Общие сведения о топографических планах

Уменьшенное изображение территории земной поверхности в виде специального документа называется топографическим планом (топопланом) или картой. С помощью условных обозначений, по определенным математическим правилам строится топографический план с указанием количественных и качественных характеристик различных объектов.

Основным отличием карты от плана является необходимость учёта кривизны Земли. На картах можно изобразить территории большей площади, чем на плане. Принято считать, что топографические планы выполняются в масштабах 1:500, 1:1000, 1:2000 и 1:5000, а карты в масштабе от 1:10000, 1:25000 и мельче.

Для удобства пользования создана система обозначений отдельных листов топографических карт и планов, называемая номенклатурой.

На топографическом плане в обязательном порядке присутствуют следующие элементы: рельеф местности с указанием горизонталей и отметок высот, промышленные объекты, различные здания и постройки, дорожные сети и железные дороги с сооружениями для них, границы землепользования (леса, пашни, сады и пр.), гидрография и гидротехнические сооружения, растительность, инженерные коммуникации (наземные и подземные).

Все элементы наносятся на план в виде графических элементов, называемых условными знаками. Эти графические символы, раскрывающие смысловое содержание изображаемых предметов, визуально напоминают форму объектов ситуации. Условные знаки можно разделить на несколько типов: масштабные (площадные), внемасштабные, линейные и пояснительные.

Масштабы топографических планов

Масштаб - одна из важнейших характеристик топографического плана, показывает отношение объектов на плане к объектам на реальной местности, то есть, во сколько меньше изображение на плане ситуации в действительности. Многообразие масштабов можно объяснить тем, что каждый тип рассчитан на решение конкретных задач. Чем больше знаменатель масштаба, тем мельче план и большую площадь территории он охватывает. С помощью масштаба решают две задачи: по измеренным отрезкам на плане определяют соответствующие отрезки на местности и по измеренным расстояниям на местности находят соответствующие отрезки на плане.

Масштабы делятся на два основных типа, как упоминалось ранее это масштабы топографических планов и масштабы топографических карт. По нанесению масштабов на карты можно различить: линейный, численный и именованный. На рисунке 1 наглядно показаны их визуальные отличия. В топографических планах зачастую используют численный масштаб, так как он более компактный. А линейный и именованный чаще встречаются на различных картах.

Рисунок 1 - Виды масштабов

Отдельно важно отметить графическую точность планов разных масштабов. Под этим понятием подразумевается погрешность определения положения объекта на плане относительно геодезических пунктов. Другими словами, с какой точностью можно узнать координаты объекта на плане. Глаз человека устроен так, что с привычного расстояния считать на карте рядом находящиеся линии будет проблематично, при условии, что расстояние между ними меньше 0,1 мм - линии будут сливаться в одну. Соответственно, значение 0,1 мм и есть графическая точность изменений на плане. Наряду с графической точностью является соответствующее этой величине расстояние на местности. Этот параметр называется точностью масштаба. Рассчитать точность масштаба не сложно, для этого необходимо разделить знаменатель числительного масштаба на 10 000. Значит для масштаба 1:500 точность составляет 0,05 м или 50 мм.

Рассмотрим использование планов разного масштаба в геодезическом производстве.

Топографические планы масштаба 1:5000 ориентированы на разработку генеральных планов по созданию или реконструкции крупных городов, мелких населенных пунктов, а также их частей. Но применение планов такого масштаба этим не ограничивается, их обширно применяют в разведке полезных ископаемых, в землеустройстве и земельном кадастре. При разработке технических проектов и рабочих чертежей, для камерального трассирования автомобильных и железных дорог, а также планы используют при проектировании и изысканиях различного рода инженерных сооружений. Пример плана данного масштаба показан на рисунке 2. На основе топографических планов масштаба 1:5000 создаются карты более мелких масштабов.

Рисунок 2 - Фрагменты топографического плана масштаба 1:5000

Рассмотрим предназначение топографического плана масштаба 1:2000, фрагмент которого показан на рисунке 3. В основном топопланы данного масштаба используются для:

• разработки генпланов поселков;
• для составления проекта детальной планировки, технических проектов, разбивочных чертежей элементов благоустройства;
• детальной разведки месторождений различных ископаемых;
• создания технических проектов по строительству и реконструкции автомобильных и железных дорог, трубопроводов, инженерных сооружений в области судоходства, ирригации, гидрологии.

Рисунок 3 - Фрагменты топографического плана масштаба 1:2000

Топографические планы масштаба 1:1000 предназначаются для:

• составления генерального плана и рабочих чертежей при проектировании на застроенных и незастроенных территориях малоэтажного и поселкового строительства;
• решения вертикальной планировки и проектов озеленения территории; составления планов, существующих подземных сетей и сооружений, и привязке зданий и сооружений к участкам строительства;
• детальных разведок и подсчета запасов полезных ископаемых;
• проектирования гидротехнических сооружений и геологического обслуживания горных предприятии.

На рисунке 4 представлены фрагменты такого плана.

Рисунок 4 - Фрагменты топографического плана масштаба 1:1000

Для составления исполнительного, генерального плана участка строительства и рабочих чертежей многоэтажной капитальной застройки с густой сетью подземных коммуникаций, промышленных предприятий, для решения вертикальной планировки, составления планов подземных сетей и сооружений и привязки зданий и сооружений к участкам строительства на застроенных территориях города предназначаются топографические планы масштаба 1:500. Пример топографического плана М 1:500 представлен на рисунке 5.

В большинстве случаев из-за широкого применения, особенно в строительстве используются планы 1:500 масштаба.

Рисунок 5 - Фрагмент топографического плана масштаба 1:500

Несколько слов нужно сказать и о топопланах масштабов 1:200 и 1:100, которые создаются при крупномасштабной съемке. Их применение связано с наличием сложной ситуации, множественными мелкими контурами и густой сетью подземных коммуникаций. Планы данного масштаба также применяются для таксации деревьев.

Системы координат

Одной из значимых задач геодезии является создание единой координатной основы как на поверхности Земли, так и вне ее. Это может быть весь земной шар, а может быть отдельное государство или просто участок территории. Выбор системы координат (СК) заключается в решении таких задач как закрепление начала системы координат и в способах определения в этой системе координат положения рассматриваемых объектов.

Главными ориентирующими линиями в сферических системах координат являются отвесная линия и ось вращения Земли. В географических системах координат - плоскость экватора и плоскость нулевого меридиана с началом координат в центре Земли, принимаемой за шар, а в астрономической системе координат положение точки на земной поверхности определяют по наблюдениям звезд относительно оси вращения Земли и отвесной линии. Когда за фигуру Земли стали принимать земной эллипсоид, параметры которого с необходимой точностью соответствуют форме и размерам Земли возникла геодезическая система координат, с геодезической долготой (L), широтой (B) и высотой (H).

В зависимости от того, где находится начало координат, системы координат различают:

1. Общеземные системы координат, в которых их начало совмещено с центром масс Земли. К общеземным системам координат относятся: система геодезических параметров «Параметры Земли» (ПЗ-90), «Мировая геодезическая система» (WGS), международная система координат ITRF (Международный наземный референцный каркас), являющиеся геоцентрической прямоугольными пространственными системами координат;
2. Геоцентрическая прямоугольная пространственная система координат;
3. Референцные системы координат, в которых их начало находится на удалении десятков и сотен метров от центра масс Земли. К таким системам координат относится система координат 1942 года (СК-42) и система геодезических координат 1995 года (СК-95);
4. Топоцентрические системы координат, началом которых является пункт наблюдений на земной поверхности или на другой поверхности (плоскость, сфера, эллипсоид);
5. Системы плоских прямоугольных координат, в которых началом является точка пересечения двух взаимно перпендикулярных осей (х и у) в определенной картографической проекции.

Подробно остановимся на местных системах координат. Под местной системой координат понимают условную систему координат, установленную в отношении ограниченной территории, не превышающей территорию субъекта Российской Федерации. Начало отсчета координат, и ориентировка осей координат местной системы смещены по отношению к началу отсчета координат и ориентировки осей координат единой государственной системы координат, используемой при осуществлении геодезических и картографических работ.

Местные системы координат устанавливаются для проведения геодезических и топографических работ при инженерных изысканиях, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, межевании земель, ведении кадастра и осуществлении иных специальных работ.

При установлении местных систем координат необходимо обеспечить возможность перехода от местной системы координат к государственной системе координат. Такой переход осуществляется с использованием параметров перехода (ключей). Параметрами перехода (ключами) от местной системы координат к государственной системе координат являются:

• координаты начала местной системы координат в государственной системе координат;
• координаты начала местной системы координат в местной системе координат;
• долгота осевого меридиана, проходящего через начало местной системы координат;
• угол поворота осей координат местной системы относительно осей координат государственной системы в точке начала местной системы координат;
• высота поверхности относимости местной системы координат;
• система высот.

Задачи, решаемые по топографическим планам

При разработке проектно-технической документации инженеру приходится решать массу различных задач, используя топографические планы. Перечислим наиболее распространенные из них:

• определение географических и прямоугольных координат;
• определение расстояний между точками и установление видимости между точками земной поверхности;
• измерение истинного азимута и дирекционного угла линии, вычисление магнитного азимута и румба;
• определение горизонтальных положений линий;
• определение отметки точки и уклона линии;
• проведение на карте линии заданного уклона;
• отбивка возможной зоны затопления при наводнениях, определение площади водосбора, прогноз разлива нефти при авариях на нефтепроводах;
• построение профиля местности по заданному направлению;
• подсчет объемов земляных работ, разработка проекта оптимальной вертикальной планировки территории;
• решение прямой и обратной геодезических задач.

Из данного перечня следует, что все задачи могут быть разделены на два класса: обычные вычислительные задачи и оптимизационные задачи.