Лекция 7. Топографическая съёмка местности

Конспект лекции курса «Геодезия с основами космоаэросъёмки» (МГУ, геофак, доц. А.И. Прасолова).

Лекция 7. Топографическая съёмка местности

Курс «Геодезия с основами космоаэросъёмки», МГУ. Лектор — доцент кафедры картографии и геоинформатики географического факультета Прасолова Анна Ивановна.

Где это в общей картине

Логика курса выстроена как цепочка: фигура и размеры Земли → системы координат и ориентирование линий → геодезические измерения → карты (масштабы, разграфка и номенклатура, изображение рельефа) → полевые методы получения картографической информации. Предыдущие лекции дали «опору» для полевых работ: плановые и высотные геодезические сети, теодолитные ходы и нивелирование, способы измерения углов, расстояний и превышений, теорию погрешностей. Лекция №7 «Топографическая съёмка местности» показывает, как весь этот аппарат собирается в единую технологию создания топографической карты или плана: с точек планово-высотного обоснования измеряется окружающая местность (ситуация и рельеф), затем по полевым материалам карта (план) составляется. Тем самым съёмка является мостом между геодезическими измерениями и картографическим производством, а виды съёмки, связанные с аэрофотосъёмкой, глобальными системами позиционирования и лазерным сканированием, выводят на вторую часть курса — космоаэросъёмку.

Тема напрямую опирается на практические темы семинаров: планово-высотное обоснование, с точек которого ведут съёмку, строится методами теодолитного хода и нивелирования; отсчёты по горизонтальному лимбу, ориентирование на твёрдую точку и вычисляемые углы связаны с темой координат и ориентирующих углов; превышения и абсолютные высоты пикетов получают через вертикальные углы и горизонт прибора (тема рельефа и нивелирования); наконец, результат съёмки оформляется как план (карта) с условными знаками в рамках принятой разграфки и номенклатуры — то, что отрабатывается на соответствующих семинарах.

Что такое топографическая съёмка: определение и этапы

Топографическая съёмка местности — комплекс полевых и камеральных работ, необходимых для создания топографических карт и планов. В ней выделяют четыре этапа:

I этап — рекогносцировка (осмотр и изучение местности, выбор точек и объёма работ);
II этап — подготовка планово-высотного обоснования;
III этап — собственно съёмка;
IV этап — составление карты (плана).

Принципиальное положение: все полевые измерения при съёмке выполняются с точек планово-высотного обоснования, и относительно них наносятся на карту — то есть планово-высотное обоснование служит единой системой координат и высот для всех результатов съёмки.

Виды топографической съёмки местности

тахеометрическая съёмка;
мензульная съёмка;
нивелирование поверхности;
аэрофототопографическая съёмка;
съёмка с помощью глобальных систем позиционирования;
съёмка с использованием лазерных сканеров.

Из этого перечня в лекции подробно рассмотрены тахеометрическая и мензульная съёмки, нивелирование поверхности и лазерное сканирование; аэрофототопографическая съёмка и съёмка с глобальных систем позиционирования в списке названы и связывают тему с космоаэросъёмочной частью курса.

Тахеометрическая съёмка

Тахеометрическая съёмка выполняется с помощью теодолита или тахеометра. Её идея — съёмка пикетов (характерных точек ситуации и рельефа) полярным способом с точек планово-высотного обоснования: со станции на пикет измеряют горизонтальный угол, вертикальный угол и расстояние, после чего по этим данным вычисляют плановое положение и высоту пикета.

схема полярного способа измерений: со станции на снимаемую точку измерены горизонтальный угол β₁ и расстояние s₁ (слайд 4 лекции)

схема съёмки: прибор стоит на 1-й твёрдой точке, визирование ориентировано на 2-ю твёрдую точку, пикеты снимаются в стороны от линии обоснования (слайд 5 лекции)

теодолит (тахеометр), установленный на станции, и рейка на пикете (слайд 6 лекции)

Порядок действий при тахеометрической съёмке

Установка прибора на одной из точек планово-высотного обоснования, его центрирование и горизонтирование, измерение высоты прибора i.
Наведение прибора на рейку, установленную на другой точке планово-высотного обоснования на высоту прибора, и установка горизонтального лимба на 0 (таким образом задаётся начальное направление для отсчёта горизонтальных углов).
Измерение горизонтальных и вертикальных углов при КЛ и КП, расчёт контрольных величин 2с и МГ.
Съёмка пикетов: только при КЛ измеряют горизонтальный и вертикальный углы и дальномерные отсчёты. По возможности наводятся на высоту прибора, в иных случаях фиксируют высоту визирования.
Контроль 2с и МГ.

Здесь КЛ и КП — положения вертикального круга («круг лево» и «круг право»), 2с — контрольная величина по горизонтальному кругу, МГ — место нуля вертикального круга (величина, входящая в формулу вертикального угла v = \text{КЛ} - \text{МГ}).

Журнал тахеометрической съёмки и вычисление пикетов

Пример журнала (слайд 9) оформлен так: дата — 9 ноября 2022 г., станция № 1, исполнители — Петрова, Иванов; записаны высота прибора i = 1{,}45 м и высота станции H_\text{ст} = 202{,}70 м. По отсчётам на вторую точку обоснования записаны значения 0°45′ и –0°55′, которым соответствует вычисленное МГ = –5′ (среднее из этих отсчётов). Далее по пикетам при КЛ записаны: номер пикета, отсчёт по горизонтальному кругу (горизонтальный угол от направления на вторую точку), отсчёт по вертикальному кругу и дальномерное расстояние S:

пикет 1-1: 45°17′; 5°45′; 25,0 м; примечание — дорога;
пикет 1-2: 89°31′; –1°15′; 41,0 м; примечание — дорога.

По каждой пикетной точке выполняют вычисления (слайд 10).

Вертикальный угол v: v = \text{КЛ} - \text{МГ}. Для пикета 1-1: v = 5^\circ45' - (-5') = 5^\circ50'.

Горизонтальное проложение L: L = S \cos^2 v. Для пикета 1-1: L = 25 \cos^2 5^\circ50' = 25 \cdot (0{,}9948)^2 = 24{,}74 м.

Превышение h: h = L\,\operatorname{tg} v + i - v, где последний член — высота визирования (на слайде обозначена той же буквой v). Если визирование выполнено на высоту прибора, то высота визирования равна i и члены i - v взаимно уничтожаются. Для пикета 1-1: h = 24{,}74 \cdot \operatorname{tg} 5^\circ50' = 24{,}74 \cdot 0{,}1022 = 2{,}53 м.

Абсолютная высота H: H = H_\text{ст} + h. Для пикета 1-1: H = 202{,}70 + 2{,}53 = 205{,}23 м.

Итоговые строки журнала по двум пикетам станции 1:

Пикет	Гориз. угол	КЛ	S, м	v	L, м	h, м	H, м	Примечание
1-1	45°17′	5°45′	25,0	5°50′	24,74	2,53	205,23	дорога
1-2	89°31′	–1°15′	41,0	–1°10′	40,98	–1,19	201,51	дорога

схема к примеру вычислений пикета (положение точки 1-1 относительно станции и результаты расчёта) (слайд 10 лекции)

Второй пример станции (слайд 11) — в районе населённого пункта Дедюевка: станция № 2 имеет высоту 150,12 м, при этом пикеты получили высоты 2-1 — 148,85 м и 2-2 — 149,45 м.

Электронный тахеометр

Современный электронный тахеометр объединяет в одном приборе три компонента: электронный теодолит (измерение углов), лазерный дальномер (измерение расстояний) и микрокомпьютер (запись и обработка измерений).

В лекции показан электронный тахеометр LEICA со следующими характеристиками: точность угловых измерений 5″; измерение расстояний до 7500 м по отражателю; дальность измерений в безотражательном режиме до 400 м; прибор адаптирован для работы при температуре до –30 °С. В комплект входят отражатель и телескопическая веха.

электронный тахеометр LEICA, отражатель и телескопическая веха (слайд 13 лекции)

Мензульная съёмка

Мензульная съёмка — отдельный вид топографической съёмки: план строится непосредственно в поле на планшете мензулы, без предварительного вычисления координат пикетов.

мензульный комплект (мензула с планшетом) (слайд 14 лекции)

работа с мензулой в поле (слайд 15 лекции)

поле зрения трубы и вертикальная рейка: показаны отсчёты 0190 мм и 0092 мм (слайд 16 лекции)

Расстояния и превышения при мензульной съёмке определяют по отсчётам на рейке. Примеры отсчётов со слайда 16:

отсчёт 0190 мм — значит расстояние 19,0 м;
отсчёт 0092 (т. е. 92 мм) — значит превышение –920 мм, т. е. –0,92 м.

фрагмент полевых работ при мензульной съёмке (слайд 17 лекции)

Нивелирование поверхности

Нивелирование поверхности используется на плоских участках местности, преимущественно для съёмки рельефа. Съёмка ситуации (контуров) возможна при применении нивелиров с горизонтальным лимбом.

примеры нивелирования поверхности на равнинной местности (слайд 18 лекции)

схема нивелирования поверхности: положение нивелира в центре, отсчёты по рейкам на окружающих точках, значение 200,50 (слайд 19 лекции)

Ключевое понятие — горизонт прибора: это абсолютная высота плоскости, в которой находится оптическая ось зрительной трубы нивелира. Горизонт прибора вычисляют по точке с известной высотой: H_\text{пр} = H_1 + O_\text{р}, где O_\text{р} — отсчёт по рейке, установленной в точке с известной высотой H_1. Высота любой снимаемой точки получается вычитанием отсчёта по рейке в этой точке: H_\text{точки} = H_\text{пр} - O_\text{р}.

Лазерное сканирование

Лазерный сканер — прибор, выполняющий измерения расстояний и углов до точек лазерных отражений; по этим измерениям выполняется вычисление пространственных координат точек.

наземный лазерный сканер и результат измерений (набор точек лазерных отражений) (слайд 21 лекции)

примеры съёмки лазерным сканированием (слайд 22 лекции)

Воздушное лазерное сканирование (воздушное ЛС)

Параметры воздушного ЛС: высота съёмки — 500–1500 м; точность — средняя 15 см, максимальная 5 см. Преимущества метода:

получение детальных топографических карт и планов местности без явных ориентиров (тундра, пустыня);
получение истинного рельефа, в том числе под кронами деревьев;
определение местоположения и формы объектов сложной структуры.

пример воздушного лазерного сканирования (слайд 23 лекции)

← все материалы