Ответы на экзаменационные вопросы № 1-47 дисциплины "Геодезия" (Предмет геодезии, его значение в деятельности инженеров путей сообщения. Нивелирование по квадратам)

1.Предмет геодезии, его значение в деятельности инженеров путей сообщения.

Геодезия – наука об изменениях на земной поверхности, с целью определения формы и размеров Земли для изображения ее в виде карт, планов и профилей (линейные, угловые и высотные измерения).

В задачи геодезии входит изучение и разработка:

ü  Геодезических инструментов и методов измерений;

ü  Методов вычислительной обработки результатов измерений;

ü  Методов графических построений в виде карт, планов, профилей;

ü  Использования документации для решения задач.

Геодезия – обширная научная дисциплина. Опирается на математику, физику, географию, геологию, астрономию и ряд других наук.

По мере своего развития геодезия подразделилась на ряд дисциплин: высшая геодезия (фигуры и размеры земли, определяет координаты в единой системе); топография (изучает способы детальных измерений на поверхности земли); аэрофототопография (топографические работы выполняются с использованием воздушных и наземных снимков); маркшейдерское дело (геодезия под землей); космическая геодезия (в космосе); подводная геодезия (под водой); картография (изучает методы составления и использования карт); инженерная геодезия (комплекс геодезических работ, связанных с изысканиями, проектированием, строительством, эксплуатацией инженерных сооружений).

При эксплуатации ж.д. широко используют планы и профили. Выпускник УПП должен уметь их читать. В связи с увеличением скоростей движения путь должен быть в безупречном состоянии, как в плане, так и в профиле. Следовательно, возрастает роль геодезического контроля за состоянием пути. Планы и профили составляются при текущем, среднем и капитальном ремонтах пути; 2 раза в год выполняется съемка ж.д. кривых. Съемки выполняют также при лечении земл. п., определении осадков и деформации сортировочных горок.

Специалист-управленец должен решать вопросы, связанные с паспортизацией ж.д. пути.

2.Основные сведения о форме и размерах Земли.

Для правильного изображения точек земной пов-ти на бумаге, необходимо знать форму и размеры земли. Для этого изучают следующие задачи:

а) Устанавливают тип математической пов-ти земли;

б) Изучают отступления физической пов-ти земли от математической.

Если бы Земля была неподвижным однородным телом и подвержена только силам внутреннего тяготения, то она бы имела форму шара. Но Земля вращается вокруг оси с постоянной скоростью и, под действием центробежной силы, приобрела форму, сплюснутую по направлению полюсов.

Если учитывать только эти силы, то форма Земли представляла бы собой земной сфероид.

Физическая пов-ть Земли представляет собой сложную форму, представляющую сфероид лишь в целом. 71% воды, 29% суши. Физическая поверхность Земли имеет возвышения и углубления.

2а.  Уровенная поверхность.

Вода занимает примерно ¾ всей пов-ти Земли, то поэтому вводят понятие уровенной поверхности (УП). Она образуется под действием силы тяжести, которая, в свою очередь, совпадает с перпендикуляром в каждой точке. УП перпендикулярна к отвесной линии, проведенной через каждую точку. Отвесная линия совпадает с направлением силы тяжести. Т.к. сила тяжести изменяется в земной коре из-за неравномерно расположенных масс, то УП Земли становится сложной и неправильной в геометрическом отношении. Уровенных поверхностей можно провести бесчисленное множество и все они будут опоясывать Землю, не пересекаясь друг с другом.

Есть понятие основной уровенной поверхности (ОУП). ОУП – это пов-ть Мирового океана, находящегося в спокойном состоянии и продолженная под материками. Тело, ограниченное этой поверхностью называется геоидом. В РФ за ОУП принимают уровень Балтийского моря, который проходит через начальную точку отсчета Кронштадтского футштока (нуль).

Уклонение отвесной линии дает 2 системы координат: геодезическую и астрономическую.

И  физическая поверхность Земли и геодезическая ввиду их сложности не выражаются математическими уравнениями. Сравнительно простым уравнением к геоиду подходит сжатый эллипсоид (тело, образованное вращением эллипса вокруг малой оси, когда центр эллипсоида совмещается с центром земли).

Эллипсоид, таким образом, ориентированный в теле земли и с определенными размерами называется референц-эллипсоид. Впервые размеры эллипсоида дал в 1940 году геодезист Красовский. a – большая полуось (6378245 м); b – малая полуось (6356863 м). Полярное сжатие        a-b/b ≈ 1/300.

Отклонение поверхности эллипсоида от уровенной поверхности геоида не превышает 100-150 м. Таким образом, геодезические измерения, выполненные на поверхности Земли, переносят на референц-эллипсоид, а затем на планы и карты.

В некоторых случаях геодезические измерения ввиду малого полярного сжатия заменяют шаром. Радиус шара – 6371 км.

3. Системы координат, применяемые в геодезии. Суть системы Гаусса-Крюгера.

Чтобы определить положение точки надо определить ее координаты (угловые и линейные величины, определяющие положение точки на поверхности Земли или в пространстве).

Геодезические и астрономические координаты обобщенно называют географическими координатами. Они определяются меридианами, параллелями и координатными линиями.

Линия пересечения земной поверхности с плоскостью, проходящей через ось вращения, называется меридиан. Он задается географической долготой,  а параллель – географической широтой.

Широта – угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора.

Долгота – двугранный угол между плоскостями географического меридиана данной точки и начальным меридианом.

Географические координаты применяют при составлении мелкомасштабных карт. Связано это с громоздким вычислением. Поэтому установили связь между географическими и прямоугольными координатами, т.е. переход с эллипса на плоскость, учитывая искажения.

Переход с географической на прямоугольную систему удовлетворяется требованием равноугольной поперечно-цилиндрической проекцией Гаусса-Крюгера.

1. Поверхность земной сферы разбивают на меридианы.

Разрезав цилиндр по образующей А₁В₁, развернув боковую поверхность в плоскость, получили изображение земной поверхности на плоскости в виде отдельных зон, соприкасающихся в одной точке по экватору.

Ширина зоны в РФ зависит от масштаба карты. Чем меньше масштаб – 6^о шир. зоны, при крупном масштабе – 12^о. Счет зон ведется с запада на восток от гринвичского меридиана.

2. В каждой зоне задается своя прямоугольная система координат, где ось х – осевой меридиан, а ось у – экватор.

3. для изображения эллипсоида при двойной кривизне на плоскости неизбежно искажение. Поэтому при крупном масштабе искажения учитывают или применяют частную систему координат.

4. Территория РФ расположена к северу от экватора. Поэтому, абсциссы всегда положительны, а чтобы исключить отрицательных координат, началу отсчета от осевого меридиана придают не нулевое значение, а 500 км.

При съемках небольших участков применяют местную систему координат (прямоугольных), уровенная поверхность принимается за горизонтальную плоскость. Ось х направляет на север. Часто в строительстве ось х направляют по линии главных осей объекта.

4. Масштабы.

Масштаб – отношение отрезка на плане к соответствующему горизонтальному проложению на местности (показывает, сколько в 1 см плана метров на местности).

План – уменьшенное изображение на бумаге небольших участков горизонтальных проложений местности.

Карта – уменьшенное изображение значительных участков местности с учетом кривизны земли.

Где m – знаменатель масштаба – число, показывающее во сколько раз расстояние уменьшено при нанесении его на план