8 1. Informacje wstępne Przedmowa Opracowanie Przewodnik do ćwiczeń z geodezji F, dostosowane do tematyki planowych ćwiczeń semestralnych i terenowych na kierunku geodezja i kartografia A.R. w Krakowie, stanowi uzupełnienie uprzednio wydanego podręcznika Geodezja F, który zawiera przede wszystkim wiadomości o charakterze ogólnym, wynikające z programu wykładów przedmiotu geodezja na I roku studiów, poparte stosunkowo nielicznymi przykładami o charakterze obliczeniowym, opisowym lub graficznym. W zamyśle autora rolę praktycznego przewodnika do ćwiczeń, przydatnego dla osób studiujących geodezję, ma spełnić ta praca, którą Szanowny Czytelniku właśnie trzymasz w ręku. Celem wydania tych dwóch książek zbliżonych tematycznie jest uporządkowanie treści podawanych wiadomości i dydaktyczną realizację znanego w geodezji kanonu od ogółu do szczegółu", przy czym pod pojęciem ogółu" należy rozumieć wiadomości teoretyczne przekazywane studentom w ramach wykładu, zaś jako szczegóły" można traktować wskazówki dotyczące rozwiązań praktycznych, podawane podczas ćwiczeń. Z podobnym postępowaniem spotykamy się także w ramach obowiązujących w geodezji standardów technicznych, które dzielą się na wymogi ogólne zawarte w instrukcjach oraz zalecenia szczegółowe ujęte w wytycznych technicznych. W tekście Przewodnika do ćwiczeń" nie da się uniknąć pewnych powtórzeń treści podręcznika Geodezja F, choćby z tego względu, że zawierają one bardzo podobną tematykę. Zagadnienia zamieszczone w Przewodniku" są jednak opisywane w aspekcie realizacji praktycznej poszczególnych zadań pomiarowo-obliczeniowych, ze szczególnym uwzględnieniem zasad posługiwania się narzędziami potrzebnymi do ich wykonania, toteż zbieżności i powtórzenia tekstu są ograniczone do niezbędnego minimum. W przypadku konieczności cytowania dłuższych fragmentów wiadomości podawanych wcześniej, wprowadzone zostały odsyłacze do odpowiednich rozdziałów i rysunków w Geodezji F. Zawarte w niniejszym Przewodniku" opisy dotyczące obsługi instrumentów geodezyjnych i programów komputerowych trzeba jednak traktować jako pewnego rodzaju wstępne wprowadzenie, umożliwiające wprawdzie podjęcie pracy, lecz nie wyczerpujące całokształtu zastosowań. Myślę jednak, że zapoznanie się z podstawami działania opisanego dalej sprzętu i oprogramowania ułatwi Czytelnikowi dokładne przestudiowanie stosownych instrukcji producentów, które początkowo przerażają potencjalnego użytkownika swoją dużą objętością, a czasami także treścią napisaną niejasnym językiem. Ja i wielu moich Kolegów, nauczycieli z długoletnim stażem, często spotyka się z zarzutami braku nowoczesności w nauczaniu i nienadążania za współczesną techniką. Jest w tym nieco prawdy, jednak pamiętajmy, że geodeta to nie tylko guzikowy", czyli ten, którego działalność sprowadza się do przyciskania klawiszy. Praca instrumentami optycznymi nie różni się aż tak bardzo od pomiaru przyrządami elektronicznymi, zaś nauczenie studentów posługiwania się podziałką transwersalną, nanośnikiem lub planimetrem może się też przydać w praktyce, a ponadto wdraża nawyki dokładności i skrupulatności. Obliczenie prostego zadania rachunkowego kalkulatorem pozwala na prześledzenie całego procesu obliczeniowego, czego na ogół nie zapewnia użycie do tego samego celu programu komputerowego. Jeśli przy tym uwzględnimy na ogół mizerną sytuację sprzętową wielu naszych szkół geodezyjnych, to nasuwa się wniosek, że lepiej uczyć na tym wyposażeniu, które mamy do swej dyspozycji, niż na żadnym.
1. Informacje wstępne 9 W tekście Przewodnika" starałem się uwzględnić zarówno wymogi wprowadzonych stosunkowo niedawno instrukcji i wytycznych technicznych, jak i zamieścić opisy bardziej nowoczesnego dostępnego mi oprzyrządowania, które znajduje się w moim miejscu pracy tj. w Katedrze Geodezji A.R. w Krakowie. W tym miejscu chciałbym złożyć serdeczne podziękowanie Panu profesorowi Mirosławowi Żakowi, kierownikowi mojej Katedry za wykonanie recenzji tej książki, wrocławskiej firmie Softline", a szczególnie Panu mgr inż. Jerzemu Biegalskiemu, za opracowanie ust. 14.3, a także nieodpłatne udostępnienie do celów edukacyjnych programu komputerowego C-Geo v.6 oraz krakowskiemu wydawnictwu Stabil" za druk podręcznika. Autor
Spis treści 3 SPIS TREŚCI: Przedmowa 8 1. Wiadomości wstępne 10 1.1. Organizacja i regulamin ćwiczeń semestralnych 10 1.2. Sprawozdanie techniczne 12 2. Działania rachunkowe na liczbach przybliżonych 13 2.1. Zaokrąglanie i zapis liczb 13 2.2. Działania na liczbach przybliżonych (reguły Kryłowa-Bradisa) 13 2.3. Rachunek małych kątów 14 2.4. Zastosowanie kalkulatorów do obliczeń geodezyjnych 15 2.4.1. Funkcje najczęściej wykorzystywane w obliczeniach geodezyjnych 15 2.4.2. Przykładowe kalkulatory 15 2.4.3. Sprawdzanie dokładności kalkulatorów 29 3. Zamiana miar 31 3.1. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI 31 3.1.1. Jednostki miar 31 3.1.2. Definicje podstawowych jednostek miar układu SI 31 3.2. Miary metryczne długości, pola powierzchni i objętości 32 3.3. Jednostki niemetryczne długości i powierzchni 33 3.4. Miary kąta 35 4. Tyczenie kątów prostych 40 4.1. Zastosowania węgielnicy pryzmatycznej, pięciokątnej, podwójnej 40 4.2. Tyczenie obiektów i rzutów prostokątnych 41 4.3. Sprawdzenie węgielnicy 43 5. Opis topograficzny punktu osnowy geodezyjnej 45 5.1. Zasady wykonywania opisów topograficznych 45 5.2. Odszukanie punktu według opisu topograficznego 50 6. Elementy wyposażenia instrumentów geodezyjnych 51 6.1. Lunety 51 6.1.1. Wiadomości wprowadzające o budowie i działaniu lunety 51 6.1.2. Powiększenie lunety 52 6.1.3. Pole widzenia lunety 53 6.1.4. Jasność lunety 54 6.1.5. Najkrótsza celowa lunety 55 6.2. Piony i libele 55 6.2.1. Piony 55 6.2.2. Libele 59 6.3. Statywy, spodarki, akcesoria 63 6.3.1. Statywy 63 6.3.2. Spodarki, akcesoria geodezyjne 64 7. Tyczenie prostych i pomiary liniowe 68 7.1. Tyczenie prostych 68 7.1.1. Zasada tyczenia prostych 68
Spis treści 4 7.1.2. Tyczenie prostych sposobami bezpośrednimi 70 7.1.3. Pośrednie tyczenie prostych 73 7.2. Bezpośredni pomiar odległości 76 7.2.1. Zasada pomiaru 76 7.2.2. Sprzęt pomiarowy 77 7.2.3. Pomiar długości taśmą geodezyjną 79 7.2.4. Poprawki do odległości pomierzonej bezpośrednio 81 7.3. Pośrednie pomiary odległości 84 7.4. Pomiary wykonywane przy użyciu ręcznego dalmierza Leica DISTO 86 7.4.1. Dane techniczne 87 7.4.2. Klawiatura dalmierza DISTO Classic 5 88 7.4.3. Wyświetlacz 88 7.4.4. Pomiar odległości 89 7.4.5. Pomiar powierzchni i objętości 91 7.4.6. Zastosowania funkcji Pitagoras" 92 7.4.7. Wykorzystanie DISTO jako kalkulatora 93 7.4.8. Dodatkowe informacje dla użytkownika 95 7.5. Dokładność pomiaru odległości 96 8. Teodolit, pomiary kątów poziomych i pionowych 99 8.1. Określenie kąta poziomego i pionowego 99 8.1.1. Kąt poziomy 99 8.1.2. Kąty pionowe 100 8.2. Budowa i obsługa teodolitu, pomiar pojedynczego kąta poziomego 101 8.2.1. Podstawy budowy teodolitu 101 8.2.2. Podzespoły teodolitu optycznego wykorzystywane do jego obsługi 103 8.2.3. Przygotowanie teodolitu do pomiaru kątów 105 8.2.4. Pomiar zwykły pojedynczego kąta 107 8.2.5. Dziennik pomiaru kątów poziomych 108 8.2.6. Teodolity o wyższej dokładności odczytu 110 8.3. Pomiar pojedynczego kąta metodą repetycyjną 112 8.4. Pomiar kątów poziomych metodą kierunkową 114 8.5. Pomiar kątów pionowych 116 8.6. Sprawdzenie rektyfikacja teodolitu 118 8.6.1. Warunki teodolitu 119 8.6.2. Sprawdzenie warunków: LLv i Q±v oraz rektyfikacja libel alidadowych 120 8.6.3. Sprawdzenie warunku clh i rektyfikacja błędu kolimacji 122 8.6.4. Sprawdzenie warunku hl.v, błąd inklinacji 124 8.6.5. Sprawdzenie warunku «!±v i usunięcie błędu skręcenia krzyża kresek 125 8.6.6. Wykrywanie pozostałych błędów instrumentalnych 126 8.6.7. Sprawdzenie miejsca zera kręgu pionowego i rektyfikacja błędu indeksu 127 8.6.8. Sprawdzenie i obsługa elementów mechanicznych i optycznych teodolitu 127 8.6.9. Sprawdzenie libel, lunety i mikroskopu 129 8.6.10. Podstawowe zasady obchodzenia się z teodolitem 129 8.6.11. Sprawdzenie, rektyfikacja teodolitów i tachimetrów elektronicznych 131 9. Podstawowe zadania z rachunku współrzędnych 133 9.1. Układy współrzędnych stosowane w geodezji 133 9.1.1. Układ współrzędnych prostokątnych na płaszczyźnie 133 9.1.2. Układ współrzędnych biegunowych 134 9.2. Obliczenia geodezyjne z udziałem azymutów 134
Spis treści 5 9.2.1. Azymut boku odwrotnego 134 9.2.2. Obliczenie azymutu boku następnego w ciągu poligonowym 135 9.2.3. Obliczenie kąta na podstawie azymutów jego ramion 136 9.2.4. Podstawowe wzory rachunku współrzędnych 137 9.2.5. Obliczenie azymutu i długości boku ze współrzędnych 138 9.3. Obliczanie współrzędnych punktów posiłkowych 142 9.3.1. Obliczanie współrzędnych punktów na prostej 142 9.3.2. Obliczanie współrzędnych punktów na domiarach prostokątnych 143 9.3.3. Obliczanie współrzędnych punktów na domiarach biegunowych 147 9.4. Obliczanie współrzędnych punktów przecięć prostych 148 9.4.1. Obliczanie współrzędnych punktów przecięcia się prostych 148 9.4.2. Obliczanie współrzędnych punktu przecięcia się boku osnowy z ramką sekcyjną arkusza mapy 151 9.5. Obliczanie ciągów poligonowych metoda przybliżoną 153 9.5.1. Informacje ogólne 153 9.5.2. Obliczenie ciągów otwartych, wiszących 154 9.5.3. Obliczenie ciągów otwartych, obustronnie nawiązanych 156 9.5.4. Obliczenie ciągów poligonowych zamkniętych 160 9.6. Obliczanie współrzędnych punktów za pomocą wcięć w przód 162 9.6.1. Kątowe wcięcie w przód 162 9.6.2. Wcięcie liniowe 165 9.7. Wcięcie wstecz 168 9.8. Obliczenie domiarów prostokątnych ze współrzędnych 171 10. Obliczanie pola powierzchni 173 10.1. Obliczanie pół metodą analityczną 173 10.1.1. Wiadomości wprowadzające 173 10.1.2. Obliczanie pól prostych figur geometrycznych 174 10.1.3. Obliczenie pola dowolnego wieloboku zamkniętego 177 10.2. Obliczanie pól metodą graficzną 180 10.2.1. Zasada metody graficznej 180 10.2.2. Przyrządy do pomiaru graficznego 181 10.3. Obliczanie pól metodą mechaniczną 184 10.3.1. Planimetr biegunowy 184 10.3.2. Zasady planimetrowania 186 10.3.3. Wyznaczenie stałych planimetru 188 10.4. Odchyłka powierzchniowa i jej rozrzucenie 191 10.5. Skurcz liniowy i powierzchniowy mapy 198 11. Przykłady programów do obliczeń geodezyjnych 201 11.1. Program Kalkulator Geodezyjny" PPU GEOBID 201 11.1.1. Informacje o programie i jego instalacji 201 11.1.2. Przykłady obliczeń 203 11.2. Program WinKalk 210 11.2.1. Informacje wstępne 210 11.2.2. Przykłady obliczeń 211 12. Niwelacja geometryczna 227 12.1. Sprzęt niwelacyjny 227 12.1.1. Zasada niwelacji geometrycznej 227 12.1.2. Niwelator libelowy ze śrubą elewacyjną 228 12.1.3. Łaty i żabki niwelacyjne 230
Spis treści 6 12.2. Sprawdzenie i rektyfikacja niwelatora libelowego ze śrubą elewacyjną 233 12.2.1. Osie i warunki geometryczne niwelatora libelowego 233 12.2.2. Sprawdzenie warunku / II c i rektyfikacja błędu nierównoległości osi 234 12.3. Niwelatory samopoziomujące i ich sprawdzanie 238 12.3.1. Wiadomości wprowadzające 238 12.3.2. Przegląd wybranych modeli niwelatorów samopoziomujących 239 12.3.3. Obsługa niwelatorów samopoziomujących 241 12.3.4. Sprawdzanie niwelatorów samopoziomujących 242 12.4. Niwelatory cyfrowe 243 12.4.1. Wiadomości wstępne 243 12.4.2. Niwelatory cyfrowe Leica NA2002 i NA3003 245 12.5. Niwelacja reperów 254 12.5.1. Zasady ogólne niwelacji reperów 254 12.5.2. Kompletowanie sprzętu niwelacyjnego 255 12.5.3. Pomiar niwelacyjny wysokościowej osnowy szczegółowej 255 12.5.4. Niwelacja osnowy pomiarowej 259 12.6. Niwelacja przekrojów 263 12.6.1. Zasada niwelacji przekrojów, wytyczenie linii profilowych 263 12.6.2. Niwelacja trasy 264 12.6.3. Obliczenie wysokości punktów wiążących i pośrednich 266 12.6.4. Wykreślanie profilów terenu 267 12.7. Wybrane prace pomiarowo-projektowe na mapie warstwicowej 275 12.8. Zastosowania inżynierskie niwelacji geometrycznej 280 13. Pomiary sytuacyjne 285 13.1. Zasady pomiaru sytuacyjnego 285 13.1.1. Definicja pomiarów sytuacyjnych 285 13.1.2. Obiekty pomiaru sytuacyjnego 286 13.2. Metody pomiarów sytuacyjnych 288 13.2.1. Metoda ortogonalna 288 13.2.2. Metoda biegunowa 289 13.3. Miary kontrolne.' 291 13.4. Osnowa pomiarowa zdjęcia sytuacyjnego 292 13.4.1. Wymagania dotyczące sytuacyjnej osnowy pomiarowej 292 13.4.2. Ciągi sytuacyjne i wcięcia 294 13.5. Szkice polowe pomiaru sytuacyjnego 295 13.5.1. Zasady ogólne sporządzania szkiców polowych 295 13.5.2. Szkice polowe pomiaru sytuacyjnego metodami podstawowymi 296 13.6. Organizacja pomiaru sytuacyjnego 298 13.6.1. Zdjęcie szczegółów metodą ortogonalną 298 13.6.2. Zdjęcie szczegółów metodą biegunową 298 13.7. Zasady zdjęcia sytuacyjnego ważniejszych obiektów 300 13.7.1. Pomiar granic działek 300 13.7.2. Pomiar budynków 301 13.7.3. Pomiar dróg, ulic i urządzeń towarzyszących 302 13.7.4. Pomiar uzbrojenia terenu (armatury) 304 13.8. Charakterystyka wybranych przyrządów do metody biegunowej 306 13.8.1. Tachimetr elektroniczny Leica TC 500 306 13.8.2. Tachimetr elektroniczny Leica TC 605 311 13.8.3. Dwuobrazowy tachimetr optyczny BRT 006 324 13.9. Operat zdjęcia sytuacyjnego 325
Spis treści 7 13.9.1. Zasady kompletowania dokumentacji z prac geodezyjnych 325 13.9.2. Operat ćwiczenia Pomiar sytuacyjny" 328 14. Wykonanie mapy sytuacyjnej 351 14.1. Sporządzenie mapy sposobem klasycznym 351 14.1.1. Mapa zasadnicza 351 14.1.2. Przygotowanie arkusza mapy do kartowania 354 14.1.3. Nanoszenie punktów osnowy na podstawie współrzędnych X, Y 356 14.1.4. Nanoszenie szczegółów sytuacyjnych zdjętych metodą ortogonalną 357 14.1.5. Nanoszenie szczegółów sytuacyjnych zdjętych metodą biegunową 359 14.1.6. Redakcja mapy zasadniczej (wg instrukcji K-l) 362 14.2. Sporządzenie mapy sytuacyjnej za pomocą programu MikroMap 364 14.2.1. Informacje ogólne, import punktów 364 14.2.2. Okno główne, przyciski pasków narzędzi 365 14.2.3. Wykonanie rysunku mapy 370 14.3. Podstawy obsługi programu C-Geo v.6 (autor: J. Biegalski z firmy Softline) 375 14.3.1. Czynności wstępne 375 14.3.2. Tworzenie mapy 377 ZAŁĄCZNIKI 384 Zał. 1: Wzór opisu teczki ćwiczeń 385 Zał. 2: Wzór opisu okładki ćwiczenia 386 Zał. 3: Mapa przeglądowa osnowy poziomej 387 Zał. 4: Opisy topograficzne punktów osnowy poziomej 388 Zał. 5: Przykłady sprawozdań technicznych 392 Zał. 6. Uproszczony katalog wybranych znaków umownych instrukcji K-l 394 Bibliografia 412