Теодолитная съемка
1. Полевые работы
1.1. Сущность теодолитной съемки
1.2. Подготовительные работы
1.3. Рекогносцировка местности и закрепление точек теодолитных ходов
1.4. Прокладка теодолитных ходов на местности
1.5. Привязка теодолитных ходов к пунктам геодезической опорной сети
1.6. Съемка ситуации местности
2. Камеральные работы
2.1. Общие положения
2.2. Обработка результатов измерений в замкнутом теодолитном ходе
2.3. Особенности обработки результатов измерений диагонального (разомкнутого) теодолитного хода
2.4. Построение плана теодолитной съемки
Полевые работы
1.1. Сущность теодолитной съемки
Теодолитной называется горизонтальная (контурная) съёмка местности, в результате которой может быть получен план с изображением ситуации местности (контуров и местных предметов) без рельефа. Теодолитная съемка относится к числу крупномасштабных (масштаба 1:5000 и крупнее) и применяется в равнинной местности в условиях сложной ситуации и на застроен-ных территориях: в населенных пунктах, на строительных площадках, пло-щадках горных предприятий, на территории железнодорожных узлов аэропортов и т.п.
Теодолитные ходы представляют собой системы ломаных линий, в ко-торых горизонтальные углы измеряются техническими теодолитами, а длины сторон - стальными мерными лентами и рулетками либо оптическими дальномерами. По точности теодолитные ходы подразделяются на разряды: ходы 1 разряда - с относительной погрешностью не ниже 1:2000, 2 разряда - не ниже 1:1000. Обычно теодолитные ходы нужны не только для выполнения съемки ситуации местности, но и служат геодезической основой для других видов инженерно-геодезических работ. Теодолитные ходы развиваются от пунктов плановых государственных геодезических сетей и сетей сгущения.
По форме различают следующие виды теодолитных ходов:
1) разомкнутый ход, начало и конец которого опираются на пункты геодезического обоснования (рис.1,а);
2) замкнутый ход (полигон) - сомкнутый многоугольник, обычно примыкающий к пункту геодезического обоснования (рис.1,б);
3) висячий ход, один из концов которого примыкает к пункту геодезического обоснования, а второй конец остаётся свободным (рис.1,в).
Форма теодолитных ходов зависит от характера территории:
- при трассировании осей линейных объектов (дорог, ЛЭП и т.д.) прокладывают разомкнутые ходы.
- при съемках населенных пунктов, строительных площадок обычно по границе участка прокладывают замкнутый полигон. При необходимости внутри полигона прокладывают диагональные ходы, которые могут образовывать узловые точки.
- в отдельных случаях при съемке неответственных объектов используются висячие теодитные ходы; при этом длина висячего хода не должна превышать 300 м при съемках масштаба 1:2000 и 200 м - масштаба 1:1000.
Теодолитная съемка слагается из подготовительных, полевых и камеральных работ. Наибольший объем приходится на полевые работы, которые включают в себя рекогносцировку снимаемого участка, прокладку теодолитных ходов и полигонов, их привязку к пунктам геодезической опорной сети и съёмку ситуации.
1.2. Подготовительные работы
В период камеральной подготовки:
- выясняют необходимость съемки и выбирают её масштаб, исходя из требуемой точности изображения ситуации местности;
- подбирают и изучают имеющиеся в наличии картографические материалы (планы, карты и профили);
- изучают географические описания района будущей съемки;
- составляют схему расположения пунктов геодезической опорной сети, а из каталогов выписывают координаты.
Длины ходов, прокладываемых между опорными пунктами, зависят от масштаба, требуемой точности и топографических условий местности.
Затем составляется предварительный проект полевых работ, который включает:
- календарный план и смету на работы,
- расчет необходимого количества исполнителей и транспорта,
- перечень необходимых приборов, оборудования и материалов.
Для выполнения теодолитной съемки необходимо иметь теодолит, стальную ленту с комплектом шпилек либо оптический дальномер, рулетку, эклиметр и эккер.
Эклиметр - простейший геодезический инструмент, служащий для измерения углов наклона местности с точностью до десятых долей градуса.
Экер это простейший геодезический инструмент, служащий для построения на местности углов, кратных 90° или 45°.
1.3. Рекогносцировка местности и закрепление точек теодолитных ходов
Рекогносцировка представляет собой обход и осмотр местности с целью знакомства с объектами съемки, отыскания пунктов опорной геодезической сети, окончательного выбора местоположения точек теодолитных ходов на местности и уточнения составленного проекта.
Точки теодолитных ходов выбирают в местах с хорошим обзором местности. Длины сторон ходов не должны быть более 350 м и менее 20 м, а углы наклона линий не должны превышать 5*.
Вершины теодолитных ходов в основном закрепляются на местности временными знаками – деревянными кольями, забиваемыми вровень с поверхностью земли; центр обозначается в виде крестообразной насечки в торце кола либо гвоздем. Для облегчения отыскания точек рядом с ними забивают сторожки – деревянные колья, выступающие из земли на 30-35 см. Через 1 км вершины ходов закрепляют надежными долговременными знаками. В процессе закрепления точек теодолитного хода составляют схематический чертеж, на котором показывают расположение вершин и сторон хода относительно ситуации местности.
1.4. Прокладка теодолитных ходов на местности
Прокладка теодолитных ходов и полигонов включает в себя производство угловых и линейных измерений. Перед началом измерений следует произвести поверки и юстировку применяемых приборов.
Угловые измерения. Горизонтальные углы в теодолитных ходах измеряют техническими теодолитами (Т 15, Т 30, 2Т 30 и др.)одним полным приёмом с точностью не ниже 30''. Каждый горизонтальный угол измеряется при двух положениях вертикального круга (КП и КЛ).
Теодолит центрируют, визирование проводят на нижнюю видимую часть вехи. Значения измеренных углов и их среднее вычисляют на станции.
Линейные измерения. Длины сторонизмеряются стальными лентами или дальномерами. Для контроля каждая сторона измеряется дважды одним из способов:
- при использовании 20-метровой мерной ленты либо оптического дальномера - в прямом и обратном направлениях;
- 20 и 24-метровой лентами - в одном направлении.
- 20-метровой мерной лентой и дальномером - в одном направлении.
Одновременно с линейными измерениями определяют углы наклона с помощью эклиметра и вертикального круга теодолита. В измеренные длины вводят поправки за компарирование мерной ленты, её температуру при измерении и за наклон линии к горизонту. Введение поправки за компарирование обязательно, если её влияние на длину измеряемой линии превышает 1:10000. Поправку за температуру вводят в случаях, если разность температур измерения и компарирования превышает _+ 8*. Поправку за наклон линий к горизонту учитывают, когда углы наклона линий превышают 1*. Данные угловых и линейных измерений заносят в полевые журналы установленной формы.
1.5. Привязка теодолитных ходов к пунктам геодезической опорной сети
Для получения координат на точки теодолитных ходов в общегосударственной системе координат и для осуществления контроля измерений производят привязку теодолитных ходов к пунктам геодезической опорной сети.
Привязка состоит в передаче с опорных пунктов плановых координат как минимум на одну из точек теодолитного хода и дирекционного угла на одну или несколько его сторон. Координаты опорных пунктов и дирекционные углы исходных направлений выбираются из каталогов пунктов геодезической сети.
Рассмотрим наиболее характерные случаи привязки теодолитных ходов и полигонов.
1. Теодолитный ход непосредственно примыкает к пункту опорной сети (см. рисунок б). В данном случае пункт А геодезической опорной сети с известными координатами ХА, УА является одновременно вершиной теодолитного полигона. С пункта А имеется видимость на другой пункт В геодезической сети; дирекционный угол направления AВА известен. Для передачи дирекционного угла на одну из сторон теодолитного хода (например на сторону А-1) следует измерить примычный угол jα между исходной и определяемой сторонами. Для контроля обычно измеряют правый и левый по ходу примычные углы jА и jА'; их сумма не должна отличаться от 360° более чем на полуторную точность теоделита, т. е.
( jА + jА' ) - 360° ≤ ±1,5 t.
Вычисление дирекционного угла определяемой стороны теодолитного хода производится по известным формулам.
2. Теодолитный ход проложен между двумя пунктами опорной сети (см. рисунок а). Начальная и конечная точки А и С разомкнутого теодолитного хода являются пунктами опорной сети, координаты которых известны. С каждого из конечных пунктов должно быть видно хотя бы по одному пункту опорной сети, например В и D. Дирекционные углы исходных сторон aВА и aCD известны. Непосредственная привязка хода заключается в измерении на конечных пунктах А и С примычных углов jА, jА' и j C, j C ' между исходными направлениями АВ и СD и соответственно первой и последней сторонами хода.
3. Теодолитный ход не примыкает к пунктам опорной сети. В этом случае от ближайшего пункта опорной сети прокладывают специальный теодолитный ход по одной из сторон теодолитного хода (рисунок а); с целью контроля измерений и повышения надежности привязки привязочный ход А — К — 2 — 1 — N — М — А должен быть замкнутым. На исходном пункте А измеряют примычные углы jА, jА' и j1, j1'.
Если вблизи, теодолитного хода расположены как минимум два пункта геодезической опорной сети, например А и В (рисунок б), с которых имеется видимость на одну из точек хода, то его привязка может быть выполнена прямой геодезической засечкой. Для этого на исходных пунктах А и В измеряют горизонтальные углы βА и βВ между исходной стороной и направлениями на определяемую точку. В точке 1 измеряют примычные углы j1 и j2.
При наличии видимости с определяемой точки 1 (рисунок в) на три пункта опорной сети А, В и С привязка осуществляется обратной геодезической засечкой. В этом случае с определяемой точки 1 измеряют углы α и β между направлениями на исходные пункты, координаты которых известны. Эти данные позволяют вычислить координаты точки 1 (х1, у1). Для передачи дирекционного угла на сторону 1 — 2 теодолитного хода измеряют примычные углы j1 j2 и j3.
4. В районе прокладки теодолитного хода отсутствуют пункты опорной сети. В этом случае дирекционные углы одной или нескольких сторон хода могут быть вычислены исходя из значений истинных азимутов направлений А, которые устанавливаются на основе астрономических наблюдений небесных светил либо определяются с помощью гиротеодолита (гирокомпаса).
Гиротеодолит — сложный оптико-механический прибор, представляющий собой комбинацию из высокоточного гирокомпаса и оптического теодолита, предназначенный для автономного определения истинных (астрономических) азимутов направлений. Гиротеодолиты позволяют определять с высокой точностью (5-60") истинные азимуты направлений при любых метеорологических условиях, в любое время суток и года.
Зная величину сближения меридианов g, рассчитывают дирекционные углы. С помощью буссоли, установленной на теодолите, можно измерить магнитные азимуты Ам одной или нескольких сторон теодолитного хода и с учетом величин склонения магнитной стрелки d и сближения меридианов g определить дирекционные углы этих сторон по формуле:
α = Ам + d - g
. Координаты начальной точки теодолитного хода задаются условно
1.6. Съемка ситуации местности
Съемка ситуации местности заключается в определении положения характерных точек контуров и местных предметов относительно вершин и сторон теодолитного хода. Съемка может выполняться одновременно с прокладкой теодолитного хода либо независимо. Результаты измерений при съемке заносятся в схематический чертеж – абрис, масштаб которого принимается произвольным. На абрисе показывают взаимное расположение вершин теодолитных ходов, линий и снимаемых объектов со всеми числовыми результатами измерений и пояснительными записями. Абрис является основным документом съемки и служит материалом для составления плана местности.
В зависимости от характера местности и расположения контуров относительно теодолитных ходов применяют различные способы съемки ситуации. Основными из них являются:
1. Способ перпендикуляров – применяется в открытой местности для съемки контуров вытянутой формы и местных предметов, расположенных вблизи сторон теодолитного хода (рис. а). Сторона теодолитного хода (например, АВ) принимается за ось абсцисс, а точка А – за начало координат. Положение снимаемых точек 1, 2, 3 определится длинами перпендикуляров l1, l2, l3и расстояниями d1, d2,d3 от точки А теодолитного хода до основания соответствующего перпендикуляра. Следовательно, для каждой характерной точки контура местности определяются прямоугольные координаты (абсциссы d1, d2, d3 и ординаты 11э 12э, 13), по которым эти точки можно нанести на план.
Измерение расстояний d1, d2, d3 производится стальной мерной лентой, укладываемой по створу линии АВ, а длин перпендикуляров l1, l2, l3 – рулеткой. Перпендикуляры небольшой длины (4 – 8 м при съемках масштабов 1:500 – 1:2000) определяют на глаз, а при большей их длине – с помощью экера.
2. Способ полярных координат - применяется в открытой местности для съемки отдельных местных предметов и характерных точек контуров, удаленных от теодолитного хода (рис. б).
Сторона теодолитного хода АВ) принимается за полярную ось, а вершина А (или В) – за полюс. Для определения планового положения точек (например, 1 и 2) достаточно измерить горизонтальные утлы ß1 и ß 2 между исходным направлением и направлениями на снимаемые точки, а также расстояния l1, l2 до этих точек.
Горизонтальные углы измеряются техническим теодолитом, а расстояния – стальной лентой, нитяным или оптическим дальномером. Точкой установки теодолита при съемке ситуации полярным способом может служить одна из вершин теодолитного хода (точка А или В) либо вспомогательная опорная точка на его стороне (точка О).
3.Для съемки труднодоступных точек на открытой местности целесообразно применять способ угловых засечек. Для этого в точках А и В (рис. в) с помощью теодолита измеряют углы γ и δ между стороной теодолитного хода АВ и направлениями на снимаемую точку N. Точка N на плане будет получена в пересечении направлений, построенных по этим углам. Следует иметь в виду, что наиболее выгодным является случай, когда угол при засекаемой точке N близок к 90°. Засечки под углом менее 30° и более 150° дают неточные положения снимаемых точек.
При съемке доступных объектов с четкими очертаниями (здания, инженерные сооружения и т. п.), расположенных вблизи сторон теодолитного хода, можно использовать способ линейных засечек. Для этого на стороне теодолитного хода АВ (рис.г) выбирают две вспомогательные точки О1 и О2, отрезок b между которыми является базисом. Из точек O1 и О2 лентой или рулеткой измеряют расстояния l1 и l2 до снимаемой точки М. Пересечение линейных засечек отрезками l1, и l 2 определит положение точки М на плане. При линейных засечках форма треугольника О1МО2 должна быть по возможности близка к равносторонней, а длины сторон – не превышать длину мерного прибора.
4.Способ створов (промеров) применяется в случаях, когда границы ситуации пересекают стороны теодолитного хода или продолжение сторон (рис. д), а также для определения положения вспомогательных опорных точек (точка О). Положение снимаемых точек 1, 2, 3 определится линейными промерами d1, d2, d3. Способ створов находит широкое применение при съемке застроенных территорий, особенно в сочетании его со способами перпендикуляров и линейных засечек.
5. Способ обхода применяется на закрытой местности для съемки важных объектов, которые из-за дальности и местных препятствий не могут быть засняты от вершин и сторон основного теодолитного хода. В этом случае вокруг снимаемого объекта (рис. е) прокладывают дополнительный съемочный ход 1-2-3-4-5, который привязывают к основному ходу. Углы в съемочном ходе измеряют одним полуприемом, а стороны стальной лентой или с помощью нитяного дальномера (в коротких ходах). Границы контура снимают от сторон съемочного хода способом перпендикуляров.
Если контур снимаемого объекта имеет прямолинейные границы (сельскохозяйственные угодья, лесонасаждения, застройки и т. п.), то съемочный ход прокладывают непосредственно по границам объекта. Очертание этого хода в рассматриваемом случае и представит собой контур снимаемого объекта.
Требования к съемке ситуации
Съемка ситуации местности требует от исполнителей тщательности и аккуратности при производстве измерений и ведении записей и зарисовок в полевых журналах. Поскольку абрис служит основным съемочным документом, на основе которого составляется план местности, к составлению абриса следует подходить особенно внимательно.
В процессе съемки исполнитель должен:
- изучать ситуацию, форму контуров,
- выбирать оптимальные способы съемки того или иного элемента ситуации,
- детально снимать контуры местности и фиксировать их на абрисе,
- не допускать пропусков в записях результатов измерений.
Размер абриса должен обеспечивать четкое и удобное расположение на нем всех построений и записей. Пример абриса съемки участка местности показан на рисунке 
При съемках небольших участков местности и простой ситуации результаты измерений по теодолитному ходу, а также абрис приводятся в одном полевом журнале. При съемке больших участков и сложной ситуации абрис ведется в отдельном журнале, в котором страница отводится для одной-двух линий хода.
Полевые журналы и абрисы должны быть оформлены качественно, чтобы в них мог легко разобраться другой исполнитель, не принимавший участия съемке данного участка местности.
Камеральные работы
2.1. Общие положения
Камеральные работы при теодолитной съемке слагаются из:
- вычислений, в результате которых определяют плановые координаты вершин теодолитных ходов;
- графических построений, конечной целью которых является получение ситуационного плана местности.
Измеренные углы и длины сторон теодолитных ходов содержат неизбежные случайные погрешности, накопление которых приводит к возникновению невязок.
Невязками называются разности между измеренными либо вычисленными результатами и их теоретическими значениями.
В зависимости от требуемой точности величины фактических невязок не должны превышать определенных величин. При обработке результатов измерений возникшие невязки должны быть определенным образом распределены между измеренными или вычисленными величинами. Процесс распределения невязок и вычисления исправленных значений величин называется увязкой или уравниванием результатов измерений.
Камеральную обработку результатов измерений. Выполненных при прокладке теодолитных ходов, начинают с проверки и обработки полевых журналов. Повторно выполняют все вычисления, сделанные в поле, и выводят средние значения измеренных углов (до 0,1’) и длин сторон (до 0.01 м).
Затем составляют схему теодолитных ходов, ориентированную по сторонам света. У вершин подписывают средние значения горизонтальных углов, а возле каждой стороны — ее горизонтальное проложение. На схему наносят также пункты геодезической сети, к которым осуществлялась привязка теодолитных ходов, координаты исходных пунктов и дирекционные углы исходных сторон.
Вычислительные работы по определению координат вершин теодолитного хода включают в себя:
1) обработку угловых измерений и вычисление дирекционных углов сторон;
2) вычисление горизонтальных проложений сторон;
3) вычисление приращений координат и координат вершин хода.
Все вычисления ведутся в специальной ведомости. Вычислительные работы для замкнутых и разомкнутых (диагональных) ходов имеют свою специфику.
2.2. Обработка результатов измерений в замкнутом теодолитном ходе