Geodezja - Surveying

Kobieta z notatnikiem kuca obok teodolitu na statywie.  Instrument jest ustawiony na brzegu w lesie.
Geodeta korzystający z tachimetru
Uczeń używający teodolitu w terenie

Geodezja lub geodezja to technika, zawód, sztuka i nauka określania ziemskiego lub trójwymiarowego położenia punktów oraz odległości i kątów między nimi. Specjalista ds. geodezji nazywa się geodetą . Punkty te znajdują się zwykle na powierzchni Ziemi i są często wykorzystywane do wyznaczania map i granic własności , lokalizacji, takich jak zaprojektowane pozycje elementów konstrukcyjnych do budowy lub lokalizacji na powierzchni obiektów podpowierzchniowych lub innych celów wymaganych przez rząd lub prawo cywilne, takie jak sprzedaż nieruchomości.

Geodeci pracują z elementami geodezji , geometrii , trygonometrii , analizy regresji , fizyki , inżynierii, metrologii , języków programowania i prawa. Wykorzystują sprzęt taki jak tachimetry , tachimetry zrobotyzowane, teodolity , odbiorniki GNSS , retroreflektory , skanery 3D , czujniki LiDAR, radia, inklinometr , tablety ręczne, niwelatory optyczne i cyfrowe , lokalizatory podpowierzchniowe, drony, GIS oraz oprogramowanie geodezyjne.

Geodezja jest elementem rozwoju środowiska człowieka od początku pisanej historii . Wymaga tego planowanie i wykonanie większości form budownictwa. Jest również stosowany w transporcie, komunikacji, mapowaniu i określaniu granic prawnych własności gruntów i jest ważnym narzędziem badawczym w wielu innych dyscyplinach naukowych.

Definicja

Międzynarodowa Federacja Geodetów definiuje funkcję pomiarów w następujący sposób:

Geodeta to profesjonalna osoba z kwalifikacjami akademickimi i wiedzą techniczną do wykonywania jednej lub więcej z następujących czynności;

  • do określania, mierzenia i przedstawiania terenu, obiektów trójwymiarowych, pól punktowych i trajektorii;
  • gromadzić i interpretować informacje dotyczące gruntów i informacji geograficznych,
  • wykorzystanie tych informacji do planowania i efektywnego administrowania lądem, morzem i wszelkimi budowlami na nich; oraz,
  • prowadzenie badań nad powyższymi praktykami i ich rozwijanie.

Historia

Historia starożytna

patrz podpis
Pionowa zasada z książki „Cassels' Stolarstwo i Stolarstwo

Geodezja pojawiła się odkąd ludzie zbudowali pierwsze duże konstrukcje. W starożytnym Egipcie , o nosze lina użyłby prostej geometrii do przywrócenia granic po rocznych powodzi na Nilu . Niemal idealna prostopadłość i orientacja północ-południe Wielkiej Piramidy w Gizie , zbudowanej ok. 15 tys. 2700 p.n.e. potwierdzają, że Egipcjanie nakazali miernictwo. Groma Instrument pochodzi z Mezopotamii (wczesne 1 tysiąclecia pne). Prehistoryczny zabytek w Stonehenge (ok. 2500 pne) został wystawiony przez prehistorycznych geodetów używających geometrii kołków i lin.

Matematyk Liu Hui opisał sposoby mierzenia odległych obiektów w swojej pracy Haidao Suanjing lub The Sea Island Mathematical Manual , opublikowanej w 263 AD.

Rzymianie uznawali geodezji za zawód. Ustanowili podstawowe wymiary, według których podzielone było Cesarstwo Rzymskie, takie jak rejestr podatkowy podbitych ziem (300 n.e.). Geodeci rzymscy byli znani jako Gromatici .

W średniowiecznej Europie przekraczanie granic utrzymywało granice wsi lub parafii. Była to praktyka gromadzenia się grupy mieszkańców i chodzenia po parafii lub wiosce w celu ustanowienia wspólnotowej pamięci granic. Uwzględniono młodych chłopców, aby pamięć trwała jak najdłużej.

W Anglii Wilhelm Zdobywca zamówił Księgę Domesday Book w 1086 roku. Zawierała ona nazwiska wszystkich właścicieli ziemskich, obszar, jaki posiadali, jakość ziemi oraz szczegółowe informacje na temat zawartości obszaru i mieszkańców. Nie zawierała map z dokładnymi lokalizacjami.

Epoka nowożytna

Wydrukowany obraz sprzętu geodezyjnego.
Tabela geodezyjna, cyklopaedia 1728

Abel Foullon opisał stół płaski w 1551 roku, ale uważa się, że instrument był używany wcześniej, ponieważ jego opis dotyczy instrumentu rozwiniętego.

Łańcuch Guntera został wprowadzony w 1620 roku przez angielskiego matematyka Edmunda Guntera . Umożliwiło to dokładne zmierzenie i wytyczenie działek dla celów prawnych i handlowych.

Leonard Digges opisał teodolit, który mierzył kąty poziome w swojej książce „Praktyka geometryczna Pantometria” (1571). Joshua Habermel ( Erazm Habermehl ) stworzył teodolit z kompasem i statywem w 1576 roku. Johnathon Sission jako pierwszy zastosował teleskop na teodolicie w 1725 roku.

W XVIII wieku zaczęto stosować nowoczesne techniki i instrumenty geodezyjne. Jesse Ramsden wprowadził pierwszy precyzyjny teodolit w 1787 roku. Był to instrument do pomiaru kątów w płaszczyźnie poziomej i pionowej. Swój wielki teodolit stworzył za pomocą dokładnego mechanizmu dzielącego własnego projektu. Teodolit Ramsdena stanowił wielki krok naprzód w dokładności instrumentu. William Gascoigne wynalazł instrument, który używał teleskopu z zainstalowanym celownikiem jako urządzenia celu w 1640. James Watt opracował miernik optyczny do pomiaru odległości w 1771; mierzył kąt paralaktyczny, z którego można było wywnioskować odległość do punktu.

Holenderski matematyk Willebrord Snellius (aka Snel van Royen) wprowadził nowoczesne systematyczne użycie triangulacji . W 1615 zmierzył odległość z Alkmaar do Bredy , około 72 mil (116 km). Nie docenił tego dystansu o 3,5%. Badanie było łańcuchem czworokątów zawierającym w sumie 33 trójkąty. Snell pokazał, jak można korygować wzory planarne, aby uwzględnić krzywiznę Ziemi. Pokazał również, jak wyciąć lub obliczyć położenie punktu wewnątrz trójkąta, używając kątów rzuconych między wierzchołkami w nieznanym punkcie. Można je było zmierzyć dokładniej niż namiar wierzchołków, który zależał od kompasu. Jego praca ustanowiła ideę badania głównej sieci punktów kontrolnych, a później lokalizowania punktów pomocniczych wewnątrz sieci głównej. W latach 1733-1740 Jacques Cassini i jego syn César podjęli pierwszą triangulację Francji. Obejmowały one ponowne badanie łuku południka , co doprowadziło do opublikowania w 1745 r. pierwszej mapy Francji zbudowanej na rygorystycznych zasadach. Do tego czasu metody triangulacji były dobrze ugruntowane w lokalnym tworzeniu map.

Mapa sieci triangulacji obejmującej Indie.
Mapa Indii przedstawiająca Wielkie Pomiary Trygonometryczne, wyprodukowana w 1870 r

Dopiero pod koniec XVIII wieku szczegółowe badania sieci triangulacji mapowały całe kraje. W 1784 roku, zespół z General William Roy „s Ordnance Survey Wielkiej Brytanii rozpoczął się główny triangulacji Brytanii . Na potrzeby tego badania zbudowano pierwszy teodolit Ramsden. Badanie zostało ostatecznie zakończone w 1853 r. Wielkie badanie trygonometryczne Indii rozpoczęło się w 1801 r. Badanie indyjskie miało ogromny wpływ naukowy. Był odpowiedzialny za jeden z pierwszych dokładnych pomiarów odcinka łuku długości geograficznej oraz pomiary anomalii geodezyjnej. Nazwał i zmapował Mount Everest i inne szczyty Himalajów. Geodezja stała się bardzo poszukiwanym zawodem zawodowym na przełomie XIX i XX wieku wraz z nadejściem rewolucji przemysłowej . W zawodzie opracowano dokładniejsze instrumenty wspomagające jego pracę. Projekty infrastruktury przemysłowej wykorzystywały geodetów do wyznaczania kanałów , dróg i kolei.

W USA na mocy rozporządzenia o gruntach z 1785 r. utworzono Publiczny System Pomiarów Terenów (Public Land Survey System) . Stanowiła podstawę do podziału terytoriów zachodnich na odcinki, aby umożliwić sprzedaż ziemi. PLSS podzielił stany na sieci miast, które następnie podzielono na sekcje i frakcje sekcji.

Napoleon Bonaparte założył w 1808 roku pierwszy katastr w Europie kontynentalnej. Zebrał on dane na temat liczby działek gruntu, ich wartości, użytkowania gruntów i nazw. System ten szybko rozprzestrzenił się w całej Europie.

Partia pomiarowa kolei w Russel's Tank w Arizonie w latach 60. XIX wieku

Robert Torrens wprowadził system Torrens w Australii Południowej w 1858 roku. Celem Torrensa było uproszczenie transakcji gruntowych i zapewnienie wiarygodnych tytułów za pośrednictwem scentralizowanego rejestru gruntów. System Torrensa został przyjęty w kilku innych krajach anglojęzycznego świata. Geodezja stała się coraz ważniejsza wraz z pojawieniem się kolei w XIX wieku. Geodezja była konieczna, aby koleje mogły zaplanować technologicznie i finansowo opłacalne trasy.

XX wiek

Żołnierz stojący obok instrumentu Telescopic na statywie.
Niemiecki inżynier mierniczy podczas I wojny światowej , 1918 r.

Na początku wieku geodeci ulepszyli starsze łańcuchy i liny, ale nadal borykali się z problemem dokładnego pomiaru dużych odległości. Dr Trevor Lloyd Wadley opracował Tellurometer w latach pięćdziesiątych. Mierzy duże odległości za pomocą dwóch nadajników/odbiorników mikrofalowych. Pod koniec lat pięćdziesiątych firma Geodimeter wprowadziła sprzęt do elektronicznego pomiaru odległości (EDM). Urządzenia EDM wykorzystują wieloczęstotliwościowe przesunięcie fazowe fal świetlnych, aby znaleźć odległość. Przyrządy te zaoszczędziły dni lub tygodni pomiarów łańcucha, mierząc za jednym razem między punktami, kilometrami.

Postępy w elektronice umożliwiły miniaturyzację EDM. W latach 70. pojawiły się pierwsze przyrządy łączące pomiar kąta i odległości, znane jako tachimetry . Producenci stopniowo dodawali więcej sprzętu, poprawiając dokładność i szybkość pomiaru. Główne udoskonalenia obejmują kompensatory przechyłu, rejestratory danych i pokładowe programy obliczeniowe.

Pierwszym systemem pozycjonowania satelitarnego był system US Navy TRANSIT . Pierwsze udane wystrzelenie miało miejsce w 1960 roku. Głównym celem systemu było dostarczanie informacji o pozycji okrętom podwodnym z rakietami Polaris . Geodeci stwierdzili, że mogą użyć odbiorników polowych do określenia położenia punktu. Rzadka osłona satelity i duży sprzęt sprawiły, że obserwacje były pracochłonne i niedokładne. Głównym zastosowaniem było tworzenie benchmarków w odległych lokalizacjach.

Siły Powietrzne USA wypuściły pierwsze prototypowe satelity Globalnego Systemu Pozycjonowania (GPS) w 1978 roku. GPS wykorzystywał większą konstelację satelitów i ulepszoną transmisję sygnału, aby zapewnić większą dokładność. Wczesne obserwacje GPS wymagały kilku godzin obserwacji przez odbiornik statyczny, aby spełnić wymagania dotyczące dokładności pomiarów. Ostatnie ulepszenia zarówno satelitów, jak i odbiorników umożliwiają pomiary kinematyczne w czasie rzeczywistym (RTK). Pomiary RTK zapewniają bardzo dokładne pomiary dzięki wykorzystaniu stałej stacji bazowej i drugiej anteny ruchomej. Pozycję ruchomej anteny można śledzić.

21. Wiek

Teodolit , tachimetr i RTK GPS badania pozostają pierwotne metody w użyciu.

Teledetekcja i obrazowanie satelitarne wciąż się poprawiają i stają się tańsze, co pozwala na bardziej powszechne użytkowanie. Znane nowe technologie obejmują skanowanie trójwymiarowe (3D) i wykorzystanie lidaru do pomiarów topograficznych. Pojawia się również technologia UAV wraz z fotogrametrycznym przetwarzaniem obrazu.

Ekwipunek

Sprzęt komputerowy

Teodolit.
Tachimetr.
Poziom optyczny.
Stacja pomiarowa GPS.
Sprzęt geodezyjny. Zgodnie z ruchem wskazówek zegara od góry po lewej: teodolit optyczny, tachimetr zrobotyzowany, stacja bazowa GPS RTK , niwelator optyczny.

Do głównych instrumentów geodezyjnych w użyciu na całym świecie są teodolit , taśma pomiarowa , tachimetr , skanery 3D , GPS / GNSS , poziom i rod . Większość instrumentów przykręca się do statywu podczas użytkowania. Taśmy miernicze są często używane do pomiaru mniejszych odległości. Wykorzystywane są również skanery 3D i różne formy zdjęć lotniczych.

Teodolit jest przyrządem do pomiaru kątów. Wykorzystuje dwa oddzielne koła , kątomierze lub alidy do pomiaru kątów w płaszczyźnie poziomej i pionowej. Teleskop zamontowany na czopach jest ustawiony w pionie w stosunku do obiektu docelowego. Cała górna część obraca się w celu wyrównania w poziomie. Okrąg pionowy mierzy kąt, jaki teleskop tworzy w stosunku do pionu, znany jako kąt zenitalny. Koło poziome wykorzystuje górną i dolną płytę. Rozpoczynając pomiar, geodeta kieruje instrument w znanym kierunku (namiar) i mocuje dolną płytę na miejscu. Przyrząd może się wtedy obracać, aby zmierzyć namiar do innych obiektów. Jeśli nie jest znany namiar lub wymagany jest bezpośredni pomiar kąta, przyrząd można ustawić na zero podczas wstępnego pomiaru. Następnie odczyta kąt między obiektem początkowym, samym teodolitem i elementem, na którym ustawia się teleskop.

Gyrotheodolite jest formą teodolit który wykorzystuje żyroskop orientować się w nieobecności znaczników odniesienia. Znajduje zastosowanie w aplikacjach podziemnych.

Całkowity stacja jest opracowanie teodolitem z urządzeniem do pomiaru odległości elektroniczny (EDM). Tachimetr może być używany do poziomowania, gdy jest ustawiony w płaszczyźnie poziomej. Od czasu ich wprowadzenia tachimetry przeszły z urządzeń optyczno-mechanicznych na w pełni elektroniczne.

Nowoczesne tachimetry z najwyższej półki nie potrzebują już reflektora ani pryzmatu, aby zwracać impulsy świetlne używane do pomiaru odległości. Są w pełni zautomatyzowane i mogą nawet wysyłać e-mailem dane do zdalnego komputera i łączyć się z systemami pozycjonowania satelitarnego , takimi jak Global Positioning System . Kinematyczne systemy GPS w czasie rzeczywistym znacznie zwiększyły prędkość pomiarów i są teraz dokładne w poziomie z dokładnością do 1 cm ± 1 ppm w czasie rzeczywistym, podczas gdy w pionie jest to obecnie około połowa tej wartości z dokładnością do 2 cm ± 2 ppm.

Pomiary GPS różnią się od innych zastosowań GPS stosowanym sprzętem i metodami. Statyczny GPS korzysta z dwóch odbiorników umieszczonych w jednym miejscu przez dłuższy czas. Długi czas pozwala odbiornikowi porównywać pomiary z orbitami satelitów. Zmiany w trakcie orbitowania satelitów zapewniają również sieci pomiarowej dobrze uwarunkowaną geometrię. Daje to dokładną linię bazową, która może mieć ponad 20 km długości. Geodezja RTK wykorzystuje jedną antenę statyczną i jedną wędrującą. Antena statyczna śledzi zmiany pozycji satelitów i warunków atmosferycznych. Geodeta używa ruchomej anteny do pomiaru punktów potrzebnych do pomiaru. Dwie anteny wykorzystują łącze radiowe, które umożliwia antenie statycznej wysyłanie poprawek do anteny ruchomej. Wędrująca antena następnie stosuje te poprawki do odbieranych sygnałów GPS, aby obliczyć swoją własną pozycję. Geodezja RTK obejmuje mniejsze odległości niż metody statyczne. Dzieje się tak, ponieważ rozbieżne warunki znajdujące się dalej od podstawy zmniejszają dokładność.

Przyrządy geodezyjne mają cechy, które sprawiają, że nadają się do określonych zastosowań. Teodolity i niwelatory są często używane raczej przez konstruktorów niż geodetów w krajach pierwszego świata. Konstruktor może wykonywać proste zadania pomiarowe przy użyciu stosunkowo taniego instrumentu. Tachimetry to konie robocze dla wielu zawodowych geodetów, ponieważ są wszechstronne i niezawodne w każdych warunkach. Poprawa produktywności z GPS w badaniach na dużą skalę sprawia, że ​​są one popularne w dużych projektach dotyczących infrastruktury lub gromadzenia danych. Jednoosobowe tachimetry sterowane przez roboty umożliwiają geodetom dokonywanie pomiarów bez dodatkowych pracowników, nakierowanie teleskopu lub rejestrowanie danych. Szybkim, ale kosztownym sposobem pomiaru dużych obszarów jest helikopter, przy użyciu GPS do rejestrowania lokalizacji helikoptera i skanera laserowego do pomiaru gruntu. Aby zwiększyć precyzję, geodeci umieszczają na ziemi latarnie (w odległości około 20 km). Ta metoda osiąga precyzję w zakresie 5-40 cm (w zależności od wysokości lotu).

Geodeci używają sprzętu pomocniczego, takiego jak statywy i stojaki na instrumenty; klepki i latarnie używane do celów obserwacyjnych; ŚOI ; sprzęt do usuwania roślinności; narzędzia do kopania do znajdowania znaczników pomiarowych zakopanych w czasie; młotki do umieszczania znaczników w różnych powierzchniach i konstrukcjach; i przenośne radiotelefony do komunikacji na długich liniach widzenia.

Oprogramowanie

Geodeci, specjaliści budowlani i inżynierowie budowlani korzystający z tachimetrów , GPS , skanerów 3D i innych danych zbierających używają oprogramowania do geodezji w celu zwiększenia wydajności, dokładności i produktywności. Oprogramowanie geodezyjne jest podstawą współczesnej geodezji.

Zazwyczaj wiele, jeśli nie wszystkie z opracowaniem i niektóre z projektowaniem dla planów i plats badanych właściwości jest wykonywana przez inspektora, a niemal wszyscy pracujący w dziedzinie opracowywania dzisiaj (2021) wykorzystuje CAD oprogramowanie i sprzęt zarówno na PC, i coraz więcej w kolektorach danych nowszej generacji również w terenie. Inne platformy komputerowe i narzędzia powszechnie używane obecnie przez geodetów są oferowane online przez rząd federalny USA i inne rządowe agencje badawcze, takie jak National Geodetic Survey i sieć CORS , w celu uzyskania automatycznych korekt i konwersji zebranych danych GPS i danych same układy współrzędnych .

Techniki

Kompas z dodatkowymi przyrządami celowniczymi do pomiaru namiarów.
Standardowy kompas Brunton Geo , nadal powszechnie używany przez geografów, geologów i geodetów do pomiarów terenowych

Geodeci określają położenie obiektów, mierząc kąty i odległości. Mierzone są również czynniki, które mogą wpływać na dokładność ich obserwacji. Następnie wykorzystują te dane do tworzenia wektorów, namiarów, współrzędnych, rzędnych, obszarów, objętości, planów i map. Pomiary są często dzielone na składowe poziome i pionowe, aby uprościć obliczenia. Pomiary GPS i astronomiczne również wymagają pomiaru składnika czasu.

Pomiar odległości

Kobieta z plecakiem trzymająca dalmierz laserowy, podręczny GPS i tablet.
Przykład nowoczesnego sprzętu do pomiarów geodezyjnych ( technologia Field-Map ): GPS , dalmierz laserowy i komputer terenowy umożliwiają wykonywanie pomiarów geodezyjnych oraz kartograficznych (tworzenie mapy w czasie rzeczywistym) i zbieranie danych terenowych.

Przed urządzeniami laserowymi EDM (Elektroniczny Pomiar Odległości) odległości mierzono za pomocą różnych środków. Były to między innymi łańcuszki z ogniwami o znanej długości, takie jak łańcuszek Guntera , czy taśmy miernicze wykonane ze stali lub inwaru . Aby zmierzyć odległości poziome, te łańcuchy lub taśmy zostały napięte, aby zmniejszyć zwisanie i luzy. Odległość musiała zostać dostosowana do rozszerzalności cieplnej. Podejmowane byłyby również próby utrzymania przyrządu pomiarowego poziomo. Podczas pomiaru w górę zbocza, geodeta może być zmuszony do „zerwania” (zerwania łańcucha) pomiaru – użyj przyrostu mniejszego niż całkowita długość łańcucha. Wózki spacerowe lub koła pomiarowe były używane do pomiaru większych odległości, ale nie z dużą dokładnością. Tacheometria to nauka o mierzeniu odległości poprzez pomiar kąta między dwoma końcami obiektu o znanym rozmiarze. Czasami był używany przed wynalezieniem EDM, gdzie nierówne podłoże sprawiało, że pomiar łańcucha był niepraktyczny.

Pomiar kąta

Historycznie kąty poziome mierzono za pomocą kompasu, aby określić namiar magnetyczny lub azymut. Później bardziej precyzyjnie pisane krążki poprawiły rozdzielczość kątową. Montaż teleskopy z siatek szczycie płyta dozwolone dokładniejszej obserwacji (patrz teodolit ). Poziomy i kalibrowane okręgi umożliwiły pomiar kątów pionowych. Noniusze umożliwiły pomiary do ułamka stopnia, na przykład w przypadku tranzytu z przełomu wieków .

Tabeli płaszczyzny dostarcza graficzne metody zapisywania i kąty, które zmniejszenie ilości wymaganych matematyki pomiarowych. W 1829 Francis Ronalds wynalazł odbłyśnik do graficznego rejestrowania kątów poprzez modyfikację oktantu .

Obserwując namiar z każdego wierzchołka figury, geodeta może dokonać pomiaru wokół figury. Ostateczna obserwacja nastąpi pomiędzy dwoma pierwszymi obserwowanymi punktami, z wyjątkiem różnicy 180°. Nazywa się to zamknięciem . Jeżeli pierwsze i ostatnie łożysko są różne, pokazuje to błąd pomiaru, zwany niedomykaniem kątowym . Geodeta może wykorzystać te informacje, aby udowodnić, że praca spełnia oczekiwane standardy.

Niwelacja

Kobieta ustawiająca niwelator optyczny na statywie.
Członek personelu Centrum Operacyjnych Produktów i Usług Oceanograficznych prowadzi niwelację stacji pływów dla wsparcia Korpusu Inżynierów Armii Stanów Zjednoczonych w Richmond w stanie Maine.

Najprostszą metodą pomiaru wysokości jest  użycie wysokościomierza przy użyciu ciśnienia powietrza do określenia wysokości. Gdy potrzebne są bardziej precyzyjne pomiary, stosuje się środki takie jak precyzyjne poziomy (znane również jako poziomowanie różnicowe). Podczas precyzyjnego niwelowania wykonuje się serię pomiarów między dwoma punktami za pomocą przyrządu i pręta pomiarowego. Różnice wysokości między pomiarami są dodawane i odejmowane w serii, aby uzyskać różnicę netto wysokości między dwoma punktami końcowymi. Dzięki globalnemu systemowi pozycjonowania (GPS) wysokość można mierzyć za pomocą odbiorników satelitarnych. Zwykle GPS jest nieco mniej dokładny niż tradycyjne precyzyjne niwelowanie, ale może być podobny na długich dystansach.

Przy stosowaniu niwelatora optycznego punkt końcowy może znajdować się poza efektywnym zakresem przyrządu. Mogą występować przeszkody lub duże zmiany wysokości między punktami końcowymi. W takich sytuacjach potrzebne są dodatkowe ustawienia. Skręcanie to termin używany w odniesieniu do przesuwania poziomu w celu wykonania ujęcia elewacji z innego miejsca. Aby „obrócić” niwelator, należy najpierw dokonać odczytu i zanotować wysokość punktu, na którym znajduje się pręt. Podczas gdy pręt jest trzymany dokładnie w tym samym miejscu, poziom jest przesuwany w nowe miejsce, w którym pręt jest nadal widoczny. Z nowej lokalizacji niwelatora pobierany jest odczyt, a różnica wysokości jest wykorzystywana do znalezienia nowej wysokości niwelatora , dlatego metoda ta nazywana jest niwelacją różnicową . Powtarza się to aż do zakończenia serii pomiarów. Aby pomiar był prawidłowy, poziom musi być poziomy. Z tego powodu, jeśli poziomy celownik instrumentu znajduje się niżej niż podstawa pręta, geodeta nie będzie w stanie dostrzec pręta i uzyskać odczytu. Wędkę można zwykle podnieść do wysokości 25 stóp (7,6 m), co pozwala na ustawienie poziomu znacznie wyżej niż podstawa wędki.

Ustalanie pozycji

Podstawowym sposobem określania swojej pozycji na powierzchni Ziemi, gdy w pobliżu nie ma żadnych znanych pozycji, są obserwacje astronomiczne. Obserwacje słońca, księżyca i gwiazd można było prowadzić przy użyciu technik nawigacyjnych. Po określeniu pozycji instrumentu i namiaru na gwiazdę, namiar można przenieść do punktu odniesienia na Ziemi. Punkt może być następnie wykorzystany jako baza do dalszych obserwacji. Dokładne pomiary pozycji astronomicznych były trudne do obserwowania i obliczania, przez co stanowiły bazę, na której wykonano wiele innych pomiarów. Od czasu pojawienia się systemu GPS obserwacje astronomiczne są rzadkie, ponieważ GPS pozwala na określenie odpowiednich pozycji na większości powierzchni Ziemi.

Sieci referencyjne

Schemat znaczników pomiarowych biegnących wzdłuż linii brzegowej.
Badanie z wykorzystaniem pomiarów trawersu i przesunięcia w celu zarejestrowania położenia linii brzegowej pokazanej na niebiesko. Czarne linie przerywane to pomiary poprzeczne między punktami odniesienia (czarne kółka). Czerwone linie to przesunięcia mierzone pod kątem prostym do linii ciągu poligonowego.

Niewiele stanowisk ankietowych wywodzi się z pierwszych zasad. Zamiast tego większość punktów pomiarowych jest mierzonych w stosunku do poprzednich punktów pomiarowych. Tworzy to sieć referencyjną lub kontrolną , w której każdy punkt może być wykorzystany przez geodetę do określenia własnej pozycji podczas rozpoczynania nowego pomiaru.

Punkty pomiarowe są zwykle oznaczane na powierzchni ziemi przedmiotami, od małych gwoździ wbitych w ziemię po duże latarnie, które można zobaczyć z dużej odległości. Geodeci mogą ustawić swoje instrumenty w tej pozycji i dokonywać pomiarów do pobliskich obiektów. Czasami wysoka, charakterystyczna cecha, taka jak wieża lub antena radiowa, ma swoją pozycję obliczaną jako punkt odniesienia, względem którego można mierzyć kąty.

Triangulacja to metoda lokalizacji poziomej preferowana w czasach przed pomiarami EDM i GPS. Potrafi określać odległości, wzniesienia i kierunki między odległymi obiektami. Od początków miernictwa była to podstawowa metoda określania dokładnych pozycji obiektów namapach topograficznych dużych obszarów. Geodeta najpierw musi znać odległość poziomą między dwoma obiektami, nazywaną linią bazową . Następnie można wyprowadzić wysokości, odległości i położenie kątowe innych obiektów, o ile są one widoczne z jednego z oryginalnych obiektów. Zastosowano tranzyty o wysokiej dokładności lub teodolity, a pomiary kątów powtórzono w celu zwiększenia dokładności. Zobacz także Triangulacja w trzech wymiarach .

Przesunięcie jest alternatywną metodą określania położenia obiektów i było często używane do pomiaru nieprecyzyjnych elementów, takich jak brzegi rzek. Geodeta zaznaczy i zmierzy dwie znane pozycje na ziemi mniej więcej równolegle do obiektu i wyznaczy linię bazową między nimi. W regularnych odstępach mierzono odległość pod kątem prostym od pierwszej linii do cechy. Pomiary można następnie wykreślić na planie lub mapie, a punkty na końcach odsuniętych linii można połączyć, aby pokazać cechę.

Trawersowanie to powszechna metoda pomiaru mniejszych obszarów. Geodeta zaczyna od starego punktu odniesienia lub znanej pozycji i umieszcza sieć punktów odniesienia pokrywających obszar pomiaru. Następnie mierzą namiar i odległości między znakami odniesienia oraz do cech docelowych. Większość trawersów tworzy wzór pętli lub połączenie między dwoma wcześniejszymi punktami odniesienia, dzięki czemu geodeta może sprawdzić ich pomiary.

Układy odniesienia i współrzędnych

Wiele badań nie oblicza pozycji na powierzchni ziemi, lecz mierzy względne pozycje obiektów. Jednak często badane elementy muszą być porównywane z danymi zewnętrznymi, takimi jak linie graniczne lub obiekty z poprzednich pomiarów. Najstarszym sposobem opisania pozycji jest szerokość i długość geograficzna, a często także wysokość nad poziomem morza. Wraz z rozwojem zawodu geodetów stworzono kartezjańskie układy współrzędnych, aby uprościć matematykę do pomiarów na małych częściach Ziemi. Najprostsze układy współrzędnych zakładają, że Ziemia jest płaska i mierzy się od dowolnego punktu, znanego jako „odniesienie” (pojedyncza forma danych). Układ współrzędnych umożliwia łatwe obliczenie odległości i kierunku między obiektami na małych obszarach. Duże obszary zniekształcają się z powodu krzywizny Ziemi. Północ jest często definiowana jako prawdziwa północ w punkcie odniesienia.

W przypadku większych regionów konieczne jest modelowanie kształtu ziemi za pomocą elipsoidy lub geoidy. Wiele krajów stworzyło siatki współrzędnych dostosowane do zmniejszania błędów w ich obszarze ziemi.

Błędy i dokładność

Podstawowym założeniem geodezji jest to, że żaden pomiar nie jest doskonały i że zawsze będzie niewielki błąd. Istnieją trzy klasy błędów pomiarowych:

  • Poważne błędy lub pomyłki: Błędy popełnione przez geodetę podczas badania. Zepsucie przyrządu, błędne namierzenie celu lub zapisanie błędnego pomiaru są rażącymi błędami. Duży poważny błąd może zmniejszyć dokładność do niedopuszczalnego poziomu. Dlatego geodeci stosują nadmiarowe pomiary i niezależne kontrole w celu wykrycia tych błędów na wczesnym etapie badania.
  • Systematyczne: Błędy, które mają spójny wzorzec. Przykładami mogą tu być wpływ temperatury na pomiar łańcucha lub EDM lub źle wyregulowana poziomica powodująca przechylenie instrumentu lub tyczkę docelową. Błędy systematyczne, które mają znane skutki, mogą być kompensowane lub korygowane.
  • Losowe: Błędy losowe to małe, nieuniknione fluktuacje. Są one spowodowane niedoskonałościami sprzętu pomiarowego, wzroku i warunków. Można je zminimalizować poprzez redundancję pomiarów i unikanie niestabilnych warunków. Błędy losowe mają tendencję do wzajemnego znoszenia się, ale należy sprawdzić, czy nie rozprzestrzeniają się z jednego pomiaru do następnego.

Geodeci unikają tych błędów, kalibrując swoje wyposażenie, stosując spójne metody i dobrze zaprojektując sieć referencyjną. Powtarzane pomiary można uśredniać, a wszelkie odstające pomiary odrzucać. Stosowane są niezależne kontrole, takie jak pomiar punktu z dwóch lub więcej lokalizacji lub przy użyciu dwóch różnych metod, a błędy można wykryć, porównując wyniki dwóch lub więcej pomiarów, wykorzystując w ten sposób nadmiarowość .

Gdy geodeta obliczy poziom błędów w swojej pracy, jest on korygowany . Jest to proces rozdzielania błędu pomiędzy wszystkie pomiary. Każda obserwacja jest ważona zgodnie z tym, jaka część całkowitego błędu prawdopodobnie spowodowała, a część tego błędu jest do niej przypisywana w sposób proporcjonalny. Najpopularniejszymi metodami regulacji są metoda Bowditcha , zwana również regułą kompasu oraz zasada najmniejszych kwadratów .

Geodeta musi być w stanie odróżnić dokładność od precyzji . W Stanach Zjednoczonych geodeci i inżynierowie budowlani używają jednostek stóp, w których stopa pomiarowa dzieli się na dziesiąte i setne. Wiele opisów czynów zawierających odległości jest często wyrażanych za pomocą tych jednostek (125,25 stopy). Jeśli chodzi o dokładność, geodeci często trzymają się standardu jednej setnej stopy; około 1/8 cala. Tolerancje obliczeń i mapowania są znacznie mniejsze, przy czym pożądane jest osiągnięcie niemal idealnych zamknięć. Chociaż tolerancje będą się różnić w zależności od projektu, w terenie i codzienne użytkowanie powyżej jednej setnej stopy jest często niepraktyczne.

Rodzaje

Lokalne organizacje lub organy regulacyjne w różny sposób klasyfikują specjalizacje geodezji. Szerokie grupy to:

  • Inwentaryzacja powykonawcza : inwentaryzacja dokumentująca położenie ostatnio wybudowanych elementów projektu budowlanego. Badania powykonawcze są wykonywane w celu ewidencji, oceny realizacji i płatności. Inwentaryzacja powykonawcza jest również znana jako „inwentaryzacja wykonawcza”. Inwentaryzacje powykonawcze są często przedstawiane w postaci czerwonej lub czerwonej linii i nakładane na istniejące plany w celu porównania z informacjami projektowymi.
  • Pomiar katastralny lub graniczny : pomiar, który ustala lub przywraca granice działki za pomocą opisu prawnego . Polega na ustawieniu lub odrestaurowaniu pomników lub oznaczeń na rogach lub wzdłuż linii działki. Przybierają one formę żelaznych prętów, rur , betonowych pomników w ziemi lub gwoździ wbitych w beton lub asfalt. ALTA / ACSM Grunt Tytuł Survey to standard proponowany przez amerykańskiego Stowarzyszenia Ziemi tytule i amerykańskiego Kongresu w geodezji i kartografii . Zawiera elementy inwentaryzacji granic, inwentaryzacji hipotecznej i topograficznej.
  • Pomiary kontrolne : Pomiary kontrolne ustalają punkty odniesienia do wykorzystania jako pozycje wyjściowe dla przyszłych pomiarów. Większość innych form geodezyjnych będzie zawierała elementy geodezji kontrolnej.
  • Geodezja budowlana
  • Pomiar deformacji : pomiar określający, czy struktura lub obiekt zmienia kształt lub się porusza. Najpierw znajdują się pozycje punktów na obiekcie. Po upływie pewnego czasu pozycje są następnie ponownie mierzone i obliczane. Następnie dokonuje się porównania między dwoma zestawami pozycji.
  • Badanie kontroli wymiarów : jest to rodzaj badania przeprowadzanego na lub na nierównej powierzchni. Powszechną w przemyśle naftowym i gazowym wymianę starych lub uszkodzonych rur na podobnych zasadach, zaletą pomiarów kontrolnych wymiarów jest to, że przyrząd używany do przeprowadzania pomiarów nie musi być wypoziomowany. Jest to przydatne w branży offshore, ponieważ nie wszystkie platformy są stałe, a zatem podlegają ruchowi.
  • Pomiary inżynieryjne : pomiary topograficzne, rozplanowania i powykonawcze związane z projektowaniem inżynierskim. Często potrzebują obliczeń geodezyjnych wykraczających poza normalną praktykę inżynierską.
  • Badanie fundamentów : badanie przeprowadzone w celu zebrania danych pozycyjnych na fundamencie, który został wylany i utwardzony. Ma to na celu upewnienie się, że fundament został wykonany w miejscu i na elewacji, zatwierdzonej w planie działki , planie sytuacyjnym lub planie podziału .
  • Badanie hydrograficzne : badanie prowadzone w celu odwzorowania linii brzegowej i dna akwenu. Używany do celów nawigacyjnych, inżynieryjnych lub zarządzania zasobami.
  • Poziomowanie : wyszukuje rzędną danego punktu lub ustala punkt na danej rzędnej.
  • Badanie LOMA : Badanie mające na celu zmianę podstawowej linii powodziowej, usunięcie mienia z obszaru specjalnego zagrożenia powodziowego SFHA .
  • Pomiary pomiarowe  : pomiary budowlane w celu sporządzenia planów budynku. badanie takie można przeprowadzić przed pracami remontowymi, w celach komercyjnych lub na zakończenie budowy.
  • Geodezja górnicza : Geodezja górnicza obejmuje kierowanie drążeniem szybów i chodników kopalnianych oraz obliczanie objętości skały. Wykorzystuje specjalistyczne techniki ze względu na ograniczenia w pomiarach geometrii, takie jak pionowe szyby i wąskie przejścia.
  • Badanie hipoteczne: Badanie hipoteczne lub badanie fizyczne to prosta ankieta, która wyznacza granice gruntów i lokalizacje budynków. Sprawdza pod kątem ingerencji , ograniczeń związanych z przeszkodami budowlanymi i pokazuje pobliskie strefy powodziowe. W wielu miejscach ankieta hipoteczna jest warunkiem uzyskania kredytu hipotecznego.
  • Fotograficzny przegląd kontrolny : Badanie, które tworzy punkty referencyjne widoczne z powietrza, aby umożliwić zdjęcia lotnicze mają być usunięte .
  • Tyczenie, układ lub tyczenie : element wielu innych pomiarów, w których obliczona lub proponowana pozycja obiektu jest zaznaczana na ziemi. Może to być tymczasowe lub stałe. Jest to ważny element pomiarów inżynierskich i katastralnych.
  • Przegląd strukturalny : szczegółowa inspekcja w celu przedstawienia raportu o stanie fizycznym i stabilności konstrukcyjnej budynku lub konstrukcji. Podkreśla wszelkie prace potrzebne do utrzymania go w dobrym stanie.
  • Podpodział : pomiar obwiedni dzielący właściwość na dwie lub więcej mniejszych właściwości.
  • Badanie topograficzne : badanie, które mierzy wysokość punktów na określonym terenie i przedstawia je jako linie konturowe na działce.
  • Istniejące warunki : Podobny do pomiarów topograficznych, ale zamiast tego skupia się bardziej na konkretnej lokalizacji kluczowych cech i konstrukcji istniejących w tym czasie na badanym obszarze, zamiast skupiać się głównie na elewacji, często używanej wraz z rysunkami architektonicznymi i planami do zlokalizowania lub umieszczenia konstrukcje budowlane.
  • Badanie podwodne : badanie podwodnego miejsca, obiektu lub obszaru.

Geodezja samolotowa i geodezyjna

W oparciu o rozważania i prawdziwy kształt Ziemi, geodezja jest ogólnie podzielona na dwa typy.

Pomiary samolotu zakładają, że ziemia jest płaska. Zaniedbuje się krzywiznę i kulisty kształt ziemi. W tego typu pomiarach wszystkie trójkąty utworzone przez łączenie linii pomiarowych są traktowane jako trójkąty płaskie. Stosuje się go do małych prac pomiarowych, w których błędy wynikające z kształtu Ziemi są zbyt małe, aby mieć znaczenie.

W geodezji geodezyjnej uwzględnia się krzywiznę ziemi przy obliczaniu zredukowanych poziomów, kątów, namiarów i odległości. Ten rodzaj geodezji jest zwykle stosowany przy dużych pracach geodezyjnych. Prace geodezyjne do 100 mil kwadratowych (260 kilometrów kwadratowych) są traktowane jako płaszczyzny, a poza tym traktowane są jako geodezyjne. W geodezji geodezyjnej konieczne są korekty obniżonych poziomów, namiarów i innych obserwacji.

Zawód

Portret głowy i ramion Nain Singh Rawat.
Ekspert kartograf Nain Singh (19 wieku) otrzymał Królewskie Towarzystwo Geograficzne złoty medal w 1876 roku za jego wysiłki w badaniu Himalaje dla Brytyjczyków
Cztery kobiety pozują z teodolitem, stołem do samolotu i dwiema łatami niwelacyjnymi.
Całkowicie żeńska ekipa geodezyjna w Idaho , 1918

Podstawowe zasady geodezji niewiele się zmieniły na przestrzeni wieków, ale narzędzia używane przez geodetów ewoluowały. Inżynieria, zwłaszcza inżynieria lądowa, często potrzebuje geodetów.

Geodeci pomagają określić położenie dróg, linii kolejowych, zbiorników, zapór, rurociągów , murów oporowych , mostów i budynków. Wyznaczają granice opisów prawnych i podziałów politycznych. Zapewniają również porady i dane dla systemów informacji geograficznej (GIS), które rejestrują cechy i granice terenu.

Geodeci muszą posiadać gruntowną wiedzę z algebry , podstaw rachunku różniczkowego , geometrii i trygonometrii . Muszą również znać przepisy dotyczące geodezji, nieruchomości i umów.

Większość jurysdykcji uznaje trzy różne poziomy kwalifikacji:

  1. Asystenci geodeci lub kajdany to zwykle niewykwalifikowani pracownicy, którzy pomagają geodecie . Umieszczają reflektory celu, znajdują stare punkty odniesienia i zaznaczają punkty na ziemi. Termin „łańcuch” wywodzi się z wcześniejszego używania łańcuchów pomiarowych . Asystent miał przesuwać drugi koniec łańcucha pod kierunkiem mierniczego.
  2. Technicy pomiarowi często obsługują przyrządy pomiarowe, przeprowadzają pomiary w terenie, wykonują obliczenia pomiarowe lub sporządzają plany. Technik zwykle nie ma uprawnień prawnych i nie może poświadczyć swojej pracy. Nie wszyscy technicy są wykwalifikowani, ale dostępne są kwalifikacje na poziomie certyfikatu lub dyplomu.
  3. Licencjonowani, zarejestrowani lub dyplomowani geodeci zwykle posiadają stopień naukowy lub wyższe kwalifikacje. Często wymaga się od nich zdania kolejnych egzaminów, aby wstąpić do stowarzyszenia zawodowego lub uzyskać status certyfikujący. Geodeci są odpowiedzialni za planowanie i zarządzanie badaniami. Muszą upewnić się, że ich badania lub badania wykonywane pod ich nadzorem spełniają normy prawne. Status ten posiada wielu dyrektorów firm geodezyjnych .

Zawody pokrewne to kartografowie , hydrografowie , geodeci , fotogrametrycy i topografowie , a także inżynierowie budownictwa lądowego i geomatycy .

Koncesjonowanie

Wymogi licencyjne różnią się w zależności od jurysdykcji i są zwykle spójne w granicach państw. Przyszli geodeci zazwyczaj muszą uzyskać stopień naukowy z zakresu geodezji, a następnie szczegółowo zbadać swoją wiedzę z zakresu prawa geodezyjnego i zasad specyficznych dla regionu, w którym chcą pracować, oraz przejść okres szkolenia w miejscu pracy lub budowania portfolio przed otrzymują uprawnienia do wykonywania zawodu. Licencjonowani rzeczoznawcy zazwyczaj otrzymują posadę nominalną , która różni się w zależności od ich kwalifikacji. System zastąpił starsze systemy praktyk.

Licencjonowany geodeta generalnie jest zobowiązany do podpisania i opieczętowania wszystkich planów. Państwo dyktuje format, pokazując ich nazwę i numer rejestracyjny.

W wielu jurysdykcjach geodeci muszą zaznaczyć swój numer rejestracyjny na zabytkach pomiarowych podczas wyznaczania narożników granicznych. Pomniki przybierają formę zakorkowanych żelaznych prętów, betonowych pomników lub gwoździ z podkładkami.

Instytucje geodezyjne

Umundurowana grupa pozuje z teodolitami, klepkami i oktantem.
Geodezja studentów ze swoim profesorem na Politechnice Helsińskiej pod koniec XIX wieku

Rządy większości krajów regulują przynajmniej niektóre formy ankiet. Ich agencje badawcze ustanawiają przepisy i standardy. Normy kontrolują dokładność, referencje geodezyjne, wyznaczanie granic i utrzymanie sieci geodezyjnych . Wiele krajów przekazuje tę władzę jednostkom regionalnym lub stanom/prowincjom. Badania katastralne wydają się być najbardziej uregulowane ze względu na trwałość pracy. Granice działek ustalone przez badania katastralne mogą trwać przez setki lat bez zmian.

Większość jurysdykcji posiada również formę profesjonalnej instytucji reprezentującej lokalnych geodetów. Instytucje te często zatwierdzają lub licencjonują potencjalnych geodetów, a także ustalają i egzekwują standardy etyczne. Największą instytucją jest Międzynarodowa Federacja Geodetów (w skrócie FIG, dla francuskiego: Fédération Internationale des Géomètres ). Reprezentują branżę ankiet na całym świecie.

Geodezja budowlana

Większość krajów anglojęzycznych uważa, że ​​geodezja budowlana jest odrębnym zawodem. Mają własne stowarzyszenia zawodowe i wymagania licencyjne. Rzeczoznawca budowlany może udzielić porad technicznych dotyczących budynków istniejących, nowych, projektowania, zgodności z przepisami, takimi jak planowanie i nadzór budowlany. Rzeczoznawca budowlany zwykle działa w imieniu swojego klienta, zapewniając, że jego interesy pozostają chronione. Royal Institution of Surveyors (RICS) jest uznanym na całym świecie organem zarządzającym dla osób pracujących w środowisku budowlanym.

Pomiary katastralne

Jedną z podstawowych ról geodety jest wyznaczenie granicy nieruchomości na gruncie. Geodeta musi określić, gdzie sąsiednie właściciele gruntów chcą postawić granicę. Granica jest ustalana w dokumentach prawnych i planach sporządzonych przez adwokatów, inżynierów i geodetów. Geodeta następnie stawia pomniki na rogach nowej granicy. Mogą również znaleźć lub zrewidować zakamarki posiadłości, na których dokonano wcześniejszych badań.

Geodeci katastralni są licencjonowani przez rządy. Oddział badań katastralnych Bureau of Land Management (BLM) przeprowadza większość badań katastralnych w Stanach Zjednoczonych. Konsultują się z Forest Service , National Park Service , Army Corps of Engineers , Bureau of Indian Affairs , Bureau of Indian Affairs , Fish and Wildlife Service , Bureau of Reclamation i innymi. BLM był kiedyś znany jako General Land Office (GLO).

W stanach zorganizowanych zgodnie z Public Land Survey System (PLSS), geodeci muszą przeprowadzać badania katastralne BLM w ramach tego systemu.

Geodeci katastralni często muszą omijać zmiany w ziemi, które zacierają lub uszkadzają pomniki graniczne. Kiedy tak się stanie, muszą wziąć pod uwagę dowody, które nie są zapisane w akcie własności. Jest to znane jako dowody zewnętrzne.

Godni uwagi geodeci

Trzech z czterech prezydentów USA na Mount Rushmore było geodetów. George Washington , Thomas Jefferson i Abraham Lincoln badali terytoria kolonialne lub przygraniczne przed objęciem urzędu.

David T. Abercrombie ćwiczył pomiary terenu przed założeniem sklepu odzieżowego z artykułami wycieczkowymi . Firma przekształciła się później w sklep z odzieżą lifestylową Abercrombie & Fitch .

Percy Harrison Fawcett był brytyjski geodeta, który badał dżungle Ameryki Południowej, próbujących odnaleźć zaginionego miasta Z . Jego biografia i wyprawy zostały opisane w książce The Lost City of Z, a później zostały zaadaptowane na ekrany kin .

Inō Tadataka stworzył pierwszą mapę Japonii przy użyciu nowoczesnych technik geodezyjnych, począwszy od 1800 roku, w wieku 55 lat.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Public Land Survey System Foundation (2009) Manual of Surveying Instructions for the Survey of the Public Lands of the United States . www.blmsurveymanual.org

Zewnętrzne linki