Matthews Vermessungskunde Inbalt des Gesamtwerkes Teilt 28., neubearbeitete Auflage 1996 Grundlage der Vermessungen: Bezugsflächen, Koordinatensysteme, MaBe, Fehler, Standardabweichung, Vertrauensbereich / Lagemessungen (Horizontalmessungen) / Geländeaufnahme (Stückvermessung) / Fertigen von Lageplänen / Einfache Koordinatenberechnung / Flächenberechnungen, Flächenteilungen / Hauptbestandteile der Vermessungsinstrumente / Einfache Geräte zur Höhenmessung / Das Nivellierinstrument / Höhenmessung (Nivellement) / Der Theodolit / Winkelmessung. Teil 2 16., neubearbeitete Auflage 1993 Distanzmessung: Reduktionstachymeter, elektronische Tachymeter, Computer-Tachymeter / Bestimmen von Lagefestpunkten / Koordinatenberechnung / Trigonometrische Höhenmessung / Tachymetrie / Ingenieur-Vermessung: Kreisbogen, Klothoide, Erdmassenberechnung, Abstecken von Verkehrswegen, Bauwerksabsteckungen / Laser Instrumente / Die verschiedenen Aufgaben im Vermessungswesen: Liegenschaftskataster und Grundbuch. Die amtlichen Kartenwerke. Technische Planwerke. Vermessungen bei Bauvorhaben.
Vermessungskunde Fachgebiete Architektur - Bauingenieurwesen - Vermessungswesen Teill Von Dr.-Ing. Volker Matthews Professor an der Georg-Simon-Ohm-Fachhochschule Nürnberg 28., neubearbeitete Auflage Mit 251 Bildern und 21 Tafeln ëi3 B. G. Teubner Stuttgart 1996
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Matthews, Volker: Vermessungskunde : Fachgebiete Architektur - Bauingenieurwesen - Vermessungswesen I von Volker Matthews. - Stuttgart: Teubner. Früher u. d. T.: Volquardts, Hans: Vermessungskunde Teil 1. Mit 21 Tafeln. - 28., neubearb. Aufl. - 1996 ISBN 978-3-519-15252-1 ISBN 978-3-322-94061-2 (ebook) DOI 10.1007/978-3-322-94061-2 Das Werk einschliel3lich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung auj3erhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. B. G. Teubner Stuttgart 1996 Satz: Fotosatz-Service Köhler OHG, Würzburg
Vorwort Grundlage für sinnvolles Planen und geordnetes Baueri sind Pläne und Karten, die durch Vermessungen geschaffen werden. Die vermessungstechnische Überprüfung und die Absteckung von Bauwerken, die geometrische Prüfung und Absteckung von Verkehrswegen, die Prüfung und Überwachung der Bauausführung nach Lage und Höhe während der Bauphase und nach der Fertigstellung sind Vermessungsarbeiten im Sinne dieses Buches. Die Bauaufnahme kann als Umkehrung des vermessungstechnischen Arbeitsablaufes beim Bauen angesehen werden. Vorhandene Bauobjekte werden durch Vermessungen erfabt und in Plänen dokumentiert. Die in diesem Buch beschriebenen Arbeitsabläufe sind auch Grundlage der Bauaufnahme. Sinn und Zweck dieses Buches ist es, den Studenten und den in der Praxis stehenden Ingenieuren der Fachrichtungen Architektur, Bauingenieurwesen und Vermessungswesen zu helfen, die in ihren Arbeitsbereichen anstehenden Vermessungsaufgaben zu lösen. Beim Nivellement und bei Winkelmessungen können die MeBwerte neben den herkömmlichen analogen (optischen) Methoden auch digital (elektronisch) ermittelt und erfabt werden. Der durchgehende DatenfluB von der Aufnahme bis zum jeweils gewünschten Endprodukt ist weitgehend realisiert. Die vorhandene Software bestimmt den Arbeitskomfort. Auf die herkömmlichen MeBmethoden, auf das Führen und Auswerten von Feldbüchern, auf Berechnungen mit Hilfe von Taschenrechnern und auf das Kartieren der Ergebnisse kann deshalb aber nicht verzichtet werden. Im vorliegenden Teill werden Anwendung und Prüfung der RollbandmaBe für die Längenmessung, der analogen (optischen) und digitalen (elektronischen) Nivellierinstrumente für die Höhenmessung sowie der analogen und digitalen Theodolite eingehelld besprochen. Geräte zur elektronischen Streckenmessung, digitale Tachymeter und Computertachymeter werden im Teil 2 behandelt. Die wichtigsten Verfahren der einfachen Lagemessungen, der Höhen- und Winkelmessungen sind in leicht verständlicher Form erläutert und werden durch eine Anzahl sorgfältig ausgewählter und vollkommen durchgerechneter Beispiele ergänzt. Die Berechnungen erfolgten mit technisch-wissenschaftlichen Taschenrechnern ohne Verwendung von Programmen. Somit können alle Beispiele mit einem handelsüblichen Taschenrechner nachvollzogen werden. Die praktischen Hinweise am Ende einzelner Abschnitte sollen dem Studenten und dem Praktiker in zusammengefabter Form Hinweis und Richtlinie für die auszuführende Tätigkeit sein.
IV Vorwort Im Anhang ist eine Auswahl der auf dem Markt befindlichen Nivellierinstrumente und Theodolite aufgeführt. Die Nivellierinstrumente sind nach dem möglichen Einsatz und der Art der Horizontierung (Libellen- oder automatische Horizontierung), die Theodolite nach dem Einsatz und dem technischen Aufbau der Instrumente (analog oder digital) geordnet. Mein Dank gilt den Benutzern des Buches, vornehmlich den Herren Professoren der Fachhochschulen und Universitäten für viele wertvolle Hinweise und den Herstellerfirmen geodätischer Instrumente für die Überlassung von Unterlagen und Bildern. Nürnberg, im Frühjahr 1996 Volker Matthews
Inhalt 1 Grundlagen der Vermessungen 1.1 Bezugsflächen............................................. 1.2 Koordinatensysteme......................................... 3 1.2.1 Rechtwinklige Koordinaten... 3 1.2.2 Polarkoordinaten....................................... 4 1.2.3 Geographische Koordinaten................................ 5 1.2.4 Soldner Koordinaten... 5 1.2.5 GauB-Krüger-Koordinaten................................. 6 1.2.6 UTM-System... 10 1.3 MaBe.................................................. 11 1.3.1 Längen... 12 1.3.2 Flächen............................................. 13 1.3.3 Volumen... 13 1.3.4 Winkel... 13 1.3.5 MaBstab... 18 1.4 Fehler, Standardabweichung, Vertrauensbereich....................... 19 1.5 Toleranzen im Bauwesen...................................... 25 2 Lagemessungen (Horizontalmessungen) 2.1 Bezeichnen von Punkten in der Örtlichkeit 27 2.2 Abstecken von Geraden... 28 2.3 Abstecken von rechten Winkeln... 31 2.3.1 Mechanische Rechtwinkelinstrumente (Diopterinstrumente)............ 32 2.3.2 Optische Rechtwinkelinstrumente (Winkelprismen)... 32 2.3.3 Abstecken rechter Winkel ohne Rechtwinkelinstrument... 38 2.4 Einfache Längenmessung... 38 2.4.1 RollbandmaBe......................................... 39 2.4.2 Indirekte Streckenmessung einfacher Art........................ 45 2.4.3 Zulässige Abweichungen bei Längenmessungen... 46 2.4.4 Praktische Hinweise zur Längenmessung mit BandmaBen............. 47 3 Geländeaufnahme (Stückvermessung) 3.1 Rechtwinkelverfahren........................................ 48 3.2 Einbindeverfahren.......................................... 48 3.3 Vereinigtes Rechtwinkel- und Einbindeverfahren... 49 3.4 Polarverfahren... 51 3.5 Verfahren der freien Standpunktwahl (freie Stationierung)... 52 3.6 Messungsproben........................................... 52 3.7 Führen des Risses (Feldbuches)... 54
VI lnhalt 4 Fertigen von Lageplänen 4.1 Auftragen von Punkten nach Koordinaten... 61 4.2 Maflstabsänderung von Plänen.................................. 63 4.2.1 Mechanische Verfahren................................... 63 4.2.2 Optische Verfahren...................................... 64 4.3 Vervielfältigen von Plänen..................................... 64 5 EinCache Koordinatenberechnung 5.1 Höhe und Höhenfuflpunkt 65 5.2 Einrechnen von Kleinpunkten auf der Linie... 67 5.3 Einrechnen von seitwärts der Linie gelegenen Punkten................... 69 5.4 Schnittpunkt zweier Geraden................................... 71 6 F1ächenberechnungen, F1ächenteilungen 6.1 F1ächenberechnung aus örtlich gemessenen Maflen (aus Dreiecken und Trapezen) 76 6.2 Flächenberechnung aus rechtwinkligen Koordinaten.................... 77 6.3 Flächenberechnung aus Polarkoordinaten........................... 80 6.4 Halbgraphische Flächenberechnung............................... 82 6.5 Graphische Flächenbestimmung................................. 82 6.5.1 Zerlegen von Flächen, Planimeterharfe, Quadratglastafel... 83 6.6 Planimeter............................................... 84 6.6.1 Fahrstabeinstellung... 84 6.6.2 Flächenbestimmung mit dem Polarplanimeter... 87 6.6.3 Digital-Planimeter... 89 6.7 Zulässige Abweichungen für Flächenberechnungen..................... 91 6.8 Praktische Hinweise zur Flächenberechnung... 92 6.9 Flächenteilungen, Flächenausgleich............................... 92 7 Hauptbestandteile der Vermessungsinstrumente 7.1 Das Fernrohr....................................... 99 7.1.1 Linsen und deren Gesetze... 99 7.1.2 Blenden, Objektiv, Okular........................... 101 7.1.3 Das Strichkreuz.................................. 102 7.1.4 Das einfache MeBfernrohr........................... 103 7.1.5 Fernrohr mit innerer Einstellinse (Innenfokussierung)... 104 7.2 Libellen........................................... 106 7.2.1 Dosenlibelle... 107 7.2.2 Röhrenlibelle... 107 8 EinCache Geräte zur Höhenmessung 8.1 Schlauchwaage.................................. 111 8.2 Setzlatte... 112 8.3 Pentagonprisma und Schnurlot.................................. 112
Inhalt VII 9 Das Nivellierinstrument 9.1 Stativ, Befestigung des Nivellierinstrumentes auf dem Stativ............... 113 9.2 Der Aufbau des Nivellierinstrumentes... 114 9.2.1 Kompensatoren (Ziellinienregler zur automatischen Horizontierung)...... 115 9.2.2 Planplattenmikrometer... 119 9.2.3 Der Horizontalkreis heim Nivellierinstrument... 120 9.2.4 Erweiterung des Einsatzbereiches der automatischen Nivelliere.......... 122 9.2.5 Digitale Nivellierinstrumente... 122 9.3 Nivellierinstrumente-Typen (analoge und digitale)...................... 123 9.3.1 Bau-Nivelliere......................................... 124 9.3.2 Ingenieur-Nivelliere... 125 9.3.3 Fein-Nivelliere......................................... 127 9.4 Prüfen und Berichtigen des Nivellierinstrumentes...................... 129 9.4.1 Beseitigen der Parallaxe................................... 129 9.4.2 Senkrechtstellen des Stehachse... 130 9.4.3 Waagerechtstellen der Ziellinie... 131 9.4.4 Ziellinien digitaier Nivelliere................................ 134 9.5 Nivellierlatten und Zubehör.................................... 136 10 Höhenmessung (NiveUement) 10.1 Festlegen und Vermarken der Nivellementpunkte..................... 141 10.2 Die Ausführung des Nivellements... 142 10.2.1 Messen mit digitalen Nivellieren........................... 144 10.3 Streckennivellements....................................... 144 10.3.1 Das einfache Nivellement... 145 10.3.2 Nivellement mit Wendelatten............................. 148 10.3.3 Nivellement mit doppelten Wechselpunkten.................... 148 10.3.4 Feinnivellement...................................... 150 10.3.5 Standardabweichung für Nivellements, zulässige Abweichung... 152 10.4 Längs- und Querprofile..................................... 153 10.4.1 Aufnahme von Längsprofilen............................. 154 10.4.2 Aufnahme von Querprofilen... 156 10.4.3 Auftragen von Längs- und Querprofilen...................... 158 10.5 Flächennivellement........................................ 162 10.5.1 Aufnahmeverfahren................................... 163 10.5.2 Fertigen von Höhenplänen... 164 10.6 Praktische Hinweise zur Höhenmessung 166 11 Der Theodolit 11.1 Horizontalwinkel, Vertikalwinkel, Richtungen....................... 167 11.2 Stativ, Befestigen des Theodolits auf dem Stativ... 168 11.3 Der Aufbau des Theodolits................................... 168 11.3.1 Vertikalachssysteme................................... 170 11.3.2 Fernrohr.......................................... 172 11.3.3 Klemmvorrichtungen.................................. 173 11.3.4 Libellen........................................... 174 11.3.5 Automatischer Höhenindex.............................. 174 11.4 Ablotevorrichtungen....................................... 176
VIII Inhalt 11.5 Ableseeinrichtungen... 177 11.5.1 Ablesemikroskop..................................... 178 11.5.2 Optisches Mikrometer... 178 11.5.3 Strichmikroskop... 180 11.5.4 Strichmikroskop mit optischem Mikrometer... 180 11.5.5 Skalenmikroskop..................................... 181 11.5.6 Koinzidenzmikroskop mit optischem Mikrometer................ 182 11.5.7 Digitale Anzeige bei digitalen Theodoliten... 183 11.6 Theodolit-Typen (analoge und digitale)........................... 187 11.6.1 Bautheodolite....................................... 187 11.6.2 Ingenieurtheodolite... 188 11.6.3 FeinmeBtheodolite.................................... 190 11.7 Sonderzubehör........................................... 192 11.8 Prüfen und Berichtigen des Theodolits... 193 11.8.1 Beseitigen der Parallaxe und Vertikalstellen des Strichkreuzes... 194 11.8.2 Senkrechtstellen der Stehachse............................ 194 11.8.3 Beseitigen des Ziellinienfehlers... 195 11.8.4 Beseitigen des Kippachsenfehlers........................... 196 11.8.5 Justieren der Ablotevorrichtung... 196 11.8.6 Beseitigen des Indexfehlers... 197 11.8.7 Weitere, nicht justierbare Fehler des Theodolits................. 199 11.8.8 Automatische Kompensation der Fehler bei digitalen Theodoliten..... 200 11.9 Behandlung und Pflege des Theodolits... 200 12 Winkelmessung 12.1 Zentrieren und Horizontieren... 201 12.2 Einstellen des Fernrohrs auf das Ziel... 201 12.3 Horizontalwinkel...... 202 12.3.1 Einfache Winkelmessung................................ 202 12.3.2 Repetitions-Winkelmessung.............................. 204 12.3.3 Richtungsbeobachtungen................................ 205 12.4 Vertikalwinkel........................................... 207 12.5 Praktische Hinweise zur Winkelmessung... 208 Anhang Tafel - Zusammenstellung von Nivellierinstrumenten und Theodoliten... 210 Schriftturn... 216 Sachverzeichnis................................................ 217