Предмет и задачи геодезии

С.И.Чекалин

Г Е О Д Е З И Я

В МАРКШЕЙДЕРСКОМ ДЕЛЕ

МОСКВА 2011

ё

УДК 528

ББК 26.12

Чекалин С.И. Геодезия в маркшейдерском деле: Учебник для вузов. – М.: Изд. «Академический Проект», 2011. – 500 с.: 207 илл., 91 табл.

Освещены основные вопросы геодезии как науки, рассмотрены вопросы, связанные с построением картографических изображений, и решением задач по топографической карте и плану. Приведены основные элементы теории погрешностей измерений, а также методы уравнивания геодезических построений. Основные разделы посвящены геодезическим приборам, геодезическим работам при сгущении геодезических сетей и создании планового и высотного обоснования, при разбивке и строительстве инженерных сооружений различного назначения, в том числе и подземных горных выработок, при выполнении геологических поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, при выполнении комплекса нивелирных работ и др.

Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям геодезического и горного направлений, а также будет полезным для специалистов, выполняющих соответствующие работы.

Табл. 91 , илл. 207 , список лит. 40 наим.

©Издательство «Академический Проект», 2010

Предисловие автора

Спорить с С.Л.Франком бессмысленно и бесполезно, потому что он прав. Могу только подтвердить, как, впрочем, и любой из авторов каких-либо книг, научных, учебных, научно-популярных или художественных, что представленное предисловие было написано после завершения этой книги. По словам С.Л.Франка – это как раз и есть послесловие.

С чем же хочется обратиться к читателю с личным словом? О многом хотелось бы сказать. В первую очередь, конечно, – о главном и особенном в геодезической и маркшейдерской работе, которого весьма много и которое не может поместиться в этом небольшом послесловии, названном предисловием. Но мне легче сейчас говорить о главном, поскольку в книге об этом, в основном, уже сказано.

За этим предисловием – учебник, который представляет собой курс геодезии для студентов, обучающихся по специальностям геодезического и горного направлений. Вместе с тем, им могут пользоваться и студенты негеодезических специальностей в соответствии с программами общего курса геодезии и топографии, предусмотренными учебными планами, а также и специалисты, выполняющие инженерно-геодезические работы.

Вполне возможно, что открыв эту книгу, Вы увидите какие-то особенности, отличающие её от других, виденных, прочитанных и изученных Вами учебников. Вполне возможно, что и это предисловие покажется вам некоторой особенностью. Мне хотелось бы, чтобы эти отличия не списывались на какие-то мои имеющиеся, конечно, недостатки, а были приняты как знак того необходимого внимания к описываемым работам и действиям, которое поможет в большой или даже не совсем большой степени качественно выполнить эти работы и эти действия. И не только как знак внимания, но и как знак уважения к старейшине из известных наук.

Может быть не сразу, может быть даже и не в институте, Вы увидите всю красоту этой науки и этой работы. Имеется в виду – геодезической и маркшейдерской работы. Вот одна из этих красот: геодезист или маркшейдер работает, а за плечами у него стоит контроль. Хоть это существо и не физическое, но оно довольно серьёзное, поскольку все измерительные и вычислительные действия в геодезии, а также в той части маркшейдерии, которая относится к геодезическим работам, непременно выполняются с контролем. На это можно посмотреть и с другой стороны: контроль выполняется для блага самого же специалиста, производящего данную работу. Если исключить установленные соответствующими нормами требования контроля работ на всех их этапах, то почти наверняка, а это подтвердят Вам специалисты с большим и даже не совсем большим опытом работ, ничего хорошего не получится. Вот, в основном, на это «главное», обеспечение контроля качества геодезических работ, и обращают внимание те «особенности», которыми изобилует учебник. А что касается других «особенностей», которые Вам встретятся, на которых Вы, возможно, и остановите свой взгляд – так не обращайте на них внимание, посчитайте это второстепенным, для некоторой разрядки.

Да, и с этим можно и нужно согласиться, вычислительные и прочие камеральные работы в геодезии и маркшейдерии уходят, даже не уходят, а убегают все быстрее и быстрее, в далекое и близкое прошлое. Я совсем недавно, на мой взгляд, всего сорок лет назад, учился в институте. Всю обработку результатов измерений мы выполняли на арифмометрах и с помощью различных таблиц тригонометрических функций и таблиц логарифмов. Что такое арифмометр? Лучше и не вспоминать. А теперь скорость перемножения, например, семизначного числа на семизначное число с помощью карманного калькулятора в десятки раз больше, чем сорок лет назад, а то и в сотни раз. Не только в институте, но и на производстве работали с теми же арифмометрами. А то часто и не приходится сейчас вообще умножать, делить, извлекать корень квадратный, чего доброго. Все выполняется непосредственно измерительным прибором, входит в его функции. И, повторюсь, чаще всего не приходится сейчас вручную рисовать план или карту местности – это предусмотрено программой измерений всё того же геодезического прибора, который называется электронным тахеометром. Поэтому и уходит в прошлое, как кажется, часть тебований к работе геодезиста, топографа, приведённых известным военным геодезистом В.В.Витковским (1856 – 1924) [4]: держать в порядке полевые журналы, так, чтобы ими мог пользоваться в последствии не только сам наблюдатель, но и другие лица; писать разборчиво, чтобы каждый мог понять сущность дела и отыскивать, если понадобится, необходимые числа; тщательно изучить и поверить инструменты, а также выработать такой порядок наблюдений, при котором по возможности исключались бы инструментальные погрешности, и получалась бы поверка всех наблюдений; не добиваться невозможного на практике полного устранения всех погрешностей и не избегать так называемых приведений (поправок); легче измерить и принять потом в расчет малую величину, чем сделать её нулем; сообразно требуемой точности производить вычисления с различным числом десятичных знаков; не утруждать себя в вычислениях семизначными числами, если по точности можно обойтись и четырехзначными; стараться не ошибаться в числовых выкладках; если вычисление не удалось, то не впадать в отчаяние, а утешаться предвкушением удовольствия предстоящего открытия и исправления ошибки (выделено мной – С.Ч.); опыт показывает, что если полученная ошибка вынуждает повторить вычисление по той же формуле, то весьма часто ошибаются вновь, и на том же месте; неуклонно добиваться поверок (контроля) и не начинать следующей ступени расчетов, пока предыдущая не поверена.

И в этих рекомендациях заложена в большой степени красота геодезии.

От многих из указанных рекомендаций Вы будете освобождены на работе, являясь уже специалистом, благодаря как раз развитию техники, в том числе и геодезической. Но в назначении этой книги указано, что она является учебником. И хотя я раньше сказал, что труд геодезиста и труд камеральщика значительно упрощается, то не надо думать, что учебник написан о том, как надо все меньше и меньше работать. Цель учебника, естественно, другая – дать Вам знания и умение выполнять необходимые геодезические работы. Конечно, никто не будет отсылать Вас в историю, где гремели арифмометры, всего-навсего – это лишь история. Но качественную обработку полигонометрического или нивелирного хода Вы должны научиться делать, причем – с помощью современной техники и других возможностей. Под «другими возможностями» я имею в виду использование специальных программ обработки результатов геодезических и маркшейдерских измерений, а никак не выполнение другим лицом назначенной Вам работы, хотя бы и от всего сердца.

Вы можете заметить: «Зачем учиться считать эти Ваши ходы, если технически это делается на автомате?» Да, конечно, но тогда зачем изучать историю с её датами и событиями, если это всё уже записано в книгах? Зачем знать бином Ньютона, если о нём давно записано во всех учебниках по математике? Тогда и – зачем учиться, если до Вас уже многие учились и научились? Важно не только знание, важно умение использовать это знание, что как раз и требуется от любого специалиста. Знание – это развитие, необходимое человеку, а специальное знание – это знание, необходимое человеку-специалисту. Накопление знаний – это норма человеческой жизни. Специалист обязан знать истоки своего мастерства, характер работ и особенности их выполнения, уметь оптимизировать объём работ без снижения их качества. А если этого не уметь, то т.н. специалист не годится и в подмастерья. Это часто мы можем увидеть на стенах вузов довольно странный призыв: «Вперёд, к знаниям!» Их там, впереди, нет. Так что стремление-то напрасное. Призыв «Назад, к знаниям!» как раз и будет пропагандироваться в этой книге. Ведь Вам придётся изучать то, что давным-давно уже известно. Но известно пока ещё не Вам.

Конечно, ни в одном большом учебнике нельзя предусмотреть всего, что может встретиться в многовариантной работе. А тут уж и ни один «умный» прибор не поможет. Наоборот, поможет прибору как раз специалист. Но и в других книгах, инструкциях, рекомендациях, руководствах, указаниях и т.п., Вы вообще не найдете никаких подсказок. Разве это подсказка: «Измерение горизонтальных углов в полигонометрических ходах должны обеспечиваться с погрешностью не более 5 секунд». Это не подсказка, а требование. А как обеспечить это требование – Вы больше можете узнать об этом как раз в вузовском учебнике, а не в производственной инструкции.

Программа обучения по дисциплине «Геодезия» предусматривает доставить Вам, немного перефразируя В.В.Витковского, «многих утешений в предвкушении удовольствия предстоящего открытия и исправления ошибок». Я не буду большим предсказателем, если скажу, что при изучении геодезии наверняка и очень часто Вам придется и утешаться в предстоящем открытии ошибок, и радоваться в их обнаружении, и радоваться тому, что найденные ошибки учтены и работа завершилась с установленными требованиями к ее конечным результатам. И здесь, а Вы увидите, что и дальше, я снова повторю, что как раз в этой работе и будет заключаться одна из красот геодезии и маркшейдерии.

Желаю Вам не только многочисленных удовольствий и радостных предвкушений в учёбе, но и большого удовлетворения от интересной работы после окончания вуза. Постарайтесь, чтобы это сбылось! На это Вам понадобиться совсем немного времени, каких-то пять лет.

С.И.Чекалин

Глава 1

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Предмет и задачи геодезии

«Дабы познать что-либо, следует ответить

на четыре вопроса: есть ли это? что это?

каково это? почему это?»

Абу-Юсуф Якуб бну-Исхак аль-Кинди(IX в.)

Вам предлагается, уж коли Вы решили познать геодезию, поискать ответы на все поставленные вопросы. Но автор сразу предупреждает, что дело это бесполезное. Не найдете Вы всех ответов на все эти вопросы в этом учебнике. Да и в любом другом, поэтому автор не беспокоится за отсутствие абсолютного качества своего труда. А попытаться поискать надо. Необходимо. Полные же ответы, возможно, найдете Вы сами, в большей части даже и самостоятельно, в практической жизни рядом с избранной Вами геодезией и маркшейдерией.

Вопросы, рассмотренные в учебнике, являются одними из основных для различных, но родственных специальностей: геодезия, прикладная геодезия, топография, геодезия в строительстве, маркшейдерское дело, земельный и городской кадастр и др. В связи с этим изучение многих вопросов, которые связаны с производством геодезических работ различного назначения, распределено практически на весь период обучения: геодезические и маркшейдерские приборы; геодезические работы в строительстве; геодезические разбивочные работы; методы наблюдений за деформациями сооружений; уравнивание геодезических построений и др. Поскольку учебными планами предусматривается изучение геодезии на младших курсах, то автор при составлении учебника учитывал, что объём подготовки по математике, практическим расчётным работам и др. является недостаточным для полного изложения сравнительно сложных вопросов геодезии. По мере учёбы на старших курсах возникнет необходимость в решении многих геодезических задач при изучении соответствующих дисциплин, что и потребует знания большего объёма высшей математики, математической статистики. Появятся и практические навыки в производстве и обработке геодезических измерений, которые студенты получат на учебных и производственных геодезических и маркшейдерских практиках. Для некоторых из Вас такая необходимость возникнет и на производственной работе ещё во время обучения на старших курсах. Здесь имеется в виду, что потребность в пользовании настоящим учебником у Вас будет проявляться в течение всего периода обучения, да и в дальнейшей производственной деятельности соответствующего направления.

Принято определять, что геодезия изучает форму и размеры Земли. В общем, широком смысле слова – это так. Вместе с тем, геодезия, как обобщающее понятие, включает в себя большое число связанных с ней дисциплин. Таких, например, как инженерная геодезия, топография, картография, аэрофотосъемка, стереофотограмметрия, высшая геодезия, теоретическя геодезия, маркшейдерия, морская геодезия, морская (акваториальная) маркшейдерия и др. В этом смысле название курса геодезия является не совсем правомерным как с точки зрения содержания, так и по объёму учебных часов, предусмотренных учебным планом. Поэтому объектом изучения данной дисциплины является только сравнительно небольшой круг вопросов геодезии, знание которых необходимо специалистам при выполнении геодезических работ. Основными из них являются: топографические работы, нивелирные работы, геодезические разбивочные работы, составление топографических планов местности, работа с топографическими картами и планами, уравнительные вычисления.

На старших курсах геодезических и части горных специальностей (маркшейдерское дело) изучается дисциплина фотограмметрия, являющаяся также одним из разделов геодезии.

Целью изучения дисциплины геодезия является получение общего представления о её задачах и проблемах в целом, получение практических навыков в производстве основных геодезических работ, в обработке результатов измерений и их использовании для решения различных инженерных задач. И, поверьте, это лишь малая доля всего того, что относится к геодезии. Это – первая основа, тот самый «камень, который отвергли строители,и который«сделался главою угла…» (Ев. от Матфея 21:42). Мы уж будем понимать под строителями тех, кто не связал свою жизнь с геодезией и маркшейдерией, избрал другую дорогу. Но то, что геодезия – камень, что она является главой угла – несомненно, потому что с этим камнем связана вся жизнь цивилизованного человечества. И, надо сказать, камень этот тяжелый, начиная с учёбы, и потом, в трудовой деятельности.

В соответствии с содержанием отдельных разделов геодезии, в настоящем учебнике рассматриваются отдельные вопросы топографии и инженерной геодезии, а также и другие вопросы, необходимые для полного понимания содержания указанных выше дисциплин. Вообще говоря, все перечисленные выше дисциплины правильно было бы называть со словом «общий» (общая топография и т.п.), поскольку сами по себе эти указанные отдельные курсы довольно большие и сложные. Для реализации же цели изучения геодезии студентами указанных выше специальностей автор попытался преподнести основной материал по возможности в сжатом виде, проиллюстрировать, тоже по возможности, примерами решения многих геодезических задач, встречающихся на практике. Очевидно, что в таком сжатом по времени курсе невозможно охватить весьма большой круг геодезических задач, которые приходится решать на производстве не только геодезистам, но и маркшейдерам, при проведении геологических поисков и разведки месторождений полезных ископаемых и др. Например, при строительстве инженерных сооружений различного назначения (зданий, мостов, дорог, подземных выработок и т.п.), съёмке текущих изменений при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых, обслуживании геологоразведочных предприятий, создании опорной и съёмочной сетей местного значения, наблюдениях за деформациями земной поверхности и инженерных сооружений и мн.др. В связи с этим, целью настоящего учебника является обучение основным приемам ведения геодезических работ и обработки данных геодезических измерений, а также формирование навыков и умения в решении различных инженерно-геодезических задач в соответствии с действующими на предприятиях методиками, руководствами и инструкциями.

Геодезия как наука, повторим, занимается изучением формы и размеров Земли в целом и отдельных ее частей.

Изучением общей формы и размеров Земли, а также ее отдельных частей, для которых необходимо учитывать кривизну Земли, исследованиями ее внешнего гравитационного поля занимается высшая геодезия, теоретическая геодезия. Кроме этого, к высшей геодезии относятся также следующие вопросы: построение Государственных геодезических сетей (ГГС); определение координат точек земной поверхности в единой системе координат; те же самые вопросы определения координат с помощью спутниковых навигационных систем; изучение вертикальных и горизонтальных движений земной коры; изучение фигур планет Солнечной системы, а также их гравитационных полей и др.

Исследование малых участков, элементов физической поверхности и расположенных на ней объектов естественного и искусственного происхождения, способов отображения этой поверхности на плоскости, относится к топографии. Инженерная (прикладная) геодезия, как часть топографии, изучает методы специальных геодезических работ, выполняемых при изыскании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. Аэрофотосъемка и фотограмметрия в сочетании с аэрофототопографией, фототопографией и цифровой фотограмметрией позволяют разрабатывать методы создания топографических карт и планов по фотографическим и цифровым изображениям, полученным с летательных аппаратов или в результате наземной фототеодолитной съемки.

Геодезия использует результаты измерений, полученных при гравиметрической съемке, пользуется исследованиями космической геодезии, астрономии, небесной механики. Расчетный аппарат геодезии базируется на знании высшей математики и математической статистики. Большая связь геодезии с геодезическим приборостроением, в основном и определяющем, чаще всего, точность измерений.

Изучение формы и размеров Земли является не только научной задачей. Данные исследований позволяют обеспечивать, кроме того, создание на поверхности Земли сети точек с известными координатами, что являлось и является весьма важным для топографии, картографии, а также для обороны страны. При использовании спутниковой навигации знание фигуры и размеров Земли позволяет с высокой точностью определять текущие координаты неподвижных или подвижных объектов.

О чем бы хотелось ещё сказать. Этот параграф нужно, скорее, отнести не в начало, а в конец книги, в т.н. послесловие. Оно ещё будет у Вас впереди. Вы пока хорошо не представляете себе, вероятно, что это за штука такая – геодезия, а Вам автор преподносит дополнительно такие страшные слова, как маркшейдерия, топография, фотограмметрия, да ещё и цифровая фотограмметрия и прочее. Хотя слово цифровой (цифровая)Вам хорошо знакомо. Цифровой фотоаппарат как раз и нужен в геодезии для фотографирования земной поверхности с целью получения её изображения на топографических картах или планах.Но ничего опять же страшного – захочется, так Вы и после возвратитесь к этому параграфу, услышав, например, при изучении маркшейдерии хорошо знакомое Вам слово – геодезия. Знакомое не по наслышке, а выстраданное на первом курсе при выполнении расчётных работ, в которых, почему-то, невязки (а пока их можно назвать знакомым Вам словом – ошибки или погрешности, об это тоже будет сказано особо) получаются такими большими. Надо стараться при работе помнить о том, что большие невязки (ошибки, погрешности) – это, чаще всего, наше незнание, наш малый опыт, наша небрежность, наше невнимание. То есть большую невязку (ошибку, погрешность) делаем мы сами, своими руками, своими действиями, и теория вероятностей не имеет к ней практически никакого отношения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: