Геодезиялық өлшеулер

.Геодезиялық өлшеу деп өлшенетін шаманы бастапқы бірлік ретінде кабылданатын басқа бір шамамен салыстыру процесін айтады. Геодезиялық өлшеулерді негізінен үш түрге белуге болады:

-сызықтық-жер бетіндегі нүктелердің арақашықтықтарын анықтау;

-бұрыштық-горизонталь және вертикаль бұрыштардың мәндерін анықтау;

-биіктік (нивелирлеу)-жекелеген нүктелер арасындағы биіктік айырымдарын аныктау.

Сызықтық және биіктік өлшеулерде (арақашықтық, биіктік, биік айырым) үзындық өлшеу бірлігіне метр (м) алынады. Метрдің ұзындығына шамамен Париж арқылы өтетін меридиан ұзындығының 1:40000000 бөлігі алынған. Осының негізінде платина-иридий қорытпасынан метрдің эталоны жасалынды, ол «архив метрі» деп аталды. Кейінгі кездегі жүргізілген дәлдігі жоғары өлшеулер негізінде «архивтік метрдің» ұзындығы бастапқы анықталғаннан 0,21 мм-ге қысқа екендігі анықгалды. Сөйтіп, 1899 жылы 90% платина мен 100% иридий қорытпасынан метрдің халықаралық жаңа 31 эталоны жасалынды. Ресей оның 11 және 28 көмірлі екеуіне ие болды. №28 метрлік эталон Лениградтағы Д.И.Менделеев атындағы ғылыми-зерттеу институтында сақтаулы.

Ұзындық өлшеу жұмыстары дәлдігінің артуы мен метрлік эталон жаңғыртудың қажеттігіне байланысты, метрдің жарық толқынының ұзындығына негізделген табиғи этапонына көшу мақсаты көзделді. Өлшеуіштер мен таразылар жөніндегі XI - Бас конференция 1960 метрдің халықаралык бірліктер жүйесінің негізіне «метр-криптон-86 атомының, вакуумдегі шығару ұзындығына тең ұзындық» деген жаңа анықтама қабылдады. Сөйтіп, 68 жылдың 12 қаңтарында Кеңестер үкіметінің стандарты бойынша мемлекеттік тұрақты шама жаңа метрлік эталон болып бекітілді.

Ал, қашықтық өлшеуіш сымдар мен рулеткалардың ұзындықтарының дәлдігін аныктап тұру үшін, ұзындығы мемлекеттік эталонмен салыстырылған үш метрлік арнайы белгілер (компараторлар) дайындалған. Еліміздің көптеген калаларында орнатылған осындай компараторлардың бірі-№541 Мәскеудің геодезия, аэрофототүсірістер және картография иженерлік институтындағы белгілі компаратор. Бір метрде (м) 100 см. немесе 1000 мм. бар. Бұрыштарды өлшеудің бірлігіне градус алынған, ол тік бұрыштың 1/90 бөлігіне тең. Толық шеңбер 360°-тан тұрады, бір градуста-60 ^/ минут, бір минутта - 60 ^//секунд бар. Бұрыштардың мәндерін радиандық өлшеммен көрсетуге болады. Радиан-радиусқа тең шеңбер доғасына тірелген центрлік бұрыш. Үзындығы 2πR доға 2π радианнан тұрады. Демек, радианның градустык, минуттық, секундтық мәндері р=57,3°; р=3438/; р=206265" тен. Аудандар өлшемінің бірлігі шаршы метр (м): 10000 м2=1 гектар (га); 1000000 м2=100га= 1 км². Уақыт, салмак және температура өлшем бірліктеріне секунд, халықаралык килограмм және Цельсия шкаласы бойынша градус алынған.

Геодезиялык өлшеулер тура және жанама болып келеді. Егер шама аспаптың көмегімен тікелей анықталса, оны тура өлшеу деп атайды. Егер шама есептеулер арқылы анықталса, онда ол өлшемдердің шама тәсілі болып есептеледі. Геодезиялык жұмыстар далалық және өңдеу жұмыстары болып бөлінеді. Далалық жұмыстарда әр түрлі өлшеулер жүргізіледі, ал өндеу жұмыстары: есептеу мен графикалық процестерден тұрады. Далалық өлшеулерге пландар мен карталар жасауда немесе арнайы мақсаттарда барлау траншеялары мен құрылыстарын бөлу, трассалар салуда) жер бетінде жүргізілетін геодезиялық өлшеулер жатады. Өлшеулер кезінде қолданылатын аспаптарға:

-арақашықтықтарды өлшеуге арналған өлшеу ленталары, сымдар, рулеткалар, оптикалық кашыктык өлшеуіштер, жарық сәулелі қашықтық өлшеуіштер, т.б;

-бұрыштарды өлшеуге арналған теодолиттер, буссольдар, гониометрлер және т.б;

-вертикаль биіктіктерді өлшеуге арналған нивелирлер, рейкалар, барометр-анероид, т.б. жатады.

Геодезиялык жұмыстардың нәтижелері арнайы журналдарга жазылады да, дала жағдайында тексеріліп, түсірілетін объектінің схемалық сызбалары жасалынады. Ол сызбаларды сұлба (арбис) деп атайды.

Жер бетінің әрқилы физика-географиялық жағдайлары жүргізілетін геодезиялық өлшеулер дәлдігіне әсерін тигізеді. Сондықтан да қоршаған ортаның зиянды әсерін жою немесе әлсірету өлшеу жұмыстары кезінде пайдаланатын аспаптарды, өлшеу әдістерін және жұмыс жүргізу тәртібін дұрыс таңдауға тікелей байланысты.

Есептеу процесі өлшеу нәтижелерін бір жүйеге келтіріп, математикалық өндеуден және оларды пайдалануға неғұрлым жарамды түрге келтіруден тұрады. Есептеулерді жеңілдетіп, қажет нәтижелерді тез табуға және есептеулердің дұрыстығына көз жеткізу үшін, барлық есептеулер белгілі бір схемалар (ведомостер) бойынша жүргізіледі. Геодезиялық өлшеулердің әртүріне лайықты арнайы есептеу схемалары таңдалынып алынады. Есептеу жұмыстарын жеңілдету үшін әртүрлі қосымша қүрал-жабдықтар: кестелер, графиктер, электрондық есептеу машиналары, т.б. қолданылады.

Графикалық, процесс өлшеу мен есептеу нәтижелерін белгілі шартты белгілерді сақтай отырып, сызба түріне келтіру. Алынған жазбалар жүргізілген геодезиялық немесе маркшейдерліқ жұмыстардың түпкі өнімі болып саналады. Кейінгі әртүрлі инженерлік жобалау, есептеу және жобадан жергілікті жерге көшіру жұмыстары алынган осы сызбалар негізінде жүргізіледі. Сондықтан, сызбалар мұқият тексеріліп, өте дәл мәліметтер нәтижесінде жасалынуы қажет. Сонымен катар, графикалық жағынан сапасы өте жоғары болуга тиіс.

• 
  сызықтық – жер бетіндегі нүктелердің арақашықтықтарын анықтау;
  
• 
  бұрыштық – горизонталь және вертикаль бұрыштардың мәндерін анықтау;
  
• 
  биіктік (нивелирлеу) – жекелеген нүктелер арасындағы биіктік айырмасын анықтау.
  

Ұзындық өлшеу жұмыстары дәлдігінің артуы мен метрлік эталон жаңғыртудың қажеттігіне байланысты, метрдің жарық толқынының ұзындығына негізделген табиғи эталонына көшу мақсаты көзделді. Өлшеуіштер мен таразылар жөніндегі ХІ – Бас конференция 1960 метрдің халықаралық бірліктер жүйесінің негізіне «метр-криптон-86 атомының, вакуумдегі шығару ұзындығына тең ұзындық» деген жаңа анықтама қабылдады. Сөйтіп, 1968 жылдың 12 қаңтарында Кеңестер үкіметінің стандарты бойынша мемлекеттік тұрақты шама жаңа метрлік эталон болып бекітілді.

Ал, қашықтық өлшеуіш сымдар мен рулеткалардың ұзындықтарының дәлдігін анықтап тұру үшін, ұзындығы мемлекеттік эталонмен салыстырылған үш метрлік арнайы белгілер (компаратор) дайындалған. Еліміздің көптеген қалаларында орнатылған осындай компараторлардың бірі - №541 Мәскеудің геодезия, аэрофототүсірістер және картография инженерлік институттарындағы белгілі компаратор.

Бір метрде 100 см немесе 1000 мм бар. Бұрыштарды өлшеудің бірлігіне градус (º) алынған. Ол тік бұрыштың 1/90 бөлігіне тең. Толық шеңбер 360º-тан тұрады. Бір градуста – 60' (минут), бір минутта – 60" (секунд) бар.

Бұрыштардың мәндерін радиандық өлшеммен көрсетуге болады. Рариан-радиусқа тең шеңбер доғасына тірелген центрлік бұрыш. Ұзындығы 2πR доға 2π радианнан тұрады. Демек, радианның градустық, минуттық, секундтық мәндері ρ=57,3º: ρ=3438′: ρ =206265" тең.

Аудандар өлшемінің бірлігі шаршы метр (м) 10 000 м²=1 гектар (га); 1000 000 м²=100 га=1км².

Уақыт, салмақ және температура өлшем бірліктеріне секунд, халықаралық килограмм және Цельсия шкаласы бойынша градус алынған.

Атмосфера ауасының жер бетіне және ондағы барлық заттарға түсетін қысым атмосфералық қысым де аталады. Атмосфералық қысым мм-мен көрсетілген сынап бағанасының биіктігімен өлшенеді. Нормальдық атмосфералық қысым деп деңгейінен есептегенде 45º географиялық ендік бойындағы биіктігі 760 мм-ге тең болғаны. Халықаралық бірліктер жүйесі атмосфералық қысым өлшемінің бірлігі паскаль (Па) қабылдады, 1 мм сынап бағанасы 133,322 Па-ға тең.

Геодезиялық өлшеулер тура және жанама болып келеді. Егер шама аспаптың көмегімен тікелей анықталса, онда оны тура өлшеу деп атайды. Егер шама есептеулер арқылы анықталса, онда ол өлшемдердің жанама тәсілі болып есептеледі.

Геодезиялық жұмыстар далалық және өңдеу (камералық) жұмыстары болып бөлінеді. Далалық жұмыстарда әртүрлі өлшеулер жүргізіледі. Ал өңдеу жұмыстары есептеу және графиктік процестерден тұрады.

Далалық өлшеулерге пландар мен карталар жасауда немесе арнайы мақсаттарда барлау траншеялары мен құрылыстарын бөлу, трассалар салуда жер бетінде жүргізілетін геодезиялық өлшеулер жатады. Өлшеулер кезінде қолданылатын аспаптар:

- арақашықтықтарды өлшеуге арналған өлшеу ленталары, сымдар, рулеткалар, оптикалық қашықтық өлшеуіштер, жарық сәулелі қашықтық өлшеуіштер және т.б.

- бұрыштарды өлшеуге арналған теодолиттер, буссольдар, гониометрлер және т.б.

- вертикаль биіктіктерді өлшеуге арналған нивелирлер, рейкалар, барометр-анероид және т.б. жатады.

Геодезиялық жұмыстардың нәтижелері арнайы журналдарға жазылады. Дала жағдайында тексеріліп, түсірілетін объектінің схемалық сызбалары жасалынады. Ол сызбаларды сұлба (абрис) деп атайды.

Жер бетінің әр түрлі физика-географиялық жағдайлары жүргізілетін геодезиялық өлшеулер дәлдігіне әсерін тигізеді. Сондықтан қоршаған ортаның зиянды әсерін жою немесе әлсірету өлшеу жұмыстары кезінде пайдаланатын аспаптарды, өлшеу әдістерін және жұмыс жүргізу тәртібін дұрыс таңдауға тікелей байланысты.

Есептеу процесі өлшеу нәтижелерін бір жүйеге келтіріп, математикалық өңдеуден және оларды пайдалануға неғұрлым жарамды түрге келтіруден тұрады. Есептеулерді жеңілдетіп, қажет нәтижелерді тез табуға және есептеулердің дұрыстығына көз жеткізу үшін, барлық есептеулер белгілі бір схемалар (ведомостер) бойынша жүргізіледі. Геодезиялық өлшеулердің түрлеріне байланысты арнайы есептеулер схемалары таңдалып алынады. Есептеу жұмыстарын жеңілдету үшін әр түрлі қосымша құрал-жабдықтар, кестелер, графиктер, электрондық есептеу машиналары және т.б. қолданылады.

Графиктік процесс өлшеу мен есептеу нәтижелерін белгілі шартты белгілерді сақтай отырып, сызба түріне келтіру. Алынған жазбалар жүргізілген геодезиялық немесе маркшейдерлік жұмыстардың түпкі өнімі болып саналады. Кейінгі әр түрлі инженерлік жобалау, есептеу және жобадан жергілікті жерге көшіру жұмыстары алынған осы сызбалар негізінде жүргізіледі. Сондықтан сызбалар мұқият тексеріліп, өте дәл мәліметтер нәтижесінде жасалынуы қажет. Сонымен қатар, графиктік жағынан сапасы өте жоғары болуы тиіс

Теодолит – горизонталь және вертикаль бұрыштарды, арақашықтық пен бағдарлау бұрыштарын өлшеуге арналған аспап. Теодолиттер дәлдігіне, санақ тетіктеріне, осьтер жүйесінің құрылғысына және қызметіне қарай топтасады.

Горизонталь бұрыштарды өлшеу дәлдігіне байланысты МЕСТ 10529-86 талабына сай 3 түрге бөлінеді.

1.Т05, Т1-дәлдігі жоғары теодолиттер. Олар 1, 2 кластық триангуляция мен полигонометрия бұрыштарын өлшеуге арналған.

2. Т2, Т5 - дәл теодолиттер. Олар полигонометрия бұрыштарын өлшеуге арналған.

3. Т15, Т30 және 2Т30М, Т60 - теодолиттік, тахеометриялық жүрістерде, түсіру торларында және де жер үстіндегі, астында жүргізілетін маркшейдерлік жұмыстарда қолданылады. Орта квадратты өлшеу қателері 15^/, 30^/, 60^/. Санақ тетіктеріне байланысты верньерлі және оптикалық теодолиттер болып бөлінеді. Санақ тетігі верньермен жабдықталған металдан жасалған теодолиттер - ТТ 50, ТТ 5.

Бұрыш өлшейтін құрылғылары шыныдан жасалған теодолиттерді оптикалық теодолиттер деп атайды. Бұларда вертикаль және горизонталь санақтар оптикалық жүйелер арқылы арнайы микроскопта көрінеді. Ось жүйелерінің құрылғысына байланысты теодолиттер қайталанбайтын және қайталанатын болып бөлінеді. Қайталанбайтын теодолиттерде лимбтің тек бекіту бұрандасы немесе лимбті бұрайтын және оны әртүрлі қалпында бекітетін тетіктері болады. Қайталанатын теодолиттер лимб пен алидада осьтерінің арнаулы қайталау жүйесінен тұрады. Ол лимбті өзінің осі арқылы алидадамен бірге айналдыра алады. Бұндай теодолитте алидаданың кезекпен айналуына байланысты лимбте горизонтадь бұрыштың мәні n рет салынады да, өлшеу дәлдігі жоғарылайды.

= 2/401 =1/200. Салыстырмалы қата 1/200 тең немесе кем болуы керек, олай болса біздің салыстырмалы қате мүмкінді қата немесе планды түзелтуге болады.

2 Кесте. Қатаны түзелту

Нүктелер№	Кесінді ұзындығы, м	Кесінді ұзындығына түзелту, м	Нүктенің орнына түзелту, м
1			0
2	98,60	0,5	0,5
3	82,10	0,4	0,9
4	80,81	0,4	1,3
5	60,25	0,3	1,6
1	79,24	0,4	2,0
Р = 401,00 м		2,0

Біздің планда қата – 2м болып шықты. Алаң периметрі (401 м) =40 ондық, 1 ондыққа келетін қата мөлшері 2м:40=0,05м.

1-2 кесіндінің ұзындығы 98,60 м оташа 10 ондық – кесінді ұзындығына түзелту 0,05 х 10 =0,5м. 2-3 кесіндінің ұзындығы 8 ондық – түзелту 8 х0,05=0,4м, бүкіл кесінділер үшін осылай түзелту істеледі – қатаның мөлшері 2 м болып шығу керек. Жұмыстың соңында нүктенің орнына түзелту істеледі. 1 нүктедегі қата 0 болып қабыл етіледі, 0,5 түзелту – 2 нүктеге кетеді. 3 нүктедегі түзелту 2 нүктедегі + 2-3 ұзындықтағы түзелту 0,5+0,4=0,9 м. 4 нүктедегі түзелту 0,5+0,4+0,4=1,3 м, ең соңғы нүктеде – түзелту 2м.

Әр нүктедегі түзелту мөлшері есептелгеннен кейін әр нүкте өз орнынан жылжытылады. Жылжыту тарапын 1 нүктесін 1 нүктесімен қосу арқылы белгілейміз. Әр нүктесі жаңа орынға жылжытылғаннан кейін жаңа нүктелер бір бірімен қосылады (12 сурет).

12 Сурет. Планды түзелту

Мысалы 1:5000. Соңғы нүктеге тік шығарып нақ қата үстінде көрсетеді – 2м (планның масштабында 1:2000). Ортаға шыққан нүктені алғашқы нүктемен қосамыз – үшбұрыш тәрізді бір фигура пайда болады. Кесінді үстіндегі әр нүктеден тік көтереміз – үшбұрыштың ең ұзын қабырғасына – бұл тіктердің ұзындығы түзелту мөлшері болып қабыл етіледі. Бұл түзелту ұзындықтар план үстіндегі нүктелерге көшіріледі – планның түзелтілуі аналитикалық әдісте сияқты реттеледі (13 сурет).

М: 1:5000

13 Сурет. Графикалық әдіс арқылы қата мөлшерін орналастыру

Егер нақ қатаның мөлшері 1/200-ден үлкен болып шықса – бұның екі себебі мүмкін: 1. Кесінді ұзындығы дұрыс есептелмегені мүмкін; 2. Румбтар дәрежесі дұрыс есептелгені мүмкін

Содан кейін жоспарда алаңды есептеуге қажетті фигура элементтерін анықтау (мысалы үшбұрышта – табаны мен биіктігі, ал трапецияда – екі параллельді табандары мен биіктігі) және сәйкесті формулалар арқылы олардың алаңын есептеу керек. Ол үшін фигуралардың табандары мен биіктіктері циркуль-өлшегіш арқылы өлшенеді, масштабқа байланысты метрге аударылады. Математикалық формуланы қолданыла отырып фигуралардың аудандары есептеледі.

Мысалы, біздің жағдайда алаңымыз үшбұрыштарға бөлінген (14 сурет), ең алдымен әр үшбұрыштың ауданын табамыз, ал жалпы ауданды барлық үшбұрыштар аудандарының қосындысы құрайды.

Есептердің нәтижесі 1-кестедегідей жазылып отырады.

14 сурет. Алаңды графикалық әдіспен есептеу үшін полигонды үшбұрыштарға бөлу

1-ші үшбұрыштың ауданы 3793,7 м². Бұл нәтижені тексеру үшін 1-ші үшбұрыштың ішінде басқа табан- 1-5 және басқа биіктік арқылы тағыда аудан есептеледі. 1-5 – ұзындығы 77,1 м, ал биіктігі – 98,2 м, жаңадан аудан есептеледі, ол – 37856,6 м² болып шықты. Фигураның ауданы болып екі ауданның орташа мөлшері – 3789,6 саналады. 2-ші, 3-ші үшбұрыштардың аудандары да осылай есептеледі.

Барлығы: 10663,5

Соңынан учаскенің ауданы барлық орташа аудандардың немесе алаңдар мөлшерлерін қосу арқылы табылады.

Жер алаңын қарапайым фигураларға бөлу мүмкін болмағанда – планиметр деген аспап қолданылады.

Планиметр – жер ауданын есептеу үшін арналған механикалық аспап. Планиметрдің екі қолы бар: 1. Әрекет қол; 2. Полюстік қол. Әрекетті қолда есеп механизмасы орнатылады, оның ұшында сызу шынысы бар.

Есеп механизмасының құрылысы: есептеу тегіршегі – 100 бөлікке бөлінген. Есептеу тегіршегісінің айналуын циферблаттан оқу мүмкін – 1-ші сан. 2-ші, 3-ші, 4-ші сан верньерден алынады. Алаңның ауданын анықтау үшін полюстік қол әрекетсіз болып орнатылады. Ал әрекетті қолмен алаңның шекарасы сызылады (сағат тілі бағытымен). Есеп механизмасынан алғашқы сан және соңғы сан алынады. Соңғы саннан – алғашқы санды алғанымызда планиметр бөлігі арқылы өрнектелген ауданды табамыз.

15 Сурет. Планиметр көрсеткіштерін анықтау

Есеп механизмінен 4 цифралы сан алынады. Бірінші цифра (сан) циферблаттан (М) - кішісі алынады, бізде - 7, екінші, үшінші цифрлар роликтен (К) алынады. Екінші сан верньердің (U) 0-не ең жақын цифрлардың кішісі алынады, бізде 5, үшінші цифра – алынған 5 цифрасымен верньердің 0-лі арасындағы қалған толық бөліктер - бізде 2, төртінші цифра верньер штрихының роликтің бөлігімен ең сәйкес келетін бөлік, бізде – 1. Сонымен алынған сан – 7521.

Көлемді га, немесе м² арқылы көрсету үшін планиметр бөлігінің бағасын табу керек.

Планиметрмен жұмыс істеу үшін полюс оң тарапта, сол тарапта орнатылуы мүмкін.