Как найти координаты геодезия формула

Координаты – это величины, которые отображают местоположение конкретной точки в пространстве. Они определяются путем проведения геодезических измерений, к которым относится триангуляция, а также построение тахеометрического и теодолитного хода.

На плоскости координаты можно вводить неисчислимым количеством способов и через различные математические задачи создавать координатные системы. Благодаря вычислению координаты точек теодолитного хода на карту или план наносятся как эти самые пункты, так и жесткие объекты в зоне их видимости.

Общие понятия о системах координат в геодезии

Столь глубокие познания о строении и форме Земли, которые человек осваивал на протяжении веков, сегодня позволяют создавать невероятно точные координатные системы и картографические проекции.

Координатные системы заданы двумя направлениями на плоскости, а в пространстве – тремя. Осевые направления всегда перпендикулярны друг другу, а ориентированы горизонтально и вертикально. Их пересечение и определяет местоположение точки в заданной системе.

В геодезии координатные системы разделены на следующие две группы:

1. Прямолинейные прямоугольные. К ним причисляют проекцию Гаусса-Крюгера, индивидуальные референцные и местные системы.
2. Полярные. Это геодезические, географические, астрономические, а также геоцентрические и топоцентрические координаты.

Теодолитный ход можно считать самым распространённым плановым обоснованием. Он не требует дорогостоящего и высокоточного оборудования, но помогает создать надежную плановую основу на территориях со сложной местностью. Его развивают от пунктов государственных геодезических сетей (ГГС) и сетей сгущения с уже установленными координатами.

Вычисляются координаты точек замкнутого и разомкнутого теодолитного хода посредством нахождения дирекционных углов его сторон и решения прямой геодезической задачи. Но перед этим следует проверить, соответствуют ли измерения нормативным требованиям.

Исходные данные для расчетов

Теодолитный ход может быть проложен в виде замкнутой фигуры или ломаной линии. Это зависит от характера снимаемой местности. Он является отличной геодезической основой для многих инженерных изысканий.

По итогу проведенных измерений составляется план или карта местности, а все вычисления заносятся в специальные ведомости. В нее заносятся следующие данные:

– горизонтальные углы пунктов;

– измеренное расстояние между ними;

– координаты пункта ГГС или опорной сети;

– значение исходного дирекционного угла.

Для привязки хода к пункту ГГС или опорной сети необходимо определить местоположение одной его точки относительно этого пункта. Это можно сделать, измерив расстояние и горизонтальный примычной угол между ними. Такая процедура называется передачей координат и дирекционных углов.

Уравнивание измерений

Не существует еще методов, позволяющих без погрешностей выполнить измерения, но уравнивание позволит свести их к минимуму. Для замкнутого хода первым делом рассчитывается невязка:

(f_{beta}=sum beta _{изм}-sum beta_{теор})

где:

(sum beta _{изм}=beta _{1}+beta _{2}+…beta _{n}) – сумма углов пунктов;

(sum beta _{теор}) – теоретическая сумма, определяемая выражением:

(sum beta _{теор}=180^{circ}cdot (n-2))

(n) – количество углов.

Вычисленная невязка допустима, если соответствует требованию:

(beta _{испр}=pm 1,5sqrt{n})

Когда полученное значение не превышает допуск, то невязку разбрасываются между углами с противоположным знаком равномерно. Можно также распределить ее только между самыми короткими сторонами. Учитывая поправки и их знак, вычисляют исправленные углы:

(beta _{испр}=beta _{изм}+delta _{beta })

(delta _{beta }) – поправка.

Правильность уравнивания подтверждается следующим условием:

(sum beta _{теор}=beta _{испр})

Поскольку разомкнутый ход является ломаной линией, математические расчеты для него проводятся как для хода, в котором две исходные стороны и дирекционных угла. Для него применяют следующие выражения:

для левых углов:

(sum beta _{теор}=alpha _{кон}-alpha _{нач}+ncdot 180^{circ})

правых:

(sum beta _{теор}=alpha _{нач}-alpha _{кон}+ncdot 180^{circ})

Для упрощения дальнейших вычислений поправки могут быть распределены с целью округления десятых долей минут в углах до целых минут.

Вычисление дирекционных углов вершин

В геодезии за дирекционный угол ((alpha )) принимают угол, который начинают отсчитывать от северного направления осевого меридиана и до заданной стороны. Он измеряется от 0 до 360°. Вычислить его значение для правой стороны хода можно по формуле ниже:

(alpha _{n}=alpha _{n-1}+eta )

(eta=180^{circ} -beta _{пр.испр})

(a _{n}=alpha _{n-1}+180^{circ}-beta _{пр.испр})

Для левой стороны это выражение будет иметь такой вид:

(alpha _{n}=alpha _{n-1}+eta )

(eta=beta _{лев.исп.}-180^{circ} )

(a _{n}=alpha _{n-1}-180^{circ}+beta _{лев.исп.})

где:

(alpha _{n-1}) – дирекционный угол предыдущей стороны, а (n) – последующей;

(beta _{пр.исп.}) – значение правого исправленного угла между сторонами отрезка, а (beta _{лев.исп.})– левой стороны.

Вычисления выполнены верно при равенстве заданного α и начальной стороны теодолитного хода. Если дирекционный угол больше 360° или имеет отрицательное значение, то это говорит об ошибке в расчетах.

После дирекционных углов необходимо найти румбы – острые углы, отсчитываемые от 0 до 90°. Они берут свое начало от ближайшего окончания осевого меридиана до ориентирной линии.

Таблица 1. Связь дирекционного угла и румба

Вычисление румбов и их знаков приращений зависит от четверти геодезических прямоугольных координат, в которой находится линия ориентирования.

Решение прямой и обратной геодезической задачи

Суть прямой геодезической задачи состоит в том, чтобы определить координатные значения вершины при заданных координатах соседней. Это возможно при известной горизонтальном проложении между ними и дирекционным углом линии. Для ее решения используются следующие формулы:

(Delta X=dcdot cos alpha )

(Delta Y=dcdot sin alpha )

где:

Создавайте будущее вместе с нами

Присоединяйтесь к нашей команде: мы создаем финтех-сервисы для 28 млн клиентов и опережаем рынок на 5 лет. Работаем на результат и делаем больше, чем от нас ждут.

(d)–расстояния между соседними пунктами.

(alpha ) – значение дирекционного угла.

Знаки приращений зависят от четверти, определяемой дирекционным углом направления. Координатные значения конечной точки линии равняется сумме координаты начальной и приращения между ними. Из этого следует следующие выражение:

(X_{2}=X_{1}+Delta X)

(Y_{2}=Y_{1}+Delta Y)

(X_{2}=X_{1}+d_{1-2}cdot cosalpha _{1-2})

(Y_{2}=Y_{1}+d_{1-2}cdot sinalpha _{1-2})

Стоит также упомянуть и обратную геодезическую задачу, которая позволяет определить дирекционный угол, румб и горизонтальное проложение при установленных координатах пунктов теодолитного хода. Вычисления имеют такую последовательность:

(Delta X=X_{2}-X_{1})

(Delta Y=Y_{2}-Y_{1})

определяется румб линии (r_{1-2}):

(tgr=frac{Delta Y}{Delta X})

из этого выходит, что:

(r=arctgfrac|{Delta Y}{Delta X}|)

По знакам приращения определяют четверть, в котором находится направление и по уже известному румбу вычисляют дирекционный угол. Определение горизонтального проложения будет завершающим этапом в решении обратной задачи:

(d=frac{Delta X}{cosalpha })

(d=frac{Delta Y}{sinalpha })

(d=sqrt{Delta X^2+Delta Y^2})

Приращение координат и их увязка

Приращением называют величины, на которые будут увеличены координаты предыдущей точки для вычисления последующей. В основу этих расчетов берется уже знакомая формула прямой задачи:

(Delta X=dcdot cos alpha )

(Delta Y=dcdot sin alpha )

Полученные значения также необходимо уровнять, чтобы равномерно распределить погрешности и получить наиболее точный результат. Начинают расчеты с определения невязок. Поскольку сумма проекций в сторонах многоугольной замкнутой фигуры равняется нулю, для вычисления невязок пунктов замкнутого хода используют следующую формулу:

(f_{X}=sum Delta X_{выч}-sum Delta X_{теор};sum Delta X_{теор}=0)

(f_{Y}=sum Delta Y_{выч}-sum Delta Y_{теор};sum Delta Y_{теор}=0)

(sum Delta X_{выч},sum Delta Y_{выч}) – суммы приращений, рассчитанные с учетом знаков для замкнутого и разомкнутого хода;

(sum Delta X_{теор},sum Delta Y_{теор}) – теоретические суммы приращений.

Если невязки не находятся в допуске, необходимы повторные расчеты, чтобы определить ошибку и устранить ее. В противном случае проводятся повторные измерения на участке.

Вследствие влияния погрешностей на ход, он будет разомкнут на величину , которая представляет собой абсолютную невязку в его периметре. По этому причине проверяется соответствие условию допустимости его невязок.

1. Абсолютное значение:

(f_{p}=sqrt{f_{x}^2+f_{y}^2})

1. Относительное

(f_{отн}=frac{f_{абс}}{P})

P – периметр хода, полученный суммированием всех его сторон.

Допустимая невязка должна удовлетворять условие 1/2000, а при соответствии выражению (|f_{отн}|leq |f_{доп}|) выполняют ее распределение с противоположным знаком. Однако перед этим рассчитывают поправки приращений, которые определяют для каждой стороны:

(delta _{x_{i}}=-frac{f_{x}d_{i}}{P});(delta _Delta {y_{i}}=-frac{f_{y}d_{i}}{P})

(delta _{x_{i}},delta _{y_{i}})– значения поправок в приращениях.

Чтобы упростить дальнейшие расчеты поправки, необходимо округлить их до 0,01 м.

Для разомкнутого хода за теоретическую сумму приращений берется разность между двумя соседними точками.

(f_{X}=sum Delta X_{выч}-sum Delta X_{теор};   sum Delta X_{теор}=x_{B}-x_{A})

(f_{Y}=sum Delta Y_{выч}-sum Delta Y_{теор};   sum Delta Y_{теор}=y_{B}-y_{A})

Для обоих ходов поправки имеют противоположный приращению знак. Уравнивание выполнено верно, если сумма исправленных приращений равна или максимально приближена к нулю.

Как вычислить координаты точек хода

Вычисляют значения координат вершин замкнутого и разомкнутого теодолитного хода сначала для опорного пункта, а потом уже для остальных его вершин.

Значение следующего пункта хода вычисляют суммированием предыдущего пункта и исправленного приращения. Это наглядно отображено в формуле:

(X_{n}=X_{n-1}+Delta X _{n-1(испр)})

(Y_{n}=Y_{n-1}+Delta Y _{n-1(испр)})

(X_{n-1},Y_{n-1}) – координатные значения предыдущего пункта

(Delta X_{теор}=x_{B}-x_{A},Delta Y_{теор}=y_{B}-y_{A}) – исправленные приращения.

В данных формулах применяется алгебраическая сумма, поэтому знаки также необходимо учитывать при расчетах. Если в конце вычислений получены координатные значения начальной точки, то они выполнены правильно.

Нанесение точек на план и его оформление

После завершения обработки измерений, которые были проведены на местности, составляется ее контурный или ситуационный план. Построение плана теодолитного хода происходит поэтапно и состоит из следующих этапов:

1. Создание координатной сетки. Ход необходимо равномерно отобразить на плане, поэтому сначала определяют середину листа. Через весь лист проводят два диагональных отрезка, от которых и будет строиться сетка, состоящая из отрезков по 10 см. Допускается погрешность не более 0,2 мм. Определить их количество можно по формуле:

(N_{X}=(x_{max}-x_{min})/200)

(N_{Y}=(y_{max}-y_{min})/200)

(x_{max},y_{max}) – наибольшие значения координат, увеличенные до большего значения, которое кратное 200.

(x_{min},y_{min}) – наименьшее значение, но уменьшенное и кратное 200.

200 – длина стороны квадрата в метрах , которая в плане равна 10 см.

1. Обозначение точек на плане. Лучше всего подходят для нанесения координат пунктов на план циркуль и масштабная линейка. Соседние вершины должны иметь такое же расстояние и дирекционный угол, как записано в ведомости.
2. Нанесение ситуации на план. Участки снимаемой местности в процессе полевых работ отображают на специальном схематическом бланке – абрисе. В дальнейшем их используют для переноса контуров, линий и вершин точек. Ситуация изображается на планах и картах специальными обозначениями – условными знаками.
3. Оформление плана в соответствии с требованиями. Все топографические материалы должны строго соответствовать нормативным документам. В частности, нужно выдерживать заданные очертания и их размеры. Должны присутствовать пояснительные надписи, легенда, а также указан масштаб.

Сегодня координаты замкнутого теодолитного хода вычисляются значительно проще, а создание всех графических материалов выполняется при помощи специализированных программ автоматически. Это значительно ускорило процесс выполнения геодезических работ и других инженерных изысканий.

 Актуальные цены на услуги геодезистов в Москве и Московской области  в 2022 году.

Прямая геодезическая задача состоит в том, что по известным координатам начального пункта А(х_А,у_А), линии АВ, дирекционному углу этой линии α_АВ и ее горизонтальному проложению s_АВ — вычисляют координаты конечной точки В(х_В, у_В). Прямая геодезическая задача решается разными способами, один из них это онлайн решение, которым может воспользоваться любой кому лень разбираться с формулами.

Для точек, расположенных на сфероиде, решение данной задачи представляет значительные трудности. Для точек на плоскости она решается следующим образом.

Дано: Точка А( X_A, Y_A ), S_AB и α_AB.

Найти: точку В( X_B, Y_B ).

Непосредственно имеем:

 ΔX = X_B – X_A ;

 ΔY = Y_B – Y_A .

Разности ΔX и ΔY точек последующей и предыдущей называются приращениями. Они представляют собой проекции отрезка АВ на соответствующие оси координат. Их значения находим из прямоугольного прямоугольника АВС:

ΔX = S_AB · cos α_AB ;

ΔY = S_AB · sin α_AB .

Так как в этих формулах S_AB всегда число положительное, то знаки приращений ΔX  и  ΔY зависят от знаков cos α_AB  и  sin α_AB. Для различных значений углов знаки ΔX и ΔY представлены в таблице ниже.

Таблица знаков приращений координат ΔX и ΔY

При помощи румба, приращения вычисляют по формулам:

ΔX = S_AB · cos r_AB ;

ΔY = S_AB · sin r_AB .

Знаки приращениям дают в зависимости от названия румба.

Вычислив приращения, находим искомые координаты другой точки:

 X_B = X_A + ΔX  ;

 Y_B = Y_A + ΔY  .

Таким образом можно найти координаты любого числа точек по правилу: координаты последующей точки равны координатам предыдущей точки плюс соответствующие приращения. Прямая геодезическая задача чаще всего используется при вычислении координат в теодолитном ходе.

Геодезическая задача – математического вида задача, связаная с определением взаимного положения точек земной поверхности и подразделяется на прямую и обратную задачу.

Прямой геодезической задачей (ПГЗ) называют вычисление геодезических координат — широты и долготы некоторой точки, лежащей на земном эллипсоиде, по координатам другой точки и по известным длине и дирекционному углу данного направления, соединяющей эти точки.

Обратная геодезическая задача (ОГЗ) заключается в определении по геодезическим координатам двух точек на земном эллипсоиде длины и дирекционного угла направления между этими точками.

В зависимости от длины геодезической линии, соединяющей рассматриваемые точки, применяются различные методы и формулы, разработанные в геодезии. По размерам принятого земного эллипсоида (см. Эллипсоид Красовского) составляются таблицы, облегчающие решение геодезических задач и рассчитанные на использование определённой системы формул.

Для определения координат точки в прямой геодезической задаче обычно применяют формулы:

1) нахождения приращений:

2) нахождения координат:

В обратной геодезической задаче находят дирекционный угол и расстояние:

1) вычисляют румб по формуле:

2) находят дирекционный угол в зависимости от четверти угла:

четверти:

Первая четверть

Вторая четверть

Третья четверть

Четвертая четверть

знак приращения

+X, +Y

-X, +Y

-X, -Y

+X, -Y

диреционный угол

a = r

a = 180 — r

a = 180 + r

a = 360 — r

3) определяют расстояние между точками:

Геодезическая задача в том и другом виде возникает при обработке полигонометрии и триангуляции, а также во всех тех случаях, когда необходимо определить взаимное положение двух точек по длине и направлению соединяющей их линии или же расстояние и направление между этими точками по их геодезическим координатам. В ряде случаев геодезические задачи решают в пространственных прямоугольных координатах по формулам аналитической геометрии в пространстве. В этих случаях вместо длины и дирекционного угла, соединяющей две точки, используют длину и пространственные компоненты направления прямой линии между этими точками.

Определение
прямоугольных координат точки по карте

Для
определения широты
необходимо при помощи треугольника
опустить перпендикуляр из точки А на
градусную рамку на линию широты и
прочитать справа или слева по шкале
широты, соответствующие градусы, минуты,
секунды. φА=
φ0+
Δφ

φА=54⁰36^/00^//+0⁰01^/40^//=54⁰37^/40^//

Для
определения долготы
необходимо
при помощи треугольника опустить
перпендикуляр из точки А на градусную
рамку линии долготы и прочитать сверху
или снизу соответствующие градусы,
минуты, секунды.

Определение
прямоугольных координат точки по карте

Прямоугольные
координаты точки (Х, У) по карте определяют
в квадрате километровой сетки следующим
образом:

1.
При помощи треугольника опускают
перпендикуляры из точки А на линию
километровой сетки Х и У снимаются
значения ХА=Х0+ΔХ;
УА=У0+ΔУ

Например,
координаты точки А равны: ХА= 6065км + 0,55
км = 6065,55 км;

УА=
4311 км + 0,535 км = 4311,535 км. (координата
является приведенной);

Точка
А расположена в 4-ой зоне, на что указывает
первая цифра координаты у
приведенной.

9. Измерение длин линий, дирекционных углов и азимутов по карте, определение угла наклона линии, заданной на карте.

Измерение
длин

Чтобы
определить по карте расстояние между
точками местности (предметами, объектами),
пользуясь численным
масштабом,
надо измерить на карте расстояние между
этими точками в сантиметрах и умножить
полученное число на величину масштаба.

Небольшое
расстояние проще определить, пользуясь
линейным
масштабом.
Для этого достаточно циркуль-измеритель,
раствор которого равен расстоянию между
заданными точками на карте, приложить
к линейному масштабу и снять отсчет в
метрах или километрах.

Для
измерения кривых — раствор «шаг»
циркуля-измерителя устанавливают так,
чтобы он соответствовал целому числу
километров, и на измеряемом по карте
отрезке откладывают целое число «шагов».
Расстояние, не укладывающееся в целое
число «шагов» циркуля-измерителя,
определяют с помощью линейного масштаба
и прибавляют к полученному числу
километров.

Измерение
дирекционных углов и азимутов на карте

.

Соединяем
пункт 1 и 2. Измеряем угол. Измерение
происходит с помощью транспортира, он
располагается параллельно медиане,
далее отчитывается угол наклона по
часовой стрелке.

Определение
угла наклона линии, заданной на карте.

Определение
происходит точно по тому же принципу,
что и нахождение дирекционного угла.

10.
Прямая и обратная геодезическая задача
на плоскости. При вычислительной
обработке выполненных на местности
измерений, а также при проектировании
инженерных сооружений и расчетах для
перенесения проектов в натуру возникает
необходимость решения прямой и обратной
геодезических задач. Прямая
геодезическая задача.По известным
координатамх₁иу₁точки 1, дирекционному углу_1-2и расстояниюd_1-2до точки 2 требуется вычислить ее
координатых₂,у₂.

Координаты
точки 2 вычисляют по формулам (рис. 3.5):
(3.4) гдех,уприращения координат, равные

(3.5)

Обратная
геодезическая задача.По известным
координатамх₁,у₁точки 1 их₂,у₂точки
2 требуется вычислить расстояние между
нимиd_1-2и
дирекционный угол_1-2.
Из формул (3.5) и рис. 3.5 видно, что.
(3.6) Для определения дирекционного
угла_1-2воспользуемся функцией арктангенса.
При этом учтем, что компьютерные программы
и микрокалькуляторы выдают главное
значение арктангенса=,
лежащее в диапазоне90+90,
тогда как искомый дирекционный уголможет иметь любое значение в диапазоне
0360.

Формула
перехода от кзависит от координатной четверти, в
которой расположено заданное направление
или, другими словами, от знаков разностейy=y₂y₁иx=х₂х₁
(см. таблицу 3.1 и рис. 3.6).Таблица
3.1

Рис.
3.6. Дирекционные углы и главные значения
арктангенса в I,II,IIIиIVчетвертях

Расстояние
между точками вычисляют по формуле

(3.6)
или другим путем – по формулам(3.7)

Программами
решения прямых и обратных геодезических
задач снабжены, в частности, электронные
тахеометры, что дает возможность
непосредственно в ходе полевых измерений
определять координаты наблюдаемых
точек, вычислять углы и расстояния для
разбивочных работ.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #