Энциклопедия Кольера - геодезия методы съемки

К статье ГЕОДЕЗИЯ Положение точки на земной поверхности определяется с помощью трех координат: широты (центральный угол, образованный отвесной линией в данной точке с плоскостью экватора, отсчитывается к северу или к югу от экватора), долготы (угол между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального меридиана, за который условно принимается Гринвичский меридиан в Англии; отсчет ведется к западу или к востоку от начального меридиана) и высоты (расстояние по отвесной линии между данной точкой и некоторой уровенной поверхностью, например, средним уровнем моря). Традиционно горизонтальные и вертикальная координаты рассматриваются порознь и исходные пункты устанавливаются для них отдельно. Такое различие продиктовано в основном практическими соображениями. Во-первых, основная задача геодезии - определить положение выбранных точек на поверхности Земли. При этом высотное положение меняется в гораздо более узких пределах, чем горизонтальное, и может определяться при помощи более простого математического аппарата. Во-вторых, классические способы измерения высот резко отличаются от тех, что применяются для определения показателей планового положения. Например, горизонтальные углы определяются гораздо точнее, чем вертикальные, при измерении которых возникают ошибки из-за рефракции световых лучей в атмосфере; поэтому измерение вертикальных углов играет меньшую роль в определении высот. Однако теоретически не существует никаких препятствий для совместного определения вертикальных и горизонтальных (плановых) координат. Практически любые измерения высотных и плановых характеристик могут быть обобщены без введения каких-либо особых уровенных поверхностей. Именно такой способ применяется в т.н. пространственной, или космической, геодезии, где определение координат ведется с искусственных спутников и действительно нет методических различий в измерении планового положения и высоты. Хотя в конечном счете применение спутников может уменьшить потребность в разработке раздельных методов плановых и высотных измерений, различие подходов сохранится для решения многих практических задач. Сеть высотных опорных пунктов. Высотная привязка, или определение высотных отметок точек местности, в локальном и региональном масштабах или в масштабе страны осуществляется путем определения относительных высот (превышений) точек земной поверхности. Совокупность методов определения высот обозначается общим термином "нивелирование". При геометрическом нивелировании используется нивелир с цилиндрическим уровнем и зрительной трубой, ось которой устанавливается параллельно уровенной поверхности в данном месте приведением пузырька уровня на середину ампулы. Есть нивелиры с компенсатором, в которых ось зрительной трубы приводится в горизонтальное положение автоматически, с помощью компенсаторной призмы. Помещая нивелир между двумя точками (рис.1) и производя отсчет по двум нивелирным рейкам, установленным вертикально в этих точках, определяют превышение между этими точками. Превышения также могут быть найдены непосредственным измерением вертикального угла (по отношению к горизонтальной плоскости или к зениту); такое измерение осуществляется с помощью теодолита, установленного в одной точке и направленного на другую точку. В таком случае необходимо знать расстояние между этими двумя точками. Этот метод известен как тригонометрическое нивелирование; он применяется чаще всего в условиях пересеченной местности с крутыми склонами, где геометрическое нивелирование неприменимо. Тригонометрическое нивелирование вследствие атмосферной рефракции уступает в точности геометрическому нивелированию. Высотное положение точек устанавливается посредством создания нивелирных сетей, состоящих из отдельных линий - нивелирных ходов; превышение по нивелирному ходу определяется как сумма превышений на станциях (между отдельными точками внутри хода); при этом превышение на станции получается как разность отсчетов на заднюю и переднюю нивелирные рейки. Нивелирные ходы прокладываются таким образом, что они начинаются и кончаются в одной и той же точке, образуя полигон; это помогает выявить погрешности измерений, т.к. сумма превышений для замкнутого нивелирного хода должна быть равна нулю и отличие ее от нуля указывает на сумму погрешностей. Поскольку конфигурация уровенных поверхностей зависит от гравитационного поля Земли (например, присутствие аномально большой массы в каком-либо месте вызывает заметное "вспучивание" уровенной поверхности), эти поверхности непараллельны. Из-за того, что визирный луч нивелира устанавливается параллельно уровенной поверхности в данном месте, измеренные превышения также зависят от силы тяжести. Для выполнения высокоточного нивелирования его данные должны дополняться гравиметрическими измерениями. Высота топографической поверхности над средним уровнем моря называется ортометрической высотой. Ортометрическая поправка рассчитывается с помощью гравиметрических наблюдений; введение этой поправки позволяет учесть непараллельность уровенных поверхностей. Уровенная поверхность, ближе всего соответствующая среднему уровню Мирового океана (т.н. среднему уровню моря), называется поверхностью геоида (рис.2). На суше эта поверхность представляет собой продолжение уровня моря под материками. Именно эта поверхность служит в качестве нулевой, от которой традиционно отсчитываются абсолютные высоты. Средний уровень моря определяется по данным систематических наблюдений (мониторинга) за приливами. Однако установление нулевой отметки высот по среднему уровню моря затруднено тем, что в региональных масштабах он не является строго выдержанным; поверхность моря отклоняется до нескольких десятков сантиметров от горизонтали под влиянием преобладающих ветров, течений, колебаний температуры и солености воды и атмосферного давления. В масштабе какой-либо одной страны нулевой уровень высот определяется на основании осредненных показателей многолетних замеров на нескольких водомерных постах. Однако, поскольку отклонения измеренного среднего уровня моря от истинной уровенной поверхности слишком велики, не представляется возможным принять единый глобальный нулевой уровень, базирующийся на замерах уровня моря. В США нивелирные сети подразделяются на сети 1-го, 2-го и 3-го классов в соответствии с необходимой точностью, расстоянием между отдельными пунктами, общей протяженностью и методом нивелирования. Наиболее точные сети 1-го класса представляют собой главную основу, устанавливающую единую систему высот для всей страны. Сети 2-го класса дополняют и сгущают более точные сети 1-го класса. В этих сетях расстояния между узлами и соседними пунктами, закрепленными на местности специальными марками и реперами, меньше, чем в сетях 1-го класса. Сети 3-го класса прокладываются для непосредственного высотного обоснования инженерно-технических проектов и крупномасштабных топографических съемок. Их точность определяется конкретными требованиями в каждом отдельном случае. Сеть плановых опорных пунктов. Создание геодезических плановых сетей основано на определении направлений, расстояний между пунктами и углов. Для измерения углов и направлений используется главным образом теодолит, основная рабочая часть которого, зрительная труба, вращается вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Угол как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости измеряется угломерным кругом. Горизонтальный круг, по которому отсчитывают горизонтальные углы и направления, выравнивается с помощью специального цилиндрического уровня. Вертикальный круг служит для измерения углов наклона. Теодолит может использоваться также для измерения широты и долготы точки на местности. Для этого проводится наблюдение за звездами, занимающими вполне определенное положение на небесной сфере. Раньше для измерения расстояний использовались мерные ленты или рейки. Современный дальномер фиксирует время, за которое электромагнитные волны проходят расстояние между прибором, находящимся в одной точке, и отражателем, установленным в другой точке. Поскольку скорость распространения электромагнитных волн в воздушной среде известна, расстояние между точками определяется как произведение времени на скорость. В приборах для измерения расстояний, основанных на этом принципе, используются источники лазерного и микроволнового излучения. Теодолит и электронное дальномерное устройство монтируются в виде интегрального прибора, включающего устройства для электронного считывания показаний и автоматической коррекции погрешностей измерений. Построение геодезической опорной сети выполняется тремя методам: