УДК 528(470.65) Ст. пр. каф. геодезии Гудиева И. Н.

1
УДК 528(470.65)
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРИ АРХИТЕКТУРНЫХ ОБМЕРАХ
КУЛЬТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ В ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ
Ст. пр. каф. геодезии Гудиева И. Н.
Аннотация
В
статье рассматриваются некоторые геодезические методы,
которые могут найти применение при архитектурных обмерах культовых
сооружений, расположенных в горной местности.
Значительная территория Северной Осетии-Алании располагается в
горной местности, севернее Главного Кавказского хребта, на лежащих
параллельно ему Боковом, Скалистом, Пастбищном и Лесистом хребтах.
Хребты разрезаны живописными ущельями, где на головокружительной высоте
по скалистым склонам застыли осетинские селения — теснящиеся друг к другу
низкие каменные сакли с плоскими крышами, окруженные башнями и
склепами.
Одним из наиболее известных своими историческими и архитектурными
осетинскими памятниками является Куртатинское ущелье. Архитектурные
сооружения, которые мы можем видеть сейчас, не такие древние и относятся к
позднему средневековью (не раньше XV века). Прежде всего это башни и
Дзивгисские крепостные сооружения, а так же Дзивгисы дзуар (Дзивгисы
Уастырджы) – христианский храм ХIII-ХV вв. Святого Георгия, склеповые
могильники.
2
Башни строились как оборонительные, боевые, а нередко и жилые
строения. Боевые и сторожевые башни отличались более сложной архитектурой
и достигали 20— 25 метров высоты. По форме - это квадратные сооружения с
заметным суживанием стен кверху. Они строились у входов в ущелья и в
других важных стратегических местах.
Башни испытали на себе все тяготы минувших столетий с их многочисленными и разнообразными катастрофическими социально – политическими потрясениями. Не минули их и катастрофы стихийные – землетрясения,
обвалы, сели, наводнения, ветровая эрозия. Большинство башен имеют
значительные повреждения в верхней части. Это, безусловно,
связано с
особенностями расположения башен, а так же с влиянием внешних факторов,
которые оказывали разрушающее действие на культовые сооружения.
Одним из таких факторов можно считать поправку силы тяжести за
высоту точки наблюдения, называемую аномалией Фая. Опыты показывают,
что по мере удаления от уровенной поверхности сила тяжести ослабевает. Это
известно из метода гравиметрии, где поправка Фая рассчитывается по
формуле:
ΔgH = 0,3086см/сек2 h, где
3
0,3086 – коэффициент Фая
h – высота точки наблюдения (м) относительно уровенной поверхности
Например, на высоте 300 км значение силы тяжести ΔgH уменьшается на
0,3 мгал на 1м высоты.
Эти и другие факторы приводят в колебательное движение верхнюю
часть сооружений, что впоследствии разрушает их. Несомненно, все эти
проблемы
требуют
пристального
внимания
историков,
архитекторов,
реставраторов и других специалистов.
Геодезия своими методами помогает решать важные задачи по
сохранению культурного наследия прошлого. Обмерные чертежи и материалы
фотограмметрических съемок памятников архитектуры являются основой для
создания проектов реставрации и реконструкции, базой для исследований по
истории и археологии. Снимки, обмерные чертежи позволяют зафиксировать
внешний облик исторического сооружения, установить его состояние на
текущий момент времени, выполнить сопоставления с данными, полученными
ранее.
Сложность в наблюдении за культовыми сооружениями Осетии
заключается в том, что они расположены в гористой местности. Современные
достижения в области геодезии позволяют произвести наблюдения как за
отдельными памятниками архитектуры, расположенными в труднодоступных
местах, так и за горным ландшафтом с видимых точек. Геодезические методы
наблюдения имеют ряд преимуществ: они не причиняют видимого вреда
культовым сооружениям, безопасны, обладают высокой производительностью.
Архитектурные
исследованию
обмеры
культовых
являются
сооружений
составной
с
целью
частью
их
работ
реставрации
по
и
реконструкции. От качества выполнения обмеров во многом зависит качество
проекта реставрации памятника архитектуры. Как правило, наибольшая
4
точность предъявляется к обмерам древних культовых сооружений, когда
необходимо
установить
точные
формы
и
размеры
деталей
фасада,
зафиксировать признаки разрушений.
Работы по обмерам выполняются в следующей последовательности:
 предварительное
обследование
памятника
архитектуры,
окружающей среды и ландшафта;
 создание планово-высотной основы;
 полевые работы;
 камеральные работы по обработке информации и составлению
обмерных чертежей.
Способы создания планово-высотной основы для обмерных работ
аналогичны
применяемым
топографической
съемки,
способам
т.е.
в
процессе
теодолитные
и
крупномасштабной
нивелирные
ходы,
микротриангуляция и пр. Наиболее распространенным способом создания
планово-высотной основы является замкнутый теодолитный ход, проложенный
вокруг памятника архитектуры.
В
процессе
прокладки
теодолитно-высотного
хода
производятся
измерения для определения координат и высот дополнительных опорных точек,
необходимых для детальных обмеров фасадов. К таким точкам относятся углы
зданий, дверные и оконные проемы.
При архитектурных обмерах сооружений башенного типа в горной
местности рационально провести на фасаде «нулевую линию», от которой
измеряются высоты точек. Нулевую линию точнее и проще провести с
помощью нивелира. Инструмент устанавливается вблизи сооружения, берется
отсчет по рейке «а», расположенной на начальной точке нулевой линии (рис.1).
5
Рис. 1. Проведение
нулевой линии на
фасаде сооружения с
помощью нивелира
Затем переставляется на новую точку, расположенную на расстоянии 2-3
м от исходной. Опуская или поднимая рейку, получают отсчет «а». Под пяткой
рейки отмечают на стене нулевую линию и переносят рейку на другую точку.
При перестановке нивелира на следующую станцию, определяют отсчет «в»,
соответствующий нулевой линии. При этом наблюдается как минимум одна
общая точка для двух станций.
Рис. 2.
Изменение уровня
нулевой линии при
значительных
условии
перепадов
рельефа местности.
При значительном перепаде горного рельефа отметка нулевой линии
может быть изменена
(рис.2).
для некоторых частей архитектурного сооружения
6
При определении координат опорных точек, расположенных в верхних
частях сооружения, применяется, как правило, метод прямой геодезической
засечки (рис. 3).
Рис. 3. Определение
координат точек объекта
методом прямой угловой
засечки
Измерения выполняются с двух точек, координаты которых известны
(точки 1 и 2). С помощью теодолита измеряются горизонтальные углы β 1 и β2.
По измеренным горизонтальным углам вычисляют дирекционные углы
направлений со станций на определяемую точку: α1-3 и α2-3. Координаты
определяемой точки 3 – Х3; Y3 вычисляются по формулам:
Х3 = [Х1tg α1-3 - Х2tg α2-3 + (Y2 - Y1)] : (tg α1-3 - tg α2-3 );
Y3 = (Х3 - Х2) tg α2-3 + Y2;
Y3 = (Х3 - Х1) tg α1-3 + Y1.
Координата Y3 вычисляется дважды для контроля.
Как
отмечалось выше,
высоты
точек
при
обмерах
измеряются
относительно обозначенной на фасадах нулевой линии. При этом возможны два
варианта: 1- расстояние от инструмента до точки можно измерить; 2- расстояние от инструмента до точки непосредственно измерить нельзя, т.е., если
сооружение расположено в труднодоступной гористой местности.
7
В первом случае (рис.4) мерной лентой измеряется расстояние D от
теодолита до основания здания, наводим на отмеченную на вешке высоту
инструмента и измеряем угол наклона склона к горизонту νземли. Вначале
подсчитывается горизонтальное проложение d:
d= D cos νземли
Рис. 4. Определение высоты
сооружения при помощи
теодолита
Высота
точки
относительно
нулевой
линии
h
определяется
по
измеренным с помощью теодолита вертикальным углам v и v0 и расстоянию D.
Затем определяется вертикальное расстояние h из выражения:
h = d (tgv1 ± tgv0).
Во втором случае, когда расстояние до объекта нельзя непосредственно
измерить, необходимо произвести дополнительные измерения. На местности
выбираются две станции: А и В, на которых устанавливаются теодолиты. При
этом необходимо, чтобы определяемое вертикальное расстояние было видно с
обеих станций, и была взаимная видимость между этими станциями. На рис. 5
приведена схема измерений при определении вертикального расстояния h
между точками 1 и 2.
8
Рис.5. Схема геодезических
измерений для определения
размеров недоступных
деталей фасадов
сооружений.
При двух положениях вертикального круга теодолита измеряются
горизонтальные углы β 1 и β2 и вертикальные углы v1 и v2 со станции А;
v1' и v2' со станции В. Расстояние между станциями (базис) b измеряется мерной
лентой с относительной ошибкой не более 1: 2000. Горизонтальные расстояния
dA и dB вычисляются путем решения задачи определения неприступного
расстояния.
Для этого целесообразно строить различные геометрические схемы,
чтобы заменить линейные измерения угловыми и получить искомое значение
расстояния аналитически. Определяемое расстояние dA подсчитывается по
теореме синусов из треугольника ABС:
dA =b sin β 1 / sin γ ;
Если угол измерить невозможно, то по формуле приведения имеем:
sin γ = sin [180°- (β 1 + β 2 )];
Расхождение полученных значений определяемого расстояния не должно
превышать 1:2 000 величины этого расстояния.
Искомая величина h вычисляется дважды: по данным измерений со станции
А и В:
h = dA (tg v1 ± tgv2);
h = dB (tg v1' ± tgv2').
9
В приведенных формулах знаки зависят от знаков вертикальных углов.
Если знаки вертикальных углов одинаковы, то ставится знак минус. На рис.5
знаки вертикальных углов на станциях А и В одинаковые (положительные),
поэтому вычисляется разность тангенсов.
Для повышения точности определения вертикального расстояния h
длина базиса b должна быть соизмерима с расстояниями от станций до
определяемой точки.
Применение
геодезических
методов
при
архитектурных
обмерах
позволит облегчить задачу по составлению чертежей культовых сооружений в
горной местности для дальнейших наблюдений. Периодически необходимо
производить новые замеры, которые позволят сделать вывод об изменениях в
архитектурном сооружении, произошедших за определенный период времени.
Эти сведения будут полезны для специалистов, которые призваны сохранить
культурное наследие для потомков.
10
ЛИТЕРАТУРА:
1. Усова Н. В. Геодезия - М.: Архитектура-С, 2004г.
2. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия. - М.:
Недра, 1981 г.
3. Золотова Е.В. Современные архитектурные обмеры объектов
недвижимости. – М.: Архитектура-С, 2009 г.
4. Фельдман В.Д., Михелев Д.Ш. Основы инженерной геодезии - М.:
Высшая школа, 1988 г.
5. Попов В.Н., Чекалин С.И. Геодезия -М: Горная книга, 2007 г.
6. Бероев Б.М. Серия «По родным просторам» - М.: Физкультура и спорт,
1984 г.
7. Поклад Г.П. Геодезия - М.: Недра, 1988 г.