Применение спутниковых технологий в геодезии

Высокая точность современных спутниковых координатных определений на линиях различной протяженности в сочетании с возможностью проведения измерений в самых разнообразных физико-географических условиях создали предпосылки для эффективного использования спутниковых методов при решении широкого круга задач прикладной геодезии. В последние годы такие методы стали все чаще использоваться при строительстве тоннелей, сооружении мостов, прокладке магистральных трубопроводов, создании и дальнейшей эксплуатации линейных ускорителей заряженных частиц и других крупных инженерных сооружений.

Специфика использования спутниковых методов на вышеупомянутых видах работ состоит не только в оперативном определении координат замаркированных точек с высокой точностью, но и в разработке методов определения ориентирных направлений. При этом измерения приходится, зачастую, проводить в условиях частичной экранировки поступающих от спутников радиосигналов различными видами конструкций создаваемых объектов. Отмеченные особенности обусловливают целесообразность разумного сочетания наземных и спутниковых методов геодезических измерений, объединяющих в себе спутниковую приемную аппаратуру с такими традиционными геодезическими инструментами, как теодолиты, тахеометры, нивелиры и створные лазерные системы.

Применительно к строительству тоннелей с использованием спутниковых методов последние применяют с целью построения: наземных высокоточных геодезических сетей, перекрывающих всю площадь между входными порталами и устанавливающих связь с опорными сетями соответствующего класса. При создании тоннелей в сложных рельефных условиях преимущество спутниковых методов становится наиболее ощутимым. Накопленный к настоящему времени опыт m такого вица работах свидетельствует о том, что при расстоянии между порталами до 10 км спутниковые методы обеспечивают точность па уровне около 1 см. Отработанные на их основе специализированные методы определения ориентирных направлений обеспечивают разрешающую способность на уровне около одной угловой секунды при взаимном расстоянии между пунктами не менее 400 м.

При создании различного рода дамб возникает необходимость проведения геодезических работ не только в процессе строительства, но и при дальнейшей их эксплуатации с целью идентификации и анализа возникающих деформаций и смещений элементов конструкции, находящихся под большим внешним давлением. Для достижения повышенной точности получаемой информации и ее объективности спутниковые методы во многих случаях объединяют с наземными методами, базирующимися на использовании тахеометров и высокоточных нивелиров. Совместное использование перечисленных выше технических средств и методов позволяет своевременно и достаточно надежно выявлять опасные деформации и смещения.

Примером описанного подхода может служить Сергиево-Посадская гидроаккумулирующая электростанция. На этом объекте для слежения за деформациями и смещениями наиболее ответственных компонентов конструкции гидроузла использованы в комплексе наземные и спутниковые геодезические методы. При этом пункты, ответственные за величину изучаемых деформаций, закреплены непосредственно на компонентах конструкции гидроузла, а опорные пункты, относительно которых определяются деформации и смещения, размещены на окружающей территории за пределами электростанции. Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что разрешающая способность использованных комплексных методов соответствует нескольким миллиметрам как в плановой плоскости, так и по высоте.
При выполнении геодезических работ на таких крупных инженерных сооружениях, как современные линейные ускорители заряженных частиц, основные особенности связаны с тем, что замаскированные пункты располагаются практически на одной прямой.

При использовании наземных методов, основанных на измерении углов и расстояний, возникает необходимость в организации дополнительных пунктов с целью улучшения геометрии сети, что неизбежно приводит к неоправданным дополнительным технико-экономическим затратам и другим осложнениям. В отличии от наземных методов СПУТНИКОВЫЕ методы не столь критичны к геометрии расположения пунктов и сказываются вполне пригодными для обеспечения требуемой точности координатных определении на пунктах, расположенных вдоль прямолинейной трассы.

На ускорителях рассматриваемого типа в местах стыковки необходимо обеспечить миллиметровый уровень точности как в плане, так и по высоте. Для удовлетворения столь высоких требований так же, как и в предыдущем случае, возникает необходимость в комплексном использовании наземных и спутниковых технических средств. На основе анализа спутниковых измерений на упомянутом ускорителе в Стэнфорде установлено, что в горизонтальной плоскости размеры больших полуосей эллипсов стандартных уклонений не превышают 3 мм. Для оценки точности вертикального компонента было выполнено сравнение разностей высот над выбранным референц – эллипсоидом (что характерно для спутниковых измерений) с разностями нивелирных высот. Полученное расхождение оказалось равным 5 мм, что объясняется недостаточно строгим учетом наклона поверхности квазигеоида.
Для выверки створности установки элементов конструкции линейного ускорителя была применена створная лазерная система, позволяющая определять уклонения от оси линейного базиса, имеющего длину около 3 км, с точностью лучше, чем 0,1 мм. Использование для этих целей векторных решений, основанных на применении GPS, обеспечило расхождения, не превышающие ±1 мм.