Учебники и пособия / Подшивалов В. П. Инженерная геодезия

там съемочных пикетов, рассчитанных процессором электронного тахеометра, то допустимые расстояния от прибора до съемочных пикетов принимают до 0,5 км и более в зависимо-

сти от масштаба съемки и условий видимости.

Понятие о сканерных наземных съемках. Сканерные приборы по мере их совершенствования и снижения стоимости, получат эффективное использование в различных инженерногеодезических задачах, например при вертикальной планировке территории, мониторинге текущих изменений застройки, изучении деформаций строительных объектов, как средство документальных съемок строительных конструкций, фасадов и внутренних помещений памятников архитектуры и др.

Лазерный сканер определяет положение точек съемки в пространственной полярной системе координат. Прибор содержит

•лазерный сканирующий светодальномер (излучающий прерывистые направленные лазерные лучи и принимающий часть энергии, отраженной от точек на поверхности объектов съемки);

•устройство для поворотов корпуса прибора (и вертикаль-

ной плоскости сканирования) через заданный угловой интервал Δβ по азимуту в пределах до 360°;

•устройство для поворотов зеркала вертикальной разверт-

ки сканирующего луча с заданным угловым шагом Δν или z в пределах вертикальных секторов сканирования ν или z;

• процессор, регистрирующий углы горизонтальных и вертикальных направлений сканирующего луча и измеренные расстояния Di и вычисляющий пространственные координаты сканированных точек.

Целевая обработка цифровой информации сканирования выполняется с помощью компьютера по специальным программам. По результатам сканирования, например, фасада архитектурного памятника получают его цифровую модель, графические детальные планы и профили, а также численные значения размеров его элементов.

Наземный лазерный сканер (Scan Station) фирмы LEICA (см. рис. 7.9, а) предназначен для съемки высокого разрешения (Нigh defintion suveuing). Масса прибора без штатива равна 19 кг. Сканирующие лазерные лучи развертываются в единичной вертикальной плоскости в пределах углового сектора ν = 37° или углового сектора z = 57°. Время развертки ≈ 0,3 с, при этом скорость сканирования равна 50 000 единичным ска-

200

Рис. 7.9. Сканеры фирмы LEIСА различного назначения:

а – Scan Station (геодезические измерения по созданию съемочного обоснования и сканерные съемки на дистанциях 1–150 м, точность расстояний 4 мм); б – HDS 600 (съемки инженерных сооружений на дистанциях 1–79 м, точность – 2–4 мм; в – Laser Ace 600Р (съемки карьеров на дистанциях 1–700 м; разрешение – 1 см; точность съемки – 5 см)

нированиям за 1 с. Погрешность дальномера составляет ±4 мм. Угловое разрешение по горизонтали (угол Δβ между вертикальными плоскостями сканирования) составляет Δβ = 0,22 миллирадиана (45″) или 22 мм на 100 м; точность моделирования рельефа поверхностей близка к ±3 мм; наиболее точные результаты специальных съемок достигаются на расстояниях от 1 до 80 м. Предельное расстояние сканирования близко к 300 м, при этом точность определения координат точки, четко отражающей луч, достигает ±5–7 мм, а точность моделирования рельефа на максимальных удалениях составляет 15–30 мм.

Лазерный сканер Laser Ace 600Р (см. рис. 7.9, в) предназначен для съемки карьеров и действует на дистанциях до 700 м.

Лазерный сканер устанавливают над пунктом съемочного обоснования 2 (на Ст. 2 – рис. 7.10, б), ориентируют по соседним пунктам и приводят в действие. Сканирующий луч автоматически развертывается в вертикальных плоскостях, сходящихся над точкой центрирования сканера Ст. 2. В результате сканирования объекта получается «облако точек», координаты которых фиксируются сканером. Затем данные съемки обрабатываются с помощью компьютера и создается про-

201

Рис. 7.10. Схема сканерной съемки фасада здания и поверхности земли:

а – сканер Ск и размах углов ν и z вертикальной развертки сканирующего луча; б – угловой шаг Δβ горизонтальной развертки вертикальных плоскостей сканирования и проекция на плоскость чертежа «облака» сканированных точек, лежащих в вертикальных плоскостях на радиальных направлениях относительно центра установки сканера на станции 1 (Ст. 1); в – компьютерное изображение контура здания и рельефа горизонталями, полученное по результатам съемки со станций Ст. 1, Ст. 3 и Ст. 5 съемоч-

ного обоснования; КН – каменное нежилое здание

странственная виртуальная модель объекта, которую можно представлять в демонстрационных подвижных и неподвижных ракурсах, а также в проекции на горизонтальную пло-

202

скость в виде топографической поверхности, изображенной горизонталями, как показано на рис. 7.10, в. Горизонтали могут быть показаны ломаными линиями или сглаженными.

По данным повторного сканирования строительных объектов определяются их осадка, изменения геометрии (деформации) и крен. В результате сканерной съемки котлованов, карьеров или отвалов земляных масс составляются их планы и профили и вычисляются их объемы посредством компьютера по соответствующим программам.

7.5. Нивелирование поверхности

Нивелированием поверхности называют топографическую съемку местности с применением геометрического нивелирования для съемки рельефа. В результате получают топографический план с изображением контуров ситуации и рельефа.

В зависимости от способа определения планового положения снимаемых контуров и нивелируемых точек различают и способы нивелирования поверхности – по квадратам, по параллельным линиям, по магистралям и полярный. Нивелированием поверхности выполняется в масштабах 1 : 500; 1 : 1000; 1 : 2000; или 1 : 5000. Планы составляют на бумажном носителе, а также в цифровой форме, используемой в системах автоматического проектирования (САПР).

Планово-высотное съемочное обоснование на участке съемки может создаваться теодолитными ходами. Высотные координаты пунктов съемочного обоснования определяют нивелированием IV класса и техническим. Электронные тахеометры позволяют строить планово-высотное съемочное обоснование

более эффективными методами.

Нивелирование по квадратам. Способ применяют на свободной от застройки и зарослей, достаточно ровной местности. Планы, получаемые этим способом, наиболее точны для инженерных расчетов по вертикальной планировке территории и для определения соответствующих объемов земляных масс (земляных работ).

Проект сетки квадратов составляют на плане более мелкого масштаба. Сетка состоит из основных квадратов размером 100×100 м. Для повышения точности съемки рельефа при вы-

203

Рис. 7.11. Сетка квадратов со сторонами 20×20 м:

а – общая схема сетки; б – абрис съемки ситуации; Скв. 3 – скважина и ее плановая привязка к сетке квадратов

раженных его неровностях сетку квадратов сгущают: стороны заполняющих квадратов принимают 20×20 м при съемках масштаба 1 : 500 и 1 : 1000; со сторонами 40×40 м или 50×50 м – при съемках масштаба 1 : 2000 и 1 : 5000.

Разработанный проект сетки переносят на местность сначала несколько приближенно относительно контуров местности, отображенных на плане-проекте сетки. Затем определяют положение наиболее длинной стороны 1–3 общего контура сетки, закрепляют колышком его начальную точку 1 (рис. 7.11, а) и обозначают вехой N направление стороны 1–3. Над точкой 1 ставят теодолит и зрительной трубой в створе 1– N следят за положением колышков, которыми через каждые 100 м закрепляют вершины 2 и 3 основных квадратов. Расстояния измеряют лентой или светодальномером (лазерной рулеткой). В угловой точке 3 общего контура прямой угол строят теодолитом при двух положениях вертикального круга способом «от нуля». Продолжая разбивку, закрепляют точки основных квадратов (4, 5), строят прямой угол в точке 5 и т.д.

В точке 7 производят контрольный вынос точки 1: под прямым углом к стороне 7–5 измеряют расстояние 7–1, равное проектному, и обозначают контрольную точку 1′. Линейная

204

величина несовпадения точек 1′ и 1 представляет абсолютную невязку L выполненных построений, ее допустимая величина принимается как 1/2000 от длины L общего контура, т.е.

Lдоп = L / 2000.

Для точной плановой привязки сетки через вершины основных квадратов прокладывают теодолитный ход А–3–5– 7–С, опирающийся на ближайшие пункты геодезической сети (см. рис. 7.11, а).

Нивелированием IV класса и техническим нивелированием определяют отметки вершин основных квадратов по общему контуру относительно двух-трех ближайших реперов высотной геодезической сети.

Сетка заполняющих квадратов обозначается внутри основных квадратов деревянными сторожками. Их можно вынести

внатуру с помощью теодолита, ленты или же 100-метрового троса, размеченного через 20 м.

Контур местности снимают линейными измерениями относительно вершин сетки квадратов, обозначенных сторожками (рис. 7.11, б).

При вертикальной съемке длину визирного луча нивелира допускают до 150 м, что позволяет на ровной открытой местности с одной станции нивелировать на площади до 4 га. Для этого нивелир ставят, например, вблизи вершины 9, общей для четырех основных квадратов (см. рис. 7.11, а), определяют горизонт прибора не менее чем по двум вершинам основных квадратов, через которые проложен нивелирный ход.

На участках при значительных уклонах земной поверхности ее вертикальную съемку выполняют с нескольких установок нивелира, при этом в журнале-схеме нивелирования (рис. 7.12) проводят соответствующую граничную линию АВ. На Ст. 1 сначала нивелировались точки 21 и 22 с известными

отметками, соответствующие отсчеты по черной стороне рейки а2 = 2248 мм = 2,248 м и а6 =1042 мм = 1,042 м записаны

вжурнале-схеме. Вычислены значения горизонта прибора:

процессе вертикальной съемки в журнал-схему записывались отсчеты по черной стороне рейки, поставленной на землю поочередно у каждой вершины квадратов. Отсчеты целесообразно выражать в метрах с округлением до 0,01 м. Граница ниве-

205

Рис. 7.12. Журнал-схема нивелирования по квадратам неровной поверхности:

– нивелир

лирования АВ определяется в процессе работы. На Ст. 2 действовали так же, как на Ст. 1.

Отметки поверхности земли вычисляют по правилу: горизонт прибора (постоянное число для данной станции) минус отсчет по рейке в данной точке. Значения отметок записывают в журнале-схеме при соответствующей вершине квадра-

тов с округлением до 0,01 м (см. рис. 7.12).

Нивелирование по прямым параллельным профильным линиям. Данный способ применяют на местности, по-

крытой растительностью, препятствующей развитию сетки квадратов. Для этого по контуру участка прокладывают тео- долитно-нивелирный ход, опирающийся на исходные геодезические пункты и реперы. На сторонах хода закрепляют створные точки, являющиеся опорными для прямых профильных

206

Рис. 7.13. Плановые основы нивелирования поверхности:

а – по параллельным профильным линиям; б – по магистралям и поперечникам

линий, пересекающих участок (рис. 7.13, а). Профильные линии назначают через 20 м при съемках масштаба 1 : 500 и 1 : 1000 и через 40–50 м при съемке масштаба 1 : 2000.

На профильных линиях разбивают пикетаж, сотенные пикеты обозначают кольями, плюсовые точки – сторожками через каждые 20 или 40 м (соответственно масштабу съемки). Пикетажные надписи делают на сторожках. Одновременно выполняют съемку контуров местности в основном перпендикулярами и составляют соответствующие абрисы.

Вдоль каждой линии прокладывают нивелирный ход технической точности, который опирается на пункты с известными отметками. С каждой станции нивелируют связующие и промежуточные точки на нескольких соседних профильных линиях. Между последовательными станциями нивелирования выбирают по две связующие точки. Отсчеты берут по черной стороне рейки и записывают в журнал нивелирования или в журналсхему. Вычислительная обработка материалов нивелирования профильных линий практически не отличается от обработки, рассмотренной в п. 7.2.

207

Нивелирование по магистралям. Этот способ применяется при съемке заболоченной местности, частично покрытой растительностью, перекрывающей прямую видимость через весь участок между опорными пунктами основного теодолитного хода, проложенного вдоль контура участка (рис. 7.13, б). Для съемки через участок прокладывают магистрали – теодолитные ходы, опирающиеся на пункты основного теодолитнонивелирного хода. На сторонах магистрали разбивают пикетаж через 20 или 40–50 м в соответствии с масштабом съемки (см. Нивелирование по прямым параллельным профильным линиям). Сотенные пикеты закрепляют устойчивыми кольями, плюсовые точки обозначают сторожками с надписями их пикетного положения. На пикетах и плюсовых точках строят поперечники длиной до 100–120 м в обе стороны от магистрали, как правило, под углом 90° к соответствующей ее стороне. На поперечниках сторожками через 20 или 40 м обозначают точки высотной съемки. Съемку ситуации выполняют относительно магистралей и поперечников.

Обозначенные точки поверхности вдоль магистрали нивелируют ходом технического нивелирования с двумя связующими точками между станциями. Расстояние до промежуточных нивелируемых точек принимается до 150 м. Записи отсчетов по рейкам выполняются так же, как при нивелировании по параллельным линиям. Вычислительная обработка материалов нивелирования по магистралям и поперечникам

рассмотрена в п. 7.2.

Составление плана. После вычисления координат привязочного теодолитного хода его точки наносят на план. Относительно нанесенных опорных точек на план наносят сетку квадратов, параллельные линии, магистрали и поперечники, а также точки, лежащие на них, и точки, снятые полярным способом. По данным абрисов наносят ситуацию. Из журналов нивелирования выписывают отметки точек, положение которых на плане определено (вершины квадратов, пикетные и плюсовые точки). Проводят горизонтали; один из способов их проведения рассмотрен на рис. 7.17.

7.6. Составление топографического плана

По материалам теодолитной съемки составляют контурный топографический план, а по материалам тахеометрической съем-

208

Рис. 7.14. Координатная линейка Дробышева ЛД-1:

а – линейка; б – нанесение на планшет меток координатной сетки

ки – топографический план (с изображением рельефа местности). Оригиналы планов составляют на планшетах размером 50×50 см по внутренней рамке. Планшеты представляют собой листы чертежной бумаги высокого качества, наклеенные на недеформируемую основу размером 60×60 см. Иногда участок объекта изображают на отдельном листе чертежной бумаги нестандартных размеров. На планшетах и отдельных листах показывают прямоугольную координатную сетку с подписями абсцисс и ординат ее линий.

Координатную сетку наносят с высокой точностью фотомеханическим копированием с помощью координатографа, шаблонов или же координатной линейки Дробышева ЛД-1. В металлической основе такой линейки вырезаны 6 окошек (рис. 7.14, а), скошенные края которых очерчены дугами радиусов 10, 20,…, 50 мм с общим центром 0 в начальном окошке. Скошенный конец линейки очерчен по дуге радиуса 70,711 мм, которая равна диагонали квадрата со сторонами 50×50 см.

На листе чертежной бумаги формата А1 (60×75 см) с помощью линейки и остро отточенного простого карандаша прочерчивают прямую АВ (рис. 7.14, б) на расстоянии 5 см от края листа. Линейку смещают так, чтобы линия АВ пересекала окошки, вдоль их скошенных краев проводят штрихи 0, 1,

209