Геодезические работы

Способ Гоникберга. Для того, чтобы снять положение кривой в плане, предварительно ее наружную нить разбивают на отрезки по 20 м. Разбивку пути на двадцатиметровые отрезки начинают на прямых участках на расстоянии 40 – 60 м от начала или конца кривой (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Съемка кривой способом Гоникберга

Через каждые 100 м над головкой рельса устанавливают теодолит и производят два вида измерений. Сначала определяют величину угла поворота между направлением 0 – 1 и 1 – 2 (угол α1). После этого, не сбивая визирования на точку 2, замеряют стрелы прогиба на каждой «двадцатке» – f1, f2, f3, и т. д. Стрелы прогиба измеряют по рейке, расположенной горизонтально, читая отсчеты по вертикальной нити сетки нитей теодолита.

Затем теодолит устанавливают в точке 2 и замеряют угол поворота α2 (между хордами 1 – 2 и 2 – 3). Затем на «двадцатках» по рейке, расположенной горизонтально, считывают по вертикальной сетке нитей отсчеты, то есть определяют следующие стрелы прогиба f1, f2, f3 и т. д. Работа в такой последовательности продолжается до тех пор, пока не будет замерен теодолитом на точке 4 угол поворота.

После этого необходимо выполнить контрольные измерения. При этом возможны два случая:

- если вся кривая доступна  обозрению с конечных станций, то контроль осуществляется одной  секущей (точка 1 – точка 4). Теодолит устанавливают на точку 1 и, визируя на точку 4, замеряют угол поворота β1. Затем переносят инструмент на точку 4 и измеряют угол поворота β2 (1 – 4 – 0);

- если нет видимости на конечную  точку, то выбирают промежуточную  видимую контрольную точку, контрольные  углы измеряют при двух или  нескольких секущих.

Контролем правильности замера углов поворота хорд является равенство трех величин: суммы углов поворота хорд и суммы углов поворота секущих и обеих этих сумм полному углу поворота кривой.

Этот способ является довольно точным, но применение его затруднительно, а иногда невозможно на участках с интенсивным движением поездов.

3.3 Разбивка стрелочных переводов на кривых

В пределах станции, а в некоторых случаях даже на перегонах приходится укладывать стрелочные переводы на криволинейных участках пути. Чтобы не использовать стрелочные переводы, специально проектируемые для укладки на кривых, производят спрямление криволинейного участка и на нем укладывают стрелочный перевод.

Одиночные обыкновенные стрелочные переводы на кривых на спрямленных участках укладываются по одному из следующих способов.

Спрямление по способу хорды. При этом способе спрямленный участок лежит внутри основной кривой (рисунок 3.3).

В том случае если известны R – радиус основного пути, L – прямолинейный участок пути, на котором укладывают стрелочный перевод, и r – радиус сопрягающих кривых, угол φ определяют по формуле

φ = arcsin L / 2(R – r).

Величина необходимой сдвижки

f = (R – r) (1 – cosφ).

В том случае если величина сдвижки задана, радиус сопрягающих кривых найдем по формуле

r = R – f / 2 – L2 / 8f.

Координаты точек М и С относительно точки А

y1 = r (1 – cosφ); x1 = r sinφ;

y2 = R (1 – cosφ); x2 = R sinφ.

 

 

Рисунок 3.3 – Спрямление по способу хорды

 Спрямление по способу касательной. В этом случае переустраиваемый участок располагается вне основной кривой (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Спрямление по способу касательной

Если известны R, r и L, определяем

φ = 2 arctg L / 2(R – r),

f1 = f2 = L / 2sinφ / 2 + r – R.

А координаты точек К, С и А относительно точки D:

x = L/2 + r tgφ / 2;

x1 = L/2 + r sinφ;

x2 = R sinφ;

y1 = r (1 – cosφ);

y2 = R (1 – cosφ).

3.4 Наблюдения за деформациями  инженерных сооружений

В процессе строительства и после возведения инженерных сооружений возникает необходимость в наблюдении за их стабильностью как в плане, так и по высоте.

Изменения в пространственном положении сооружения называются деформациями. Всякое пространственное смещение сооружения может быть разделено на две составляющие: в плане и по высоте. Смещение сооружения в горизонтальной плоскости называют сдвигом, а в вертикальной – осадкой.

Числовые характеристики деформаций сооружения можно получить в результате геодезических измерений и наблюдений, которые ведутся по мере возведения сооружений, а также и после начала эксплуатации. Цель геодезических наблюдений за деформациями – получить данные, характеризующие величины осадок и смещений. Это необходимо для того, чтобы на основании полученных результатов своевременно разработать и принять меры по предотвращению возможных последствий.

Наблюдения за деформациями сооружений предусматривают следующие основные этапы:

- определение необходимой точности  и периодичности измерений;

- создание опорной геодезической  сети;

- выбор методики проведения  необходимых измерений.

Наиболее существенной частью этих работ является выбор места размещения и закрепления опорных пунктов наблюдения. Они должны располагаться вне зоны возможных смещений. От правильного выбора точности и периодичности наблюдений зависят способы и средства измерений, а также достоверность полученных результатов.

Точность и периодичность проведения измерений указываются в нормативных документах. В особых случаях эти данные могут быть получены с помощью специальных расчетов.

В нормативных документах требования к точности определения осадок или горизонтальных смещений характеризуются средней квадратической погрешностью. Она составляет:

1–2 мм – для зданий, длительное  время находящихся в эксплуатации, а также возводимых на скальных  грунтах;

2–5 мм – для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых  и других сжимаемых грунтах;

5–10 мм – для зданий и сооружений, возводимых на насыпных, просадочных, заторфованных и других сильно сжимаемых грунтах;

10–15 мм – для земляных сооружений.

На оползневых участках осадки измеряются со средней квадратической погрешностью 30 мм, а горизонтальные смещения – 10 мм.

Методы и средства измерения вертикальных перемещений принимаются в зависимости от требуемой точности результатов. Измерения осадки с допустимой погрешностью от 1 до 2 мм и более высокой производятся методами геометрического и гидростатического нивелирования, с допустимой погрешностью 5 мм и более – геометрическим и тригонометрическим нивелированием, фотограмметрическими методами.

Самым распространенным способом наблюдения за осадками земляного полотна дороги является периодическое нивелирование осадочных марок (рисунок 3.5).

На исследуемом участке земляного полотна размещают осадочные марки М1, М2, М3 и т. д. Высотной основой, относительно которой определяются осадки, служат репера, расположенные, как отмечалось выше, вне зоны возможных смещений.

Нивелирование осадочных марок производят через равные промежутки времени (циклы) каждый раз по одной и той же схеме. По результатам нивелирования в первом цикле определяют высоты осадочных марок. Сами осадки исследуемого участка земляного полотна определяют как разность высот одноименных марок в первом и последующих циклах наблюдений.

Для наглядного представления о ходе осадок составляют продольный профиль по результатам нивелирования в первом цикле наблюдений, относительно которого показывают величины осадок марок в последующих циклах.

Кроме осадок, земляное полотно дороги может подвергаться оползневым явлениям. Наблюдения за оползнями выполняются различными геодезическими методами. Эти методы, в зависимости от вида и активности оползня, направления и скорости его перемещения, подразделяют на три группы:

осевые (одномерные) – смещение расположенных на оползне марок определяют по отношению к заданной линии или оси;

плановые (двумерные) – смещения оползневых марок наблюдают по двум координатам в горизонтальной плоскости;

пространственные (трехмерные) – определяют полное смещение марок в пространстве по трем координатам.

Осевые методы применяют, когда направление движения оползня известно. К ним относятся:

- метод расстояний (рисунок 3.6, а), который  заключается в измерениях расстояний  по прямой линии между марками, установленными вдоль движения  оползня;

- метод створов (рисунок 3.6, б), при  котором определяется смещение  в направлении, перпендикулярном  движению оползня;

 – лучевой метод (рисунок 3.6, в), заключающийся в определении смещения оползневой марки по изменению направления визирного луча с исходного знака на оползневой.

Рисунок 3.6 – Схемы наблюдений за оползнями:

a – метод расстояний; б – метод створов; в – лучевой метод

К плановым относятся методы прямой, обратной, линейной засечки, полигонометрии и комбинированный метод, сочетающий измерение направлений, углов, расстояний и отклонение от створов.

Смещения оползневых марок определяют по отношению к опорным знакам, расположенным вне зоны оползневого участка. Периодичность наблюдения корректируется в зависимости от скорости движения оползня. Она увеличивается в период активизации и уменьшается в период угасания.

4 ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЪЕМОК

АВТОМОБИЛЬНЫХ И ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

4.1 Геоинформационные системы

Геоинформационная система (ГИС) – автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит геоинформация.

ГИС транспорта – информационно-управляющая автоматизированная система, призванная обеспечивать решение задач инвентаризации, проектирования и управления объектов железнодорожного и автомобильного транспорта.

ГИС можно представить в виде трехуровневой структуры, включающей системный уровень:

- сбора и первичной обработки  информации;

- моделирования, хранения и обновления  информации;

- представления.

Отличия ГИС от других автоматизированных систем:

- на уровне сбора информации  ГИС включают в себя отсутствующие  в автоматизированных системах  управления (АСУ) методы сбора пространственно-временных  данных, технологии использования  спутниковых навигационных систем, технологии реального масштаба  времени и др.;

- на уровне хранения и моделирования  ГИС включают в себя технологии  пространственного анализа, применение  цифровых моделей и видеобаз данных, а также комплексный подход к принятию решений;

- на уровне представления ГИС  дополняют технологии АСУ применением  интеллектуальной графики, что делает  их более доступными и понятными  для работников управления и  органов власти.

В технологиях ГИС используются три типа экспертных систем (ЭС):

- на уровне сбора информации  – система автоматизированного  распознавания образов при обработке  фотоснимков или сканировании  картографических изображений;

- на уровне моделирования –  ЭС автоматизированного редактирования  картографических данных. Для управления  и принятия решений применяются  ЭС анализа атрибутивных данных, данных о запросах пользователей  и др.;

- на уровне представления данных  – ЭС генерализации картографических  изображений.

В качестве базовых моделей данных в ГИС, как и в других автоматизированных системах, применяют инфологические (объектные), иерархические, реляционные и сетевые модели. Особенностью ГИС является наличие большого объема пространственно-временной и графической информации. Местоположение объектов ГИС определяется классом координатных (позиционных) данных. Для определения параметров времени и организации описательной информации используется класс атрибутивных данных.

Источниками данных в ГИС являются:

- существующие топографо-геодезические  и картографические материалы;

- материалы дистанционного зондирования;

- данные наземных измерений;

- атрибутивные данные из предметной  области.

Класс координатных данных отражает метрическую информацию ГИС, представленную совокупностью геометрических элементов: точек, линий, контуров и площадей. Основной формой представления координатных данных являются цифровые модели. Для визуализации координатных данных используются графические модели.

Класс атрибутивных данных представляет собой совокупность временных и описательных данных объектов ГИС. Атрибутивные данные чаще всего представляют в табличной форме.

Качество данных в ГИС определяется следующими характеристиками:

- позиционной точностью;

- точностью атрибутов;

- логической непротиворечивостью;

- полнотой;

- происхождением.

Основу графической среды и визуализации данных в ГИС составляют векторные и растровые модели. Особенностью организации графических данных в ГИС является поддержка оверлейных структур. Их отличие от систем CAD состоит в том, что слои в ГИС могут быть как векторными, так и растровыми. Векторные слои в ГИС являются объектными, т. е. они несут информацию об объекте, а не об отдельных элементах объекта, как в САПР.

Векторные модели могут быть топологическими (если они поддерживают топологию графики) или нетопологическими.

ГИС могут одновременно поддерживать как растровую, так и векторную формы представления графики. Такие ГИС называют гибридными.

Современные ГИС позволяют выполнять пространственное моделирование объектов и явлений.

При моделировании в ГИС выделяют следующие виды операций с данными:

- операции преобразования форматов  и представлений данных;

- проекционные преобразования;

- геометрический анализ данных;

- оверлейные операции;

- функционально-моделирующие операции.

Операции преобразования форматов и представлений присутствуют в каждой ГИС и необходимы как средства обмена данными с другими автоматизированными системами.