Инженерная геодезия и геоинформатика / СЖД / 1 курс / ОО / Иванова ...

Предмет инженерной геодезии и геоинформатики

1.1   Общие сведения о геодезии

1.2   Инженерная геодезия и ее роль в строительном производстве.

1.3  Основы геоинформатики и ГИС технологий

1.4  Способ изображения земной поверхности на плоскости

1.5  Определения положения точек на земной поверхности

1.6 Системы высот, применяемые в геодезии

1.1 Общие сведения о геодезии

Геодезия – наука об измерениях на земной поверхности, выполняемых для изучения общей фигуры Земли, для составления планов и карт, для решения инженерных задач при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.

В геодезии выделяют ряд научных дисциплин:

1. высшая геодезия;

2. топография;

3. картография;

4. инженерная геодезия;

5. аэрогеодезия;

6. космическая геодезия.

Высшая геодезия - занимается определением фигуры и размеров всей Земли и значительных ее частей.

Топография - занимается измерением и изображением небольших участков   земной поверхности на планах, не учитывая кривизну Земли.

Картография - занимается изучением методов составления, издания и использования карт на больших территориях, в том числе цифровых и электронных.

Инженерная геодезия - занимается вопросами геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, при монтаже оборудования, при наблюдениях за вертикальными и горизонтальными смещениями инженерных сооружений и технологического оборудования.

Аэрогеодезия - занимается изучением методов и средств создания топографических карт и планов по материалам фотографирования Земли.

Космическая геодезия – включает в себя глобальные навигационные системы, системы космического дистанционного зондирования многоцелевого назначения, используемые для мониторинга поверхности Земли.

 

1.2 Инженерная геодезия и ее роль в строительном производстве.

Инженерная геодезия изучает геодезические методы для решения различных инженерных задач, которые возникают в процессе строительства инженерных сооружений. Инженерная геодезия является частью геодезии, базирующейся на геодезических измерениях, но также использует методы высшей и космической геодезии, топографии, аэрогеодезии. Инженерная геодезия также называется прикладной геодезией.

Основные задачи инженерной геодезии при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений:

- топографо-геодезические изыскания (получение геодезических данных при разработке проектов строительства инженерных сооружений)

- инженерно-геодезическое проектирование (обеспечение в процессе строительства геометрических форм и размеров элементов сооружения в соответствии с его проектом)

- геодезические разбивочные работы (определение на местности основных осей и границ сооружений в соответствии с проектом строительства)

- геодезические выверки и исполнительные съемки (определение отклонений геометрической формы и размеров возведенного сооружения от проектных)

- наблюдения за деформациями сооружений (изучение деформаций (смещений) земной поверхности под сооружением, самого сооружения или его частей под воздействием природных факторов.

1.3 Основы геоинформатики и ГИС технологий

Геоинформатика - это наука и технология, которая разрабатывает и использует инфраструктуру информатики для решения проблем географии, картографии, наук о земле и смежных отраслей науки и техники, таких как землеустройство. Основной метод геоинформатики – цифровое моделирование, для получения новых знаний о структуре взаимных связях, динамики и эволюции объектов и явлений.

Геоинформатика тесно взаимодействует со смежными областями науки и производства:

- геодезия

- картография

- география

- геоэкология

- дистанционное зондирование

-информатика

Геоинформатика существует в трех формах:

1.              как наука;

1                как информационная технология;

3.              как производство (информационная индустрия).

Геоинформатика как наука изучает природные и социально-экономические геосистемы посредством компьютерного моделирования и анализа на основе баз данных и географических знаний.

Геоинформатики как информационная технология - технология сбора, обработки, накопления, хранения, преобразования, анализа и отображения пространственно- координированной информации.

Геоинформатики как производства - производственная деятельность по получению и переработке пространственно-координированной информации, а также по созданию и эксплуатации геоинформационных систем и технологий.

Геоинформационные технологии (ГИС) дают возможность одновременной работы с несколькими типами данных: пространственными и атрибутивными. Пространственные данные определяет геометрическую форму и местоположение объекта, атрибутивные данные представляют собой сведения о пространственном объекте в виде числовых, символьных и логических параметров. Совмещенная атрибутивно-картографическая информация дает наглядное представление об объекте, ситуации в удобном и легком для понимания формате - электронной карте на экране персонального компьютера.

 

Рис.1 Информационная система ГИС

1.4           Способ изображения земной поверхности на плоскости

Земную поверхность изображают на плоскости в виде планов и карт, либо в виде электронных аналогов – цифровых моделей местности (ЦММ) или электронных карт (ЭК). При составлении планов и карт сферическую поверхность Земли проектируют на горизонтальную плоскость, которую невозможно изобразить без искажений.  

В геодезии используют ортогональный метод проектирования, при котором точки земной поверхности А, В, С, Д, Е (рис.1) проектируют отвесными линиями на уровенную (горизонтальную) поверхность Н, в результате чего получают горизонтальные проекции точек физической земной поверхности (a, b, c, d, е). Отрезки Аa, Bb, Cc, Dd, Ee называются высотами этих точек.

Рис. 2 Ортогональное проектирование местности

1.4           Определения положения точек на земной поверхности.

Положение точек на земной поверхности определяют с помощью координат.

Координатами называются линейные величины, определяющие положение точки на какой-либо поверхности или в пространстве относительно линий или плоскостей, принятых за начальные.

Для определения положения точек в геодезии применяют географические, плоские прямоугольные, зональные прямоугольные и полярные системы координат.

1.4.1     Географическая система координат

Географическими координатами называются угловые величины — широта и долгота, определяющие положение точек земной поверхности относительно плоскости экватора и плоскости одного из меридианов, принятого за начальный

Рис. 3 Географические координаты

1.4.1     Система плоских прямоугольных координат

Плоские прямоугольные координаты определяют в линейных величинах, положение точки на плоскости относительно двух взаимно-перпендикулярных линий, называемых осями координат. Ось (Х) совпадает с направлением меридиана – ось абсцисс, ось (У) перпендикулярна к оси Х совпадает с направлением экватора – ось ординат.

Точка О, полученная в пересечении этих осей, является началом координат.

Оси координат делят плоскость на четыре координатные четверти. Счет четвертей в геодезии ведется по ходу часовой стрелки (рис.4).

Рис. 4 Плоские прямоугольные координаты

Знаки абсцисс и ординат по четвертям приведены в таблице 1.                                                                                                                  Таблица 1.

Система прямоугольных координат выражается в линейной мере и удобна при геодезических работах на небольших территориях.

1.5.3 Зональная прямоугольная система координат

Зональная прямоугольная система координат устанавливает связь

между геодезическими и прямоугольными координатами одной и той же точки. С 1928 года принята общегосударственная система зональных прямоугольных координат (проекция Гаусса – Крюгера), в которой математическая поверхность Земли проектируется на плоскость по частям – зонам. Размер зоны по долготе равен 6°. Центральный меридиан каждой зоны называется осевым. Нумерация зон ведется от начального меридиана (рис.5).

(Гринвича) к востоку.

 

Рис. 5 Зональные прямоугольные координаты

Для всех точек на территории России абсциссы имеют положительное значение. Чтобы избежать отрицательных значений ординат, в каждой зоне ординату по линии экватора (начала координат) перемещают на запад на 500 км. Координаты пересечения принимают равными Х = 0, У = 500 км, что равносильно смещению оси У к западу на 500 км (рис. 6).

Рис.6 Равноугольная картографическая проекция

1.5.4     Полярная система координат

Полярные координаты определяют положение точки на плоскости относительно точки, называемой полюсом, и линии, называемой полярной осью. Положение точки, например точки А^ꞌ, в полярной системе координат определяется расс

h _AB = H_В - H_A

тоянием OА^ꞌ = r относительно полюса О и горизонтальным углом β относительно полярной оси ОР и направления на точку А' (рис.7).

Рис. 7 Полярная система координат 

1.6 Системы высот, применяемые в геодезии.

Высотой точки называют расстояние по отвесной линии от точки до уровенной поверхности (УП), принятой за начало отсчета высот.

Численное значение высоты называется отметка точки (H).

Высоты считаются абсолютными, если точки проектируются на основную уровенную поверхность (рис. 8).

Рис. 8 Абсолютная высота

Высоты считаются относительными, если проектирование ведется на любую другую уровенную поверхность. (рис. 9).

Разность высот двух точек называется превышением.  Превышение точки В над точкой А   

h _AB = H_В - H_A

                                            

Рис. 9. Условная высота

В Российской Федерации счет абсолютных высот ведется от среднего многолетнего уровня Балтийского моря-нуля Кронштадтского футштока (рис.10).

Рис. 10 нуль Кронштадтского футштока

Вопросы для самоконтроля

1.    Назовите основные научные дисциплины, на которые делится геодезия.

2.    Назовите основные задачи инженерной геодезии

3.    Назовите основные формы геоинформатики

4.    Что такое пространственные и атрибутивные данные в технологии ГИС?

5.    Назовите способ изображения земной поверхности на плоскости

6.    Какие системы координат применяются в геодезии?

7.    Как определяется положение точки в прямоугольной системе координат?

8.    Как отсчитывается абсцисса и ордината точки в зональной системе координат?

9.    Что называется абсолютной и относительной высотой точки?

10. Что называется отметкой и превышением точки земной поверхности?