ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ Все геодезические измерения, как бы тщательно они ни выполнялись, сопровождаются неизбежными случайными погрешностями. Для правильной организации геодезических работ перед съемкой заранее задаются требуемой точностью измерения и с ее учетом выбирают методику производства работ и соответствующие приборы. Научная организация геодезических работ требует обязательного соблюдения основных принципов: Принцип развития «от общего к частному» - данный принцип является главным при развитии геодезических опорных сетей, на основе которых выполняются съемки и решаются инженерные задачи на местности. Обязательный контроль всех этапов измерительного и вычислительного процессов; без контроля предыдущих измерений и вычислений нельзя приступать к выполнению последующих этапов полевых либо камеральных работ. ПОНЯТИЕ ОБ ОПОРНЫХ СЕТЯХ Государственная геодезическая сеть (ГГС) представляет совокупность пунктов с известными координатами и высотами, равномерно расположенных на всей территории страны. ГГС создается для распространения на территории республики единой системы координат и высот, которые определяются для геодезических пунктов (ГП), закрепленных на местности. ГП состоит из знака и центра (рис.13). Знак представляет собой устройство или сооружение, обозначающее положение ГП на местности и необходимое для взаимной видимости между смежными пунктами. Центр является носителем координат и высот (X,Y,H), определяемых с погрешностью до 1 мм.
       
а) центр б) пирамида в) сигнал
Рис.13.Схемы геодезических пунктов
ГГС делится на плановую и высотную. Плановая ГГС создается астрономическими или геодезическими методами. Высотная ГГС создается методами геометрического нивелирования, т.е. горизонтальным лучом визирования. С целью увеличения числа плановых и высотных пунктов на единицу площади строятся сети сгущения, на основе которых создается съемочное обоснование. Всякая топографическая съемка должна базироваться в точках, закрепленных на местности, плановое и высотное положение которых (координаты х, у, Н) известно. Такие точки называются опорными пунктами. Совокупность этих пунктов составляет опорную сеть. Положение опорных пунктов на земной поверхности может быть определено астрономическим и геодезическим способами. Астрономический способ заключается в определении геодезических координат (геодезической широты В и геодезической долготы L) каждого пункта путем наблюдений небесных светил. По результатам астрономических наблюдений определяются также геодезические азимуты А направлений на пункты; кроме того, азимуты направлений могут быть получены при помощи гирокомпасов либо гиротеодолитов. В дальнейшем от геодезических координат пунктов (В, L) и геодезических азимутов (А) переходят к прямоугольным координатам (х, у) и дирекционным углам (а) направлений. Достоинством данного способа является независимое определение координат пунктов. Однако даже незначительные погрешности в определении геодезических координат точек с учетом погрешности уклонения отвесных линий от нормалей к поверхности эллипсоида вызывают значительные погрешности в прямоугольных координатах, достигающие 60—100 м. Следовательно, основным недостатком астрономического способа определения координат точки является сравнительно малая точность. Геодезический способ состоит в том, что из астрономических наблюдений находят прямоугольные координаты лишь отдельных (исходных) пунктов системы. Остальные пункты опорной сети связываются с исходными путем выполнения на земной поверхности измерений сторон и углов геометрических фигур, вершинами которых являются опорные пункты. Такая схема построения опорных сетей ограничивает накопление погрешностей, обеспечивает надежный контроль измерений и позволяет независимо выполнять геодезические работы на различных участках, обеспечивая их смыкание в пределах установленных допусков. Опорные сети, координаты пунктов которых определены геодезическим способом в единой системе координат, носят название геодезических опорных сетей. Геодезический способ создания опорных сетей на территории нашей страны является основным. Лишь для создания карт масштаба мельче 1:100000, особенно в необжитых местах (Арктика, Антарктида и др.), может быть использован астрономический метод.
КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ОПОРНЫХ СЕТЕЙ Согласно принципу перехода «от общего к частному» вся опорная сеть подразделяется на классы и построение ее осуществляется несколькими ступенями: от сетей высшего класса к низшему, от крупных и точных геометрических построений к более мелким и менее точным. Пункты высших классов располагаются на больших (до нескольких десятков км) расстояниях друг от друга и затем последовательно сгущаются путем развития между ними сетей более низких классов. Такой подход позволяет в сжатые сроки с высокой точностью распространить единую систему координат на всю территорию страны. Различают плановые геодезические сети, в которых для каждого пункта определяются прямоугольные координаты (х, у) в общегосударственной системе, и высотные, в которых высоты (Н) пунктов определяются в Балтийской системе высот. Геодезические сети России принято подразделять на государственную геодезическую сеть, геодезические сети сгущения и съемочные геодезические сети. Густота геодезических сетей и необходимая точность нахождения планового положения пункта определяется характером научных и инженерно-технических задач, решаемых на этой основе. Поэтому для обеспечения требуемой точности построения геодезических сетей угловые и линейные измерения ее элементов должны выполняться соответствующими приборами и методами.
ВИДЫ ГОСУДАРСТВЕННЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Государственная геодезическая сеть России является главной геодезической основой топографических съемок всех масштабов и должна удовлетворят требованиям народного хозяйства при решении соответствующих научных и инженерно-технических задач. Государственная геодезическая сеть России включает в себя: а) плановые сети 1, 2, 3 и 4 классов, которые различаются между собой точностью угловых и линейных измерений, длиной сторон сетей и порядком их последовательного развития. Плановые сети создаются методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии и их сочетаниями; б) высотные нивелирные сети I, II, III и IV классов. СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙСЕТИ Плановые геодезические сети строят в основном методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии, а также различными их сочетаниями. Метод триангуляции заключается в том, что на местности строят сеть смежных треугольников с измерением в каждом из них всех углов, а в начале и конце сети измеряют две стороны (базисные стороны или базисы). По измеренным углам в одной из сторон последовательно определяют длины всех сторон треугольников. По вычисленным сторонам и углам последовательно вычисляют плановые координаты всех пунктов сети. Метод трилатерации отличается от триангуляции тем, что в треугольниках измеряют не углы, а еестороны. Метод полигонометрии состоит в построении на местности ломаных линий (ходов), в которых измеряют все линии и углы между смежными сторонами. В России существующая государственная плановая геодезическая сеть построена методами триангуляции и полигонометрии. По точности сеть подразделяется на 1, 2, 3 и 4-й классы, различающиеся между собой размерами треугольников и точностью измерения в них углов и линий. Рассмотрим подробнее Метод триангуляции. Сущность метода триангуляции заключается в построении на местности систем треугольников, в которых измеряются все углы и длины некоторых базисных сторон. Длины других сторон треугольников рассчитываются по известным формулам тригонометрии. Если непосредственное измерение базисной стороны затруднительно, то на одной из сторон (например, АВ), разбивают базисную сеть ABCD, в которой с высокой точностью измеряют короткий базис CD и все горизонтальные углы. Путем вычислений переходят от длин базиса к длине стороны АВ, которая в данном случае называется выходной стороной сети. Если известны координаты исходного пункта А, дирекционный угол и длина исходной стороны (аАВ, dAB),. последовательно решая прямую геодезическую задачу, можно рассчитать координаты всех пунктов сети. Триангуляция 1 класса создается в виде астрономо-геодезической сети и призвана обеспечить решение основных научных задач, связанных с определением формы и размеров Земли. Она является главной основой развития сетей последующих классов и служит для распространения единой системы координат на всю территорию Российской Федерации. Ее построение осуществляется с наивысшей точностью, которую могут обеспечить современные приборы при тщательно продуманной методике измерений. Основные характеристики триангуляции 1-4 класса приведены в таблице 1.
Таблица 1
Рис.. Триангуляция: а - сущность метода триангуляции; б - схема развития сетей триангуляции 1-4 классов. Метод полигонометрии целесообразно применять там, где метод триангуляции требует постройки сплошных высотных знаков.
Полигонометрия 1 класса строится в виде вытянутых по направлениям меридианов и параллелей ходов, образующих звенья первоклассного полигона с периметром 700—800 км. На концах звена (в вершинах полигонов) определяются пункты Лапласа. Полигонометрия 2 класса развивается внутри полигонов триангуляции или полигонометрии 1 класса в виде сети замкнутых полигонов с периметром 150—180 км. Полигонометрия 3 и 4 классов строится в виде систем ходов с узловыми пунктами или одиночных ходов, опирающихся на пункты государственной геодезической сети высших классов. Основные характеристики полигонометрии приведены в табл. 2.
Государственная нивелирная сеть. Высоты пунктов государственной нивелирной сети определяют методом геометрического нивелирования. По точности и назначению государственная нивелирная сеть разделяется на сети I, II, III и IV классов. Нивелирные сети I и II классов являются главной высотной основой, посредством которой устанавливается единая (Балтийская) система высот по всей территории России, и используются для решения научных задач: изучения вертикальных движений земной коры, определения уровня воды в морях и океанах и т. п. Линии нивелирования I и II классов прокладываются по заранее разработанным направлениям. Не реже чем через каждые 25 лет линии I и частично II классов нивелируются повторно. Во всех случаях линии нивелирования I и II классов прокладываются по трассам с наиболее благоприятными грунтовыми условиями и наименее сложным профилем. Нивелирная сеть I класса состоит из ходов, образующих сомкнутые полигоны периметром около 2000 км. Нивелирование I класса выполняется с наивысшей точностью, достигаемой применением наиболее совершенных приборов и методов наблюдений: средняя квадратическая случайная погрешность определения превышения 0,5 мм на 1 км хода. Нивелирная сеть II класса составлена из ходов, опирающихся на пункты нивелирования I класса и образующих полигоны с периметром в 500—600 км Средняя квадратическая погрешность определения превышения в нивелирных ходах II класса не должна превышать mh=0,8 мм на 1 км хода. Нивелирные сети III класса прокладываются внутри полигонов нивелирования I и II классов в виде систем и отдельных ходов, делящих полигон 11 класса на 6—9 полигонов периметром 150—200 км (1,6 мм на 1 км хода). Дальнейшее сгущение нивелирной сети III класса выполняется построением систем ходов нивелирования IV класса (б мм на 1 км хода), опирающихся на пункты нивелирования высших классов. Ходы нивелирования IV класса являются - непосредственной высотной основой топографических съемок; густота их прокладки обусловливается масштабами съемок и характером рельефа местности. Линии нивелирования всех классов в среднем через каждые 5 км закрепляются на местности постоянными реперами и марками.
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ СГУЩЕНИЯ И СЪЕМОЧНЫЕ СЕТИ Геодезические сети сгущения развиваются на основе государственной геодезической сети и служат для обоснования крупномасштабных съемок, а также инженерно-геодезических и маркшейдерских работ, выполняемых в городах и поселках, на строительных площадках крупных промышленных объектов, на территориях горных отводов и т. д. Плановые геодезические сети сгущения создаются в виде триангуляции (триангуляционные сети) и полигонометрии 1 и 2 разрядов. Триангуляция 1 разряда развивается в виде сетей и цепочек треугольников со стороной 1—5 км, а также путем вставок отдельных пунктов в сеть высшего класса. Углы измеряются со средней квадратической погрешностью не более 5", относительная погрешность выходных сторон — не более 1: 50 000. Триангуляция 2 разряда строится так же, как триангуляция 1 разряда; кроме того, положение пунктов 2 разряда может определяться прямыми, обратными и комбинированными геодезическими засечками. Длины сторон треугольников в сетях 2 разряда принимаются от 0,5 до 3 км, средняя квадратическая погрешность измерения углов —10", относительная погрешность выходных сторон - не более 1:20 000. Полигонометрия 1 и 2 разрядов создается в виде одиночных ходов или систем с узловыми точками, длины сторон которых принимаются в среднем равными, соответственно, 0,3 и 0,2 км. Средняя квадратическая погрешность измерения углов в ходах полигонометрии 1 разряда — 5", относительная погрешность измерения длин - 1:10000. В полигонометрии 2 разряда точность угловых и линейных измерений в 2 раза ниже по сравнению с полигонометрией 1 разряда. На все пункты геодезических сетей сгущения должны быть переданы отметки нивелированием IV класса или техническим нивелированием. В горной местности допускается передача отметок точек тригонометрическим нивелированием. Съемочные геодезические сети (геодезическое съемочное обоснование) создаются для сгущения геодезической сети до плотности, обеспечивающей выполнение топографической съемки. Плотность съемочных сетей определяется масштабом съемки, характером рельефа местности, а также необходимостью обеспечения инженерно-геодезических, маркшейдерских и других работ для целей изыскания, строительства и эксплуатации сооружений. Съемочное обоснование развивается от пунктов государственных геодезических сетей и геодезических сетей сгущения. Съемочные сети создаются построением съемочных триангуляционных сетей, продолжением теодолитных, тахеометрических и мензульных ходов, прямыми, обратными и комбинированными засечками. При развитии съемочного обоснования одновременно определяется, как правило, плановое и высотное положение точек. Высоты точек съемочных сетей определяются тригонометрическим нивелированием или геометрическим нивелированием горизонтальным лучом с помощью нивелира, а также теодолита либо кипрегеля с уровнем при трубе.
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПУНКТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НА МЕСТНОСТИ Все пункты геодезических сетей закрепляются на местности центрами, конструкции которых определены соответствующими инструкциями. Центры должны обеспечивать неизменность положения и сохранность пункта в течение продолжительного времени. Типы центров устанавливаются в зависимости от физико-географических условий местности. Центры пунктов ГГС представляют собой сложные сооружения из бетонных пилонов с якорями в нижней части или бетонных свай, закапываемых в землю обязательно ниже зоны сезонного промерзания грунта. В верхней части пилона на уровне поверхности земли бетонируется металлическая марка. Пункты ГСС также закрепляются на местности долговременными центрами, но по конструкции они несколько проще, чем центры ГГС. Пункты съемочных сетей закрепляют постоянными или временными центрами в зависимости от сроков их использования. В качестве центров могут быть использованы обрезки рельсов, металлических труб, арматуры или деревянные колья. Пункты высотных сетей в зависимости от класса нивелирования и условий местности закрепляют грунтовыми реперами, скальными или стенными марками. Грунтовые реперы закладывают в рыхлых породах, скальные марки бетонируются в скальных породах, стенные марки заделывают в фундаментах капитальных зданий, опорах мостов и т.д. В качестве наружных геодезических знаков над центрами пунктов устанавливают специальные сооружения в виде деревянных или металлических пирамид (рис. а) или более сложных и высоких сигналов (рис. б). В верхней части пирамиды или сигнала устанавливается специальной конструкции цилиндр, служащий визирной целью при наблюдении с других пунктов. Высоту пирамиды или сигнала рассчитывают такой, чтобы визирный цилиндр был виден со всех смежных пунктов. У сигналов, высота которых может доходить до 30-40 м, в верхней части оборудуют столик для установки на нем геодезического прибора. Визирный цилиндр и марка центра пункта должны располагаться на одной отвесной линии. Наблюдение этого условия называется редукцией визирной цели и специально измеряется. Если ось вращения геодезического прибора, установленного на штативе или на столике сигнала, и центр пункта расположены не на одной вертикали, то это вызывает погрешность центрирования (центрировки), которую специально определяют. Заложенные центры и наружные знаки пунктов государственно геодезической сети охраняются государством. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЪЕМКАХ МЕСТНОСТИ Съемкой называется комплекс измерений, выполняемых с целью составления плана, карты или профиля заданного участка местности. В зависимости от характера получаемых данных о местности выделяют: горизонтальную, вертикальную и топографическую съемки. Горизонтальной (плановой) съемкой называют такую съемку, результате которой получают контурный план участка местност На таком плане положение элементов местности по высоте не от бражается. Вертикальная (высотная) съемка имеет целью определение п ложения точек местности по высоте относительно уровенной п верхности или относительно друг друга. Такой вид съемки называется нивелированием. Топографическая съемка является сочетанием горизонтальной и вертикальной съемок. В результате этой съемки получают топографический план или карту, на которых положение точек земной поверхности одновременно отмечается как в плане, так и по высоте. Задачей всякой съемки является определение взаимного положения объектов (ситуации) земной поверхности и рельефа, изображение их на планах, картах или в виде профилей на бумаге. В комплекс работ по съемке местности входят следующие основные процессы: развитие на заданном участке местности съемочной геодезической сети; съемка ситуации и рельефа; вычислительная обработка результатов измерений, целью которой является получение координат и высот точек съемочной сети с оценкой точности их определения; графические работы, в процессе которых результаты измерений на местности и результаты вычислений переводятся на бумагу в виде планов, карт, профилей и других графических документов. Первые два из перечисленных процессов составляют полевые работы, т.е. выполняемые непосредственно в полевых условиях, на местности. Вычислительные и графические работы выполняются вне объекта съемки, в кабинетах и лабораториях и называются камеральными работами. Полевые работы производят по принципу от общего к частному. Это означает, что на участке съемки вначале определяют положение ограниченного числа точек съемочной сети, а затем на основании этих точек выполняют съемку ситуации и рельефа. Все полевые и камеральные работы при съемке должны быть организованы так, чтобы на каждом этапе работ был обеспечен надежный контроль предыдущих результатов. В зависимости от применяемых методов и приборов различают несколько видов съемок. Теодолитная съемка выполняется угломерным прибором -теодолитом и рулеткой с целью получения контурного плана местности. Следовательно, теодолитная съемка является горизонтальной. Тахеометрическая съемка относится к топографическим. Она производится теодолитом и дальномерами. Топографический план участка местности с изображением ситуации и рельефа составляется по результатам полевых измерений полностью в камеральных условиях. Мензульная топографическая съемка выполняется при помощи мензулы и кипрегеля - приборов, позволяющих непосредственно в полевых условиях составить топографический план. Наземная фототопографическая съемка производится с помощью фототеодолита - фотокамеры, соединенной с теодолитом. Топографический план или карту получают в камеральных условиях путем специальных измерений наземных фотоснимков местности. Воздушная фототопографическая съемка - это в настоящее время основной вид съемки для составления топографических карт. Местность фотографируется с самолета специальным аэрофотоаппаратом. Карты создают в камеральных условиях по результатам измерений аэрофотоснимков. Упрощенные съемки пониженной точности применяют в отдельных случаях для получения в самый короткий срок планов небольших участков местности. Различают глазомерную съемку, бус-сольную и др. Нивелирование (вертикальная съемка) осуществляется при помощи нивелира - прибора для определения превышений точек местности.
Лекция 7
|
