ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)
Кафедра «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей»
Курс лекций
по дисциплине «Основы геодезии»
Брянск 2014 г
Введение
Геодезия - это наука, рассматривающая методы и способы измерения земной поверхности, применение которых дает возможность определять форму и размеры земли, а также производить съемку (измерения) отдельных ее частей для изображения на картах, планах используемых для создания различных инженерных сооружений.
Геодезия включает в себя высшую и космическую геодезии, топографию, фотограмметрию и инженерную геодезию.
- Высшая геодезия - изучает фигуру и размер земли, методы определения координат точек на поверхности для территории всей страны.
- Космическая геодезия - решает геодезические задачи с помощью искусственных спутников земли.
- Топография - рассматривает способы изучения земной поверхности, и изображение ее на картах и планах.
- Фотограмметрия - решает задачи измерений по аэро- фото- и космическим снимкам для различных целей.
- Инженерная геодезия - изучает методы геодезического обеспечения при разработке проектов, строительств, эксплуатации различных сооружений, а также при изучении освоении и охране природных ресурсов.
Геодезические работы разделяются на полевые и камеральные.
- Полевые работы состоят из измерений горизонтальных и вертикальных углов, а также горизонтальных, наклонных и вертикальных расстояний.
- Камеральные работы состоят из вычислений результатов полевых измерений и графических построений.
Предмет и задачи инженерного обеспечения строительства и геодезии.
Основными задачами инженерной геодезии в строительстве является: выполнение топографо-геодезических изысканий стройплощадок и трасс, а также геодезическое обеспечение других видов инженерных изысканий, необходимых для и проектирования сооружений;
проектирование геодезических работ по обеспечению строительства при разработке проектной документации объекта, включая геодезическую подготовку проекта для перенесения сто в натуру, решение задач горизонтальной и вертикальной планировки, подсчеты площадей, объемов и некоторые другие виды работ;
перенесение проекта комплекса здании и сооружений в натуру -- выполнение разбивочных работ, в состав которых входит создание на местности разбивочной основы, перенесение в натуру главных осей сооружений и детальные разбивки для строительства фундаментов, подземных коммуникаций, зданий, дорог и т. д.;
геодезическое обеспечение установки строитель пых конструкций и технологического оборудования в проектное положение с заданной точностью. Осуществление контроля геометрических форм и размеров изготавливаемых строительных и технологических элементов, форм и размеров частей сооружений и сооружений в целом;
геодезическое обеспечение при эксплуатации промышленно-заводских комплексов, коммунального хозяйства населенных пунктов, прецизионных сооружений, карьеров и подземных горных выработок при разработке и добыче полезных ископаемых; а также обеспечение нормальной работы механизмов, агрегатов и установок научных лабораторий и т. п.;
наблюдения за деформациями сооружений и их оснований, позволяющие изучать осадки фундаментов, определять плановые смещения сооружений, наклоны высотных зданий, башен, труб, градирен;
наблюдения за смещениями горных пород, как в период инженерных изысканий с целью наиболее правильного выбора основания сооружения, так и в период его эксплуатации для выявления возможных смещений несущих строительных конструкций и технологического оборудования.
В связи с проектированием новых сооружений -- в первую очередь это относится к современным энергетическим объектам, лабораториям физики высоких энергий и к средствам космической связи -- перед инженерной геодезией возникают сложнейшие научно-технические вопросы, на которые нет готовых решений.
Большие задачи перед инженерной геодезией стоят при измерениях вариаций локальных деформаций горных пород для предсказаний землетрясений, возникающих как от природных (эндогенных) факторов, так и в связи с инженерной деятельностью человека при строительстве тяжелых сооружений, например, таких, как современные крупные водохранилища. Сложнейшие проблемы возникают при постановке наблюдений за локальными деформациями и оползнями горных пород шельфовых зон.
Одной из важнейших задач на современном этапе строительства является правильное научно обоснованное назначение и реализация допусков на строительно-монтажные работы, разбивочные и контрольные измерения. В каждом конкретном случае необходимо устанавливать оптимальные допуски, руководствуясь требованиями к точности по тому или иному виду сооружения. Ужесточение допусков требует более точных монтажных устройств, более точного выполнения геодезических измерений, что вызывает нежелательное повышение затрат. Слишком свободные допуски приводят к различным исправлениям в строительно-монтажных работах, что ведет к удорожанию и снижению качества строительства.
Требует постоянного внимания совершенствование нормативно-технической базы, используемой в строительной геодезии. Нормативные документы на инженерно-геодезические работы необходимо разрабатывать и составлять для всех этапов строительства: на изыскания, проектирование, возведение зданий и сооружений и на их эксплуатацию по всем видам и типам строительства. А также на все виды прикладных исследований, которые выполняются инженерно-геодезическими методами: наблюдения за смещениями и деформациями сооружений, гидротермическими деформациями горных пород и т. п.
Учитывая, что геодезические работы в строительстве имеют свои особенности в зависимости от назначения и вида инженерного сооружения, то задачи и перспективы их развития в большой мере определяются перспективами развития строительного производства, появлением новых строительно-монтажных технологий и объектов.
Краткий обзор развития инженерного обеспечения строительства и место в нем геодезии
Геодезия как наука формировалась и развивалась тысячелетиями. Древние памятники, возведенные в Египте и Китае, свидетельствуют о том, что человечество имело представление об измерениях на поверхности земли за много веков до нашей эры. Приемы измерения на земной поверхности были известны и в древней Греции, где они получили теоретическое обоснование и положили начало геометрии. Геодезия и геометрия долго взаимно дополняли и развивали одна другую.
В России первые геодезические работы, зафиксированные документально, выполнялись в XI веке при измерении князем Глебом ширины Керченского пролива между Керчью и Таманью. Начало картографии было положено составлением в XI веке карты всего Московского государства.
Интенсивное развитие геодезии в России связано с именем Петра I. Б 1745 г. был издан «Первый атлас России», созданный по материалам планомерной инструментальной топографической съемки всего государства, начатой по указу Петра I в 1720 г. Первые в России астрономо-геодезические и картографические работы возглавил И.К. Кирилов.
В 1779 г. по указу Екатерины II была открыта землемерная школа, которая в 1819 г. была преобразована в Константиновское землемерное училище, а в 1835 г. - в Константиновский межевой институт, ныне -крупное высшее учебное заведение по подготовке геодезистов и картографов МИИГАиК -- Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъёмки и картографии. В 1809 г. в Санкт-Петербурге был учрежден институт Корпуса инженеров путей сообщения, в 1822 г. - корпус военных топографов, выполнявший впоследствии большую часть топографо-геодезических работ в стране.
В 1816 г. под руководством русского военного геодезиста К. И. Тенне-ра и астронома В. Я. Струве в западных пограничных губерниях России были начаты большие астрономо-геодезические работы, которые в 1855 г. завершились градусным измерением огромной (более 25° по широте) дуги меридиана, простирающейся по меридиану 30° от устья Дуная до берегов Северного Ледовитого океана.
На развитие геодезии в России большое влияние оказали начавшиеся в XIX веке изыскания и строительство железных дорог. На Кавказе были выполнены первые опытные наземные фотосъемки, а в 1898 г. инженер П.И. Шуров применил ее при изысканиях линии, соединяющей Маньчжурскую и Забайкальскую железные дороги. Инженер Р.Ю. Тилле впервые выдвинул идею применения аэрофотосъемки при железнодорожных изысканиях. Б 1908-1909 гг. он опубликовал трехтомный труд «Фотография в современном развитии», сыгравший огромную роль в развитии аэрофотосъемки в России.
В 1928 г. советский геодезист Ф. Н. Красовский разработал стройную и научно обоснованную схему и программу построения опорной геодезической сети, предусматривающую создание астрономо-геодезической сети на всей территории СССР. В ходе построения этой сети были усовершенствованы теория, методы и инструменты астрономических определений и геодезических измерений.
В 1940 г. Ф.Н. Красовский и А. А. Изотов определили новые размеры земного эллипсоида, которые по настоящее время используются для картографо-геодезических работ в России и ряде других стран.
1. Организация геодезической службы РФ
К 1917 году полноценные топографические карты были созданы лишь на 14 % территории страны, в основном на пограничные районы Европейской России. После Октябрьской социалистической революции задачи развития народного хозяйства потребовали значительного увеличения ведения топографо-геодезических работ. Поэтому 15 марта 1919 г. был принят Декрет «Об учреждении Высшего Геодезического Управления» (ВГУ) для изучения территории РСФСР в топографическом отношении в целях поднятия и развития производительных сил страны. На ВГУ возложена задача по объединению и согласованию геодезической деятельности всех учреждений Республики.
Так, впервые был создан единый общегосударственный орган, ведающий картографированием территории нашей страны. Высшее Геодезическое Управление (ВГУ) позднее было преобразовано в Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР (ГУГК), а в последние годы -- реорганизовано в Комитет геодезии и картографии (Госгеодезия СССР). В настоящее время создана Федеральная служба геодезии и картографии России (Роскартография).
Картографо-геодезические работы на территории России выполняют аэрогеодезические предприятия и картографические фабрики Федеральной службы геодезии и картографии, расположенные в различных городах страны. Полевыми подразделениями предприятий являются экспедиции и партии. ТГР выполняют также многие организации различных министерств и ведомств.
Для организации научно-исследовательских работ в области геодезии и картографии в 1928 году был создан Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии (ЦНИИГАиК), носящий ныне имя выдающегося геодезиста ф. Н. Красовского. Научные исследования в области прикладной геодезии проводились в Новосибирском научно-исследовательском институте прикладной геодезии (ныне Сибгеоинформ).
В настоящее время в Российской Федерации подготовку специалистов в области геодезии осуществляют Московский Государственный университет геодезии и картографии, Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии, ряд других университетов и вузов, топографические техникумы и колледж. Подготовка техников-геодезистов ведется также в ряде строительных, геологоразведочных и других техникумах. Необходимо отметить, что специалистами картографо-геодезической службы проделана огромная работа и получены выдающиеся результаты. В настоящее время на всю территорию России создана единая геодезическая сеть. Создание топографической карты в масштабе 1 : 100 ООО (в 1 см -- 1 км) на всю территорию страны было закончено к середине пятидесятых годов. В настоящее время завершено картографирование страны в масштабе 1 : 25 ООО (в 1 см -- 250 м). Промышленные и сельскохозяйственные районы покрыты профессиональными топографическими съемками в масштабе 1 : 10 000 (в 1 см -- 100 м). На города и поселки создаются топографические планы в масштабах 1 : 5000, 1 : 2000 и крупнее.
В развитии отечественной геодезии и картографии большие заслуги принадлежат ученым Ф. Н. Красовскому, М. Д. Бонч-Бруевичу, А. А. Михайлову, М. С. Молоденскому, А. С. Чеботареву, Н. М. Алексапольскому, Ф. В. Дробышеву, А. С. Скиридову, Н. Н. Воронкову, А. Н. Лобанову, М. Д. Коншину, В. Д. Большакову и др.
Достигнутые успехи в геодезической науке и практике упрочили положение отечественной геодезии на передовых позициях в мире по всем направлениям. Большие задачи стоят перед картографо-геодезической службой и в настоящее время. Осуществляемое в стране обновление всех сфер жизни общества направлено на ускоренное развитие экономики всего народного хозяйства. Картографо-геодезическая служба должна полностью удовлетворять потребности народного хозяйства, науки, культуры, образования картами и геодезическими данными. Предстоит продолжить создание топографической карты масштаба 1 : 10 000 на значительные территории, завершить работу по созданию крупномасштабных топографических планов со съемкой подземных коммуникаций на все города России.