Государственные геодезические сети это – Глава II.Современное состояние опорных геодезических сетей

Пункты государственной геодезической сети (ГГС) I, II, III, IV классов

 

Служат важными элементами при построении опорной сети тригонометрическими (триангуляция), полигонометрическими и другими методами. Они представляют собой инженерные строительные сооружения, с использованием которых реализуются основные геодезические работы на территории всей страны. После проведенных на них измерений и полученных результатов в виде координат всех центров, пункты являются основой для формирования единой системы координат. Кроме этого они также считаются основой для проведения топографических съемок с целью изыскательских работ или картографирования. Некоторые из них могут использоваться в гравиметрических и астрономических измерениях. Они также служат исходными станциями при выполнении геодезических работ по созданию разбивочной основы для ведения строительства различных объектов.

Все эти пункты не зря называются основой. Ведь они действительно, как основания зданий фундаменты, должны быть устойчивыми к внутреннему давлению грунтов, температурным перепадам при промерзании, оттаивании и внешним атмосферным воздействиям. Государственные геодезические сети (ГГС) I, II, III, IV классов построены еще в СССР по основному принципу геодезистов «от общего к частному». К каждому классу сети предъявлялись свои технические требования. Наивысшими по точности и наибольшими по протяженности считаются сети I класса, которые являются основой для II класса и так далее. Поэтому к конструкциям пунктов всех государственных сетей предъявляются особые требования надежности и главное их недвижимости во времени. Почти все геодезические пункты состоят из подземной и наземной частей. К первой относятся центры, на которых производят измерения, и фиксируются однозначные координаты. А вторые обозначаются сигналами различных видов и высот, на которые ведутся наведения инструментов с других точек.

Центры пунктов ГГС

Важная часть всей конструкции, которая должна быть максимально стабильной. Она является несущим элементом абсолютных значений геодезических координат. Практически почти всегда находятся в грунтах для продолжительной сохранности и на возвышенных местах земной поверхности. Вообще место закладки центра зависит от различных факторов:

  • географического расположения района;
  • физико-механических свойств, состава и характера грунтов;
  • глубины их промерзания и оттаивания;
  • коррозийной степени грунта;
  • назначения пунктов.

Исходя из серьезности поставленных задач по строительству геодезических пунктов, по своему предназначению с долговременным и постоянным сохранением своего пространственного положения были проведены исследования и расчеты с целью определения оптимальных конструкций центров для наиболее встречающихся природных условий в стране. Результатом работ стало разработанная инструкция «Центры и реперы ГГС» именно для высококлассных основных работ. В ней были предусмотрены:

  • типовые конструкции центров с основными размерами;
  • глубины и уровни залегания относительно поверхности земли и границ промерзания грунта;
  • возможности применения механизмов при технологии закладки;
  • ориентирные пункты.

Разные типы конструкций центров предусматривают возможность их закладки в различных местах: обычных суглинках и песках, болотах и в северных грунтах вечной мерзлоты, в средних и южных широтах страны.

Рис.1.Типовые центры.

В основном центры изготавливаются в виде железобетонных конструкций (пилонов, свай) с различными: основаниями (с якорем или конусного вида), размерами, опознавательными знаками. К верхней площадке центра крепится специальная металлическая марка с обозначением центра в виде отверстия, наименованием и его нумерацией. Над этим отверстием и устанавливаются геодезические приборы для полевых измерений.

Рис.2.Марка центра.

Иногда центры на пунктах закладывались в двух местах, но один из них на большей глубине. В случаях уничтожения одного всегда появлялась возможность использовать другой центр. При этом естественно требовалось убедиться в их устойчивости и соответствию исходных данных на них.  

Наземные знаки ГГС

Предназначены для визуального определения местоположения центров и ориентирования с возможностью визирования на них при геодезических измерениях с соседних пунктов. Все эти сигналы могут быть различных конструкций и видов:

  • туры;
  • простые пирамиды;
  • простые сигналы;
  • сложные сигналы.

Рис.3.Тур, простые пирамиды.

Выбор наружных знаков во многом зависит от рельефа местности и видимости, позволяющей выполнять измерения между соседними пунктами. Требования к ним предъявляются так же строгие, как и к внутренним центрам пунктов. Ввиду того что они являются элементом измерительного процесса с визирными целями наверху вся конструкция должна обладать:

  • прочностью;
  • устойчивостью;
  • жесткостью.

Рис.4. Простые сигналы.

Расчет и разработка всех применяемых видов конструкций на все эти характеристики естественно выполняют на основании теории сопротивления материалов.

Устойчивость конструкций от влияния боковых (ветровых) нагрузок достигается выбором ширины между стойками пирамид и глубиной их заложения в грунт. Последняя величина варьируется от одного метра до полутора при устройстве простых пирамид и сигналов. И двух – двух с половиной метров при установке сложных конструкций сигналов.

Ветровые нагрузки разных направлений могут вызывать кроме опрокидывания малоустойчивых конструкций, еще и изгибание и колебания этих наружных сооружений. Поэтому к ним предъявляется особое требование быть жесткими до такой степени, что позволило бы выполнять геодезические измерения при скорости ветра до пяти метров в секунду.

Для выдерживания всех как внешних, так и внутренних нагрузок наземные сигналы должны иметь прочность отдельных узлов и всей конструкции в целом.

Особо стоит отметить визирные цели, устроенные в верхней части наземного знака. Они состоят из металлических цилиндров (труб) с приваренными к ним радиальными пластинами. Устанавливаются строго отвесно относительно вертикальной оси для правильного наведения на цель, точно выверенную и выставленную симметрично оси по геометрической схеме.

Высота наружных знаков ввиду их возможного разнообразия может быть различной и не совпадать с изначальными расчетами. Как правило, она колеблется от пяти метров до сорока. Окончательная высота и место закладки определяют в период рекогносцировки. Конструкции наземных знаков предусматриваются в специально предусмотренном для этого руководстве по их постройке.

Значительная высота сложных сигналов наводит на мысль, что использоваться совместно с пунктами в геодезических сетях могут наружные знаки в виде высотных и отдельно стоящих сооружений:

  • телевизионных и радиотрансляционных вышек;
  • световых навигационных маяков;
  • высотных производственных труб;
  • отдельно стоящих водонапорных башен;
  • характерных ориентирных точек (шпили) на высотных зданиях;
  • точек на башенных копрах, то есть специальных капитальных сооружений над вертикальными стволами в районах подземной добычи угля (Донецкий, Кузнецкий, Печорский регионы страны).

Координаты на высотных точках таких сооружений также определяются измерениями. В дальнейшем, возможно, их применение в различных геодезических работах. Они могут быть использованы и в качестве ориентирных центров.

Ориентирные знаки

Устанавливаются на пунктах государственных геодезических сетей I, II, III, IV классов. Название этих знаков говорит само за себя. Они служат ориентирами для наведения на геодезические пункты. Закрепляются на местности на выбор железобетонными или металлическими опознавательными столбами. Состоят из собственно центра (столба), марки и, так называемой охранной табличкой из нержавеющего металла с надписью о том, что это ориентирный пункт и охраняется государством. Этот важный аспект говорит о важности сооружений, что они находятся в сфере интересов и под защитой государства. Кроме этого ориентирные пункты устраиваются в поле зрения оптики геодезических инструментов на расстояниях от центров в пределах пятьсот — тысячи метров. Вокруг ориентирных пунктов прокапываются канавки радиусом один метр. Вынутый из нее дерн используют для обкладывания внешнего ее контура, а землю — для обустройства кургана вокруг центра.

Выбор места геодезических пунктов

Геодезические пункты практически всегда внешне представляют собой курганы на определенной высоте. Возможно, это такая техническая находка для поднятия знака на необходимую высоту с определенной экономической целесообразностью по укладке вынутого грунта и почвенного слоя вокруг пункта. Может быть это связано с тем, что уровень грунтовых вод должен находиться более пяти метров от земной поверхности в месте его расположения. Вообще существует ряд требований при выборе мест для закладки геодезических пунктов:

  • сейсмическая устойчивость;
  • не сложный рельеф;
  • отсутствие препятствий;
  • возможность проезда к месту работ на автомобильном транспорте круглогодично;
  • удаленность от ЛЭП на расстояние более, чем на 100 метров;
  • отдаленность от места постоянного проведения земляных работ более, чем на 1 км;
  • дальность от пунктов базиса до железнодорожных путей не менее 100 метров, а до автодорог не менее 15 метров.

geostart.ru

2.3. Новая структура государственной геодезической сети

Государственная геодезическая сеть структурно формируется по принципу перехода от общего к частному и включает в себя геодезические построения различных классов точности:

  • фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС),

  • высокоточную геодезическую сеть (ВГС),

  • спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1),

  • геодезические сети сгущения (ГСС).

Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть

Высший уровень в структуре координатного обеспечения территории России занимает фундаментальная астрономо-геодезическая сеть. Она служит исходной геодезической основой для дальнейшего повышения точности пунктов государственной геодезической сети.

ФАГС практически реализует геоцентрическую систему координат в рамках решения задач координатно-временного обеспечения (КВО).

Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть состоит из постоянно действующих и периодически определяемых пунктов, формирующих единую сеть на территории Российской Федерации.

Расстояние между смежными пунктами ФАГС – 650…1000 км.

Пространственное положение пунктов ФАГС определяется методами космической геодезии в геоцентрической системе координат относительно центра масс Земли со средней квадратической ошибкой 10…15 см, а средняя квадратическая ошибка взаимного положения пунктов ФАГС должна быть не более 2 см по плановому положению и 3 см по высоте с учетом скоростей их изменения во времени.

Высокоточная геодезическая сеть

Второй уровень в современной структуре ГГС занимает высокоточная геодезическая сеть, основные функции которой состоят в дальнейшем распространении на всю территорию России геоцентрической системы координат и уточнении параметров взаимного ориентирования геоцентрической системы и системы геодезических координат.

ВГС, наряду с ФАГС, служит основой для развития геодезических построений последующих классов, а также используется для создания высокоточных карт высот квазигеоида совместно с гравиметрической информацией и данными нивелирования.

ВГС представляет собой опирающееся на пункты ФАГС, однородное по точности пространственное геодезическое построение, состоящее из системы пунктов, удаленных один от другого на 150…300 км.

Пункты ВГС определяются относительными методами космической геодезии, обеспечивающими точность взаимного положения со средними квадратическими ошибками, не превышающими 3 мм +5×10–8 D (где D – расстояние между пунктами) по каждой из плановых координат и 5 мм +7×10–8 D по геодезической высоте.

Спутниковая геодезическая сеть 1 класса

Третий уровень в современной структуре ГГС занимает спутниковая геодезическая сеть 1-го класса, основная функция которой состоит в обеспечении оптимальных условий для реализации точностных и оперативных возможностей спутниковой аппаратуры при переводе геодезического обеспечения территории России на спутниковые методы определения координат.

СГС-1 представляет собой пространственное геодезическое построение, создаваемое по мере необходимости, в первую очередь, в экономически развитых районах страны, состоящее из системы легко доступных пунктов с плотностью, достаточной для эффективного использования всех возможностей спутниковых определений потребителями, как правило, со средними расстояниями между смежными пунктами около 25…35 км.

СГС-1 создается относительными методами космической геодезии, обеспечивающими определение взаимного положения ее смежных пунктов со средними квадратическими ошибками 3 мм +1×10–7 D по каждой из плановых координат и 5 мм +2×10–7 D по геодезической высоте.

Средняя квадратическая ошибка определения положения пунктов СГС-1 относительно ближайших пунктов ВГС и ФАГС не должна превышать 1…2 см в районах с сейсмической активностью 7 и более баллов и 2…3 см в остальных регионах страны.

Государственные сети 3-го и 4-го классов

Предназначены для сгущения сети пунктов 1 и 2 классов. Их строят в виде вставок отдельных пунктов в существующую сеть более высоких классов. Длины сторон треугольников сети 3-го и 4-го классов составляют соответственно 5-8 км и 2-5 км при относительной погрешности измеряемых сторон не более 1:200 000. Углы измеряют со средней квадратической погрешностью 1,5” и 2”. Вместо триангуляции разрешается применять полигонометрические ходы 3 и 4 классов. Существующая плотность ГГС при условии применения современных спутниковых и аэросъемочных технологий обеспечивает решение задач картографирования и обновления карт всего масштабного ряда до 1:500 для городов и 1:2000 для остальной территории.

На данный момент сеть ФАГС и ВГС в Российской Федерации имеет вид, представленный на рис. 2.3. Имеются 50 пунктов ФАГС и 300 ВГС, к 2020 году планируется увеличить число пунктов ФАГС до 100.

studfiles.net

2. Государственные геодезические сети

Государственной геодезической сетью называют геодезическую сеть, обеспечивающую распространение координат и высот на территории государства и являющуюся исходной для построения других геодезических сетей.

Государственная геодезическая сеть России является главной геодезической основой топографических съемок всех масштабов и должна удовлетворять требованиям народного хозяйства и обороны страны при решении соответствующих научных и инженерных задач. Для этого геодезические сети должны покрывать всю территорию страны сплошь с необходимой густотой и точностью определения положения пунктов.

Построение и поддержание в надлежащем состоянии геодезических сетей у нас в стране – задача государственной топографо-геодезической службы. Это работа сложная и организационно, и технически, к тому же дорогостоящая. Поэтому принимаются все меры для сохранения на местности сети геодезических пунктов.

Государственные геодезические сети делятся на плановые и высотные.

2.1. Государственная плановая геодезическая сеть

Работы по созданию государственной плановой сети на всей территории страны были в основном закончены к 1989 году.

Государственная плановая сеть подразделяется на сети 1, 2, 3 и 4-го классов, различающиеся между собой точностью угловых и линейных измерений и длиной сторон или плотностью пунктов.

Государственная геодезическая сеть 1-го класса строится в виде полигонов периметром 800–1000 км, образуемых триангуляционными, полигонометрическими или трилатерационными звеньями длиной порядка 200 км, расположенными по возможности вдоль меридианов и параллелей (рис. 5). Звено триангуляции (трилатерации) состоит из треугольников, близких к равносторонним, или из комбинаций треугольников, геодезических четырехугольников и центральных систем.

На концах звеньев триангуляции 1-го класса измеряют базисные стороны, которые опираются на так называемые пункты Лапласа (см. рис. 5). Пункты Лапласа  это пункты, долгота и широта которых найдены из астрономических наблюдений. Азимут базисной стороны также определяется в результате астрономических наблюдений. Это необходимо для переноса сети на поверхность референц-эллипсоида. Геодезическую сеть, имеющую пункты с определенными на них астрономическим путем координатами и азимутами, называют астрономо-геодезической сетью. Проект государственной астрономо-геодезической сети был предложен и разработан профессором Ф.Н. Красовским.

В сетях триангуляции 1-го класса стороны треугольников составляют от 20 до 25 км. Допустимая погрешность в определении углов треугольника 0,7. Ошибки в определении длин сторон треугольников допускаются в пределах 7–10 см, т.е. не более 1/400 000. Общая погрешность в звене триангуляции длиной 200 км не превышает 0,6 м.

Рис. 5. Схема построения геодезической сети

методом триангуляции 1, 2 и 3-го классов

Относительная ошибка положения пунктов триангуляции задается настолько малой, что при дальнейшем развитии сети пункты 1-го класса можно считать определенными безошибочно.

Государственная геодезическая сеть 2-го класса строится внутри полигонов 1-го класса в виде сплошной триангуляционной сети (см. рис. 5) или в виде пересекающихся ходов полигонометрии.

Внутри полигонов 1-го класса на нескольких пунктах 2-го класса производятся астрономические определения широты, долготы и азимута, т.е. устанавливаются пункты Лапласа.

Сеть 2-го класса, в свою очередь, заполняется сетями триангуляции 3-го и 4-го классов.

Стороны треугольников 2-го класса имеют в длину от 7 до 20 км, в среднем 13 км. Длины сторон треугольников 3-го класса составляют 5–8 км, а 4-го класса  2–5 км.

Углы треугольников 2-го класса измеряются со средней квадратической ошибкой, не превышающей 1, на пунктах 3-го класса ошибка не должна быть более 1,5, а 4-го класса  2.

Наряду с методом триангуляции государственная геодезическая сеть может строиться методами полигонометрии или трилатерации.

Полигонометрия 1-го класса строится в виде замкнутых полигонов. Полигонометрия 2-го класса строится внутри полигонов триангуляции или полигонометрии 1-го класса в виде сети замкнутых полигонов.

Пункты полигонометрии 3-го и 4-го классов определяются относительно пунктов полигонометрии или триангуляции высших классов проложением одиночных ходов или систем ходов, образующих узловые пункты.

Основные характеристики полигонометрии различных классов приведены в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

studfiles.net

Государственные геодезические сети

1. Основные принципы организации геодезических измерений.

В теоретических исследованиях и практике геодезических работ особое внимание уделяется определению взаимного положения точек, как в плановом отношении, так и по высоте. Многолетний опыт выполнения такого рода работ позволил выработать основные принципиальные положения, которые следует неукоснительно соблюдать при организации геодезических измерений. Это позволяет свести к минимуму неизбежные ошибки, не допустить накопления погрешностей при переходе от точки к точке, полностью избавиться от грубых промахов. Такими принципами являются:

переход «от общего к частному»;

систематический контроль всех видов работ.

Принцип перехода от общего к частному позволяет существенно уменьшить накопление погрешностей измерений. В соответствии с этим принципом геодезические построения не должны быть однородными, а наоборот, должны создаваться в несколько этапов. Пусть, например, требуется определить взаимное плановое положение множества точек 1, 2, 3… Сначала выберем несколько точек, взаимное положение которых определим с самой высокой точностью. Следует иметь ввиду, что высокоточные геодезические работы очень дороги, поэтому охватить ими сразу все точки было бы нерационально. Затем построим геодезическую сеть, включающую в себя пункты 1, 2, 3, 4, 5, … , 12. эта сеть будет иметь в качестве исходных данных координаты точек 1-4, которые, образуя своеобразный жесткий каркас, не позволят новой сети деформироваться под влиянием погрешностей измерений. На следующем этапе дальнейшее сгущение сети, добавив точки 13, 14, … , 25. построение, состоящее из точек 1-25, будет опираться на пункты 1-12, полученные на первых двух этапах. Можно представить себе четвёртый, пятый и т.д. этапы сгущения сети, проводимые до тех пор, пока расстояния между точками не достигнут величины, необходимой для производства съёмок местности, разбивок сооружений и т.д. Построение геодезической сети по рассмотренной выше схеме в соответствии с принципом перехода от общего к частному требует, чтобы точность каждого предыдущего этапа была бы выше точности последующего ровно на столько, насколько это необходимо для того, чтобы погрешностями исходных данных можно было бы пренебречь.

Принцип систематического контроля требует так организовать геодезические работы, чтобы на всех их стадиях и этапах каждый результат измерений, вычислений и построений был бы надежно и неоднократно проконтролирован.

Геодезические сети представляют собой систему точек, определенным образом размещенных и закрепленных на местности. Положение этих точек в результате выполнения геодезических измерений и вычислений должно быть найдено в единой системе координат и высот. Геодезические сети, для точек которых получены только координаты X, Y или только высоты Н, называют плановыми или высотными. Если пункты, закрепленные на местности, имеют все три координаты X, Y, H, то образующие их геодезические сети называют планово-высотными. В зависимости от роли в общей системе создания геодезической основы на данной территории, точности, назначения и густоты геодезической сети в соответствии с современной классификацией делят на государственные геодезические, сгущения, специальные и съёмочные.

Государственная геодезическая сеть представляет собой общегосударственную главную геодезическую основу. В тех местах, где плотность пунктов главной геодезической основы недостаточна для выполнения тех или иных геодезических работ, сети сгущения. Специальные геодезические сети развивают в связи со строительством инженерных сооружений или проведением каких-либо других работ, предъявляющих к геодезическому обеспечению особые требования. Съёмочные геодезические сети представляют собой систему пунктов, непосредственно с которых выполняют съёмку местности, перенесения в натуру проекта сооружения, различные контрольные измерения и т.п. По этой причине съёмочные сети называют рабочей геодезической основой.

Кроме перечисленных выше способов классификации, геодезические сети подразделяются в зависимости от способа их построения.

2. Методы построения планов геодезических сетей.

Вычисление координат пунктов плановых геодезических сетей, каким бы способом эти сети не создавались, так или иначе связано с решением прямой и обратной геодезических задач.

Прямая геодезическая задача.

Даны координаты некоторой точки А, а также длина и дирекционный угол линии АВ, соединяющий точку А с точкой В. Требуется вычислить координаты точки В.

Обозначим

тогда

Величины и называют приращениями координат по оси абсцисс и оси координат соответственно. Индекс «АВ» показывает, что приращения координат получены по стороне АВ. В геометрическом смысле приращение является ортогональной проекцией стороны АВ на ось абсцисс, так же как представляет собой ортогональную проекцию этой же линии на ось ординат.

Из получим:

Если для вычисления приращений используют румб , то ; .

Подставив в формулу (1) значения приращений согласно (2), получим:

Вычисления приращений координат выполняют на микрокалькуляторе или с помощью специальных таблиц.

Зависимость между дирекционными углами сторон и горизонтальным углом между ними.

В ряде геодезических построений дирекционный угол , необходимый для решения прямой геодезической задачи по стороне АВ, бывает неизвестен и его приходится вычислять по дирекционному углу стороны АС, составляющей с АВ горизонтальный угол .

или , (3)

где и — горизонтальные углы между линиями АС и АВ, соответственно, с левой и правой стороны по отношению к САВ.

Если вместо задан обратный по отношению к нему дирекционный угол , то определив , подставим его в формулы (3)получим:

(4)

или

. (5)

Если считать, что мы движемся от линии СА к линии АВ, то дирекционный угол последующей стороны (в данном случае АВ ) будет равен дирекционному углу предыдущей стороны ( в данном случае СА ), измененному на 180, плюс левый или минус правый горизонтальный угол между этими сторонами по отношению к принятому направлению движения.

Обратная геодезическая задача.

Обратная геодезическая задача заключается в том, что по координатам двух точек находят длину и дирекционный угол, соединяющий их линии. Пусть даны координаты точки А и точки В. Прежде всего найдём приращение координат ; .

Затем по теореме Пифагора вычислим длину стороны :

После этого получим величину румба направления АВ:

контроль:

Возможен другой путь решения задачи, когда, вычислив приращения координат, прежде всего находят румб и дирекционный угол , а уже затем длину стороны :

В основу наиболее распространенных способов положен единый принцип, в соответствии с которым на местности строят те или иные геометрические фигуры, позволяющие установить геометрическую связь между точками развиваемых геодезических сетей. Для реализации такой связи в упомянутых фигурах измеряют с необходимой точностью углы и стороны. В зависимости от типа и размеров фигур, используемых для построения сетей, а также от того, какие элементы и с какой точностью в этих фигурах измеряются, различают несколько способов определения координат точек местности.

Триангуляция — один из методов создания плановых геодезических сетей на основе построения и решения треугольников по измеренным углам. Триангуляция представляет собой систему примыкающих или перекрывающих друг друга треугольников, которые могут образовывать триангуляционный ряд или триангуляционную сеть. Сторону одного из треугольников измеряют непосредственно или получают косвенным путем, построив так называемую базисную сеть, состоящую, как правило, из ромбов с разными по длине диагоналями. Остальные стороны триангуляционного ряда или сети находят путём последовательного решения треугольников по углам и стороне, используя терему синусов.

Известно, что для решения треугольника достаточно измерить в нём, кроме стороны, два угла. Однако при построении триангуляции в каждом треугольнике измеряют все три угла. Это позволяет проконтролировать результаты угловых измерений и, кроме того, в итоге специальных уравнительных вычислений несколько повысить точность конечного результата. С этой же целью измеряют длину не одной стороны ряда или сети, а двух и более. В случае необходимости в схеме триангуляции предусматривают перекрытие треугольников, что также улучшает качество построения.

После того, как будут вычислены длины стороны треугольников, находят координаты их вершин. Для этого в качестве исходных данных необходимо иметь координаты одной из точек и дирекционный угол ( азимут ) одной из сторон сети. Затем по этим сторонам последовательно решают прямые геодезические задачи и таким образом определяют плановое положение вершин сети.

Трилатерация — как и триангуляция, представляет собой построение, состоящее из треугольников. Однако в этих треугольниках измеряют не углы, а длины сторон. Триангуляцию и трилатерацию применяют в тех случаях, когда существует видимость на большие расстояния.

Полигонометрия — метод, в основу которого положено поыберем несколько точек, взаимное положение которых определим с самой высокой точностью.борот, должны создаваться в несколько этстроение на местности сомкнутых или разомкнутых многоугольников ( ходов ), в которых измеряют горизонтальные углы между соседними сторонами и длины сторон . Метод полигонометрии применяют обычно в закрытой местности, где трудно обеспечить видимость на большие расстояния.

Геодезические засечки применяют, как правило, для определения координат отдельных точек. В качестве исходных данных используют пункты существующих геодезических сетей, а в качестве измеряемых величин — горизонтальные углы и расстояния.

Плановое положение точки определяется двумя её координатами X, Y, поэтому для реализации любой засечки необходимо измерить, как минимум, две независимые величины ( углы, расстояния ), каким-либо образом связывающие определяемую точку с исходными пунктами.

mirznanii.com

16-17 вопросы по геодезии

Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование– определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки с помощью угла наклона визирного луча, проходящего через две точки местности,

Выполняют тригонометрическое нивелирование с помощью теодолита в точкеАугол наклона n визирного луча, проходящего через визирную цель в точкеВ,и зная горизонтальное расстояниеs между этими точками, высоту инструментаlи высоту целиа(рис. 2), разность высотhэтих точек вычисляют по формуле:

h = stgn +l — a.

Эта формула точна только для малых расстояний, когда можно не считаться с влиянием кривизны Земли и искривлением светового луча в атмосфере (см. Рефракция).Более полная формула имеет вид:

h= s tgn +la+ (1 — k)s2/2R,

где R –радиус Земли как шара иk – коэффициент рефракции.

Тригонометрическим нивелирование определяют высоты пунктов триангуляциииполигонометрии. Оно широко применяется в топографической съёмке. Тригонометрическое нивелирование позволяет определять разности высот двух значительно удалённых друг от друга пунктов, между которыми имеется оптическая видимость, но менее точно, чем геометрическое нивелирование Точность его результатов в основном зависит от трудно учитываемого влияния земной рефракции.

Тригонометрическое нивелирование.

При тригонометрическом нивелировании (рис. 49) над точкой А устанавливают теодолит и измеряют высоту при­ораа в точкеВ устанавливают рейки. Для определения превышенияизмеряют угол наклона v, горизонтальное проложениеи фиксируют высоту визирования v отсчет, на который наведен визирный луч). Из рис. 49 видно, что

В1В2= d tg v; В1В3=В1В2+I;

H=ВВ3=В1В-v; тогда h= d tg v+i-v

При использовании тригонометрического нивелирова­ния для топографических съемок в качестве визирной цели в точке В устанавливают нивелирную рейку. В этом случаеопределяют с помощью нитяного дальномера.

Известно, что d=(Kn =с) cos2v. Подставив это значение в (146), получим формулу для вычисления превышения:

h = (Кп + сcos2 v tg v + i

=(1/2)(Кп + c) sin2v +i-

В процессу нивелирования на открытой местности при измерении угла v удобно визировать на точку, располо­женную на высоте прибора. Для этого на отсчете по рейке, равном привязы­вают ленту. Тогда при in=формула (147) примет вид

= (1/2)(Кп + с) sin 2v. Для получения средней квадратической погрешности тригонометрического нивелирования найдем частные про­изводные (79):

dh/dd= tg v; dh/dv=d/cos2 v; dh /din=1; dh/dv=1;

Подставляя частные производные и значения средних квадратических погрешностей измеренных элементов в формулу (17), получаем

mh:^2=md^2 tg v+d^2/ cos4 v * m2v/ p^2+ mi ^2+ mv ^2

где mh — средняя квадратическая погрешность определе­ния превышений тригонометрическим нивелированием. Обычноmi иmv бывают меньше 1 см и ими в расчётах точности можно пренебречь. При углах |v| <=5 можно принять tg v = v/p, cos v = 1. С учетом этот формула (79) примет следующий вид

mh:^2=(v^2md^2+d2m2v)(1/р2)

17. Государственная геодезическая сеть (ГГС)

Государственная геодезическая сеть (ГГС)– система закрепленных на местности пунктов, положение которых определено в единой системе координат и высот.

ГГС предназначена для решения следующих основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение:  – установление и распространение единой государственной системы геодезических координатна всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований;  – геодезическое обеспечение картографирования территории России и акваторий окружающих ее морей;  – геодезическое обеспечение изучения земельных ресурсов и землепользования, кадастра, строительства, разведки и освоения природных ресурсов;  – обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред;  – изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени;  – изучение геодинамических явлений;  – метрологическое обеспечение высокоточных технических средств определения местоположения и ориентирования.

Геодезические высоты пунктов ГГС определяют как сумму нормальной высотыи высоты квазигеоида над отсчетным эллипсоидом или непосредственно методами космической геодезии, или путем привязки к пунктам с известными геоцентрическими координатами. Нормальные высоты пунктов ГГС определяются в Балтийской системе высот 1977 года, исходным началом которой является нуль Кронштадтского футштока. Карты высот квазигеоида надобщим земным эллипсоидомиреференц-эллипсоидом Красовскогона территории Российской Федерации издаются Федеральной службой геодезии и карто-графии России и Топографической службой ВС РФ.

Масштаб ГГС задается Единым государственным эталоном времени-частоты-длины.

В работах по развитию ГГС используются шкалы атомного ТA (SU) и координированного UTC (SU) времени, задаваемые существующей эталонной базой Российской Федерации, а также параметры вращения Земли и поправки для перехода к международным шкалам времени, периодически публикуемые Госстандартом России в специальных бюллетенях Государственной службы времени и частоты (ГСВЧ).

Астрономические широты и долготы, астрономические и геодезические азимуты, определяемые по наблюдениям звезд, приводятся к системе фундаментального звездного каталога, к системе среднего полюса и к системе астрономических долгот, принятых на эпоху уравнивания ГГС.

Метрологическое обеспечение геодезических работ осуществляется в соответствии с требованиями государственной системы обеспечения единства измерений.

Все геодезические сети можно разделить по следующим признакам: По территориальному признаку:1) глобальная 2) национальные (ГГС) 3) сети специального назначения (ГССН) 4) съемочные сетипо геометрической сущности:1) плановые 2) высотные 3) пространственные

Глобальные сетисоздаются на всю поверхность Земли спутниковыми методами, являясь пространственными с началом координат в центре масс Земли и определяемые в системе координатПЗ-90.Национальные сетиделятся на: Государственную геодезическую сеть (ГГС) с определением координат вСК-95в проекции Гаусса-Крюгера на плоскости и наГосударственную нивелирную сеть (ГНС)с определениемнормальных высотв Балтийской системе, т.е. от нуля Кронштадтского футштока.Геодезические сети специального назначения (ГССН)создаются в тех случаях, когда дальнейшее сгущение пунктов ГГС экономически нецелесообразно или когда требуется особо высокая точность геодезической сети. В зависимости от назначения эти сети могут быть плановыми, высотными, планово-высотными и даже пространственными и создаваться в любойсистеме координат.Съемочные сетиявляются обоснованием для выполнения топосъемок и создаются обычно планово-высотными.

ГГС, созданная по состоянию на 1995 год, объединяет в одно целое:  астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети (АГП КГС),доплеровскую геодезическую сеть (ДГС),астрономо-геодезическую сеть (АГС) 1 и 2 классов,геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов, Пункты указанных построений совмещены или имеют между собой надежные геодезические связи.

ГГС структурно формируется по принципу перехода от общего к частному и включает в себя геодезические построения различных классов точности: фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС)высокоточную геодезическую сеть (ВГС),спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1)

В указанную систему построений вписываются также существующие сети триангуляции и полигонометрии 1-4 классов. На основе новых высокоточных пунктов спутниковой сети создаются постоянно действующие дифференциальные станции с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме близком к реальному времени.

По мере развития сетей ФАГС, ВГС и СГС-1 выполняется уравнивание ГГС и уточняются параметры взаимного ориентирования геоцентрической системы координат и системы геодезических координат СК-95.

Плотность размещения пунктов ГГС следующая: масштаб 1 пункт на: сред. расст. 1:25000 50-60 км27-8 км 1:10000 50-60 км27-8 км 1:5000 20-30 км25-6 км 1:2000 5-15 км22-4 км

Ошибка длины: ms= 0.25 mM,  где m – графическая ошибка длины на карте, M – знаменатель масштаба.

На каждом пункте существующей ГГСН в соответствии с «Инструкцией о построении государственной геодезической сети», М., Недра, 1966 г. определяются по два ориентирных пунктас подземными центрами, пронумерованные от направления на север по часовой стрелке, на расстоянии от центра пункта не менее 500 м в открытой и 250 м в занесенной местности, с обеспечением видимости на них непосредственно с центра. Высоты всех пунктов ГГС определены в основном тригонометрическим нивелированием по сторонам сети от пунктов, принятых за опорные, которые определены геометрическим нивелированием и расположены не реже чем 3 стороны полигонометрии или 75 км в сети триангуляции.

 

Государственные геодезические сети

Государственная геодезическая сеть является главной гео¬дезической основой топографических съемок всех масштабов. Плановая государственная геодезическая сеть строится методами триангуляции, полигонометрии и трилатерации и делится на четыре класса (1, 2, 3 и 4), различающиеся между собой точностью измерения углов и линий, длиной сторон и очередностью их построения. Государственная геодезическая сеть строится по определенной схеме в соответствии с принципом перехода от общего к частному (от высшего класса к низшему). Рассмотрим схему построения плановой государственной геодезической сети методом триангуляции, так как этим методом построена в основном существующая сеть. В первую очередь строится триангуляция 1 класса в виде рядов треугольников (близких к равносторонним), которые располагают по возможности вдоль меридианов и параллелей (рис. 219). Ряды треугольников образуют между собой полигоны. Длина каждого звена полигона (ряда треугольников) не должна превышать 200 км. В каждом углу полигона измеряют или базис в построенной здесь базисной сети для определения длины выходной стороны (АВ), или длину базисных сторон (СО, EF, GH). Базисы выбирают длиною не меньше 6 км и измеряют с точностью порядка 1: 1 000 000. На обоих концах базисных и выходных сторон из астрономических наблюдений определяют широту, долготу и азимут. Взамен звеньев триангуляции могут быть построены звенья полигонометрии 1 класса. Вместо полигонов 1 класса иногда строятся сплошные сети триангуляции 1 класса. Кроме того, что сеть 1 класса является исходной опорой для построения всех геодезических сетей, она служит базой при решении задач по определению формы и размеров Земли и других научных задач. Триангуляция 2 класса строится в виде сети треугольников, сплошь заполняющих полигон 1 класса. Внутри этой сети (примерно в середине) измеряют базисную сторону, на концах которой определяют широту, долготу и азимут. Так как при построении сети 1 и 2 классов используют результаты астрономических наблюдений, то ее называют астрономо-геодезической сетью. Сеть 1 и 2 классов сгущается пунктами 3 класса, а затем 4 класса. Триангуляция 3 и 4 класса строится в виде отдельных небольших систем. Там, где экономически целесообразнее, триангуляция любого класса заменяется полигонометрией или трилагерацией того же класса. По точности построения все виды сетей одного и того же класса должны быть равноценными. На небольших территориях, где нет пунктов 1 и 2 классов, в качестве исходной геодезической опоры для съемок в масштабах 1: 5000 и 1: 2000 разрешается строить самостоятельные сети 3 и 4 классов. При этом в сети триангуляции должно быть измерено не менее двух сторон, в полигонометрическои сети периметры полигонов не должны превышать: для 3 класса — 60 км, для 4 класса — 35 км. Для обеспечения долговременной сохранности пунктов государственной геодезической сети их закрепляют на местности особыми центрами согласно действующей инструкции. Над центрами сооружают деревянные или металлические наружные знаки, которые служат визирными целями при измерении углов и линий. Наружные знаки бывают разных конструкций в зависимости от условий местности и расстояния между пунктами. Такими знаками являются: простая пирамида, когда имеется возможность производить угловые наблюдения со штатива, установленного на земле, и сигнал, когда для производства наблюдений прибор необходимо установить на большой высоте (до 40 м и более). В горных районах наружный знак сооружается в виде каменного или кирпичного тура. Вокруг каждого наружного знака (кроме тура) делают внешнее оформление в виде канав, образующих квадрат. Высотные геодезические сети создаются в основном методами геометрического и тригонометрического нивелирования. Сети геометрического нивелирования подразделяются на государственную нивелирную сеть и сети технического нивелирования. Государственные нивелирные сети делятся на четыре класса. Вначале прокладываются на большом расстоянии друг от друга нивелирные линии I класса, а затем пункты I класса последовательно сгущают пунктами II, III и IV классов путем проложения нивелирных линий соответствующих классов. Линии I класса прокладываются по направлениям, связывающим далекие друг от друга пункты Советского Союза и основные морские водомерные посты. Нивелирная сеть II класса опирается на пункты I класса. Линии I и II классов прокладываются по местам, наиболее удобным для нивелирования (вдоль железных, шоссейных дорог, больших рек). Нивелирная сеть I и II классов является главной высотной основой — единой для всей территории СССР. Кроме этого, она используется для научных целей: определения разностей уровней морей, изучения вековых движений суши и др. Нивелирные сети III класса опираются на пункты I и II классов и образуют полигоны с периметром 150 км. Для обеспечения съемки в масштабах 1: 5000 и крупнее периметр полигона не должен превышать 60 км. Нивелирные ходы IV класса прокладываются в одном направлении между пунктами старших классов. Длины этих ходов не должны превышать 50 км. Пункты IV класса являются непосредственным высотным обоснованием для топографических съемок. При проложении нивелирных ходов необходимо предусмотреть, чтобы все пункты триангуляции и полигонометрии на участке съемки получили высоты из нивелирования III и IV классов. Пункты нивелирования всех классов закрепляются реперами и марками через каждые 5 км. В труднодоступных районах расстояние между смежными реперами может быть увеличено до 6—7 км. Точность государственного нивелирования различных классов может быть охарактеризована предельной погрешностью на один километр хода, которая входит в качестве коэффициента в формулы допустимых невязок. В зависимости от масштаба съемки пункты плановой и высотной государственной сети должны быть доведены до определенной плотности и располагаться на местности по возможности равномерно. Характеристика плотности пунктов государственной плановой и нивелирной сетей приведена.

Понятие о государственной геодезической сети и ее назначении

Опубликовано 02.03.2012 | Автор: admin

Государственная геодезическая сеть (ГГС) представляет собой систему надежно закрепленных на местности точек, координаты которых определены с достаточно высокой степенью точности в единой для всей страны системе координат.

Государственная геодезическая сеть имеет важнейшее науч­ное и народно-хозяйственное значение, в связи с чем пункты ГГС должны быть рассчитаны на длительный срок службы, а по точно­сти должны удовлетворять требованиям науки и решению самого широкого спектра производственных задач не только сегодняшне­го дня, но и достаточно отдаленного будущего.

История развития геодезии показывает, что с течением времени требования к точности построения ГГС непрерывно возрастают. Вместе с тем сама по себе ГГС, если ее не обновлять и не совершен­ствовать, постоянно стареет, утрачивает часть пунктов, теряет точ­ность в отдельных ее частях вследствие геодинамических процессов.

Для того, чтобы ГГС страны всегда находилась на уровне совре­менных требований, необходимо:

—             систематически проводить полевое обследование всех пунктов сети, восстанавливать или заново определять утраченные пункты сети;

—             периодически выполнять повторные или дополнительные измерения в значительной части сети, особенно в тех ее частях, ко­торые наиболее подвержены движениям земной коры;

—             повторять или дополнять измерения, проводимые для даль­нейшего совершенствования и повышения точности ГГС;

—             по мере накопления измерительной информации, совер­шенствования средств и методов измерения, пересматривать при­нципы построения ГГС.

основной принцип построения государственной геодезической сети

При создании государственной геодезической сети неизбежно возникают три основных вопроса, имеющие принципиальное значение: выбор схемы построения государственной геодезической сети на всей территории страны; установление плотности геодезических пунктов, а также точности определения взаимного положения смежных пунктов в сети. Каждый из этих вопросов необходимо рассматривать совместно, причем с двух точек зрения: с точки зрения решения основных научных задач геодезии, а также задач картографирования территории страны. Это связано с тем, что при решении этих задач предъявляются разные требования к опорной геодезической сети. Поэтому необходимо найти в определенном смысле оптимальный вариант построения сети, позволяющий на должном научном уровне и с требуемой точностью решать задачи обеих групп.

Используя методы космической геодезии, получают достаточно обобщенные, т. е. сглаженные характеристики фигуры и гравитационного поля всей Земли в целом. Более детально фигуру Земли в пределах территории одной страны или группы стран изучают путем создания астрономо-геодезических сетей, в которых выполняют комплекс геодезических, астрономических и гравиметрических измерений. До недавнего времени в странах с большой территорией астрономо-геодезические сети строились в виде рядов триангуляции, прокладываемых по направлениям меридианов и параллелей и образующих замкнутые полигоны. В результате совместной математической обработки всех видов измерений, выполняемых в астрономо-геодезической сети, получают высоты квазигеоида и его профили вдоль рядов триангуляции 1 класса. При этом внутри каждого полигона форма поверхности квазигеоида остается неизученной. Для устранения этого недостатка необходимо создавать на территории страны не полигональную, а сплошную астрономо-геодезическую сеть с более или менее равномерным распределением пунктов по всей территории.

Для геодезического обеспечения топографических съемок, выполняемых в целях картографирования всей территории страны, необходимо на ее поверхности построить сплошную опорную геодезическую сеть. При этом расстояния между соседними пунктами должны быть гораздо меньше, чем в астрономо-геодезической сети, особенно при крупномасштабном картографировании.

Таким образом, для решения как научных, так и практических задач геодезии и картографии необходимо иметь на территории страны сплошную государственную геодезическую сеть с выделенной  в  ней   астрономо-геодезической  сетью  как главной и наиболее точной, используемой для решения как практических, так и научных задач геодезии, в том числе, связанных с детальным изучением фигуры и гравитационного поля Земли в пределах территории одной или группы стран.

В высшей геодезии сложился и хорошо оформился определенный принцип или схема построения государственной геодезической сети, предназначенной для решения как научных, так и инженерно-технических задач народнохозяйственного значения. Государственную геодезическую сеть создают поэтапно, постадийно, соблюдая принцип перехода от общего к частному. Сначала строят главную, т. е. астрономо-геодезическую сеть, состоящую из крупных геодезических построений в виде либо замкнутых полигонов, либо сравнительно больших треугольников. Измерения в астрономо-геодезической сети выполняют с наивысшей возможной точностью. Затем данную сеть принимают за исходную и на ее основе строят геодезическую сеть второго порядка с более детальными геометрическими построениями и с меньшей относительной точностью измерений, однако, с сохранением величины абсолютной ошибки определения взаимного положения смежных пунктов, как и в сети первого порядка. При этом имеются в виду среднестатистические значения ошибок. Далее сеть второго порядка принимают за исходную и на ее основе создают сеть третьего порядка с еще большей детализацией геометрических построений при меньшей относительной точности измерений, но, как и ранее, с той же абсолютной ошибкой определения взаимного положения смежных пунктов. Так поступают до тех пор, пока не будет построена  геодезическая  сеть с требуемой плотностью  пунктов.

Таким образом, при соблюдении принципа перехода от общего к частному государственную геодезическую сеть неизбежно подразделяют на геодезические сети разных классов 1, 2, 3… Число классов рекомендуется свести к минимуму для уменьшения влияния ошибок исходных данных на уравненные элементы сети низшего класса.

основные методы создания государственной геодезической сети

Согласно Инструкции основными методами построения государственной геодезической сети являются триангуляция, полигонометрия и трилатерация. Выбор того или иного метода в каждом конкретном случае определяется требуемой точностью построения сети и экономической эффективностью.

Метод триангуляции. Принято считать, что метод триангуляции впервые был предложен голландским ученым Снеллиусом в 1614 г. Этот метод широко применяется во всех странах. Сущность метода заключается в следующем. На командных высотах местности закрепляют систему геодезических пунктов, образующих сеть треугольников (рис. 13). В этой сети определяют координаты исходного пунктаА, измеряют горизонтальные углы в каждом треугольнике, а также длины b и азимуты а базисных сторон, задающих масштаб и ориентировку сети по азимуту.

Сеть триангуляции может быть построена в виде отдельного ряда треугольников, системы рядов треугольников, а также в виде сплошной сети треугольников. Элементами сети триангуляции могут служить не только треугольники, но и более сложные фигуры: геодезические четырехугольники и центральные системы.

Основными достоинствами метода триангуляции являются его оперативность и возможность использования в разнообразных физико-географических условиях; большое число избыточных измерений  в сети,  позволяющих непосредственно  в  поле  осуществлять надежный контроль всех измеренных величин; высокая точность определения взаимного положения смежных пунктов в сети, особенно сплошной. Метод триангуляции получил наибольшее распространение при построении государственных геодезических сетей.

 

Рис. 13. Сеть триангуляции

            Рис.   14.  Полигонометрический  ход

 

Метод полигонометрии. Этот метод известен также давно, однако применение его при создании государственной геодезической сети сдерживалось до недавнего времени трудоемкостью линейных измерений, выполняемых ранее с помощью инварных проволок. Начиная примерно с шестидесятых годов текущего столетия, одновременно с внедрением в геодезическое производство точных свето и радиодальномеров, метод полигонометрии получил дальнейшее развитие и стал широко применяться при создании геодезических сетей.

Сущность этого метода состоит в следующем. На местности закрепляют систему геодезических пунктов, образующих вытянутый одиночный ход (рис. 14) или систему пересекающихся ходов, образующих сплошную сеть. Между смежными пунктами хода измеряют длины сторон s,-, а на пунктах — углы поворота р. Азимутальное ориентирование полигонометрического хода осуществляют с помощью азимутов, определяемых или заданных, как правило, на конечных пунктах его, измеряя при этом примычные углы у. Иногда прокладывают полигонометрические ходы между пунктами с заданными координатами геодезической сети более высокого класса точности.

Метод полигонометрии в ряде случаев, например, в залесенной местности, на территории крупных городов и т. п. оказывается более оперативным и более экономичным, чем метод триангуляции. Это обусловлено тем, что в таких условиях на пунктах триангуляции строят более высокие геодезические знаки, чем на пунктах полигонометрии, поскольку в первом случае следует обеспечить прямую видимость между гораздо большим числом пунктов, чем во втором. Постройка ,же геодезических знаков является самым дорогостоящим видом работ при создании геодезической сети (в среднем 50—60 % всех затрат).

Следует отметить также присущие методу полигонометрии недостатки:

сети полигонометрии, особенно одиночные ходы, являются гораздо менее жесткими геометрическими построениями, чем сети и ряды триангуляции, так как в полигонометрии число геометрических связей между пунктами существенно меньше, чем в триангуляции (при одинаковом числе пунктов в обоих случаях) ;

число избыточных измерений, а следовательно, и число условных уравнений, в полигонометрии гораздо меньше, чем в триангуляции с таким же числом пунктов, а это значит, что при прочих равных условиях сеть полигонометрии будет менее точной, чем сеть триангуляции;

контроль полевых измерений в полигонометрии несравненно хуже, чем в триангуляции, так как число условных уравнений в полигонометрии гораздо1меньше, чем в триангуляции с таким же числом пунктов.

Это свидетельствует о том, что при создании опорных геодезических сетей высшего класса точности возможности метода полигонометрии по сравнению с таковыми в триангуляции ограничены.

При создании же геодезических сетей последующих классов метод полигонометрии в силу присущей ему оперативности, особенно при использовании современных свето- и радиодальномеров с цифровой индикацией результатов измерений, получил широкое применение.

Метод трилатерации. Данный метод, как и метод триангуляции, предусматривает создание на местности геодезических сетей либо в виде цепочки треугольников, геодезических четырехугольников и центральных систем, либо в виде сплошных сетей треугольников, в которых измеряются не углы, а длины сторон. В трилатерации, как и в триангуляции, для ориентирования сетей на местности должны быть определены азимуты ряда сторон.

По мере развития и повышения точности свето- и радиодальномерной техники измерений расстояний метод трилатерации постепенно приобретает все большее значение, особенно в практике инженерно-геодезических работ.

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
2019 © Все права защищены. Карта сайта