Геодезические сети

 

 

 

 

8. Съёмочные сети

 

 Съёмочные геодезические сети создаются для обеспечения топографических съёмок необходимой плотностью геодезических пунктов, которая определяется масштабом съёмки, характером рельефа и ситуации.

Геодезическое съёмочное  обоснование подразделяется на плановое и высотное.

Плановое  высотное обоснование развивается от пунктов геодезических сетей всех классов и разрядов построением съёмочных триангуляционных сетей, проложением теодолитных ходов, а также угловыми засечками (рис.5).

 

 

Рис.5 Угловые геодезические  засечки:

 а – прямая; б –  обратная; в - комбинированная

 

Углы в съёмочных сетях  измеряются со средней квадратической погрешностью не более 30´´. Допустимая угловая невязка в ходе или треугольнике вычисляется по формуле:

 

=1´,

 

где n-число углов в построении.

Длины сторон в треугольниках  должны быть не менее 150 м, а в теодолитных ходах – от 40 м до 350 м. Относительная погрешность измерения базисов в микротриангуляции допускается не более 1:5000, а измерения сторон в теодолитных ходах – от 1:3000 до 1:1000.

Прямая угловая  засечка заключается в определении координат общей вершины 2-х треугольников, опирающихся на 3 известных пункта, причём в треугольниках измерены углы только на известных пунктах, а на определяемом пункте не измерены.

Обратная угловая  засечка заключается в определении координат общей вершины 3-х треугольников, опирающихся на 4 известных пункта, по измеренным углам только на неизвестном пункте. Отличительной особенностью обратной засечки является  невозможность её решения по трём исходным пунктам, если они и определяемая точка лежат на одной окружности, так как любая точка этой окружности удовлетворяет условию задачи.

Комбинированная угловая засечка заключается в определении координат общей вершины 2-х треугольников, опирающихся на 3 известных пункта, с измерением углов на 2-х известных и на определяемом пункте.

Высотное  съёмочное обоснование создаётся путём проложения ходов геометрического или тригонометрического нивелирования по пунктам съёмочного обоснования.

Закрепление пунктов съёмочного обоснования выполняется, как правило, временными знаками с таким расчётом, чтобы обеспечивались их сохранность  на время съёмочных работ. Если съёмочная сеть является самостоятельной геодезической основой, то не менее 20% всех пунктов закрепляется постоянными знаками.

 

9. Спутниковый  способ построения геодезических сетей

В последнее время создан новый способ определения координат  и высот пунктов на поверхности  Земли посредством пространственной обратной линейной засечки, в которой  исходными (известными) являются не наземные геодезические пункты, а вращающиеся  по строго определенным орбитам специальные  искусственные спутники Земли (ИСЗ), координаты которых можно вычислить  на любой момент времени.

Рис.6. Спутниковый способ построения геодезических сетей:

а – геоцентрическая подвижная  система координат;

б – схема спутниковых измерений

Координаты ИСЗ вычисляются  в геоцентрической подвижной системе координат (рис.6,а), в которой началом является центр масс Земли, ось Х расположена в плоскости экватора и проходит через Гринвичский меридиан, ось Z проходит через северный полюс Земли P_N , а ось Y дополняет прямоугольную систему координат до правой.

Чтобы определить координаты земного пункта, необходимо одновременно (синхронно) измерить расстояния, как  минимум, до четырех спутников и  точно зафиксировать момент измерения (для вычисления координат спутников).

Для обеспечения синхронности измерений каждый спутник снабжен  высокоточными часами, относительная  погрешность которых составляет 10^-13, т.е. 0,000 003 с за год. Такая погрешность часов является значительной, поэтому часы постоянно контролируются и сравниваются с эталонными часами на Земле (синхронизация часов).

На каждом спутнике в бортовой памяти ЭВМ хранятся данные о его  орбите, которые периодически (через  каждый час) обновляются с помощью  наземных служб обеспечения. Каждый спутник передает сигналы точного  времени и соответствующее им геоцентрические координаты данного спутника.

Расстояния D_n определяют с помощью электромагнитных волн, скорость которых V  известна, по измеренному времени их распространения между ИСЗ и земным пунктом:

 

D_n = .

 

Измерение расстояний от земного  пункта до ИСЗ выполняется с помощью  специальных радиотехнических устройств, одновременно принимающих сигналы  нескольких (не менее четырех) спутников. Приемники тоже снабжены часами (приблизительно в миллион раз менее точными, чем на спутниках, в целях компактности). Поэтому при каждом сеансе измерений  выполняется синхронизация часов  приемника с часами спутников. И все же часы приемника содержат некоторую неизвестную ошибку , которой пренебрегать нельзя, так как она вызывает ошибку в измеренном расстоянии, равную , в связи с чем измеренные расстояния называют псевдодальностями D_n. То есть измеренное расстояние D_n (псевдодальность) можно представить как некоторое правильное расстояние D и ошибку в расстоянии, вызванную ошибкой в часах приемника, на основании чего на определенном пункте можно записать для каждого спутника уравнение расстояний

 

D_n = D + .

 

Но безошибочное геометрическое расстояние D можно вычислить по разности координат спутника (С) и определяемого пункта (П) по теореме Пифагора. Поэтому уравнение расстояний будет иметь вид

 

+,

 

где – интервал времени между моментами изучения на спутнике и приема сигнала на пункте.

В этом уравнении четыре неизвестных величины: три геоцентрические  координаты пункта (х_n , y_n , z_n) и поправка в часы приемника, которые можно найти из решения системы четырех неизвестных уравнений, полученных при одновременном измерении четырех псевдодальностей.

Чтобы обеспечить одновременный  прием сигналов не менее четырех  спутников в любом пункте Земли  и в любое время суток, создаются специальные системы ИСЗ. Такая спутниковая система содержит 21 действующий и 3 запасных спутника, вращающихся почти по круговым орбитам с одинаковым наклоном друг к другу (по трем или по шести) на высоте около 20 тысяч км (приблизительно 26 600 км от центра Земли), в результате чего создается своеобразная равномерная координатная сетка, внутри которой находится Земля. Период обращения спутников составляет 12 часов звездного времени, в связи, с чем каждый спутник ежедневно появляется раньше, чем вчера, на 4 минуты.

Координаты  отдельного приемника определяются со средней квадратической погрешностью от 10 м до 100 м.     

Для определения координат  пункта в системе координат существующей геодезической сети необходимо не менее двух приемников, один из которых должен находиться на пункте с известными координатами (базовая станция), а другой – на определяемом пункте (измерительная станция), (рис.6,б). Оба приемника должны одновременно принимать сигналы не менее четырех спутников, наиболее удачно расположенных относительно пунктов, в течение некоторого времени. По результатам наблюдений можно вычислить приращения координат и превышение определяемого пункта относительно исходного пункта с ошибкой около 5 мм + D, где D – расстояние между пунктами в метрах.

Таким способом можно определить на местности необходимое количество пунктов, т.е. создать геодезическую  сеть, причем взаимная видимость между пунктами обязательной не является. Каждый пункт определяется независимо, что исключает накопление ошибок измерений в сети, присущее геодезическим построениям на местности классическими методами. Спутниковый способ позволяет существенно снизить затраты на создание наземных геодезических сетей и значительно повысить их точность. Однако существуют и некоторые ограничения в применении спутниковых определений в залесенной местности и в районах с плотной застройкой, где затрудняется прием сигналов из-за экранирования их естественными или искусственными объектами.

В настоящее время функционируют  две спутниковые системы определения  координат: российская ГЛОбальная Навигационная Спутниковая Система (ГЛОНАС) и американская глобальная система позиционирования (навигационная система определения времени и расстояний) NAVSTAR GPS (NAVigation System with Time And Ranging Global Positioning System). Для геодезических гражданских измерений преимущественно используется система GPS.

Спутниковые приемники различного класса и назначения выпускаются  фирмами ряда стран: «Аштек» (США), «Тримбл» (Англия), «Карл Цейсс» (Германия), «Топкон» (Япония), «Лейка» (Швейцария), «Геотроникс» (Швеция), «Серсель» (Франция) и др.

Окончательная обработка  результатов измерений выполняется  на персональном компьютере по специальной  программе.

 

 

 

 

Геодезические съемки

1. Геодезические съемки и их виды

 

Геодезическая съемка – это комплекс угловых и линейных измерений на местности для получения ее изображения в виде карты, плана или профиля.

Местность представляет собой  земную поверхность с различного рода неровностями – рельефом (склоны, возвышенности, впадины и т.д.), на которой расположены многочисленные объекты  как естественного происхождения (леса, реки, болота и т.д.), так и искусственного (дороги, населенные пункты, каналы, сады и т.д.) - местные предметы.

Если съемку выполняют  для получения плана без изображения  рельефа, то ее называют контурной, или горизонтальной, а если с изображением рельефа, то топографической.

Геодезические съемки бывают следующих видов:

• горизонтальная (контурная, теодолитная), в результате которой получают план с изображением местных предметов, т.е. контурный план местности;
• высотная, в процессе которой определяют высоты характерных точек рельефа и ситуации на планах горизонтальной съемки;
• тахеометрическая, выполняемая полярным способом теодолитом-тахеометром для получения топографического плана местности;
• нивелирование поверхности, выполняемое для получения топографического плана, профилей местности или подсчета объемов земляных работ;
• мензульная, выполняемая при помощи мензулы (переносного столика) и кипрегеля (зрительной трубы с вертикальным кругом и нитяным дальномером), в результате которой получают топографический план участка местности сразу в процессе съемочных работ;
• фототопографические, в результате которых получают топографический план местности по фотоснимкам с борта самолета (аэрофотосъемка), из космоса (космическая съемка) или выполняемую фототеодолитом (фотокамерой, объединенной с теодолитом) с поверхности Земли (наземная фототеодолитная съемка).

 

2. Съемочное плановое обоснование

 

Проложение теодолитных ходов

Теодолитный ход прокладывается с целью последующего вычисления координат его пунктов.

Проложение теодолитного хода заключается в измерении горизонтальных углов и длин сторон ломаной линии, которую образуют на местности исходные пункты и закрепленные при рекогносцировке съемочные точки, каждой из которых дается свой неизменный номер. Для измерения углов используют точные (Т5) и тахнические (Т15, Т30) теодолиты.

Результаты измерений  записывают в полевой журнал установленной  формы, в котором заранее составляется схема теодолитного хода с обозначением номеров исходных пунктов (берутся  из каталога исходных пунктов) и закрепленных съемочных точек.

Измерения целесообразнее всего  начинать с исходного пункта в  начале хода, чтобы избежать ошибок в номерах наблюдаемых пунктов, хотя порядок работы, в  принципе, может быть любой, и он определяется конкретными условиями наблюдений (наличием видимости, помехами, погодой и др.), но в любом случае необходимо тщательно следить, чтобы номер наблюдаемого пункта соответствовал его номеру на схеме.

Теодолит устанавливают  над пунктом при помощи оптического  или нитяного отвеса с точностью не менее ± 5 мм.

На смежных пунктах  устанавливают вехи строго вертикально (при помощи отвеса) в их центрах  или же вдоль наблюдаемых направлений.

Чем дальше пункт хода находится  от исходного пункта (чем большим  числом линий и углов он связан с исходным), тем меньше точность его положения (его координат х и у), так как сопровождающие измерения ошибки возрастают с увеличением числа измеренных углов и линий.

Погрешность в положении  пункта на плане не должна быть более  0,1 мм (такова физиологическая возможность среднего человеческого глаза, на которую рассчитан любой план или карта). Для каждого масштаба 1: m это своя величина на местности, равная 0,1 m мм, называемая точностью масштаба изображения (карты или плана).

Чтобы погрешность положения  на местности, наиболее удаленного от исходных пункта теодолитного хода, не превысила 0,1 мм будущего плана (более близкие пункты будут определены заведомо точнее, чем 0,1 мм), предельно допустимые длины ходов рассчитывают по точности измерения углов и линий.

Предельные длины теодолитных  ходов между исходными пунктами (точность измерения углов и линий  принята равной соответственно

m_β = ± 0.8´, f_отн = 1: 2000) для каждого масштаба плана даны в таблице.