Исполнительная схема котлована под фундамент

Котлован является начальным этапом строительных работ. От правильности его форм, глубины и других параметров зависит качество будущего строения, поэтому прежде чем начинать земляные работы или строительство дома на готовом котловане, необходимо произвести геодезическую контрольную съёмку. На основании полученных данных составляется схема котлована и сопроводительная документация. Зная особенности проведения каждого этапа, провести работы будет гораздо проще.

Основные этапы копки котлована

Подготовка фундамента дома начинается с копки надежного котлована. Этот процесс проходит в несколько этапов.

Прежде чем подводить к месту строительства технику и начинать работу, необходимо хорошо исследовать местность: ландшафт, растительность, тип почвы и глубину пролегания грунтовых вод.

Стоит выяснить, находятся ли в месте будущего строительства коммуникации: водопроводная, электрическая или канализационная сети, и как организовать процесс так, чтобы не создать неудобств тем, кто пользуется ими.

Чаще всего старые сети стараются отключить и перенести. На этом же этапе решается вопрос о подводе коммуникаций к новому строению. Все эти задачи требуют согласования, а результаты вносятся в проектную документацию.

После этого начинается расчистка местности. Заранее решается вопрос, куда будет выведен строительный и прочий мусор, и как он будет утилизирован. Съем грунта производится в 2 этапа. Сначала снимается плодородный слой, который затем употребляется для удобрения почвы в других местах или облагораживании прилегающей территории уже после завершения строительства. Второй слой грунта чаще всего стараются утилизировать, поскольку для засыпки котлована используются более прочные материалы.

Глубина котлована зависит от нескольких параметров: тип почвы, её устойчивость, количество и глубина залегания грунтовых вод, глубина промерзания грунта. В зависимости от условий копка выполняется механическим или ручным способом.

Первый метод применяется при больших объёмах работ в местах, куда можно подвести технику. Таким способом можно быстро разработать местности и справиться с возникающими по ходу копки препятствиями.

Ручная работа используется там, где подход техники затруднен, где тип почвы не позволяет использовать механику или требуется котлован небольшого размера.

Укрепление котлована и исполнительная геодезическая съёмка

Важной частью работы является укрепление котлована. Это можно сделать несколькими способами:

• погружение шпунта Ларсена, которое проводится до выемки грунта с целью укрепить берег;
• цементовка стен применима в местностях с плотным расположением построек, она позволяет укрепить фундамент не только строящегося здания, но и соседних;
• современным способом закрепления считается «стена в грунте», предполагающая помещение в котлован сборной конструкции с последующей заливкой бетона или железобетона;
• аналогом предыдущего способа считается использование буронабивных свай.

Завершающим этапом земляных работ будет засыпка котлована. Для этого часто применяют песок, щебень или другие прочные материалы.

Выезд геодезистов на исполнительную съемку котлована осуществляется как минимум дважды за время производства земляных работ. Это требуется для следующих целей:

• снизить затраты на выполнение самой работы;
• проверить геометрию котлована, от которой зависит качество постройки;
• сверить соответствие проделанной работы и плана на котлован во избежание разногласий исполнителя с заказчиком.

Первый выезд специалистов назначается до снятия первого слоя грунта. Проводится топографическое исследование местности, намечаются первые контуры котлована, по которым будут копаться траншеи, и данные из чертежей переносятся на местность.

В процессе земляных работ могут возникнуть непредвиденные трудности: изменение типа грунта, отличающееся от плана расположение грунтовых вод. В этом случае геодезисты необходимы для грамотной коррекции имеющихся чертежей. Цель съёмок: добиться должного результата минимум усилий.

И на завершающем этапе работ необходимо произвести измерения самого котлована, расположение и значение всех его элементов. Делается это с целью проверки надежности углубления перед началом заливки фундамента. Если в процессе земляных работ не было непредвиденных трудностей, данные, полученные в процессе геодезической съёмки, не могут отличаться от параметров в чертежах более чем на 5 см. Полученные данные в обязательном порядке вносятся в проектную документацию.

Дополнительные сведения о проведении земляных работ и важности этого этапа строительства можно найти в следующем видео:

Оформление исполнительной документации

Исполнительная документация, оформление которой является обязательным, это документы, которые требуются в процессе строительства. Сведения, записанные в ней, используются при ремонте и обслуживании готового здания, прокладке или замене инженерных сетей. Для этого создана специальная форма для заполнения и изготовлены бланки.

После завершения земляных работ составляются первые схемы, в которые вносятся следующие сведения:

• фактические и проектные размеры котлована;
• крутизна откосов;
• отметка верхней бровки котлована;
• количество извлеченного грунта.

Чтобы отделить планируемые значения от реальных показателей, в исполнительной схеме котлована применяют следующее правило: фактические размеры указывают над линиями, а проектные – под ними.

Под схемой котлована обязательно приводится таблица, которая содержит общие сведения о проекте:

• наименование объекта;
• его шифр и номер;
• вид строительства;
• стадия строительства;
• наименование организации, которая занималась составлением документа.

Здесь же могут быть указаны дополнительные сведения, примечания, касающиеся хода строительства. Например, причины отклонения от начального вида планировки.

В следующем видеоролике приводится пример, как составляется исполнительская схема:

Подготовка котлована – это начальный и важный этап работы, от правильности выполнения которого зависит качество и долговечность строящейся конструкции. Эта работа включает в себя исследование местности и почвы, перепланировку коммуникаций и закрепление зыбкого грунта. Все измерительные работы, в том числе сравнение реальных значений с расчетами в проектной документации, выполняются группой геодезистов, периодически выезжающих на место стройки. Полученные таким путем данные заносятся в схему для дальнейшего использования в обслуживании нового здания.

Иногда конструктору приходится чертить план котлована, на самом деле это самый простой чертеж – с минимумом линий и обозначений. Сейчас разберем на примере, как начертить котлован.

Откосы котлована

Начнем с откосов. Вертикальные откосы нормами допускаются очень редко (при глубине котлована менее 1,5 м для отдельных типов грунтов). Для разных типов грунта нормируется разный уклон, который напрямую связан с углом внутреннего трения. Вообще что представляет собой угол внутреннего трения? Если грубо, то кучка грунта, насыпанная конусом под углом внутреннего трения, не будет стремиться осыпаться – грунт держит сам себя. Если угол конуса попытаться сделать круче, то грунт «поедет», это чревато обрушением, а в случае котлована обрушение означает возможные человеческие жертвы.

Если вы не ограничены в плане габаритами участка, существующими сооружениями и коммуникациями, можете смело делать откосы котлована под углом 45 градусов – этот угол почти всегда допустим (кроме насыпных грунтов). Более пологие углы не рациональны – и места по площади много занимают, и работы для экскавации больше. Более крутые углы нужно проверять в литературе (допустимы ли они для данного типа грунта).

Ниже дана таблица из СНиП III-4-80 «Техника безопасности в строительстве» (в России он заменен на более новый).

Отношение 1:1 – это и есть 45 градусов (когда ширина откоса в плане равна глубине котлована). Отношение 1:05 – более крутой откос под 60 градусов (когда глубина котлована в два раза больше, чем ширина откоса в плане), отношение 1:1,25 – более пологий (для насыпных неуплотненных грунтов при глубине котлована 5 м и более).

Помните, если участок, на котором вы проектируете фундамент, стесненный какими-то обстоятельствами, всегда перед началом проектирования нужно продумать процесс производства земляных работ, чтобы потом не оказалось, что дом вообще не могут построить.

Пример 1. Самый простой случай. Участок ровный, абсолютная отметка существующего грунта 51,30. За отметку 0,000 в проекте условно принята отметка 52,07. Отметка низа фундаментной плиты -3,000. Под плитой предусмотрена подготовка из бетона толщиной 100 мм. Площадка строительства ничем не стеснена, грунт – суглинок.

Кстати, обратите внимание, абсолютные отметки обычно указываются с двумя знаками после запятой, а относительные – с тремя.

Определим абсолютную отметку низа фундаментной плиты: 52,07 – 3,0 = 49,07 м.

Определим абсолютную отметку дна котлована (низа подготовки): 49,07 – 0,1 = 48,97 м.

Глубина котлована: 51,30 – 48,97 = 2,33 м.

Принимаем наиболее удобный угол откоса котлована – 45 градусов.

Пошаговая инструкция к выполнению чертежа котлована:

1. Наносим сетку из крайних осей и контур фундамента котлована.

2. Отступаем от контура фундамента наружу 100 мм, получаем тем самым контур подготовки.

3. Отступаем от контура подготовки наружу 500 мм – допустимый минимум до начала откоса, оговоренный нормами (раньше он был 300 мм). Это будет линия контура дна котлована.

4. Отступаем от контура дна котлована 2,33 м (глубину котлована) – т.к. откосы под углом 45 градусов, то размер откосов в плане равен глубине котлована. Это будет линия верха откоса. Наносим по ней условное обозначение для откосов в виде чередующихся коротких и длинных черточек, перпендикулярных контуру.

5. Удаляем все лишние линии (фундамент, контур подготовки), наносим отметку дна котлована и отметку существующей земли.

6. Наносим недостающие размеры – привязку углов котлована к осям.

7. Добавляем примечание о соответствии относительных отметок абсолютным.

8. По желанию делаем разрез (обозначаем на нем отметки и уклоны откосов).

Считать объем вынимаемого грунта – это работа сметчиков. Спецификации на чертеже тоже никакой нет.

Въезд в котлован разрабатывать не нужно, это забота ПОС (проект организации строительства), т.е. отдельные деньги.

Пример 2. Тот же котлован, только грунт с уклоном в одном направлении (абсолютные отметки существующей земли показаны на рисунке ниже). За отметку 0,000 в проекте условно принята отметка 52,07. Отметка низа фундаментной плиты -3,000. Под плитой предусмотрена подготовка из бетона толщиной 100 мм. Грунт – суглинок, откосы требуется сделать максимально крутыми.

Итак, у нас перепад грунта в одном направлении – от 53,50 до 51,70 м, при этом на съемке отметки указаны в конкретных точках на плане.

В такой ситуации проще начать с разреза котлована.

Переведем имеющиеся у нас абсолютные отметки в относительные.

Абсолютная отметка 53,50 м соответствует относительной 53,50 – 52,07 = 1,430 м.

Абсолютная отметка 51,70 м соответствует относительной 51,70 – 52,07 = -0,370 м.

Отметка дна котлована равна -3,100 м.

Проще всего посмотреть алгоритм построения котлована будет на видео.

Как видите, все не так уж сложно. А чертеж в итоге будет выглядеть вот так.

размещено: 12 Декабря 2018

С О Д Е Р Ж А Н И Е

I. Основные надписи

1. Размер формы основной надписи, содержание граф, образец заполнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

II. Исполнительные схемы на разбивочные работы

2. Исполнительная схема разбивки основных осей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. Исполнительная схема разбивки контуров котлована . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4. Исполнительная схема детальной разбивки и закрепления осей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5. Исполнительная схема разбивки основных технологических осей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

III. Исполнительные схемы по подземной части зданий и сооружений

6. Исполнительная схема планово-высотной съемки котлована . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
7. Исполнительная схема определения отметок погружения свай . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
8. Исполнительная схема планово-высотной съемки свайного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
9. Исполнительная схема планово-высотной съемки монолитного ростверка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
10. Исполнительная схема планово-высотной съемки сборного ленточного фундамента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
11. Исполнительная схема планово-высотной съемки стаканов сборных фундаментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
12. Исполнительная схема планово-высотной съемки монолитных фундаментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
13. Исполнительная схема планово-высотной съемки анкерных болтов и нивелировки фундаментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

IV. Исполнительные схемы по надземной части зданий и сооружений

14. Исполнительная схема планово-высотной съемки колонн одноэтажного производственного здания . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
15. Исполнительная схема планово-высотной съемки колонн многоэтажного здания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
16. Исполнительная схема нивелировки консолей колонн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
17. Исполнительная схема съемки ферм в плане . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
18. Исполнительная схема планово-высотной съемки подкрановых балок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
19. Исполнительная схема планово-высотной съемки подкрановых путей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
20. Исполнительная схема планово-высотной съемки фундамента под оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
21. Исполнительная схема нивелировки пола . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
22. Исполнительная схема планово-высотной съемки кирпичной кладки под перекрытие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
23. Исполнительная схема съемки стеновых панелей в плане . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
24. Исполнительная схема нивелировки плит перекрытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
25. Исполнительная схема строительной части шахты лифта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
26. Исполнительная схема кровли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
27. Обмерочный чертеж . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

V. Исполнительные схемы по подземным инженерным сетям и специализированным работам

28. Исполнительная схема водопровода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
29. Исполнительная схема канализации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
30. Исполнительная схема теплосети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
31. Исполнительная схема газопровода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
32. Исполнительная схема высоковольтного кабеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
33. Исполнительная схема телефонной канализации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
34. Исполнительная схема общего коллектора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
35. Исполнительная схема планово-высотной съемки контура заземления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
36. Исполнительная схема земляного полотна автомобильной дороги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
37. Исполнительная схема подъездной железной дороги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
38. Картограмма земляных работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
39. Исполнительная схема благоустройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Разбивка для рытья котлована | МобиСтрой

Разбивки котлованов требуют планово-высотных определений для установления контура котлована и его глубины. Контур котлована разбивают обычно при помощи рулетки от осей фундамента или от других осей здания, закрепленных на обноске или на местности. Разбитый контур котлована закрепляют кольями, между которыми натягивают шнур для указания границы вскрытия котлована. Для доведения глубины котлована до проектной отметки его дна ведут систематическое наблюдение за ходом выемки грунта и определяют текущие отметки дна, пользуясь либо нивелиром, либо визирками. Постоянные визирки в виде горизонтальных планок прибивают в достаточном количестве к столбам обноски.

Планки верхним ребром устанавливают на одной и той же отметке При помощи нивелира (обычно на 1 м выше условной нулевой отметки — отметки пола первого этажа здания). На планке подписывают ее абсолютную отметку.

Чтобы в любой момент выборки грунта из котлована определить нивелиром отметку любой точки его дна, устанавливают нивелирную рейку сначала на репер с известной отметкой и берут по рейке отсчет а. Затем переносят рейку на дно котлована и берут отсчет Ь. Превышение между репером и точкой дна котлована получится по формуле /г = а—Ь. Прибавляя со своим знаком превышение к отметке репера, получим отметку дна котлована в данной точке.

Чтобы с помощью визирок определить, выбран ли грунт в данный момент из котлована до проектной отметки, на его дне устанавливают переносную (ходовую) визирку в виде рейки. На рейке краской отмечают линию, расстояние до которой от пятки рейки равно разности отметок ребра планки постоянной визирки и проектного дна котлована. Если линия на ходовой визирке окажется выше шнура, натянутого* между ближайшими планками, то грунт из котлована еще не выбран до проектной отметки. Выемку грунта экскаваторами заканчивают с недобором грунта на 10—30 см до проектной отметки, чтобы зачистить дно до проектной отметки ручным способом или бульдозером.

Строительную площадку обеспечивают надежной высотной опорой путем установки на площадке или вблизи ее не менее двух реперов, отметки которых определяют проложением двойных нивелирных ходов от реперов с известными отметками.

Вынос осей здания на дно котлована

После зачистки откосов и дна котлована производится исполнительная съемка как в плане, так и по высоте. При этом плановая съемка контуров котлована должна производиться путем промеров с помощью стальной рулетки от разбивочных осей здания, которые закрепляются стальной проволокой, натянутой между конечными осевыми знаками.

Рабочие высоты выемки котлована, контрольные замеры объемов вынутого грунта, зачистка основания фундамента под проектную высоту производятся техническим нивелированием.

При вынесении точек в глубокий котлован на дне котлована закладывают геодезические знак и, на которые передают отметку с рабочего репера, находящегося на поверхности земли. На бровке устраивают приспособление в виде наклонного бруса или кронштейна, к которому прикрепляют стальную рулетку. Нулевой конец рулетки с подвешенным 10-кг грузом погружают в сосуд, наполненный жидкостью (водой — летом, керосином или соляровым маслом — зимой). Отметку передают с помощью двух нивелиров, один из которых устанавливают на бровке, а другой —на дне котлована (рис. 3. 12).

Для разбивки траншей под ленточные фундаменты от основных осей здания вправо и влево откладываются величины, указанные на рабочих чертежах, которые в сумме составляют ширину подошвы фундамента.

При устройстве ленточных фундаментов ступенчатого типа ширина траншеи должна быть равной ширине фундамента, плюс некоторая величина для установки опалубки, которая согласовывается с автором проекта.

Разбивка котлованов под столбчатые фундаменты ведется по разбивочным основным и вспомогательным осям, в створе которых намечаются центры столбчатых фундаментов. От центров фундаментов производится разбивка контура котлована.

Строительная обноска служит для детальной разбивки осей зданий и их закрепления. Разметку стоек делают так, чтобы ни одна из них не попала на разбиваемую ось. Материалом для стоек служит подтоварник. К стойкам с внешней стороны прибивают доски толщиной 30—40 мм. Верхнюю кромку досок остругивают и с помощью нивелира устанавливают горизонтально.

Наиболее рациональной является инвентарная металлическая обноска. Она устанавливается на высоте 0,4—0,6 м от земли параллельно основным осям, образующим внешний контур здания, на расстоянии, обеспечивающем неизменность ее положения в процессе строительства.

Для устройства обноски провешивают с помощью теодолита линии, строго параллельные основным осям, образующим внешний контур здания.

Перенос осей на обноску производится от закрепленных на местности осевых знаков.

Разбивка оси принимается и проверяется по акту. Отклонение габаритных размеров здания по строительной обноске не должно превышать 5 мм для размеров до 10 м и 20 мм при размерах здания до 100 м и более.

В процессе строительства периодически производится контроль правильности положения обноски.

Приложение 2 вычисление разбивочных данных для вынесения на местность проекта сооружения. Способом прямоугольных координат

1. Координаты точек Б/1 и Б/4 определяют по генплану графически.

Координаты точек Б/1 и Б/4.

2. Решение обратной геодезической задачи.

3. Вычисление разбивочных углов.

4. Вычисляем наклонное расстояние ипо формуле. Для этого по генплану определяют отметки точекIII,IV, Б/1, Б/4.

1. Вычисляем превышения.

2. Вычисляем поправки за наклон линии к горизонту.

3. Поправка в длину линии за компарирование рулетки.

4. Поправка в длину линии за температуру.

5. Значение откладываемых на местности линий будет складываться из проектного значение плюс

Поправки.

6. Допустимая погрешность построения длины линии.

Относительная погрешность.

7. Допустимая погрешность построения угла.

4.8.Точность разбивки.

Вывод: Способ полярных координат

5. Построение верхней бровки котлована.

Точки пересечение основных осей. Определяют графически по генплану.

1. Абсолютная отметка чистого пола первого этажа.

2. Абсолютная отметка дна котлована.

3. Вычисляем превышение между черной (фактической) отметкой

каждой из точек пересечения основных осей и абсолютной отметкой дна котлована (глубина котлована в данной точке):

4. Величина заложения S.

n=2.0

L=1.0см.

Гончаренко О.А., Гусев Н.И., Кочеткова М.В. Устройство котлована и траншей под фундаменты здания с подвалом

УДК 69

Гончаренко Ольга Андреевна¹, Гусев Николай Иванович², Кочеткова Майя Владимировна^3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, студент
²Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н., профессор
³Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н., доцент

Аннотация
Рассмотрен вариант совместного устройства котлована и траншей под ленточный фундамент здания с подвалом. Приведены формулы для подсчёта объёмов земляных работ с учётом рациональной организации труда.

Ключевые слова: земляное сооружение, котлован, траншея

---

Goncharenko Olga Andreevna¹, Gusev Nikolai Ivanovich², Kochetkova Maya Vladimirovna^3
1Penza State University of Architecture and Construction, student
²Penza State University of Architecture and Construction, Ph.D., Professor
³Penza State University of Architecture and Construction, Ph.D., Associate Professor

Abstract
A variant of the device of the pit and trenches for strip foundation building with basement. The formulas for calculating the volume of excavation based on the rational organization of labor.

Keywords: earth structure, foundation pit, trench

---

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Гончаренко О.А., Гусев Н.И., Кочеткова М.В. Устройство котлована и траншей под фундаменты здания с подвалом // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 8. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2014/08/37052 (дата обращения: 27.04.2021).

Устройство любых земляных сооружений начинают с геодезической разбивки, руководствуясь при этом рабочими чертежами на выполнение данного земляного сооружения.
Способы разработки грунта принимаются в зависимости от конструкции и глубины заложения фундамента. Чаще всего применяют механизированный способ, например, посредством экскаватора с обратной лопатой. Грунт на дне котлованов или траншей не добирают до проектной отметки на 10…150 мм, этот слой выбирают непосредственно перед самой установкой конструкций фундамента, чтобы избежать размокания грунта основания и его размягчения из-за попадания в котлован атмосферных осадков. В случае устройства котлована под здание с подвалом возможны варианты: 
1) копать котлован до отметки подошвы фундамента, 
2) котлован до уровня пола подвала (с учетом толщины пола) плюс траншеи, устраиваемые под ленточный фундамент, до отметки подошвы фундамента, 
3) как и во втором случае копать и котлован и траншеи, но глубину траншеи рассчитать так, чтобы грунт из траншеи рассыпать по площади подвала (под полом подвала) с учётом коэффициента остаточного разрыхления.
Третий вариант наиболее рациональный, уменьшает объёмы разработки, складирования или вывоза грунта.
Рассмотрим на примере. Отметка поверхности грунта под полами подвала составляет –3 – 0,25 = –3,25 (рис 1, 2). Однако котлован следует выкопать ниже этой отметки на величину ( рис. 2), полагая, что грунт, вытес­нен­ный фундаментами в объеме V_ф, будет рассыпан по площади подвала F_пола с учетом показателя остаточного разрыхления для грун­тов в траншеях под фундаменты  (единица измерения в %). Объем фундаментов V_ф подсчитывают как произведение ширины внешних и внутренних фундаментов на высоту от глубины залегания (–h) до отметки (–3,25).

Рис 1. План фундаментов здания и разрез подвальной части здания.

Фактическая глубина котлована

Н_к = 3,25 + + (–h_пов.к).

Относительная отметка дна котлована

h_к = h_пов.к – Н_к.

Абсолютная отметка дна котлована

.

Так как под фундаменты в котловане в грунтах с показателем откоса m_t отрываются траншеи глубиной t (рис. 2), то за­щит­ный слой грунта в котловане можно не оставлять и выбирать его экскаватором до отметки h_к.

t = –h_к – (–h).

Рис 2. Формирование дна и откосов котлована.

Ширина траншей под наружные стены длиной (х + у + z)2 по­низу

а_1н = а₁ + 2·0,1 + 2·0,2,

где а₁ – ширина внешних фундаментов.

Ширина траншей под наружные стены поверху

а_1в = а_1н + 2·t m_t.

Ширина траншеи под внутреннюю стену длиной z понизу

а_2н = а₂ + 2·0,1 + 2·0,2,

где а₂ – ширина внутренних фундаментов.
Ширина траншеи под внутреннюю стену поверху

а_2в = а_2н + 2·t m_t.

Объем грунта в траншеях глубиной t

V_t = [(а_1н + а_1в)(х + у + z) + ]t.

Разрабатывать этот грунт соответствующей группы мож­но экскаватором с планировочным ковшом навымет [ЕНИР, §E2-1-14] или вручную [ЕНИР, §E2-1-47]. 
Ранее определенные размеры котлована понизу в уровне заложе­ния фундаментов b_н и l_н увеличатся и составят:

B_н = b_н + 2tm; L_н = l_н + 2tm.

Ширина котлована поверху

B_в = В_н + 2mH_к.

Длина котлована поверху

L_в = L _н + 2mH_к.

Объем котлована

.

При высоком уровне грунтовых вод необходима защита котлована от подтопления. В грунтах, хорошо пропускающих воду, целесообразно применять искусственное водопонижение с помощью дренажных устройств или иглофильтровых установок. В глинистых грунтах чаще всего применяют открытый водоотлив, количество насосов для откачки воды должно быть рассчитано с учётом интенсивности притока грунтовой воды через поверхность котлована и производительности насосов.

Библиографический список

1. Гусев Н.И. ССО: учимся и строим [Текст]  / Н.И. Гусев  [и др.]. – М.: Стройиздат, 1990. –270 с.
2. Гусев Н.И. Технологическая карта на комплекс процессов строительства подземной части многоэтажного здания с подвалом [Текст]  / Н.И. Гусев, М.В.Кочеткова //  – Пенза: ПГУАС, 2013. – 139с.
3. Гусев Н.И. Организационные основы строительных процессов [Текст]  / Н.И. Гусев, М.В.Кочеткова, В.И.Логанина //  – Пенза: ПГУАС, 2014. – 271с.

---

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Кочеткова Майя Владимировна»

Высотная разметка основания фундамента

Вынос разметки фундамента в натуру.

Перед тем, как начинать закладку фундамента будущего дома на участке, необходимо разметить строительную площадку таким образом, чтобы привязать положение фундамента и дома на проекте к существующим ориентирам, сторонам света, соседним зданиям, дорогам и наиболее значимым элементам ландшафта. Как же аккуратно и правильно перенести положение будущего дома с листа бумаги или компьютерного файла на поверхность земельного участка?

Процесс переноса контуров зданий, их размеров,  основных осей и реперов с проекта, определяющих в соответствии положение в плане и по высоте частей и конструктивных элементов здания на поверхность земли на строительной площадке называется выносом дома в натуру.

 В процессе выноса дома в натуру производят разбивку или разметку, то есть физическое нанесение на поверхность земли и закрепление на ней плана дома и основных его элементов в связи с существующими постоянными ориентирами путем создания временной разметки с помощью закрепленных в земле или на постоянных ориентирах знаков и отметок. По назначению выносимые в натуру оси здания могут быть главными, основными и вспомогательными. Главными осями зданий являются оси симметрии, основные разбивочные оси образуют внешний контур дома, а  с помощью вспомогательных осей обозначают положение и размеры строительных деталей и конструкций.

Разбивочный чертеж для выноса положения фундамента в натуру

Работы по выносу дома и его элементов в натуру производят по специально составленному разбивочному чертежу, в котором производится геодезическая привязка контуров дома к местности с учетом генерального плана застройки, рабочих чертежей с планами, разрезами и профилей всех частей будущего дома с размерами и высотами, плана организации рельефа, планов и профилей дорог и подземных коммуникаций.  На разбивочном чертеже показывают контуры выносимого в натуру здания, его размеры и расположение осей, точки с известными координатами, от которых производится разбивка. Благодаря всем этим данным будет возможно «привязать» положение будущего дома на местности к известным ориентирам. 

Подготовка участка  к выносу разметки в натуру.

Прежде, чем начинать работы по выносу проекта дома в натуру следует подготовить земельный участок в пределах планируемого пятна застройки: выкорчевать деревья и пни, удалить растительность, снять дерн и плодородный слой на глубину 20-30 см (особенно, если участок заражен муравьями), удалить мусор и камни и выровнять поверхность, срезая бугры и засыпая ямы.  Полезно сразу же подумать о водоотведении и дренировании участка: эти работы целесообразно выполнить до того, как вы начнете  отрывать котлован или траншеи, так чтобы поверхностные воды не наполняли их при работах, вызывая осыпания стенок и размягчая грунтовое основание. Проще всего сразу  засыпать площадку слоем песка, и сформировать небольшой уклон 0,8 – 1,2 % (1-2 см на 1,0 м) для отвода дождевой воды с площадки.

Инструменты для разметки положения фундамента в натуре своими руками.

Кончено, для выноса разметки фундамента в натуру с привязкой его положения к существующим ориентирам использовать современные геодезические инструменты, такие как тахеометры, позволяющие предельно точно измерять длины, разницы высот и горизонтальные углы, и GPS-приемники. Но, во-первых, современным геодезическим инструментарием необходимо уметь пользоваться, а во-вторых, не везде эти инструменты доступны для аренды, хотя стоимость их аренды сравнительно невысока.  

В реальных условиях самостоятельному строителю придется запастись следующими традиционными инструментами, которые позволят произвести разметку, пусть и с меньшей точностью, чем электронные приборы, но все же с допустимой, для индивидуального неответственного загородного строительства. Отклонения изготовленного фундамента от проектного положения в плане не должны превышать 10 мм. Величина отклонения в вертикальных отметках опорных поверхностей фундамента также не должны превышать 10 мм. 

Для разметки положения фундамента на строительной площадке понадобятся:

• 10- или 20-метровая  рулетка (лучше на стальной ленте) или лазерная рулетка;
•  «Геоциркуль», изготовленный из двух отрезков арматуры (деревянных колышков) и шпагата;
• Отвесы;
• Водяной уровень;
• Отрезки арматуры длиной 150 см и 75 см;
• Деревянные столбики диаметром (шириной стороны) 8-12 см длиной  150 см, отрезки ровной строганной доски толщиной 40-50 мм длиной 120-150 см;
•  Стальная проволока или синтетический шпагат.
• Яркая (белая, красная) краска и кисть для нанесения отметок на здания;
• Цементно-песчаная смесь, вода, емкость для смешивания и лопата.

Порядок работ по выносу разметки в натуру

Внешнюю разбивочную сеть здания создают в виде закрепленных на местности (исходный горизонт) основных разбивочных осей, пересечения которых образуют углы будущей постройки.  Геодезическая разметка фундамента с выносом основных осей должна иметь не менее 4 знаков (отметок) на каждую ось фундамента, в том числе знаки, определяющие точки пересечения основных разбивочных осей всех углов здания.  Закрепляют отметки, забивая или погружая отрезки арматуры в грунт, дополнительно закрепляя их положение  бетонной отливкой. После завершения разметки в плане начинают земельные работы для устройства котлована или траншей на уровне монтажного горизонта. Высотную разбивку положения конструкций и перенос отметок с исходного горизонта на монтажный выполнять методом геометрического нивелирования от реперов высотных отметок.  

Если имеется разбивочный чертеж с привязкой положения фундамента здания к известным ориентирам, геодезическим знакам или требуется сделать привязку положения фундамента к известной красной линии улицы или створу соседних домов, то придется произвести привязку положения хотя бы одной из осей фундамента к известным ориентирам. Разметив положение одной из осей фундамента, в дальнейшем на местности можно достроить геометрическим способом положение остальных осей и угловых точек будущего фундамента.   Посмотрим, как это сделать, используя рулетку, шнур и колышки .

Разметка плоскостей основания фундамента по вертикали

При строительстве домов ведут отсчет высоты от условной нулевой отметки — уровня пола первого этажа здания, для которого в проекте указывается абсолютную отметка высоты над уровнем моря. Отметки выше условной нулевой отметки имеют знак плюс, ниже — минус. Положение нулевой отметки здания закрепляется как минимум тремя реперами, расположенными по одной линии, или по углам равностороннего треугольника вне зоны влияния возводимого здания или работающих механизмов и транспортных средств. Расстояние между реперами не должно превышать 12 м. Каждый репер заглубляется в грунт на 1,5 метра и бетонируется. От нулевой отметки можно легко выполнить вертикальную разбивку дна котлована и обреза фундамента. Посмотрим, как перенести вертикальную разбивку от условного нулевого уровня на монтажный уровень на дно траншеи или котлована.

Схема переноса вертикальной разбивки с исходного горизонта на монтажный горизонт

Для нахождения известной проектной отметки основания фундамента на монтажном горизонте в котловане или траншее устраивают перенос высотной разметки с помощью стальной мерной ленты (рулетки) и водяного уровня. Рулетку подвешивают на хорошо закрепленном в грунте кронштейне, так, чтобы лента вертикально свисала почти до дна траншеи или котлована. При необходимости к рулетке дополнительно прикрепляют небольшой груз для обеспечения вертикального положения измерительной ленты. На высотном репере откладывают разницу высот (а1) между условной нулевой отметкой и высотой, на которой удобно использовать водяной уровень. С помощью водяного уровня переносят отметку разницы высот на стальную ленту рулетки. На ленте рулетки откладывают произвольное значение в1в2, удобное для физического переноса отметки с измерительной ленты на репер, установленный на монтажном горизонте. Отметку проектного основания фундамента находят, откладывая от перенесенной на репер отметки в2 величину a2, которая равна разнице проектного положения основания фундамента и суммарной величиной  в1в2 и a1. Дальнейшая рабочая вертикальная разбивка на монтажном горизонте ведется от полученных высотных отметок.

Разбивочные работы с выносом в натуру основных осей фундамента с высотной разметкой являются трудоемким и кропотливым процессом, требующим много внимания и аккуратности. Однако от качества этих работ зависит точность установки опалубки, монтажа арматурного каркаса будущего ленточного фундамента и, следовательно качество и точность исполнения фундамента, буквально являющегося основой будущего дома. 

Определение дополнительных осадок грунта при работе системы водопонижения, ул. Черное озеро вл.4, ВАО – ГЕОСТРОЙПРОЕКТ

Краткая характеристика участка

Участок проектируемого строительства расположен в Восточном административном округе Москвы (ул. Черное озеро) в пределах среднеплейстоценовой террасы Москва-реки. Абсолютные отметки рельефа около 143 м. Грунтовые воды приурочены к аллювиально-флювиогляциальным пескам мощностью около 18 м. Горизонт безнапорный, уровень воды залегает на глубине до 2,5 м. Нижним водоупором являются юрские глины. По данным откачек величина коэффициента фильтрации k=3 м/сут.

Проектируется сооружение жилого дома с подземной автостоянкой. Размеры подземной части в плане 40х90 м, заглубление в приямках до отметки 134 м.

Разработка котлована проектируется в шпунтовом ограждении, выполненном из труб диаметром 486 мм с шагом до 1 м. То есть, ограждение является водопроницаемым и не создает преграды потоку подземных вод.

Расчетная схема системы водопонижения

Расчетная гидрогеологическая схема представлена на рисунке 1.

Характеристика системы водопонижения

Задачей водопонижения является снижение уровня грунтовых вод ниже отметки дна котлована, а также поддержание сниженного уровня на период разработки грунта и возведения подземных конструкций. Согласно п. 7.1.7 СП 250.1325800.2016 “Здания и сооружения. Защита от подземных вод”, положение уровня подземных вод должно быть ниже дна котлована на значение, определяемое с учетом безопасного повышения уровня за время аварийного отключения водопонизительной системы, но не менее чем на 0,5 м. Таким образом, для предотвращения затопления котлована и приямков необходимо обеспечить снижение уровня грунтовых вод до отметки 133,5 м. Необходимое понижение составляет 7,01 м (Рис. 1). Расчетное значение водопритока в котлован определено равным 1592 м³/сут или 66,3 м³/час.

Водопонижение в котловане может быть осуществлено иглофильтрами, открытым водоотливом или скважинами. При снижении уровня грунтовых вод в рассматриваемом котловане с помощью иглофильтров необходимо устройство как минимум двух ярусов для достижения расчетных сниженных уровней подземных вод. Это обстоятельство осложнит выемку грунта, так как каждый ярус требует устройства промежуточной полки, перемонтажа всасывающего коллектора и самой установки. Такие мероприятия приведут к простоям в разработке грунта на период перемонтажа иглофильтров и сработки уровня. Кроме того, ввиду большой мощности водовмещающих отложений и полученных значениях водопритоков, получить требуемое снижение уровня подземных вод в центральной части котлована с помощью иглофильтров представляется крайне затруднительным. Иглофильтры имеют ограничение по водозахватной способности, вследствие их несовершенства по степени вскрытия водоносного горизонта, один ярус обеспечивает относительно небольшое снижение уровня подземных вод.

Обойтись только одним открытым водоотливом при необходимом значительном понижении уровня трудоёмко, и разработка грунта займёт значительно больше времени, так как в этом случае можно работать только с небольшими объёмами выемки грунта, поярусно и с периодическими остановками на перемонтаж насосного оборудования и углубление зумпфов. Помимо этого, при разработке обводненного грунта вдоль водопроницаемого шпунтового ограждения возможно его оплывание из-за ограждения внутрь котлована и, как следствие, образование пустот за ограждением, что в свою очередь небезопасно для окружающей застройки. Вследствие этого, в рассматриваемом случае, снижение уровня подземных вод наиболее эффективно выполнять при помощи водопонизительных скважин.

Результаты расчетов

Выполненные расчеты показали, что для безопасного ведения работ в котловане необходимо бурение 10 скважин с шагом 27,0 м с расходом воды 159,2 м³/сут из каждой скважины. Динамический уровень воды в скважинах будет располагаться на отметке 129,8 м, то есть мощность остаточного столба воды в горизонте будет не менее 7,3 м. Требуемый расход воды из скважины может быть получен при длине фильтра не менее 3,5 м и диаметре 168 мм.

Для рассматриваемого песка, слагающего водоносный пласт, выполнен подбор зернового состава песчаной фильтровой обсыпки по гранулометрическому составу (Рис.2).

Гранулометрический состав дренируемого грунта и материала обсыпки

Рисунок 2. Интегральная кривая зернового состава грунта (ИГЭ – 8) и фильтровой обсыпки водопонизительных скважин

Учитывая значительную величину понижения уровня грунтовых вод в котловане и отсутствие водонепроницаемого ограждения необходимо выполнить оценку на дополнительные осадки грунта на окружающей территории от водопонижения. Осадки грунта при водопонижении связаны с исчезновением в результате снижения уровня подземных вод взвешивающего воздействия воды в грунтах подвергшихся осушению. Это воздействие водопонижения будет носить временный характер, ограниченный периодом строительства подземной части здания. Максимальные осадки грунта могут возникать на контуре водопонизительной системы, по мере удаления от котлована они уменьшаются. Осадки, поддающиеся инструментальному контролю обычно располагаются на расстоянии не более 50-100 м.

Величины осадок определяются методом послойного суммирования. То есть, вначале в толще грунта выделены слои однородного литологического состава, с одинаковыми физико-механическими характеристиками (Рис. 3). Далее последовательно определены дополнительные эффективные напряжения в каждом слое грунта, граница сжимающей толщи, величина дополнительных осадок грунта от действия системы водопонижения на разных расстояниях от контура скважин (Табл. 1).

Расчетная схема для определения дополнительных осадок грунта

Рисунок 3. Расчетная схема для определения дополнительных осадок грунта от действия системы водопонижения

Максимальная расчетная дополнительная осадка грунта от действия системы водопонижения составит 6,6 мм на контуре скважин. На расстоянии 100 м от контура скважин дополнительная осадка соизмерима с точностью инструментального контроля.

Таблица 1

 

Расстояние от ВП контура расчетной точки Xi, м	Остаточная мощность горизонта на расстоянии rxi от ВП контура, м	Абсолютная отметка уровня подземных вод на расстоянии ri от ВП контура, м	Понижение уровня подземных вод на расстоянии ri от ВП контура, м	Величина дополнительных осадок грунта от действия системы водопонижения, мм
0	11,00	133,50	7,01	6,6
10	12,47	134,97	5,54	6,0
20	13,57	136,07	4,44	5,5
50	15,78	138,28	2,23	3,7
100	17,92	140,42	0,10	0,2
103,50	18,01	140,51	0,0	0,0

 

Шукач | Как используются реперы (копипаст)

Для вертикальной разбивки недалёко от строящегося здания устанавливают рабочий репер, отметку которого определяют от ближайших реперов государственной нивелирной сети.

В строительстве часто ведут отсчет высоты от условной нулевой отметки – уровня пола первого этажа, при этом в проекте указывают абсолютную отметку (т. е. от уровня моря) нулевой отметки.

 

Рассмотрим на примере, как это делают. Допустим, что уровень нулевой отметки нужно закрепить на обноске (рис. 113, а). Абсолютная отметка нулевой точки по проекту равна 102,285, а отметка репера – 104,012. Следовательно, уровень нулевой отметки ниже уровня репера на 1,727м. Чтобы перенести нулевую отметку на столб 4 обноски, между ним и репером помещают нивелир 3, на репер ставят рейку 2 и делают нивелиром отсчет. Предположим, что отсчет по рейке равен 525мм. Тогда отметка горизонта инструмента будет 104,012+0,525=104,537. Затем вычисляют разность между отметкой горизонта инструмента и абсолютной отметкой нулевой точки: 104,537 – 102,285 = 2,252м. Эту разность должен дать отсчет по рейке, установленной на нулевой отметке. Визируя на рейку, ее устанавливают у столба обноски таким образом, чтобы отсчет по рейке был 2252мм. Получив этот отсчет, по нижнему концу рейки на столбе обноски прочерчивают линию, которая служит уровнем нулевой отметки. Для закрепления этого уровня на столбе обноски забивают штырь или гвоздь.

При вертикальной разбивке зданий от нулевой отметки ведут все отсчеты вниз и вверх. Отметки выше условного уровня имеют знак плюс, ниже – минус. Например, пол второго этажа жилого дома будет находиться на отметке плюс 3,000, а вход в дом – минус 0,850.

От нулевой отметки можно легко выполнить вертикальную разбивку дна котлована (рис. 113, б), обреза фундамента, оконных и дверных проемов, междуэтажных перекрытий, карнизов. Для этого пользуются проектными отметками, указанными на чертежах вертикальных разрезов здания.

Рис. 113. Пересечение отметок нивелиром:
а – на обноску, б – в котлован;
1 – репер, 2 – рейка, 3 – нивелир, 4 – столб обноски, а1, a2 – отсчет по рейкам, в1, в2 – горизонт инструмента

Влияние микроплощадок и высот на раннее восстановление леса после катастрофического выброса ветров на JSTOR

Abstract

Мы сравнили формирование растительности в 25 ямах и насыпях при посадке деревьев вдоль градиента высот на склоне холма в результате катастрофического ветроваливания, произошедшего в течение четвертого года в восточной части Северной Америки. Сообщества растений сильно различались между ямами и насыпями, при этом микросайты ям имели значительно большее видовое богатство, общую биомассу и общую плотность стволов деревьев.Видовое богатство ям и насыпей уменьшалось с увеличением высоты от подножия холма, хотя влияние подъема на видовое богатство насыпей было меньше, чем влияние подъема на видовое богатство ям. Биомасса Erechtites hieraciifolia значительно снизилась, тогда как биомасса Betula alleghaniensis значительно увеличилась с высотой. Однако общая биомасса микросайтов как ямы, так и насыпи не была связана с высотой. Общая плотность ствола уменьшалась с увеличением высоты в ямах, но не зависела от высоты насыпей.Это исследование показывает, что как мелкомасштабные (микросплощадки) эффекты, так и эффекты промежуточного масштаба влияют на восстановление растительных сообществ в пределах этого катастрофического ветрового выброса. Учет как микросайта, так и положения вдоль градиентов промежуточного масштаба может позволить более точно прогнозировать состав растительного сообщества и динамику восстановления нарушенных участков.

Информация о журнале

The Journal of Vegetation Science публикует статьи по всем аспектам науки о растительности, с особым вниманием к статьям, которые разрабатывают новые концепции или методы, теория тестирования, выявление общих закономерностей или иное заинтересуют широкий круг читателей.Статьи могут быть посвящены любому аспекту науки о растительности, включая теорию, методология, пространственные закономерности (включая географию растений и экологию ландшафта), временные изменения (включая палеоэкологию и демографию), процессы (в том числе экофизиологии) и описание экологических сообществ (фитосоциологическими или другие методы), при условии, что основное внимание уделяется нашему пониманию растительных сообществ. Статьи с более прикладной направленностью следует направлять в наш родственный журнал «Прикладная наука о растительности».Журнал Vegetation Science принимает оригинальные статьи. (в том числе более короткие), обзоры, сообщения на форумах и отчеты. Он поручает обзоры избранных книг.

Информация для издателя

Wiley – глобальный поставщик решений для рабочих процессов с поддержкой контента в областях научных, технических, медицинских и научных исследований; профессиональное развитие; и образование. Наши основные направления деятельности выпускают научные, технические, медицинские и научные журналы, справочники, книги, услуги баз данных и рекламу; профессиональные книги, продукты по подписке, услуги по сертификации и обучению и онлайн-приложения; образовательный контент и услуги, включая интегрированные онлайн-ресурсы для преподавания и обучения для студентов и аспирантов, а также для учащихся на протяжении всей жизни.Основанная в 1807 году компания John Wiley & Sons, Inc. уже более 200 лет является ценным источником информации и понимания, помогая людям во всем мире удовлетворять их потребности и реализовывать их чаяния. Wiley опубликовал работы более 450 лауреатов Нобелевской премии во всех категориях: литература, экономика, физиология и медицина, физика, химия и мир. Wiley поддерживает партнерские отношения со многими ведущими мировыми сообществами и ежегодно издает более 1500 рецензируемых журналов и более 1500 новых книг в печатном виде и в Интернете, а также базы данных, основные справочные материалы и лабораторные протоколы по предметам STMS.Благодаря растущему предложению открытого доступа, Wiley стремится к максимально широкому распространению и доступу к публикуемому контенту, а также поддерживает все устойчивые модели доступа. Наша онлайн-платформа, Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com), является одной из самых обширных в мире междисциплинарных коллекций онлайн-ресурсов, охватывающих жизнь, здоровье, социальные и физические науки и гуманитарные науки.

Пьезометры – обзор | Темы ScienceDirect

2.3.1 Сети потока грунтовых вод

Поток воды в водоносных горизонтах направлен к нижнему гидравлическому напору h _T . По аналогии представьте себе две газовые сферы, соединенные трубкой с клапаном. Давление газа в сфере A выше, чем давление газа в сфере B. Газ будет течь из сферы A в сферу B, когда клапан открыт. Это происходит независимо от того, превышает ли давление газа в сферах атмосферное давление ( p _{манометр} > p _{атмосферное} ) или меньше атмосферного давления ( p _{манометр} < p _{атмосферное} ). ).Давление погружения в зоне насыщения больше нуля ( p _{погружение} > p _{атмосферное} ) на глубинах ниже уровня грунтовых вод и ноль, по определению, на уровне грунтовых вод. В следующем разделе мы узнаем о поведении воды в ненасыщенной (вадозной) зоне, где гидравлическое давление и гидравлический напор отрицательны. Независимо от того, положительный или отрицательный гидравлический напор, вода течет в направлении нижнего гидравлического напора.

Гидрологи могут измерить гидравлический напор в любой точке (см. Вставку 2.3) или ниже уровня грунтовых вод с помощью пьезометров (см. Рис. 2.7). Пьезометрическая головка h _p – это уровень воды, измеренный до экрана в нижней части пьезометра. Гидрологи обычно устанавливают гнезда пьезометров в выбранных местах ниже поверхности земли, причем каждый пьезометр в гнезде представляет собой разную глубину под поверхностью земли. Все измерения относятся к некоторой геодезической системе координат, будь то средний уровень моря (MSL) или какая-то удобная местная система координат.Общий гидравлический напор h _T пьезометра – это высота уровня воды в трубке пьезометра относительно нулевой точки.

Вставка 2.3

Определение потока грунтовых вод с использованием отметок уровня грунтовых вод

На рис. 2.9 показана высота уровня грунтовых вод в метрах (относительно MSL).

Направление потока грунтовых вод у уровня грунтовых вод относительно изолиний уровня грунтовых вод показано на рис. 2.10.

Поток воды у уровня грунтовых вод «нисходящий» под углом 90 градусов к каждому контуру зеркала грунтовых вод.

Эти компоненты также показаны на рис. 2.8. Геодезической базе присваивается нулевое значение. MSL – это обычная геодезическая система координат, поскольку отметки поверхности суши обычно указываются относительно MSL. Гидравлический уклон Δ h не является абсолютным значением и, как таковой, не зависит от исходной точки.

Рис. 2.11 – это иллюстрация, адаптированная из работы Хабберта (1940), показывающая поверхность суши и уровень грунтовых вод под ней. Гнездо из трех пьезометров расположено слева от центра, а уровни воды в крайнем левом и центральном пьезометрах (обозначены крестиком) одинаковы; оба ниже крайнего правого пьезометра.Вода течет от правого пьезометра к центральному и левому пьезометрам, поскольку гидравлический градиент Δ h уменьшается в этом направлении ( см. . Пример 2.2). Хотя уровни воды в центральном и левом пьезометрах одинаковы, экраны находятся на разной глубине. Пунктирная линия , проходящая через нижнюю часть этих двух пьезометров, представляет собой эквипотенциальную линию, соединяющую подземные точки с одинаковым общим гидравлическим напором h _T .Правый пьезометр указывает на более высокий гидравлический напор и, следовательно, находится в точках соединения другого эквипотенциального контура на более высоком гидравлическом напоре.

Рис. 2.11. Поток подземных вод следует за сетью стока в неограниченном водоносном горизонте. Линии тока указывают направление потока грунтовых вод. Вертикальные линии тока обозначают водоразделы грунтовых вод. Обратите внимание на связь между эквипотенциальными контурами и уровнями воды пьезометра.

Воспроизведено с разрешения Hubbert, M.K., 1940. Теория движения грунтовых вод.J. Geol. 48 (8), 785–944. Пример 2.2

Пример Постоянная ссылка

http://soilenvirochem.net/6A5pje

Определите гидравлический градиент между двумя точками в зоне аэрации, используя измерения напора натяжения и высоту точки, где регистрируется напор натяжения почвы.

Два тензиометра вставлены в почву в кампусе Университета Висконсина в Мэдисоне (высота 281,9 м над уровнем моря). Тензиометр, пористая чашка которого находилась на глубине 15 см от поверхности, зафиксировал натяжную головку h _{t (15)} = -435 см.Второй тензиометр с пористой чашкой, помещенной на глубину 30 см ниже поверхности, зарегистрировал натяжную головку h _{t (30)} = -350 см.

Шаг 1. Рассчитайте общий гидравлический напор h _T по глубине записи каждого измерителя натяжения.

Вместо того, чтобы использовать MSL в качестве геодезической системы координат, точка привязки равна нулю на глубине 30 см от поверхности.

hT = ht + zhT (15) = – 435 см + 15 см = −420 см hT (30) = – 350 см + 0 см = −350 см

Шаг 2. Определите гидравлический градиент между двумя точками измерения.

ΔhTΔL = hT (15) −hT (30) ΔLΔhTΔL = −420 + 35015 = −4,67 см · см − 1

Почва на глубине 15 см имеет более отрицательный общий гидравлический напор, чем грунт на глубине 30 см. Движение воды будет восходящим с глубины 30 см на глубину 15 см.

Несколько других пунктирных эквипотенциальных контуров показаны на рис. 2.11, расходящиеся наружу от места, где уровень грунтовых вод наиболее высока (обычно на возвышенностях) и сходящихся там, где уровень грунтовых вод самый низкий (обычно в низинах).На иллюстрации также показан набор линий тока, пересекающих последовательные эквипотенциальные контуры под прямым углом. Система гидравлических эквипотенциальных контуров и линий тока образует сеть подземного водотока .

Линии течения расходятся от зон питания подземных вод и сходятся в зонах разгрузки. Разделение грунтовых вод происходит там, где линии тока вертикальны, с центром в областях подпитки и разгрузки. На самом деле рис. 2.11 иллюстрирует две полные локальные проточные ячейки, ограниченные тремя водоразделами подземных вод, и части еще двух локальных проточных ячеек в левой и правой частях иллюстрации.Если развернуть иллюстрацию по вертикали и горизонтали, чтобы включить региональные тенденции в возвышении поверхности суши, то появятся особенности регионального потока подземных вод.

В местном потоке подземных вод преобладает топография водного зеркала, и он показывает сложную картину локальных зон пополнения и разгрузки подземных вод. В региональном потоке подземных вод преобладает ориентация геологических образований и крупномасштабные изменения высоты. Региональный поток подземных вод более ярко выражен на нижних глубинах безграничных водоносных горизонтов, в то время как местный поток подземных вод наиболее очевиден в непосредственной близости от уровня грунтовых вод.

Уровень воды в пьезометре h _T , как правило, не равен высоте уровня грунтовых вод, потому что уровень воды пьезометра сообщает гидравлический напор h _T в отверстии экрана пьезометра . Уровень воды пьезометра в точке C на рис. 2.8 ниже, чем уровень грунтовых вод, что указывает на гидравлический напор h _T ^C в точке C ниже, чем у уровня грунтовых вод. Это условие говорит нам, что поток воды в точке C направлен вниз, потому что экран пьезометра расположен в зоне подпитки грунтовых вод.Уровень воды пьезометра в точке D на рис. 2.8 выше, чем уровень грунтовых вод, что указывает на гидравлический напор h _T ^D в точке D выше, чем на уровне грунтовых вод. Это условие говорит нам, что поток воды направлен вверх в точке D, потому что экран пьезометра расположен в зоне разгрузки грунтовых вод.

Таким образом, измерения с помощью пьезометра позволяют гидрологам определять гидравлический напор в любом месте водоносного горизонта. Сети подземных вод наносятся на карту с помощью гнезд пьезометров.Сети потока показывают силы фильтрации и направление потока грунтовых вод. Ученые-экологи, работающие с гидрологами, могут предсказать направление и скорость миграции загрязняющих веществ, используя сети водотока.

Лучший способ снимать уклоны и устанавливать отметки.

Не начинайте копать сразу! Сначала создайте план строительства. Оценка существующих условий и разработка плана сокращает время транспортировки, предотвращает чрезмерные выемки грунта и контролирует количество материалов.

Проверка плана выставления оценок

Земляные работы и профилирование идут рука об руку, особенно в этом проекте установки плиты, где нам нужно управлять несколькими отметками.

У нас есть композитный деревянный настил, верхняя поверхность брусчатки и нижняя часть, до которых можно добраться, спустившись по ступенькам.

Зона хардскейпа будет поддерживаться подпорной стеной. Чтобы лучше понять, какая работа требуется, мы разделили проект на 3 раздела.

Синим цветом обозначена верхняя часть, зеленым – набор ступеней, а оранжевым – нижняя часть.

Затем мы добавили размеры к плану и положение наших кольев.

BM представляет собой наш эталон. Он расположен у главной двери и имеет нулевую отметку, потому что никогда не двигается.

Столб 1 и Столб 2 показывают, где тротуар будет достигать фундаментной стены дома.

Тротуар будет расположен на полдюйма ниже порога, так как мы находимся в климате, подверженном морозам и оттепели с глубокой линией мороза.

Мы также отметили положение слива. Смола будет направлять воду в канализацию и, в конечном итоге, в окружающую среду.

На основе этого чертежа мы добавили размеры к плану профилирования.

Имеются существующие условия, готовый уклон 0-0,5, верх основания и низ котлована.

У нас тоже сток на кону 8.

Чертеж и план профилирования теперь можно доставить на строительную площадку и передать мастеру и его бригаде. Лучше ламинировать документы или поместить их в прозрачный пластиковый конверт, чтобы не повредить.

Теперь мы готовы разметить проект и получить полную картину глубины выемки на всех уровнях проекта.

По строительному плану и съемке марок

Мы всегда начинаем с разметки всех инженерных сетей.

Теперь нужно сделать макет, прежде чем мы начнем делать ставки.

ШАГ 1: Определите 2 фиксированные точки и триангулируйте их, чтобы найти центральную точку, от которой можно измерить любую другую точку.

В этом случае эта точка находится в центре нижней части, как показано выше.

Он находится на расстоянии 32 футов от левой точки и 30 футов от правой.

ШАГ 2 : Поместите кол в точке пересечения рулетки, выровненной по центральной точке между левым и правым положениями.

ШАГ 3 : Определите оценки.

Вот инструменты, которые можно использовать на этом этапе:

Этот инструмент позволяет нам определить по тесту, насколько ниже или выше какая-либо конкретная точка.Его очень легко использовать во время предварительного посещения дома клиента, и он может помочь доказать клиенту, в чем заключаются потребности. Например, если нужно построить стену.

Доведите его до эталонного теста и убедитесь, что он установлен на ноль. Затем вы можете измерить другие отметки от этой точки.

В этом проекте, когда мы измерили высоту в ранее определенной центральной точке, она показала 13 дюймов. Это означает, что на 13 дюймов ниже эталона.

Отметьте точку на вертикальной поверхности в точке отсчета.

Опустите рулетку под оптический переходник. Поскольку длина рулетки составляет 4 дюйма, мы знаем, что к числу, которое будет указывать инструмент, необходимо добавить 4 дюйма.

Направьте оптический транзистор на метку. Повторите эти шаги для всех точек и задокументируйте измерения.

Лазерный уровень – самая точная система.

Установите штатив.

Здесь мы используем портативный приемник. Довести ресивер до эталона. Включите его и удерживайте кнопку тестирования, чтобы установить тест.

Рассчитайте все остальные точки.

В этом примере мы получили уклон 4 1/8 дюйма между достигнутой точкой и контрольной точкой. Это будет указано в плане классификации как 0 “- 4 1/8”.

Пора начинать рисовать.

Макет размещения

ШАГ 1 : Обозначив участок краской, установите колья согласно плану.

ШАГ 2 : Вставьте хомуты лески на стойки. Используйте лазерный уровень и палку, чтобы измерить правильные высоты по сравнению с планом профилирования.

Портативный блок также может использоваться для той же цели.

ШАГ 3 : Прикрепите шнурки к воротникам.

Мы ставим их на 6 дюймов выше готового покрытия, чтобы они не мешали нам во время работы. Убедитесь, что используется постоянный зазор между струной и готовым уклоном.

ШАГ 4 : Поместите кол, где будет построен водосток.

ШАГ 5 : Убедитесь, что прилегающая территория имеет достаточный уклон в сторону дренажа. ICPI предусматривает уклон не менее 1,5%, но рекомендуется 2%, особенно при работе с текстурированной брусчаткой или плитами.

В этом приложении мы выбрали этот подход к дренажу, потому что мы хотим избежать попадания воды на ступеньки. Ступеньки по-прежнему являются конструкцией подпорной стены, и поэтому от них нужно отводить воду.

Все еще не знаете, как интегрировать этот подход в свой бизнес? Посмотрите этот видеоролик с нашего мероприятия «Выставка подрядчиков», где Павер Пит учит пользоваться этим простым, но эффективным инструментом.

СКАЧАТЬ ШАБЛОН ОЦЕНКИ!

Как рассчитать интервалы изолиний

Обновлено 1 февраля 2020 г.

Кевин Бек

Проверено: Lana Bandoim, B.S.

Вы когда-нибудь обращались к карте, составленной Геологической службой США или аналогичным органом, занимающимся географической оценкой, и задавались вопросом, для чего нужны все эти волнистые линии и соответствующие отметки? Карты, которые включают контурные линии , больше не ограничиваются печатными документами. Контурные карты предлагают обманчиво большой объем информации при умелом анализе, и к ним можно получить доступ по команде с помощью сетевых картографических сайтов и приложений.

Изолинии разделены интервалом изолиний и представляют участки суши, которые находятся на одинаковом расстоянии над уровнем моря, принимаемом по соглашению равным нулю футов (0 ‘).Это означает, что если бы вы точно следовали пути, показанному контурной линией, которая часто, но не всегда является замкнутой петлей, ваша высота не изменится вообще, даже если пейзаж вокруг вас, вероятно, значительно изменился во время вашей поездки.

Графически контурные линии дают представление о топографии или холмистости местности, изображенной на карте. Поскольку каждая контурная линия представляет собой заданную высоту над уровнем моря (также называемую высотой или просто высотой), картографы должны выбрать, сколько репрезентативных линий высот использовать, не вытесняя другие детали, используя слишком много таких линий, или не предоставляя достаточную базовую высоту. информации, используя слишком мало.

Чем полезны данные о высоте?

Если вы используете Карты Google или другой онлайн-сервис для планирования поездки, вас, скорее всего, беспокоит общее расстояние от начала до конца и качество доступных дорог. Однако, если вы пройдете такое же расстояние, вас может больше заинтересовать топография земли, которую вы пройдете. Вероятно, это связано не только с видами, которые могут быть предложены, но и потому, что вы хотите знать, насколько высоки холмы, на которые вам придется подняться.

• Данные о высоте обычно приводятся в футах (футах) в Соединенных Штатах и ​​в метрах (м) в других местах, при этом 1 м = 3,281 фута. Например, 5280 футов – это высота центра города Денвер, штат Колорадо, США.

Высота над уровнем моря влияет на ряд взаимосвязанных местных факторов, включая климат и уровень давления кислорода в воздухе, оба из которых могут определять, хочет ли человек жить в данном месте или даже может ли его безопасно посетить. Некоторые люди испытывают явление, называемое высотной болезнью, на определенных высотах, и им может повлиять поездка, например, в лыжную зону в Скалистых горах, где высота над уровнем моря обычно превышает 10 000 футов.

Топографическая карта

Большинство карт представляют собой трехмерную землю таким образом, чтобы не было движения вверх и вниз и фокусироваться только на перемещении “по горизонтали” (некоторая комбинация севера, востока, юга и запада или от 0 до 360 градусов на компас). Топографические карты вводят третье, вертикальное измерение, обеспечивая графическое представление холмистости или равнинности местности.

На большинстве топографических карт помимо контурных линий и данных о высотах показаны детали, которые отсутствуют на традиционных картах улиц.Например, поскольку многие из них нацелены именно на туристов, бегунов и других целеустремленных исследователей, а не на автомобилистов, некоторые особенности, такие как пешеходные и велосипедные дорожки, относительно небольшие ручьи и ручьи, а также болота, особо отмечены везде, где это возможно.

Контурные линии представляют собой главную особенность «топографических карт», которые не являются частью природного ландшафта; Очевидно, что вы не увидите линий, нарисованных на земле, когда перейдете в показанные области. В то же время контурные линии обеспечивают бесспорно точное и отчетливое «ощущение» сопутствующей местности, ощущение, которое частые пользователи, такие как участники соревнований по спортивному ориентированию, сообщают, что со временем становится сильнее.

Контурные линии в деталях

Контурные линии имеют ряд общих черт, независимо от местности, показанной на данной карте. Некоторые из них очевидны с первого взгляда, но вы можете не оценить их или их важность без формального объяснения.

Контурные линии обладают следующими универсальными характеристиками:

• Они никогда не пересекаются, не разделяются и не разделяются.
• Контурные линии, расположенные близко друг к другу, представляют более крутые склоны, а линии, разнесенные на большом расстоянии друг от друга, показывают более пологие уклоны и спуски.
• Они создают восходящие тенденции по сторонам долин и образуют V- или U-образную форму на пересечении ручьев.

Момент размышлений позволяет легко считаться с этой информацией. Поскольку отдельные контурные линии по определению представляют разные высоты, пересечение их было бы физически невозможно по той же важной причине, что 2 никогда не равно 3. Кроме того, можно ожидать, что на более крутых склонах контурные линии будут ближе друг к другу, поскольку каждый шаг, который вы делаете на север, восток, юг или запад в реальном пространстве в этих условиях означает больший подъем или спуск.

• Иногда вы увидите серию концентрических контурных линий, охватывающих друг друга, на которых нанесены штриховки. Это означает, что возвышение уменьшается к центральной точке этого региона, а не увеличивается, в результате чего местность представляет собой впадину, а не холм. Можете ли вы предложить причину, по которой они редко нужны?

Что такое контурный интервал?

Лучший способ познакомиться с концепцией контурных линий и интервалов изолиний – это изучить легенду карты, которая сообщает вам, насколько далеко друг от друга в вертикальных футах или метрах находятся соседние контурные линии.Это может быть число, удобное как для математических расчетов (например, 10 метров, или 20 или 40 футов), так и для реальной местности.

Если вы посмотрите на саму карту, вы увидите, что некоторые изолинии темнее других и часто помечены числами, соответствующими высоте в футах или метрах. Это позволяет вам найти опорную отметку, относящуюся к точке на карте, рядом с исследуемой областью или в ее пределах. В конце концов, знание того, насколько круто или плоско место, дает только часть истории; вы, вероятно, захотите теперь узнать, насколько вы «высоки» или «низки» в абсолютном выражении.

Глядя на контурные линии, вы можете представить себе, как объект ландшафта будет выглядеть на земле с заданного расстояния. Например, если на карте изображен длинный продолговатый холм с контурными линиями, сходящимися к точке далеко от центра, вы увидите это с земли как холм с вершиной, резко снижающейся с одной стороны и постепенно снижающейся с другой стороны.

Контуры указателя

Вышеупомянутые темные маркированные линии называются контурами указателя , потому что их цель – указать вам точную высоту в определенной точке пространства, позволяя вам работать наружу, а, следовательно, вверх или вниз оттуда. .Соответствующие отметки обычно заканчиваются на «0» для удобства, хотя на метрических картах они иногда заканчиваются на «5».

Например, топографическая карта области около Денвера может иметь изолинии 5,000 ‘, 5,100’ и так далее с интервалом 20 футов. Это означает, что между каждым индексным контуром будет пять «пробелов» и четыре неиндексные контурные линии.

Часто индексные точки указываются вместе с индексными контурами. Например, точная высота горной вершины дается, даже если она не соответствует линии контура.Другие достопримечательности, например национальные парки, часто имеют аналогичные обозначения.

• Причина, по которой вы редко видите впадины на топокартах, довольно проста: они обычно наполняются водой и называются прудами и озерами! Только тогда, когда вода каким-то образом не может проникнуть в такую ​​область, например, в условиях очень небольшого годового количества осадков, обычно появляются заштрихованные контурные линии.

Все, что вам нужно знать о цифровых моделях рельефа (DEM), цифровых моделях поверхности (DSM) и цифровых моделях местности (DTM) · UP42

Наша планета – это оживленное место, полное пиков, долин, естественных мест обитания, и рукотворные объекты.При навигации по изменчивой местности Земли цифровые данные о высоте позволяют увидеть эти максимумы, минимумы и особенности.

Предоставляя вам визуализацию рассматриваемого ландшафта с данными о высоте, вы можете оценить районы, наиболее уязвимые для повышения уровня моря, выявлять посягательство на растительность и избегать раздражения при городском планировании.

Существует множество способов моделирования высот, и мы сосредоточимся, в частности, на трех цифровых наборах данных высот:

• DEM – Цифровая модель рельефа
• DSM – Цифровая модель поверхности
• DTM – Цифровая модель местности

Цифровая модель рельефа, также известная как ЦМР, представляет собой тип растрового слоя ГИС.Они представляют собой растровые сетки поверхности Земли с привязкой к вертикальной системе координат – поверхности нулевой отметки, высоты которой называют ученые, страховщики и геодезисты.

В большинстве масштабов и сред можно использовать общий термин, такой как ЦМР, потому что различие между земным объектом и объектом на поверхности не является существенным, а ЦМР обычно имеют пространственное разрешение 20 м или более.

Чем меньше ячейки сетки, тем более подробная информация в файле данных DEM.Итак, если вы хотите моделировать с большим количеством деталей, то вам следует выбрать небольшой интервал сетки (или небольшой размер ячеек).

Какие машины и технологии собирают информацию для ЦМР?

ЦМР обычно генерируются из данных дистанционного зондирования, собранных спутниками, дронами и самолетами . Такое разнообразие исходных данных DEM означает, что можно заполнить пробелы в данных там, где мало данных, например, по отдаленным регионам.

Автоматическое извлечение ЦМР из стереофонических спутниковых сцен означает, что можно использовать данные со спутниковых датчиков, таких как SPOT-5 (разрешение 5-10 м).

Некоторые методы дистанционного зондирования для получения поверхностей ЦМР:

– РСА-интерферометрия (также известная как InSAR): данные радара с синтезированной апертурой (SAR), собранные, например, миссией Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) , используют несколько радиолокационных изображений с антенн, снятых примерно в одно и то же время для создания DEM. Кроме того, некоторые разработали ЦМР из InSAR, а затем применили глубокое обучение для корректировки влияния города, например, с помощью CoastalDEM.

– Стереофотограмметрия : как при аэрофотосъемке, так и при спутниковых снимках фотограмметрия использует изображения с как минимум с двух, но чаще всего с трех разных точек обзора одной и той же области . Таким образом, аналогично тому, как работает наше зрение, мы можем получить глубину и перспективу там, где изображения перекрываются.

– LiDAR (также известный как лазерная альтиметрия) : как и в случае с DSM, используя свет, LiDAR измеряет отраженный свет , который отразился от земли, чтобы определить высоту поверхности Земли.

– Оцифровка горизонталей : с помощью контурной карты ЦММ (подмножество ЦМР) можно легко оцифровать , а затем программно интерполировать с помощью геопространственного программного обеспечения.

– Измерения DGPS : дифференциальный GPS или DGPS, люди проводят полевые кампании со специальными устройствами, которые используют спутниковую информацию для съемки точек на территории и определения их местоположения. Таким образом, этот метод является дискретным на и должен быть интерполирован на , чтобы получить непрерывный растр.

– Наземная съемка : оценивая известные положения XYZ, соседние области измеряются с помощью устройства, называемого теодолитом . Это требует очень квалифицированного труда, и, как и в случае с DGPS, все точки необходимо интерполировать, чтобы получить непрерывный растр.

Также важно отметить, что с помощью одного из наиболее распространенных методов получения ЦМР, InSAR, постоянные объекты, такие как здания, часто измеряются, а непостоянные объекты удаляются .Таким образом, в городских районах они более или менее представляют поверхность , тогда как в сельской местности без густой растительности они представляют собой поверхность .

ЦМР

можно сегментировать на цифровые модели поверхности (DSM) и цифровые модели местности (DTM) , о которых мы подробнее поговорим в следующих разделах.

Хотя данные о высоте представлены в DEM в виде регулярной сетки из столбцов и строк , что является очень эффективным средством хранения большого количества данных, данные о высоте также могут передаваться в векторном формате .

Эти наборы данных называются Триангулированные нерегулярные сети (TIN) , и они используют стратегию местоположения переменных точек для определения отметок в критических точках .

TIN обещают уменьшить объем памяти, достаточный для того, чтобы компенсировать необходимость хранить координаты x, y и z, а также накладные расходы на индексацию треугольников, сохраняя при этом всю ключевую информацию о высоте – однако широкая доступность и популярность DEM указывает на обратное.

Триангулированная нерегулярная сеть (TIN)

Однако есть другая, более популярная, чем TIN, альтернатива ЦМР – облаков точек высот .

В связи с развитием LiDAR и обработки LiDAR, прямое манипулирование облаками точек стало более распространенным , при этом некоторые даже получают облака точек из стереоизображений.

Цифровая модель поверхности , или DSM, фиксирует поверхность, включая естественные и созданные человеком структуры, такие как растительность и здания . Они иллюстрируют отражающие поверхности всех объектов, возвышающихся над «голой землей».

Короче говоря, DSM представляют поверхность Земли и все объекты на ней .

Общие приложения DSM

Поскольку DSM представляют собой «голую Землю» и все ее наземные особенности, они особенно важны в городском планировании .

3D-модели поверхности могут улучшить понимание и объяснение сложных городских сценариев, особенно когда застроенные территории меняются со временем из-за расширения городов.

DSM

идеально подходят для захода на посадку на взлетно-посадочную полосу в авиации и городского планирования , чтобы проверить, как предлагаемое здание может повлиять на обзор.Помимо этого, DSM можно использовать для визуализации, управления стихийными бедствиями, навигации, управления растительностью, принятия решений и многого другого.

Цифровая модель поверхности Берлина с элементами выдавливания, такими как видимые дома и деревья (NEXTMap One)

Какие машины и технологии захватывают DSM?

DSM рисует картину мира, часто используя технологию LiDAR (Light Detection and Ranging) или стереофотограмметрию .

Иногда для генерации DSM также могут использоваться определенные длины волн радара.

В системе LiDAR импульсы света проходят на землю от блока LiDAR. Импульсы LiDAR отражаются от окружающих предметов и возвращаются к датчику. Затем датчик использует время , необходимое для каждого импульса, чтобы вернуться к датчику, чтобы вычислить расстояние, которое он прошел .

Датчик также может измерять интенсивность отражения для оценки геометрии поверхности и состава материала отражающей поверхности.

LiDAR создает огромное облако точек значений высоты для заданной области .Но высота может быть меньше навесов деревьев, зданий и других элементов.

Вот где проявляется магия DSM. DSM фиксирует как естественные, так и построенные объекты на поверхности Земли, такие как кроны деревьев и изменения растительности .

Таким образом, вы можете получить обзор всех элементов выдавливания , содержащихся в области.

Вверху слева: световой импульс, излучаемый летательным аппаратом во время сбора данных с помощью LIDAR, возвращает различную информацию о поверхности, с которой он сталкивается.Источник: Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США. Вверху справа: импульсное обратное рассеяние, обнаруженное в самолете, помогает классифицировать возвращаемый ранг и, в конечном итоге, способствовать созданию рельефа местности и поверхностей первого возвращения. Источник: Gatziolis & Anderson (2008).

Однако LiDAR может быть чрезвычайно дорогим, и его обычно летают над небольшими дорогостоящими районами, такими как города.

DSM

также могут быть эффективно сгенерированы с помощью автоматического сопоставления оптических стереоизображений высокого разрешения или стереофотограмметрии .

Стереосогласование изображений используется для поиска соответствующих пикселей в парах изображений, позволяет выполнять трехмерную реконструкцию с помощью триангуляции , если известны как внешняя, так и внутренняя ориентация.

Источник

Эти пары изображений могут быть получены либо с антенны, либо со спутников, но в любом случае обычно измеренные вручную высоты объекта из ориентированных изображений используются в качестве эталона и используют алгоритмы компьютерного зрения для получения окончательных результатов.

Различные инструменты с открытым исходным кодом и коммерческие инструменты могут использоваться для программного получения данных о высотах из стереоизображений , что делает фотограмметрию доступной и масштабируемой.

Один из наиболее известных алгоритмов такого рода называется алгоритмом Semi-Global Matching (SGM), который имеет хороший компромисс между временем выполнения и точностью. (Источник)

Цифровые модели местности или DTM имеют разные определения в зависимости от того, где вы находитесь.

Для наших целей мы рекомендуем рассматривать DTM как синоним голоземной DEM .ЦМР часто путают с ЦМР. Основное различие между двумя моделями заключается в том, что ЦМР обычно учитывает все устойчивые объекты на земле (растительность, здания и другие артефакты), тогда как ЦМР показывает развитие геодезической поверхности .

Голая земля относится к тому факту, что растительность и созданные человеком объекты, такие как деревья и линии электропередач, отфильтровываются с помощью DEM . Каждая ячейка имеет значение, соответствующее ее высоте (z-значения с регулярными интервалами) в матрице высот.

Стоит отметить, что в некоторых странах и областях исследований люди называют наборы векторных данных, состоящие из природных элементов, таких как гребни, линии перегиба и разнесенные точки, как DTM . Это определение относится к ЦММ как к чему-то, что дополняет ЦМР за счет включения линейных особенностей местности с обнаженной землей.

Независимо от определения, ЦММ представляет собой трехмерное цифровое представление поверхности, состоящее из координат X, Y и Z .В ЦМР вы найдете высот и отметок, а также природных объектов , таких как реки и линии хребтов.

Однако эти тонкие различия между ЦМР и ЦМР наиболее очевидны в городских районах, где преобладают высотные здания.

Например, остров Манхэттен или мегаполисы, такие как Гонконг, могут существенно повлиять на то, как следует измерять местность и сколько данных о высоте может потребоваться исправить, чтобы устранить влияние объектов на поверхности.

Рассматриваете ли вы ЦМР как нечто, дополняющее ЦМР, или как ЦМР для «голой земли», благодаря вычислительной мощности в инженерии – ЦММ стала неотъемлемым инструментом для земных и инженерных приложений.

ЦММ

можно создавать различными способами, включая оцифрованных контуров и даже из DSM, используя разницу между значениями высоты для деревьев и зданий и их окрестностей.

Следовательно, ЦММ также можно создавать с помощью любого из методов, используемых для создания ЦММ, от LiDAR до стереофотограмметрии, а также SAR, DGPS и наземной съемки, все с разными уровнями детализации.

Вверху: ЦМР, изображающая кратер и возможные глиняные пласты в каналах Вест-Ладон-Валлес на Марсе. Источник: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Университет Аризоны / Геологическая служба США. Источник

На рисунках ниже показано, чем DSM отличаются от DTM.

DSM фиксирует как естественные, так и антропогенные особенности окружающей среды .

Принимая во внимание, что, как показано ниже, ЦМР сохраняет только особенности голой местности, такие как реки и хребты .

DTM может быть получен из DSM, но наоборот.

DSM включают объекты на поверхности Земли, тогда как DTM не включают

Для большинства приложений LiDAR основное внимание уделяется ЦМР и ЦМР, как определено выше, причем ЦММ более подходят для ГИС и картографических представлений.

На качество продуктов, производных от ЦМР, влияют несколько факторов:

• Разрешение по вертикали
• Неровность местности
• Плотность выборки и результирующее пространственное разрешение или размер пикселя
• Алгоритм анализа местности
• Алгоритм интерполяции
• Справочные 3D-продукты с качественными масками, содержащими информацию о береговой линии, снеге, облаках, водоемах и т. Д.

ЦМР

имеют решающее значение в таких областях, как управление инфраструктурой, гидрология и исследования направления потоков, а также планирование землепользования.

Они особенно полезны в больших пространственных масштабах для контурирования топографических и рельефных карт :

• Моделирование потока воды или движения масс (например, оползни)
• Создание физических моделей (например, рельефных карт)
• Исправление аэрофотосъемки или спутниковых изображений
• Визуализация 3D-визуализаций
• Уменьшение (поправка на рельеф) измерений силы тяжести (например,г., гравиметрия, физическая геодезия)
• Анализ местности в физической географии и геоморфологии

Прежде чем мы перейдем к тому, где искать данные о высоте, давайте вспомним различия между тремя типами:

• Цифровая модель поверхности (DSM) – это модель рельефа, которая отражает как естественные, так и искусственные особенности окружающей среды . Сюда входят верхушки зданий, деревья, линии электропередач и любые другие объекты. Обычно это рассматривается как модель навеса, и она позволяет «видеть землю» только там, где над ней ничего нет.

– Цифровая модель рельефа (DEM) – это общий термин для модели рельефа, который инкапсулирует как DSM, так и DTM , и может быть сгенерирован различными методами. Часто из-за масштаба и окружающей среды различие между DSM и DTM не требуется (например, DEM, полученная из SRTM, с разрешением 30 м или 90 м). Обратите внимание, что иногда люди считают этот термин синонимом DTM , поэтому всегда вникайте в методологию того, как он был получен.

• Цифровая модель рельефа (DTM) – это модель для обнаженной земли .ЦМР не содержат каких-либо функций, даже постоянных, выше «голой земли». Таким образом, они могут быть объединены с DSM для получения информации о высоте объектов на поверхности. Некоторые рассматривают ЦМР как нечто, что дополняет ЦМР, сеть векторных точек элементов ландшафта вместо непрерывного растра.

Некоторые ключевые термины, которые следует учитывать при работе с моделями рельефа:

1. Земля : твердая поверхность Земли, такая как морское дно
2. Высота : измерение высоты от основания до вершины над землей или признанного уровня
3. Высота : высота над заданным уровнем, особенно над уровнем моря или над горизонтом
4. Ландшафт : протяженность земли, региона или территории

Есть много мест, где можно найти глобальные ЦМР.От бесплатных спутниковых данных до источников LiDAR – вот как найти нужные данные о высоте:

1. Миссия по радиолокационной топографии космического корабля (SRTM)

Во время своей 11-дневной миссии космический шаттл Endeavour облетел Землю 16 раз и запечатлел топографию Земли с точностью до одной угловой секунды (30 метров) для более 80% поверхности Земли .

SRTM использовала радар с синтезированной апертурой и интерферометрию для получения одной из самых точных цифровых моделей рельефа Земли .В полезной нагрузке SRTM, запущенной в 2000 году, использовались две радиолокационные антенны и один проход для создания цифровой модели возвышения с использованием метода, известного как интерферометрический радар с синтезированной апертурой (inSAR).

Это данные в свободном доступе для использования в USGS Earth Explorer. Он покрывает большую часть мира с абсолютной точностью вертикальной высоты менее 16 м. .

Где можно скачать данные SRTM?

Если вы хотите загрузить данные SRTM, они доступны для загрузки в центре данных EROS Геологической службы США, а также через USGS Earth Explorer.

Для загрузки выберите интересующую вас область. На вкладке наборов данных выберите Цифровая отметка> SRTM> SRTM 1-ArcSecond Global. Это удобное руководство от GIS Geography поможет вам начать работу.

До сентября 2014 г. наилучшая доступная ЦМР SRTM имела разрешение 90 метров. SRTM с 30-метровым разрешением публично доступен на спутнике USGS Earth Explorer благодаря космическому шаттлу Endeavour

.

2. Модель

для цифровой съемки ASTER Global

Усовершенствованный космический радиометр теплового излучения и отражения (ASTER ) является совместной разработкой НАСА и Министерства экономики, торговли и промышленности (METI) Японии.В рамках этого проекта была создана Глобальная цифровая модель рельефа ASTER (GDEM) .

Имея глобальное разрешение 90 метров и 30 метров в США, ASTER GDEM имеет высокое разрешение и широкий охват – около 80% площади Земли.

Как появились ASTER GDEM? Использование стереоскопических пар и методов корреляции цифровых изображений . Основываясь на двух изображениях под разными углами, он измерил высоту с помощью стереопар и фотограмметрии.

На что обратить внимание: некоторые пользователи выражали проблемы с его данными, часто в облачных областях.

Однако со временем данные ASTER DEM улучшили свои продукты с исправлением артефактов, что привело к значительным улучшениям.

Некоторые теперь считают, что ASTER GDEM-2 является более точным представлением, чем модели высот SRTM в пересеченной горной местности. Но, продолжайте, посмотрите и убедитесь сами.

Где скачать ASTER GDEM?

Вы можете бесплатно загрузить данные ASTER DEM из NASA Earthdata, Japan Space Systems и USGS Earth Explorer, выбрав Digital Elevation> ASTER.

3. Глобальный мир ALOS World 3D от JAXA

Глобальная цифровая модель поверхности

ALOS или ALOS World 3D – это глобальный набор данных DSM Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA).

Он генерируется из изображений, собранных с помощью инструмента панхроматического дистанционного зондирования для стереокартинга (PRISM) на борту спутника Advanced Land Observing Satellite (ALOS) с 2006 по 2011 годы. 1 arcsec) и является общедоступным бесплатно.

На основе набора данных DSM (версия с сеткой 5 метров) World 3D Topographic Data – наиболее точных данных о высоте в глобальном масштабе с лучшей в мире точностью 30 метров.

Где можно скачать Global ALOS 3D World от JAXA?

Чтобы получить доступ к этому точному DSM, вам необходимо зарегистрироваться онлайн через портал JAXA Global ALOS, чтобы загрузить его.

4. Обнаружение света и определение дальности (LiDAR)

По мере того, как мир приближается к глобальной карте LiDAR , источники данных LiDAR доступны в Интернете бесплатно – если вы знаете, где их найти.

Почему LiDAR? Его пространственная и вертикальная точность часто не имеет себе равных. После фильтрации отражений от земли вы можете построить впечатляющую матрицу высот на основе данных LiDAR. Вы можете часто использовать разные результаты для определения высоты растительности в зависимости от высоты поверхности земли, в зависимости от инструмента LiDAR и плотности растительности – таким образом, вы можете получить как DTM, так и DSM из одного и того же набора данных!

Некоторые отличные источники данных LiDAR включают Open Topography, USGS Earth Explorer, NEON Open Data Portal.

Если вы все еще ищете данные LiDAR по интересующей вас области, попробуйте связаться с местным или региональным правительством. Пока вы говорите им, для чего вы его используете, они могут бесплатно делиться своими данными LiDAR.

5. Торговая площадка UP42: NEXTMap от Intermap и WorldDEM

от Airbus

Если вы не уверены, к какому провайдеру обратиться, геопространственные рынки собирают несколько наборов данных от разных поставщиков и типов данных.

UP42 объединяет данные о высоте, а также спутниковые и аэрофотоснимки, данные о погоде, AIS и многое другое. .

На торговой площадке UP42 представлены цифровые модели высот Intermaps с разрешением до 1 метра . Продукты NEXTMap 3D от Intermap доступны в виде DSM и DTM, что позволяет создавать 3D-решения с объектами поверхности или без них, такими как растительность или здания.

Где можно получить доступ к данным, доступным на UP42?

Посетите рынок UP42, выполните поиск по запросу «высота», и вы найдете ряд данных, таких как данные о высоте NEXTMap 10, NEXT Map One, NEXTMap 5, а также данные Airbus WorldDEM ™ с разрешением 12 м.

Программные инструменты, такие как QGIS, позволяют открывать и читать файлы DEM

В каком формате используются матрицы высот?

Благодаря обилию данных о высотах, доступных в Интернете, как только вы найдете то, что вам нужно, самое время приступить к делу.

Как мы теперь знаем, матрицы высот – это файлы, содержащие точки (вектор) или пиксели (растр) , причем каждая точка или пиксель содержит значение высоты. Они бывают разных форматов файлов, начиная с .csv и .tif в .flt и .dem .

Файлы GeoTIFF позволяют встраивать информацию о местоположении в файл TIFF.

Вот полезное руководство Карлтонского университета по форматам DEM и способам их открытия с помощью различных инструментов.

Кстати об инструментах, давайте посмотрим на них дальше.

Вам понадобится Географическая информационная система (ГИС) или другое специальное прикладное программное обеспечение, поскольку данные о высотах нельзя напрямую просматривать в браузере. Некоторые программы, распознающие файлы DEM, включают:

• ArcGIS – это полезное руководство по изучению ЦМР с помощью ArcGIS – создание слоев высот и многое другое.
• QGIS 3 —QGIS 3 в 3D и предлагает совершенно новый набор возможностей картографии.Кроме того, он бесплатный и с открытым исходным кодом, что позволяет легко понять, как работают его алгоритмы
• [QGIS 2] (https://qgis.org/en/site/forusers/download.html “QGIS 2”) – набит такими функциями, как автоматизация создания карт бесплатно
• [gVSIG] (http://www.gvsig.com/en/products/gvsig-desktop “gVSIG”) – еще один бесплатный инструмент, на этот раз с инструментами САПР, NavTable и мобильным приложением
• [GRASS GIS] (https://grass.osgeo.org/ “GRASS GIS”) – бесплатный вариант с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом и более 350 инструментов для работы с векторными и растровыми изображениями

Для большинства этих программ ГИС вы можете перетащить файл.tif из браузера прямо в программу.

Имейте в виду : заранее цифровые данные о высоте и изображения обычно не редактируются и предназначены для использования и оценки в научных целях.

Это выходные данные непосредственно из самого источника данных, поэтому они могут содержать:

• Многочисленные области без данных
• Нечеткие береговые линии
• Водоемы, которые могут не казаться плоскими
• Другие ошибки уже обсуждались.

Формат ЦМР USGS – это открытый стандарт для растровых ЦМР.

Как можно визуализировать ЦМР?

Итак, после того, как вы загрузили данные, выбрали программный инструмент, пришло время визуализировать ЦМР во всей красе.

Есть много способов сделать это. Давайте посмотрим на несколько примеров и руководств, которые легко доступны в Интернете.

Учебники

QGIS 3.0 поставляется с 3D-слоем . Это позволяет вам визуализировать данные ГИС в 3D, обеспечивая более яркую визуализацию данных, содержащих высоту или высоту.

Вот учебное пособие, которое проведет вас через визуализацию ЦМР в 3D с помощью QGIS 3.0 с использованием главного кандидата QGIS 3.0. Вот еще одна программа, в которой основное внимание уделяется визуализации ЦМР с помощью QGIS 3.0 по сравнению с ArcGIS Pro.

3D визуализация ЦМР (Источник: Geodose)

Методы визуализации также зависят от вашей цели . Например, когда речь идет о картировании рельефа в науках о Земле, важно получать как полные, так и объективные результаты.

Вот исследование, в котором изучались пять различных методов визуализации при использовании ЦМР для картографирования рельефа (Smith & Clark, 2005). Было обнаружено, что ни один метод визуализации не обеспечивает полного и объективного картирования – склонного к смещению по азимуту .

Хотя тонкие формы рельефа можно выделить, исследователи рекомендуют визуализацию кривизны для первоначального картирования, поскольку это дает неосвещенное (и, следовательно, объективное) изображение. Затем это можно дополнить данными визуализаций с рельефной штриховкой.

Если вы хотите визуализировать контуры высот из растровых ЦМР в Python, вот руководство, как это сделать с помощью таких пакетов, как GDAL и Matplotlib.

Контурный график горы Шаста, Калифорния (Источник: Earth Lab)

Каковы основы анализа матрицы высот?

Анализ модели

DEM включает четыре основных компонента, а именно:

1. Сбор данных : получение изображений местности или сканирование поверхности земли
2. Моделирование данных : междисциплинарные подходы, такие как обработка изображений, фотограмметрия, интерферометрия и т. Д.
3. Управление данными : кодирование данных, структурирование данных, техника пространственных баз данных, компьютерная графика
4. Разработка приложений : городское планирование, управление шахтами, геодезия, геоморфологический анализ, управление объектами, гражданское строительство, управление ресурсами, геологическая инженерия, ландшафтный дизайн, идентификация и мониторинг опасностей и даже компьютерные игры и навигация ракет / самолетов

Использование и применение DEM еще более разнообразно, чем то, как они были получены .Актуально и полезно практически для любой отрасли или сектора, использующего данные о местоположении . , некоторые из общих применений включают:

• Анализ уклона
• Аспектный анализ
• Обозначение дренажных сетей и водосборов
• Определение геологических структур
• Анализ видимости
• 3D моделирование
• Анализ изменений
• Ортопередача
• Контурное отображение

Вверху: анализ склонов вулкана на Галапагосских островах, Эквадор.Источник: doi: 10.1146 / annurev.earth.28.1.169

Ключом к построению ЦМР являются, как вы уже догадались, данные о высоте (Z), которые определены пространственно (по осям X и Y) .

Эта высота всегда нормализуется относительно некоторой произвольной точки отсчета ландшафта, обычно означает уровень моря .

Это означает, что должна быть известная и согласованная контрольная точка наблюдения и последовательный метод измерения оцениваемой области .

Как были получены точки данных высоты (см. Методы захвата в предыдущем разделе), определяет, какие корректировки необходимо внести и как точки должны быть интерполированы .

Спутники предлагают как известную точку наблюдения с их постоянством орбиты, так и все метаданные, которые идут с каждым изображением , например файл орбиты с информацией о треке и угле падения, а также последовательную методологию сбора данных. , сканирование относительно непрерывно по площади и равномерное измерение высоты.

Когда дело доходит до ЦМР, полученных из спутниковых данных, принципиально различаются методы использования наборов оптических изображений для стереоскопического анализа и методы использования радиолокационной информации для интерферометрического анализа.

Точность матрицы высот обычно оценивается путем вычисления среднеквадратичной ошибки (RMSE) высоты, вычисленной путем сравнения точек матрицы высот и опорных точек .

Однако точность ЦМР – это гораздо больше, чем просто составляющая высоты (вертикальная).

Какие факторы влияют на точность матрицы высот?

Качество матрицы высот зависит от различных взаимосвязанных факторов, таких как методы сбора данных, характер входных данных и методы, используемые для разработки матрицы высот.

Различные методы получения данных о высоте, от ручных методов, таких как DGPS, до пассивных методов, таких как стереоскопические спутниковые изображения, до активных радиолокационных или LiDAR-съемок, имеет свои собственные предубеждения и источники ошибок, на которые следует обратить внимание .

Например, ручные методы будут подвержены смещению выборки и редко будут иметь влияние атмосферы или другие общие смещения, наблюдаемые в других методах сбора данных .

Давайте посмотрим на некоторые ключевые факторы, влияющие на точность матрицы высот для не ручных методов:

• Влияние атмосферы и ионосферы
• Временная декорреляция
• Ошибки регистрации
• Фазовые ошибки и декорреляция сигналов
• Эффекты «Тень»

Вверху: Общие ошибки, обнаруженные при измерениях InSAR. Источник: doi: 10.1146 / annurev.earth.28.1.169

Разрешение матрицы высот

Существует три основных типа разрешения, которые всегда следует учитывать при оценке соответствия ЦМР конкретному проекту или приложению: пространственное разрешение и вертикальное разрешение.

– Пространственное разрешение

Пространственное разрешение определяется расстоянием между точками выборки , которое может быть относительно однородным, например, в случае стереоскопических изображений, несколько однородным, например, с помощью RADAR и LiDAR, или сильно изменчивым, например, с DEM, полученными вручную. методы.

– Разрешение по вертикали

Одним из наиболее важных аспектов ЦМР является ее точность по вертикали или разрешение по вертикали.

Вертикальное разрешение данных о высоте определяется как возможная разница высот между смоделированной или обнаруженной высотой и фактической или подтвержденной на земле высотой .

Каждый из различных вышеупомянутых методов получения данных о высоте, таких как радар, LiDAR или фотограмметрия, дает разные уровни точности. Из этих методов LiDAR обычно дает наилучшее пространственное и вертикальное разрешение, но при этом он часто является чрезмерно дорогим в масштабе.

Вы можете обнаружить, что разных поставщиков ЦМР также будут иметь разные определения того, что такое вертикальное разрешение или вертикальная точность.

Вверху: таблица глобальных ЦМР и их соответствующее пространственное разрешение (разрешение) и вертикальное разрешение (вертикальная точность).Источник

– Временное разрешение

Последнее разрешение, которое можно рассмотреть перед выбором DEM, – это временное разрешение, а именно , как давно были получены данные о высоте для создания DEM.

Это особенно актуально, если вы хотите провести некоторый анализ изменений или если вы используете DSM для изучения чего-то довольно изменчивого во времени, например, растительности или нового строительства .

Вертикальные ошибки в ЦМР обычно классифицируются как падения или пики.

Что такое раковина?

Раковина – это область , окруженная более высокими значениями отметки . Его также называют впадиной или ямой – областью внутреннего дренажа.

Откуда они? Некоторые раковины могут быть естественными, особенно в ледниковых областях, хотя многие раковины часто являются дефектами в ЦМР.

Что такое пик?

С другой стороны, пик , также известный как пик, представляет собой область , окруженную ячейками с более низким значением .

Обычно это естественные особенности, которые, как упоминалось выше, в меньшей степени влияют на расчетное направление потока.

Откуда берутся провалы и пики?

Число стоков в данной матрице высот обычно выше для матриц высот с более грубым разрешением.

Поглощения также обычно возникают из-за сохранения данных о высоте в виде целого числа. Это может вызвать проблемы в областях с низким вертикальным рельефом.

Часто можно обнаружить, что 1% ячеек в ЦМР с разрешением 30 метров состоит из поглотителей.Это может увеличиться на 5% для матрицы высот с тремя угловыми секундами.

Вы можете заметить другой вид ошибки в ЦМР, известный как артефакты чередования – содержащиеся в ЦМР в результате систематических ошибок выборки при создании самой ЦМР . Это также наиболее заметно на целочисленных данных на плоских участках.

Как удалить понижения и пики для создания ЦМР без депрессии?

При столкновении с понижениями и пиками в DEM важно удалить или заполнить их – чтобы создать * DEM без депрессии *.

ЦМР без стоков – это, например, производные входные данные для процесса направления потока. Это связано с тем, что наличие стоков может привести к ошибочному растру направления потока.

Использование матрицы высот без разрежения является ключом к обеспечению точного анализа.

Многие ГИС-приложения включают инструменты для создания ЦМР без депрессии, позволяющие:

1. Обозначение раковин
2. Наполнитель для раковины
3. Определить глубину раковины

Вот руководство от ArcGIS Pro о том, как это сделать с помощью набора дополнительных инструментов ArcGIS Spatial Analysis.

Наводнения и ЦМР: модели наводнений

ЦМР можно использовать для выполнения многих геопространственных и гидрологических моделей.

В диапазоне от прогноз наводнения и физического развития городских и сельских районов до разграничения водоразделов и анализа воздействия наводнения для обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям.

Моделирование затопления или составление карты затопления требуется для понимания последствий затопления в определенной области и на важных сооружениях, таких как улицы, здания, дороги и железные дороги.

Количественная оценка риска наводнения с помощью моделей наводнений позволяет прогнозировать масштабы затопления. Это может быть важным источником информации для исследований риска наводнений, особенно в условиях потепления и повышения уровня моря. .

Модели паводков предоставляют нам важную информацию, такую ​​как глубина и пространственная протяженность зон затопления. – требуется местными властями для информирования граждан о значительных подверженных наводнениям территорий и принятия соответствующих стратегий управления наводнениями.

Для получения точных моделей наводнений требуются высокоточные ЦМР высокого разрешения . Согласно этому документу от 2019 года, текущие глобальные ЦМР не отражают топографические детали в поймах рек, что часто приводит к неточному прогнозированию паводков с помощью моделей наводнений (Shastry & Durand, 2019).

Эти регионы с дефицитом данных могут быть изучены путем создания карт паводков , созданных путем объединения масштабов паводков с прогнозным моделированием и модифицированными ЦМР.

Узнайте больше об использовании наблюдений за наводнениями для получения топографии поймы в регионах с дефицитом данных в документе.

Моделирование наводнения (Источник)

Ошибки матрицы высот в моделях паводков

Важно учитывать источник данных DEM при использовании DEM для прогнозирования риска наводнения . В этом исследовании рассматривается оценка риска прибрежных наводнений, повышения уровня моря или эрозии, а также исследуется роль источника данных DEM.

Применение алгоритмов машинного обучения к ЦМР

Как уже упоминалось, существуют области с дефицитом данных, и чтобы заполнить эти пустоты, можно провести моделирование данных.В последние годы достижения в области алгоритмов машинного обучения, доступные вычислительные мощности и доступность больших данных стимулировали революцию глубокого обучения во всех областях.

Методы машинного обучения, такие как рисование изображений , могут использоваться для заполнения пустых данных (Gavrill & Muntingh et al, 2019).

Рисование изображения, аналогично термину, используемому в мире искусства для сохранения поврежденных или неполных изображений, алгоритмы рисования изображений восстанавливают пиксели местности в недостающих областях.

Машинное обучение и глубокое обучение содержат сложные ошибки. Например, в этом исследовании рассматривается CoastalDTM и возможность уменьшения ошибок при использовании данных DEM из SRTM НАСА.

Это предполагает, что, хотя точность и пространственное разрешение матрицы высот обычно учитываются перед использованием в моделях паводков, ограничения матрицы высот, вытекающие из их исходного источника данных, часто могут быть упущены из виду при выборе матрицы высот (Coveney & Fotheringhham, 2011).

Источник

Топографические карты и карты высот

Данные о высотах могут использоваться в качестве входных данных для инфраструктурных проектов , гарантируя, что строительство железных дорог, трубопроводов и линий электропередач не планируется на участках с большим уклоном.

Перепады высот также можно отслеживать, чтобы гарантировать, что геологические опасности отслеживаются, прогнозируются и смягчаются, сводя к минимуму ущерб и простои .

Национальное агентство геопространственной разведки объединилось с Университетом Иллинойса, Университетом Миннесоты и Университетом штата Огайо для создания цифровых моделей рельефа мира с помощью DEM Земли.

Проект передает спутниковые снимки местности под разными углами в суперкомпьютер Blue Waters для создания трехмерных моделей местности.

Являясь одним из самых мощных и быстрых суперкомпьютеров в мире, Blue Waters может выполнять более 13 квадриллионов вычислений в секунду.

EarthDEM будет общедоступной трехмерной картой земного шара и будет следовать за полным картированием Арктики в 2017 году в рамках проекта ArcticDEM , который помог ученым отслеживать изменения, обнаруживать вырубку лесов, обрушение ледяной шапки и многое другое.

Восточноафриканская рифтовая система

Цифровые модели рельефа позволяют геологам лучше понять границы тектонических плит .На изображении Восточной Африки выше видны очертания высот, демонстрирующих тепловые выпуклости и большие озера в Восточной Африке.

Ученые использовали данные DEM, чтобы обнаружить и спрогнозировать переход от рифта к хребту, что привело к образованию нового океана, когда африканский континент разделился на две части . Восточноафриканская рифтовая система простирается от региона Афар в Эфиопии до Мозамбика. Это активный континентальный рифт, который возник миллионы лет назад и ежегодно разделяется на 7 мм.

В недавнем исследовании было обнаружено, что микроплита Виктория, расположенная между восточной и западной ветвями Восточно-Африканской рифтовой системы, вращалась против часовой стрелки в течение последних двух лет по отношению к Африканской плите.

Помимо этих представлений о континентах, регулярные извержения вулканов вдоль разлома укрепляют веру в то, что континент может расколоться, образуя новый океан.

Кратер от удара метеорита в Гренландии

Данные ArcticDEM поддержали исследование возможного второго ударного кратера, погребенного под льдом более мили на северо-западе Гренландии .

После объявления в ноябре 2019 года о кратере шириной 19 миль под ледником Гайавата – первом кратере от удара метеорита, когда-либо обнаруженном под ледяным покровом Земли – второй кратер имеет ширину более 22 миль.

Гляциолог НАСА Джо МакГрегор проверил топографические карты скалы подо льдом Гренландии на наличие кратеров. Он использовал изображения, полученные с помощью инструмента MODIS НАСА, и заметил круговой узор примерно в 114 милях к юго-востоку от ледника Гайавата.

Изучая данные DEM высокого разрешения для всей Арктики с помощью ArcticDEM, он заметил ту же круговую диаграмму, что заставило его заподозрить второй ударный кратер .

Археология и DEM

Данные

DEM невероятно полезны для погружения в прошлое. Когда археологи исследовали пустыню Нефуд на севере Саудовской Аравии, они исследовали 376 следов, оставленных в грязи на дне древнего озера.

Среди следов, оставленных такими животными, как гигантские вымершие слоны, верблюды, буйволы и предками современных лошадей, они заметили человеческие следы, которые могут свидетельствовать о присутствии людей в этом регионе около 115 000 лет назад.

Анализ с использованием цифровых моделей высот трех выбранных следов гомининов утверждает, что анатомически современные люди создали семь следов .Если это подтвердится, это будут самые старые следы Homo sapiens, когда-либо обнаруженные на Аравийском полуострове.

Первый след человека, обнаруженный в Алатаре (слева), и цифровая модель рельефа, которая помогла исследователям различить его детали (справа) (Stewart et al., 2020)

Лазерный высотомер орбитального аппарата Марса (MOLA)

Картографирование нашей планеты – это еще не конец. Благодаря прибору Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) вы можете просматривать пересеченную местность Марса.

Инструмент на борту космического корабля Mars Global Surveyor (MGS), запущенного 7 ноября 1996 года, собирал данные альтиметрии до 30 июня 2001 года. Наряду с этим лазерный альтиметр на борту MGS определил высоту поверхности Марса.

Начиная с 1998 года, MGS проводила межполюсные наблюдения красной планеты . Это цель? Составить карту всего марсианского земного шара, положив начало более чем десяти годам миссий НАСА. Чтобы определить геологию и, возможно, историю Марса и его климата.

Ученые использовали MOLA, чтобы нанести на карту древние марсианские потоки и исследовать то, что могло быть. MOLA измеряет время, которое требуется импульсу света, чтобы покинуть космический корабль, отразиться от поверхности Марса и вернуться в собирающее зеркало MOLA. Умножив время отражения на скорость света, ученые вычислили высоту Surveyor над местностью с точностью около 30 метров.

Когда космический корабль пролетал над холмами, долинами и кратерами, его высота над землей постоянно менялась. Такие подробные карты помогают нам построить топографический атлас планеты и понять геологические силы, которые сформировали Марс .

Изучите контуры нашего планетного соседа на этой карте местности Марса и в Научном центре астрогеологии USGS

Топография Марса – белые и красные детали имеют самую высокую относительную высоту, а синие области – самые низкие. (Источник: НАСА)

Подводя итог, цифровая модель рельефа или ЦМР – это обобщенный термин для набора растровых данных с регулярной сеткой информации о высоте .ЦМР популярны для расчетов, манипуляций и дальнейшего анализа местности, а также анализа на основе высоты.

Цифровые модели поверхности или DSM захватывают поверхность, включая естественные и искусственные структуры, такие как растительность и здания . Они иллюстрируют отражающие поверхности всех объектов, возвышающихся над «голой землей».

И, наконец, цифровые модели местности или ЦММ представляют собой модель рельефа для обнаженной земли и, следовательно, свободны от растительности, зданий и других надземных объектов.

Есть много мест, где можно найти глобальные ЦМР. От бесплатных спутниковых данных до источников LiDAR . Они бывают разных форматов, от .csv и .tif до .txt и .dem. Вам понадобится Географическая информационная система (ГИС) или другое специальное прикладное программное обеспечение, поскольку данные о высотах нельзя напрямую просмотреть в браузере. Некоторые программы, распознающие файлы DEM, включают ArcGIS и QGIS 3.

QGIS 3.0 поддерживает просмотр трехмерного слоя. Это позволяет вам визуализировать данные ГИС в 3D, обеспечивая более яркую визуализацию данных, содержащих высоту или высоту.

Ошибки в ЦМР обычно классифицируются как понижения или пики . Раковина – это область, окруженная более высокими значениями высоты. Это также называется впадиной или ямой. С другой стороны, пик, также известный как пик, представляет собой область, окруженную ячейками с более низким значением. Их следует удалить, прежде чем пытаться получить любую информацию о поверхности, создав ЦМР без углублений .

ЦМР могут использоваться для выполнения многих геопространственных и гидрологических моделей, включая прогнозирование наводнений и анализ воздействия наводнений для обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям .

Алгоритмы машинного обучения могут применяться для извлечения большего из данных DEM – например, рисования изображения для заполнения пустот в данных и завершения изображения.

Данные о высоте могут использоваться в качестве исходных данных для инфраструктурных проектов, геологических исследований, археологических находок и исследования других планет, кроме нашей, таких как Марс.

Готовы получить доступ к данным о высоте, а также спутниковым снимкам и алгоритмам машинного обучения? Зарегистрируйтесь в UP42 и создайте геопространственные решения сегодня .

Доступен

Оптимизированный инструмент для удаления ямок ЦМР

Стивен Джексон, научный сотрудник Центра исследований водных ресурсов, Техасский университет в Остине, [email protected]

Извлечение гидрологических характеристик, таких как осевые линии ручьев и протяженность водосборов, из цифровой модели рельефа (ЦМР) обычно требует сначала гидрологической обработки ЦМР. В этом процессе изменяются отметки, чтобы четко определить направления потока.Такие операции, как «Направление потока» и «Накопление потока», могут затем выполняться на кондиционированной матрице высот. Инструмент «Оптимизированное удаление ямок» представляет собой альтернативу методу «Заливка» для удаления ямок из цифровой модели рельефа (ЦМР).

Яма (или раковина) – это самая низкая точка впадины без выхода. Это может быть реальный аспект ландшафта или артефакт операций предварительной обработки необработанных данных ландшафта, таких как удаление деревьев для создания LiDAR-модели голой земли. Будучи локализованными точками без выхода, ямы затрудняют автоматическое обнаружение региональных путей потока.В настоящее время стандартным методом удаления ямок является использование инструмента ArcGIS Fill.

Одним из недостатков метода удаления ям с заливкой является то, что он имеет тенденцию скрывать значимые данные о высотах на обширных территориях выше по течению от любых подобных плотинам объектов. Это особенно распространено, когда местность плоская и при работе с данными высокого разрешения, такими как LiDAR. Теперь доступен новый инструмент , основанный на альтернативной стратегии удаления ямок, описанной Pierre Soille (2004) . Этот инструмент «Оптимизированное удаление ямок» использует комбинацию выемки и насыпи для удаления всех нежелательных ямок с минимизацией общих изменений ландшафта.Пользователь может либо минимизировать абсолютное изменение высоты ландшафта, суммированное по всем ячейкам, либо минимизировать чистое изменение высоты ландшафта (эффективно уравновешивая выемку и насыпь). Также предоставляется возможность использовать исключительно разрез.

Инструмент «Оптимизированное удаление ям» обеспечивает более естественное очерчивание траектории потока выше по течению от плотиноподобных объектов. Это облегчает разграничение путей потока с высокой разрешающей способностью в масштабах, где получение векторных данных для записи потока было бы невозможным, а также сокращает объем ручной настройки, необходимой для разграничения в любом масштабе.

Используя ЦМР LiDAR DEM с разрешением 1 метр, предоставленную Министерством природных ресурсов Миннесоты , было проведено сравнение результатов накопления стока. В приведенном выше примере пути потока отображаются для каждой ячейки с площадью дренажа более 100 квадратных метров. Использование стандартного инструмента ArcGIS Fill приводит к появлению обширных областей, где вся значимая информация скрыта. Это фактически устанавливает нижний предел шкалы, в которой может быть выполнен анализ. Напротив, результаты инструмента «Оптимизированное удаление ямок» сразу кажутся более естественными.При ближайшем рассмотрении можно увидеть, что пути потока следуют образцам окраски растительности, линиям участков и даже изгибам тупиков.

Соответствующее кондиционирование, особенно выбор углублений для удаления, зависит от типа выполняемого анализа. Для некоторых приложений может быть желательно оставить выбранные ямки в матрице высот. Инструмент «Оптимизированное удаление ямок» выполняет это, рассматривая любую ячейку без данных как выходное отверстие для потока, позволяя пользователю отмечать определенные ямы, чтобы оставить их без изменений.Этот метод также можно использовать для маркировки входов в подземные транспортные сооружения, помогая в интегрированном моделировании поверхностных вод / ливневой канализации.

Инструмент доступен для бесплатной загрузки в Центре исследований водных ресурсов вместе с дополнительной документацией и образцами данных. Отзывы, включая интересные примеры из практики и предлагаемые улучшения для будущих версий инструмента, можно направлять Стивену Джексону ([email protected]).

Резервуары при атмосферном давлении в добыче нефти и газа

Резервуарная батарея обычно состоит из нескольких резервуаров под давлением, но может иметь несколько резервуаров с атмосферным давлением, используемых для различных целей.Хотя сосуды под давлением имеют некоторые особенности, важно понимать, что хорошее понимание более простых атмосферных сосудов также чрезвычайно полезно. Эти танки очень универсальны, и часто один танк можно использовать в аренде несколькими способами.

Есть несколько судов, которые могут быть задействованы в каждой арендной перекачивающей операции, например, танки и стволы орудий, которые мы рассмотрим подробно. Танки также бывают разных стилей и материалов.Однако сначала, вероятно, будет полезно иметь четкое представление о том, что подразумевается под атмосферным давлением и давлением в целом, особенно когда вы говорите об арендной перекачке.

Рисунок 1. Пример атмосферных резервуаров в резервуарной батарее. Здесь видны ствол орудия, несколько резервуаров для хранения масла и пара резервуаров для воды.

Есть несколько судов, которые могут быть задействованы в каждой арендной перекачивающей операции, например, танки и стволы орудий, которые мы рассмотрим подробно.Танки также бывают разных стилей и материалов. Однако сначала, вероятно, будет полезно иметь четкое представление о том, что подразумевается под атмосферным давлением и давлением в целом, особенно когда вы говорите об арендной перекачке.

Основные сведения о давлении

Атмосферное давление зависит от вашего роста над или под уровнем моря. На уровне моря давление атмосферы составляет около 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Чем выше вы поднимаетесь, тем меньше давления и давление.Если вы находитесь ниже уровня моря, атмосферное давление будет выше. Поскольку давление меняется в зависимости от высоты, возможно, вы можете увидеть давление, измеренное в фунтах на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм абс.). Эта единица означает, что давление было измерено по сравнению с вакуумом, что означает, что оно сравнивалось с полным отсутствием давления.

фунтов на квадратный дюйм манометра (psig), с другой стороны, измеряет давление по сравнению с местной атмосферой. В качестве примера представьте автомобильную шину, которая находится под стандартным давлением 35 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря.35 фунтов на квадратный дюйм также 35 фунтов на квадратный дюйм, поскольку это по сравнению с местным давлением. Однако шина будет иметь давление 49,7 фунта на квадратный дюйм, поскольку это число включает атмосферное давление (35 фунтов на квадратный дюйм для шины + 14,7 фунта на квадратный дюйм атмосферы на уровне моря). Часто бывает полезно знать местное атмосферное давление.

Каждый раз, когда добываемая вами жидкость перемещается из системы с более высоким давлением в систему с более низким давлением или имеет более низкое давление из-за движения, будет выпущен дополнительный газ. Это верно, когда масло поступает из нагревателя-очистителя в резервуар для хранения, и в меньшей степени, когда вода отделяется и затем направляется в резервуар для удаления воды.Если этот газ можно извлечь, его можно продать, поэтому большинство атмосферных сосудов фактически имеют небольшое противодавление, чтобы уменьшить потери газа и более легкие компоненты, чем добытая нефть за счет испарения. Обычно это не более нескольких унций (от 2 до 8), однако этого достаточно, чтобы потребоваться меры безопасности. У большинства танков есть люк для воров, который представляет собой люк в верхней части танка, через который можно получить доступ внутрь. Эти люки будут иметь предохранительный сброс давления, а газоотводная линия также будет иметь предохранительный клапан.

В дополнение к противодавлению, эти резервуары также должны выдерживать давление, обусловленное весом находящейся внутри жидкости. Несколько практических правил могут упростить расчет этого давления. Масло весит примерно ⅓ psi, умноженное на глубину жидкости в футах. В качестве примера предположим, что резервуар заполнен на глубину 9 футов. Само масло будет оказывать давление 3 фунта на квадратный дюйм, но важно помнить, что противодавление в резервуаре также должно быть включено. Если противодавление составляет около 4 унций, общее давление на дно резервуара составляет около 3 фунтов 4 унции на квадратный дюйм.

С другой стороны, вода имеет давление примерно ½, умноженное на глубину. Таким образом, резервуар для удаления воды, заполненный примерно на 8 футов, будет иметь нижнее давление около 4 фунтов на квадратный дюйм плюс любое противодавление.

Материалы и конструкция сосуда

По мере развития технологий росло и строительство резервуаров и судов. В прошлом их часто делали из красного дерева. Как вы понимаете, с использованием дерева было несколько проблем. Там, где они используются в современных условиях, они используются в резервуарах для удаления воды или в качестве стволов для орудий.Стальные резервуары с болтовым креплением были обычным явлением, хотя их в основном заменяли сварными стальными резервуарами. Стальные резервуары теперь также обычно облицовывают стекловолокном для предотвращения коррозии. Также доступна коррозионно-стойкая краска, которая может стать хорошим вложением средств для стальных резервуаров.

Рис. 2. Здесь вы можете увидеть несколько примеров резервуаров, с резервуарами из стекловолокна справа и сварными стальными резервуарами слева.

Стекловолокно – еще один популярный материал для строительства резервуаров, хотя он достаточно легкий, поэтому пустые резервуары могут иногда вызывать проблемы при сильном ветре.Стекловолокно – популярный выбор для резервуаров для удаления воды, особенно там, где существует проблема коррозии. В случае стекловолокна неплохо провести растяжку в каждом углу резервуара, чтобы он оставался стабильным.

Цистерны

доступны в нескольких размерах. Вам нужно выбрать конкретный тип и размер, который соответствует вашим потребностям. Вот несколько стандартных размеров, чтобы вы могли понять, что есть в наличии.

Емкость стандартного стального сварного бака

Номинальный размер в баррелях	баррелей / фут	Диаметр X Высота
Низкая 250	33.11	15 ′ 4-5 / 8 x 8 ′ 112 ″
Низкая 500	64.91	21 ′ 6-112 ″ x 8 ′ 112 ″
Высокая 500	33,11	15 ′ 4-5 / 8 x 16 ′ 1 ″
Высокая 1000	64.91	21 ′ 6–112 ″ x 16 ′ I ”

Стандартная емкость для стальных сварных резервуаров.

Номинальный размер в баррелях	баррелей / фут	Диаметр X Высота
100	8.95	8 ′ x 10 ′
200	20,14	12 ’X 10’
210	13,99	10 ’X 15’
295	16,93	11 ’X 17.6’
400	20,14	12 ’X 20’

Резервуары из стекловолокна аналогичны по размеру и вместимости сварным стальным резервуарам.

Схема стандартного резервуара

Рисунок 3.Базовая схема резервуара атмосферного давления.

Большинство резервуаров имеют одинаковое базовое расположение отверстий. Будет ли танк использоваться в качестве ствола орудия, стандартного танка или для другого использования, будет зависеть от того, как используются отверстия и к чему они подключены. Мы рассмотрим каждое использование более подробно, но, вероятно, будет полезно сначала получить общее представление о том, что это за базовый макет. Вы можете увидеть пример компоновки на Рисунке 4.

В самом верху резервуара находится выпускное отверстие для газа, которое ведет к системе низкого давления для обработки газа и имеет клапан, который поддерживает это небольшое противодавление, описанное выше.Если в этом резервуаре нет противодавления, вероятно, вы увидите меньше нефти, чем ожидалось. Разница связана с потерями при испарении. Клапан и противодавление также помогают не допустить попадания кислорода в резервуар. Природный газ и воздух представляют собой опасную комбинацию, и их смесь может привести к взрыву. Резервуар, полностью заполненный природным газом, на самом деле намного безопаснее.

На верхней части бака, но не совсем на самом верху, находится впускное отверстие для эмульсии. К этому входному отверстию обычно есть проход или лестница для легкого доступа к клапану, который открывает и закрывает вход.Простое падение жидкости с верхней части резервуара до уровня жидкости может вызвать статическое электричество, которое способствует гидролизу и, следовательно, коррозии. Это также может привести к потере жидкости из-за испарения, поэтому обычно используют трубку, называемую сливным стаканом, ведущую вниз от отверстия к дну резервуара.

Самое высокое отверстие сбоку резервуара можно использовать для нескольких вещей. Это может привести к переливной линии, которая в большинстве случаев приведет к яме с футеровкой или резервуару для сброса воды.В качестве альтернативы это может быть вход выравнивателя. Когда несколько резервуаров соединяются последовательно через уравнитель, один резервуар будет полностью заполнен до того, как начнет заполняться следующий. Эквалайзер поддерживает первый бак заполненным, даже когда вас нет рядом.

Выходное отверстие для масла обычно находится рядом с верхом, но ниже выравнивателя / переливного отверстия. Когда бак используется как ствол орудия, отсюда вытекает отделенное масло. Его высота определяет уровень жидкости в стволе пистолета. Если резервуар используется в качестве резервуара скиммера, он также может использоваться как выпускное отверстие для масла.

Боковой выход полезен в нескольких различных обстоятельствах. Это может быть отверстие, ведущее к водяной ноге, когда резервуар используется в качестве ствола орудия. Его можно использовать для слива воды и для обслуживания резервуара, например, для очистки дна резервуара.

Самым нижним отверстием является слив. Чаще всего используется бак с плоским дном со сливом сбоку. Другие типы, обсуждаемые ниже, имеют коническое дно.

Орудийный ствол Танки

Ствол пистолета (иногда называемый промывочным резервуаром) – это еще один вид сепаратора, смывающий воду из масла перед его отправкой в ​​основной резервуар.Ствол ружья приводится в движение исключительно под действием силы тяжести. Жидкость поступает в ствол пистолета из бокового входного отверстия, а затем направляется вниз через резервуар с помощью распределителя. Более тяжелая вода падает на дно и попадает в водную ногу. Более легкое масло всплывает вверх и вытекает через выпускное отверстие для масла. Часть газа также будет отделена и направлена ​​через газопровод вверху.

Рис. 4. Ствол ружья, сделанный из старого сепаратора и установленный на платформе.

Водяная опора – это довольно стандартная установка для удаления воды, которая используется с несколькими сосудами в батарее резервуаров, например, нагреватель-очиститель.По сути, вода, стекающая со дна резервуара, под весом жидкости выталкивается вверх в водяной столб, который представляет собой вертикальную узкую трубу внутри более высокой трубы с широким диаметром. Вода течет вверх по внутренней трубе, затем перетекает во внешнюю трубу, где затем собирается и отправляется в резервуар для отвода воды. Это помогает поддерживать небольшое противодавление, а также помогает контролировать уровень воды в резервуаре.

Рисунок 5. Схема ствола ружья с использованием бокового пыльника.

Все чаще и чаще можно использовать боковой пыльник, чтобы сначала отделить больше газа от жидкости. Сначала он перетекает в боковой пыльник, который установлен снаружи и немного выше бака. Жидкость проходит через трубку в нижней части багажника до дна резервуара. Отсюда разделение происходит как обычно, нефть всплывает вверх, а вода остается внизу. Поскольку ствол пистолета работает исключительно под действием силы тяжести, для использования бокового башмака ствол пистолета должен быть установлен так, чтобы он находился примерно на один фут выше уровня жидкости в резервуарах, которые он питает.

Резервуары

Резервуар предназначен для хранения добытой и сепарированной нефти до ее готовности к продаже. Его компоновка очень похожа на ствол пистолета, и вода будет продолжать падать из масла до тех пор, пока оно не будет отправлено по трубопроводу или на грузовике, поэтому некоторая система для удаления сточной воды также необходима со стандартными резервуарами. Обычно необходимо накопить достаточно масла, чтобы заполнить транспортный бак на 210 баррелей. Вам не нужны целые 210 бочек, скорее, от 160 до 180.Более того, грузовик будет весить слишком много для большинства дорог и шоссе.

Одно из отличий стокового резервуара заключается в том, что необходимо часто измерять уровень жидкости внутри. Обычный способ сделать это – использовать простой отвес и леску. Падение металлического отвеса на дно резервуара несколько раз в день может в конечном итоге привести к повреждению резервуара, однако резервуары с запасом обычно имеют дополнительный слой металла, называемый ударной пластиной, размещенный под люком вора.

Рис. 6. Пример компоновки ствола орудия и двух прикладных баков. (любезно предоставлено Национальной танковой компанией)

Имеется несколько различных стандартных резервуаров. В простейшем случае используется только плоское дно. Более специализированные резервуары имеют коническое дно, что очень помогает при очистке основного резервуара. Парафин и более тяжелое масло часто могут собирать воду и становиться достаточно тяжелыми, чтобы упасть на дно (и на самом деле эту смесь обычно называют дном), где ее трудно удалить.Коническая форма собирает большинство этих тяжелых элементов в самом низу и побуждает их вытекать через слив.

Существует два разных типа цистерн с коническим дном. Первый имеет коническое дно, которое заканчивается узким поддоном, как показано на Рисунке 7.

Рисунок 7. Бак первого типа с коническим дном.

Для этого типа резервуара требуется небольшая яма с боковыми сторонами, расположенными под правильным углом, чтобы поддерживать дно резервуара, и небольшую площадку, выкопанную для отстойника.Перед установкой резервуара яму следует засыпать гравием и битумной бумагой. Это помогает предотвратить конденсацию грунта, ведущую к коррозии.

Рисунок 8. Второй тип резервуара с коническим дном.

Танк второго типа опирается на металлическую пластину, которая не позволяет ему проваливаться в землю. Коническое дно открыто для воздуха, хотя часто оно защищено и не видно. Эти резервуары легко распознать, поскольку отверстия должны быть немного выше, так как резервуар расположен выше, чтобы оставить место для конического дна.

Рис. 9. Второй стиль, показывающий более высокую требуемую розетку.

У большинства стандартных цистерн есть четыре отверстия сбоку. Один из них, который следует разместить в передней части резервуара на расстоянии примерно 30 см от дна, – это торговая точка. Он используется для отправки добытой нефти в трубопровод или грузовик при продаже (схемы этих двух методов продаж можно увидеть здесь: подготовка и продажа добычи нефти и газа).

Второй – это слив, который представляет собой 4-дюймовое отверстие в задней части бака и находится примерно в 4-х дюймах от дна.В верхней части резервуара с обоих концов будут отверстия для соединения резервуаров с запасом вместе с уравнительными линиями, как описано выше.

Сливное отверстие, расположенное примерно в 4 дюймах от дна, обычно подключается к трубе, которая проходит вдоль дна, а затем поворачивается вниз, так что заканчивается примерно в дюйме от дна. Парафин и более тяжелое масло часто собираются на дне в слой толщиной в несколько дюймов. Слив поможет очистить область непосредственно вокруг воздухозаборника. Просверливание ряда небольших отверстий в нижней части трубы может помочь сохранить большую площадь в чистоте.

Впускное отверстие для масла в резервуар для хранения часто имеет сливной стакан, так что масло стекает прямо до дна в 30 см. Несколько небольших отверстий следует просверлить в сливном стакане в верхней части, чтобы предотвратить создание сифонного эффекта, а также позволить газу выходить. Нисходящий стакан снижает статическое электричество в масле, которое может способствовать гидролизу и коррозии. Это также снижает потери более легкого масла из-за испарения. Это также помогает перемещать тяжелый слой, который может скапливаться на дне.

Бак для отвода воды

Как вы могли догадаться, резервуар для отвода воды используется для удержания воды перед ее утилизацией. В экстренных случаях его также можно использовать как переливной бак. Он должен иметь как минимум 200 баррелей или одну транспортную загрузку. Резервуар обычно короткий, чтобы немного облегчить удаление воды. Обычно это откачивается из колодца для водоотведения или колодца, используемого для заводнения (дополнительную информацию о резервуарах для водоотведения и наводнения можно прочитать здесь: Методы восстановления второй стадии для добычи нефти и газа).

Рисунок 10. Пример емкости для отвода воды.

Цистерны могут изготавливаться из двух половин, чтобы упростить доставку на место. В соответствии с правилами, направленными на защиту окружающей среды, резервуар для воды заменил яму в качестве общего резервуара для утилизации.

Яма

Яма представляет собой открытый резервуар с земляными стенами, построенными для удержания воды. Яма обычно имеет пластиковую подкладку, которая предотвращает загрязнение окружающей грязи химическими веществами, содержащимися в воде.Он также может иметь сетку или сетку, чтобы животные не заходили в аквариум. Раньше яму называли слякотной ямой. Как правило, это означало, что он был заполнен куском парафина и более густой жидкостью, что больше не соответствует действительности. Ямы могут выступать в качестве сборного резервуара или, если необходимо, обладать способностью к аварийной ситуации.

Дайка Правила

могут требовать сооружения дамбы вокруг всех контейнеров с жидкостью, которая может загрязнять землю. Эти правила обычно требуют, чтобы дамба могла удерживать 1.В 5 раз больше жидкости, чем могут вместить все сосуды внутри него. Вам нужно будет проложить пешеходную дорожку над дамбой, чтобы не допустить ее повреждения дорожным движением.

Рис. 11. Плотина вокруг танковой батареи, включая пешеходный переход через дамбу.

Другое применение

Ствол орудия, прикладной танк, яма и другие суда, о которых мы уже говорили, – все это стандартные суда в танковой батарее.