Слово «геодезия» образовано из греческих слов «ge» - земля и «dazomai» - разделяю, делю на части. Если перевести его дословно, то получится «землеразделение». Это название соответствовало содержанию геодезии во времена ее зарождения и начального развития.
Так, в Египте задолго до нашей эры измерялись размеры земельных участков, строились оросительные системы; все это выполнялось с участием геодезистов. С развитием человеческого общества, повышением роли науки и техники расширялось содержание геодезии, усложнялись задачи, которые ставила перед ней жизнь. В настоящее время геодезия - это наука о методах определения фигуры и размеров Земли и изображения ее поверхности на картах и планах, а также о способах проведения различных измерений на поверхности Земли (на суше и акваториях), под землей, в околоземном пространстве и на других планетах. Известный ученый-геодезист В.В.Витковский так охарактеризовал эту науку: «Геодезия представляет одну из полезнейших отраслей знания. Все наше земное существование ограничено пределами Земли, и изучать ее вид и размеры человечеству так же необходимо, как отдельному человеку - ознакомиться с подробностями своего жилья».
Преимущества, которые дает геодезия, существенны. Точное расположение элементов на плане. Возможность посмотреть будущий план сада на компьютере, использую программу трехмерного изображения 3D-Max. Позволяет на стадии проектирования выбрать будущую планировку участка: прямоугольную, диагональную круговую. Позволяет учитывать неровные поверхности участка, холмы, склоны. Геодезия занимается изучением Земли в содружестве с другими «геонауками», то есть, науками о Земле. Физические свойства Земли в целом изучает наука «физика Земли», строение верхней оболочки нашей планеты изучают геология и геофизика, строение и характеристики океанов и морей - гидрология, океанография. Атмосфера - воздушная оболочка Земли - и процессы, происходящие в ней, являются предметом изучения метеорологии и климатологии. Растительный мир изучает геоботаника, животный мир - зоология. Кроме этого, есть еще география, геоморфология и другие. Среди всех наук о Земле геодезия занимает свое место: она изучает геометрию Земли в целом и отдельных участков ее поверхности, а также геометрию любых объектов (и естественного, и искусственного происхождения) на поверхности Земли и вблизи нее. Геодезия, как и другие науки, постоянно впитывает в себя достижения математики, физики, астрономии, радиоэлектроники, автоматики и других фундаментальных и прикладных наук. Изобретение лазера привело к появлению лазерных геодезических приборов - лазерных нивелиров и светодальномеров; кодовые измерительные приборы с автоматической фиксацией отсчетов могли появиться только на определенном уровне развития микроэлектроники и автоматики. Что же касается информатики, то ее достижения вызвали в геодезии подлинную революцию, которая происходит сейчас на наших глазах.
Задачи геодезии
Среди многих задач геодезии можно выделить долговременные задачи и задачи на ближайшие годы. К долговременным задачам перед этой наукой можно отнести определение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли, распространение единой системы координат на территорию отдельного государства, континента и всей земли в целом, изображение участков поверхности земли на топографических картах и планах,
изучение глобальных смещений блоков земной коры. Задача на ближайшее время перед специалистами стоит следующая: создание и внедрение ГИС - геоинформационных систем, создание государственных и локальных кадастров: земельного, водного, лесного, городского и т.д., Также топографо-геодезическое обеспечение делимитации (определения) и демаркации (обозначения) государственной границы России,
разработка и внедрение стандартов в области цифрового картографирования,
создание цифровых и электронных карт и их банков данных, разработка концепции и государственной программы повсеместного перехода на спутниковые методы автономного определения координат, создание комплексного национального атласа России и другие. Эти задачи записаны в Постановлении коллегии Федеральной службы геодезии и картографии России от 20 февраля 1995 года.
Усложнение и развитие геодезии привело к разделению ее на несколько научных дисциплин. Высшая геодезия изучает фигуру Земли, ее размеры и гравитационное поле. Обеспечивает распространение принятых систем координат в пределах государства, континента или всей поверхности Земли, занимается исследованием древних и современных движений земной коры, а также изучает фигуру, размеры и гравитационное поле других планет Солнечной системы.
Топография («топос» - место, «графо» - пишу; дословно - описание местности) изучает методы топографической съемки местности с целью изображения ее на планах и картах.
Картография изучает методы и процессы создания и использования карт, планов, атласов и другой картографической продукции. Фотограмметрия (фототопография и аэрофототопо графия) изучает методы создания карт и планов по фото- и аэрофотоснимкам. Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений. Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает методы проведения геодезических работ в подземных горных выработках. Понятно, что четко обозначенных границ между перечисленными дисциплинами нет. Так, топография включает в себя элементы высшей геодезии и картографии, инженерная геодезия использует разделы практически всех остальных геодезических дисциплин и т.д.
Уже из этого неполного перечня геодезических дисциплин видно, какие разнообразные задачи - и теоретического, и практического характера, - приходится решать геодезистам, чтобы удовлетворить требования государственных и частных учреждений, компаний и фирм. Для государственного планирования и развития производительных сил страны необходимо изучать ее территорию в топографическом отношении. Топографические карта и планы, создаваемые геодезистами, нужны всем, кто работает или передвигается по Земле: геологам, морякам, летчикам, проектировщикам, строителям, земледельцам, лесоводам, туристам, школьникам и т.д. Особенно нужны карты армии: строительство оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям, использование ракетной техники, планирование военных операций, - все это без карт и других геодезических материалов просто невозможно.
В последние годы строительство так называемых уникальных инженерных сооружений потребовало от геодезии резкого повышения точности измерений. Так, при монтаже оборудования мощных ускорителей приходится учитывать десятые и даже сотые доли миллиметра. По результатам геодезических измерений изучают деформации и осадки действующего промышленного оборудования, обнаруживают движение земной коры в сейсмоактивных зонах, наблюдают за уровнями воды в реках, морях и океанах и уровнем грунтовых вод.
Геодезия для пользователя
Геодезическая съемка на местности проводится в случаях, когда участок имеет сложный рельеф и периметр неправильной формы. На территории находится достаточно большое количество деревьев и кустарников и для проектирования дренажной системы.
В геодезии применяются преимущественно линейные и угловые измерения. Такие измерения необходимы для определения формы и размеров. Потребности в геодезических измерениях возникли в связи с измерением земельных участков и их разделением, строительством сооружений. Инженерно-геодезические изыскания осуществляют для дальнейшего строительства и благоустройства объекта, участка, территории.
Для благоустройства и озеленения участка, а также для ландшафтного проектирования необходимо выполнить следующие условия. Планово-высотная съемочная геодезическая сеть, топографическая съемка, съемка подземных коммуникаций и границы участка. Привязка сооружений и строений и составление по результатам нивелирования профилей по имеющимся на объекте трассам железных или автомобильных дорог и трассирование новых дорог. Если участок большой, его необходимо разделить на отдельные сектора. В первую очередь, необходимо провести съемку местности (горизонтальную). При горизонтальной съёмки местности составляется профиль данной территории, а при вертикальной рельеф. Затем составит план застроенной и незастроенной местности (для того, чтобы определиться с расположением посадок и будущих построек на участке). Все измерения, выполняемые на местности, наносятся на план в масштабе 1:500.Для создания плана используется чертежная бумага или миллиметровка. Глядя на приведенный масштаб, становится, очевидно, что геодезическая съемка необходима на достаточно крупных участках, для приусадебного хозяйства в 6 соток такой сервис будет излишним. На план необходимо нанести только те элементы (постройки, клумбы, деревья), которые останутся при формировании нового сада. Не смотря на то, что все участки на «одно лицо», при оформлении специалистом – геодезистом, каждый из них приобретает свою форму – прямоугольную, диагональную или круговую. Такое разнообразие зависит от различных способов оформления. Выбор зависит от формы участка. Нельзя сказать какой их них наиболее популярный. Ограничений в размерах участков как правило нет, можно оформить как маленький, так и довольно большой участок. При круговой планировке можно использовать эффект соприкасающихся кругов. При планировке небольших участков можно использовать прямоугольные мотивы. Диагональный тип планировки участка лучше использовать на участках с большим садом, где достаточно свободного места вокруг дома (не менее 45 градусов). Лучше использовать тот вариант планировки, который выглядит более естественно. Использование круговых мотивов подходят для участков прямоугольной формы. Особенности заключаются в сочетаниях окружностей разных размеров, перекрывании их друг другом и соединений между собой. Сначала определяют место, где будут располагаться круги. Затем делают строгую разметку их очертаний этих кругов. Но этот способ неудобен тем, что сохранить строгое очертание круга в течение долгого времени сложно.
При использовании метода диагонального мотива, внутренне пространство участка зрительно расширяется. Элементы сада нужно располагать вдоль разметочной сетки под углом 45 градусов к стене дома. Прямоугольные мотивы придают саду классический вид. Данные вид планировки можно использовать на длинных участках, с целью разделения его на отдельные пространства (территории).
«Участковые» проблемы
Возвышенности и низменности на участках составляют некоторую проблему в планировке и в дальнейшем уходе за садом. В зависимости от угла наклона, поверхности и конфигурации возвышенности, ее можно использовать как выигрышную особенность сада. Здесь не может быть примеров, т.к. каждый случай надо рассматривать в отдельности. Освоение земляного участка всегда начинается с таких трудоемких операций, как валка леса, корчевание пней, уборка камней и выравнивание участка. Несмотря на кажущуюся простоту эти работы очень тяжелы и даже опасны.
Необходимые инструменты: топор, пила лучковая, ножовка, пила двуручная или бензомоторная пила. При выборе направления валки дерева следует учитывать, что всегда неизбежны отклонения, зависящие от особенностей каждого дерева и естественных условий. Дерево легче свалить в сторону наибольшего развития сучьев, кривизны или наклона, а также в сторону наименьшего диаметра, если ствол имеет сплюснутую форму. При неровном рельефе участка направление валки следует выбирать с таким расчетом, чтобы избежать зажимов при раскряжевке. Это может произойти, если комель и вершина окажутся выше середины ствола. При сильном ветре работу лучше не проводить. Подготовка дерева, для валки заключается в вырубке вокруг него кустарника и утаптывании или расчистке снега в зимнее время. Кроме того, следует обеспечить возможность быстрого отхода от дерева в момент его падения. На валке деревьев лучше и безопаснее работать вдвоем. Начинают всегда с подруба. Его назначение — обеспечить требуемое направление валки и безопасность работающих. Подруб дерева заключается в зарубке дерева с той стороны, куда оно должно быть свалено. Глубина подруба составляет от 1/4 до 1/3 диаметра дерева. Подруб делают меньше, если дерево валится в сторону сильного естественного наклона или в направлении ветра, и глубже, если дерево валится в сторону, обратную наклону. Его выполняют или топором, или пилой (так называемое «выпиливание ломтя»). После выполнения подруба приступают к спиливанию дерева. В целях безопасности недопустимо присутствие людей (кроме пильщиков) в радиусе 30 м. Пропил выполняют лучковой пилой, ножонкой или двуручной пилой. Пилить будет легче, если пилу обтереть керосином. Если диаметр дерева больше ширины полотна пилы, то после ее заглубления необходимо в пропил вставить клин, чтобы избежать зажима. При спиливании двуручной пилон каждый пильщик придает пиле только один рабочий ход — «на себя». В обратную сторону тянет другой пильщик, первый только держит ручку пилы, не производя никаких усилий. Спиливание прекращают, не доводя пропил до подруба на 20—30 мм, и вынимают пилу.
Затем производят сталкивание дерева рукой, топором или жердью (шестом), уперев ее в дерево на высоте 3—4 м. Предварительно предупреждают окружающих о выполнении опасной операции. После валки дерево очищают от сучьев и производят раскряжёвку и складирование. Не рекомендуется деловую древесину держать в коре более двух недель, а при окорке на концах бревен лучше оставить полоски коры. Это предохранит бревна от растрескивания. Работы по валке деревьев лучше выполнять в ноябре—декабре, когда снега еще немного, но земля уже промерзла.
Особое внимание следует уделять саду с уклоном, начинающимся от дома вниз. Следует заметить, что такой сад оформить гораздо легче, чем тот, на котором дом стоит у подножья холма. В этом случае использование террас, как в первом случае не уместно. Их лучше заменить крупномерами (деревьями), а газонную лужайку растениями неприхотливыми в уходе. Растения неприхотливые в уходе будут лучше смотреться на склоне, т.к. ухаживать за ними будет легче, чем за газоном. Но вообще каждый случай строго индивидуален, т.к. нужно учитывать личные пожелания заказчика. Корчевание пней и уборку камней лучше всего начинать в мае, когда земля уже оттаяла, но еще не высохла. В это время связи корней с землей более ослаблены, дерн еще не окреп, и ваши усилия будут более эффективны. Корчевание — одна из самых трудоемких операций при освоении участка. Самое простое решение — это арендовать трактор с навешенным корчевателем и выполнить работу за один день. При таком решении вы сбережете свои силы, но потратите значительные денежные средства. Кроме того, при корчевании машиной сильно повреждается верхний плодородный слой и в последующие годы приходится тратить силы и средства на его восстановление.
Многие предпочитают использовать различные простые приспособления и физический труд членов своей семьи и друзей. При этом сохраняется плодородный слой, а здоровье членов семьи значительно улучшается от умеренных физических нагрузок. Плодородный слой ценен тем, что он чист от вирусных, бактериальных и других заболеваний.
Техника корчевки пней весьма проста. Пень окапывают со всех сторон, подрубают и подпиливают корни, после чего выворачивают его рычагом или вытаскивают, зацепив лебедкой. Одновременно с корчеванием пней, как правило, производится и уборка крупных камней. Камни просто складируют в одном месте и затем используют для фундаментов построек, устройства дорожек, альпийских горок, подпорных стенок и т. д. Крупные валуны, которые невозможно сдвинуть с места подручными средствами, можно разрушить, если, например, развести вокруг них костер, а затем облить холодной водой.
Выкорчеванные пни сушат. Их можно разделать на дрова, использовать на декоративные поделки или вывезти за пределы участка и сжечь.
Когда выкорчеваны пни, убраны камни и корни, на участке становятся видимыми все особенности рельефа и можно приступать к его разметке и выравниванию. Перед выравниванием поверхности участка необходимо определить уклон рельефа, направление стока и максимальный уровень стояния грунтовых вод. Направление уклона рельефа, если он есть, заметно невооруженным глазом но направлению стока, а уровень стояния грунтовых вод можно определить, выкопав яму «до воды». Эти два фактора необходимо обязательно учитывать при планировании строительства и размещении сада и огорода. Рельеф выравнивают с учетом общего уклона путем перемещения грунта, находящегося на участке, или засыпают ямы от пней и валунов привозным грунтом. Необходимо помнить, что практически невозможно изменить направление естественного водотока. Поэтому лучше размещать постройки и посадки на участке без нарушения водотока. Уровень грунтовых вод после освоения всей территории садоводства, как правило, понижается на 10—30%, что положительно сказывается на плодородии почв. Если уровень грунтовых вод высокий, а уклон на участке мал, то целесообразно перед началом освоения по периметру вырыть канаву и сделать искусственный водоток в сторону естественного уклона. Как правило, у хозяина участка в период напряженной физической работы уже складываются варианты планировки. Необходимо лишь каждый из них тщательно взвесить, обсудить па семейном совете, посоветоваться с опытными садоводами и проанализировать рекомендуемую литературу. Для корчевания вручную потребуются следующие инструменты: рычаг из круглого леса длиной 4—6 м и диаметром 10—12 см, лопата, топор, пила (ножовка), лебедка механическая ручная с усилием не менее 3 т, мягкий, но прочный канат, выдерживающий нагрузку не менее 3 т.
Разметка участка
Это одна из самых ответственных работ, и прежде чем начинать ее непосредственно на местности, целесообразно выполнить несколько вариантов на бумаге. Масштаб при разработке проекта лучше взять покрупнее (1: 100, 1:50), чтобы была возможность продумать не только расположение строений, дорожек, но и места посадок каждого дерева, куста и, может быть, каждого растения. Можно дать ряд советов, позволяющих избежать крупных ошибок при планировке и в дальнейшем исключить или свести к минимуму переделки и перестройки и, соответственно, сберечь силы и средства:
На плане участка нужно четко выделить следующие зоны: зона отдыха, хозяйственная зона, зона сада и огорода. В зоне отдыха (как вариант) можно разместить садовый домик, детскую площадку, газон, рокарий, клумбы, декоративный водоем, летнюю столовую, беседку, мини-пляж. В хозяйственной зоне могут быть размещены: летний душ, сауна или русская баня, туалет, помещение для хозяйственного инвентаря, помещение для топлива, помещение для содержания домашних животных и птицы, погреб, летняя кухня, теплица, компостная площадка, площадка для стройматериалов, домашняя слесарно-столярная мастерская. В садово-огородной зоне размещают плодовые деревья, ягодные кусты, грядки для земляники, грядки для овощей и картофеля. При размещении огородных культур важно, чтобы в дальнейшем их можно было чередовать, что уменьшит риск появления различных заболеваний и позволит длительное время получать высокие урожаи. Особенно тщательно нужно продумать размещение многолетних насаждений (плодовых деревьев и кустов), так как они плохо переносят пересадку.
После детальной разработки плана необходимо перенести его на местность. Для этого потребуются следующие инструменты: мерная лента, визирная доска, угольник и набор вешек. Перенос плана на местность необходимо произвести с максимальной точностью. При привязке плана на местности нередко вносятся в него изменения и усовершенствования. После выполнения разметки участка можно приступать к реализации плана.
Инструменты профессионалов
Геодезист может использовать в своей работе следующие инструменты: теодолит, нивелир, тахеометр. У первых теодолитов в центре угломерного круга на острие иголки помещалась линейка, которая могла свободно вращаться на этом острие (как стрелка у компаса); в линейке были сделаны вырезы и в них натянуты нити, играющие роль отсчетных индексов. Центр угломерного круга помещали в вершину измеряемого угла и надежно его закрепляли. Поворачивая линейку, совмещали ее с первой стороной угла и брали отсчет N1 по шкале угломерного круга. Затем совмещали линейку со второй стороной угла и брали отсчет N2. Разность отсчетов N2 и N1 равна значению угла. Подвижная линейка называлась алидадой, а сам угломерный круг назывался лимбом. Для совмещения линейки-алидады со сторонами угла применялись примитивные визиры.
Современные теодолиты, сохранив идею измерения угла, конструктивно значительно отличаются от старинных теодолитов. Во-первых, для совмещения алидады со сторонами угла используется зрительная труба, которую можно вращать по высоте и по азимуту; во-вторых, для отсчета по шкале лимба имеется отсчетное приспособление, в третьих, вся конструкция теодолита закрыта прочным металлическим кожухом и т.д. Для плавного вращения алидады и лимба имеется система осей, а сами вращения регулируются зажимными и наводящими винтами. Для установки теодолита на земле применяется специальный штатив, а совмещение центра лимба с отвесной линией, проходящей через вершину измеряемого угла, осуществляется с помощью оптического центрира или нитяного отвеса. Стороны измеряемого угла проектируются на плоскость лимба подвижной вертикальной плоскостью, которая называется коллимационной плоскостью. Коллимационная плоскость образуется визирной осью зрительной трубы при вращении трубы вокруг своей оси. Визирная ось трубы (или визирная линия) - это воображаемая линия, проходящая через центр сетки нитей и оптический центр объектива трубы.
Согласно ГОСТ 10528 - 76 в нашей стране выпускаются нивелиры трех типов: высокоточные с ошибкой измерения превышения не более 0.5 мм на 1 км хода, точные с ошибкой измерения превышения 3 мм на 1 км хода и технические с ошибкой измерения превышений 10 мм на 1 км хода. Нивелиры всех типов могут выпускаться либо с уровнем при трубе, либо с компенсатором наклона визирной линии трубы. При наличии компенсатора в шифре нивелира добавляется буква К, например, Н-3К. У нивелиров Н-3 и Н-10 допускается наличие горизонтального лимба; в этом случае в шифре нивелира добавляется буква Л, например, Н-10Л. Зрительная труба и уровень при ней являются важнейшими частями нивелира. Элевационный винт служит для приведения визирной линии трубы в горизонтальное положение. С его помощью поднимают или опускают окулярный конец трубы; при этом пузырек уровня перемещается и когда он будет точно в нуль-пункте, визирная линия должна устанавливаться горизонтально. Цилиндрический уровень обычно контактный; изображение контактов пузырька передается системой призм в поле зрения трубы, что очень удобно, так как наблюдатель видит сразу и рейку, и уровень. Для нивелира с уровнем при трубе выполняются три поверки. Ось цилиндрического уровня и визирная линия трубы должны быть параллельны и лежать в параллельных вертикальных плоскостях - это условие называется главным условием нивелира с уровнем при трубе. Первая часть главного условия проверяется двойным нивелированием вперед. На местности забивают два колышка на расстоянии около 50 м один от другого. Нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы находился на одной вертикальной линии с точкой. От колышка до центра окуляра измеряют высоту инструмента i1. Затем рейку ставят в точку В, наводят на нее трубу нивелира, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b1. Затем нивелир и рейку меняют местами, измеряют высоту инструмента i2, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b2.
Пусть главное условие нивелира не выполняется, и при положении пузырька уровня в нульпункте визирная линия не горизонтальна, а составляет с осью уровня некоторый угол i. Тогда вместо правильного отсчета b0 1 получается ошибочный - b1. Ошибку отсчета обозначим x, и превышение точки В относительно точки А будет равно:
Ось круглого установочного уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт, затем поворачивают нивелир по азимуту на 180o. Если пузырек отклонился от нуль-пункта, то на половину отклонения его перемещают с помощью подъемных винтов и на половину - исправительными винтами круглого уровня. Существует и другой, более надежный способ поверки круглого уровня: сначала тщательно устанавливают ось вращения нивелира в отвесное положение с помощью элевационного винта и цилиндрического уровня при трубе, затем исправительными винтами круглого уровня приводят его пузырек в нуль-пункт.
Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира, т.е. быть горизонтальной. Рейку ставят в 30 - 40 м от нивелира и закрепляют ее, чтобы она не качалась. Затем берут отсчеты по рейке при трех положениях ее изображения: в центре поля зрения, слева от центра и справа. Если отсчеты отличаются один от другого более, чем на 1 мм, то сетку нитей нужно развернуть. Предполагая, что сетки нитей строго перпендикулярны, можно проверить вертикальность вертикальной нити. Для этого в 20 м от нивелира подвешивают отвес, наводят на него трубу и проверяют совпадение вертикальной нити сетки с нитью отвеса. Важнейшими характеристиками нивелира, определяющими точность измерения превышений, являются увеличение зрительной трубы и цена деления цилиндрического уровня при трубе. По этим характеристикам определяет пригодность нивелира для выполнения работ заданной точности. Чтобы получить численные значения увеличения трубы и цены деления уровня, выполняют соответствующие исследования нивелир.
Тахеометр — геодезический прибор, применяемый при тахеометрической съемке для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. На основе этих данных определяются превышения, горизонтальные проложения и координаты измеряемых точек.
Электронный тахеометр — самый универсальный и интеллектуальный геодезический прибор. Встроенный микропроцессор позволяет тахеометру самостоятельно решать широкий спектр задач: прямая и обратная геодезическая задача, расчет площадей, вычисление засечек, тахеометрическая съёмка и вынос в натуру, измерения относительной базовой линии и определение недоступных расстояний и высот. Полученные данные хранятся в памяти тахеометра и могут быть переданы на компьютер. Управлять тахеометром, благодаря использованию жидкокристаллического экрана и клавиатуры, ничуть не сложнее, чем любым другим геодезическим прибором. При этом объем работ, который может выполнен при использовании тахеометра, будет намного больше. Тахеометры обладают электронной системой слежения за вертикальностью прибора (электронные уровни и компенсатор), лазерным дальномером, который, помимо измерений с отражателем, часто оснащен также безотражательным режимом измерения расстояний (позволяет тахеометру производить измерения непосредственно на поверхность объекта), памятью, в которой хранятся все измерения и расчеты, выполненные тахеометром, системой учета коллимации и рефракции, что дает возможность работать с тахеометром только при одном круге, более совершенные модели тахеометров оснащены сервомоторами и возможностью автоматического захвата и слежения за отражателем. Такой тахеометр производит измерения в роботизированном режиме при минимальном участии наблюдателя.
Преимущества, которые дает геодезия, существенны. Точное расположение элементов на плане. Возможность посмотреть будущий план сада на компьютере, использую программу трехмерного изображения 3D-Max. Позволяет на стадии проектирования выбрать будущую планировку участка: прямоугольную, диагональную круговую. Позволяет учитывать неровные поверхности участка, холмы, склоны. Геодезия занимается изучением Земли в содружестве с другими «геонауками», то есть, науками о Земле. Физические свойства Земли в целом изучает наука «физика Земли», строение верхней оболочки нашей планеты изучают геология и геофизика, строение и характеристики океанов и морей - гидрология, океанография. Атмосфера - воздушная оболочка Земли - и процессы, происходящие в ней, являются предметом изучения метеорологии и климатологии. Растительный мир изучает геоботаника, животный мир - зоология. Кроме этого, есть еще география, геоморфология и другие. Среди всех наук о Земле геодезия занимает свое место: она изучает геометрию Земли в целом и отдельных участков ее поверхности, а также геометрию любых объектов (и естественного, и искусственного происхождения) на поверхности Земли и вблизи нее. Геодезия, как и другие науки, постоянно впитывает в себя достижения математики, физики, астрономии, радиоэлектроники, автоматики и других фундаментальных и прикладных наук. Изобретение лазера привело к появлению лазерных геодезических приборов - лазерных нивелиров и светодальномеров; кодовые измерительные приборы с автоматической фиксацией отсчетов могли появиться только на определенном уровне развития микроэлектроники и автоматики. Что же касается информатики, то ее достижения вызвали в геодезии подлинную революцию, которая происходит сейчас на наших глазах.
Задачи геодезии
Среди многих задач геодезии можно выделить долговременные задачи и задачи на ближайшие годы. К долговременным задачам перед этой наукой можно отнести определение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли, распространение единой системы координат на территорию отдельного государства, континента и всей земли в целом, изображение участков поверхности земли на топографических картах и планах,
изучение глобальных смещений блоков земной коры. Задача на ближайшее время перед специалистами стоит следующая: создание и внедрение ГИС - геоинформационных систем, создание государственных и локальных кадастров: земельного, водного, лесного, городского и т.д., Также топографо-геодезическое обеспечение делимитации (определения) и демаркации (обозначения) государственной границы России,
разработка и внедрение стандартов в области цифрового картографирования,
создание цифровых и электронных карт и их банков данных, разработка концепции и государственной программы повсеместного перехода на спутниковые методы автономного определения координат, создание комплексного национального атласа России и другие. Эти задачи записаны в Постановлении коллегии Федеральной службы геодезии и картографии России от 20 февраля 1995 года.
Усложнение и развитие геодезии привело к разделению ее на несколько научных дисциплин. Высшая геодезия изучает фигуру Земли, ее размеры и гравитационное поле. Обеспечивает распространение принятых систем координат в пределах государства, континента или всей поверхности Земли, занимается исследованием древних и современных движений земной коры, а также изучает фигуру, размеры и гравитационное поле других планет Солнечной системы.
Топография («топос» - место, «графо» - пишу; дословно - описание местности) изучает методы топографической съемки местности с целью изображения ее на планах и картах.
Картография изучает методы и процессы создания и использования карт, планов, атласов и другой картографической продукции. Фотограмметрия (фототопография и аэрофототопо графия) изучает методы создания карт и планов по фото- и аэрофотоснимкам. Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений. Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает методы проведения геодезических работ в подземных горных выработках. Понятно, что четко обозначенных границ между перечисленными дисциплинами нет. Так, топография включает в себя элементы высшей геодезии и картографии, инженерная геодезия использует разделы практически всех остальных геодезических дисциплин и т.д.
Уже из этого неполного перечня геодезических дисциплин видно, какие разнообразные задачи - и теоретического, и практического характера, - приходится решать геодезистам, чтобы удовлетворить требования государственных и частных учреждений, компаний и фирм. Для государственного планирования и развития производительных сил страны необходимо изучать ее территорию в топографическом отношении. Топографические карта и планы, создаваемые геодезистами, нужны всем, кто работает или передвигается по Земле: геологам, морякам, летчикам, проектировщикам, строителям, земледельцам, лесоводам, туристам, школьникам и т.д. Особенно нужны карты армии: строительство оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям, использование ракетной техники, планирование военных операций, - все это без карт и других геодезических материалов просто невозможно.
В последние годы строительство так называемых уникальных инженерных сооружений потребовало от геодезии резкого повышения точности измерений. Так, при монтаже оборудования мощных ускорителей приходится учитывать десятые и даже сотые доли миллиметра. По результатам геодезических измерений изучают деформации и осадки действующего промышленного оборудования, обнаруживают движение земной коры в сейсмоактивных зонах, наблюдают за уровнями воды в реках, морях и океанах и уровнем грунтовых вод.
Геодезия для пользователя
Геодезическая съемка на местности проводится в случаях, когда участок имеет сложный рельеф и периметр неправильной формы. На территории находится достаточно большое количество деревьев и кустарников и для проектирования дренажной системы.
В геодезии применяются преимущественно линейные и угловые измерения. Такие измерения необходимы для определения формы и размеров. Потребности в геодезических измерениях возникли в связи с измерением земельных участков и их разделением, строительством сооружений. Инженерно-геодезические изыскания осуществляют для дальнейшего строительства и благоустройства объекта, участка, территории.
Для благоустройства и озеленения участка, а также для ландшафтного проектирования необходимо выполнить следующие условия. Планово-высотная съемочная геодезическая сеть, топографическая съемка, съемка подземных коммуникаций и границы участка. Привязка сооружений и строений и составление по результатам нивелирования профилей по имеющимся на объекте трассам железных или автомобильных дорог и трассирование новых дорог. Если участок большой, его необходимо разделить на отдельные сектора. В первую очередь, необходимо провести съемку местности (горизонтальную). При горизонтальной съёмки местности составляется профиль данной территории, а при вертикальной рельеф. Затем составит план застроенной и незастроенной местности (для того, чтобы определиться с расположением посадок и будущих построек на участке). Все измерения, выполняемые на местности, наносятся на план в масштабе 1:500.Для создания плана используется чертежная бумага или миллиметровка. Глядя на приведенный масштаб, становится, очевидно, что геодезическая съемка необходима на достаточно крупных участках, для приусадебного хозяйства в 6 соток такой сервис будет излишним. На план необходимо нанести только те элементы (постройки, клумбы, деревья), которые останутся при формировании нового сада. Не смотря на то, что все участки на «одно лицо», при оформлении специалистом – геодезистом, каждый из них приобретает свою форму – прямоугольную, диагональную или круговую. Такое разнообразие зависит от различных способов оформления. Выбор зависит от формы участка. Нельзя сказать какой их них наиболее популярный. Ограничений в размерах участков как правило нет, можно оформить как маленький, так и довольно большой участок. При круговой планировке можно использовать эффект соприкасающихся кругов. При планировке небольших участков можно использовать прямоугольные мотивы. Диагональный тип планировки участка лучше использовать на участках с большим садом, где достаточно свободного места вокруг дома (не менее 45 градусов). Лучше использовать тот вариант планировки, который выглядит более естественно. Использование круговых мотивов подходят для участков прямоугольной формы. Особенности заключаются в сочетаниях окружностей разных размеров, перекрывании их друг другом и соединений между собой. Сначала определяют место, где будут располагаться круги. Затем делают строгую разметку их очертаний этих кругов. Но этот способ неудобен тем, что сохранить строгое очертание круга в течение долгого времени сложно.
При использовании метода диагонального мотива, внутренне пространство участка зрительно расширяется. Элементы сада нужно располагать вдоль разметочной сетки под углом 45 градусов к стене дома. Прямоугольные мотивы придают саду классический вид. Данные вид планировки можно использовать на длинных участках, с целью разделения его на отдельные пространства (территории).
«Участковые» проблемы
Возвышенности и низменности на участках составляют некоторую проблему в планировке и в дальнейшем уходе за садом. В зависимости от угла наклона, поверхности и конфигурации возвышенности, ее можно использовать как выигрышную особенность сада. Здесь не может быть примеров, т.к. каждый случай надо рассматривать в отдельности. Освоение земляного участка всегда начинается с таких трудоемких операций, как валка леса, корчевание пней, уборка камней и выравнивание участка. Несмотря на кажущуюся простоту эти работы очень тяжелы и даже опасны.
Необходимые инструменты: топор, пила лучковая, ножовка, пила двуручная или бензомоторная пила. При выборе направления валки дерева следует учитывать, что всегда неизбежны отклонения, зависящие от особенностей каждого дерева и естественных условий. Дерево легче свалить в сторону наибольшего развития сучьев, кривизны или наклона, а также в сторону наименьшего диаметра, если ствол имеет сплюснутую форму. При неровном рельефе участка направление валки следует выбирать с таким расчетом, чтобы избежать зажимов при раскряжевке. Это может произойти, если комель и вершина окажутся выше середины ствола. При сильном ветре работу лучше не проводить. Подготовка дерева, для валки заключается в вырубке вокруг него кустарника и утаптывании или расчистке снега в зимнее время. Кроме того, следует обеспечить возможность быстрого отхода от дерева в момент его падения. На валке деревьев лучше и безопаснее работать вдвоем. Начинают всегда с подруба. Его назначение — обеспечить требуемое направление валки и безопасность работающих. Подруб дерева заключается в зарубке дерева с той стороны, куда оно должно быть свалено. Глубина подруба составляет от 1/4 до 1/3 диаметра дерева. Подруб делают меньше, если дерево валится в сторону сильного естественного наклона или в направлении ветра, и глубже, если дерево валится в сторону, обратную наклону. Его выполняют или топором, или пилой (так называемое «выпиливание ломтя»). После выполнения подруба приступают к спиливанию дерева. В целях безопасности недопустимо присутствие людей (кроме пильщиков) в радиусе 30 м. Пропил выполняют лучковой пилой, ножонкой или двуручной пилой. Пилить будет легче, если пилу обтереть керосином. Если диаметр дерева больше ширины полотна пилы, то после ее заглубления необходимо в пропил вставить клин, чтобы избежать зажима. При спиливании двуручной пилон каждый пильщик придает пиле только один рабочий ход — «на себя». В обратную сторону тянет другой пильщик, первый только держит ручку пилы, не производя никаких усилий. Спиливание прекращают, не доводя пропил до подруба на 20—30 мм, и вынимают пилу.
Затем производят сталкивание дерева рукой, топором или жердью (шестом), уперев ее в дерево на высоте 3—4 м. Предварительно предупреждают окружающих о выполнении опасной операции. После валки дерево очищают от сучьев и производят раскряжёвку и складирование. Не рекомендуется деловую древесину держать в коре более двух недель, а при окорке на концах бревен лучше оставить полоски коры. Это предохранит бревна от растрескивания. Работы по валке деревьев лучше выполнять в ноябре—декабре, когда снега еще немного, но земля уже промерзла.
Особое внимание следует уделять саду с уклоном, начинающимся от дома вниз. Следует заметить, что такой сад оформить гораздо легче, чем тот, на котором дом стоит у подножья холма. В этом случае использование террас, как в первом случае не уместно. Их лучше заменить крупномерами (деревьями), а газонную лужайку растениями неприхотливыми в уходе. Растения неприхотливые в уходе будут лучше смотреться на склоне, т.к. ухаживать за ними будет легче, чем за газоном. Но вообще каждый случай строго индивидуален, т.к. нужно учитывать личные пожелания заказчика. Корчевание пней и уборку камней лучше всего начинать в мае, когда земля уже оттаяла, но еще не высохла. В это время связи корней с землей более ослаблены, дерн еще не окреп, и ваши усилия будут более эффективны. Корчевание — одна из самых трудоемких операций при освоении участка. Самое простое решение — это арендовать трактор с навешенным корчевателем и выполнить работу за один день. При таком решении вы сбережете свои силы, но потратите значительные денежные средства. Кроме того, при корчевании машиной сильно повреждается верхний плодородный слой и в последующие годы приходится тратить силы и средства на его восстановление.
Многие предпочитают использовать различные простые приспособления и физический труд членов своей семьи и друзей. При этом сохраняется плодородный слой, а здоровье членов семьи значительно улучшается от умеренных физических нагрузок. Плодородный слой ценен тем, что он чист от вирусных, бактериальных и других заболеваний.
Техника корчевки пней весьма проста. Пень окапывают со всех сторон, подрубают и подпиливают корни, после чего выворачивают его рычагом или вытаскивают, зацепив лебедкой. Одновременно с корчеванием пней, как правило, производится и уборка крупных камней. Камни просто складируют в одном месте и затем используют для фундаментов построек, устройства дорожек, альпийских горок, подпорных стенок и т. д. Крупные валуны, которые невозможно сдвинуть с места подручными средствами, можно разрушить, если, например, развести вокруг них костер, а затем облить холодной водой.
Выкорчеванные пни сушат. Их можно разделать на дрова, использовать на декоративные поделки или вывезти за пределы участка и сжечь.
Когда выкорчеваны пни, убраны камни и корни, на участке становятся видимыми все особенности рельефа и можно приступать к его разметке и выравниванию. Перед выравниванием поверхности участка необходимо определить уклон рельефа, направление стока и максимальный уровень стояния грунтовых вод. Направление уклона рельефа, если он есть, заметно невооруженным глазом но направлению стока, а уровень стояния грунтовых вод можно определить, выкопав яму «до воды». Эти два фактора необходимо обязательно учитывать при планировании строительства и размещении сада и огорода. Рельеф выравнивают с учетом общего уклона путем перемещения грунта, находящегося на участке, или засыпают ямы от пней и валунов привозным грунтом. Необходимо помнить, что практически невозможно изменить направление естественного водотока. Поэтому лучше размещать постройки и посадки на участке без нарушения водотока. Уровень грунтовых вод после освоения всей территории садоводства, как правило, понижается на 10—30%, что положительно сказывается на плодородии почв. Если уровень грунтовых вод высокий, а уклон на участке мал, то целесообразно перед началом освоения по периметру вырыть канаву и сделать искусственный водоток в сторону естественного уклона. Как правило, у хозяина участка в период напряженной физической работы уже складываются варианты планировки. Необходимо лишь каждый из них тщательно взвесить, обсудить па семейном совете, посоветоваться с опытными садоводами и проанализировать рекомендуемую литературу. Для корчевания вручную потребуются следующие инструменты: рычаг из круглого леса длиной 4—6 м и диаметром 10—12 см, лопата, топор, пила (ножовка), лебедка механическая ручная с усилием не менее 3 т, мягкий, но прочный канат, выдерживающий нагрузку не менее 3 т.
Разметка участка
Это одна из самых ответственных работ, и прежде чем начинать ее непосредственно на местности, целесообразно выполнить несколько вариантов на бумаге. Масштаб при разработке проекта лучше взять покрупнее (1: 100, 1:50), чтобы была возможность продумать не только расположение строений, дорожек, но и места посадок каждого дерева, куста и, может быть, каждого растения. Можно дать ряд советов, позволяющих избежать крупных ошибок при планировке и в дальнейшем исключить или свести к минимуму переделки и перестройки и, соответственно, сберечь силы и средства:
На плане участка нужно четко выделить следующие зоны: зона отдыха, хозяйственная зона, зона сада и огорода. В зоне отдыха (как вариант) можно разместить садовый домик, детскую площадку, газон, рокарий, клумбы, декоративный водоем, летнюю столовую, беседку, мини-пляж. В хозяйственной зоне могут быть размещены: летний душ, сауна или русская баня, туалет, помещение для хозяйственного инвентаря, помещение для топлива, помещение для содержания домашних животных и птицы, погреб, летняя кухня, теплица, компостная площадка, площадка для стройматериалов, домашняя слесарно-столярная мастерская. В садово-огородной зоне размещают плодовые деревья, ягодные кусты, грядки для земляники, грядки для овощей и картофеля. При размещении огородных культур важно, чтобы в дальнейшем их можно было чередовать, что уменьшит риск появления различных заболеваний и позволит длительное время получать высокие урожаи. Особенно тщательно нужно продумать размещение многолетних насаждений (плодовых деревьев и кустов), так как они плохо переносят пересадку.
После детальной разработки плана необходимо перенести его на местность. Для этого потребуются следующие инструменты: мерная лента, визирная доска, угольник и набор вешек. Перенос плана на местность необходимо произвести с максимальной точностью. При привязке плана на местности нередко вносятся в него изменения и усовершенствования. После выполнения разметки участка можно приступать к реализации плана.
Инструменты профессионалов
Геодезист может использовать в своей работе следующие инструменты: теодолит, нивелир, тахеометр. У первых теодолитов в центре угломерного круга на острие иголки помещалась линейка, которая могла свободно вращаться на этом острие (как стрелка у компаса); в линейке были сделаны вырезы и в них натянуты нити, играющие роль отсчетных индексов. Центр угломерного круга помещали в вершину измеряемого угла и надежно его закрепляли. Поворачивая линейку, совмещали ее с первой стороной угла и брали отсчет N1 по шкале угломерного круга. Затем совмещали линейку со второй стороной угла и брали отсчет N2. Разность отсчетов N2 и N1 равна значению угла. Подвижная линейка называлась алидадой, а сам угломерный круг назывался лимбом. Для совмещения линейки-алидады со сторонами угла применялись примитивные визиры.
Современные теодолиты, сохранив идею измерения угла, конструктивно значительно отличаются от старинных теодолитов. Во-первых, для совмещения алидады со сторонами угла используется зрительная труба, которую можно вращать по высоте и по азимуту; во-вторых, для отсчета по шкале лимба имеется отсчетное приспособление, в третьих, вся конструкция теодолита закрыта прочным металлическим кожухом и т.д. Для плавного вращения алидады и лимба имеется система осей, а сами вращения регулируются зажимными и наводящими винтами. Для установки теодолита на земле применяется специальный штатив, а совмещение центра лимба с отвесной линией, проходящей через вершину измеряемого угла, осуществляется с помощью оптического центрира или нитяного отвеса. Стороны измеряемого угла проектируются на плоскость лимба подвижной вертикальной плоскостью, которая называется коллимационной плоскостью. Коллимационная плоскость образуется визирной осью зрительной трубы при вращении трубы вокруг своей оси. Визирная ось трубы (или визирная линия) - это воображаемая линия, проходящая через центр сетки нитей и оптический центр объектива трубы.
Согласно ГОСТ 10528 - 76 в нашей стране выпускаются нивелиры трех типов: высокоточные с ошибкой измерения превышения не более 0.5 мм на 1 км хода, точные с ошибкой измерения превышения 3 мм на 1 км хода и технические с ошибкой измерения превышений 10 мм на 1 км хода. Нивелиры всех типов могут выпускаться либо с уровнем при трубе, либо с компенсатором наклона визирной линии трубы. При наличии компенсатора в шифре нивелира добавляется буква К, например, Н-3К. У нивелиров Н-3 и Н-10 допускается наличие горизонтального лимба; в этом случае в шифре нивелира добавляется буква Л, например, Н-10Л. Зрительная труба и уровень при ней являются важнейшими частями нивелира. Элевационный винт служит для приведения визирной линии трубы в горизонтальное положение. С его помощью поднимают или опускают окулярный конец трубы; при этом пузырек уровня перемещается и когда он будет точно в нуль-пункте, визирная линия должна устанавливаться горизонтально. Цилиндрический уровень обычно контактный; изображение контактов пузырька передается системой призм в поле зрения трубы, что очень удобно, так как наблюдатель видит сразу и рейку, и уровень. Для нивелира с уровнем при трубе выполняются три поверки. Ось цилиндрического уровня и визирная линия трубы должны быть параллельны и лежать в параллельных вертикальных плоскостях - это условие называется главным условием нивелира с уровнем при трубе. Первая часть главного условия проверяется двойным нивелированием вперед. На местности забивают два колышка на расстоянии около 50 м один от другого. Нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы находился на одной вертикальной линии с точкой. От колышка до центра окуляра измеряют высоту инструмента i1. Затем рейку ставят в точку В, наводят на нее трубу нивелира, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b1. Затем нивелир и рейку меняют местами, измеряют высоту инструмента i2, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b2.
Пусть главное условие нивелира не выполняется, и при положении пузырька уровня в нульпункте визирная линия не горизонтальна, а составляет с осью уровня некоторый угол i. Тогда вместо правильного отсчета b0 1 получается ошибочный - b1. Ошибку отсчета обозначим x, и превышение точки В относительно точки А будет равно:
Ось круглого установочного уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт, затем поворачивают нивелир по азимуту на 180o. Если пузырек отклонился от нуль-пункта, то на половину отклонения его перемещают с помощью подъемных винтов и на половину - исправительными винтами круглого уровня. Существует и другой, более надежный способ поверки круглого уровня: сначала тщательно устанавливают ось вращения нивелира в отвесное положение с помощью элевационного винта и цилиндрического уровня при трубе, затем исправительными винтами круглого уровня приводят его пузырек в нуль-пункт.
Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира, т.е. быть горизонтальной. Рейку ставят в 30 - 40 м от нивелира и закрепляют ее, чтобы она не качалась. Затем берут отсчеты по рейке при трех положениях ее изображения: в центре поля зрения, слева от центра и справа. Если отсчеты отличаются один от другого более, чем на 1 мм, то сетку нитей нужно развернуть. Предполагая, что сетки нитей строго перпендикулярны, можно проверить вертикальность вертикальной нити. Для этого в 20 м от нивелира подвешивают отвес, наводят на него трубу и проверяют совпадение вертикальной нити сетки с нитью отвеса. Важнейшими характеристиками нивелира, определяющими точность измерения превышений, являются увеличение зрительной трубы и цена деления цилиндрического уровня при трубе. По этим характеристикам определяет пригодность нивелира для выполнения работ заданной точности. Чтобы получить численные значения увеличения трубы и цены деления уровня, выполняют соответствующие исследования нивелир.
Тахеометр — геодезический прибор, применяемый при тахеометрической съемке для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. На основе этих данных определяются превышения, горизонтальные проложения и координаты измеряемых точек.
Электронный тахеометр — самый универсальный и интеллектуальный геодезический прибор. Встроенный микропроцессор позволяет тахеометру самостоятельно решать широкий спектр задач: прямая и обратная геодезическая задача, расчет площадей, вычисление засечек, тахеометрическая съёмка и вынос в натуру, измерения относительной базовой линии и определение недоступных расстояний и высот. Полученные данные хранятся в памяти тахеометра и могут быть переданы на компьютер. Управлять тахеометром, благодаря использованию жидкокристаллического экрана и клавиатуры, ничуть не сложнее, чем любым другим геодезическим прибором. При этом объем работ, который может выполнен при использовании тахеометра, будет намного больше. Тахеометры обладают электронной системой слежения за вертикальностью прибора (электронные уровни и компенсатор), лазерным дальномером, который, помимо измерений с отражателем, часто оснащен также безотражательным режимом измерения расстояний (позволяет тахеометру производить измерения непосредственно на поверхность объекта), памятью, в которой хранятся все измерения и расчеты, выполненные тахеометром, системой учета коллимации и рефракции, что дает возможность работать с тахеометром только при одном круге, более совершенные модели тахеометров оснащены сервомоторами и возможностью автоматического захвата и слежения за отражателем. Такой тахеометр производит измерения в роботизированном режиме при минимальном участии наблюдателя.
Обсуждения Роль геодезии