Навчальні питання:
1. Види робіт зі створення топографічних карт.
2. Класифікація зйомок. Поняття про відновлення карт.
3. Методи і види знімання місцевості.
4. Створення робочої основи знімання.
1. Види робіт зі створення топографічних карт
Топографічні зйомки як комплекс робіт, необхідних для створення топографічних карт і планів, виконуються по єдиних вимогах до повноти, ступеню подробиці, точності відображуваних на карті відомостей, способам зображення елементів місцевості й ін.
У процесі створення карт виконують різні роботи, які умовно можна розділити на кілька груп (видів).
До першої групи ставляться роботи з географічного вивчення місцевості з використанням раніше виданих карт, літературних джерел, інших матеріалів. Закінчується таке вивчення місцевості (камеральне) польовим обстеженням, у результаті якого уточнюються попередні відомості, збираються додаткові дані. На підставі цієї роботи складаються редакційні вказівки, спрямовані на забезпечення вірогідності й повноти змісту карт, що визначаютьвідповідно до обраного масштабу зйомки правила зображення на карті особливостей території та генералізації окремих її елементів. Вказівки сприяють досягненню наочності й виразності карти, однаковості в показі однорідних, але територіально роз’єднаних елементів місцевості.
Друга група робіт включає підготовку знімальної мережі (геодезичного обґрунтування у вигляді планових і висотних мереж). Густота точок такої мережі на місцевості залежить від масштабу й способів зйомки, характеру місцевості.
Третя група - безпосередньо знімальні роботи, необхідні для одержання карти або плану. Зйомка включає визначення планових координат елементів ситуації, їхніх обрисів і планових та висотних координат характернихточок і ліній рельєфу. Для цього в процесі зйомки необхідно одержати значення горизонтальних проложень ліній місцевості, горизонтальних кутів між прямолінійними елементами, що утворюють контури об’єктів або визначаютьнапрямок ліній щодо сторін світу (їхнє орієнтування), а також вертикальних кутів (кутів нахилу місцевості), від величини яких залежить перевищення між окремими точками місцевості. Горизонтальні проложення й перевищення можуть бути отримані:
- на підставі розрахунків, якщо на місцевості вимірялися дійсні відстані й кути нахилу;
- безпосередньо в процесі знімальних робіт при використанні номограмних геодезичних приладів.
Четверта група включає роботи із зображення на папері (планшеті) результатів знімальних робіт, тобто роботи зі створення картографічного зображення місцевості (карти або плану).
Конкретний зміст і послідовність виконання окремих видів робіт залежать від прийнятого способу зйомки. Перераховані види робіт супроводжуються додатковими (допоміжними) видами: заповненням різної документації,веденням польових журналів, обчислювальними роботами, складанням схем і проведенням інших робіт, зміст і обсяг яких також, визначається способом і технологічною схемою одержання карт.
Як і створення геодезичної мережі, зйомки великих територій здійснюються за принципом «від загального до часткового». Загальним є мережа опорних пунктів, зв’язаних єдиною системою координат, а частковим – знімальні роботи, у процесі яких визначається положення елементів місцевості відносно опорних пунктів. Другий принцип проведення зйомки - контроль правильності робіт на всіх стадіях (знімальних, обчислювальних і ін.).
Безпосередньо за допомогою топографічної зйомки створюються великомасштабні топографічні карти (1:25 000 і крупніше). У процесі зйомки одержують знімальний оригінал карти. Топографічні карти масштабу 1:50 000 і дрібніше створюються камеральними методами, при яких картографічне зображення місцевості одержують на підставі приведення до заданого масштабу великомасштабних карт і генералізації показаних на них елементів місцевості. Результатом такої роботи є складальний оригінал карти. Розробкою камеральних методів створення карт, у тому числі топографічних, займається картографія. Знімальні й складальні оригінали карт - вихідний матеріал для їхнього видання.
2. Класифікація зйомок. Поняття про відновлення карт
Топографічні зйомки виконуються різними приладами із застосуванням різних матеріалів реєстрації одержуваних вихідних даних. Традиційно зйомки діляться, насамперед, залежно від місця знаходження знімальногообладнання в процесі зйомки на наземні й повітряні із застосуванням фотографічних приладів (аерофототопографічна зйомка). Однак становлення й розвиток наземної зйомки з використанням фотографій місцевості дає підставу класифікувати зйомки на топографічні й фототопографічні з подальшим підрозділом їх на наземні й повітряні. Зйомки можуть бути також розділені на зйомки суши й зйомки шельфу.
Найбільше часто зйомки класифікують залежно від застосовуваних приладів. Зйомка проводиться в повному обсязі, коли виконуються всі передбачені види робіт, або по скороченій програмі, пов’язаної з так званимвідновленням карт.
Відновлення карт - процес, у результаті якого зміст карти приводиться у відповідність із сучасним станом місцевості. Необхідність відновлення пов’язана з тими змінами місцевості, які постійно виникають під впливом діяльності людини й природних факторів (зміна політико-адміністративних меж, поява нових або розширення існуючих населених пунктів, промислових підприємств, створення нових гідротехнічних споруд, оранка значних ділянокземель, зміна русел рік і берегової лінії водойм, площі лісових масивів і ін.). Невідповідність виданих карт сучасному стану місцевості викликає утруднення в їхньому застосуванні для рішення господарських, інженерних і науково-технічних завдань.
Практика показує, що змінам піддаються в основному елементи ситуації, рельєф змінюється рідко й на невеликих ділянках. Тому в більшості випадків на картах обновляється тільки ситуація, убираються зниклі й вносяться нові об’єкти. Відновлення проводиться, як правило, з використанням матеріалів аерофотознімання, наближених за часом до моменту відновлення карт.
Види й способи топографічної зйомки місцевості
Види топографічної зйомки визначаються залежно від застосовуваних приладів. У теперішній час у практиці географічних досліджень застосовуються тахеометрична зйомка, виконувана за допомогою тахеометрів, і мензульна зйомка, проведена за допомогою мензули й кіпрегеля (мензульного комплекту). В окремих випадках використовується бусольна зйомка, основним геодезичним приладом при якій є бусоль, і окомірна зйомка. Основу останньої становлять визначення довжин ліній на місцевості «на око». На місцевості зі слабко вираженим рельєфом знаходить застосування нівелювання поверхні (методом геометричного нівелювання).
3. Методи і види знімання місцевості
Наземні топографічні знімання ділянок місцевості залежно від призначення, тобто від того, яку кінцеву продукцію треба одержати (план, топографічний план, профіль), поділяють на горизонтальні (планові), вертикальні(нівелювання) та висотно-планові, чи сумісні.
Горизонтальне знімання, залежно від методу вимірювання горизонтальних кутів (азимутів і румбів), поділяють на кутовимірювальне і кутоначертальне.
Під час кутовимірювального знімання ситуації напрям на предмет, що знімається, зі станції вимірюють у градусах й мінутах від напряму північного кінця магнітного меридіана до лінії візування за допомогою горизонтального лімба компаса чи бусолі.
Складаючи план за результатом кутовимірювального знімання, точку, з якої знімали, позначають як станцію. Через неї проводять магнітний меридіан, від північного кінця якого транспортиром відкладають виміряний азимут і проводять лінію візування на об’єкт.
При кутоначертальному зніманні об’єкта над станцією встановлюють планшет (майбутній план), який орієнтують за напрямом магнітного меридіана. Із станції 1, позначеної на планшеті точкою, за допомогою візирної лінійки, проводять олівцем лінію візування на предмет, що знімається (окреме дерево, наприклад).
В обох випадках лінія візування на предмет та сама, але метод її нанесення на план (планшет) різний. У першому випадку лінію візування проводять на плані за допомогою транспортира, у другому - безпосередньо в полі креслять на плані. Місце дерева на плані знаходять, відкладаючи на проведеній лінії візування виміряну відстань від станції до дерева у заданому масштабі.
Залежно від інструмента, яким знімають, кутовимірювальне знімання поділяють на види: екерне, бусольне (компасне) і теодолітне, а кутоначертальне - на окомірне та мензульне.
Вертикальне знімання (нівелювання) здійснюють для визначення висоти місцевості, для висотних характеристик об’єктів ситуації, розташованих на фізичній чи топографічній поверхні, і для зображення рельєфу горизонталями.
Існують такі висотні характеристики:
- абсолютна (дійсна) висота, або відмітка;
- умовна висота;
- відносна висота (перевищення);
- власна висота.
Абсолютна (дійсна) висота - це висота точки, яку в Україні визначають від нуля Кронштадтського футштока, тобто від рівня моря. Позначають її - Н.
Зображена на плані чи карті, висотна характеристика точки, наприклад 325,6 - це відмітка цієї точки у метрах.
Якщо з будь-яких причин немає змоги чи потреби відлічувати висоту від рівня моря, її визначають від умовної поверхні, тобто від точки на місцевості, позначеної на земній поверхні і зручної для відлічування висоти. Висота (відмітка) точки, визначена від умовної поверхні, називається умовною висотою, або умовною відміткою.
Відносна висота (перевищення) - це висота точки, визначена відносно іншої точки, тобто точки, на якій встановлено топографічний прилад. Так, на рис. 15.1, висота станції 2 відносно станції 1 дорівнює + h2, - перевищення (додатне). Якщо нівелюють з точки 3 на точку 4, то перевищення точки 4 відносно 3 буде від’ємним (- h4).
Рис. 15.1 - Визначення перевищень точок
Якщо абсолютна висота точки А = HА, то абсолютна висота точки В
НВ = HА + (+h) (15.1)
Звідки
НА = НВ + (- h) (15.2)
З цих формул можна зробити висновок, що перевищення - це різниця відміток двох точок, тобто відносна висота точки.
Якщо взята на земній поверхні перша точка має перевищення відносно другої, то й ця друга точка відносно першої має перевищення в метрах і сантиметрах, що дорівнює тій самій абсолютній величині, тільки з протилежним знаком. Це саме правило дійсне і для умовної висоти, тобто
НВ ум. = НА ум. + (±h) (15.3)
У практиці вимірювань перевищень і висот барометром-анероїдом (барометричне нівелювання) виміряну висоту називають альтитудою.
Вертикальне знімання (нівелювання) залежно від методу визначення відносних висот (перевищення однієї точки відносно другої) буває геометричним, тригонометричним, барометричним та ін.
Висотно-планове (сумісне) знімання, залежно від застосовуваного під час знімання головного інструмента, поділяють на тахометричне (швидке) і мензуальне (топографічне).
При цих видах знімання одночасно знімають ситуацію і рельєф, тобто контурні й пікетні точки. Як правило, серед них вибирають такі, щоб вони були одночасно і контурними, і пікетними, тобто забезпечували знімання планове й висотне, результатом якого є топографічний план із зображенням ситуації і рельєфу. Крім того, інколи, при потребі мати топографічний план місцевості чи маршруту, окомірне знімання поєднують з барометричним нівелюванням.
За допомогою усіх видів знімання можна знімати ділянку (площу) або маршрут (трасу).
4. Створення робочої основи знімання
Під час планових знімань, положення кожної (характерної) точки визначається двома координатами: напрямом (азимутом) і відстанню. У результаті знімання на контурному плані зображується тільки ситуація (без рельєфу).
Під час топографічного знімання положення кожної точки, яку знімають, визначається трьома координатами: напрямом, відстанню і висотою. У результаті на топографічному плані зображуються ситуація і рельєф (горизонталями).
Знімаючи ситуацію, визначають місце положення окремих точок (дерева, колодязя, рогу будинку, стовпа тощо), відносно одна одної і потім розташовують їх на плані у заданому масштабі точно так, як вони знаходяться на місцевості. Для цього, до початку знімання, встановлюють закріплені точки, місцеположення яких відоме. З таких точок-станцій топографічним інструментом (компасом, бусоллю, мензулою, нівеліром, екліметром) знімають ситуацію, яка прилягає до кожної з них. Утворюється полігон, що становить робочу основу (ніби каркас майбутнього плану).
Отже, положення кожної точки ситуації і рельєфу визначають відносно найближчої станції чи сторони полігона (лінії між двома станціями).
На рис. 15.2 а, зображена ділянка місцевості протяжністю із заходу на схід приблизно 400 м і з півночі на південь - 250 м. Як видно з рисунка, зняти ситуацію на всій ділянці з однієї станції неможливо. Тому її знімають частинами. На місцевості вибирають кілька станцій, на яких встановлюватиметься топографічні прилади і закріплюють їх кілочками (на рис. 15.2 а їх шість).
Щоб усі шість станцій утворили робочу основу знімання, треба визначити положення кожної окремої станції відносно решти п’яти. Для цього встановлюють компас (рис. 15.2 б) на першій станції, вимірюють магнітний азимут напряму на станцію 2, тобто магнітний азимут першої сторони полігона А1 і відстань між станціями 1 і 2. Виконуючи ці вимірювання послідовно з усіх шести станцій, визначають положення (місце) кожної станції відносно решти. За допомогою транспортира і лінійки, у заданому масштабі, креслять полігон, знаходять місце кожної станції на аркуші креслярського паперу - майбутньому плані.
Створюючи робочу основу, можна замість магнітних азимутів сторін полігона виміряти внутрішні кути (b1, b2, b3 і т. д, рис. 15.2 б), утворені передньою та задньою сторонами полігона, а також виміряти відстань між станціями. У цьому разі полігон креслять за допомогою транспортира й лінійки за внутрішніми кутами і довжинами сторін. Для орієнтування полігона на плані слід обов'язково виміряти азимут першої його сторони. При накладанні робочої основи (кресленні полігона) на план, станція 1 позначається на папері в такому місці, щоб план не «зійшов» з нього і розмістився б посередині аркуша.
б)
Рис. 15.2 - Порядок знімання ситуації на ділянці місцевості
З кожної станції знімають видиму частину ділянки, що прилягає до неї. Наприклад, із станції 1 можна зняти контур західного і східного берегів р. Сули, окреме дерево і решту ситуації та рельєф. Із станції 2 знімають контур берегів річки, які прилягають до станції, північно-західну межу ділянки, північно-західний ріг саду та інші об’єкти і рельєф. Таким чином, робоча основа з станцій та сторін (ліній між станціями), створена на ділянці до початку знімання, забезпечує послідовне знімання ситуації та рельєфу на площі всієї ділянки місцевості. Це основне призначення робочої основи знімання.
Друге її призначення - забезпечити нанесення знятих характерних точок ситуації та рельєфу на аркуш креслярського паперу, на основі чого креслять план ділянки. Це роблять так: на план (аркуш паперу) спочатку наносять (креслять) робочу основу з шести станцій (у нашому прикладі) у вигляді замкнутого полігона, який має шість сторін. Потім з кожної станції, за допомогою транспортира, відкладають напрям (азимут) на зняту точку і відстань від неї (у заданому масштабі).
Наприклад, щоб одержати на плані місце окремого дерева (рис. 15.2 а), зі станції 1 наносять олівцем азимут напряму на дерево у вигляді лінії візування і відкладають на ній у масштабі відстань від станції до дерева. Утворена точка - це місце дерева, розташоване на плані відносно інших характерних точок ситуації точно так, як і на місцевості.
Коли знімають тільки ситуацію, планова робоча основа створюється у вигляді замкнутого чи розімкнутого полігона.
При зніманні висотно-плановому (топографічному), для визначення третьої координати (дійсної висоти) окремого дерева, розташованого на місцевості між станціями 1 і 2, треба, за допомогою екліметра, зі станції 1 виміряти кут нахилу місцевості та відстань до дерева і обчислити перевищення - висоту дерева відносно станції. Абсолютна висота дерева дорівнюватиме алгебраїчній сумі абсолютної висоти (відмітки) станції 1 і перевищення, тобто
Ндер = Н1 + (±h)
Таким чином, щоб визначити абсолютну висоту окремого дерева, треба знати абсолютну висоту станції, з якої ведуть знімання (у нашому прикладі станції 1).
Якщо із станції 3 під час знімання рельєфу визначати дійсну висоту пікетної точки 305, треба, крім напряму на цю точку і відстані до неї, виміряти кут нахилу, а потім обчислити перевищення, яке буде в цьому разі від’ємним. Дійсна висота (відмітка) точки 305 дорівнює
Н305 = Н3 + (-h)
Отже, для знімання рельєфу слід визначити абсолютні чи умовні висоти (відмітки) усіх станцій робочої основи (вершин полігона). Як видно з рис. 15.1, висота передньої станції дорівнює алгебраїчній сумі висоти задньої станції і перевищення передньої станції відносно задньої. Щоб визначити абсолютні чи відносні висоти всіх станцій, тобто створити висотну робочу основу, треба знати висоту однієї станції, яку визначають за картою чи за іншими джерелами. За початок умовної висоти можна взяти станцію 1.
Робоча основа може складатися з однієї, двох, трьох і більшої кількості станцій залежно від розміру й особливостей ситуації та рельєфу ділянки місцевості. Наприклад, на рис. 15.3 а, б, в, зображено двір прямокутної форми, обнесений парканом. Посередині двору - будівля Г-подібної форми та окреме дерево. Таку ситуацію (рис. 15.3 а) можна зняти компасом чи бусоллю з однієї станції, розміщеної посередині двору, тому що звідси добре видно всі характерні точки й вони доступні.
Рис. 15.3 - Створення робочої основи знімання
Якщо будівля прилягає до середини північної частини паркана (рис. 15.3 б), робоча основа має складатися з двох станцій, оскільки північно-західну частину двору не видно з його середини (закрита будівлею). Коли ж будівля стоїть посередині двору (рис. 15.3 в), робоча основа має складатися з чотирьох станцій, які становлять замкнутий полігон, тому що по-іншому неможливо зняти ситуацію навколо будівлі.
Робочу основу на ділянці у вигляді компасного, бусольного чи мензульного ходу можна прокласти:
- по межі ділянки, якщо її добре видно і зручно знімати;
- посередині ділянки, що скорочує довжину полігона, зменшує кількість станцій і прискорює польові роботи;
- за межами ділянки, якщо її територія недоступна для знімання, наприклад, ставок із заболоченим берегом;
- комбіновано, застосовуючи три перших методи.
Вибираючи на ділянці місце для станції, слід додержуватися таких правил:
- станцію розташовувати на підвищеному місці, щоб було видно передню і задню станції;
- станцію розміщувати на рівній ділянці. Навколо кілочка вирвати високу траву, щоб із сусідньої станції було добре видно основу віхи, встановленої поряд з кілочком, яким позначена станція. Поряд із станцією не повинно бути високих дерев, стін та інших перешкод, обмежуючих видимість і таких, що можуть заважати зніманню ситуації. Якщо є потреба, розчистити і провішити лінії робочого ходу (сторони полігона);
- закріплюючи місце станції кілочком, на його торцевій частині позначати центр, тобто станцію (олівцем накреслити хрестик або забити цвях, шляпка якого і є станцією);
- щоб станцію було видно здалеку, біля неї ставлять віху, впритул з кілочком, за ним або попереду нього у напрямі візування;
- робочу основу (полігон) прокладати на ділянці за ходом годинникової стрілки.
РОЗДІЛ 7. ВИДИ ЗЙОМОК
7. 1. Види зйомок
Зйомки виконують різними приладами із застосуванням різних матеріалів для реєстрації одержаних вихідних даних. Традиційно зйомки поділяють, перш за все, залежно відмісця знаходження знімального обладнання під час зйомок на наземні та повітряні з використанням фотографічних приладів (аерофототопографічна зйомка). Однак становлення й розвиток наземного знімання із застосуванням фотографій місцевості дає підставу класифікувати зйомки на топографічні та фототопографічні з подальшим поділом на наземні та повітряні. Можна також виділити зйомки суші і зйомки шельфу.
Найчастіше зйомки класифікують за приладами, які застосовують під час їх виконання. У практиці геодезичних досліджень поширені такі види зйомок: теодолітна, що виконується за допомогою теодолітів, тахеометрична, яку виконують за допомогою тахеометрів і мензульна, яку здійснюють за допомогою мензульного комплекту. В окремих випадках використовують бусольну зйомку, при якій основним геодезичним приладом є бусоль, та окомірну зйомку, суть якої становить визначення відстаней на місцевості “на око”. На місцевості з нечітко вираженими формами рельєфу застосовують нівелювання поверхні.
Наземні топографічні зйомки потребують значних затрат часу і зусиль на безпосередні вимірювання на місцевості, тому їх проводять лише тоді, коли інші види зйомок недоцільні з економічних міркувань (мала площа ділянок, ділянки у вигляді вузької смуги тощо). Разом з тим мензульна і тахеометрична зйомки – дійовий метод навчання розумінню карти, зв'язків графічного зображення з реальними об’єктами.
Тепер основним видом знімання є аерофототопографічна зйомка, застосування якої дуже скорочує обсяг польових робіт і підвищує продуктивність праці.
Розрізняють також горизонтальну, вертикальну та топографічну зйомку.
Горизонтальна зйомка. Суть горизонтальної зйомки полягає у вимірюванні горизонтальних кутів за допомогою кутомірних приладів – теодолітів. Тому таку зйомку ще називають теодолітною зйомкою. За результатами теодолітного знімання будують контурний план місцевості, на якому зображують контури (горизонтальні проекції обрисів) населених пунктів, річок, озер, лісів, полів, доріг і інших об’єктів і ситуації.
Контурний план не відображає рельєфу, висотних позначень точок, тому є плоским зображенням місцевості, а теодолітне знімання – плановим, тобто таким, що не визначає висотного положення точок, які знімають.
Теодолітне знімання виконують з метою отримання плану місцевості у великому масштабі (1:2000 – 1:10 000) для складання проектів будівництва інженерних споруд, будівель, автомобільних доріг тощо.
Під час теодолітного знімання виконують такі види робіт:
1) Рекогносціювання місцевості, вибір місць закладання і закріплення вершин теодолітного полігона.
2) Вимірювання довжин ліній полігона.
3) Вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів на точках полігона.
4) Прив’язка полігона до опорних пунктів державної або місцевої геодезичної мережі.
5) Знімання ситуації місцевості.
6) Камеральні роботи – опрацювання лінійних і кутових вимірів, обчислення координат точок, побудова плану.
Вертикальна зйомка. Суть вертикальної зйомки полягає у визначенні висот точок місцевості шляхом нівелювання. Нівелюванням називають визначення перевищень між окремими точками земної поверхні з наступним обчисленням їх висот. Якщо висоти точок обчислено відносно основної рівневої поверхні, їх називають абсолютними висотами, позначками, альтитудами. Якщо їх обчислено відносно будь-якої іншої, умовно взятої поверхні, їх називають умовними.
Топографічна зйомка. Топографічна зйомка поділяється на тахеометричну, мензульну, бусольну, окомірну, фототопографічну (наземну і повітряну).
Тахеометрична зйомка – один з видів великомасштабної топографічної зйомки, що виконується за допомогою тахеометрів. Слово “тахеометрія” у перекладі з грецької означає “швидке вимірювання”. Швидкість тахеометричної зйомки досягається тим, що при одному наведенні геодезичного приладу на знімальний пікет одержують дані, необхідні для визначення як планового, так і висотного його положення.
Цей вид зйомки має ряд переваг перед іншими видами наземних зйомок, якщо польові роботи необхідно виконати за короткий час або нема сприятливої погоди для виконання зйомки іншими методами. Недолік тахеометричної зйомки в тому, що при складанні карт у камеральних умовах виконавець не бачить місцевість, внаслідок чого можливе упущення окремих деталей місцевості та пов’язані з цим деякі спотворення в її зображенні.
Мензульна зйомка – один з видів топографічної зйомки, при якій за допомогою оптико-механічного приладу кіпрегеля та мензули безпосередньо на знімальній ділянці створюється топографічний план або карта місцевості. Під час мензульної зйомки горизонтальні кути не вимірюють приладом, а одержують шляхом графічних побудов на знімальному планшеті, який закріплений на мензульній дошці, тому мензульну зйомку називають також кутонарисною (графічною). Мензульна зйомка проводиться в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 та 1:500 у разі відсутності матеріалів аерофотозйомки або коли застосовувати її економічно невигідно.
У тому, що план будується безпосередньо на місцевості, основна перевага мензульної зйомки. Такий спосіб зйомки дає змогу порівнювати картографічне зображення з натурою, більш точно проводити горизонталі, вилучити більшість камеральних обчислювальних робіт. Недоліками мензульної зйомки є залежність її від погоди, низька продуктивність праці, громіздке знімальне устаткування.
Мензульна зйомка може бути виконана за такою схемою: підготовчі роботи; згущення геодезичної основи прокладення теодолітних ходів з вирахуванням координат його точок; підготовка знімального планшета (сюди входять побудова координатної сітки і нанесення точок геодезичної основи з відомими координатами; згущення знімальної основи створенням геометричної сітки, прокладенням мензульних ходів тощо; проведення зйомки з одночасним кресленням плану місцевості; остаточне оформлення плану.
Аеротопографічна зйомка. Фототопографія – дисципліна, яка вивчає способи створення топографічних карт і планів за матеріалами фотографічної зйомки місцевості. Фотографування може бути виконане з літака або іншого літального апарата, а також з високих точок земної поверхні. Залежно від того, як зроблено фотознімки місцевості, виділяють два види фототопографічної зйомки: аерофототопографічну і наземну фототопографічну, або фототеодолітну.
Для перетворення знімка в топографічну карту чи план крім фотографування місцевості потрібно провести у певному обсязі польові топографо-геодезичні і камеральні фотограмметричні роботи. Останні пов’язані з визначенням за фотознімками виду, форми і положення об’єктів місцевості тощо, внаслідок чого значно скорочуються польові роботи.
Аерофототопографічна зйомка – це основна державна зйомка, яку виконує топографо-геодезична служба. Широко застосовують її також під час географічних та гідрографічних досліджень, у геології, при земле- та лісовпорядних роботах, у будівництві. На відміну від тахеометричної, мензульної та наземної фототопографічної зйомокаерофототопографічна значно скорочує витрати часу і коштів на складання топографічних карт і планів. Це відбувається насамперед за рахунок того, що фотозйомка дає змогу одержати одномоментні зображення значної за розміром ділянки місцевості у вигляді аерофотознімка, а під час наземної традиційної зйомки на це потрібно значно більше часу, тому що зображення місцевості створюється поступово, від точки до точки. Крім того, більшість робіт для створення топографічної карти виконується за допомогою технічних засобів у камеральних умовах.
Наземну фототопографічну зйомку застосовують для картографування невеликих, головним чином гірських, територій, які на наземних фотознімках зображаютьсякраще, ніж на аерознімках. Її використовують також для вивчення руху льодовиків, зсувів, під час зйомки кар’єрів та для розв’язання ряду інженерних завдань. У деяких випадках її комбінують з аерофототопографічною зйомкою.
Аерофотозйомка полягає у фотографуванні земної поверхні з літака за чітко розробленими технічними умовами. Її здійснюють спеціальними топографічними аерофотоапаратами (АФА), робота яких повністю автоматизована, тобто експонування (відкриття та закриття затвора АФА), перемотування плівки для нового кадру, вирівнювання плівки у площину здійснюється без втручання людини. В результаті багаторазового повторення циклу утворюється аерофільм у вигляді ряду суміжних знімків.
7.2. Наземно-космічні знімання
Застосування спеціального комплексу космічних і наземних технічних засобів, сучасного програмного забезпечення і технологій дає змогу розв’язати широке коло геодезичних та інженерних задач при виконанні топографічних знімань місцевості; вишукуваннях, проектуванні та зведенні
Історія розвитку супутникових систем навігації починається с запуском 4 жовтня 1957 року першого штучного супутника Землі. Для визначення параметрів руху супутника з пункту з відомими координатами виконувалися вимірювання доплерівського зсуву частоти. Було очевидним, що при відомих параметрах руху аналогічні вимірювання дозволяли б визначити невідомі координати пункту спостереження. Розвитком цієї ідеї стали радіонавігаційні супутникові системи першого покоління: Цикада(Циклон) в СРСР та Transit в США.
|
|
В таких системах визначення координат виконувалось по одному супутнику на основі спостереження напротязі 5-6 хвилиндоплерівського зсуву частоти. Цей метод дозволяв визначити дві координати об'єкта з точністю близько 100 метрів. Але крім невисокої точності місцевизначення він мав і ряд інших недоліків, наприклад, вимагав незалежного визначення швидкості руху об'єкта. Ще один суттєвий недолік – висототочне визначення координат було можливе лише для нерухомих об’єктів та тих, що рухалися достатньо повільно. Тому такі системи були прийнятними лише для навігації флоту.
Американська супутникова система першого покоління - Transit для навігаційного забезпечення підводних човнів була створена у 1964 році. А у 1967 році вона була відкрита і для цивільного використання.
|
|
У 1967 році відбувся запуск першого радянського навігаційного супутника "Космос-192" навігаційної ситемивійськово морського флоту "Циклон". У 1976 році цю систему було прийнято на озброєння. А у 1979 році створено її цивільний аналог - супутникову систему "Циклон". Система "Циклон" згодом була доповнена комплексом обладнання "Коспас-Сарсат" для пошуку суден, що потерпають лиха. Ця система і досі продовжує функціонувати: навігаційним обладнанням задатним визначати положення судна за супутниками "Циклон" обладнані як цивільні суда, так і кораблі ВМФ.
Завдяки розробці у 1960 році високоточних атомних годинників став можливий новий спосіб визначення координат. Застосування таких годинників на супутниках давало змогу перетворити орбітальне угруповання в мережу синхронізованих передавачів кодових сигналів. А координати приймача визначати шляхом вимірювання затримок сигналів на шляху від супутника до точки вимірювання. 31 травня 1967 року на орбіту було виведено американський супутник TIMATION-I а 30 вересня 1969 року - супутник TIMATION-II, що реалізували кодовий спосіб місцевизначення.
|
|
У 1964 році в США починаються дослідження щодо застосування в інтересах місцевизначенняширокополосних сигналів, модульованих псевдовипадковими шумами. А у 1973 році різні американські програми досліджень в галузі супутникової навігації поєднуються в одну програму - "Навігаційну технологічну програму". В рамках цієї програми 14 липня 1974 року було виведено на орбіту супутник NTS-1, обладнаний кварцевим та рубідієвим еталонами частоти. Потім апарати NTS-2 та NTS-3 з цезієвими та водородними еталонами. В подальшому ця програма отримує назву NAVSTAR. С запуском у 1978 році перших чотирьох супутників типу Block-I починається її практична реалізація системи NAVSTAR-GPS. Розгортання системи до штатного складу завершилося у 1995 році. У квітні 2000 року система була повністю відкрита для комерційного використання.
У жовтні 1982 року на орбіту було виведено навігаційний супутник Космос-1413 нової радянської навігаційної системи ГЛОНАСС. А у 1995 році орбітальне угруповання ГЛОНАСС було доведено до штатного складу – 24 супутника. З часом внаслідок занепаду космічної галузі в Росії частина супутників системи вийшла з ладу. Але в останні роки приймаються активні зусилля з доведення угруповання супутників ГЛОНАСС до штатного стану та розвитку сегменту користувачів.
|
|
GPS та ГЛОНАСС – це системи другого покоління. Визначення положення приймача в них можна розглядати як вирішення просторової лінійної засічки: визначення відстаней від пункту (приймача) з невідомими координатами до кількох об'єктів (супутників) з відомими координатами. Поточні координати супутників розраховуються по відомим параметрам руху. Визначення відстаней від приймача до супутників виконується шляхом спостереження кодових сигналів, а у спеціальних високоточних приймачах також і за рахунок спостереження фази несучої сигналу. Висока швидкість руху супутників дозволяє за короткий інтервал спостережень отримати великий обсяг вимірювань відстаней для різних положень кожного супутника і застосувати методи статистичної обробки для отримання максимально точного результату.
Наземно-космічні знімання виконуються в системі координат 1942 р. Сьогодні в Україні координати точок місцевості визначаються в національній системі координат УСК-2000, яка введена постановою Кабінету Міністрів України в 2005 р.
Порівняно недорогими є СР8-приймачі (рис. 7.1) ля визначення координат у картографії іГІС-технологіях із точністю до декількох метрів. Ними за допомогою методики диференційного чи відносного позиціювання можна визначати координати з сантиметровою точністю.
У диференційному методі (ДGPS) позиціювання вимірювання виконують у комплексі з базовими станціями (рис. 7.2.
Базову ДGPS- станцію встановлюють на геодезичному пункті, точці знімальної основи з точно визначеними плановими координатами X, Y та висотою Н. Таким вихідним пунктом може бути точка на відкритій місцевості (бажано на підвищенні), координати і висота якої визначені від пунктів державної геодезичної мережі.
Вимірювання в комплексі з базовою станцією виконують двома способами.
1. 
З опорної станції телеметричними каналами ведучим приймачем передають дані про похибки і сумісно з результатами супутникових вимірювань робочого приймача супутникових сигналів за спеціальним програмним забезпеченням на комп'ютерах обчислюють шукані координати точок місцевості.
2. Коли базова ДGPS- станція працює в режимі “псевдосупутника” і передає такі самі сигнали, як і супутники. Робочіприймачі отримують і обробляють сигнали базової станції за даними корекції і за програмним забезпеченням визначаютькоординати точок місцевості.
На першому пункті (рис. 7.2) вимірювання виконують протягом не менше 10 хв., на інших – від 5 до 30 с. При цьому відстань між точками не повинна перевищувати 300 м за відсутності перешкод для проходження радіосигналів від супутників. Знімання виконують у радіусі до 10 км декількома GPS- приймачами з точністю, достатньою для складаннякрупномасштабних топографічних планів і створення цифрових моделей місцевості. Перевагою наземно-космічного знімання є можливість виконання робіт за будь-яких кліматичних умов (туман, дощ, сніг, вночі тощо).
Перед початком знімальних робіт переносним GPS- приймачам присвоюють початкові значення (ініціалізацію) за допомогою контролера, вибирають одиниці вимірів і систему координат, в яких виконується топографічне знімання.
Методика польових вимірювань аналогічна методиці тахеометричного знімання. Реєчники (GPS- приймачі) встановлюють на характерних точках ситуації і рельєфу місцевості. Координати точок місцевості з дисплея контролера автоматично записують на магнітні носії інформації. У камеральних умовах в автоматизованому режимі виконується створення топографічних планів місцевості на плотерах і підготовка ЦММ. Цифрову модель місцевості використовують для автоматизації проектування інженерних споруд.
При зніманні закритої місцевості спочатку прорубують просіки та візирки і закріплюють точки знімальної планово-висотної основи. їх координати та висоти визначають GPS-приймачами так само диференціальним методом. Топографічне знімання місцевості виконують від визначених точок планово-висотної основи традиційними методами теодолітного або тахеометричного знімання та ОР8-систем, які забезпечують вимірювання під кронами дерев.
Топографічні знімання
Лекція 10.
Ми розглянули які виміри виконуються в геодезії, як оцінити кількісні та якісні характеристики вимірів. Встановлено, що для складання карт і планів земної поверхні спочатку розвивають Державні планові та висотні мережі, потім їх згущують в необхідних місцях, а для виконання наземних знімань місцевості безпосередньо до початку робіт розвивають знімальні мережі в вигляді теодолітно-нівелірних ходів.
Це дає нам змогу розглянути питання про виконання топографічних знімань для складання карти та планів земної поверхні.
Процес виконання геодезичних вимірів для складання карт і планів місцевості називається зніманням.
Якщо при зніманні визначають взаємне розміщення предметів та контурів місцевості, то його називаютьгоризонтальним абоконтурним зніманням. Знімання ситуації та рельєфу місцевості називаютьтопографічним.
Знімання виконують на основі створеної знімальної геодезичної основи. В залежності від застосування методів та приладів розрізняють такі види знімань:
Окомірне знімання. Є одним із найпростіших контурних знімань. Виконується як допоміжне при виконанні інструментального знімання, рекогносцировки місцевості, прив’язки положення геодезичних знаків до місцевих предметів і контурів, в військовій справі і т.д.
Бусольне знімання.Виконується за допомогою мірної стрічки або рулетки і бусолі. Можна отримати контурний план вищої точності ніж при окомірному зніманні.
Горизонтальне (теодолітне) знімання є однією з найбільш точних видів контурного знімання місцевості. Виконується за допомогою теодоліта, тахеометра, мірної стрічки, рулетки або оптичного віддалеміра.
Тахеометричне знімання є однією із видів топографічного знімання місцевості. Виконується для крупномасштабного знімання невеликих територій, вишукуванні інженерних споруд і т.і. Мензульне знімання. Є одним із графічних методів визначення положення предметів, контурів та характерних точок рельєфу.
Наземне фототеодолітне знімання(розділ 9, §10).Виконується фототеодолітом – це прилад, в якому поєднані теодоліт з фотокамерою.
Аерофотознімання(розділ 9, §9). З літальних апаратів за допомогою спеціальних аерофотокамер фотографують місцевість.
Космічне знімання(розділ 9, §11).Для складання карт та планів місцевості використовують космічні знімки поверхні землі, отримані з штучних супутників Землі.
Основними етапами горизонтального (теодолітного) та тахеометричного знімання, які найбільш часто використовуються при вишукуваннях інженерних споруд є:
1. Підготовчий етап. Вивчають наявність існуючих на дану територію карт та планів, пунктів геодезичних мереж. Виконується рекогносцировка місцевості. Закріплюються точки планово-висотної геодезичної основи. Складається схема ходів та їх прив’язки до вихідних пунктів геодезичних мереж.
2. Етап вимірювальних робіт. Виконуються всі необхідні польові виміри в знімальній основі та знімання предметів контурів і рельєфа місцевості.
3. Обробка результатів вимірів. Контролюють результати польових вимірів, обчислюють горизонтальні прокладання, середні кути, перевищення, виконують вирівнювання планової та висотної знімальної основи.
4. Складання плану. По даним польових вимірів ручним способом на папері або в автоматичному режимі за допомогою ПЕОМ складають план місцевості в заданому масштабі.
Ситуацію місцевості зображають в умовних знаках, а рельєф місцевості – горизонталями.
