Геодезия

Эта статья об измерении положения на Земле. Чтобы узнать о других значениях, см. Survey (значения) и Surveyor (значения) .

Геодезист, использующий тахеометр

Студент использует теодолит в поле

Геодезия или топографическая съемка — это техника, профессия, искусство и наука определения земного двухмерного или трехмерного положения точек , а также расстояний и углов между ними. Эти точки обычно находятся на поверхности Земли, и они часто используются для установления карт и границ собственности , мест, таких как обозначенные положения структурных компонентов для строительства или расположение на поверхности объектов недр, или для других целей, требуемых правительством. или гражданское право, например, продажа недвижимости.

Профессионала в землеустройстве называют землемером .

Геодезисты работают с элементами геодезии , геометрии , тригонометрии , регрессионного анализа , физики , техники, метрологии , языков программирования и права. Они используют такое оборудование, как тахеометры , роботизированные тахеометры, теодолиты , GNSS приемники , ретрорефлекторы , 3D-сканеры , лидарные датчики, радиоприемники, инклинометры , портативные планшеты, оптические и цифровые уровни , подповерхностные локаторы, дроны, ГИС и геодезическое программное обеспечение.

Геодезические исследования были элементом развития человеческой среды с начала письменной истории . Он используется при планировании и выполнении большинства видов строительства . Он также используется в транспорте, связи, картографии и определении юридических границ собственности на землю. Это важный инструмент для исследований во многих других научных дисциплинах.

Определение

Международная федерация геодезистов определяет функцию геодезии следующим образом:

Геодезист — это профессиональный человек, обладающий академической квалификацией и техническими знаниями для выполнения одного или нескольких из следующих видов деятельности:

• определять, измерять и представлять наземные объекты, трехмерные объекты, поля точек и траектории;
• собирать и интерпретировать земельную и географически связанную информацию,
• использовать эту информацию для планирования и эффективного управления землей, морем и любыми сооружениями на них; и,
• проводить исследования вышеуказанных практик и развивать их.

История

См. также: История геодезии , История кадастра , История картографии и Топографическая карта § История.

Древняя история

Правило отвеса из книги Касселла «Плотницкое и столярное дело».

Геодезические исследования проводились с тех пор, как люди построили первые крупные сооружения. В Древнем Египте веревочные носилки использовали простую геометрию, чтобы восстановить границы после ежегодных разливов реки Нил . Почти идеальная прямоугольность и ориентация с севера на юг Великой пирамиды в Гизе , построенной ок. 2700 г. до н. э. , подтверждает способность египтян вести геодезические работы. Инструмент грома , возможно, возник в Месопотамии (начало I тысячелетия до н. э.). Доисторический памятник в Стоунхендже ( ок. 2500 г. до н.э. ) был установлен доисторическими геодезистами с использованием геометрии колышков и веревок.

Математик Лю Хуэй описал способы измерения удаленных объектов в своей работе «Хайдао Суаньцзин» или «Математическое руководство Морского острова» , опубликованной в 263 году нашей эры.

Римляне признавали землемерие профессией. Они установили основные измерения, по которым была разделена Римская империя, такие как налоговый реестр завоеванных земель (300 г. н.э.). Римские геодезисты были известны как Gromatici .

В средневековой Европе выход за рамки сохранял границы деревни или прихода. Это была практика сбора группы жителей и обхода прихода или деревни, чтобы установить общую память о границах. Были включены молодые мальчики, чтобы память сохранялась как можно дольше.

В Англии Вильгельм Завоеватель в 1086 году заказал Книгу Судного дня. В ней были записаны имена всех землевладельцев, площадь земли, которой они владели, качество земли, а также конкретная информация о содержании этой территории и ее жителях. В него не вошли карты с указанием точного местоположения.

современная эпоха

Таблица геодезии, Циклопедия 1728 г.

Абель Фуллон описал планшет в 1551 году, но считается, что этот инструмент использовался раньше, поскольку в его описании речь идет о развитом инструменте.

Цепь Гюнтера была введена в 1620 году английским математиком Эдмундом Гюнтером . Это позволило точно обследовать земельные участки и нанести их на карту для юридических и коммерческих целей.

Леонард Диггес описал теодолит , измеряющий горизонтальные углы, в своей книге «Геометрическая практика под названием Пантометрия» (1571 г.). Джошуа Хабермель ( Эразм Хабермель ) создал теодолит с компасом и треногой в 1576 году. Джонатон Сиссион был первым, кто включил телескоп в теодолит в 1725 году.

В 18 веке стали использоваться современные методы и инструменты геодезии. Джесси Рамсден представил первый прецизионный теодолит в 1787 году. Это был прибор для измерения углов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Он создал свой великий теодолит, используя точный делительный механизм собственной конструкции. Теодолит Рамсдена стал большим шагом вперед в точности прибора. В 1640 году Уильям Гаскойн изобрел инструмент, в котором использовался телескоп с установленным перекрестием в качестве целевого устройства . Джеймс Ватт разработал оптический измеритель для измерения расстояния в 1771 году; он измерял параллактический угол , по которому можно было определить расстояние до точки.

Голландский математик Виллеброрд Снеллиус (он же Снел ван Ройен) представил современное систематическое использование триангуляции . В 1615 году он обследовал расстояние от Алкмаара до Бреды , составившее примерно 72 мили (116 км). Он недооценил это расстояние на 3,5%. Опрос представлял собой цепочку четырехугольников, содержащую всего 33 треугольника. Снелл показал, как можно исправить плоские формулы, чтобы учесть кривизну Земли . Он также показал, как выполнить резекцию или вычислить положение точки внутри треугольника, используя углы, образуемые между вершинами в неизвестной точке. Их можно было измерить более точно, чем направления вершин, которые зависели от компаса. В его работе была сформулирована идея исследования основной сети контрольных точек и последующего размещения вспомогательных точек внутри основной сети. Между 1733 и 1740 годами Жак Кассини и его сын Сезар предприняли первую триангуляцию Франции. Они включали повторное исследование дуги меридиана , что привело к публикации в 1745 году первой карты Франции, построенной на строгих принципах. К этому времени методы триангуляции уже хорошо зарекомендовали себя при составлении местных карт.

Карта Индии с изображением Великой тригонометрической съемки, созданная в 1870 году.

Лишь к концу XVIII века детальные исследования триангуляционной сети позволили составить карту целых стран. В 1784 году группа из Уильяма Роя Великобритании Службы артиллерийского управления генерала начала «Основную триангуляцию Британии» . Для этого исследования был построен первый теодолит Рамсдена. Исследование было окончательно завершено в 1853 году. Великое тригонометрическое исследование Индии началось в 1801 году. Индийское исследование имело огромное научное значение. Он был ответственным за одно из первых точных измерений участка дуги долготы и за измерения геодезической аномалии. Он назвал и нанес на карту гору Эверест и другие вершины Гималаев. Геодезические работы стали профессиональным занятием, пользующимся большим спросом на рубеже 19-го века, с началом промышленной революции . Профессия разработала более точные инструменты для облегчения своей работы. В проектах промышленной инфраструктуры геодезисты прокладывали каналы , дороги и железные дороги.

В США Постановлением о земле 1785 года была создана Система государственного землеустройства . Оно послужило основой для разделения западных территорий на участки для продажи земли. PLSS разделила штаты на сети поселков, которые в дальнейшем были разделены на секции и фракции секций.

Наполеон Бонапарт основал в континентальной Европе первый кадастр в 1808 году. В нем были собраны данные о количестве земельных участков, их стоимости, использовании земель и названиях. Эта система вскоре распространилась по всей Европе.

Группа геодезистов железной дороги в Расселс-Танк, штат Аризона , 1860-е годы.

Роберт Торренс представил систему Торренса в Южной Австралии в 1858 году. Торренс намеревался упростить сделки с землей и обеспечить надежные права собственности через централизованный земельный реестр. Система Торренса была принята в ряде других стран англоязычного мира.Геодезические работы становились все более важными с появлением железных дорог в 1800-х годах. Геодезия была необходима для того, чтобы железные дороги могли планировать технологически и финансово жизнеспособные маршруты.

20 век

Уильям Фрэнсис Ганонг проводил геодезические работы в 1903 году.

В начале века геодезисты усовершенствовали старые цепи и веревки, но перед ними все еще стояла проблема точного измерения больших расстояний. Тревор Ллойд Уодли разработал теллурометр в 1950-х годах. Он измеряет большие расстояния с помощью двух микроволновых передатчиков/приемников. В конце 1950-х годов компания Geodimeter представила оборудование для электронного измерения расстояния (EDM). Устройства EDM используют многочастотный фазовый сдвиг световых волн для определения расстояния. Эти инструменты устранили необходимость в нескольких днях или неделях измерения цепей, измеряя расстояние между точками на расстоянии нескольких километров за один раз.

Достижения в области электроники позволили миниатюризировать электроэрозионный электроэрозионный станок. В 1970-х годах появились первые инструменты, сочетающие измерение угла и расстояния, которые стали известны как тахеометры . Производители постепенно добавляли больше оборудования, повышая точность и скорость измерений. Основные достижения включают компенсаторы наклона, регистраторы данных и встроенные программы расчета.

Первой спутниковой системой позиционирования стала ВМС США система TRANSIT . Первый успешный запуск состоялся в 1960 году. Основная цель системы заключалась в предоставлении информации о местоположении подводным ракетным подводным лодкам Polaris . Геодезисты обнаружили, что они могут использовать полевые приемники для определения местоположения точки. Скудное спутниковое покрытие и большое оборудование сделали наблюдения трудоемкими и неточными. Основное использование заключалось в установлении контрольных показателей в отдаленных местах.

ВВС США запустили первые прототипы спутников системы глобального позиционирования (GPS) в 1978 году. GPS использовала более крупную группировку спутников и улучшила передачу сигнала, тем самым повысив точность. Ранние GPS-наблюдения требовали нескольких часов наблюдений с помощью статического приемника, чтобы достичь требований точности съемки. Более поздние усовершенствования как спутников, так и приемников позволили проводить кинематические съемки в реальном времени (RTK). RTK-съемки обеспечивают высокоточные измерения за счет использования фиксированной базовой станции и второй передвижной антенны. Положение перемещающейся антенны можно отслеживать.

21 век

Теодолит съемка , тахеометр и RTK GPS- остаются основными используемыми методами.

Дистанционное зондирование и спутниковые изображения продолжают совершенствоваться и становиться дешевле, что позволяет использовать их более широко. Выдающиеся новые технологии включают трехмерное (3D) сканирование и лидара топографические исследования на основе БПЛА технологии наряду с фотограмметрической . Появляются также обработкой изображений.

Оборудование

Дополнительная информация: Список геодезических инструментов.

Аппаратное обеспечение

Геодезическое оборудование. По часовой стрелке сверху слева: оптический теодолит, роботизированный тахеометр, базовая станция RTK GPS, оптический уровень.

Основными геодезическими инструментами, используемыми во всем мире, являются теодолит , рулетка , тахеометр , 3D-сканеры , GPS / GNSS , уровень и веха . Большинство инструментов прикручиваются к штативу во время использования . Рулетки часто используются для измерения меньших расстояний. Также используются 3D-сканеры и различные формы аэрофотоснимков.

Теодолит – это прибор для измерения углов. Он использует два отдельных круга , транспортиры или алидады для измерения углов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Телескоп, установленный на цапфах, выравнивается вертикально с целевым объектом. Вся верхняя часть вращается для горизонтального выравнивания. Вертикальный круг измеряет угол, который телескоп образует с вертикалью, известный как зенитный угол. Горизонтальный круг использует верхнюю и нижнюю пластину. Приступая к съемке, геодезист направляет инструмент в известном направлении (азимуте) и фиксирует нижнюю пластину на месте. Затем инструмент можно вращать для измерения направления на другие объекты. Если пеленг неизвестен или требуется прямое измерение угла, инструмент можно установить на ноль во время первоначального визирования. Затем он определит угол между исходным объектом, самим теодолитом, и объектом, на который наведен телескоп.

Гиротеодолит — это разновидность теодолита, в которой для ориентации при отсутствии ориентиров используется гироскоп. Используется в подземных условиях.

Тахеометр представляет собой развитие теодолита с электронным дальномером (ЭДМ). Тахеометр можно использовать для нивелирования, если он установлен в горизонтальной плоскости. С момента своего появления тахеометры перешли от оптико-механических устройств к полностью электронным.

Современные тахеометры высшего класса больше не нуждаются в отражателе или призме для отражения световых импульсов, используемых для измерения расстояний. Они полностью роботизированы и могут даже отправлять данные о точках по электронной почте на удаленный компьютер и подключаться к спутниковым системам позиционирования , таким как система глобального позиционирования . Кинематические системы GPS в реальном времени значительно увеличили скорость съемки, и теперь их точность по горизонтали составляет 1 см ± 1 ppm в реальном времени, а по вертикали в настоящее время она составляет около половины этой точности с точностью до 2 см ± 2 ppm.

GPS-съемка отличается от других видов использования GPS используемым оборудованием и методами. Статический GPS использует два приемника, которые находятся в определенном положении в течение значительного периода времени. Большой промежуток времени позволяет приемнику сравнивать измерения по мере движения спутников по орбите. Изменения орбиты спутников также обеспечивают хорошо согласованную геометрию измерительной сети. Это позволяет получить точную базовую линию длиной более 20 км. При съемке RTK используется одна статическая антенна и одна подвижная антенна. Статическая антенна отслеживает изменения положения спутников и атмосферных условий. Геодезист использует передвижную антенну для измерения точек, необходимых для съемки. Две антенны используют радиоканал, который позволяет статической антенне отправлять поправки на подвижную антенну. Затем передвижная антенна применяет эти поправки к принимаемым ею сигналам GPS для расчета своего собственного положения. RTK-съемка охватывает меньшие расстояния, чем статические методы. Это связано с тем, что расходящиеся условия дальше от базы снижают точность.

Геодезические инструменты имеют характеристики, которые делают их пригодными для определенных целей. В странах первого мира теодолиты и нивелиры часто используются конструкторами, а не геодезистами. Конструктор может выполнять простые геодезические задачи, используя относительно дешевый инструмент. Тахеометры являются «рабочими лошадками» для многих профессиональных геодезистов, поскольку они универсальны и надежны в любых условиях. Повышение производительности GPS при крупномасштабных съемках делает их популярными для крупных проектов по инфраструктуре или сбору данных. Тахеометры с роботизированным управлением, управляемые одним человеком, позволяют геодезистам проводить измерения без привлечения дополнительных работников для наведения телескопа или записи данных. Быстрый, но дорогой способ измерения больших площадей — использование вертолета с использованием GPS для записи местоположения вертолета и лазерного сканера для измерения местности. Чтобы повысить точность, геодезисты размещают маяки на земле (на расстоянии около 20 км (12 миль) друг от друга). Этот метод обеспечивает точность от 5 до 40 см (в зависимости от высоты полета).

Геодезисты используют вспомогательное оборудование, такое как штативы и стойки для инструментов; рейки и маяки, используемые для прицельных целей; СИЗ ; оборудование для очистки растительности; землеройные орудия для поиска геодезических маркеров, закопанных с течением времени; молотки для нанесения маркеров на различные поверхности и конструкции; и портативные радиостанции для связи на больших расстояниях.

Программное обеспечение

Землемеры, специалисты в области строительства, инженеры-геоматики и инженеры-строители, использующие тахеометры , GPS , 3D-сканеры и другие сборщики данных, используют программное обеспечение для геодезии для повышения эффективности, точности и производительности. Программное обеспечение для геодезии является основным продуктом современной геодезии.

Обычно большая часть, если не все, чертежей и площадей обследуемого объекта и часть проектирования планов выполняется геодезистом , и почти каждый, кто сегодня (2021 г.) работает в области черчения, использует САПР программное и аппаратное обеспечение как на ПК, так и на ПК. и все больше и больше в сборщиках данных нового поколения в полевых условиях. Другие компьютерные платформы и инструменты, обычно используемые сегодня геодезистами, предлагаются онлайн федеральным правительством США и исследовательскими агентствами других правительств, такими как Национальная геодезическая служба и сеть CORS , для получения автоматических поправок и преобразований для собранных данных GPS , а также данных. сами системы координат .

Техники

Стандартный компас Brunton Geo , который до сих пор широко используется географами, геологами и геодезистами для полевых измерений.

Геодезисты определяют положение объектов, измеряя углы и расстояния. Также измеряются факторы, которые могут повлиять на точность их наблюдений. Затем они используют эти данные для создания векторов, направлений, координат, высот, площадей, объемов, планов и карт. Измерения часто разделяются на горизонтальные и вертикальные компоненты, чтобы упростить расчет.GPS и астрономические измерения также требуют измерения временной составляющей.

Измерение расстояния

Пример современного оборудования для геодезии ( технология Field-Map ): GPS , лазерный дальномер и полевой компьютер позволяют проводить геодезические работы, а также картографию (создание карты в режиме реального времени) и сбор полевых данных.

До появления EDM лазерных устройств (электронного измерения расстояния) расстояния измерялись различными способами. В доколониальной Америке туземцы использовали «выстрел из лука» в качестве ориентира на расстояние («насколько далеко может вылететь стрела из лука» или «полет длинного лука чероки»). Европейцы использовали цепи со звеньями известной длины, такие как цепь Гюнтера , или измерительные ленты из стали или инвара . Для измерения горизонтальных расстояний эти цепи или ленты натягивали, чтобы уменьшить провисание и провисание. Расстояние пришлось отрегулировать с учетом теплового расширения. Также будут предприняты попытки удерживать уровень измерительного прибора. При измерении вверх по склону геодезисту, возможно, придется «разорвать» (разорвать цепь) измерения — использовать приращение, меньшее, чем общая длина цепи. Коляски или измерительные колеса использовались для измерения больших расстояний, но не с высокой точностью. Тахеометрия – это наука об измерении расстояний путем измерения угла между двумя концами объекта известного размера. Иногда его использовали до изобретения электроэрозионной обработки, когда неровный грунт делал измерение цепи непрактичным.

Измерение угла

Исторически горизонтальные углы измерялись с помощью компаса, чтобы определить магнитный пеленг или азимут. Позже более точные разрезанные диски улучшили угловое разрешение. Установка телескопов с сетками на диске позволяла более точно всматриваться (см. Теодолит ). Уровни и калиброванные круги позволяли измерять вертикальные углы. Верньеры на рубеже веков позволяли измерять до долей градуса, например, при транзите .

Планшетный стол обеспечивал графический метод записи и измерения углов, что уменьшало объем необходимой математики. В 1829 году Фрэнсис Рональдс изобрел отражающий прибор для графической записи углов путем изменения октанта .

Наблюдая за направлением каждой вершины фигуры, геодезист может измерить фигуру. Окончательное наблюдение будет проводиться между двумя точками, наблюдаемыми впервые, за исключением разницы в 180°. Это называется закрытием . Если первый и последний пеленги различаются, это указывает на ошибку съемки, называемую угловой невязкой . Инспектор может использовать эту информацию, чтобы доказать, что работа соответствует ожидаемым стандартам.

Выравнивание

Основная статья: Выравнивание

Сотрудник Центра оперативной океанографической продукции и услуг проводит нивелирование приливной станции в поддержку Инженерного корпуса армии США в Ричмонде, штат Мэн.

Самый простой метод измерения высоты — использование высотомера для определения высоты по давлению воздуха. Когда необходимы более точные измерения, используются такие средства, как точные уровни (также известные как дифференциальное нивелирование). При точном нивелировании проводится серия измерений между двумя точками с помощью инструмента и мерной рейки. Разности высот между измерениями складываются и вычитаются последовательно, чтобы получить чистую разницу высот между двумя конечными точками. С помощью системы глобального позиционирования (GPS) высоту можно измерить с помощью спутниковых приемников. Обычно GPS несколько менее точен, чем традиционное точное нивелирование, но может быть аналогичным на больших расстояниях.

При использовании оптического уровня конечная точка может находиться за пределами эффективного диапазона инструмента. Между конечными точками могут быть препятствия или большие перепады высот. В таких ситуациях необходимы дополнительные настройки. Поворот — это термин, используемый для обозначения перемещения уровня для съемки высоты из другого места. Чтобы «повернуть» уровень, нужно сначала снять показания и записать высоту точки, на которой находится стержень. Пока стержень остается на том же месте, уровень перемещается на новое место, где стержень все еще виден. Показания снимаются с нового местоположения уровня, а разница высот используется для определения новой высоты уровнемера, поэтому этот метод называется дифференциальным нивелированием . Это повторяется до завершения серии измерений. Уровень должен быть горизонтальным, чтобы получить достоверные измерения. По этой причине, если горизонтальное перекрестие прибора находится ниже основания стержня, геодезист не сможет навести стержень и получить показания. Стержень обычно можно поднять на высоту до 25 футов (7,6 м), что позволяет установить уровень намного выше основания стержня.

Определение позиции

Основным способом определения своего положения на поверхности Земли, когда поблизости нет известных местоположений, являются астрономические наблюдения. Наблюдения за Солнцем, Луной и звездами можно было бы проводить с помощью навигационных методов. После определения положения инструмента и направления на звезду направление можно перенести в опорную точку на Земле. Затем эту точку можно использовать как базу для дальнейших наблюдений. Астрономические позиции с обзорной точностью было трудно наблюдать и рассчитывать, и поэтому они, как правило, служили основой для многих других измерений. С момента появления системы GPS астрономические наблюдения проводятся редко, поскольку GPS позволяет определять адекватные местоположения на большей части поверхности Земли.

Справочные сети

Основная статья: Геодезическая сеть

Исследование с использованием измерений траверса и смещения для регистрации местоположения береговой линии, показанной синим цветом. Черные пунктирные линии — это измерения хода между контрольными точками (черные кружки). Красные линии представляют собой смещения, измеренные под прямым углом к ​​линиям перемещения.

Лишь немногие позиции опросов основаны на первых принципах. Вместо этого большинство точек съемки измеряются относительно ранее измеренных точек. Это формирует опорную или контрольную сеть, в которой геодезист может использовать каждую точку для определения своего положения при начале новой съемки.

Точки съемки обычно отмечаются на поверхности земли различными предметами: от маленьких гвоздей, вбитых в землю, до крупных маяков , которые можно увидеть с большого расстояния. Геодезисты могут установить свои инструменты в этом положении и измерить расстояние до близлежащих объектов. Иногда положение высокого отличительного объекта, такого как шпиль или радиоантенна, рассчитывается как ориентир, относительно которого можно измерить углы.

Триангуляция — это метод горизонтального определения местоположения, популярный во времена, когда еще не было измерений EDM и GPS. Он может определять расстояния, высоты и направления между удаленными объектами. С первых дней геодезии это был основной метод определения точного положения объектов на топографических картах больших территорий. Геодезисту сначала необходимо знать горизонтальное расстояние между двумя объектами, известное как базовая линия . Затем можно определить высоту, расстояние и угловое положение других объектов, если они видны с одного из исходных объектов. Использовались высокоточные транзиты или теодолиты, а измерения углов повторялись для повышения точности. См. также Триангуляция в трех измерениях .

Смещение — это альтернативный метод определения положения объектов, который часто используется для измерения неточных объектов, таких как берега рек. Геодезист отметит и измерит две известные позиции на земле, примерно параллельные объекту, и наметит базовую линию между ними. Через равные промежутки времени измерялось расстояние под прямым углом от первой линии до объекта. Затем измерения можно было нанести на план или карту, а точки на концах линий смещения можно было соединить, чтобы отобразить объект.

Траверс — распространенный метод исследования небольших территорий. Геодезист начинает со старой контрольной отметки или известной позиции и размещает сеть контрольных отметок, покрывающую территорию съемки. Затем они измеряют направления и расстояния между контрольными отметками и целевыми объектами. Большинство ходов образуют петлю или связь между двумя предыдущими контрольными отметками, чтобы геодезист мог проверить свои измерения.

Система отсчета и координат

Основная статья: Геодезические данные

Многие исследования не рассчитывают положения на поверхности Земли, а вместо этого измеряют относительные положения объектов. Однако часто объекты съемки необходимо сравнивать с внешними данными, такими как линии границ или объекты предыдущей съемки. Самый старый способ описания местоположения — это широта и долгота, а также часто высота над уровнем моря. По мере роста профессии геодезиста были созданы декартовы системы координат, чтобы упростить математические расчеты при съемках небольших участков Земли. Простейшие системы координат предполагают, что Земля плоская и измеряется от произвольной точки, известной как «база данных» (единственная форма данных). Система координат позволяет легко рассчитывать расстояния и направления между объектами на небольших площадях. Большие площади искажаются из-за кривизны Земли. Север часто определяют как истинный север в точке отсчета.

Для более крупных регионов необходимо моделировать форму Земли с помощью эллипсоида или геоида. Многие страны создали координатные сетки, адаптированные для уменьшения ошибок в их районе Земли.

Ошибки и точность

Основной принцип геодезии заключается в том, что ни одно измерение не является идеальным и всегда будет небольшая ошибка. Существует три класса ошибок опроса:

• Грубые ошибки или промахи: ошибки, допущенные геодезистом во время обследования. Расстройство прибора, неправильное прицеливание или запись неправильного измерения — все это грубые ошибки. Большая грубая ошибка может снизить точность до неприемлемого уровня. Поэтому геодезисты используют избыточные измерения и независимые проверки для обнаружения этих ошибок на ранних этапах обследования.
• Систематические: ошибки, которые следуют последовательному шаблону. Примеры включают влияние температуры на цепь или измерение EDM или плохо отрегулированный уровень, вызывающий наклон инструмента или вехи. Систематические ошибки, имеющие известные последствия, можно компенсировать или исправить.
• Случайные: случайные ошибки представляют собой небольшие неизбежные колебания. Они вызваны несовершенством измерительной техники, зрения и условий. Их можно свести к минимуму за счет дублирования измерений и предотвращения нестабильных условий. Случайные ошибки имеют тенденцию компенсировать друг друга, но необходимо проводить проверки, чтобы гарантировать, что они не распространяются от одного измерения к другому.

Геодезисты избегают этих ошибок, калибруя свое оборудование, используя последовательные методы и хорошо проектируя свою опорную сеть. Повторные измерения могут быть усреднены, а любые выбросы измерений отброшены. Используются независимые проверки, такие как измерение точки из двух или более мест или использование двух разных методов, а ошибки можно обнаружить путем сравнения результатов двух или более измерений, используя таким образом избыточность .

После того как геодезист подсчитал уровень ошибок в своей работе, он корректируется . Это процесс распределения ошибки между всеми измерениями. Каждое наблюдение взвешивается в зависимости от того, какую долю общей ошибки оно, вероятно, вызвало, и часть этой ошибки распределяется на него пропорциональным образом. Наиболее распространенными методами корректировки являются метод Боудича , также известный как правило циркуля, и метод наименьших квадратов .

Геодезист должен уметь различать точность и прецизионность . В Соединенных Штатах геодезисты и инженеры-строители используют единицы измерения футы, при этом геодезический фут разбивается на 10 и 100 доли. Многие описания документов, содержащие расстояния, часто выражаются с использованием этих единиц (125,25 футов). Что касается точности, геодезисты часто придерживаются стандарта в одну сотую фута; около 1/8 дюйма. Допуски при расчетах и ​​сопоставлениях намного меньше, когда желательно добиться почти идеального закрытия. Хотя допуски будут варьироваться от проекта к проекту, в полевых условиях и в повседневной жизни использование более 100 фута часто непрактично.

Типы

См. Также: Исследование (значения) и Исследование (значения) § Науки о Земле

Местные организации или регулирующие органы по-разному классифицируют специализацию геодезических работ. Широкие группы:

• Исполнительное обследование : обследование, которое документирует расположение недавно построенных элементов строительного проекта. Исполнительные обследования проводятся для регистрации, оценки завершения и оплаты. Исследовательское обследование также известно как «обследование выполненного проекта». Построенные исследования часто представлены красной линией или красной линией и накладываются на существующие планы для сравнения с проектной информацией.
• Кадастровая съемка или съемка границ : съемка, которая устанавливает или восстанавливает границы участка с использованием юридического описания . Он предполагает установку или реставрацию памятников или указателей по углам или границам участка. Они принимают форму железных стержней, труб или бетонных памятников в земле или гвоздей , вбитых в бетон или асфальт. Исследование ALTA/ACSM Land Title Survey — это стандарт, предложенный Американской ассоциацией земельных прав и Американским конгрессом по геодезии и картографии . Он включает в себя элементы межевой съемки, ипотечной съемки и топографической съемки.
• Контрольное обследование : Контрольное обследование устанавливает контрольные точки, которые можно использовать в качестве отправных точек для будущих обследований. Большинство других форм съемки будут содержать элементы контрольной съемки.
• Строительные изыскания и инженерные изыскания : топографические, планировочные и исполнительные изыскания, связанные с инженерным проектированием. Им часто требуются геодезические расчеты, выходящие за рамки обычной практики гражданского строительства.
• Исследование деформации : исследование, позволяющее определить, меняет ли структура или объект форму или движется. Сначала определяются положения точек на объекте. Проходит некоторое время, а затем позиции повторно измеряются и рассчитываются. Затем производится сравнение двух наборов позиций.
• Исследование для контроля размеров : это тип исследования, проводимого на неровной поверхности или на ней. Преимущество исследования с контролем размеров, которое обычно применяется в нефтегазовой промышленности для замены старых или поврежденных труб на аналогичной основе, заключается в том, что инструмент, используемый для проведения исследования, не обязательно должен быть горизонтальным. Это полезно в морской отрасли, поскольку не все платформы фиксированы и поэтому могут перемещаться.
• Обследование фундамента : обследование, проводимое для сбора данных о положении залитого и затвердевшего фундамента. Это делается для того, чтобы фундамент был построен в месте и на высоте, разрешенных планом участка , планом участка или планом подразделения .
• Гидрографическая съемка : съемка, проводимая с целью картографирования береговой линии и дна водоема. Используется для целей навигации, проектирования или управления ресурсами.
• Выравнивание : либо находит высоту заданной точки, либо устанавливает точку на заданной высоте.
• Исследование LOMA : обследование по изменению базовой линии затопления, удаление собственности из зоны особой опасности наводнения SFHA .
• Измеренное обследование : обследование здания для составления планов здания. такое обследование может проводиться перед ремонтными работами, в коммерческих целях или в конце строительного процесса.
• Маркшейдерское дело : Маркшейдерское дело включает в себя руководство рытьем шахтных стволов и галерей и расчет объема горной породы. Он использует специализированные методы из-за ограничений для исследования геометрии, такой как вертикальные шахты и узкие проходы.
• Обследование ипотеки: обследование ипотеки или физическое обследование — это простое обследование, которое определяет границы земель и расположение зданий. Он проверяет наличие вторжений , ограничений на застройку и показывает близлежащие зоны затопления. Во многих местах ипотечное обследование является предварительным условием для получения ипотечного кредита.
• Фотоконтрольная съемка : съемка, при которой создаются контрольные отметки, видимые с воздуха, аэрофотоснимки корректировать позволяющие .
• Разбивка, планировка или разметка : элемент многих других съемок, при котором расчетное или предполагаемое положение объекта отмечается на земле. Это может быть временным или постоянным. Это важная составляющая инженерно-кадастровых изысканий.
• Структурное обследование : детальное обследование для составления отчета о физическом состоянии и структурной устойчивости здания или сооружения. В нем указаны все работы, необходимые для поддержания его в хорошем состоянии.
• Подразделение : съемка границ, которая разделяет собственность на два или более меньших объекта.
• Топографическая съемка : съемка положений и высот точек и объектов на поверхности суши, представленная в виде топографической карты с горизонталями .
• Существующие условия : аналогично топографической съемке, но вместо этого больше внимания уделяется конкретному местоположению ключевых объектов и структур в том виде, в котором они существуют в данный момент на исследуемой территории, а не в первую очередь сосредотачивается на высоте, что часто используется вместе с архитектурными чертежами и чертежами для определения местоположения или размещения. строительные конструкции.
• Подводная съемка : съемка подводного участка, объекта или территории.

Плоская и геодезическая съемка

В зависимости от соображений и истинной формы Земли геодезическая съемка подразделяется на два типа.

При съемке с самолета предполагается, что Земля плоская. Кривизной и сфероидальной формой Земли пренебрегают. При этом типе съемки все треугольники, образованные соединением линий съемки, считаются плоскими треугольниками. Он используется для небольших исследовательских работ, когда ошибки, связанные с формой Земли, слишком малы, чтобы иметь значение.

При геодезических съемках кривизна Земли учитывается при расчете приведенных уровней, углов, пеленгов и расстояний. Этот вид съемки обычно применяется при крупных изыскательских работах. Геодезические работы площадью до 100 квадратных миль (260 квадратных километров) рассматриваются как плоские, а за их пределами — как геодезические. При геодезических съемках необходимые поправки вносятся в приведенные отметки, пеленги и другие наблюдения.

В зависимости от используемого инструмента

• Цепная съемка
• Компас Геодезия
• Планшетный стол Геодезические работы
• Выравнивание
• Теодолитная съемка
• Траверсная съемка
• Тахеометрическая съемка
• Аэрофотосъемка

Профессия

См. также: Инженерная геоматика , Геодезия в Северной Америке и Геодезия в Океании.

Картограф эксперт - Найн Сингх Рават (19 век) получил золотую медаль Королевского географического общества в 1876 году за свои усилия по исследованию Гималаев для британцев.

Женская геодезическая бригада в Айдахо , 1918 год.

Основные принципы геодезии мало изменились с течением времени, но инструменты, используемые геодезистами, изменились. Инженерное дело, особенно гражданское строительство, часто нуждается в геодезистах.

Геодезисты помогают определить расположение автомобильных и железных дорог, водохранилищ, плотин, трубопроводов , подпорных стенок , мостов и зданий. Они устанавливают границы юридических описаний и политических разделений. Они также предоставляют консультации и данные для географических информационных систем (ГИС), которые фиксируют особенности и границы земель.

Геодезисты должны иметь глубокие знания алгебры , основ исчисления , геометрии и тригонометрии . Они также должны знать законы, касающиеся обследований, недвижимости и контрактов.

Большинство юрисдикций признают три различных уровня квалификации:

1. Помощники геодезиста или цепные мастера обычно являются неквалифицированными работниками, помогающими геодезисту. Они размещают целевые отражатели, находят старые ориентиры и отмечают точки на земле. Термин «цепьмен» происходит от прошлого использования измерительных цепей . Помощник перемещал дальний конец цепи под руководством геодезиста.
2. Технические специалисты-геодезисты часто используют геодезические инструменты, проводят исследования в полевых условиях, выполняют геодезические расчеты или составляют планы. Техник обычно не имеет юридических полномочий и не может сертифицировать свою работу. Не все технические специалисты имеют соответствующую квалификацию, но имеется квалификация на уровне сертификата или диплома.
3. Лицензированные, зарегистрированные или дипломированные геодезисты обычно имеют ученую степень или более высокую квалификацию. От них часто требуется сдать дополнительные экзамены, чтобы вступить в профессиональную ассоциацию или получить сертифицирующий статус. Геодезисты несут ответственность за планирование и управление исследованиями. Они должны гарантировать, что их опросы или опросы, проводимые под их контролем, соответствуют правовым стандартам. Многие руководители геодезических фирм имеют этот статус.

Родственные профессии включают картографов , гидрографов , геодезистов , фотограмметристов и топографов , а также инженеров-строителей и инженеров-геоматиков .

Лицензирование

Лицензионные требования различаются в зависимости от юрисдикции и обычно одинаковы в пределах национальных границ. Потенциальные геодезисты обычно должны получить степень в области геодезии с последующей детальной проверкой своих знаний законодательства и принципов геодезии, характерных для региона, в котором они хотят практиковать, а также пройти период обучения на рабочем месте или формирования портфолио, прежде чем они получают лицензию на практику. Лицензированные геодезисты обычно получают номинальную должность , которая варьируется в зависимости от того, где они получили квалификацию. Эта система заменила старые системы ученичества.

Лицензированный землеустроитель, как правило, обязан подписать и запечатать все планы. Государство диктует формат, указывая их имя и регистрационный номер.

Во многих юрисдикциях геодезисты должны указывать свой регистрационный номер на геодезических памятниках при установке углов границ. Памятники имеют форму железных стержней с крышками, бетонных памятников или гвоздей с шайбами.

Геодезические учреждения

Опрос студентов со своим профессором Хельсинкского технологического университета в конце 19 века.

Правительства большинства стран регулируют по крайней мере некоторые формы геодезических исследований. Их исследовательские агентства устанавливают правила и стандарты. Стандарты контролируют точность, геодезические данные, установление границ и обслуживание геодезических сетей . Многие страны передают эти полномочия региональным образованиям или штатам/провинциям. Кадастровые съемки, как правило, являются наиболее регулируемыми из-за постоянства работ. Границы участков, установленные в результате кадастровых съемок, могут сохраняться без изменений в течение сотен лет.

В большинстве юрисдикций также есть своего рода профессиональные учреждения, представляющие местных геодезистов. Эти институты часто одобряют или лицензируют потенциальных геодезистов, а также устанавливают и обеспечивают соблюдение этических стандартов. Крупнейшим учреждением является Международная федерация геодезистов (сокращенно ФИГ, от французского: Fédération Internationale des Géomètres ). Они представляют индустрию опросов во всем мире.

Обследование зданий

Основная статья: Обследование зданий § Профессия

Большинство англоязычных стран считают геодезию зданий отдельной профессией. У них есть свои собственные профессиональные ассоциации и лицензионные требования. Инспектор зданий может предоставить технические консультации по строительству существующих зданий, новых зданий, дизайна, соблюдения таких правил, как планирование и контроль строительства. Инспектор здания обычно действует от имени своего клиента, обеспечивая защиту его законных интересов. Королевский институт дипломированных оценщиков (RICS) — всемирно признанный руководящий орган для тех, кто работает в искусственной среде.

Кадастровая съемка

Основная статья: Кадастровая съемка

См. Также: Кадастр § Исследования.

Одной из основных задач землеустроителя является определение границ недвижимости на местности. Геодезист должен определить, где соседние землевладельцы желают провести границу. Граница устанавливается в юридических документах и ​​планах, подготовленных юристами, инженерами и землемерами. Затем геодезист ставит памятники по углам новой границы. Они также могут найти или повторно обследовать углы собственности, отмеченные предыдущими исследованиями.

Кадастровые землемеры имеют лицензию правительства.Подразделение кадастровой съемки Бюро землеустройства (BLM) проводит большинство кадастровых съемок в Соединенных Штатах. Они консультируются с Лесной службой , Службой национальных парков , Инженерным корпусом армии , Бюро по делам индейцев , Службой рыболовства и дикой природы , Бюро мелиорации и другими. Раньше BLM называлось Генеральным земельным управлением США (GLO).

В штатах, организованных в соответствии с Государственной системой землеустройства (PLSS), геодезисты должны проводить кадастровые съемки BLM в рамках этой системы.

Кадастровым геодезистам часто приходится устранять изменения на земле, которые стирают или повреждают пограничные памятники. Когда это происходит, они должны учитывать доказательства, которые не записаны в документе о праве собственности. Это известно как внешние доказательства.

Количественная съемка

Основная статья: Сметчик

Количественная съемка — это профессия, которая занимается затратами и контрактами строительных проектов. Сметчик является экспертом в оценке стоимости материалов, рабочей силы и времени, необходимых для проекта, а также в управлении финансовыми и юридическими аспектами проекта. Сметчик может работать как на клиента, так и на подрядчика и может участвовать на разных этапах проекта, от планирования до завершения. геодезисты также известны как дипломированные геодезисты В Великобритании .

Известные геодезисты

Основная категория: Геодезисты

Смотрите также: Известные геодезисты

Некоторые президенты США были землемерами. Джордж Вашингтон и Авраам Линкольн обследовали колониальные или приграничные территории в начале своей карьеры, еще до вступления в должность.

Фердинанд Рудольф Хасслер считается «отцом» геодезической съемки в США.

Дэвид Т. Аберкромби занимался геодезией, прежде чем открыть экскурсионных товаров магазин . Позже бизнес превратился в Abercrombie & Fitch магазин повседневной одежды .

Перси Харрисон Фосетт был британским геодезистом, который исследовал джунгли Южной Америки, пытаясь найти город Z. затерянный Его биография и экспедиции были изложены в книге «Затерянный город Z» , а затем были экранизированы .

Ино Тадатака составил первую карту Японии, используя современные геодезические методы, начиная с 1800 года, в возрасте 55 лет.

См. также

• Солнечный компас Берта - геодезический инструмент, который использует направление Солнца вместо магнетизма.
• Картография - Изучение и практика создания карт.
• Эксеканс – тригонометрическая функция, определяемая как секанс минус один.
• Международная федерация геодезистов - глобальная организация геодезистов и смежных дисциплин.
• Призматический компас - навигационно-геодезический прибор для измерения магнитного пеленга.
• Королевский институт дипломированных геодезистов
• Геодезия в ранней Америке – картографирование уступок земель индейцами Страницы с краткими описаниями целей перенаправления
• Геодезия в Северной Америке - Методы съемки в Северной Америке

Дальнейшее чтение

• Бринкер, Рассел С; Минник, Рой, ред. (1995). Справочник геодезистов . дои : 10.1007/978-1-4615-2067-2 . ISBN  978-1-4613-5858-9 .
• Кей Дж. (2000), Великая дуга: драматическая история о том, как была нанесена на карту Индия и Эверест назван , Харпер Коллинз, 182 стр., ISBN   0-00-653123-7 .
• Пью Дж.К. (1975), Геодезия для полевых ученых , Метуэн, 230 стр., ISBN   0-416-07530-4
• Дженовезе I (2005), Определения геодезических работ и связанных с ними терминов , ACSM, 314 стр., ISBN   0-9765991-0-4 .

Внешние ссылки

• Геодезисты без границ : Ассоциация геодезистов по оказанию помощи в целях развития. Неправительственные геодезисты без границ (на французском языке)
• Национальный музей геодезии Дом Национального музея геодезии в Спрингфилде, штат Иллинойс.
• Объединенная сеть поддержки землемеров Глобальная сеть социальной поддержки, включающая форумы геодезистов, обучающие видеоролики, новости отрасли и группы поддержки на основе геолокации.
• Natural Resources Canada - Surveying. Архивировано 29 октября 2010 г. в Wayback Machine. Хороший обзор геодезических работ со ссылками на строительные изыскания, кадастровые съемки, фотограмметрические съемки, горные изыскания, гидрографические съемки, маршрутные съемки, контрольные съемки и топографические съемки.
• Таблица геодезии, Циклопедия 1728 г.
• Геодезия и триангуляция История геодезии и геодезического оборудования
• NCEES Национальный совет экзаменаторов по инженерно-геодезическим работам (NCEES)
• NSPS Национальное общество профессиональных геодезистов (NSPS)
• Часто задаваемые вопросы о геопроникающем радаре. Архивировано 22 декабря 2019 г. на сайте Wayback Machine. Использование геопроникающего радара для топографической съемки.
• Survey Earth Глобальное мероприятие для профессиональных геодезистов и студентов, где сообщество геодезистов сможет повторно измерить планету за один день во время летнего солнцестояния.
• Сюрвейеры – Статистика занятости
• Фонд системы государственного землеустройства (2009 г.), Руководство по геодезическим инструкциям для обследования государственных земель Соединенных Штатов.