Общие сведения о проектировании геодезических сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Общие сведения о проектировании геодезических сетей

Основной задачей проектирования является разработка такого варианта построения геодезической сети, который по своей точности и плотности пунктов соответствовал бы поставленным требованиям и для его реализации требовал минимальных затрат труда, средств и времени. Основными руководящими документами при проектировании являются действующие Основные положения и инструкции ГУГК о построении государственной геодезической сети. Основанием для проектирования служит предписание руководящего учреждения, в котором указываются: район предстоящих работ, назначение сети, особые указания по ее построению, сроки производства работ. Проектирование геодезических сетей включает в себя три последовательных этапа: 1) сбор материалов и сведений, необходимых для составления проекта; 2) разработка графической схемы проекта геодезической сети на картах и схемах; 3) техническое и экономическое обоснование проекта, включая составление общей сметы расходов на создание сети. Для успешного проектирования необходимы следующие материалы и сведения о районе работ: топографические карты масштаба 1 : 100 000 и крупнее, материалы о ранее построенных в данном районе плановых и высотных геодезических сетях (схемы сетей, каталоги, отчеты), описание физико-географических и геоморфологических условий, данные гидрологических исследований, сведения о средствах сообщения и т. п. Если собранные материалы не дают полной характеристики района работ, то проводят полевые геодезические обследования по особо разработанной программе. Собранные для проектирования исходные материалы должны быть тщательно изучены и систематизированы. На этом этапе, а затем и при проектировании следует иметь в виду, что качество геодезической сети, точность и стоимость ее создания находятся в прямой зависимости от качества технического проекта. Неудовлетворительно разработанный проект приводит к избыточным затратам труда при выполнении полевых работ, а также к несоблюдению и срыву сроков выполнения заданий. Проектирование является ответственной задачей, требующей правильного решения всех организационных, технических и экономических вопросов, связанных с построением сети. Поэтому составление технических проектов поручается специалистам, имеющим достаточный опыт выполнения основных геодезических работ, в том числе и проектных.

Проектирование геодезических сетей 1--2 классов выполняют, как правило, на топографической карте масштаба 1 : 100 000; при проектировании геодезических сетей 3--4 классов используют топографические карты более крупных масштабов (1 : 50000--1 : 10000). Прежде чем приступить к проектированию, необходимо подготовить карту, т. е. «поднять» на ней, например, синим цветом сеть гидрографии, показать другим (коричневым) цветом линии водоразделов и отметить на них наиболее высокие вершины; внести уточнения о фактической высоте леса по данным геодезического обследования района или с использованием материалов по лесному хозяйству и т. п. Такая подготовка карты существенно облегчит правильный выбор местоположения пунктов. При разработке проекта геодезической сети исходят прежде всего из ее назначения и требуемой точности построения. После решения этого вопроса приступают к выбору и обоснованию метода создания сети (триангуляция, трилатерация, полигонометрия, спутниковые методы и т. д.) с учетом физико-географических и климатических особенностей района работ. Наиболее целесообразным является такой метод, который при прочих равных условиях обеспечивает наиболее высокую точность построения сети при минимальных затратах труда, материалов, денежных средств и времени на ее создание. Для того чтобы выбрать оптимальный для данного района метод построения геодезической сети, разрабатывают несколько вариантов ее создания разными методами, а окончательное решение принимают на основе технико-экономических расчетов.

Для того чтобы обеспечить требуемую точность построения сети, необходимо позаботиться о том, чтобы с геометрической точки зрения схема сети отвечала предъявляемым к ней требованиям: треугольники в сетях триангуляции и трилатерации по форме должны приближаться к равносторонним, желательно с углами не менее 40°; в центральных системах и геодезических четырехугольниках в порядке исключения отдельные углы допускаются до 20°; в полигонометрии ходы должны быть по возможности вытянутыми; сети, создаваемые методами триангуляции, полигонометрии и трилатерации, должны быть сплошными по построению с более или менее равномерным распределением пунктов в них.В государственной геодезической сети базисные стороны и пункты Лапласа, определяемые на обоих концах каждой базисной стороны, должны быть равномерно распределены по всей сети, причем не реже чем через 100--150 км; для определения высот квазигеоида дополнительно к астрономо-геодезическим измерениям должна быть предусмотрена гравиметрическая съемка территории, выполняемая по определенной программе, или другие виды современных измерений.Опорные геодезические сети разных классов проектируют в определенной последовательности: сначала проектируют сеть более высокого класса, например, 1, затем 2, 3 и т. д. При разработке графического проекта сети особое внимание следует обращать на выбор местоположения каждого отдельного пункта. Все пункты государственной геодезической сети должны быть расположены на командных вершинах местности. Это необходимо для того, чтобы, во-первых, обеспечить взаимную видимость между смежными пунктами при минимальных высотах геодезических знаков, во-вторых, возможность развития в будущем сети в любом направлении. Длины сторон между смежными пунктами, не согласованные с рельефом местности, неизбежно приведут к необходимости постройки знаков преувеличенной высоты или к отсутствию видимости между отдельными пунктами, что в обоих случаях недопустимо с технической и экономической точек зрения. Во всех случаях геодезические пункты должны находиться в таких местах, где будет обеспечена сохранность их положения в плане и по высоте в течение длительного времени.

Для того чтобы ослабить влияние внешней среды на результаты высокоточных угловых измерений и азимутальных определений в триангуляции и полигонометрии 1 класса требуется, чтобы визирные лучи проходили над препятствиями на высоте не ниже 4 м в южных и степных районах и не менее 2 м в остальных. При определении азимутов Лапласа следует избегать направлений, идущих параллельно берегам больших водоемов, рек, вдоль горных хребтов и т. п., так как в этом случае возможно появление значительных ошибок из-за рефракции.

Наиболее дорогостоящим видом геодезических работ при создании опорных сетей является постройка геодезических знаков (табл. 7). Определение средней стоимости основных видов работ в сетях триангуляции 2 и 3 классов проводилось в шести районах страны с разными физико-географическими условиями: 1 -- таежные районы на севере Европейской части СССР; 2 -- приенисейская тайга; 3 --- предгорья Саян; 4 -- северо-восток Якутской АССР; 5 -- степные районы Северного Казахстана; 6 -- районы песчаных пустынь Средней Азии.

Поскольку на постройку геодезических знаков расходуется в среднем 50--60 % всех затрат на создание сети, необходимо уделять самое серьезное внимание выбору мест для установки пунктов на местности с целью снижения их высот

Таблица 7

В общем случае при работах в лесных районах замена метода триангуляции методом полигонометрии ведет к некоторому снижению высот знаков. При проектировании сетей триангуляции или трилатерации разных классов важное значение имеет обеспечение надежной привязки сетей более низкого класса к сетям более высокого класса. Привязку следует делать к сторонам сети, а не к отдельным пунктам (рис. 23). Рекомендуются следующие схемы построения сетей триангуляции 3--4 классов (рис. 24).

В результате разработки графического проекта должна быть составлена на карте или в масштабе схема построения опорной геодезической сети. На этой схеме должно быть показано размещение базисных сторон и пунктов Лапласа (j, ?, а), промежуточных астрономических пунктов (j, ?,), а также площади, покрываемые гравиметрической съемкой. В приложении к этой схеме указывают измеряемые в сети величины (углы, базисные стороны, астрономические широты, долготы и азимуты и т. п.), а также средние квадратические ошибки измерений этих величин в соответствии с действующими нормативными документами ГУГК. Следующим этапом разработки и технико-экономического обоснования проекта является априорная оценка точности построения запроектированной сети. Оценку точности выполняют

Рис. 23. Схемы привязки геодезических сетей к сторонам (а) и пунктам (б) триангуляции высшего класса

на ЭВМ, используя алгоритм параметрического метода уравнивания. В результате оценки точности вычисляют средние квадратические ошибки координат определяемых пунктов, длин и дирекционных углов сторон между смежными пунктами, а также диагоналей между несмежными пунктами, если это необходимо. Полученные ошибки сопоставляют с допустимыми, установленными в задании на проектирование сети. Если они не отвечают установленным требованиям, то проект построения сети корректируют надлежащим образом и повторяют оценку точности. На заключительном этапе проектирования разрабатывают экономическое обоснование проекта создания сети, рассматривают вопросы охраны труда, техники безопасности, устанавливают сроки выполнения работ и т. д. Созданный проект построения опорной геодезической сети является только лишь одним из возможных ее вариантов на данном объекте и быть может не самым выгодным с технико-экономической точки зрения . Для выбора оптимального варианта построения сети с точки зрения минимальных затрат труда, материалов, денежных средств и сроков исполнения всех работ при непременном обеспечении требуемой точности сети следует составить несколько вариантов ее построения разными мето дами, в том числе и методами космической геодезии, при различном размещении в ней азимутов и базисных сторон, а также при разном составе и объеме измеряемых элементов.

Рис. 24. Типовые схемы построения сетей триангуляции 3, 4 классов

Геодезические сети и их назначение

Геодезической сетью называют систему закрепленных на местности точек земной поверхности, положение которых определено в общей для них системе координат и высот. Геодезические сети могут создаваться как на малых, так и на огромных площадях земной поверхности. По территориальному признаку их можно подразделить на глобальную (общеземную) геодезическую сеть, покрывающую весь земной шар; национальные (государственные) геодезические сети, создаваемые в пределах территории каждой отдельной страны в единой системе координат и высот, принятой в данной стране; сети сгущения, предназначенные для создания съемочного обоснования топографических съемок; местные геодезические сети, т. е. сети на локальных участках, используемые для решения различных задач в местной системе координат. По геометрической сущности различают плановые, высотные и пространственные геодезические сети. В плановой сети в результате обработки измерений вычисляют координаты пунктов на принятой поверхности относимости (на поверхности эллипсоида или на плоскости); в высотной (нивелирной) сети получают высоты пунктов относительно отсчетной поверхности, например, поверхности квазигеоида; в пространственных сетях из обработки измерений определяют взаимное положение пунктов в трехмерном пространстве.

Глобальная геодезическая сеть создается в настоящее время методами космической геодезии с использованием наблюдений ИСЗ, поэтому ее часто называют спутниковой или космической геодезической сетью. Положение пунктов в этой сети вычисляют в геоцентрической системе прямоугольных координат XYZ, начало которой совмещено с центром масс Земли, ось Z-- с осью вращения ее, а плоскость ZY--с плоскостью начального меридиана. Глобальную геодезическую сеть используют для решения научных и научно-технических проблем и задач высшей геодезии, геодинамики, астрономии и других наук. К числу таких проблем и задач относятся, например, следующие:

уточнение фундаментальных геодезических постоянных;

изучение фигуры и гравитационного поля Земли;

определение движений полюсов Земли;

задание единой для всей Земли системы геоцентрических пространственных прямоугольных или геодезических координат;

определение положения референц-эллипсоидов разных стран относительно центра масс Земли;

изучение перемещений и деформаций литосферных плит земной коры;

изучение закономерностей изменения во времени координат пунктов общеземной геодезической сети вследствие динамики земной поверхности и приведение их мгновенных значений к определенной эпохе, например, к эпохе 2000 г.

Глобальная геодезическая сеть должна непрерывно совершенствоваться для достижения наивысшей точности определения «мгновенного» положения ее пунктов в геоцентрической системе координат. По мере повышения точности глобальной геодезической сети будут постепенно расширяться возможности решения новых научных проблем и задач геодезии, прикладной космонавтики, геодинамики, астрономии и многих других наук.

Национальные геодезические сети подразделяются, как отмечалось выше, на три вида: государственную геодезическую сеть (плановую), государственную нивелирную сеть (высотную), государственную гравиметрическую сеть.

Государственная геодезическая сеть предусматривает определение с наивысшей точностью взаимного положения геодезических пунктов в плановом отношении на избранной поверхности относимости (на референц-эллипсоиде или плоскости); высоты пунктов сети определяются с гораздо более низкой точностью, особенно в горных районах.

Государственная нивелирная сеть служит для определения с наивысшей точностью высоты каждого пункта относительно поверхности квазигеоида; плановое положение пунктов этой сети на поверхности относимости определяется приближенно.

Государственная гравиметрическая сеть предназначена для определения с наивысшей точностью ускорений силы тяжести на пунктах; положение пунктов этой сети в плановом и высотном отношении должно быть определено с требуемой точностью.

Государственные геодезические сети, создаваемые на территории каждой отдельной страны, предназначаются для следующих целей:

детального изучения фигуры и гравитационного поля Земли, их изменений во времени (в пределах территории страны);распространения единой системы координат и высот на всей территории страны;картографирования территории страны в разных масштабах в единой системе координат и высот;решения геодезическими методами разного рода научных и инженерно-технических задач народнохозяйственного значения.

В силу специфических средств и методов построения геодезических сетей разного вида пункты плановой геодезической сети обычно располагают на наиболее высоких участках местности; пункты нивелирной сети -- на равнинных и холмистых участках местности, в долинах рек и т. п.

Государственные геодезические сети всех трех видов строятся раздельно, но они тесно взаимосвязаны между собой и дополняют одна другую. Отдельные пункты могут быть общими для всех трех видов сетей, что позволяет более эффективно решать многие задачи геодезии, геодинамики и т. п. В связи с тем, что государственные геодезические сети имеют важное научное и народнохозяйственное значение, они должны быть надежно закреплены на местности, рассчитаны на длительный срок службы, а по точности должны удовлетворять требованиям науки, задачам народного хозяйства страны, причем не только ближайшего, но и сравнительно отдаленного будущего. История развития геодезии показывает, что с течением времени требования к точности построения государственных геодезических сетей непрерывно возрастают. Вместе с тем, сама по себе государственная геодезическая сеть, если ее систематически не обновлять и не совершенствовать, постепенно стареет, утрачивается часть пунктов, теряется точность в отдельных ее частях, особенно из-за современных движений земной коры. Для того чтобы государственные геодезические сети страны всегда находились на уровне современных требований, а также требований ближайшего будущего, необходимо: систематически проводить полевое обследование (осмотр) всех пунктов сети, восстанавливать или заново определять утраченные пункты; периодически, например, через 25--30 лет выполнять повторные или дополнительные измерения в значительной или, во всяком случае, в той части сети, которая наиболее сильно подвержена деформациям из-за современных движений земной поверхности или вследствие других причин; повторные или дополнительные измерения, проводимые для дальнейшего совершенствования и повышения точности государственной геодезической сети, необходимо осуществлять на базе новейших достижений в области высокоточной измерительной техники и методов измерений; геодезический сеть азимутальный лаплас

по мере накопления новой измерительной информации в результате повторных или дополнительных измерений на значительной части территории необходимо примерно через 25--30 лет заново выполнять повторное уравнивание сети как плановой, так и высотной, с целью получения новых, более точных значений координат и высот, относящихся к данной эпохе наблюдений.

При создании современных государственных геодезических сетей выполняют комплекс основных геодезических работ, которые включают в себя: проектирование геодезических сетей, рекогносцировку пунктов, постройку геодезических знаков, закладку подземных центров и реперов; выполнение угловых и линейных измерений; определение астрономических широт, долгот и азимутов; производство нивелирных работ; измерение ускорений силы тяжести, наблюдений ИСЗ и т. п. и, наконец, математическую обработку результатов измерений.

В последние годы достигнуты значительные успехи в деле повышения точности определения координат пунктов по результатам наблюдений ИСЗ. В связи с этим наблюдения ИСЗ начинают все шире использоваться при создании государственных геодезических сетей высокой точности. Для того чтобы государственные геодезические сети могли служить интересам науки и народного хозяйства страны в течение длительного времени, их необходимо строить на строго научной основе, причем с наивысшей точностью, достигаемой в массовых измерениях при использовании новейших методов и высокоточной измерительной техники.

Местные геодезические сети. В ряде случаев на локальных участках местности необходимо решать сложные научные и инженерно-технические задачи, требующие определения взаимного положения точек в плане и по высоте с наивысшей точностью на каждый момент времени. В этих случаях создают специальные геодезические сети предельно высокой точности и выполняют в них прецизионные измерения повторно через определенные интервалы времени. Математическую обработку измерений в таких сетях выполняют в местной системе координат, подбираемой таким образом, чтобы редукционные поправки за переход от измеренных величин к их проекциям на местную поверхность относимости были как можно меньше. Такие сети используют, например, в сейсмоактивных районах для поиска предвестников и последующего прогноза крупных землетрясений, при строительстве и эксплуатации мощных радиотелескопов, ускорителей элементарных частиц, гидростанций и т. д.

Размещено на Allbest.ru