:500 000—1:1 000 000);

- среднемасштабные топографические карты (1:200 000);

- крупномасштабные топографические карты (1:10000—1:100000).

Общее планирование развития территорий в целях крупного строительства, проектирования трасс дорожных сетей, путепроводов и т. п. потребуют привлечения обзорно-топографических карт — их масштаб позволяет отобразить на одном листе достаточно крупные территории. Обзорно-топографические карты применяют для предварительного географического изучения местности и для расчетов, не требующих высокой точности. Впоследствии для выполнения конкретного проекта потребуются карты масштаба 1:100000 и крупнее, по которым в деталях прорабатывается объем выполняемых работ, планируется стоимость намеченных основных и вспомогательных исследований. Для инженерного проекта строительно-изыскательских работ потребуются карты еще более крупного масштаба вплоть до 1:10000, на которых детально отображены формы рельефа, используется подходящая высота сечения рельефа, необходимая для проведения измерений по карте. Все объекты местности отображены в этом масштабе без отбора и обобщений, неизбежных при переходе к более мелким картам. Для сельскохозяйственного и лесоустроительного планирования используются топографические карты масштабов 1:10000 и 1:25000, по которым проводится учет площадей сельскохозяйственных угодий для организации территорий землепользования, создаются лесоустроительные планы.

Для научных географических исследований, особенно сопровождающихся тематической съемкой, подбираются карты соответствующего масштаба. Для полевых (почвенных, геоботанических и др.) видов съемок требуется масштаб 1:25000, соответствующий по точности и детальности создаваемым картам природы. Для тематических социально-экономических карт потребуются обзорные топографические карты, на которых можно проследить экономические межрайонные и межрегиональные связи.

Карты крупнее масштаба 1:10 000 называются топографическими планами.

Топографические планы создаются для всех городских населенных пунктов. По ним проводятся инженерные изыскания, изучаются условия, которые могут оказать влияние на строительство и эксплуатацию городских сооружений. Специальные планы крупного масштаба (1:1000, 1:2000) могут быть созданы для конкретного вида работ, например по спортивному ориентированию на местности. Они могут иметь различную точность и детальность, требуемую заказчиком.

Масштабы топографических карт

Масштабом называется степень уменьшения горизонтальных проложений линий местности при изображении их на плане, карте или аэроснимке. Различают численный и графические масштабы; к последним относятся линейный, поперечный и переходный масштабы.

Численный масштаб. Численный масштаб выражается в виде дроби, числитель которой равен единице, а в знаменателе стоит число, показывающее степень уменьшения горизонтальных проложений. На топографических картах численный масштаб подписывается внизу листа карты в виде 1:М, например, 1:10000. Если длина линии на карте равна s, то горизонтальное проложение S линии местности будет равно:

S = s * M . (5.1)

В нашей стране приняты следующие масштабы топографических карт:

1:1 000 000, 1:500 000, 1:200 000, 1:100 000, 1:50 000, 1:25 000, 1:10 000. Этот ряд масштабов называется стандартным. Раньше этот ряд включал масштабы 1:300 000, 1:5000 и 1:2000.

Линейный масштаб.

Линейный масштаб – это графический масштаб; он строится в соответствии с численным масштабом карты в следующем порядке:

проводится прямая линия и на ней несколько раз подряд откладывается отрезок a постоянной длины, называемый основанием масштаба (при длине основания a=2 см линейный масштаб называется нормальным); для масштаба 1:10 000 a соответствует 200 м, у конца первого отрезка ставится нуль, влево от нуля подписывают одно основание масштаба и делят его на 20 частей, вправо от нуля подписывают несколько оснований, параллельно основной прямой проводят еще одну прямую и между ними прочерчивают короткие штрихи (рис.).

Рис.22 Линейный масштаб помещается внизу листа карты.

Чтобы измерить длину линии на карте, фиксируют ее раствором циркуля-измерителя, затем правую иглу ставят на целое основание так, чтобы левая игла находилась внутри первого основания. Считывают с масштаба два отсчета: N1 – по правой игле и N2 – по левой; длина линии равна сумме отсчетов

S = N1 + N2 ;

сложение отсчетов выполняют в уме.

Поперечный масштаб. Проведем прямую линию CD и отложим на ней несколько раз основание масштаба – отрезок a длиной 2 см (рис.). В полученных точках восстановим перпендикуляры к линии CD; на крайних перпендикулярах отложим m раз вверх от линии CD отрезок постоянной длины и проведем линии, параллельные линии CD. Крайнее левое основание разделим на n равных частей. Соединим i-тую точку основания CA с (i-1)-й точкой линии BL; эти линии называются трансверсалями. Построенный таким образом масштаб называется поперечным.

Рис.23

Если основание масштаба равно 2 см, то масштаб называется нормальным; если m = n = 10, то масштаб называется сотенным.

Наименьшее деление поперечного масштаба равно отрезку F1L1; на такую длину отличаются два соседних параллельно расположенных отрезка при движении вверх по трансверсали и по вертикальной линии. Теория поперечного масштаба заключается в выводе формулы цены его наименьшего деления.

Рассмотрим два подобных треугольника AF1 L1 и AFL, из подобия которых следует:

(5.2)

откуда F1L1 = FL*(AL1 / AL) .

По построению FL = a/n и (AL1 / AL) = 1/m. Подставим эти равенства в формулу (5.2) и получим:

(5.3)

При m = n = 10 имеем F1L1 = a/100, то-есть, у сотенного масштаба цена наименьшего деления равна одной сотой доле основания.

Порядок пользования поперечным масштабом:

циркулем-измерителем зафиксировать длину линии на карте, одну ножку циркуля поставить на целое основание, а другую – на любую трансверсаль, при этом обе ножки циркуля должны располагаться на линии, параллельной линии CD, длина линии составляется из трех отсчетов: отсчет целых оснований, умноженный на цену основания, плюс отсчет делений левого основания, умноженный на цену деления левого основания, плюс отсчет делений вверх по трансверсали, умноженный на цену наименьшего деления масштаба. Точность измерения длины линий по поперечному масштабу оценивается половиной цены его наименьшего деления.

Переходный масштаб. Иногда в практике приходится пользоваться картой или аэроснимком, масштаб которых не является стандартным, например, 1:17500, то-есть, 2 см на карте соответствуют 350 м на местности; наименьшее деление нормального поперечного сотенного масштаба будет при этом 3.5 м. Оцифровка такого масштаба неудобна для практических работ, поэтому поступают следующим образом. Основание поперечного масштаба берут не 2 см, а расчитывают так, чтобы оно соответствовало круглому числу метров, например, 400 м. Длина основания в этом случае будет a = 400 м / 175 м = 2.28 см.

Если теперь построить поперечный масштаб с длиной основания a = 2.28 см, то одно деление левого основание будет соответствовать 40 м, а цена наименьшего деления будет равна 4 м.

Поперечный масштаб с дробным основанием называется переходным.

Точность масштаба.

Карта или план – это графические документы. Принято считать, что точность графических построений оценивается величиной 0.1 мм. Длина горизонтального проложения линии местности, соответствующего на карте отрезку 0.1 мм, называется точностью масштаба. Практический смысл этого понятия заключается в том, что детали местности, имеющие размеры меньше точности масштаба, на карте в масштабе изобразить невозможно, и приходится применять так называемые внемасштабные условные знаки.

Кроме понятия “точность масштаба” существует понятие “точность плана”. Точность плана показывает, с какой ошибкой нанесены на план или карту точечные объекты или четкие контуры. Точность плана оценивается в большинстве случаев величиной 0.5 мм; в нее входят ошибки всех процессов создания плана или карты, в том числе и ошибки графических построений

4.7 Координатные сетки

Рис24. Контуры России

на картах, составленных

в разных проекциях

Р-полюс

Координатные сетки — важный элемент математической основы карт. Они необходимы для ориентирования по карте, определения направлений (азимутов, румбов, дирекционных углов), прокладки маршрутов, нанесения элементов содержания, нанесения новых объектов по их координатам и снятия с карты координат объектов. Кроме того, наличие сетки позволяет судить о масштабе карты, о виде проекции и распределении искажений в ней. Сетка делает карту картой, говорят даже, что «карта без сетки все равно что термометр без шкалы». На картах используют разные координатные сетки.

116° к востоку от Гринвича

Плоскость начального меридиана

Рис. 25 Широта (ф) и долгота (А) точки А на глобусе и сетка параллелей и меридианов на карте

Картографическая сетка — это изображение на карте линий меридианов и параллелей (географической сетки), отражающих значения долгот, счет которых ведется от начального Гринвичского меридиана, и широт, которые отсчитываются от экватора (рис. 4.16). Картографическая сетка имеет важный географический смысл, она показывает направления «север — юг» и «запад — восток», позволяет судить о широтных поясах, о расположении объектов относительно стран света. От северного направления меридиана по часовой стрелке отсчитываются географические азимуты, а разность долгот двух пунктов выражает разность их времени. Линии географической сетки на картах наносят обычно через равные интервалы: несколько десятков градусов, несколько градусов, минут и даже секунд — все зависит от масштаба и назначения карты.

Сетка прямоугольных координат (прямоугольная сетка) — стандартная система взаимно перпендикулярных линий, проведенных через равные расстояния, например через определенное число километров (отсюда название — километровая сетка, или сетка километровых квадратов). Обычно эта сетка наносится на топографические карты и планы, ее вертикальные линии идут параллельно осевому меридиану геодезической зоны (ось абсцисс), а горизонтальные — параллельно экватору (ось ординат); они оцифрованы через километр, а километровая рамка карты имеет более дробные деления (рис. ).

\J/ Х_д = 6081462,5 мY_A = 4308655,0 м

Рис. 26

Изображение геодезической зоны с координатными линиями и сетка прямоугольных координат (километровая сетка) на топографической карте

Такая сетка удобна для геодезических вычислений: определения прямоугольных координат, расстояний, дирекционных углов и т.п.

Сетка-указательница — любая сетка на карте, предназначенная для указания местоположения и поиска объектов. Ячейки такой сетки обозначаются буквами и цифрами (допустим, В-3), и это удобно, например, для отыскания населенных пунктов по их названиям, содержащимся в алфавитном географическом указателе. Обычно сетки-указательницы наносятся на карты атласов, а в конце приводится список названий всех объектов, помещенных в атласе.

Можно встретить и иные координатные сетки. На старинных морских картах — портоланах изображалась сетка компасных линий, на некоторых французских картах до сих пор дается сетка градов (окружность составляет 400 градов, а каждый град содержит 100 метрических минут). Некоторые страны используют собственные системы прямоугольных координат и соответственно — свои координатные сетки.

ЛЕКЦИЯ №6 РАЗГРАФКА И НОМЕНКЛАТУРА ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ

Номенклатурой называется система нумерации отдельных листов топографических карт и планов разных масштабов. Схема взаимного расположения отдельных листов называется разграфкой. В нашей стране принята международная система разграфки и номенклатуры топографических карт; ее основой является лист карты масштаба 1:1 000 000.

Вся поверхность Земли условно разделена меридианами и параллелями на трапеции размером 6 градусов по долготе и 4 по широте; каждая трапеция изображается на одном листе карты масштаба 1:1 000 000. Листы карт, на которых изображаются трапеции, расположенные между двумя соседними параллелями, образуют ряды, которые обозначаются буквами латинского алфавита от A до V от экватора к северу и к югу. Листы карт, на которых изображаются трапеции, расположенные между двумя соседними меридианами, образуют колонны. Колонны имеют порядковые номера от 1 до 60, начиная с меридиана 180o; колонна листов карт, на которой изображена 1-я зона проекции Гаусса , имеет порядковый номер 31.

Номенклатура листа карты миллионного масштаба составляется из буквы ряда и номера колонны, например, N-37.

Листы карты масштаба 1:500 000 получают делением листа миллионного масштаба на 4 части средним меридианом и средней параллелью.
Рис.27 Схема расположения листов карты масштаба 1: 1 000 000

Размеры листа - 3^o по долготе и 2^o по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:500 000 получают, добавляя к номенклатуре миллионного листа справа прописную букву русского алфавита А, Б, В, Г, например, N-37-А. Листы карты масштаба 1:200 000 получают делением листа миллионного масштаба на 36 частей меридианами и параллелями. Размеры листа - 1^o по долготе и 40' по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:200 000 получают, добавляя к номенклатуре миллионного листа справа римскую цифру от I до XXXYI, например, N-37-XXIY.

Листы карты масштаба 1:100 000 получают делением листа миллионного масштаба на 144 части меридианами и параллелями. Размеры листа - 30' по долготе и 20' по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:100 000 получают, добавляя к номенклатуре миллионного листа слева числа от 1 до 144, например, N-37-144. Листы карты масштаба 1:50 000 получают делением листа масштаба 1:100 000 на 4 части средним меридианом и средней параллелью. Размеры листа - 15' по долготе и 10' по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:50 000 получают, добавляя к номенклатуре листа 1:100 000 справа прописную букву русского алфавита А, Б, В, Г, например, N-37-144-А. Листы карты масштаба 1:25 000 получают делением листа масштаба 1:50 000 на 4 части средним меридианом и средней параллелью. Размеры листа - 7'30" по долготе и 5' по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:25 000 получают, добавляя к номенклатуре листа 1:50 000 справа строчную букву русского алфавита а, б, в, г, например, N-37-144-А-а. Листы карты масштаба 1:10 000 получают делением листа масштаба 1:25 000 на 4 части средним меридианом и средней параллелью. Размеры листа - 3'45" по долготе и 2'30" по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:10 000 получают, добавляя к номенклатуре листа 1:25 000 справа цифру от 1 до 4, например, N-37-144-А-а-1. Сводная схема разграфки и номенклатуры топографических карт показана на рис. (см. раздел 5.2.2.) Севернее 60-й параллели листы карт издаются сдвоенными по долготе, севернее 76-й параллели - счетверенными.

Разграфка и номенклатура крупномасштабных планов

Для планов масштабов 1:5000 и 1:2000, создаваемых на участке незастроенной территории площадью более 20 км², в основу разграфки положен лист карты масштаба 1:100 000, т.е. применяется государственная система разграфки и номенклатуры. Листы планов создаются в трехградусных зонах; сетка прямоугольных координат строится в виде квадратов 10 х 10 см. Листы планов масштаба 1:5 000 получают делением листа масштаба 1:100 000 на 256 частей меридианами и параллелями. Размеры листа - 1'52.5" по долготе и 1'15" по широте.

Рис.28. Сводная схема разграфки и номенклатуры топографических карт

Номенклатуру листа плана масштаба 1:5 000 получают, добавляя к номенклатуре листа карты 1:100 000 справа в скобках число от 1 до 256, например, N-37-144-(256). Листы планов масштаба 1:2 000 получают делением листа масштаба 1:5 000 на 9 частей меридианами и параллелями. Размеры листа - 37.5" по долготе и 25" по широте. Номенклатуру листа плана масштаба 1:2 000 получают, добавляя к номенклатуре листа плана 1:5 000 справа в скобках строчную букву русского алфавита от а до и, например, N-37-144-(256-и). Для топографических планов, создаваемых на территории городов и на участки незастроенной территории площадью менее 20 км2, применятся прямоугольная разграфка. За ее основу принимается лист плана масштаба 1:5000; листы плана масштаба 1:5000 нумеруются на участке съемки порядковыми номерами от 1 и далее. Лист плана масштаба 1:5000 делится на 4 части и получаются листы плана масштаба 1:2000, которые обозначаются русскими заглавными буквами, например, 5-Г. Лист плана масштаба 1:2000 делится на 4 листа масштаба 1:1000 или на 16 листов масштаба 1:500. Листы плана масштаба 1:1000 обозначаются римскими цифрами от I до IY, например, 5-Г-IY; листы плана масштаба 1:500 обозначаются арабскими числами от 1 до 16, например, 5-Г-16. Размеры листа плана масштаба 1:5000 - 40 х 40 см; размеры листа плана масштабов 1:2000, 1:1000, 1:500 - 50 х 50 см. На одном листе плана масштаба 1:5000 изображается участок местности площадью 4 км2 (400 га), на листе плана масштаба 1:2000 - 1 км2 (100 га), на листе плана масштаба 1:1000 - 25 га, на листе плана масштаба 1:500 - 6.25 га. Схема разграфки и номенклатуры крупномасштабных планов показана на рис.

Схема разграфки и номенклатуры крупномасштабных планов показана на рис.29

В соответствии с разграфкой меняется и форма рамок карт: они могут быть трапециевидными либо прямоугольными. Кроме того, рамки карты могут быть представлены в виде окружностей (например, для карт полушарий) и эллипсов (карты мира в псевдоцилиндрических проекциях). Принято различать внутреннюю рамку, непосредственно ограничивающую картографическое изображение, градусную и минутную, на которые соответственно наносят градусные и (или) минутные деления по широте и долготе, а также внешнюю рамку — она охватывает всю карту, окаймляет все другие рамки и имеет декоративное значение.

Компоновка

Компоновкой карты называется размещение самого картографического изображения, названия карты, легенды, врезок и других данных внутри рамки, на полях карты или в пределах листа. Компоновка считается удачной, если все элементы карты размещены целесообразно, достаточно компактно, но нескученно, ими удобно пользоваться, — словом, пространство карты рационально организовано и изображение зрительно уравновешено.

Подобрать хорошую компоновку не всегда просто, это требует некоторого дизайнерского опыта и художественного вкуса. Приходится учитывать много факторов: проекцию карты, форму изображаемой территории (акватории) и ее ориентировку внутри рамки, необходимость показа соседних территорий, размер легенды, желательность размещения карт-врезок, дополнительных графиков, диаграмм и т.п.

Особенно много проблем возникает при картографировании территорий со сложной некомпактной конфигурацией. Тогда удаленная часть территории может даваться во врезке (например, на карте европейской части России во врезку часто помещают далеко отстоящие острова Новой Земли). В других случаях выступающие части картографируемой территории выводятся в разрывы рамки. Иногда во врезке повторяется та же территория, но в уменьшенном масштабе — на ней дается вспомогательная карта. Встречаются и так называемые «плавающие» компоновки, когда на одном листе свободно без рамок размещаются несколько территорий (или одна территория несколько раз). В зависимости от конфигурации территории выбирают свободное место для размещения названия карты, легенды, масштаба внутри рамки или же выносят их за рамку — варианты дизайнерских решений очень разнообразны

Рис. 30. Примеры компоновок однолистных карт:

а — размещение картографического изображения, легенды, масштаба и названия карты внутри рамки (Республика Коми); б — размещение названия карты-врезки внутри рамки, а масштаба и выходных данных за южной рамкой (Италия); в — косая компоновка изображения (Япония); г — вывод выступающих частей территории в разрывы рамки карты (Африка); д — «плавающая» компоновка карт.

ЛЕКЦИЯ 7 УСЛОВНЫЕ ЗНАКИ

Планы и топографические карты имеют единую систему условных знаков. В основе этой системы лежат следующие положения:

каждому графическому знаку всегда соответствует определенный тип объекта или явления;

каждый условный знак имеет свой четкий рисунок;

на картах и на планах, которые имеют разный, но близкий масштаб, условные знаки одних и тех же объектов отличаются, как правило, только размерами;

в рисунках условных знаков используются приемы и средства, обеспечивающие воспроизведение профиля или внешнего вида соответствующих объектов на земной поверхности, способствующие установлению ассоциативной связи знака и объекта. Обычно выделяют 10 способов формирования композиций знаков.

1. Способ значков.

Он применяется для указания местоположения объектов, не выражающихся в масштабе карты(значки отдельно стоящих деревьев, зданий, месторождений полезных ископаемых, населенных пунктов, туристических объектов). По своей форме они могут быть геометрическими, буквенными, картинными. В любом случае эти знаки указывают местоположение данного объекта, взаимное расположение различных объектов.

2. Способ линейных знаков.

Он используется для передачи объектов и явлений линейного протяжения, не выражающихся по своей ширине в масштабах карты. Таким способом на топографических картах или планах показывают реки, границы, пути сообщения.

3. Способ изолиний (от греч. «изос» — равный, одинаковый).

Этот способ предназначен для характеристики явлений сплошного распространения на Земле, имеющих числовое выражение, — рельефа, температуры, осадков, давления и др. Изолиниями при этом называют кривые, соединяющие точки с одинаковым количественным значением. В зависимости от того, какое явление они характеризуют, изолинии будут называться по-разному:

изотермы — линии, соединяющие точки с одинаковой температурой;

изогисты — линии, соединяющие точки с одинаковым количеством осадков;

изобары — линии, соединяющие точки с одинаковым атмосферным давлением;

изогипсы — линии, соединяющие точки с одинаковой высотой;

изотахи — линии, соединяющие точки с одинаковой скоростью ветра.

4. Способ качественного фона.

Он применяется для выделения однородных в качественном отношении участков земной поверхности по природным, социально-экономическим, политико-административным признакам. Этим способом, например, показывают государства на политической карте мира или районы на картах административного деления областей, возраст горных пород на тектонических картах, типы почв, типы растительности на почвенных картах или на картах размещения растительного мира.

5. Способ диаграмм.

Его используют для отображения каких-либо количественных характеристик явлений сплошного распространения в конкретных точках, например, годовой ход температуры, количество осадков по месяцам или розы ветров по метеорологическим станциям.

6. Точечный способ.

Он применяется для показа массовых явлений, рассредоточенных по территории. Например, этим способом показывают размещение населения, посевных или орошаемых площадей, поголовье скота и т.д.

7. Способ ареалов.

Его применяют для отображения области распространения какого-либо явления (не сплошного по полю карты), например, растений, животных. Графическое оформление границы и площади контура ареала может быть самым разнообразным, что дает возможность многогранной характеристики явления.

8. Способ знаков движения.

Он предназначен для показа различных пространственных перемещений (перелетов птиц, маршрутов путешествий, морских течений и других). В качестве графических знаков движения используются стрелки и полосы. С помощью них можно показать путь, способ, направление и скорость перемещения явления, а также некоторые другие характеристики. На планах и топографических картах этим способом показывают и направление течения реки.

9. Способ картодиаграммы.

Он обычно используется для показа в виде диаграмм количественных характеристик явлений в пределах отдельных территориальных единиц. Способ широко применяется при анализе и обработке статистических и экономических показателей, таких, например, как объем производства, структура земельного фонда, запас древесины и другие.

10. Способ картограммы применяют, как правило, для сравнения относительных показателей какого-либо явления, характеризующих какую-либо территорию в целом. Таким способом, например, показывают среднюю плотность населения на 1 км² по административным единицам, среднюю лесистость областей и т.д. Этот способ, как и способ картодиаграмм, широко используется при анализе статистических показателей.

В самих способах изображения условных знаков заключены сведения о том, для каких объектов и явлений они могут применяться, каковы их возможные и наилучшие сочетания при выражении того или иного содержания карт. Некоторые, условные знаки вообще не могут комбинироваться на одной карте: например, точечный способ не сочетается на карте со способом значков и картограмм. С картограммой хорошо сочетаются способы значков. Это очень важно знать для использования условных знаков.

Перед созданием карты любого масштаба идет отбор явлений или объектов, которые необходимо в виде условных знаков отобразить на ней.

Хорошо изучив условные знаки, можно затем работать с любыми топографическими картами или планами. Правила пользования этими знаками составляют важные разделы грамматики языка карты или плана.

1. Основные принципы построения системы условных знаков

Топографические карты относятся по содержанию к общегеографическим, т. е. отображают все элементы местности, присущие ее внешнему облику. Топографические карты весьма информативны — на единице площади карты размещается большое число знаков, их количественных характеристик, названий объектов. Каждый условный знак воссоздает в нашем сознании образ предметов, находящихся на земной поверхности в данной местности, их взаимное расположение, сочетание, протяженность. Опираясь на передаваемую картой информацию, мы представляем перед собой местность с ее характерными особенностями, благодаря географическим знаниям и умениям извлекать информацию с листа карты.

Карты как средство передачи информации, служат тысячи лет, значительно дольше, чем письменность. В течение всех этих лет система условных знаков, передающая особенности окружающей нас местности, совершенствуется, однако во все времена сохраняет свое главное предназначение: условные знаки, будучи понятны и просты в начертании, должны нести максимум сведений об отображаемом объекте, сохранять логичность в использовании рисунков знаков классов объектов, иметь возможность судить о количественной характеристике отображаемого объекта, сохранять геометрическую точность карты. Картографические условные знаки — это графические символы, с помощью которых на карте показывают (обозначают) вид объектов, их местоположение, форму, размеры, качественные количественные

Рис. 31

Информация передается не только рисунком знака или его подписью, но и различным сочетанием знаков (их совокупность может выражать новое качество объекта, нежели отдельно воспринимаемый знак). Систему передачи информации карты потребителю можно назвать языком карты.

Язык карты - это используемая в картографии знаковая система, включающая условные обозначения, способы изображения, правила их построения, употребления и чтения при создании и использовании карт.

Картографический знак можно рассматривать в двух аспектах::

1) в индивидуальном (графическое сочетание элементов самого знака);

2)в сочетании с другими графическими символами (композиционная и функциональная связь с другими знаками на карте).

Различают следующие графические переменные, составляющие словарь картографического языка, — форма, размер, ориентация, текстура, интенсивность окраски, цвет знака.

Форма знака выбирается в соответствии с внешними очертаниями характеризуемого объекта местности, сохраняя абстрактность и логичность по сравнению с другими условными знаками. Установленная форма условного знака обеспечивает хорошую различимость между изображениями объектов, относящихся к разным категориям объектов, а также различимость знаков внутри одной категории.

Размер знака часто соответствует количественному признаку объекта или важности одного объекта по сравнению с другими.

Ориентация определяется типом условного знака и его способом отображения в данной системе условных знаков: при изменении ориентировки знака «шахты и штольни» значение изображаемого объекта («действующие») по ориентировке изменяется на противоположное («недействующие»)

Внутренняя структура знака (текстура) дает дополнительный качественный признак объекта, передаваемый условным знаком, повышает различимость знака на карте.

Интенсивность окраски может повысить информативность одного знака, также придать ему дополнительную качественную-характеристику или дать сведения о сочетании объектов в одном контуре. Например, окрашенная в светлый фон площадь под знаком кустарника характеризует этот контур как «сплошные заросли кустарника», тогда как без окраски этот контур можно прочитать как «отдельно расположенные кусты».

Цвет знака отображает принадлежность элементов к одному классу объектов (например, знаки гидрографии выражены все голубым цветом) или является отличительным признаком двух объектов одной формы и размера. Например, окраска в желтый или оранжевый цвет кварталов сельского населенного пункта дает информацию об огнестойкости строений в этом квартале.

Функциональная зависимость местоположения знака от окружающего фона и других знаков определяется стандартным подходом к отображению местных объектов на топографических картах для всего масштабного ряда.

ЛЕКЦИЯ №8 ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ УСЛОВНЫХ ЗНАКОВ

- каждому условному знаку соответствует определенный объект или явление на местности;

- каждый условный знак имеет четкий и простой рисунок, повышающий различимость его на фоне других знаков;

- условные знаки однотипных объектов различаются на картах разных масштабов только размерами;

- форма и размеры условных знаков обеспечивают выделение на первый план объектов, имеющих первостепенное значение по каждому классу элементов;

- при переходе от крупномасштабных топографических карт к обзорно-топографическим масштабам число условных знаков уменьшается на одной и той же территориальной единице за счет замены индивидуальных обозначений объектов на их собирательный образ.

Все условные знаки подразделяются на три группы по способу размещения на карте.

К первой группе относятся масштабные знаки, отображающие форму и размеры объектов в масштабе карты, сохраняя очертания их формы и внутренней структуры (например, площадь леса, заповедник, озеро, крупные реки, ширина которых может выразиться в масштабе карты). Крупные объекты в населенных пунктах (стадионы, выдающиеся здания и т. д.) отображают в соответствии с их размерами, ориентировкой, формой и сопровождают пояснительной подписью (стад., гик.).

Ко второй группе относятся линейные знаки, отображающие длину и траекторию объектов в масштабе карты, а ширину — внемасштабно (например, дороги, трубопроводы, линии электропередачи, мелкие реки). Ось линейного знака на карте соответствует действительному положению объекта на местности.

К третьей группе относятся внемасштабные знаки, отображающие объекты местности, размеры которых достаточно малы для выражения в заданном масштабе, однако их значимость велика и необходимость отображения на карте несомненна (например, выдающиеся здания в населенных пунктах, церкви, радиомачты, заводы, трубы и т. д.). Если масштаб карты это позволяет, то некоторые из перечисленных объектов могут иногда показываться как масштабные (например, заводы). У всех внемасштабных знаков имеется главная точка, которая характеризует расположение этого объекта на местности. По этой точке определяют координаты местонахождения отображаемого объекта. В свою очередь, внемасштабные знаки можно разделить на четыре группы по расположению их главной точки

Многие знаки сопровождаются надписями. Надписи можно подразделить на два вида: пояснительные обозначения и собственные названия топографических объектов. К пояснительным обозначениям относят численные характеристики параметров объектов и сведения о качественных и количественных характеристиках объекта, например скорость течения в реках (0,2 м/с), качество воды в озере (сол., г.-сол.).

Собственные названия объектов тоже подписываются по стандартной системе, например судоходные участки рек подписываются заглавными буквами, а несудоходные -- строчными буквами.

Иногда тип шрифта и его размер, который используется для подписи имени собственного какого-либо объекта, кодирует качественные и количественные характеристики этого объекта. Например, размер шрифта в подписи названия населенного пункта связан с численностью населения в нем, наклон шрифта связан с типом поселения, подчеркнутое название населенного пункта свидетельствует о наличии в нем железнодорожной станции с одноименным названием.

Иногда пояснительные обозначения выступают как самостоятельные условные знаки, обозначая протяженность какого-либо географического района, урочища, объекта промышленных разработок и т. д. Эти надписи размещаются так, чтобы не было сомнений в том, какой объект они обозначают.

Все объекты, составляющие географическое содержание топографических карт, подразделяются на 8 классов.

1. Геодезические пункты.

2. Населенные пункты и отдельные строения.

3. Промышленные, сельскохозяйственные и социально-культурные объекты.

4 Дороги и дорожные сооружения.

5. Гидрография и гидротехнические сооружения.

6 .Рельеф.

7. Растительность и грунты.

8. Границы.

Ниже рассмотрим последовательно основные правила, принятые для отображения на карте классов этих элементов.

Геодезические пункты

Пункты государственной геодезической сети являются элементами математической основы карты, и их местоположение на карте обусловлено графической точностью нанесения прямоугольных координат в проекции. Относительно них располагаются все остальные элементы содержания карты.

На топографических картах всех масштабов показывают все пункты государственной геодезической сети, точки съемочной сети, закрепленные на местности центрами, реперы и марки государственной нивелирной сети, астрономические пункты. Для отображения этих центров на курганах, на зданиях и других выдающихся сооружениях предусмотрены сочетания условных знаков.

Обозначение геодезических пунктов сопровождается подписью их абсолютной высоты над уровнем моря, а для знаков, расположенных на природном объекте, — относительной высоты этого объекта, например высоты кургана. В табл. 6 даны некоторые условные знаки геодезических пунктов, принятые для обозначения на картах масштаба 1:100 000.

Населенные пункты и отдельные строения

На крупномасштабных топографических картах показываются все населенные пункты и отдельно расположенные жилые строения вне населенного пункта. Отбор среди сельских населенных пунктов в густонаселенных районах проводят на картах масштаба 1:200 000 и мельче.

Населенные пункты подразделяются по следующим признакам:

-число жителей (высота шрифта);

-тип поселения (тип шрифта, используемого для подписи собственного названия);

-политико-административное значение (тип шрифта в городах и соответствующая подпись под названием сельского населенного пункта). Огнестойкость жилых строений и кварталов в населенных пунктах отображается цветом строения или фона в знаке квартале.

В крупных масштабах на картах показывают части населенных пунктов под зелеными насаждениями, транспортными территориями, пустырями, занятые строительством и т. д. Отображают объекты-ориентиры (церкви, памятники), выдающиеся здания и сооружения, сопровождают их пояснительной подписью.

Главные проезды в населенных пунктах показывают шире, чем остальные, ось проезда соответствует действительному его положению, ширина квартала немного увеличивается за счет второстепенных проездов и обобщения их начертаний. Общая площадь населенного пункта при этом не увеличивается. При уменьшении масштаба внутренняя структура изображаемого пункта упрощается, отображают наиболее значимые объекты и транспортные подходы. В масштабе 1:1000000 большая часть населенных пунктов заменяется внемасштабным изображением — пунсоном с подписью его названия, при этом шрифт соответствует типу поселения и числу жителей в нем. Отбор изображаемых пунктов на обзорно-топографических картах значительный, при этом сохраняется районирование по степени заселенности территории.

Знаком отдельного двора показываются все дворы, занимающие в масштабе карты площадь меньшую, чем площадь знака. Черный прямоугольник в значке соответствует расположению главного дома во дворе, а ориентация знака соответствует действительной ориентировке объекта на местности.

Промышленные, сельскохозяйственные и социально-культурные объекты

На картах крупных масштабов отображаются все промышленные, сельскохозяйственные предприятия, социально-культурные объекты, постройки религиозно-культового значения (церкви, мечети). На картах средних масштабов степень отбора этих объектов зависит от их важности в экономическом отношении, ориентирного значения, исторической ценности. В первую очередь показываются все объекты, расположенные вне населенных пунктов или на окраинах, а внутри пунктов предпочтение отдается показу знаков, превышающих уровень общей застройки кварталов.

Изображения этих объектов размещаются с учетом их размеров в масштабе карты (площадными знаками) и внемасштабными, если они занимают весьма небольшую площадь или их проекцией оказывается лишь одна точка. Большинство из внемасштабных объектов имеют ориентирное значение. Главная точка знака соответствует проекции точки местоположения объекта. Все они сопровождаются пояснительными подписями в соответствии с принятой системой обозначений на картах (например, сокращенные подписи — мол., МТМ, лесп„ овц. — соответственно означают «молочный завод», «моторно-тракторная мастерская», «леспромхоз», «овцеводческая ферма»).

Ряд объектов имеют линейное распространение — это линии связи, электропередачи (ЛЭП), трубопроводы (наземные, подземные, подводные и др.). В зависимости от масштаба детальность отображения уменьшается — в крупном масштабе указываются различные опоры на линиях связи и ЛЭП, на обзорно-топографических картах указываются только магистральные линии и продуктопроводы.

Дороги и дорожные сооружения

Дорожная сеть на картах подразделяется на железные дороги, автодороги, грунтовые дороги и тропы.

По условному знаку железной дороги можно определить число ее путей, вид тяги (электрифицированные и пр.), состояние дороги (действующая, строящаяся, разобранная), ширину колеи (узкоколейная, нормальной колеи). Отображаются станции, платформы, разъезды и другие остановочные пункты, выделяются участки в туннелях, по эстакадам, по насыпи или в выемке .

Специальные условные знаки применяются для отображения трамвайных путей, фуникулеров, монорельсовых и подвесных дорог.

Ось условного знака дороги строго соответствует действительному положению объекта на местности.

Автодороги подразделяются по классу дорог на автомагистрали (автострады), дороги с усовершенствованным покрытием, автодороги с покрытием и без покрытия. На них показывается ширина проезжей части и общая ширина дороги, а также материал покрытия (А — асфальт, Б — булыжник, Бр — брусчатка, Г — гравий, К — камень, Ц — цементобетон, Щ — щебень, Шл — шлак).

Грунтовые дороги отображаются с отбором — предпочтение отдается дорогам, соединяющим населенные пункты по кратчайшему пути или идущим к источникам воды, перевалам, железнодорожным станциям, пристаням, к дорогам высших классов. На картах крупных масштабов показывают также полевые и лесные дороги.

В таежных районах и труднопроходимых заболоченных участках отображают зимние дороги, используемые сезонно.

Гидрография и гидротехнические сооружения

К элементам гидрографии на картах относят озера, реки, каналы, водохранилища, родники и многие другие объекты, характеризующие водные акватории. Условные знаки топографических карт согласуются с картами шельфовой зоны. Береговые линии подразделяются на постоянные и определенные и на непостоянные и неопределенные. Положение береговых линий морей на карте соответствуют их максимальной отметке при наиболее высоком приливе, а границы внутренних водоемов и береговых линий рек соответствуют линии с отметкой уреза воды в них в межень (межень — средний наинизший уровень воды в реке или озере).

Топографические карты передают тип и характер речной системы, особенности конфигурации русла, типы берегов, поймы. В зависимости от ширины реки ее условное обозначение может быть отображено в одну линию с постепенным утолщением от истока к устью либо в две линии с постоянным промежутком между ними, либо с отображением ширины реки в масштабе карты.

Условный знак крупных рек сопровождается качественными и количественными их характеристиками — скорость и направление течения, ширина и глубина, характер грунта русла, отметки урезов воды, наличие переправ (паромы, мосты, перевозы, броды), водопады и пороги. Если название реки подписано заглавными буквами, то она на этом участке судоходна.

Пересыхающие реки и участки рек отображаются пунктирной линией, подземные участки рек — точечным пунктиром.

Условные знаки каналов представляют собой прямые линии (для узких каналов) и две параллельные линии, отображающие ширину каналов в масштабе карты. Характеристики каналов указываются таким же образом, как и на реках.

На картах подписываются собственные названия морей и их частей, озер, водохранилищ, каналов, колодцев, родников, а также кос, островов, мысов и других объектов береговой линии.

К объектам водоснабжения относятся искусственные сооружения, служащие для добычи, хранения, транспортировки воды, а также естественные источники.

На крупномасштабных картах вне населенных пунктов показывают все колодцы, а на обзорно-топографических картах только наиболее крупные и артезианские. Колодцы в безводных и засушливых территориях отображают все и с подробной характеристикой их дебита (л/ч). Подписями сопровождаются даже колодцы, в которых воды нет (сухие, засыпанные). Выходы на поверхность грунтовых вод (ключи и родники) отображаются своим условным обозначением с пояснительной подписью, обозначающей минерализацию воды в нем. Для источников, периодически выбрасывающих фонтаны горячей воды и пара на поверхность, предназначен условный знак гейзеров.

6. Рельеф

Рельеф на картах отображают горизонталями, отметками абсолютных высот точек местности и условными знаками объектов, которые не могут изобразиться горизонталями.

Горизонтали — это линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными высотами и отображающие внешние особенности форм рельефа.

Горизонтали основные соответствуют высоте сечения рельефа, стандартно установленной для каждого масштаба топографической карты. Для облегчения чтения рельефа на карте каждая пятая основная горизонталь показывается утолщенной (только картах масштаба 1:10000 утолщена каждая десятая горизонталь).

Дополнительные горизонтали (полугоризонтали) показываются на половине высоты основного сечения рельефа там, где основные горизонтали не могут отобразить основные линии перегибов склонов или мезоформы рельефа.

Вспомогательные горизонтали отображают характерные формы рельефа весьма малых размеров, которые не могут выразиться ни основными, ни дополнительными горизонталями".

На горизонталях указывают направления линий ската — бергштрихи в тех местах, где возникает двоякое восприятие формы поверхности (ее выпуклости или вогнутости). Так, бергштрихи необходимы на горизонталях замкнутой формы, характеризующих холмы и гряды возвышенностей, а также впадины рельефа.

Некоторые горизонтали подписывают на карте отметкой ее абсолютной высоты (для удобства чтения рельефа), эта подпись располагается вверх по склону (в сторону увеличения абсолютной высоты рельефа) и облегчает ориентирование на карте.

По рисунку горизонталей можно выделить положительные и отрицательные формы рельефа, определить наиболее возвышенные участки и выявить ложбины, по которым возможен сток временных потоков дождевых и талых вод.. Различают линии водораздельные, тальвега (водосборная линия), бровки и подошвы склонов. Точки указывают локальные максимальные и минимальные перегибы линий рельефа.

Водораздельная линия расположена на выпуклой форме рельефа, совпадает с линией стыка двух поверхностей, наклонных в разные стороны. Она может проходить по самым высоким отметкам рельефа и спускаться к долине реки по выпуклой части склона.

Тальвег — линия перегиба склона на вогнутой форме рельефа (лощине, ложбине), по линии тальвега сбегают временные потоки вод — дождевые и талые. Линии тальвега часто оканчиваются промоинами и оврагами в эрозионном равнинном типе рельефа или переходят в долины малых рек.

Устьевые точки — узловые точки слияния двух тальвегов. Они располагаются на линиях пересечения тальвегов первого и второго порядков.

Бровка — линия перехода поверхности меньшей крутизны в склон большей крутизны: границы оврагов, речных и морских террас, плато.

Подошва — линия смены склонов большей крутизны с менее крутой или горизонтальной поверхностью. Эти линии проходят у подножья холмов, склонов речных долин, днищ оврагов и котловин, притеррасных понижений.

Вершинные точки — возвышаются над окружающей местностью, располагаются на главных водоразделах, дают начало водоразделам второго порядка.

Седловины — точки, расположенные на линиях водоразделов, в понижениях между двумя вершинными точками. В горном рельефе это точки перевалов.

Впадины — отдельно расположенные понижения, замкнутые со всех сторон, характеризующиеся отрицательными относительными высотами рельефа (котловины, воронки). Неглубокие котловины с плоским дном называются блюдцами и западинами.

Для показа форм рельефа, не изображающихся горизонталями, используют внемасштабные условные знаки, это овраги, промоины, обрывы, уступы, осыпи, оползни и т. д. Их изображения дополняются характеристиками глубины или высоты.

Условными знаками также отображаются малые, но характерные детали рельефа, например ледникового (наледи, морены, фирновые поля) или вулканического (вулканические кратеры, лавовые потоки).

Изображения рельефа дополняются отметками абсолютных высот характерных точек местности — вершин и повышенных участков водоразделов, перекрестков некоторых дорог, родников, на уступах террас, на бровках склонов. В сочетании с горизонталями отметки высот позволяют легко определять направления скатов, превышения точек местности, относительные высоты форм рельефа.

По горизонталям можно определить крутизну поверхности склона: чем ближе подходят они друг к другу — тем круче склон. Чем дальше горизонтали друг от друга — тем более пологая поверхность. Расстояние между горизонталями на карте называется заложением.

Для определения крутизны склона на карте помещается график, который показывает зависимость угла наклона склона от заложения между горизонталями Величина заложения определяется по кратчайшему расстоянию между горизонталями в конкретной точке склона.

Чем крупнее масштаб карты, тем детальнее горизонтали отображают рельеф местности. На карте 1:25 000 при высоте сечения рельефа 5 м подробно отображаются все детали речной долины: перегибы склонов, их террасированность, складчатость поверхности, пойма и прирусловой вал, эрозионные формы — овраги, промоины, обрывы. По таким горизонталям можно проводить детальные измерения, наносить на карту связанные с рельефом объекты, планировать любые маршруты.

О рельефе или о его отдельных формах можно судить по косвенным признакам: размещению других классов объектов на карте, например объектов гидрографии, растительности. Реки и ручьи расположены в понижениях рельефа, направление их течения указывает на общий наклон поверхности, а также отметки урезов воды тоже указывают на направление течения реки. Размещение луговой влаголюбивой растительности вдоль русла реки дает представление об уплощенной форме поймы и ее ширине. Наличие пойменных болот дает представление о понижениях поверхности поймы в этих местах, а наличие древесной и кустарниковой растительности вдоль русла реки косвенно напоминает о наличии прируслового вала — небольшого повышения рельефа вдоль русла, характерного элемента части поймы.

Трассы дорог (особенно железных) проходят по наиболее горизонтальным поверхностям, а в местах расположения насыпей и выемок имеются резкие перепады высот рельефа. Грунтовые дороги чаще всего прокладываются по водоразделам (основным и второстепенным), так как именно на водоразделах быстрее всего осушается почва после дождевых сезонных и весенних паводковых вод.

Размещение знаков-ориентиров указывает на точки хорошего обзора местности, на повышенные участки водоразделов. Однако морфология рельефа передается не только рисунком горизонталей, их совместной конфигурацией, а также взаимным расположением горизонталей в сочетании с условными знаками рельефа и отметками высот характерных точек местности.

При уменьшении масштаба до 1:100 000 часть мелких форм Рельефа не может быть выражена горизонталями при основной высоте сечения рельефа 20 м, поэтому горизонтали отображают общий тип рельефа — всхолмленный, грядово-холмистый, равнинно-эрозионный, вулканический и т. д. По рисунку горизонталей, их взаимному расположению можно судить о пересеченности рельефа, проследить направление основных и второстепенных водоразделов, врезанность речных долин, положение основных углублений рельефа (лощин и ложбин). Командные высоты рельефа местности дают возможность надежно ориентироваться на ней.

На обзорно-топографических картах горизонтали отображаются через 50 и 100 м, в зависимости от пересеченности местности. Сохраняется подробность в нанесении отметок высот точек местности— их показывают до 25 шт. на 1 дм² карты.

Рис. 32. Участок рельефа долины реки равнинного типа (а) и профиль

по линии АВ (б) (горизонтали проведены через 2,5 м). Части долины:

склоны (1 — бровка, 2 — подошва склона), 3 — пойма,

4 — надпойменная терраса

7. Растительный покров и грунты

Отображение растительности и грунтов тесно связано с другими элементами карты и помогает оценить проходимость территории, ее хозяйственное значение. Допускается отображение нескольких видов растительности в одном контуре или в сочетании с грунтами или микроформами рельефа.

На картах показывается естественная и культурная растительность. Естественная подразделяется на жизненные формы (древесная, кустарниковая, травянистая и т. п.).

Древесная растительность на карте изображается масштабными условными знаками и подразделяется по состоянию древостоя на зрелый лес, поросль, низкорослый лес, вырубки, сухостои, буреломы и т. п. Без оконтуривания условными знаками показываются не имеющие значения ориентира небольшие участки леса, полосы леса.

Для показа на карте отдельных деревьев и рощ, расположенных на возвышенных участках, откуда открывается обзор территории, используются специальные условные знаки деревьев и рощ, имеющих значение ориентира. Хвойные и лиственные породы различаются по рисунку знака.

Взрослый лес, занимающий значительную площадь, на карте закрашивается зеленым цветом и сопровождается количественными сведениями о высоте I яруса древостоя, средней толщине деревьев и средним расстоянием между деревьями. Такие характеристики показываются для сплошных участков леса в том месте, где были расположены эталонные площадки полевого обследования.

Поросль и молодые посадки леса (высотой до 4 м) выделяются на крупномасштабных картах условными знаками на светло-зеленом фоне, с указанием типа породы и средней высоты деревьев.

При уменьшении масштаба карты малые участки леса заменяются внемасштабными знаками отдельной рощи.

Кустарниковая растительность - сплошные заросли и отдельные группы кустарника - показывается масштабными (с контуром) и внемасштабными (без контура) условными знаками. Могут быть выражены узкие полосы кустарников и живые изгороди — это линейные знаки — ось условного знака соответствует положению полосы кустарника на местности

Травянистая, моховая и лишайниковая растительность показываются на картах в контуре. Иногда в одном контуре допускают сочетание до трех видов растительности.

К культурной растительности относятся плантации полевых культур, входящих в севооборот, декоративные культуры, растительность в садах (ягодные, фруктовые сады, виноградники), лесные питомники, саженые леса и парки. Часто контур культурной растительности сопровождают сокращенными пояснительными подписями (чай, ябл.).

При отображении территорий, не занятых естественной и культурной растительностью, показываются некоторые виды" поверхностей и грунтов. Это скальные грунты (выходы скальных пород в начальной стадии выветривания) и нескальные (рыхлые) грунты. К последним относятся каменистые россыпи, галечники по берегам морей и в долинах рек, пески всех типов. К микроформам земной поверхности относятся болота, солончаки, глинистые и бугристые поверхности.

8. Границы

На топографических картах всех масштабов показывают границы следующих территорий:

-государственные границы Российской Федерации и ее полярных владений;

-границы иностранных государств;

-границы всех субъектов Российской Федерации;

-границы административных округов России;

-административные границы единиц иностранных территорий.

Границы государственных заповедников показывают специальным условным знаком.

Главнейшими принципами в отображении границ на картах являются особая точность сочетания участков границ с другими элементами карты — дорогами, реками, населенными пунктами и т. д. Звенья условного знака границы располагают поочередно по обеим сторонам реки, если граница идет по ее оси, с разрывами между группами звеньев на некоторую величину, цветной кант вдоль границы при этом показывается без разрывов.

Если знак границы подходит к рамке карты, то за рамкой подписываются названия государств, областей или других политико-административных единиц, к которым принадлежат указанные на карте территории

ЛЕКЦИЯ 9 КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ. ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ СУШИ

Сущность генерализации

Картографическая генерализация – это отбор и обобщение изображаемых на карте объектов соответственно ее назначению, масштабу, содержанию и особенностям картографируемой территории. Термин «генерализация» происходит от латинского generalis, что означает общий, главный. Генерализованность является важнейшим свойством любой карты, поскольку невозможно показывать объекты со всеми подробностями. Суть процесса генерализации состоит в передаче на карте основных, типических, наиболее важных свойств изображаемых объектов, и отказ от незначительных, «лишних» деталей изображения. Генерализация – неотъемлемое свойство всех картографических произведений, даже самых крупномасштабных. Генерализация – это одно из проявлений процесса абстрагирования отображаемой на карте действительности. Именно генерализация способствует формированию и воплощению в картографической форме новых понятий и научных абстракций.

Факторы генерализации

Генерализация определяется несколькими факторами:

а) Масштаб карты

Он наиболее существенно влияет на картографическую генерализацию. На карте, которая имеет масштаб 1:10 000, участок местности в 1 км² имеет площадь 100 см². Это значит, что все объекты, показанные в крупном масштабе, просто графически невозможно отобразить в более мелком виде, надо обобщить изображение, отобрать наиболее важные его элементы. При переходе к более мелкому масштабу сокращается площадь карты (в масштабе 1:100 000 1 км 2 местности занимает уже 1 см 2 , в масштабе 1:1 000 000 – 1 мм 2 , а в масштабе 10 000 000 – не видимую точку), поэтому неизбежны обобщение и исключение некоторых деталей изображения. Объекты, важные для крупномасштабных карт (например, местные ориентиры), теряют свое значение на мелкомасштабных картах, а значит, подлежат исключению.

б) Назначение карты

Генерализация бывает различной на картах разного назначения, даже если они отображают одну и ту же территорию и одинаковы по масштабу. На карте показывают лишь те объекты, которые соответствуют ее назначению. Например, справочная административная карта России должна быть максимально подробной, содержать максимум сведений, которые можно показать в данном масштабе. Такая же карта, предназначенная для начальной школы, должна быть сильно генерализованной. На ней достаточно показать республики, входящие в состав государства, и их столицы. Их изображают крупными знаками со значительным обобщением без излишней детализации. в) Тематика карты

Она также влияет на картографическую генерализацию. На экономической карте обычно сильно генерализуют рельеф, а дорожную сеть, населенные пункты, административные границы показывают с наибольшей подробностью. г) Особенности картографируемой территории. Воздействие их на генерализацию проявляется в том, что на карте необходимо передать своеобразие, примечательные, характерные элементы территории. Например, в степных или полупустынных районах необходимо показать все мелкие озера, пусть даже с преувеличением – это очень важно для засушливых территорий. Но в тундровых ландшафтах, где встречаются тысячи озер, многие из них можно исключить при генерализации. Также необходимо передать типичные очертания объектов, даже если они мелкие, например, фьордовые узкие заливы. Это один из наиболее субъективных факторов генерализации, плохо поддающийся автоматизации. Решение о том, что является «важным» и «типичным» может принять только специалист. д) Изученность объекта. При достаточной изученности объекта подробность карты может быть максимальной, а при нехватке фактического материала оно неизбежно становится обобщенным, схематичным. Фактор изученности тесно связан с качеством и полнотой источников, используемых для картографирования. Поэтому наиболее генерализованы карты гипотетические и прогнозные (схематичные).

е) Оформление карты.

Многоцветные карты при прочих равных условиях позволяют показать большее количество знаков, чем карты одноцветные. При хорошем качестве печати и правильным подбором цветов, значков и штриховок на одной карте можно совместить до шести взаимно перекрывающихся слоев без ущерба для читаемости. На одноцветной карте возможно разместить гораздо меньше слоев изображения, поэтому необходима генерализация ее содержания.

Виды генерализации

Сложные процессы абстрагирования, связанные с картографической генерализацией, реализуются в разных видах и формах. Они касаются обобщения пространственных (геометрических) и содержательныххарактеристик, качественных и количественных показателей, отбора и даже исключения изображаемых объектов. Иногда генерализацию рассматривают как процесс абстрагирования пространства и содержания. Обычно все проявления генерализации присутствуют на карте совместно, в тесной комбинации. Обобщение качественных характеристик происходит за счет сокращения различий объектов, что всегда связано с обобщением и укрупнением классификационных признаков, с переходом от простых понятий к сложным. Например, на обзорных картах вместо показа преобладающих древесных пород (как это принято на крупномасштабных топографических картах) дают собирательный знак леса, вместо подразделения железнодорожных путей по числу колей — единый знак железных дорог, вместо показа болот разной проходимости — один знак заболоченной местности, на почвенных картах подвиды объединяются в виды, типы почв и т.д. Важно отметить, что обобщение качественных характеристик картографируемого явления — это, прежде всего, обобщение (генерализация) его классификации. Поэтому данный вид генерализации начинается с легенды карты, с перехода от видов к родам, от отдельных явлений — к их группам, от дробных таксономических подразделений — к более крупным. Обобщение количественных характеристик проявляется в укрупнении шкал, переходе от непрерывных шкал к более обобщенным ступенчатым, от равномерных — к неравномерным. Примерами могут служить увеличение высоты сечения рельефа при генерализации топографических карт, укрупнение группировки населенных пунктов по числу жителей, объединение градаций картограмм и т.п. На картах, выполненных точечным способом, обобщение количественной характеристики проявляется в увеличении веса точки, например на карте животноводства одна точка изображает 500 голов крупного рогатого скота, а после генерализации — 1000 голов скота. Переход от простых понятий к сложным. Этот вид генерализации связан с введением интегральных понятий и собирательных обозначений. Например, при переходе от крупномасштабной карты города к мелкомасштабной вначале изображение отдельных зданий заменяется изображением кварталов, потом дается лишь общий контур города, а далее — пунсон. На мелкомасштабной карте населенный пункт полностью теряет свои индивидуальные черты, пунсон характеризует лишь численность населения и административное значение города. При генерализации геоморфологической карты знаки отдельных карстовых форм могут быть заменены общим контуром распространения карстовых процессов, на зоогеографических картах гнездовья птиц — обобщенным контуром ареала их распространения, на картахпромышленности значки отдельных предприятий — обозначением промышленного центра. Отбор (исключение) объектов означает ограничение содержания карты только необходимыми объектами, и снятие других, менее значимых объектов. При отборе пользуются двумя количественными показателями: цензами и нормами. ♦ Ценз отбора – ограничительный параметр, указывающий величину или значимость объектов, сохраняемых при генерализации. Примеры цензов: «сохранить на карте леса, имеющие площадь более 10 км ² », или «показать все реки длиной более 1 см в масштабе карты», или «оставить при генерализации все районные административные центры». ♦ Норма отбора – показатель, определяющий принятую степень отбора, среднее на единицу площади значение объектов, сохраняемых при генерализации. Нормы отбора регулируют нагрузку карты. Норма задается, например, так: «показать в тундровых ландшафтах не более 80-100 озер на 1 дм 2 карты (остальные исключить)». Этот критерий всегда дифференцирован соответственно особенностям картографируемой территории. Скажем, при переходе от топографических карт масштаба 1:200 000 к картам масштаба 1:500 000 норма нагрузки населенными пунктами в густонаселенных районах составляет 1/3 (т.е. на генерализованной карте сохраняется только третья часть населенных пунктов), на менее заселенных территориях — 1/2, а в районах с очень редким расселением — показывают все населенные пункты. Обобщение очертаний означает снятие мелких деталей изображения, отказ от небольших изгибов контуров, спрямление границ и т.п. Эта геометрическая сторона генерализации проявляется в сглаживании небольших извилин рек и береговых линий, исключении мелких изгибов горизонталей, упрощении геологических границ и т.п. При этом, однако, следят за тем, чтобы обобщение очертаний не было механическим, не сводилось к формальному сглаживанию. Генерализованное изображение непременно должно сохранять географически правдоподобный рисунок объекта, например морфологию побережья, особенности меандрирования рек, типы эрозионного расчленения, характер складчатости. Некоторые, даже очень небольшие, детали сохраняются, если они типичны для объекта. Скажем, фьорды очень типичны для скандинавского побережья, и их следует показывать даже в самых мелких масштабах. Объединение контуров (выделов) — еще одно проявление геометрической стороны генерализации, связанное с группировкой, слиянием контуров. Выделы на карте объединяются, во-первых, в результате обобщения качественных и количественных подразделений в легенде, а во- вторых, вследствие слияния (соединения) нескольких мелких контуров в один крупный. Так, отдельные небольшие ареалы месторождений какого-либо полезного ископаемого могут быть объединены в один ареал, мелкие участки леса — присоединены к крупному контуру и т.п. Смещение элементов изображения связано обычно с обобщением очертаний и объединением контуров, при которых неизбежны небольшие сдвиги некоторых объектов относительно их истинного положения. Например, спрямление береговой линии и исключение мелких заливчиков приводит к тому, что некоторые прибрежные поселки оказываются как бы отодвинутыми от берега, тогда необходимо их сместить и «придвинуть» к морю. Смещение часто происходит при рисовке рельефа, когда укрупняют высоту сечения рельефа. Утрирование, или показ объектов с преувеличением, означает, что на генерализованной карте оставляют некоторые особо важные объекты, которые из-за малых размеров или по условиям цензового отбора следовало бы исключить, и при этом даже несколько преувеличивают (утрируют) их. Например, небольшие, но характерные излучины рек, мелкие озера в засушливых степях, редкие и небольшие по площади выходы изверженных геологических пород посреди поля осадочных отложений и т.п. Рассмотренные виды генерализации проявляются на картах не порознь, а совместно, они тесно переплетены и трудно отделимы один от другого. Генерализация содержательных аспектов (качественных и количественных) обычно влечет за собой изменение пространственных геометрических характеристик и наоборот. Обобщение одних элементов влечет изменение других, и все это тесно взаимосвязано.

Топографическая изученность суши

К территориям, изученным в топографическом отношении, относят пространства, для которых имеются крупномасштабные карты, основанные на систематических топографических съемках. Такое определение условно. С течением времени требования к картам возрастают, повышается их точность, улучшаются содержание и способы оформления, изменяется и сама местность. В результате топографические карты, вполне удовлетворительные или даже совершенные в годы своего исполнения, впоследствии перестают правильно отображать действительность и соответствовать вновь возникшим требованиям. Например, такую судьбу испытали все военно-топографические карты прошлого века, передававшие рельеф штрихами.

При оценке топографической изученности территории в первую очередь учитывают топографические карты наиболее крупных масштабов, обладающие большей полнотой, подробностью и точностью.

Сводки ООН по топографической изученности мира учитывают карты четырех масштабных групп: I - 1 : 25 000 и крупнее, II - порядка 1 : 50 000, III - порядка 1 : 100 000 и IV - 1 : 200 000 и 1 : 250 000. Медленный рост изученности за период с 1968 по 1980 г. характеризуется для первых трех групп следующими данными (в % покрытия территории):

№ группы	1968 г.	1974 г.	1980 г.
I	6,0	11,6	15,6
II	24,5	35,9	43,8
III	30,2	34,5	44,1

Карты IV группы держатся на уровне 80%. О весьма неравномерной обеспеченности отдельных континентов картами разных масштабов можно судить по данным ООН (в %) на 1980 г.

	I	II	III	IV
СССР	()	60	100	100
Европа	91	91	77	95
Азия	11	51	68	80
Африка	2	24	17	82
Северная Америка	34	61	7	88
Южная Америка	10	27	45	50
Австралия и Океания	13	15	36	100

Европа наиболее изучена в топографическом отношении (рис.). Неполное покрытие картами масштаба 1 : 25 000 указывают только Австрия (29%), Норвегия (49%), Греция (59%), а также Ирландия и Исландия. Вместе с тем ряд стран имеет топографические карты более крупных масштабов. Например, Англия обладает для экономически наиболее развитых районов картой масштаба 1 : 1 250 и почти для всей страны, за исключением малопродуктивных территорий, картой масштаба 1 : 2 500, которые в общем насчитывают свыше 210 тысяч листов. Вся страна имеет карту масштаба 1 : 10 000.

Рис. 8.1. Картографическая обеспеченность суши топографическими картами масштаба 1 : 25 000
Рис.33. Картографическая обеспеченность суши топографическими картами масштаба 1 : 25 000

По степени топографической изученности вслед за Европой располагаются Северная Америка, Азия, Южная Америка, Африка, Австралия и Океания. Вообще говоря, лучшее обеспечение топографическими картами крупных масштабов наблюдается в странах и районах экономически более развитых и с большой плотностью населения.

Рис. показывает суммарно степень покрытия стран мира картами масштаба 1 : 100 000 или более крупными. Африка особенно контрастна в своем топографическом освещении, что отражает колониальное прошлое континента, когда топографическим съемкам был свойствен выборочный характер. Они ставились в районах интенсивной эксплуатации природных богатств или стратегического значения. После завоевание национальной независимости молодые государства создают свои картографические службы, некоторые из них прибегая к помощи экономически развитых стран. Но значительные пространства континента - пустынные и экономически неразвитые районы - еще остаются без надежных топографических карт.

Рис. 8.2. Картографическая обеспеченность суши топографическими картами масштаба 1 : 100 000
Рис. 34. Картографическая обеспеченность суши топографическими картами масштаба 1 : 100 000

Даже в Северной Америке, по данным ООН на 1980 г., топографические карты I и II групп покрывали в США (без Аляски) соответственно 74 и 71% территории (По данным 1987 г. топографические карты будут завершены в 1990 г. в масштабе 1:25 000 для США и 1:63 360 для Аляски.), в Канаде - 9 и 61%. Вообще же, судя по сводкам ООН на 1968, 1974 и 1980 гг., процесс топографического изучения Земли в целом таков, что он не гарантирует полного решения задачи в текущем столетии, даже если учесть сильное повышение эффективности этого изучения при быстро возрастающем использовании космической информации высокой разрешающей способности. Полностью суша планеты обеспечена лишь картами масштаба 1 : 1000 000.

Важно заметить, что глубокий анализ топографической изученности требует также учета современности карт - их соответствия действительному состоянию местности. Обновление топографических карт, т. е. их приведение в соответствие с действительностью, принадлежит к основным задачам государственных топографических служб. При наличии топографических карт наиболее крупных масштабов на всю территорию страны (например, в Великобритании) эта задача становится главной. Различают два вида обновления: 1) периодическое, выполняемое через определенные промежутки времени (например, через 5 лет в урбанизированных районах, через 10 лет в остальных районах Франции), которые, однако, могут быть неодинаковыми для территорий различных по темпам экономического развития (например, 3, 5 и 10 лет в Японии); 2) систематическое, когда данные об изменениях на местности регистрируют непрерывно, а карты переиздают по мере надобности (в Великобритании).

Топографические карты шельфа и внутренних водоемов

Топографические карты шельфа охватывают выравненную часть подводной окраины материков, прилегающую к берегам суши и имеющую с ней общее геологическое строение. Они предназначены для общегеографического изучения акватории, проектирования и проведения геофизических и геологоразведочных работ, эксплуатации полезных ископаемых, строительства и т. п.

Основой топографических карт шельфа служит специальная морская съемка, при которой на берегу создается плановая и высотная геодезическая сеть, проводится определение координат точек дна и дешифрирование материалов аэрофотографической и гидролокационной съемки.

Карты шельфа отображают рельеф дна, грунты, распространение донных растений и животных, элементы навигации (навигационные средства, фарватеры, опасности и др.), границы рыболовных зон, морских заповедников. Особенно подробно с помощью горизонталей и условных знаков изображаются формы донного рельефа: банки, мели, бары, желоба, оползни, рифы, конусы выноса, вулканы, а также районы распространения микроформ (песчаных волн, бугристых поверхностей и т. п.). Кроме того, на картах шельфа показывают скорости придонных и ветровых течений, мощность льда, приводят результаты гравиметрических и магнитных съемок.

На картах внутренних водоемов (крупных озер, водохранилищ), кроме рельефа и грунтов дна, отображают особенности берегов и прибрежной охранной зоны, колебания уровня (полосу временного затопления и подтопления), наносят гидротехнические сооружения, плотины, дамбы, а также сооружения водоочистки, забора и сброса вод, объекты рыбного и промыслового хозяйства.

Морские Навигационные Карты

Морские Навигационные Карты, основной тип морских карт, используемых для обеспечения судовождения и безопасности плавания.

Как правило, морскую навигационную карту составляют в равноугольной нормальной цилиндрической проекции Меркатора, позволяющей прокладывать постоянный курс судна прямой линией. Основными элементами содержания морской навигационной карты, передаваемыми условными знаками являются: береговая линия с указанием характера берегов, рельеф дна и навигационной опасности (скалы, камни, затонувшие суда, подводные препятствия), средства навигационного оборудования (маяки, светящие знаки, радиомаяки, буи, вехи и т. д.), фарватеры, якорные места, различные полигоны и районы на воде, знаки разделения движения судов, характеристики донных грунтов, навигационные ориентиры, отдельные гидрологические данные, реки, рельеф суши, дорожная сеть и населённые пункты.

Каждая морская навигационная карта имеет свой номер и название. В зависимости от назначения и масштабов различают следующие виды морских навигационных карт: планы, частные карты, путевые и генеральные карты.

Планы (масштабы 1 : 500 - 1 : 25 000) используются для захода судов в порты, гавани и на рейды, при передвижении по их акватории и постановке на якорь.

Частные карты (масштабы 1 : 25 000 - 1 : 75 000) предназначены для обеспечения плавания в непосредственной близости берегов, в шхерах, при проходе узких мест и каналов.

Путевые карты (масштабы 1 : 100 000 - 1 : 500 000) преимущественно используются при плавании вдоль берегов в значительном от них удалении.

Генеральные карты (масштабы 1 : 750 000 - 1 : 5 000 000) предназначены для общего изучения навигационно-гидрографических условий района плавания, предварительной прокладки пути судна и обеспечения плавания открытым морем или океаном.

Зарубежные топографические карты

Рельеф на топографических картах во всех странах изображается горизонталями, при изображении лесов, вод и дорог применяются примерно одинаковые цвета, и в целом эти топографические знаки читаются легко. Наибольшую трудность представляет определение координат, расстоянии, характеристика изображенных объектов и чтение условных знаков местных предметов. Чтобы определить координаты объекта на иностранной карте, необходимы определенные навыки в переводе снятых координат объекта в нашу систему координат, умение по номенклатуре карты определять расположение листа топографической карты и переводить меры национальной длины в метрические. При недостатке времени для определения координат объекта может использоваться метод сравнения. Суть этого метода заключается в следующем: кладутся рядом две карты — наша и иностранная — одной и той же местности; ориентируясь по местным предметам и соблюдая масштаб, наносят на свою карту точку расположения объекта, отмеченного на иностранной карте; со своей карты снимаются координаты этого объекта. Этот метод неточен. Он позволяет, хотя и приблизительно, но быстро определять координаты объектов.

Топографические карты США и Великобритании издаются двух типов в метрических масштабах (1:10 000, 1:25 000, 1 :50 000, 1 : 250 000 и 1: 1 000 000) и в национальных мерах милях, ярдах и футах. При переходе к метрическим мерам масштаб составит: в США — 1 : 24000, 1 : 31 680, 1 : 62 500, 1:125000; в Великобритании 1: 250, 1 : 2 500, 1 : 10 500 (официальное название — шестидюймовка), 1:25000, 1:63000 (однодюймовая), 1:126720 (полудюймовая), 1:253 440 (четвертьдюймовая) и др. Зачастую на картах помещается несколько линейных масштабов для измерения в метрической и национальной системах мер. Высоты точек и горизонталей на картах выражаются в футах. Горизонтали проводятся, в зависимости от масштаба, через 5, 10, 20, 25, 40, 50, 100 футов и разделяются на основные (каждая пятая, утолщенная) и дополнительные. Горизонтали не подписываются и не ориентируются по направлению скатов. На картах США особое внимание уделяется показу дорожной сети. Дороги наносятся сплошной или шашечной линией, цвет линий — от ярко-красного до оранжевого. Выделяются дороги для движения тяжелого, среднего и легкого транспорта. Изображения дорог сопровождаются пояснительными надписями (номер дороги, количество полос движения и др.), отсутствие надписи указывает на возможность движения только по двум полосам. Почвенно-растительный покров изображается менее подробно, чем на наших картах: отсутствуют характеристики лесов, рек, пояснительные знаки. На реках обозначаются пороги и водопады, а броды обозначаются только в малонаселенных местах. Мосты на картах изображаются в зависимости от их конструкции, указывается их грузоподъемность в тоннах. Отсчет координат на картах США строится на тех же принципах, что и в СССР. X—(обозначается N) идет от экватора, а У (обозначается Е) — от осевого меридиана зоны Размеры шестиградусных зон, как и у нас, совпадают с колонками листов карты масштаба 1 : 1 000 000. Счет долгот принят от Гринвича. При определении координат, как и в наших картах используется правило "читай справа вверх", согласно которому сначала читается ось нужного квадрата вправо от юго-западного листа карты, а затем ось Е искомого квадрата на вертикальной стороне рамки карты. В США издаются карты на территорию ФРГ и других стран Европы, предназначенные для использования вооруженными силами НАТО. На этих картах все пояснительные надписи на полях карты делаются на трех языках: английском, немецком и французском. Здесь же помещают четыре линейных масштаба: для измерения в уставных милях (1 миля =1,609 км), километрах, ярдах (1 ярд=0,914 м) и морских милях (1 миля = 1,852 км). Карты имеют единую координатную сетку. Кроме того, внутри листов показываются крестиками ( + ) через 10 минут пересечения меридианов и параллелей, что облегчает определение географических координат. Рельеф и местные предметы изображаются в основном условными знаками, принятыми в США. На картах Великобритании населенные пункты изображаются подробно, выделяются крупные постройки и общественные здания. Размеры надписи названия населенного пункта зависят от числа жителей в нем Железные дороги показываются черным цветом Шоссейные дороги читаются легко для скоростного движения они наносятся красным цветом и обозначаются буквой А, для обычного движения — оранжевым цветом с буквой В. Почвенно-растительный покров в большинстве изображается без указания его характеристики, например, все виды болот показываются одним цветом. Координатная сетка на английских картах построена своеобразно и называется англичанами «национальной координатной сеткой». За ось Xпринята сорок девятая параллель (49°) северной широты, а за ось У — меридиан второго градуса (2°) западной долготы «Национальная координатная сетка» состоит из больших (500X500 км), средних (100X100 км) и малых 10X10 км) квадратов. Координатные линии проводятся на картах через один километр в масштабе карты независимо от того, в каких мерах составлена карта.
Топографические карты ФРГ более других похожи на наши, что объясняется историческими причинами. Карты ФРГ имеют только метрические масштабы. Изображение рельефа на них сопровождается большим количеством отметок. При этом выделяются отметки командных высот. При изображении населенного пункта указывается количество жителей в нем. Изображения дорог, населенных пунктов, почвенно-растительного покрова и гидрографии незначительно отличается от изображения на наших картах и читается довольно легко, хотя их характеристика дается скупо, например, на реках показывается только направление их течения Координатная сетка на картах ФРГ строится в пределах трехградусных зон. При этом на карте масштаба 1 : 50 000 сетка полностью не наносится, указываются только ее выходы за картой через 2 км в масштабе карты. Для обозначения направления магнитного меридиана на южной стороне рамки помещают шкалу, деления которой обозначают поправки направления в градусной мере, а на северной стороне — точку М Положение этой точки рассчитано так, что ее соединение с делениями на южной шкале, соответствующими значению поправок направления (указывается на южном поле карты), дает направление магнитного меридиана по которому ориентируется карта с помощью компаса. Для отображения тактической обстановки на картах, схемах и других графических документах в странах НАТО применяются условные обозначения, принятые в сухопутных войсках армии США. Согласно принятым в армии США правилам на многоцветных картах и схемах боевой состав, принадлежность, положение, вооружение, боевые задачи и действия своих войск наносятся синим или черным цветом, войск противника — красным. На одноцветных картах свои войска изображаются одной линией, противника — двумя. Номер соединения, части или подразделения пишется слева от знака, принадлежность к вышестоящим войскам — справа. Внутри дается условное обозначение рода войск или службы. Снизу помещаются различные дополнительные сведения (тип оружия и техники и т. д.). Фактические действия войск и районы их расположения наносятся установленными условными знаками сплошной линией, а предполагаемые — прерывистой линией (пунктиром) Знаки, обозначающие разрушения, завалы, инженерные заграждения как своих войск, так и войск противника, наносятся зеленым цветом Участки заражения химическими и биологическими средствами обозначаются желтым цветом.

Специальные карты — карты, на которых с большей детальностью отображены отдельные элементы местности или нанесены специальные данные. Специальные карты весьма многочисленны и разнообразны. К ним относятся карты: исторические, экономические, политико-административные, гидрологические, геологические дорожные и многие другие.

Основными специальными картами, предназначаемыми для использования в штабах и войсках, являются: аэронавигационные карты, карты с сеткой ПВО, карты путей сообщения, рельефные карты, обзорно-географические (в прямоугольных рамках), карты изменений местности, карты водных рубежей (участков реки), карты горных проходов и перевалов, карты с разведывательными данными о противнике, карты источников водоснабжения и др. Некоторые из них создаются заблаговременно в мирное время, а другие — в ходе боевых действий

ЛЕКЦИЯ №10 СИСТЕМА И СПОСОБЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ

Спутниковые технологии появились в России в начале 1990-х гг; почти на 10 лет позднее, чем в США. Их преимущества перед обычными методами геодезии было настолько впечатляющими, что, они быстро стали находить в топографо-геодезическом производстве в России все более широкое применение.

Термин "GPS технологии" (или ГЛОНАСС/GPS технологии) применяется для способов определения координат с применением спутниковых радионавигационных систем (СРНС) - американской системы GPS и российской ГЛОНАСС. Каждая из этих СРНС при полном развертывании состоит из 24 спутников, вращающихся на орбитах с высотой около 20000 км. Спутники непрерывно передают сигналы, содержащие информацию об их положении и точном времени, а также дальномерные коды, позволяющие измерить расстояния.

Определение координат пользователя СРНС производится с помощью специальных спутниковых приемников, измеряющих либо время прохождения сигнала от нескольких спутников до приемника, либо фазу сигнала на несущей частоте. В первом случае расстояния измеряются с метровым уровнем точности, во втором случае - с миллиметровым уровнем точности. При этом реализован однонаправленный метод измерения расстояний, поскольку и GPS, и ГЛОНАСС являются беззапросными спутниковыми системами, допускающими одновременное использование их многими пользователями.

Каждый приемник может производить измерения либо независимо от других приемников, либо синхронно с другими приемниками. В первом случае, называемом абсолютным методом, достигает точность однократного определения координат по кодам порядка 1-15 м. Такой метод идеально подходит для навигации любых перемещающихся объектов, от пешеходов до ракет. Однако более высокую точность можно получать при одновременных наблюдениях спутников несколькими приемниками по фазовым измерениям. При такой методике наблюдений один из приемников обычно располагается в пункте с известными координатами. Тогда положение остальных приемников можно определить относительно первого приемника с точностью нескольких миллиметров. Этот метод GPS получил название относительного метода. При этом возможны измерения на расстояниях от нескольких метров до тысяч километров.

При обработке данных в реальном времени, то есть в процессе наблюдений на точке, спутниковая аппаратура дополняется радиомодемами и другими средствами беспроводной связи для взаимообмена данными между приемниками. Пост-обработка обычно выполняется более строго.

Методы GPS измерений можно разделить на статические и кинематические. При статических измерениях участвующие в сеансе приемники находятся на пунктах в неподвижном состоянии. Продолжительность наблюдений составляет от 5 минут (быстрая статика) до нескольких часов и даже суток, в зависимости от требуемой точности и расстояний между приемниками. При кинематических измерениях один из приемников находится постоянно на опорном пункте, а второй приемник (мобильный) находится в движении. Точность кинематических наблюдений немного ниже, чем в статике (обычно 2-3 см на линию до 10 км).

Обработка материалов измерений может выполнятся с помощью таких программ как Credo DAT, AutoCAD, GeoniCS, Панорама Карта 2008. Окончательным результатом обработки измерений является межевой план.

Кроме определения местоположения границ земельного участка также необходимы кадастровый учет и государственная регистрация.

Принципиальным достоинством спутниковых методов позиционирования является возможность определения координат в любое время суток и в любой точке. Отпадает необходимость наличия прямой видимости между исходными и определяемыми пунктами. Это позволяет экономить время и снижает стоимость определения координат.

Закон "О государственном земельном кадастре" и действующий сейчас закон "О государственном кадастре недвижимости" требуют определения координат не только границ участков, но и расположенных на них объектов недвижимости и точного определения площадей участков и объектов недвижимости. Знание соответствующих координат позволяет определять площади самым точным аналитическим методом, что очень важно для правильного исчисления земельного налога и рыночной цены участка.

Системы координат

Координатная основа Российской Федерации реализована в виде Государственной геодезической сети (ГГС), закрепляющей систему координат на её территории.

За отсчётную поверхность принят ориентированный в теле Земли эллипсоид Красовского.

Начало геодезической системы координат совпадает с центром эллипсоида. Ось вращения геодезической системы параллельна оси вращения Земли. Плоскость нулевого меридиана определяет положение начала счёта долгот.

В июне 2000 года постановлением правительства РФ на территории России введена Единая государственная система геодезических координат 1995 года (СК-95). СК-95 применяется при выполнении топографо-геодезических и топопографо-картографических работ. Точность системы геодезических координат СК-95 характеризуется средними квадратическими погрешностями взаимного положения смежных пунктов, равными 2 ... 4 см. при расстоянии между ними до нескольких километров и 0.3 ... 0.8 метров - при расстояниях от 1 до 9 тыс.км.

Система координат 1995 года строго согласована с системой координат "Параметры Земли" ПЗ-90 (через параметры связи между пространственными прямоугольными координатами обеих систем.) ПЗ-90 предназначена для навигационных целей и орбитальных полётов.

Государственная нивелирная сеть распространена в нашей стране в виде Балтийской системы, исходным пунктом которой является нуль Кронштадтского футштока.

В целях ведения государственного кадастра недвижимости, составления землеустроительных карт (планов), определения координат границ земельных участков на территории Российской Федерации применяют местные системы координат.

Местную систему координат задают в пределах территории кадастрового округа. Местная система плоских прямоугольных координат является системой плоских прямоугольных геодезических координат с местными координатными сетками проекции Гаусса. При разработке местных систем координат используют параметры эллипсоида Красовского. Местные системы координат имеют названия. Названием системы может являться её номер, равный коду субъекта Российской Федерации, или города, устанавливаемому в соответствии с "Общероссийским классификатором объектов административно-территориального деления".

Местная система координат, принятая в Ярославской области для земельно-кадастровых работ, называется "Ярославль-76".

В каждой местной системе координат устанавливаются следующие параметры координатной сетки проекции Гаусса:

- Долгота осевого меридиана первой зоны.

- Число координатных зон.

- Координаты условного начала.

- Угол поворота осей координат местной системы относительно государственной в точке местного начала координат.

- Масштаб местной системы координат относительно плоской прямоугольной системы геодезических координат СК-95

- Высота поверхности, принятой за исходную, к которой приведены измерения и координаты в местной системе.

- Референц - эллипсоид, к которому отнесены измерения в местной системе координат.

Совокупность указанных параметров называют ключом местной системы координат.

Способы определения координат

К плановому обоснованию относятся:

1. Государственная геодезическая сеть.

2. Сети сгущения.

3.Опорные межевые сети.

4. Съемочное обоснование.

Плановое положение на местности границ земельного участка характеризуется плоскими прямоугольными координатами центров межевых знаков, вычисленных в местной системе координат. Для их определения используют различные методы: геодезические, спутниковые, картометрические, основанные на цифровании планов и карт, фотограмметрические.

Триангуляция - метод построения геосети в виде треугольников, в которых измеряются три горизонтальных угла и некоторые стороны, называемые базисом.

Полигонометрия - сеть точек, расположенных в изломах вытянутого хода, подобно теодолитному, измеряют все стороны и поворотные углы.

На основе сетей сгущения создаются съёмочные сети (съёмочное обоснование). Съёмочные сети делят на плановые и высотные. Они предназначены для обоснования топографических съёмок всех масштабов, а также для других работ.

Государственная геодезическая сеть

Государственная геодезическая сеть (ГГС) представляет собой совокупность геодезических пунктов, расположенных равномерно по территории и закрепленных на местности специальными центрами, обеспечивающими их сохранность и устойчивость в плане и по высоте в течение длительного времени.

На основе государственной геодезической сети строят разрядные сети сгущения, которые используют в качестве исходных при создании съемочного обоснования топографических съемок.

Современное состояние государственной геодезической сети, ее структура и основные принципы развития определены в Основных положениях о государственной геодезической сети, согласно которым она включает в себя астрономо-геодезическую сеть (АГС) 1 и 2 класса - 164 306 пунктов, геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов - около 300 тыс. пунктов, а также независимые спутниковые геодезические сети: космическую геодезическую сеть (КГС) - 26 пунктов и доплеровскую геодезическую сеть (ДГС) - 131 пункт.

Опорно-межевые сети

Согласно основным положениям ОМС является геодезической сетью специального назначения, которую создают для координатного обеспечения Государственного кадастра недвижимости, мониторинга земель, землеустройства и других мероприятий по управлению земельным фондом России.

ОМС предназначена:

1. Для установления координатной основы на территориях

кадастровых округов, районов, кварталов.

2. Ведения государственного реестра земель кадастрового округа, района, квартала и дежурных кадастровых карт (планов).

3. Проведения работ по государственному кадастру недвижимости, землеустройству, определения местоположения земельных участков,

государственному мониторингу земель и координатному определению иных государственных кадастров.

4. Государственного контроля за состоянием, использованием и охраной земель.

5. Проектирования и организации выполнения природоохранных, почвозащитных и восстановительных мероприятий по сохранению природных ландшафтов и особо ценных земель.

ЛЕКЦИЯ №11

ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ МЕСТНОСТИ

Виды съемок местности

Съемки местности — это один из этапов производственных работ, предшествующих созданию крупномасштабной карты или плана. Производственные работы подразделяются на следующие стадии:

- подготовительный этап, который определяет цель и технологию выполнения производственных работ; осуществляется подготовка материалов к проведению полевых съемок;

- полевые работы, в результате которых получают серии цифрового материала, из них после электронной обработки получают непосредственно съемочные оригиналы карт. Иногда полевые работы завершаются созданием полевого оригинала карты, что предусматривается заранее производимым видом съемки;

- камеральные работы, которые выполняются на производстве для получения окончательных, отредактированных оригиналов карт, направляемых в издательское производство для подготовки к изданию и тиражированию.

Основные полевые картографо-геодезические работы выполняются электронными тахеометрами, нивелирами и дальномерами или с использованием - GPS оборудования и программного обеспечения для обработки - GPS измерений. Выбор того или иного прибора обусловливается производственным заказом на выполнение видов съемки требуемой точности.

1. В зависимости от целей производства крупномасштабные съемки подразделяются на плановые, планово-высотные и высотные.

Съемка называется плановой (горизонтальной), если в результате получают данные только плановых координат точек. В этом случае производят планы местности. Такая съемка выполняется для прокладки геодезических сетей, являющихся основой для создания планов местности, на которых не отображается рельеф.

Планово-высотная (топографическая) съемка требует помимо плановых координат точек получать еще и высотную характеристику — высоту над уровнем моря Н В результате накапливается цифровой материал для создания топографической карты.

Под высотной съемкой понимают прокладывание нивелирных ходов и съемку горизонтальных участков местности с целью определения превышений между точками (АЛ).

2.Существует и другая классификация видов съемки — по используемым приборам.

Так, теодолитная и буссольная (компасная) съемки применяются для производства плановых съемок. Буссольная съемка по точности значительно ниже теодолитной, поэтому выполняется в особых случаях, когда, например, отсутствует видимость между точками.

Тахеометрическая съемка выполняется для получения полевых оригиналов топографических карт, требующих вычисления плановых и высотных координат точек. В горных условиях съемка местности с большими углами наклона ведется фототеодолитом или кипрегелем.

Одним из точных и продуктивных видов съемки является нивелирование. Нивелир с высокой степенью точности позволяет получать высотные характеристики точек местности, отдельные модели нивелиров предоставляют также координаты в горизонтальной и наклонной плоскостях. Нивелирование может производиться для прикладных геодезических работ: при строительстве разнообразных объектов, ландшафтном планировании территории, прокладки всевозможных трасс и т. д. Различают геометрическое нивелирование, производимое горизонтальным лучом нивелира, и тригонометрическое — наклонным лучом тахеометра.

В последние годы широко получили развитие автоматизированные методы крупномасштабных съемок с применением лазерных приборов, электронных тахеометров в комплекте с компьютером и плоттерами.

3.Для проведения специальных географических исследований и в учебных целях используются углоначертательные виды съемок, по результатам которых непосредственно на планшете получается съемочный оригинал карты. К таким видам съемок можно отнести мензульную и глазомерную съемки. Мензульная съемка используется в учебных целях и крайне редко для специальных географических исследований, промышленно мензульная съемка широко применялась в XIX в. и до середины XX в. Мензуальная съемка применяется в сочетании с фотопланом местности, укрепленным на рабочей поверхности мензулы. Использование фотоснимков местности позволяет значительно сократить время производства съемок, повысить точность и качество получаемых оригиналов карт. Такая съемка называется аэрофототопографической (комбинированной). Ей обязательно предшествует аэрофотосъемка местности. В современном производстве мензула используется при полевом контроле созданных оригиналов карт.

Глазомерная съемка отличается невысокой точностью, но может быть весьма полезна для проведения географических исследований местности, а также для рекогносцировочных работ перед основными съемками. Может выполняться и для предварительного ознакомления с территорией.

Топографические карты чаще получают обновлением устаревших карт, в этом случае используют современные фотограмметрические способы, а также компьютерные технологии с использованием геоинформационных систем (ГИС). Для выполнения геодезических измерений на местности используются современные приборы, такие как лазерный построитель угла 90°, лазерные многофункциональные построители плоскостей, дальномеры, электронные рулетки. Для географических исследований на местности могут применяться и простейшие приборы, такие как эклиметр, эккер, рулетка.

Планы и карты могут создаваться в виде цифровой модели местности (ЦММ), сохраняемой в информационной базе ПК. ЦММ — это совокупность множеств пространственных координат точек, отображающих земную поверхность во всем ее многообразии. Информация о ЦММ может быть собрана в результате наземной съемки или сканирования со снимков или ранее созданных карт и планов. Полученная может храниться и обновляться в процессе поступления новых сведений о местности.

При использовании цифрового и графического материала космических съемок повышается содержательность изготовляемых карт, появляются новые технологические возможности их создания, поэтому все чаще космические материалы участвуют в производственном цикле работ.

Съемки местности имеют в своей базовой основе сеть плановых и высотных точек, координаты которых вычислены с высокой точностью. Такие точки зафиксированы по всей земной поверхности с достаточной частотой и являются пунктами государственной геодезической сети.

НАЗЕМНЫЕ СЪЕМКИ ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ

НИВЕЛИРОВАНИЕ

Рельеф местности в с/х имеет важное значение, т.к. технологические процессы тесно связаны тесно связаны с обработкой земли. Рельеф учитывают при землеустройстве (размещение полей севооборотов, лесополос, многолетних насаждений и т.д.), в мелиорации (проектирование каналов, гидротехнических сооружений, вертикальная планировка земель и т.д.), в строительстве (проектирование дорог, строительство различных производственных сооружений и жилых помещений и т.д.)

Для отображения рельефа на картах, планах и профилях необходимо знать высоты точек местности. С этой целью производят нивелирование, т.е. вертикальную съемку, под которым подразумевают полевые измерительные действия, в результате которых определяют превышение одних точек местности над другими. Затем по известным высотам исходных точек определяют высоты остальных точек относительно принятой уровенной поверхности.

Под нивелированием понимают высотную съемку, конечная задача которой — получение сведений о высотных отметках точек местности. Нивелирование производят часто в дополнение к плановой съемке, если нужно дать высотную характеристику какого-либо участка местности. В зависимости от методики проведения съемки нивелирование подразделяется на геометрическое, тригонометрическое и физическое. Геометрическое нивелирование выполняется приборами со строго горизонтальным лучом. Тригонометрическое — приборами с наклонной трубой. Физическое нивелирование выполняется с помощью барометра. Методика определения превышения связана с измерением давления в каждой точке местности, так как его величина обратно пропорциональна высоте точки над уровнем моря.

Из перечисленных видов нивелирования самым точным является геометрическое, поэтому рассмотрим данный вид съемки.

Геометрическое нивелирование может быть простым, если высоты серии точек определяются по кругу от одной станции, и последовательным, если требуется определить превышение между двумя удаленными точками. В зависимости от положения инструмента относительно реек различают нивелирование «из середины» и нивелир Геометрическое нивелирование основано на определении превышений горизонтальным лучом. Нужно определить превышение Н между точками А и В, в них поставлены геодезические рейки, имеющие сантиметровые деления. В середине между рейками устанавливают нивелир, по горизонтальному лучу которого можно взять отсчеты по рейкам а и (задняя и передняя рейки). Разница между этими отсчетами — величина превышения.

где Нв — неизвестная абсолютная высота точки В; НА — известная абсолютная высота точки А; ±НАВ — определяемое превышение между точками; а, Ъ — отсчеты по рейкам горизонтальным лучом нивелира; I — высота инструмента, используемая при простом нивелировании.

а) б)

Рис. 36. Нивелир Н-3 и поле зрения трубы нивелира.— мушка, 2 — закрепительный винт трубы, 3 — наводящий винт трубы, 4 — подъемные винты, 5 — круглый уровень, 6 — элевационный винт, 7 — фокусирующий винт трубы, 8 — окуляр, 9 — дальномерные нити, 10 — средняя нить,контактный уровень, видимый через призму прибора

Рис.37

Оптический нивелир С-410 Оптический нивелир С-330

ование «вперед» (рис..8, В современном производстве применяются нивелиры с компенсаторами, в которых ось трубы автоматически устанавливается в горизонтальной плоскости (С-410) (рис. ).

2.Сущность геометрического нивелирования

Геометрическое нивелирование выполняют с помощью нивелира и нивелирных реек.

Нивелиром называют геодезический прибор, обеспечивающий при работе горизонтальную линию визирования. Он представляет собою сочетание зрительной трубы либо с цилиндрическим уровнем, либо с компенсатором. И уровень и компенсатор служит для приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение.

Нивелирные рейки представляют собой деревянные бруски, чаще всего с сантиметровыми делениями, оцифрованные снизу вверх (от пятки).

Сущность геометрического нивелирования состоит в определении превышения одной точки над другой горизонтальным лучом нивелира по отсчетам на рейках, установленных отвесно в точках, между которыми определяют превышения. Геометрическое нивелирование обычно производится двумя методами: вперед и из середины. Для определения превышения h между т.т. А и В методом вперед нивелир устанавливают в т. А, так, чтобы окуляр зрительной трубы находился над этой точкой, а рейку устанавливают отвесно в т. В. В т. А определяют высоту инструмента i как отвесное расстояние от центра окуляра до точки, над которой установлен нивелир (замеряют непосредственно или по нивелирной рейке или рулеткой). После приведения визирной оси в горизонтальное положение делают отсчет по рейке. Как видно из рисунка h – очевидно будет равно высоте нивелира минус отсчет по рейке(взгляд вперед) ( ).

Для более точного определения высоты нивелира, ее рекомендуется измерять отсчетом по рейке, устанавливаемый в задней точке А, при этом нивелир находится в 2-3 м от т.А.

Для определения превышения между точками А и В методом из середины, в этих точках устанавливают отвесно рейки, а между ними – нивелир (по возможности на равном расстоянии). Взяв отсчеты по рейкам в т.А и т.В получаем превышение h. т.А называется задней, а т.В – передней. Следующее превышение передней точки над задней равна взгляду назад, минус взгляд вперед. Если передняя точка выше задней, то превышение положительное, а если ниже, то отрицательное. Зная высоту т.А и превышение т.В над т.А, можно получить высоту т.В. , т.е. высота последующей точки равна высоте данной точки плюс превышение между ними.

Высоту т.В можно также получить с помощью горизонта инструмента (горизонт прибора), т.е. отвесного расстояния от уровенной поверхности до визирной оси нивелира. ГИ называют также высоту визирного луча.

Как видно из рисунков или или , т.е. горизонта инструмента равен высоте точки плюс высота прибора или высоте точке, на которой стоит рейка плюс отсчет (взгляд) на нее.

Зная горизонту инструмента, определяют высоту точки, на которую был сделан отсчет по рейке. , т.е. высота точки равна горизонту инструмента минус отсчет по рейке на этой точке.

С помощью горизонта инструмента удобно определять высоты в тех случаях, когда с одной станции (точки стоянки нивелира) выполнены отсчеты по рейке в нескольких точках (плюсовые точки – объяснить что это такое).

Нивелирование с одной станции выполняют в тех случаях, когда определяют небольшие превышения между двумя точками, находящимися на расстоянии 100-200 м. При нивелировании трассы определяется значительное количество превышений между рядом точек, расположенных на расстоянии в нескольких метрах одна от другой. В этом случае проводится последовательное нивелирование на станциях У1,У2,…,Уn.

На местности точки нивелирных ходов всех классов закрепляются нивелирными ходами.

4.Нивелирные знаки

Нивелирные знаки – реперы и марки.

Реперы изготавливаются из материала, обеспечивающего длительную сохранность и неподвижность во времени в пределах точности измерений.

Основными материалами, из которых изготавливаются реперы, являются бетон, железобетон и металлические трубы, некоторые антикоррозионным материалом (битумом, эмалью и т.д.)

С целью обеспечения устойчивости реперов в грунте их нижние части располагают на 0,5м ниже промерзающего или протаивающего слоя, а верхние – ниже поверхности земли на 0,5м, т.к. действия сил высушивания наиболее значительно в самой верхней части промерзающего слоя.

есьма распространенным типом знака при крупномасштабных съемках является стенной репер, закладываемый в основание зданий и сооружений. Отливается из чугуна длинной 170 мм, диаметром выступающей части 4,5 мм. Закладывается в отверстие, заполненное цементным раствором. Выступает на 50 мм. На торце указывается организация, выполнившая работы и номер . Рядом с репером в стене устанавливается охранная плита ( )(геодезический пункт, охраняется государством). На незастроенной территории в зоне сезонного промерзания на линиях нивелирования II,III и IV классов закладывают грунтовые реперы разметки.

Внешним оформлением грунтового репера служит х/б опознавательный знак с охранной плитой, установленной в 1,5 м от репера. Для закрепления линий технического нивелирования реперы типа 1Т и 2Т. Рядом с реперами на незастроенной территории устанавливаются опознавательные знаки, состоящие из бетонного блока-опоры и металлической трубы с металлической табличкой с указанием организации выполнявшей работы и номером знака.

В качестве временных знаков используют отмеченные масляной краской характерные точки железо-бетонных опор ЛЭП, мостов, фундаментов зданий, валунов и т.д., а также костыли или гвозди забитые в деревянные строения, опоры линии связи, деревянные столбы и т.д., а также металлические трубы, рельсы и т.д. с указанием организации и обозначении временного репера №…

Способ замкнутых полигонов.

Его выгодно применять при сложной ситуации и сильно выраженном рельефе участка. По линиям водоразделов, тальвегам, перегибов прокладывают магистрали с поперечниками. По магистрали прокладывают теодолитные ходы, после обработки получают координаты вершин. По этим координатам на плене наносятся магистральные линии. Нивелир магистралей и поперечников выносят так же, как и продольное нивелирование. Отметки точек на магистральные линии вычисляют по увязывающим превышениям и отметке одной из вершин магистрального хода, которая привязывается к реперу.

ЛЕКЦИЯ № 12 ТЕОДОЛИТНАЯ СЪЕМКА

Теодолит используют для измерения горизонтальных и вертикальных углов при проложении опорных сетей между пунктами государственной геодезической сети с целью ее сгущения и дальнейшего обеспечения опорными точками.

Теодолитный ход может быть замкнутым, т. е. начинаться и заканчиваться на одной и той же точке опорной геодезической сети, или разомкнутым — соединять две удаленные друг от друга точки геодезической сети с известными координатами.

Принцип теодолитной съемки заключается в геометрическом способе нахождения координат последующей точки теодолитного хода по известным координатам предыдущей и вычисленным в результате съемки приращениям координат Δу и Δх. После полевых измерений производится вычисление координат точек хода. Полученные координаты конечной точки сравниваются с теоретическими. Оценивается точность проведенных съемок. Если относительная ошибка измерений не больше предельной ошибки, оговоренной заранее для данных условий съемки, то полученные результаты полевых измерений уравниваются, т. е. ошибка измерений равномерно распределяется между всеми точками хода.

Последовательность теодолитной съемки.

Перед производством съемки все вершины (точки) теодолитного хода закрепляют на местности колышками или другими марками, затем измеряют стороны и горизонтальные углы между •точками хода. По каждой стороне измеряют также угол наклона (вертикальный угол), чтобы вычислить горизонтальное проложение (s) стороны теодолитного хода. Эти измерения позволяют вычислить плановые координаты (х; у) всех точек хода Использование современных автоматизированных теодолитов (тахеометров) позволяет с высокой точностью получать конечные результаты. Если теодолит используют для съемки контурной ситуации местности, то такую съемку называют тахеометрической. Быстрота достигается тем, что положение наблюдаемой точки в плане и по высоте определяют при одном наведении трубы тахеометра на рейку, получая расстояние, горизонтальный и вертикальный угол или превышение.

Современный тахеометр вычисляет автоматически расстояния, координаты и абсолютную высоту точки над уровнем моря.

На рисунке представлены современные теодолиты (тахеометры), используемые для геодезических работ. По точности теодолиты подразделяются на высокоточные, точные технические. Для тахеометрической съемки в учебных целях можно применить технические теодолиты с точностью измерения угла 15—30".

Рис.38 Электронный тахеометр СТ5-220 (а) и оптический теодолит

Т = 15 (б):

1 — вертикальный круг;

2 — зрительная труба;

3 — фокусирующий винт трубы (на рис. не виден);

4 — цилиндрический уровень;

5 — лимб и алидада горизонтального круга;

6 — подъемные винты;

7 — наводящий винт трубы

Основные функции теодолита — измерение горизонтального и вертикального углов между наблюдаемыми точками местности.

При измерении горизонтального угла АВС направления ВА и ВС проектируются на горизонтальную плоскость, и между проекциями этих направлений и образуется горизонтальный угол (3, измеряемый в процессе теодолитной съемки . Роль горизонтальной плоскости у теодолита выполняет круг, называемый лимбом, на который нанесена круговая шкала с градусными делениями. При измерении угла лимб закрепляется в статическое положение. Центр лимба должен находиться точно в вершине измеряемого угла, поэтому теодолит устанавливают на точке местности на штативе и центрируют его оптическим отвесом.

Отсчет по лимбу фиксируется с помощью отсчетного устройства, расположенного на алидаде. Через зрительную трубу (2) теодолита оператор наблюдает точку А, а затем и точку С. Зрительная труба имеет фокусирующий и наводящий (7) винты, позволяющие точно направить вертикальную линию сетки нитей вдоль вешки (или рейки) в точку визирования. Разность отсчетов по лимбу дает величину горизонтального угла р (см. рис. ). Прибор должен работать в строго горизонтальном положении, т. е. вертикальная ось теодолита должна быть перпендикулярна горизонтальной плоскости, и в частности плоскости лимба. Для выполнения этого условия в горизонтальной плоскости прибора установлен цилиндрический уровень (4), который указывает на горизонтальность его. Регулируется уровень с помощью подъемных вин Вычисляя приращения координат (Ах и Ау), используют величины горизонтальных проложений наклонных линий местности АВ и ВС.

Для их определения измеряют углы наклона линий местности ВА и ВС с омощью лимба на вертикальном круге (1), скрепленном со зрительной трубой в одной плоскости. Алидада вертикального круга неподвижна. По ее верньерам отсчитывают деления лимба при визировании на точку А (см. рис. 5.5, б).

Рис. 39

Отсчеты теодолитом можно выполнить, если на точке визирования установить геодезическую рейку, по которой и вычисляют углы наклона. Поле зрения трубы и отсчетное приспособление алидады (шкала микроскопа) теодолита Т-15 изображены на рис.

Если в процессе съемки участвует прибор, не имеющий электронного устройства определения координат и высот, то горизонтальное проложение линий местности ВА определяют по формуле:

8 = П С08 V,

где 5 — горизонтальное проложение линии ВА; П — длина наклонного расстояния ВА на местности; v — угол наклона линии ВА.

+7 16,5

микроскопа горизонтального и вертикального кругов теодолита Т-15 (б);

а, Ь — дальномерный отсчет по рейке. Расстояния на местности вычисляются любым способом измерения длин линий в зависимости от заданной точности съемки (цапример, дальномером).

Нитяной дальномер трубы дает точность измерения линии 1:500 и несколько ниже для расстояний свыше 300 м. Поэтому его рекомендуется использовать для измерения коротких линий и применять для геодезических работ, в которых не требуется высокая точность измерений.

Тахеометрическая съемка производится теодолитом с целью топографической съемки ситуации местности на основе увязанного теодолитного хода или параллельно с теодолитными работами. Съемка зависит от правильно выбранной тактики проведения маршрутов съемочных ходов. Применяют следующие классические методы съемки: способ обхода, перпендикуляров, створов, полярный, обратной и прямой засечек.

Инструментальное измерение расстояний на местности

Линейные измерения необходимы для любого вида съемок. Различают непосредственные измерения (рулетка, стальная лента, измерения шагами) и дальнемерные, выполняемые с помощью приборов. Применение способов измерения расстояний зависит от вида выполняемых съемок и класса их точности, а также от наличия приборов.

При всех измерениях на местности нужно учитывать, что измеряемая линия редко бывает горизонтальна, поэтому все линии, имеющие угол наклона, необходимо привести к уровню горизонта.

Горизонтальное проложение наклонных линий вычисляется автоматически при инструментальном измерении угла V, если используют электронные геодезические инструменты. Современные электронные тахеометры имеют встроенный дальномер и автоматически измеряют расстояния между точками при топографической съемке ситуации местности.

В настоящее время измерения длин линий электронными приборами, включая ОР8, вытеснили применяемые ранее достаточно широко измерения дальномерами, но при прокладке геодезического обоснования они еще используются. По принципу действия дальномеры подразделяются на электромагнитные и оптические.

Электромагнитные светло- и радиодальномеры обеспечивают высокую точность измерений. Принцип действия их основан на измерении двойного расстояния от прибора до отражателя, установленных в начальной и конечной точках измеряемого расстояния, и обратно. Время и скорость волны, посылаемой дальномером на отражатель, дает искомое расстояние.

Волна, посылаемая светодальномерами, представляет собой лазерный луч, имеющий очень низкое рассеяние. Дальность действия приборов от 0 до 20 км. Светодальномеры можно использовать в любое время суток и независимо от сезона года. Обязательным условием является наличие видимости между измеряемыми пунктами.

В современных ОРЗ-технологиях используется комплексное определение координат точек местности, и компьютерные технологии позволяют получить геодезическое обоснование для создаваемой карты. Поэтому в производственном цикле отпадает самостоятельная функция измерения расстояний.

Оптические дальномеры известны двух типов — с постоянным базисом и постоянным углом (Р). Первые применяют ограниченно. Специальная рейка с фиксированной длиной устанавливается в конечной точке измеряемого расстояния, дальномер дает величину угла (3, по которому и вычисляют |искомое расстояние. Точность измерений повышается при многократных приемах.

Все оптические геодезические инструменты снабжены нитяными дальномерами с постоянным углом. Принципиальная схема действия оптических дальномеров с постоянным углом представлена на рис. 5.7. Коэффициент дальномера — 100. В поле зрения трубы имеются две нити — верхняя и нижняя, число штрихов между ними, определяемое по геодезической рейке, помноженное на коэффициент 100, дает приблизительное измеренное расстояние (рис.). Чем дальше точки расположены друг от друга, тем больше погрешность измерения. Дальномеры с постоянным базисом используют при многократных измерениях сторон при прокладке геодезических сетей, триангуляцией, так как установка приборов на точках трудоемка и малопроизводительна.

ЛЕКЦИЯ № 13 ПЛАНОВЫЕ СЪЕМКИ

НИЗКОЙ ТОЧНОСТИ

Буссольная (компасная) съемка

Буссольная съемка относится к плановым видам съемок, производится компасом или буссолью — геодезическим прибором, напоминающим компас и снабженным дополнительно шкалой и приспособлением для отсчитывания магнитных азимутов. Современные ориентир-буссоль и компасы приведены на рис.

Буссольные ходы прокладывают для построения основы будущего плана местности, когда необходимо сгустить имеющиеся опорные точки. Часто на производстве буссоль используют в закрытой местности или в условиях плохой видимости для ориентирования мензулы. В учебных целях в средней школе или в условиях географической экспедиции можно провести буссоль-ную съемку местности, имея в арсенале только компас.

Съемка плана местности состоит из построения опорного хода и последующих определений с точек этого хода направлений на объекты местности и расстояний до них. При прокладывании хода топограф продвигается последовательно от одного видимого объекта до другого, измеряя при этом магнитные азимуты и расстояния между съемочными точками. Для контроля измерений снимаются значения прямого и обратного азимутов направлений, а расстояния измеряются дважды. Самый доступный способ измерения расстояний — шагами. Обычно считают число пар шагов, покрывающих расстояние от одной съемочной точки до другой. Результаты записывают в журнал. Зная точно длину в метрах одной пары шагов, высчитывают расстояние между точками в метрических единицах длины.

Рис. 40

По увязанному буссольному ходу можно произвести составление топографической ситуации местности. Обычно работы по измерению азимутов на местные объекты проводятся параллельно с проложением основного маршрута. В журнал буссольной съемки от каждой съемочной точки фиксируют направления на объекты контурной ситуации местности, иногда без измерения расстояний до этих объектов. Впоследствии эти азимуты графически определят действительное положение объекта на плане. Местоположение объекта высчитывают различными способами, опытный топограф выбирает каждый раз тот, который наиболее выгодно применить в конкретном случае.

Основные способы съемки ситуации местности при плановых и планово-высотных съемках

башня

Способ засечек состоит в том, что положение снимаемых точек местности, расположенных в недоступном месте, но видимых с двух или трех точек основного хода, получается на плане в точке пересечения лучей визирования. В этом случае нужно провести направления на эти объекты с одной точки хода, обозначенной на плане, затем передвинуться в другую точку и повторить визирование. На пересечении направлений получится местоположение искомого объекта (рис.).

дерево

пашня

Основной ход 2

а)

Рис. 41

Можно с большей точностью получить эту точку при визировании с третьей контрольной точки. Если три луча при пересечении образуют треугольник, то искомая точка будет находиться, наиболее вероятно, в центре этого треугольника.

Полярный способ предполагает визирование на объекты из одной точки с обязательным измерением расстояний до них. Точка стояния выбирается с хорошим обзором местности.

Способ перпендикуляров применяют при съемке ручьев, извилистых контуров кромки леса, фронтона большого здания и т. п. Все эти объекты имеют сложную конфигурацию, поэтому их контур можно получить при определении расстояний по перпендикуляру к основной ходовой линии (например, стороны буссольного хода или прямолинейной дороги). Для этого от съемочной точки измеряется расстояние по линии хода до местоположения перпендикуляра (А-1), а затем расстояние по нему до наносимой точки.

Рис.42

Метод створов применяют для съемки прямолинейных границ участков (заборов и ограждений) или определения местоположения прямолинейных линий электропередачи и связи, расположенных под некоторым углом к основной ходовой линии. Створом называется расположение двух объектов (точек) местности на одной линии с глазом наблюдателя.

Рис. 43

Рис.32. Способы перпендикуляров (а) и створов (б), применяемые при глазомерной съемке местности: 7—5 — точки съемки. Находясь на ходовой линии (АВ), можно найти точку створа этой линии с прямолинейной границей, которую требуется 1 нанести на план (см. рис. 5.14, б). Остается измерить расстояние по линии створа до линейного объекта, если он не пересекает основной ход.

2. Глазомерная съемка

Глазомерную съемку производят весьма несложными приспособлениями и приемами. Это самый быстрый и самый приблизительный вид съемок, однако глазомерная съемка необходима при движении в незнакомой местности. Вместе со школьниками глазомерную съемку достаточно легко провести на пришкольном участке, в туристическом походе. Планы глазомерной съемки могут быть использованы в спортивном ориентировании и т. п.

Инструменты для глазомерной съемки: планшет с укрепленным на нем компасом, линейка, измеритель и карандаш. Расстояния измеряются шагами, а направления на предмет получаются в результате графических построений на планшете.

Подготовка планшета к выходу в поле: компас надо прикрепить к планшету так, чтобы линии штрихов компаса (0— 180°) были параллельны одной из сторон планшета; на листе плотной бумаги вычертить масштаб шагов.

Расчет масштаба шагов. Для определения длины шага на местности отмеряют отрезок длиной 100 м и проходят его несколько раз ровным уверенным шагом, считая при этом пары шагов. По результатам выводят среднее арифметическое число пар шагов. Затем рассчитывают длину десяти пар шагов в метрах.

Для того чтобы построить масштаб в шагах, нужно построить обычный линейный масштаб для заданного масштаба плана, например 1:1000, и на его основе — масштаб шагов.

Этапы глазомерной съемки на местности показаны на рис.

Бригада при выполнении глазомерной съемки может состоять из 2—3 человек.

Рис. 44 Рисунок местности и этапы работы на точках по

составлению плана глазомерной съемки

Глазомерная съемка обычно производится путем обхода участка по маршрутам, образующим замкнутые многоугольники. Ходовые линии выбирают по дорогам, тропам и хорошо выраженным контурам местности, эти линии не должны иметь препятствий при движении и просчете пар шагов.

На первой точке планшет ориентируют по компасу и в таком положении производят всю съемку с этой точки. При этом нужно следить за ориентировкой планшета, т. е. стрелка прикрепленного компаса должна всегда быть направлена на север при горизонтальном положении планшета. Часто используют полярный способ получения контурных точек: визируют линейкой последовательно на объекты местности, прокладывают на них направление на планшете и по этому направлению намечают с учетом масштаба шагов расстояние, просчитанное предварительно на местности. На концах визирных направлений на плане нужно поместить условные знаки объектов (угол забора, угол дороги, угол дома, столб линии электропередачи, трансформатор и т. д.).

Помимо вышеописанного полярного способа съемку ситуации можно проводить другими способами, описанными выше. Например, с первой точки расстояния до объектов по проложенным направлениям не измерять, а определить графически способом прямой засечки.

Можно сочетать разные методы съемки, умело используя их в той или иной ситуации, тогда съемка будет проходить намного быстрее и качественнее.

Глазомерная съемка предполагает знание простейших способов ориентирования на местности).

В задачи топографа также входит обозначение на плане местности количественных и качественных характеристик местных объектов. Вот некоторые способы их определения на местности.

Высоту деревьев, столбов, опор моста можно определить с помощью обыкновенной линейки. Ее наводят на предмет, держа в вытянутой руке на расстоянии примерно 50 см от глаза. Отходят от предмета на известное расстояние, просчитанное шагами, а наблюдение производят одним глазом. Отсчет виден по линейке .

Искомая высота объекта (Н) определяется из соотношения

где Н — отсчет по линейке (см),— расстояние от линейки до глаза (см), Ъ — расстояние на местности до объекта, измеренное шагами и переведенное в метры.

Рис. 45Определение высоты объекта в зависимости от известного до него расстояния

По этой же формуле можно измерить глазомерно расстояние до объекта, хорошо видимого на расстоянии, высота которого заранее известна. Например, рост человека, высота дома, дерева, столба линии электропередачи и т. д. Также можно использовать эту пропорцию, если объект расположен горизонтально, например длина товарного вагона, длина машины, дома и т. д. Для этого формулу рассчитать относительно неизвестного Ь.

В солнечный день можно измерить высоту объекта, используя тень от предмета с известной высотой. Например, человек отбрасывает тень, равную 1,2 м. Зная его рост (1,8 м), можно вычислить коэффициент трансформации тени и использовать его для определения высот других объектов — деревьев, выемок и насыпей, столбов и других топографических объектов по их тени.

Измерить тень можно и от малого предмета — книги, палки, спичечного коробка, обязательным условием является измерение тени непосредственно перед вычислением высот других объектов. Чем меньше высота объекта, тем больше ошибка при определении коэффициента, указывающего на соотношение между тенью и высотой объекта в конкретный момент времени.

При отсутствии тени неизвестную высоту объекта можно соразмерить с известной высотой роста человека, стоящего непосредственно под объектом. Отойдя на некоторое расстояние, объект сравнивают с ростом человека (наблюдение производят одним глазом). Можно использовать палец вытянутой вперед руки, зрительно отметив на нем рост человека, и посчитать, сколько раз палец уложится по всей высоте объекта (наблюдение нужно производить также одним глазом). Ошибка определения высоты объекта тем больше, чем ближе определяемый объект к наблюдателю, так как геометрически вершина объекта дальше находится от глаза наблюдателя, чем основание объекта. Поэтому чем больше угол между направлениями на основание объекта и на его вершину при наблюдении с одной точки, тем выше и погрешность измерений.

Для определения средних значений параметров деревьев в лесу выбирают характерный участок леса и измеряют от одного дерева расстояния до всех деревьев, расположенных по кругу от него. Если измерения производят шагами, то результаты 'нужно перевести в метры. У каждого из этих деревьев измеряют также диаметры, затем вычисляют среднеарифметические величины и отмечают их как характеристику леса на том участке карты, где производились измерения.

Ширину реки можно определить несложными измерениями на одном берегу реки, руководствуясь правилами геометрии. Находясь у кромки воды одного из берегов реки, на другом находят два ориентира, отстоящие недалеко друг от друга (рис.). На вытянутой руке держа перед глазами травинку, рассматривают оба эти ориентира через травинку и подбирают такую ее длину, чтобы она соответствовала расстоянию между выбранными объектами. Затем, двигаясь от реки в перпендикулярном направлении, ищут такую точку, чтобы расстояние между этими ориентирами равнялось половине длины отмеренной раньше травинки. Травинку в обоих случаях нужно держать на одинаковом расстоянии от глаз и визировать одним глазом. Ширина реки соответствует пути, пройденному по перпендикуляру от реки (измеряется) шагами и переводится в метры.

Рис. 46

ЛЕКЦИЯ №14 ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЪЕМОК

ДИСТАНЦИОННЫЕ ВИДЫ СЪЕМОК

Дистанционные виды съемок земной поверхности предназначены для получения информации о ней с помощью прибора, удаленного от поверхности Земли на расстояние от сотен метров до тысяч километров. Съемка может производиться фотоаппаратами, фотокамерами, телекамерами, специальными излучателями, локаторами и т. п., устанавливаемыми на летательных аппаратах. Информация о земной поверхности передается с помощью световых, инфракрасных, ультрафиолетовых, радиотепловых и других сигналов. Изображение фиксируется электронными приборами или фотопленками, расшифровывается и передается специалистам для создания карт или для исследования местности

1.Аэрофотосъемка. Дешифрирование аэрофотоснимков

Аэрофотосъемка производится с целью получения серии аэрофотоснимков, представляющих участок земной поверхности, для которого предполагается создавать или обновлять топографические карты.

Принцип проведения аэрофотосъемки местности прост. Главное условие качественного процесса — грамотное ведение маршрута полета, позволяющее аэрофотосъемочному аппарату автоматически фотографировать местность с двойным и тройным перекрытием, не допускающим разрывов и пустот. Рис. Схема расположения аэрофотоснимков местности при маршрутной аэрофотосъемке: — двойное перекрытие -тройное перекрытие

Рис. 47

Рх= 60%

Аэрофотоснимок несет в себе видимую и скрытую информацию о местности, а пара аэрофотоснимков при наблюдении через специальные приборы дает трехмерное изображение местности, что позволяет с высокой точностью обозначать рельеф местности горизонталями. Два аэрофотоснимка с изображением одной и той же местности, полученные с разных точек положения объектива (двойное перекрытие), обладают стереоскопическим эффектом. Благодаря двойному перекрытию, специалист с высокой степенью подробности может расшифровать информацию о местности, изображенную на этих снимках.

По результатам аэрофотосъемки можно получать не только черно-белые фотоизображения местности, но и цветные, спектрозональные, а также в инфракрасных лучах, которые передают информацию, невидимую в оптическом диапазоне спектра.

Помимо производственных целей по созданию топографических карт аэрофотоснимки используются для исследовательских целей во всех смежных с географией отраслях. Специальные спектрозональные аэрофотоснимки используют для тематического крупномасштабного картографирования, например для создания геологических, геоботанических, экологических карт.

Обычно аэрофотосъемка выполняется в интервале спектра от 400 до 900 нм. Преимущественно используют кадровые фотокамеры с размером кадра 18 х 18 см, иногда 30 х 30 см. Наиболее распространенные фокусные расстояния в объективах — 70, 100, 200 мм.

При отвесном положении оптической оси получают горизонтальные аэрофотоснимки. Для топографических работ чаще используют плановые снимки, полученные с отклонением оптической оси от вертикальной линии на 2—3°. Для устойчивости вертикальности оси приборы оснащают стабилизатора, обеспечивающими постоянство в положении оси в пределах 5—10'.

Аэрофотоснимок представляет собой центральную проекцию участка земной поверхности, т. е. в центральной части сохраняется масштаб аэрофотоснимка, а по мере удаления к краю (пропорционально расстоянию от центральной точки) искажения увеличиваются.

Масштаб снимка зависит от высоты полета самолета и фокусного расстояния объектива:

где М — знаменатель масштаба аэрофотоснимка, — фокусное расстояние объектива аэрофотоаппарата, Н — высота фотографирования.

Искажения в положении точек местности появляются также из-за влияния рельефа местности, колебаний аэрофотоаппарата и самолета при полете.

Для производственного цикла картографических работ необходимо привести плановые снимки к горизонтальным. Это производится на специальных приборах, называемых фототрансформаторами. После обработки на фототрансформаторе все снимки одного залета приведены к одному масштабу и имеют плановое положение. Теперь они готовы к дешифрованию. Помимо полезной информации о местности на аэрофотоснимке могут присутствовать информационные «шумы», мешающие выявлению необходимых для данных целей сведений (изображение облаков, теней и т. п.).

Дешифровочные признаки — закономерности пространственного размещения объектов земной поверхности и их фотографического воспроизведения, выявляемые в процессе извлечения информации из аэрофотоснимка. Среди основных дешифровочные признаки объекта. Среди них выделяют основные и косвенные. Иногда объект выделяют по сопутствующим объектам, видимым на аэрофотоснимке, например тени. Признаки, указывающие на наличие объекта, не видимого явно на фототоне, называюется косвенными дешифрованными признаками. Часть объекта скрывается за падающей тенью, причем плотность ее не однородна, она тем плотнее, чем ближе к зоне недоступности рассеянного света, т. е. к самому объекту.

Под дешифрованием аэрофотоснимков подразумевается извлечение из пары аэрофотоснимков информации, необходимой для поставленной географом задачи. Дешифрирование производят на специальных стереоприборах, где пара аэрофотоснимков рассматривается в увеличенной изображении и где имеется возможность графически закреплять плановые и высотные координаты точек, т. е. получать изо бражение местности в условных знаках топографической карты!. Информационная емкость аэрофотоснимка напрямую зависит от фотографических параметров объектива и фотослоев, применяемых для печати снимка.

Падающую тень образует освещенный солнцем предмет. Собственная тень Различают собственную и падающую тени. Структура однородная, линейная, пятнистая, мозаичная,сложная. Каждому объекту соответствуют эталоны фотоизображений на снимке. Косвенные совокупность видимых объектов. Например, заболоченные земли определяют по растительности, брод -по дорогам, подходящим к реке, малую реку — по кустарнику вдоль берегакого склона очень плотная и полностью скрывает изображение более низких теневых склонов. По падающей тени можно определить форму объекта, его высоту, расстояния между однородными объектами, рельеф поверхности, на которую падает тень. Чем дальше от центральной точки снимка расположен объект, тем длиннее становится его тень и тем менее она похожа на этот объект. Поэтому для дешифрирования на краях аэрофотоснимка используют соседний снимок, в зонах двойного или тройного перекрытия изображения, а также учитывают искажение тени при удалении от центра снимка. Основным дешифровочным признаком остается рисунок фотоизображения — структура. Его изменчивость зависит от состояния поверхности фотографирования, от освещенности, от наличия атмосферных помех и от качества используемых материалов при воспроизведении снимка. По эталонным рисункам специалист определяет объекты, присущие тому или иному виду ландшафта. Географическую основу дешифрирования составляют знание и учет закономерностей пространственного размещения взаимосвязанных элементов ландшафта. Эта основа позволяет выявлять по аэрофотоснимкам объекты и явления, на них не отображающиеся, по косвенным признакам. Рисунок фотоизображения играет в этом основную роль. Например, влажная поверхность имеет более темный тон фотоизображения, по этому признаку можно выделить влажные луга, заболоченные равнины. Разная степень яркости объекта в спектральных лучах разной длиной волны называется спектральной яркостью. Спектральная яркость объектов позволяет с высокой степенью надежности дешифрировать снимки, при этом полученные яркости на снимках сличают с эталонами спектральных яркостей поверхностей, полученными при полевых измерениях и хранящимися в банке данных о географических объектах. Тон фотоизображения зависит от количества отображаемого объектом света — от его яркости. В зависимости от целей создания карт различают топографическое и тематическое дешифрирование. При топографическом дешифрировании получают камерально контурную нагрузку топографической карты (включая рисовку рельефа горизонталями) и количественную характеристику объектов (высоту, глубину, расстояние и т. д.). Для этого используют эталоны, т. е. аэрофотоснимки, показывающие пример дешифрования подобных изображений местности. После фотограмметрической обработки аэрофотоснимков необходимо провести полевое изучение местности по эталонным площадкам, чтобы получить качественную характеристику объектов (порода леса, материал покрытия дорог, характеристика брода и т. д.). Полевой метод исследования аэрофотоснимков предполагает также и нанесение объектов, не изобразившихся при фотосъемке, например появившихся после проведения аэросъемочных работ или небольших объектов — родников, карстовых воронок и т. д. Иногда полевое дешифрирование совмещают с аэровизуальным методом, т. е. наблюдением с вертолета или самолета при низком полете. Этот метод применяется на труднодоступной территории, требует подготовки специалиста для быстрого ориентирования и безошибочного распознавания объектов в полете. Топографическое дешифрирование является частью процесса создания оригиналов топографической карты, обеспечивает создание первичного оригинала контурной нагрузки карты . Для тематического дешифрования, т. е. создания почвенных, геологических и других карт, часто производят только камеральное дешифрирование с применением эталонов, так как обследование территории всегда сопряжено с дополнительными затратами.

Светофильтр, применяемый на объективах для получения спектрозональных снимков, повышает дешифровочные признаки. Свойства светофильтра, а также его назначение зависят от следующих параметров — цвет, плотность окраски и кратность. Цвет характеризует способность пропускать и поглощать лучи заданной длины волны. Плотность характеризует интенсивность окраски светофильтра: чем гуще он окрашен, тем сильнее его поглощающая способность. Под кратностью подразумевается длительность выдержки светофильтра перед объективом по сравнению с временем фиксирования без светофильтра. От данного показателя зависит избирательность светофильтра. Такие светофильтры используются для проведения многозональных съемок, когда ставится задача получения нескольких изображений одного ландшафта в разных зонах спектра. Для негативов используется панхроматическая аэрофотопленка, способствующая фиксации лучей во всех зонах видимого спектра. Иногда используют цветную трехслойную пленку, на которой получаются изображения в цветах, близких натуральным. Однако для аэросъемочных работ в лесном хозяйстве, где требуется дешифрирование пород в лесу, используется спектрозональная двухслойная пленка. Ее верхний слой чувствителен к синим и красным лучам спектра, а нижний — панхроматический. В результате на снимке получаются отличные от натуральных цвета. Изображение различных пород в лесу приобретает контрастные тона, что позволяет повысить дешифровочные признаки отдельных пород деревьев и кустарников.

2.. Использование космических снимков в картографии

Космические фотоснимки широко применяются в современной картографии. Новые методы космического и дистанционного зондирования Земли позволяют получать регулярную, оперативную и разностороннюю информацию о наличии и пространственном размещении естественных ресурсов, состоянии ландшафтов, динамики природных процессов и явлений. Достоверность предоставленной информации крайне высока.

Как и аэрофотоснимки, космические снимки несут общую и частную информацию об объектах местности, но по сравнению с аэрофотоснимками имеют ряд положительных отличий:

- высокая обзорность обеспечивает глобальное изучение явлений земной поверхности, мелкий масштаб позволяет наблюдать основные черты, пренебрегая деталями;

-возможность получения вторичного изображения с временным интервалом способствует изучению динамики процессов;

- всегда известный масштаб снимка облегчает его автоматическую обработку.

Но также и ряд отрицательных:

наличие сильных искажений на краях снимка из-за сферичности Земли;

быстрая смена условий освещенности;

узкая полоса фотографирования при крупномасштабной съемке.

По масштабу различают 3 группы космических снимков:

мелкомасштабные (1:100 000 000—1:10 000 000);

среднемасштабные (1:10 000 000—1:1 000 000);

-крупномасштабные (1:1 000 000—1:100 000).

Снимки изучают при увеличении в 5—10 раз, а высокоинформативные — в 10—30 раз. Высокоинформативные снимки можно получить с низких высот (до 100 м), используя длинно фокусные аппараты. Площадь съемки в этом случае ограничена орбитой спутника и представляет собой полосу ограниченной ширины.

Мелкомасштабные снимки получают на высотах до 100 тыс. км со спутников, скорость обращения которых совпадает со скоростью вращения Земли, поэтому спутник зависает над одной точкой — такой снимок называется стационарным. Пять геостационарных спутников обеспечивают наблюдение за всей планетой в целом. Каждые 30 мин на приемники Земли передаются геостационарные снимки, они используюся для создания синоптических динамических карт.

На высотах 500—200 км обращаются спутники, обеспечивающие океанологические, метеорологические и картографические работы по космическим снимкам в средних масштабах.

С высот 200—100 км получают детальные крупномасштабные снимки с высокой разрешающей способностью — до десятков метров.

Разрешающая способность снимка — возможность сохранять изображение местности при увеличении масштаба снимка. Фотоснимок можно многократно увеличивать, получая дополнительную информацию при каждом увеличении. Однако пределом увеличения считается растровое изображение, на котором весь снимок детализируется на отдельные фрагменты, не дающие в целом общей картины местности.

Чем выше орбита, тем ниже разрешающая способность, чем длиннее фокус съемочной аппаратуры, тем выше разрешение. Снимки среднего разрешения (до 100 м) наиболее широко используются в географических исследованиях -это снимки «Ландсат», «Метеор» и фотоснимки, полученные короткофокусной камерой. Снимки высокого (до десятков метров) и очень высокого разрешения (до долей метра) получают высококачественной длиннофокусной аппаратурой (типа МКФ-6) с очень низких орбит.

Помимо фотоснимков получают сканерные снимки, обладающие большими техническими преимуществами перед первыми, они могут по радиосигналам мгновенно передаваться на приемник, где сразу преобразуются в изображение. Однако при увеличении сканерные снимки значительно теряют резкость изображения и дают дискретную информацию.

Космическая съемка может осуществляться в разных диапазонах — в зоне видимого спектра, в инфракрасной зоне и в радиодиапазоне.

Облачность, занимающая постоянно более половины земного шара, мешает фотосъемке, поэтому снимки в зоне видимого спектра можно получить только при ясной погоде.

В тепловом инфракрасном диапазоне становятся видимыми поверхности, получающие различное тепловое воздействие. На границе холодного и теплого течений океанов образуются вихри, можно четко проследить поверхности, нагреваемые солнцем. На снимках в радиодиапазонах можно проследить за движением льдов, так как они передают детально рельеф поверхности, можно опознать направление движения волн. Съемку в радиодиапазонах можно проводить при любой облачности.

Для повышения возможностей дешифрирования информации на космических снимках на одну и ту же территорию получают одновременно не один, а несколько снимков, в разных диапазонах спектра. Такой комплект снимков называют многозональным.

Необходимость использования многозональных снимков продиктована различной способностью элементов земной поверхности к отражению спектральных лучей. Горные породы, растительность, почвы, ледники, зоопланктон в различных зонах спектра по разному отражаются на разных снимках: на одних их вовсе не будет, на других они выделятся из окружающего фона.

Спектральные снимки черно-белые, но при синтезе в заданных лучах спектра дают изображение местности в цветном изображении, часто неестественном для отображаемых объектов. Такие снимки называются синтезированными. Эти свойства спектрозональных снимков позволяют выявить скрытую информацию об объектах земной поверхности.

ЛЕКЦИЯ №15 ОСНОВЫ СПУТНИКОВОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Основы спутникового позиционирования

Наиболее совершенный метод определения координат основан на использовании искусственных спутников Земли. Суть его заключается в следующем: летящие по строго заданным орбитам спутники, мгновенные координаты которых точно известны, непрерывно излучают радиосигналы, регистрируемые специальными спутниковыми приемниками на Земле. Это позволяет с помощью радиотехнических средств измерять расстояния (дальности) от приемника до спутников и определять местоположение приемника (его координаты) или вектор между двумя приемниками (приращения координат).

Инженерно-техническая реализация этой простой идеи потребовала десятков лет напряженной работы. К концу прошлого века и мире созданы две эксплуатационные спутниковые системы, ознаменовавшие революционные изменения в геодезических измерениях. Это американская Global Positioning System (GPS) — Глобальная система позиционирования (ГСП), и российская Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС).

К основным задачам, решаемым спутниковыми методами, относятся:

♦ развитие геодезических сетей всех уровней;

♦ производство нивелирных работ вплоть до III и даже II классов точности;

♦ распространение единой высокоточной шкалы времени;

♦ исследование геодинамических процессов;

♦ мониторинг состояния окружающей среды и изучение ее динамики;

♦ координатное обеспечение кадастровых, землеустроительных, сельскохозяйственных и других работ;

♦ обеспечение координатами полевых тематических съемок и инженерно-географических работ с помощью спутникового приемника, соединенного со специализированным датчиком (электронным тахеометром, эхолотом, анероидом, магнитометром, цифровой фотокамерой и др.);

♦ создание и обновление баз данных ГИС на основе комплексирования спутниковых приемников с электронными тахеометрами, цифровыми видеокамерами и инерциальными навигационными системами.

Основные достоинства спутниковых систем — их глобальность, оперативность, всепогодность, оптимальная точность и эффективность. В отличие от традиционных геодезических измерений видимость между определяемыми пунктами не нужна. ГСП действует в координатной системе WGS-84, а ГЛОНАСС — в координатной системе ПЗ-90.

Выделяют три главные подсистемы (сегменты): наземного контроля и управления (НКУ), созвездия космических аппаратов (КА) и аппаратуры пользователей (АП).

Подсистема НКУ состоит из станций слежения за КА, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станций загрузки данных на борт спутников. Спутники проходят над контрольными пунктами дважды в сутки. Собранную информацию об орбитах обрабатывают, и на этой основе прогнозируют координаты спутников (эфемериды), которые загружают на борт каждого спутника.

Главная наземная станция на базе ВВС Колорадо-Спрингс и станции, расположенные на островах Вознесения, Диего-Гарсия, атолле Кваджалейн и Гавайских островах, управляют положением ГСП.

НКУ ГЛОНАСС включает Центр управления системой (ЦУС), находящийся под Москвой, центральный синхронизатор (ЦС) с высокоточным стандартом частоты и времени для синхронизации системы и сеть станций слежения, размещенных в районе Санкт-Петербурга, Воркуты, Якутска, Петропавловска-Камчатского, Уссурийска, Улан-Удэ и Енисейска.

Подсистемы космических аппаратов (КА) ГСП и ГЛОНАСС

имеют по 24 работающих и по несколько резервных спутников. Спутники равномерно распределены в околоземном пространстве на высотах около 20 тыс. км. На каждом спутнике установлены солнечные батареи питания, двигатели корректировки орбит, атомные эталоны частоты-времени, аппаратура для приема и передачи радиосигналов, бортовые компьютеры.

Аппаратура спутника и спутниковый приемник образуют радиодальномер. Приемник принимает радиосигналы, передаваемые спутником, и сравнивает их с выработанными в самом приемнике, в результате чего определяется время распространения радиоволны, а затем и дальность до космического аппарата. На спутниках и в приемниках имеются генераторы основных высокостабильных электромагнитных колебаний. Они формируют электромагнитные колебания, предназначенные для наиболее точных измерений дальностей фазовым методом, для менее точных — кодовым методом при помощи так называемых дальномерных кодов, а также для формирования навигационных сообщений.

Для выполнения фазовых измерений и для переноса к приемнику дальномерных кодов и другой информации, содержащейся в навигационном сообщении, генерируются так называемые несущие радиоволны. Передатчики на всех спутниках их излучают на двух частотах, обозначаемых L1 и L2. Две частоты нужны для того, чтобы исключить из измерений существенные временные задержки, возникающие при прохождении радиоволн через ионосферу. В ГСП частоте Ы соответствует длина волны 19,0 см, а частоте L2— длина волны 24,4 см. В ГЛОНАСС значения несущих частот Ы и L2 у каждого спутника свои, а соответствующие им длины волн близки к 19 см и 24 см. Дальномерные коды представляют собой импульсы, чередую-щиеся в строго определенной последовательности, их обозначают символами 0 и I. Таким образом, код — это некоторая периодически повторяющаяся комбинация 0 и 1. Генерируют коды двух типов: стандартной и высокой точности. Первые попроще, они предназначе¬ны для гражданских пользователей, вторые точнее, сложнее и используются в военных целях.

Коды и навигационное сообщение встраиваются в несущие волны и с их помощью переносятся со спутника в приемник пользователя. Высокоточные коды передаются на частотах Ы и L2, а гражданские коды — только на несущей частоте Ы. Это означает, что измеренные при помощи гражданских кодов дальности не защи¬щены от ионосферных искажений. В ГСП применяют кодовое разделение сигналов, все спутники работают на одних и тех же частотах, но каждый имеет свой код. В ГЛОНАСС — частотное разделение сигналов, каждый спутник имеет свои частоты, но у всех одинаковые коды.

Спутники ГСП и ГЛОНАСС передают в приемники навигационные сообщения, которые несут телеметрические данные, информацию о времени, метки времени и эфемериды (сведения, по которым вычисляются координаты спутника), а также альманах — сборник менее точных данных о местонахождении и состоянии всех спутников. Альманах нужен для планирования измерений. Точные сведения, касающиеся конкретного спутника, передаются только этим спутником. Информация альманаха транслируется всеми спутниками.

Спутниковые приемники, составляющие подсистему аппаратуры пользователей (АП), достигли высокого совершенства. Созданы приемники, ориентированные на использование спутников только одной системы и на одновременное использование спутников ГСП и ГЛОНАСС.

Все современные спутниковые приемники — многоканальные, с шестью и более каналами. Каждый канал следит за своим спутником. При измерениях возникает проблема срыва сигналов на трассах распространения радиоволн из-за препятствий в виде рельефа, деревьев, зданий и других сооружений. Чем больше каналов, тем легче преодолеть эти трудности и найти необходимое количество видимых спутников.

По конструктивным особенностям приемники делятся на:

♦ односистемные, ориентированные на прием сигналов одной системы;

♦ двухсистемные, принимающие сигналы как ГЛОНАСС, так и ГСП;

♦ кодовые, работающие только с дальномерными кодами;

♦ кодово-фазовые одночастотные, применяющие дальномерные коды и фазовые измерения только на частоте L1;

♦ кодово-фазовые двухчастотные, использующие дальномерные коды и фазовые измерения на частотах Ы и L2.

Кодовые приемники легки, компактны, умещаются на ладони. В одном корпусе совмещены все блоки (антенна, приемник, источник питания). С их помощью возможно не только определить пространственное положение, но и вычислить скорость и направление движения. Эти приемники выдают координаты в различных форматах (широты, долготы, высоты, плоские координаты в разных проекциях и др.), они способны накапливать и хранить результаты измерений. Пользователь снимает отсчеты по подсвечиваемому экрану, определяет расстояние, азимут и время прибытия к цели; на многих экранах можно видеть карту маршрута и свое положение на ней. Кодовые приемники становятся основными приборами местоопределения в географических, геологических и других работах.

Кодово-фазовые приемники малогабаритны, обычно оснащены отдельной антенной, имеют мощные накопители данных. Все они снабжены портами для интеграции с другой аппаратурой, питаются в основном от аккумуляторов. Нередко клавиатура с дисплеем установлена на вспомогательном устройстве — контроллере. Пользователь держит в руке контроллер и при измерениях вводит необходимые команды, такие как имя точки, высота антенны, атрибуты объекта местности и др.

По специализации приемники могут быть предназначены для:

♦ сбора данных для географических информационных систем (ГИС);

♦ создания геодезических сетей и выполнения топографических съемок;

♦ решения навигационных задач;

♦ обеспечения пожарных служб, милиции, скорой медицинской помощи, перевозки грузов, мобильной связи и др.

Способы позиционирования

Дальности до спутников в процессе позиционирования измеряют двумя методами — кодовым и фазовым. Дальномерный код должен иметь значительную продолжительность и случайное (псевдослучайное) распределение 0 и 1. В этом случае два идентичных кода коррелируют лишь тогда, когда они совмещены друг с другом. Коды генерируют синхронно на спутнике и в приемнике. Принятый в приемнике код спутника запаздывает по отношению к местному на время, пропорциональное пройденному им расстоянию. Поэтому пришедший и местный коды не коррелируют. Время распространения сигнала, а следовательно, и дальность от приемника до спутника, определяют задержкой местного кода до обнаружения сильной его корреляции с принятым со спутника.

Фазовым методом выполняют наиболее точные измерения, используя для этого несущие волны. Фазовый метод измерения расстояний основан на том, что фаза синусоидального колебания изменяется пропорционально времени. Поэтому фаза принятого со спутника сигнала в приемнике отличается от фазы сигнала, выработанного в приемнике, на величину, пропорциональную расстоянию между приемником и спутником. При фазовом методе измерений возникает сложная проблема разрешения неоднозначности. На пути от спутника к приемнику изменению расстояния в одну длину волны соответствует изменение фазы волны в один цикл (период). Поэтому результат измерения разности фаз пришедшего и местного колебаний должен был бы состоять из некоторого целого числа циклов и дробной их части. В действительности же измерениями фиксируется только дробная часть. Это означает, что при длине волны 19 см расстояние, каким бы оно ни было большим, фиксируется только в пределах этого отрезка. Учитывая высоту полета спутников, нетрудно подсчитать, что в измеряемой линии должно укладываться более 100 000 000 таких отрезков, но точное их число — неизвестно. Задача не имеет однозначного решения, и нужны дополнительные усилия для ее разрешения.

Координаты при спутниковом позиционировании определяются в двух режимах: автономном и дифференциальном.

Автономный режим предполагает, что наблюдатель работает с одним приемником и определяет свое местонахождение независимо от каких-либо других измерений. Местоположение определяется пространственной линейной засечкой. Дальности измеряются кодовым методом. Геометрическая сущность засечки заключается в следующем. Если с некоторого определяемого пункта измерить дальности до трех спутников и из них, как из центров, построить этими радиусами три сферы, то они пересекутся в искомой точке (рис. 3.3).

Таким образом, для определения трех координат (X, Y, Z) надо располагать тремя сферами. Это трехмерный случай местоопределения (3D). Однако в пространственной линейной засечке одна из сфер может быть земная. Тогда будут определены только две координаты — широта и долгота на земной сфере, проходящей через пункт наблюдения. Это двумерный случай местоопределения (2D).

Рис. 48. Пространственная засечка — три сферы с радиусами Л,, R2, R} пересекаются в определяемой точке М

Практически измеряют не дальности, а искаженные значения их — псевдодальности. Псевдодальность отличается от истинной дальности на величину, пропорциональную расхождению шкал времени на спутнике и в приемнике. Если отсчеты по всем каналам приемника, принимающим сигналы от разных спутников, производятся одновременно, то отличия псевдодальности от дальности до любого спутника одинаковы. Это отличие может быть исключено после введения его в качестве дополнительного неизвестного в уравнения местоопределения.

Поэтому, чтобы правильно вычислить координаты пункта по псевдодальностям, в случае 2D надо измерять их до трех спутников с известными координатами, а в случае 3D — по крайней мере, до четырех. Несмотря на то, что спутники перемещаются с огромной скоростью, их координаты в каждое мгновение должны быть известны с высокой точностью и переданы в приемную аппаратуру пользователя. Как уже отмечалось, информация о координатах спутников содержится в навигационных сообщениях.

Способ автономного позиционирования прост, однако чувствителен ко всем источникам погрешностей. На точность влияют нестабильность частот и сдвиги шкал времени на спутниках и в приемниках, погрешности в координатах спутников, аппаратурные погрешности приемников, задержки сигналов в ионосфере, тропосфере. Чтобы ослабить влияние атмосферы, сигналы спутников принимают лишь тогда, когда они не ниже 10° над горизонтом. Точность измерений снижается еще из-за того, что в приемник приходят волны не только непосредственно от спутника, но и отраженные от земной поверхности и вблизи расположенных строений.

Точность определения координат оценивается средней квадратической погрешностью ~ 7 м; предельная погрешность в 2—3 раза больше — около ±15-20 м. Точность автономного способа повышают продолжительными (до 10—15 минут) наблюдениями и совместной обработкой всех результатов измерений.

Дифференциальный режим, в отличие от автономного, требует, чтобы измерения выполнялись кодовым методом одновременно двумя приемниками. Один приемник ставят на станции — пункте с известными координатами. Эту станцию называют базовой, референц-станцией или контрольно-корректирующей станцией. Другой приемник — подвижный — размещают на определяемой точке. Поскольку координаты референц-станции известны, их можно использовать для сравнения со вновь определяемыми координатами и находить на этой основе поправки для подвижной станции. Задержки в приемнике исключаются таким же путем, как и в автономном режиме, — по наблюдениям четырех и более спутников.

Точность дифференциального режима при кодовом методе измерения дальностей зависит от типа приемника, программного обеспечения и колеблется от нескольких дециметров до нескольких метров. Дифференциальные коррекции применяют и к фазовым измерениям, при этом точность повышается до уровня 1—5 см.

В мире существует множество базовых станций, которые передают дифференциальные поправки в стандартном международном формате RTCM SC-104. Организованы службы, передающие поправки через спутники связи и Интернет.

Важным показателем качества местоопределения является геометрический фактор (ГФ). Он характеризует потери точности, обусловленные геометрией взаимного расположения спутников и приемника. Координаты определяются с наибольшей точностью, когда спутники равномерно распределены на небосводе. Точность ухудшается в десятки и сотни раз, если спутники приближаются к одной плоскости.

Точное определение пространственного вектора, т.е. приращений координат между двумя пунктами, может выполняться двумя способами:

♦ статическим позиционированием;

♦ кинематическим позиционированием.

При этом в качестве основного применяются фазовый, а в качестве вспомогательного — кодовый методы измерения дальностей. Способы статического позиционирования используются при наиболее точных работах, например для развития геодезических сетей. Известно несколько разновидностей этих способов: статика, быстрая статика и способ реокупации. В способе статики антенны приемников устанавливают на двух пунктах, между которыми должны быть определены приращения координат. С этих пунктов фазовым и кодовым методами измеряют псевдодальности до четырех или большего числа спутников. Измеренная часть фазовой псевдодальности непригодна для непосредственного использования, так как она искажена многими погрешностями. Источники погрешностей те же, что и при автономном позиционировании. В ходе обработки по специальным программам, когда используются и фазовые, и кодовые измерения, исключают погрешности, восстанавливают неизвестные целые числа фазовых циклов и определяют разности координат между пунктами, на которых установлены приемники.

Точность статики зависит от продолжительности измерений. Измерения в течение 5-10 минут обеспечивают дециметровую точность. Обычно в статике продолжительность наблюдений на паре станций составляет 1 час и более. За это время происходит накопление измерений, выполняемых через интервалы от 1 секунды до 5 минут. Точность определения плановых координат повышается до нескольких см. Высоты определяются менее точно, примерно в два раза.

Разновидностями статики являются:

♦ быстрая статика, когда применяют ускоренные стратегии обработки данных, а продолжительность измерений уменьшают за счет увеличения числа наблюдаемых спутников;

♦ способ реокупации, когда непрерывность измерений сохраняется только на базовой станции, а на подвижной станции измерения выполняют лишь в начале и конце часового интервала.

Нетрудно представить сеть пунктов, между которыми определены приращения координат. Зная точные координаты хотя бы одного пункта этой сети, можно вычислить координаты всех остальных пунктов.

Способ кинематического позиционирования представляет собой определение пространственного вектора от приемника базовой станции до мобильного приемника. Предварительно определяют координаты базового и подвижного приемников способом статики, а также другими способами, или приемники устанавливают на пунктах, координаты которых известны с точностью до нескольких сантиметров. Это необходимо для разрешения неодно значности — определения числа фазовых циклов. После этого приемник перемещают на следующий пункт и определяют приращения координат между ним и базовой станцией. Зная координаты базовой станции, вычисляют координаты этого пункта и т.д. Измерения ведут непрерывно и обязательно по одним и тем же спутникам. В целях контроля кинематический ход замыкают на исходном пункте или на пунктах с известными координатами. Точность кинематического позиционирования несколько ниже, чем в статике.

Различают несколько разновидностей кинематики: способ «непрерывной кинематики» позволяет «цифровать» контуры на местности путем перемещения приемника, который через заданные интервалы времени фиксирует свои координаты; способ «стой-иди» предусматривает возможность остановиться на точке, выполнить более длительные измерения, а затем продолжить движение.

В упомянутых способах полевые наблюдения и обработка раз-делены во времени.

Способ «кинематики реального времени» {RTK — Real Time Kinematic) применяют тогда, когда имеется цифровой радиока¬нал и данные с базового приемника можно передать на подвижный. Этим способом при топографической съемке можно определить координаты и высоты пикетов с точностью 2—3 см. Для съемки участков, где спутниковые методы неэффективны, используется электронный тахеометр, совмещенный со спутниковым приемником.

ЛЕКЦИЯ №16

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ

Система координат России представлена Государственной геодезической сетью (ГГС). Положение определяемых точек можно получить в виде пространственных прямоугольных координат или широт, долгот и высот, отнесенных к референц-эллипсоиду, а также в виде плоских прямоугольных координат и высот. При этом принят эллипсоид Красовского, оси которого ориентированы параллельно соответствующим осям общеземной координатной системы ПЗ-90, однако центр эллипсоида, определяющий начало референцной системы координат, смещен от центра масс более чем на 155 м. На всю территорию страны распространена Балтийская система высот, началом которой служит нуль Кронштадтского футштока. Она закреплена пунктами Государственной нивелирной сети.

Геодезические сети России используются для решения научных и прикладных задач, включая картографирование суши, континентального шельфа, морей и океанов, формирование координатной среды геоинформационных систем. В России имеются государственные, местные, съемочные, специальные и учебные сети. Государственные сети строят государственные картографо-геодезические организации.

♦ Местные сети создают для решения конкретных топографо-геодезических задач, когда густота пунктов государственных сетей оказывается недостаточной.

Пункты съемочных сетей служат для топографической съемки.

♦ Специальные сети предназначены для решения инженерно-технических задач.

К специальным можно отнести также сети, создаваемые на геодинамических полигонах в тектонически активных районах страны. Координаты и взаимное положение этих пунктов периодически повторно определяют с наи-высшей точностью для выявления динамики земной поверхности.

♦ Учебные сети используют в учебно-методических целях.

Геодезические сети России подразделяют: на нивелирные, плановые и пространственные.

♦ Нивелирные сети фиксируют системы счета высот. Как правило, их строят методами геометрического нивелирования, а также способом спутникового позиционирования.

♦ Плановые сети обеспечивают закрепление плановых координат пунктов на эллипсоиде (и на карте). Их создают способами:

— триангуляции, когда в каждом пункте измеряют горизонтальные углы между направлениями на соседние пункты и некоторые расстояния между пунктами;

— полигонометрии — путем измерения расстояний и углов между пунктами хода;

— трилатерации, в которой измеряют только расстояния между пунктами;

— с помощью спутникового позиционирования — определения плановых координат пункта по спутниковым наблюдениям.

♦ Пространственные сети создают методами космической геодезии. Каждый пункт хранит три координаты, определяющие его положение в геоцентрической системе координат, и может быть закреплен на земной поверхности, и на космическом аппарате. Так спутники, входящие в глобальные системы позиционирования, одновременно являются геодезическими пунктами, хранящими пространственные геоцентрические координаты.

Интенсивное развитие плановых государственных сетей началось в 20-х годах XX в. и продолжалось свыше полувека по проекту, и основу которого были положены замыслы Ф. Н. Красовского. Сети подразделялись на четыре класса по точности и строились по принципу «от общего к частному»: вначале создается редкая сеть I класса точности, охватывающая всю страну, а затем сеть постепенно сгущается пунктами И—IV классов.

Сеть I класса состоит в основном из звеньев, образующих четырехугольные полигоны. Звенья ориентированы преимущественно по меридианам и параллелям и представляют собой ряды триангуляции (т.е. цепи треугольников) или ходы полигонометрии. В среднем длина звена составляет около 200 км, а периметр полигона — 800 км. В вершинах полигонов на стыке звеньев измерены длины базисных сторон треугольников и на их концах определены астрономические широты, долготы, азимуты. В звеньях расстояния между смежными пунктами не менее 20 км. На северо-востоке страны вместо полигональной сети развита сплошная триангуляция с расстояниями между пунктами около 70 км. В 70-х годах XX в. сеть I класса практически была завершена.

Полигоны геодезической сети I класса заполняются сплошной сетью триангуляции или полигонометрии II класса с расстояниями между смежными пунктами 7—20 км (в зависимости от рельефа и залесенности местности). В пределах каждого полигона I класса в сети триангуляции II класса измерены длины 4—5 базисных сторон. На концах базисной стороны в середине полигона определены астрономические широты, долготы, азимуты. Эти работы практически завершены в 1980-х годах.

Государственные сети I и II классов, будучи построены по геодезическим и астрономическим измерениям, образуют астрономо-геодезическую сеть (АТС), включающую свыше 164 тыс. пунктов триангуляции и полигонометрии. В 1990-1991 гг. проведена совместная математическая обработка и уравнивание АГС.

Сети III и IV классов сгущают АГС, они также построены методами триангуляции или полигонометрии. Расстояния между пунктами III класса — 3-8 км, а IV класса — 2—5 км. На территории России таких пунктов свыше 210 тыс. Точность государственной сети такова, что ее пункты могут служить опорой для проведения топографических съемок всех масштабов вплоть до 1:500 включительно.

Опорная геодезическая сеть выполняет свои функции только в том случае, если ее пункты надежно закреплены на местности и легко могут быть опознаны. Каждый пункт на местности закреплен специальным подземным знаком — центром. Устойчивость центров зависит от многих факторов и более всего — от сезонного промерзания и протаивания грунта. На территории страны выделены зоны сезонного промерзания грунтов, многолетней мерзлоты, подвижных песков, скальных горных пород и заболоченных грунтов. Для определения глубины закладки центров и реперов составлены карты районирования территории, на которых выделено восемь регионов с характерными глубинами протаивания и промерзания грунтов. На местности пункты окапывают канавой и ставят опознавательные столбы. На застроенных территориях их закрепляют в стенах и фундаментах зданий или устанавливают на зданиях.

Первоначально созданные плановые государственные сети впоследствии пополнились новыми построениями, выполненными методами космической геодезии. В 1984—1993 гг. государственными геодезическими организациями создана сеть из 162 пунктов, получившая название доплеровской геодезической сети (ДГС). Она построена при помощи американской спутниковой системы пози¬ционирования первого поколения TRANSIT.

Усилиями Топографической службы Вооруженных Сил РФ построена уже упоминавшаяся космическая геодезическая сеть КГС. Она создана по результатам наблюдений геодезических спутников I ЕОИК-1, ЭТАЛОН, а также при помощи спутниковых систем позиционирования. КГС включала 26 пунктов на территории быв¬шего СССР и семь пунктов в Антарктиде. Пункты ДГС и КГС совмещены с соответствующими пунктами АГС. В итоге их совместного уравнивания в единой координатной системе определено пространственное положение 134 пунктов. Расстояния между смежными пунктами в среднем составляют 400—450 км. С этих пунктов результаты совместного уравнивания распространены на все остальные пункты новой государственной геодезической сети.

В перспективе ГГС Российской Федерации должна состоять из сетей трех уровней, построенных главным образом методами космической геодезии и при помощи спутниковых систем позиционирования:

♦ Первый уровень образуют фундаментальные астрономо-геодезические сети (ФАГС). На территории России будет 50—70 таких пунктов с расстояниями между ними 700-800 км и погрешностями взаимного положения около 1—2 см.

♦ Второй уровень создадут пункты высокоточной АГС (ВАГС). На территории РФ их будет около 500—700 при средних расстояниях между ними 150-300 км и точности взаимного положения 2-3 см.

♦ Третий уровень — спутниковая геодезическая сеть I класса (СГС-1). Она будет строится из расчета 1 пункт на 1000 км2, а в малообжитых районах — на 2000 км2. Всего будет построено около 12—15 тыс. пунктов, расстояние между ними — 40—50 км, а точность взаимного положения 1—2 см.

Государственные нивелирные сети устанавливают единую систему высот в пределах всей страны, служат научным и практическим целям, являются высотной основой всех геодезических работ и топографических съемок. Высотная сеть решает, по крайней мере, три задачи:

♦ введение единой системы счета высот для всех пунктов;

♦ определение разностей уровней морей и океанов, омывающих государство;

♦ изучение вертикальных движений земной поверхности.

В России высоты пунктов государственной сети определяют в нормальной системе высот относительно уровня нуля Кронштадтского футштока — черты на металлической плите, соответствующей среднему многолетнему уровню Балтийского моря.

Государственная нивелирная сеть, как и плановая, построена но принципу «от общего к частному», и включает сети I, II, III и IV классов точности. Сети I и II классов являются главной высот ной основой; сети III и IV классов служат для обеспечения инженерных задач и топографических съемок. Сети всех классов построены методом геометрического нивелирования. Линии нивелирования I и II классов проложены по трассам, географическое положение которых научно обосновано и наилучшим образом соответствует решению указанных задач. Для достижения наивысшей точности нивелирные линии проложены по максимально благоприятным для измерений трассам железных, шоссейных и улучшенных грунтовых дорог; в труднодоступных районах — по тропам, зимникам, вдоль берегов больших рек. Каждые 25 лет выполняется повторное нивелирование всех линий I класса и большинства линий II класса с целью их модернизации, получения данных о движениях земной коры и построения карт вертикальных перемещений.

Нивелирные линии II класса опираются на пункты I класса и образуют полигоны периметром в 500-600 км, а линии III класса прокладывают между пунктами I и II классов. Периметры полиго¬нов III класса составляют около 150 км, а в труднодоступных районах — около 300 км. Дальнейшее сгущение выполняют нивелированием IV класса, причем длины ходов не превышают 50 км, а расположение и густота пунктов зависят от масштаба топографических съемок или других требований.

Все нивелирные пункты закреплены знаками — грунтовыми, скальными или стенными нивелирными реперами. Грунтовыми реперами бывают железобетонные пилоны или металлические трубы с якорями. Знаки закладывают через 5—7 км, а в труднодоступных районах — через 10—15 км. Кроме того, пункты I и II классов через каждые 50—80 км закрепляют знаками повышенной устойчивости — фундаментальными реперами. В городах плотность знаков значительно выше — они закреплены через несколько сотен метров. Точность взаимного положения высот пунктов находится в пределах от нескольких мм до нескольких см в зависимости от класса сети.

МЕНЗУЛЬНАЯ СЪЕМКА МЕСТНОСТИ

Вопросы:

1.Сущность графического метода съемки.

2.Устройство мензулы и кипрегеля.

3.Испытания и поверки мензулы.

4.Испытания и поверки кипрегеля.

1.Мензульная съемка отличается от теодолитной тем, что при ее производстве измерения на местности и составления плана производятся в поле одновременно. При мензульной съемке горизонтальные углы не измеряют, как при теодолитной, а получают графическим построением на планшете. Для этого лист бумаги, с нанесенными предварительно координатной сеткой и точками геодезической опоры, прикрепляют к верхней поверхности мензульной доски, установленной горизонтально. Мензульную доску с прикрепленным листом бумаги называют планшетом. На планшете прочерчивают стороны горизонтального угла, параллельные горизонтальным проложениям соответствующих линий местности. Поэтому мензульную съемку называют углоначертательной.

Мензульная съемка, так же как и все остальные виды съемок, выполняются в два этапа:

- создание съемочного обоснования;

- съемка ситуации и рельефа.

Съемочное обоснование создают способами, прокладки теодолитно-нивелирных ходов, мензульных ходов и засечек.

При съемке ситуации и рельефа применяют полярный способ и реже метод засечек.

При мензульной съемке абрис не составляют, т.к. сразу рисуют план участка. При этом расстояние (горизонтальные положения), измеренные на местности откладывают при помощи циркуля-измерителя и масштабной линейки; иногда их записывают в полевой журнал для вычисления превышений.

При установке мензулы над опорной точкой (станцией) его центрируют и нивелируют. Центрирование планшета выполняют с помощью центрировочной вилки, нивелирование – цилиндрического уровня, расположенного на линейке кипрегеля. Перед производством съемки планшет ориентируют либо по опорным линиям, либо с помощью ориентир-буссоли. Для защиты наблюдателя и планшета от солнца и небольшого дождя применяют зонт.

2.Мензульный комплект. Устройство мензулы и кипрегеля

В мензульный комплект входит: кипрегель, мензульная доска, подставка, тренога, центрировочная вилка, буссоль, зонт и дальномерная рейка.

Как видно, мензульная доска-планшет выполняет роль горизонтального круга, поэтому во время построения горизонтального угла он должен быть неподвижен, а верхняя его поверхность должна быть горизонтальна. Роль алидады выполняет линейка, накладываемая на планшет и являющаяся частью визирного прибора, называемого кипрегелем. К верхней поверхности линейки прикреплена колонка с вращающейся как у теодолита зрительной трубой, вертикальным кругом и уровнем при алидаде вертикального круга. По скошенному ребру линейки кипрегеля прочерчивают направления на точки предметов наблюдаемых в зрительную трубу. На линейке прикреплен цилиндрический уровень, посредством которого верхнюю поверхность планшета приводят в горизонтальное положение.

Мензульная доска представляет собой квадрат со сторонами см. На нее крепится наклеенный на фанеру или листовой алюминий лист ватмана.

ЛЕКЦИЯ №17

СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. ЭЛЕКТРОНЫЕ ТАХЕОМЕТРЫ

Тахеометр - геодезический прибор для измерения горизонтальных и вертикальных углов, расстояний и превышений (от греч.Tacheos – быстрый).

Электронные тахеометры – наиболее распространенная группа геодезических приборов. Это обусловлено тем, что они имеют самый широкий круг областей применения: от развития ГГС и топографической съемки до инженерной геодезии и землеустройства.

Электронный тахеометр объединяет в себе возможности электронного теодолита, электронного высокоточного дальномера и полевого компьютера. Сегодня электронные тахеометры находят широкое применение в строительстве, реконструкции и архитектуре, инженерных изысканиях, наблюдениях за деформациями, землеустроительных и кадастровых работах. Использование электронных тахеометров на производстве позволяет значительно повысить производительность работ, сократить время на камеральную обработку и упростить обработку полевых данных, исключить ошибки исполнителя (взятия отсчета, записи измерений, ручных вычислений), исключить применение калькуляторов для расчетов (например, при выносе точек, вычислении координат, при выполнении обратной засечки и других задачах). Появление безотражательных моделей тахеометров позволило проводить измерения там, где ранее это считалось невозможным или опасным. Современные электронные тахеометры – это высокая надежность конструкции, защита от воздействия воды и пыли, широкий набор прикладных программ и удобное управление. Электронные тахеометры успешно работают в различных погодных и климатических условиях, а для суровых условий севера специально разработаны низкотемпературные модели.

Тахеометры предназначены для тахеометрической съемки с целью получения плана с изображением ситуации и рельефа. Тахеометры позволяют определять расстояния, высоту недоступного объекта, осуществлять измерения относительно базовой линии, определять координаты, выполнять обратную засечку. Электронные тахеометры - это совершенные приборы для выполнения широкого круга геодезических работ.

Тахеометры - наиболее интеллектуальные приборы, оснащенные большой внутренней памятью, позволяющей надежно хранить данные съемки. На некоторых моделях электронных тахеометров возможна загрузка координат из персонального компьютера для последующего выноса в натуру. Наличие экранов и буквенно-цифровых клавиатур электронных тахеометров облегчает управление прибором.

На сегодняшний день на рынке электронных тахеометров существует широкий спектр приборов, отличающихся как по цене, так и по точностным характеристикам и выполняемым функциям. Все тахеометры можно разделить на три основные группы: простейшие, среднего класса, роботизированные.

Простейшие электронные тахеометры. Это самые простые по выполняемым функциям электронные тахеометры. Запись данных производится, как правило, во внутреннюю память (если такая существует) или на внешний накопитель. Производят самые простые функции измерений и вычисления (горизонтальное проложение, превышение). Угловая точность таких приборов находится в пределах 5" - 6", линейная около 3 - 5 мм. Дальность измерения расстояния не превышает 1100 - 1500 метров по одной призме.

Ко второму типу электронных тахеометров относятся приборы среднего класса. Эти тахеометры несколько дороже, но получили наиболее широкое распространение. Они имеют встроенное программное обеспечение для производства практически всего спектра геодезических работ (развитие геодезических сетей, съёмка и вынос в натуру, решение задач координатной геометрии: прямая и обратная геодезическая задача, расчет площадей, вычисление засечек). Угловая точность у таких приборов может быть от 1" до 5" в зависимости от класса точности.

К третьему типу можно отнести электронные тахеометры, оснащенные сервоприводом, что позволяет выполнять роботизированные измерения. Эти приборы могут самостоятельно наводиться на специальный активный отражатель и производить измерения. В дополнение прибор с сервоприводом может оснащаться специальной системой управления по радио, при этом съёмку может производить только один человек, находясь непосредственно на измеряемой точке. Подобная схема съёмки увеличивает производительность проведения съемочных работ примерно на 80% процентов. Если прибор с сервоприводом имеет безотражательный дальномер, то получаете систему для съёмок при проведении туннельных работ, съёмки фасадов зданий, съёмки карьеров, съёмки поверхности дорог и других площадных объектов для построения ЦММ с высокой степенью точностью. Также роботизированные системы могут быть использованы для слежения за деформациями объектов, съёмки движущихся объектов и т.д.

За последние два года на рынке геодезического оборудования появились новые безотражательные электронные тахеометры. Практически все фирмы-изготовители предложили модели приборов, простых в использовании и надежных в работе. Массовое производство безотражательных тахеометров позволило существенно снизить цены, что сделало их более доступными и более привлекательными для потребителей.

Для того, чтобы обеспечить требуемые точностные и другие характеристики при формировании объектов кадастра недвижимости, достаточно выполнять измерения простейшими электронными тахеометрами.

Таким образом, в распоряжении землеустроителей и инвентаризаторов находятся тахеометры, относящийся к простейшей группе приборного ряда, что обеспечивает их невысокую стоимость, и обладающие исключительными возможностями: высокопроизводительный и высокоточный безотражательный дальномер, расширенное программное обеспечение, выносная инфракрасная клавиатура, практически неограниченное расширение памяти.

ЛЕКЦИЯ №18 МЕТОДЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПО КАРТЕ И

БЕЗ КАРТЫ. ОРИЕНТИРОВАНИЕ НА МЕСТНОСТИ

Определение местоположения относительно окружающих географических объектов по карте и аэрофотоснимку, определение сторон горизонта подручными средствами, умение запоминать окружающую местность и находить дорогу домой — все это входит в понятие ориентирования на местности.

При ориентировании важно знать направление движения относительно сторон горизонта. Его определяют по карте, по аэрофотоснимку, по естественным предметам, по солнцу и созвездиям. Самым точным можно считать ориентирование по карте, аэрофотоснимку и компасу, но и в их отсутствие можно всегда найти способ определить стороны горизонта.

Для того чтобы не заблудиться при движении по местности, запоминают или записывают по маршруту ориентиры, встречающиеся в пути, отмечают время движения, а на местности, бедной ориентирами, стараются соорудить их - сложенные ветки, надломленные сучки, камень на обочине и т. п. Эти несложные приметы помогают найти обратную дорогу в путешествии.

Ориентирами могут служить высокие точечные объекты (башни, вышки, шпили зданий и т. д.), а также точки пересечения основной трассы движения с другими линейными объектами (дорогами более высоких классов, реками, оградами, полосами леса). Резкие повороты дороги тоже могут служить ориентирами в однообразной местности. Холмы и горные гряды являются замечательными ориентирами в пересеченной местности.

Угол наклона местности, по которой проходит маршрут, может быть ощутим путешественником при его величине более 2,5°. Переходы от повышения к понижению и наоборот тоже могут служить точечными ориентирами.

Площадные объекты — угол кромки леса, болото, поляна, поле и т. д., расположенные вблизи трассы следования, также заметные ориентиры.

Функция ориентирования по карте включает в себя не только знание самой карты и условных знаков, но и умение безошибочно определять местоположение путешественника. Ориентируются по карте с помощью линий и ориентиров местности, опознаваемых на карте, или по компасу, помещенному на восточную сторону рамки карты. При этом важно уметь опознать окружающие местные предметы на карте или аэрофотоснимке.

Для того чтобы определить местоположение на карте или аэрофотоснимке, нужно оценить видимые ориентиры вокруг себя на местности и отыскать их на карте. Карту нужно развернуть так, чтобы линейные объекты местности были параллельны условным знакам этих объектов на карте (дорога, река, линии связи и электропередачи, ограждения).

Точка стояния (А) выбирается на одном из этих объектов, затем глазомерно с помощью визирной линейки определяют ее местоположение среди выбранных ориентиров Важно при этом не перепутать общее ориентирование карты С—Ю, иначе может получиться на дороге мнимая точка стояния А'.

Рис.49

Ориентирование карты по компасу. Предметное кольцо (лимб) компаса развернуть на отсчет 0—180°, положить компас к вертикальной рамке карты так, чтобы направление стрелки совпало с направлением рамки. Магнитная стрелка всегда указывает на направление магнитного меридиана, поэтому карту вместе с компасом нужно разворачивать в горизонтальной плоскости до тех пор, пока магнитная стрелка не укажет на величину магнитного склонения (со своим знаком) в данной местности.

Рис.50 Определение местоположения туриста по карте и аэрофотоснимку (точка А найдена по местным ориентирам путем засечки): а — правильная ориентировка; б — неправильная ориентировка

Если отклонение магнитного меридиана от географического менее 3°, то можно пренебречь этой величиной и ориентировать стрелку вдоль рамки карты, так как шкала компаса часто нанесена с точностью до 3°.

Ориентирование по аэрофотоснимку происходит также, как и по карте, только перед походом или экспедицией нужно выполнить подготовительные работы:

- отобрать маршрутную полосу аэрофотоснимков, покрывающих исследуемую местность;

- определить заранее масштаб аэрофотоснимков по известным линиям местности или зная высоту полета самолета при производстве аэрофотосъемки, построить линейный масштаб; подписать некоторые значительные объекты — населенные пункты, направления дорог, реки, урочища;

- определить по карте или по приборам величину магнитного склонения и на аэрофотоснимке нарисовать линию, указывающую направление магнитного меридиана.

При отсутствии карты и компаса северное направление можно определить по звездам и планетам инструментально.

2. Ориентирование по небесным телам.

По солнцу определяют положение юга в полдень, однако это определение в летнее время сопровождается ошибкой до 25° из-за высокого положения солнца над горизонтом. Осенью, весной и зимой это определение более точно. Направление самой короткой в.течение дня тени от дерева укажет на север.

По луне тоже можно ориентироваться, как по солнцу, однако она в разные фазы имеет разные точки восхода и захода, но самая высокая ее точка над горизонтом всегда определяет юг.

Рис. 51

По солнцу и часам можно в любое время суток определить направление, точнее всегда утром и вечером, когда солнце низко стоит над горизонтом. Направление юг—север укажет биссектриса угла между направлением на солнце и направлением часовой стрелки на 12 ч

Солнце в 7 ч утра стоит на востоке, а в 19 ч — на западе. Высота над горизонтом зависит от сезона года.

Самое точное определение направления на географическии северный полюс— по Полярной эвезде. Нужно визуально отложить 5 отрезков, равных промежутку между. двумя крайними справа звездами в созвездии Большой Медведицы, это и будет Полярная звезда.

По созвездию Большая Медведица издавна определяли направления на крупные звезды в других созвездиях. По этим звездам составлялись астрономические таблицы, и геодезисты могли в разных частях земного шара определять долготы данного места. Их нетрудно отыскать на звездном небе. Ориентирование по местным предметам нужно использовать в комплексе, так как учет только одного из них может быть неверным. Так, в лесу кора деревьев с северной стороны грубее и часто покрыта лишайником, смола на коре выделяется с южной стороны. На скалах и валунах лишайник развивается с северной стороны. Снеготаяние начинается на южных склонах и происходит быстрее, чем на северных. Муравейники часто имеют северную сторону круче, чем южную, и располагаются в укрытиях с южной стороны ствола дерева. Поляны в лесу имеют весной и в начале лета цветущую пышную растительность в южной части и более желтую и выгоревшую в самое жаркое время года, а также ближе к осени.

Задачи по ориентированию на местности

Для географического кружка в школе целесообразно применить на практике некоторые из перечисленных методов ориентирования.

1. Как узнать величину магнитного склонения в конкретной точке местности?

На географической площадке на пришкольном участке поставить вертикально шест (вертикальность нужно проверить по отвесу) и вокруг него начертить две-три концентрические полуокружности с северной стороны от шеста. При этом можно использовать веревку, привязанную к шесту. Радиус внешней полуокружности должен быть немного больше, чем тень от шеста в 10 ч утра. В солнечный день нужно отметить на внешней полуокружности точку, в которой ее коснется тень от шеста. Эту точку можно отметить колышком, если опыт проводится на земле, или мелом, если вместо грунта -асфальт.

Также вести наблюдения за прохождениями тени в течение дня на остальных полуокружностях. Необходимо отметить-по часам, в какое время тень от шеста будет самой короткой. Этот момент может случиться от 12 до 13 ч, в зависимости от долготы места и декретного времени, принятого для данной территории. Когда тень начнет удлиняться, нужно отметить аналогичные точки пересечения конца тени от шеста с полуокружностями после полудня

Рис 52 После проведения всех испытаний соедините полученные точки на окружностях попарно хордами .

Средние точки этих хорд и точка стояния шеста образуют прямую линию, называемую полуденной, она совпадает с направлением местного географического меридиана. Его можно прочертить мелом или проложить натянутой от шеста веревкой.

Для определения величины и знака магнитного склонения нужно взять буссоль или компас с градусной шкалой и совместить штрихи прибора 0° и 180° с направлением географического меридиана. Магнитная стрелка прибора укажет на величину магнитного склонения. Если она отклонится к западу от прочерченного на местности меридиана, то магнитное склонение — западное, отрицательное; отклонение к востоку укажет на восточное, положительное значение магнитного склонения.

Во время проведения опыта нужно убедиться, что рядом с площадкой нет никаких массивных металлических объектов, так как магнитная стрелка прибора в таком случае встанет не вдоль магнитного меридиана, а отклонится на эти объекты.

2. Как на местности определить географический азимут направления из исходной точки на видимый ориентир?

Например, высокий шпиль здания, купол церкви или просто угол дома.

Измерения производятся компасом со шкалой или буссолью — прибором, в котором имеется предметное кольцо (с его помощью можно визировать на предмет). Перед проведением съемки нужно оценить шкалу компаса — определить величину минимального деления шкалы в градусах.

Для измерения азимута на местности нужно встать в исходную точку, убедиться, что стрелка компаса указывает на север. При этом компас должен занимать горизонтальное положение, а магнитная стрелка должна быть в открепленном состоянии. Если известна величина магнитного склонения точки местности, тогда нужно убедиться, что стрелка компаса указывает на отсчет, равный величине магнитного склонения с учетом его знака. Компас подносят к глазу, не теряя его ориентировки и следя за его горизонтальностью. Предметное кольцо поворачивают по направлению на ориентир и по шкале компаса (рис.) определяют величину азимута на искомый объект.

Рис. 53 Определение азимута на местный предмет с помощью компаса.

4. Приблизительное определение географического азимута.

Если на простом компасе нет вращающегося предметного приспособления, то можно использовать обыкновенный треугольник, установив его вертикально в качестве диаметра на шкале компаса. Углом треугольник направить на измеряемый объект. В этом случае отсчет по шкале компаса производят по часовой стрелке от 0 штриха, на который указывает конец треугольника, направленный на предмет. Полученное число и есть приблизительный географический азимут.

Литература

1. Божок А.П. Топография с основами геодезии. М.: Высш. шк., 1986.

2. Бокачев Н.Г. Топография: Учебник. Смоленск: СГУ, 2000.

3. Дмитриев С.П. Инерциальные методы в инженерной геодезии. СПб.: Электроприбор, 1997.

4. Картография с основами топографии. Е. А. Чурилова, Н. Н. Колосова. – М., 2004,

5. Картография с основами топографии. Е. А. Чурилова, Н. Н. Колосова. – М., 2004,(практикум)

6. Картография с основами топографии Берлянт

7. Лапкина Н.А. Практические работы по топографии и картографии М.; Просвещение, 1971

8. Стурман В.И. Экологическое картографирование. М. АспектПресс, 2003.

_________________________________________________________

Подписано в печать 18.09.2016г.

Формат 60х84_1/16. Печать ризографная. Бумага офсетная.

Гарнитура «Таймс». Усл. п. л. 9.0 Тираж 500 экз.

Отпечатано в издательско-типографском участке ИПЭ РД «Эко-пресс»