Нивелирование поверхности

Отдельным видом топографической съёмки считается нивелирование поверхности, и применяется он в том случае, когда требуется правильно отобразить рельеф на участке значительных размеров. Отличительная особенность этой съёмки состоит в том, что планово-высотное съёмочное обоснование создаётся по определённой системе. В частности, в виде квадратов 100 на 100 метров. При необходимости большие квадраты могут делиться на более мелкие. Проектирование сетки квадратов значительно облегчает наличие фотоплана. Разбивка сетки квадратов на местности производится с помощью теодолита. Вершины квадратов закрепляются на местности и для них составляются кроки. Пример сетки квадратов для территории студенческого городка ЮЗГУ приведен на рис. 5.3. .Разбивку такой сетки квадратов целесообразно начинать с точки «3», которая лежит на магистральной линии «1-5». В свою очередь магистральная линия выбрана вдоль водораздела.

Съёмка ситуации относительно вершин квадратов производится там, где это необходимо. При этом могут использоваться все способы горизонтальной съёмки.

Рис. 5.3. Схема нивелирования поверхности на территории ЮЗГУ

Вертикальная съёмка производится с помощью нивелира и шашечных реек. Традиционный журнал при этом, как правило, не ведут, а все записи производят на крупномасштабной схеме. При произвольной форме записи, обязательным условием будет наличие контроля измерений.

Квадраты со стороной 100 м нивелируют каждый в отдельности. Нивелир устанавливают примерно в середине квадрата и производят отсчёты по рейкам, установленным в вершинах квадратов. Каждый квадрат нивелируется дважды. Поэтому превышения между вершинами с различных станций должны быть равны (см. рис.5.3)

а1-b1=a2-b2 (5.1)

или а1+b2=a2+b1 . (5.2)

Таким образом, суммы накрест лежащих отсчётов на данной стороне квадратов должны быть равны. Расхождение в суммах не должно превышать 5 мм.

Контроль отсчётов можно производить и по методу И.И. Купчинова путём сравнения разности горизонтов на смежных станциях в виде (а1-а2)=(b1-b2).

Заполняющие квадраты, если позволяют условия местности, могут нивелироваться с одной станции.

Для разработки проектов вертикальной планировки производится нивелирование квадратов, размер которых 20 на 20 метров. Сеть квадратов в пределах снимаемого участка разбивается теодолитом технической точности и лазерной рулеткой. Все вершины квадратов закрепляются на местности временными знаками в виде деревянных кольев забитых в грунт. Колья забивают вровень с землёй. Рядом с кольями располагают сторожки на которых указывают наименование вершин. По результатам разбивки составляется исполнительная схема расположения вершин квадратов.

Непосредственно после разбивки, с помощью теодолита, производится плановая привязка сети квадратов к местной геодезической сети.

Элементы ситуации, если они присутствуют, а так же бровки котлованов и границы насыпей должны быть привязаны к вершинам квадратов способом перпендикуляров или линейных засечек. Горизонтальная съёмка сопровождается составлением абрисов.

Таблица 5.3

Схема нивелирования по квадратам

Нивелирование, по возможности, производят с одной станции. В этом случае результаты всех наблюдений записывают на схеме квадратов (табл. ). В случае если, по условиям местности, нет прямой видимости всех вершин квадратов, то такая запись не применяется. До начала сьёмки высотная отметка от репера должна быть передана на одну из вершин большого квадрата путём проложения нивелирного хода.

Другие виды съёмок

Горизонтальная съёмка это ситуационная съёмка без использования теодолитного хода. При съёмке текущих изменений на застроенной территории не всегда есть необходимость прокладывать теодолитный ход. Если на существующем плане местности нанесены капитальные здания и сооружения, а возможно даже координированы углы некоторых строений, то задача значительно упрощается. В таких условиях в качестве планового обоснования съёмки можно использовать собственно створы (плоскости стен) или продолженные створы и углы зданий. Относительно такого обоснования могут быть использованы четыре способа съёмки из рассмотренных шести. Будут доступны: - способ перпендикуляров, линейных засечек, полярных координат и способ створов. На рисунке 4.3 приведены некоторые примеры реализации горизонтальной съёмки

Вертикальная съёмкадополняет горизонтальную съёмку и производится с помощью нивелира и рейки. Отсчёты по рейке могут записываться непосредственно на схематическом плане участка. Съёмка производится от ближайшего пункта высотной сети. Лазерный прибор с накладным уровнем может быть использован, как лазерный нивелир, если объём работ незначителен. При вертикальной съёмке рельефа, когда можно обойтись дециметровой точностью вполне подойдёт тригонометрическое нивелирование с использованием DISTO D5

Фронтальная съёмка. Для оценки деформированного состояния зданий и сооружений, а также для разработки проектов ремонта и реконструкции требуется проведение фронтальной съёмки фасадов. Это сложная и трудоёмкая работа, на основе которой принимаются ответственные решения.

В зданиях и сооружениях, которые находятся в эксплуатации положение координационных разбивочных осей не известно. При строительстве эти оси закреплялись на местности, но после сдачи объекта в эксплуатацию все знаки, как правило, утрачиваются. В связи с этим, принцип построения чертежа должен быть иным, чем при проектировании. До проведения съёмочных работ должны быть установлены характерные линии и точки на них, положение которых требуется определить в какой либо системе координат.

В зданиях, как правило, можно выделить следующие характерные линии фасада. Это линии углов, цоколя и карниза, а также линии оконных и дверных проёмов.

Если поверхность фасада (рис. 5.3 поз.1) нельзя считать вертикальной плоскостью, по каким либо причинам, то наблюдения следует проводить по биполярной схеме, при взаимном ориентировании полюсом. Целесообразно использовать двухштативную систему St. I – St. II.

Рис. 5.3 Схема фронтальной съёмки:

1- фасад здания; 2- отражающие пластины; 3- продолженные створы

Кроме того такая схема позволяет исключить грубые погрешности и повысить точность результатов.

Подготовка к съёмке заключается в том, два штатива St. I и St. II устанавливаются близко к продолженным створам 3 двух стен здания. На один из штативов крепится теодолит, а на другой – трегер. Верхняя часть теодолита снимается со своего трегера и вместо неё крепится специальный адаптер. Через адаптер лазерный прибор крепится к штативу и измеряются отрезки «а» , «b» и «е». При измерениях использованы отражающие пластины 2. Далее теодолит возвращается на прежнее место, приводится в рабочее положение и ориентируетсяся по направлению трегера второй станции.

Выполняются наблюдения всех направлений с записью результатов на фотосхеме фасада.

На второй станции лазерным прибором измеряются отрезки «b» «d» «e» и наблюдаются направления на те же точки фасада здания при ориентировании горизонтального круга теодолита на соседнюю станцию.

Для высотной привязки, на отмостку одного из углов здания, от ближайшего репера передавалась высотная отметка способом геометрического нивелирования, в нашем случае это 245,878 м.

Работу можно значительно упростить, если поверхность фасада принять за строго вертикальную плоскость. В этом случае можно производить съёмку с одной станции. Наиболее просто наблюдения обрабатываются, если теодолит располагается на линии левого створа поз. 3. Положение прибора контролируется путём линейных измерений. Горизонтальные проложения линий «а» и «b» измеряются лазерным прибором Disto D5 c использованием отражателей поз.2. Горизонтальный круг теодолита ориентируется на ближайший угол здания. До начала полевых работ целесообразно изготовить фотографию объекта съёмки и на ней указать наблюдаемые пункты. Наблюдаемые горизонтальные и вертикальные направления, если позволяют размеры фотографии целесообразно записывать на самом изображении.

5.6. Составление ситуационного плана

Графическое оформление материалов теодолитной съёмки завершается составлением ситуационного плана местности. Выполнение чертежа начинается с построения координатной сетки. Относительно координатных линий на план наносятся пункты теодолитного хода. Положение элементов ситуации определяется относительно сторон теодолитного хода.

Построение координатной сетки. Координатная сетка на чистом листе ватмана произвольной формы может быть построена различными способами. Например, с помощью линейки Ф.В. Дробышева, способом диагоналей или путём использования просветного экрана.

В большинстве случаев листы ватмана имеют прямоугольную форму. Это значительно упрощает построения. Чтобы убедится, что лист прямоугольный достаточно сравнить его диагонали. Вопрос решается положительно, если различие менее 1 мм.

На прямоугольном листе, с помощью длинной линейки, необходимо промести две диагонали, и по шкале разделить все стороны пополам. В качестве линейки можно использовать металлическую рейку с телескопическими секциями.

Через середины противоположных сторон листа проводятся две центральные линии. Точка их пересечения должна совпасть с точкой пересечения диагоналей.

В результате построений должна быть получена сетка правильных квадратов, в количестве достаточном для изображения всех вершин полигона и пунктов опорной геодезической сети.

Координатные линии на всех топографических планах проводятся с одинаковым шагом, равным 100 мм.

При необходимости сетка квадратов может быть сдвинута относительно центра листа. Это целесообразно в том случае, когда возникает необходимость «центрировать» полигон в целях экономии бумаги. Если «центрирование» не требуется, то за исходные координатные линии можно принять взаимно перпендикулярные центральные линии. Все прочие координатные линии строятся от исходных с шагом 100 мм. Для обеспечения требуемой точности построений каждая координатная линия должна проводится через две точки, обозначенные на противоположных сторонах прямоугольника.

Готовые квадраты контролируются с помощью циркуля – измерителя путём сравнения диагоналей. Точность построения каждого из квадратов должна находится в пределах +/- 0,2 мм.

Оцифровка линий координатной сетки производится таким образом, что бы расположение полигона было оптимальным. Все надписи должны быть кратными шагу линий на местности, который определяется исходя из заданного масштаба. Например, для масштаба 1:500 шаг координатных линий 50 метров. Все надписи в этом случае должны быть кратными 50 метрам. Следует помнить, что в геодезии принята левая система координат, поэтому ось «Х» направлена снизу вверх, а ось «У» слева на право.

Нанесение пунктов хода. По координатам отдельного пункта определяется квадрат сетки, которому он принадлежит. Пусть это будет т.1 с координатами Х=520,31 м и У=215,42 м. Требуемый квадрат изображен на чертеже (см. Рис. 5.4 ).

Рис. 5.4 Схема графических построений

От ближайшей координатной линии Х=500 м, на левой и правой сторонах квадрата отложим 20,31 м. В масштабе плана, на бумаге это будет 40,6 мм. Соединим полученные точки. Это будет линия с абсциссой Х=520,31м. От точки пересечения этой линии с координатной линией У=200 м отложим горизонтальный отрезок 30,8 мм, соответствующий на местности 15,42 м. Полученное положение т.1 можно будет считать окончательным только после проведения контрольных действий. Контроль сводится к проверке инварианта положения, то есть длины некоторого отрезка, к одному из концов которого принадлежит данная точка. Нанесём на план последующую вершину т.2 и измерим на бумаге горизонтальное проложение d. По ведомости координат находим фактическое значение горизонтального проложения. Это значение переводится в масштаб плана и сравнивается с результатом измерения на бумаге. Допускаемое максимальное расхождение +/- 0,5 мм.

По окончании контроля положения всех пунктов хода, производится их закрепление с помощью иглы циркуля и условного знака. Пункт теодолитного хода, временного закрепления на местности вычерчивается на плане под лекало в виде окружности диаметром 1,5 мм.

Нанесение на план элементов ситуации и графическое оформление плана участка. Изображение на плане элементов ситуации необходимо производится в строгом соответствии с условными знаками [8]. Относительно сторон съёмочного обоснования на план наносятся в масштабе все снятые точки. Точки соединяются в линии контуров местных предметов. В соответствии с абрисами наносятся все пояснительные надписи. Твёрдые покрытия дорог выделяются сиреневым цветом. Номера домов подписываются красным цветом.

Для графического оформления чертежа плана, масштаба 1:500 имеются общепринятые правила[7, 8].

Стандартный формат масштабного изображения – 500 на 500 мм. Это сетка из 25 квадратов (5на 5) размером 100 на 100 мм. По периметру поля чертежа проводится внешняя, оформительская рамка толщиной линии 1,2 мм. Расстояние между внешней и внутренней рамками постоянное и равно 12,8 мм.

Координатные линии полностью не изображаются, а представляются в виде перекрестий размером 6 на 6 мм, линиями зелёного цвета. Помимо перекрестий показываются выходы координатных линий на линии рамки в виде штрихов по 3 мм.

Графическое оформление может производиться на компьютере в любом графическом редакторе, например Adobe Photoshop. Допускается комбинированная технология, когда черновик чертежа сканируется в формате JPEG , а затем скан обрабатывается графическим редактором. Может быть использована специальная геодезическая программа, например Topocad 14. Эта программа поддерживает векторную графику. Примеры оформления чертежей приведены в приложениях 1 и 2.

5.7. Составление топографического плана

При составлении топографического плана на чертеже изображается сначала ситуация, а затем рельеф.

Для изображения рельефа используется метод горизонталей или числовых отметок. Горизонтали это замкнутые кривые линии, все точки которых имеют одинаковую высоту над уровнем моря, кратную высоте сечения рельефа. Для крупномасштабных съёмок применяются высоты сечений 0,25; 0,5 и 1,0 метр. Проектные горизонтали при вертикальной планировке проводятся через 10 сантиметров. Горизонтали это направленные линии. Направление горизонталей (направление стока воды) показывают бергштрихи или направление цифр при записи отметок высот.

При нивелировании по квадратам к элементам ситуации могут относиться только вершины квадратов. Одним из известных методов вычисляются координаты этих вершин. По координатам наносятся контурные точки и все заполняющие вершины квадратов. При наличии ситуации, производится её изображение на основе абрисов.

Нивелирование квадратов производилось с одной станции. Все наблюдаемые точки были промежуточными поэтому их отметки вычисляются через горизонт инструмента.

На схеме нивелирования (см. табл. 5.3) возле соответствующей вершины квадрата записаны отсчёты по чёрной стороне рейки.

Горизонт инструмента, или иначе, отметка визирной оси прибора определяется в виде

ГИ=Н_о + а , (5.3)

где Н_о – известная отметка одной из вершин квадратов (вершина А1 с отметкой 68,916 м),

а – отсчёт в метрах, по чёрной стороне рейки, установленной на эту вершину.

Например

ГИ = 68.916 +1.518 = 70.434 м.

Отметки вершин квадратов вычисляются в виде

Н_верш=ГИ-а_верш , (5.4)

где а_верш – отсчёт по чёрной стороне рейки, установленной на грунт около соответствующей вершины квадрата.

Таким образом, отметки вершин составят:

Н_Б1=70.434 – 1.819 = 68.615 м;

Н_Б2=70.434 – 1.954 = 68.480 м;

Н_Б3=70.434 – 2.656 = 67.778 м и т.д.

Возле вершин квадратов, на топографическом плане выписываются их отметки с точностью до сантиметров. Высота шрифта не более 2мм. Направление надписи – горизонтальное.

Рис. 5.5. Интерполирование горизонталей:

а) –вспомогательным профилем; б) – палеткой

Эти отметки называются чёрными или фактически существующими на момент съёмки. После того, как выписаны все чёрные отметки, приступают к рисовке горизонталей. Для определения следов горизонталей на сторонах каждого из квадратов выполняют интерполирование одним из способов, приведенных на рисунке 5.5. Следы горизонталей с одинаковыми отметками соединяют плавной линией коричневого цвета. Значения высот, кратные целым метрам, подписывают в разрыве горизонтали. Стороны квадратов на топографическом плане не изображают (см. приложение 4).