Исследование метода создания опорной геодезической сети с помощью спутниковой технологии

Эфемеридную информацию в виде файла, называемого в эксплуатационной документации альманахом, получают либо из специально для этого выполняемых спутниковых определений, либо используют эфемеридную информацию, образовавшуюся в процессе каких-либо ранее выполненных спутниковых определений. В любом случае спутниковые определения для получения альманаха должны быть выполнены в дату, отстоящую не более чем на 30 суток от даты, на которую выполняют прогнозирование. Если для получения альманаха специально проводят спутниковые определения, то их выполняют одним приёмником в течение 5 минут.

Для объекта работ или его части, где препятствия прохождению радиосигналов, передаваемых спутниками, отсутствуют, прогнозирование выполняют сразу для всех пунктов и снимаемых участков объекта.

В случае, если на объекте работ препятствия имеются, прогнозирование должно быть выполнено с учётом этого обстоятельства. Оно должно быть осуществлено в отдельности для каждого пункта, если выполняют подготовку к производству работ по развитию ОГС, или в отдельности для каждого участка съёмки, в пределах которого условия прохождения радиосигналов можно принять одинаковыми, если производят подготовку к выполнению съёмки. При этом используют высоту и азимут объектов, препятствующих прохождению радиосигналов от спутников, определённые в ходе рекогносцировки.

Прогнозирование спутникового созвездия выполняют на ЭВМ с помощью программного пакета, входящего в комплект спутниковой аппаратуры, как описано в прилагаемой эксплуатационной документации.

При прогнозировании для каждого пункта геодезической основы или ОГС или участка съёмки в функции времени суток получают график числа доступных для наблюдения спутников и график значений PDOP (GDOP), на каждую дату предстоящих работ. Данная информация выводится на дисплей ЭВМ или может быть напечатана как в графической форме, так и в форме таблиц. Кроме того, может быть составлена диаграмма видимых положений спутников на небесной сфере в некоторый задаваемый интервал времени.

По полученным графикам и таблицам находят периоды, оптимальные для наблюдения спутников на пунктах геодезической основы или ОГС или участках съёмки, которые используются для планирования сеансов наблюдений.

1.2.4 Источники ошибок

На точность определения координат существенное влияние оказывают ошибки, возникающие при выполнении процедуры измерений. Природа этих ошибок различна.

* Неточное определение времени. При всей точности временных эталонов ИСЗ существует некоторая погрешность шкалы времени аппаратуры спутника. Она приводит к возникновению систематической ошибки определения координат около 0.6 м.

* Ошибки вычисления орбит. Появляются вследствие неточностей прогноза и расчета эфемерид спутников, выполняемых в аппаратуре приемника. Эта погрешность также носит систематический характер и приводит к ошибке измерения координат около 0.6 м.

* Инструментальная ошибка приемника. Обусловлена, прежде всего, наличием шумов в электронном тракте приемника. Отношение сигнал/шум приемника определяет точность процедуры сравнения принятого от ИСЗ и опорного сигналов, т.е. погрешность вычисления псевдодальности. Наличие данной погрешности приводит к возникновению координатной ошибки порядка 1.2 м.

* Многопутность распространения сигнала. Появляется в результате вторичных отражений сигнала спутника от крупных препятствий, расположенных в непосредственной близости от приемника. При этом возникает явление интерференции, и измеренное расстояние оказывается больше действительного. Аналитически данную погрешность оценить достаточно трудно, а наилучшим способом борьбы с нею считается рациональное размещение антенны приемника относительно препятствий. В результате воздействия этого фактора ошибка определения псевдодальности может увеличиться на 2.0 м.

* Ионосферные задержки сигнала. Ионосфера - это ионизированный атмосферный слой в диапазоне высот 50 - 500 километров, который содержит свободные электроны. Наличие этих электронов вызывает задержку распространения сигнала спутника, которая прямо пропорциональна концентрации электронов и обратно пропорциональна квадрату частоты радиосигнала. Для компенсации возникающей при этом ошибки определения псевдодальности используется метод двухчастотных измерений на частотах L1 и L2 (в двухчастотных приемниках). Линейные комбинации двухчастотных измерений не содержат ионосферных погрешностей первого порядка. Кроме того, для частичной компенсации этой погрешности может быть использована модель коррекции, которая аналитически рассчитывается с использованием информации, содержащейся в навигационном сообщении. При этом величина остаточной немоделируемой ионосферной задержки может вызывать погрешность определения псевдодальности около 10 м.

рис. 9 Тропосферные задержки сигнала

Свой негативный вклад, приводящий к ошибкам в измерении дальности, вносят ионосфера и тропосфера Земли

Тропосфера - самый нижний от земной поверхности слой атмосферы (до высоты 8 - 13 километров). Она также обуславливает задержку распространения радиосигнала от спутника. Величина задержки зависит от метеопараметров (давления, температуры, влажности), а также от высоты спутника над горизонтом.

Компенсация тропосферных задержек производится путем расчета математической модели этого слоя атмосферы. Необходимые для этого коэффициенты содержатся в навигационном сообщении. Тропосферные задержки вызывают ошибки измерения псевдодальностей в 1 м.

* Геометрическое расположение спутников. При вычислении суммарной ошибки необходимо еще учесть взаимное положение потребителя и спутников рабочего созвездия. Для этого вводится специальный коэффициент геометрического ухудшения точности PDOP (Position Dilution Of Precision), на который необходимо умножить все перечисленные выше ошибки, чтобы получить результирующую ошибку. Величина коэффициента PDOP зависит от взаимного расположения спутников и приемника. Она обратно пропорциональна объему фигуры, которая будет образована, если провести единичные векторы от приемника к спутникам. Большое значение PDOP говорит о неудачном расположении ИСЗ и большой величине ошибки. Типичное среднее значение PDOP колеблется от 4 до 6.

К факторам, влияющим на прохождение радиосигнала, относятся механические препятствия, отражающие объекты, радиопомехи.

Препятствия, такие как здания и сооружения, густая растительность и крупные предметы, при их нахождении на прямой, соединяющей спутник и приёмник (независимо от продолжительности нахождения), исключают возможность наблюдения этого спутника. Линии электропередач, провода и кабели диаметром до 2 - 3 см. не являются препятствиями для прохождения радиосигнала.

Объекты, отражающие радиосигнал, находящиеся вблизи приёмника (на расстояниях менее 50 м.), в большей или меньшей степени, в зависимости от расстояния и площади поверхности объекта, создают эффект многопутности, понижающий точность спутниковых определений. К таким объектам относятся искусственные сооружения и крупные предметы, особенно металлические. Во избежание появления эффекта многопутности в процессе работ необходимо следить, чтобы точки ОГС не попадали в зоны, близкие к крупным металлическим объектам (опорам высоковольтных линий электропередач, нефтеналивным бакам и т. п.). Влияние многопутности на точность спутниковых определений обычно незначительно для точностей, реализуемых при развитии ОГС и съёмке ситуации и рельефа, и, таким образом, не исключает возможности проведения этих работ.

Радиопомехи, создаваемые источниками радиосигналов (мощными радиостанциями), находящимися на расстоянии менее 1 километра от приёмника, а также подвесными высоковольтными линиями электропередач, находящимися на расстоянии менее 50 м от приёмника, понижают точность спутниковых определений. Необходимо избегать размещения спутниковых приёмников вблизи этих объектов.

При выполнении спутниковых определений не рекомендуется наблюдать спутники, возвышение которых над горизонтом составляет менее 15°, т.к. в противном случае полученные данные будут значительно искажаться влиянием атмосферной рефракции.

1.3 Основные технические требования, предъявляемые к приёмникам, используемым для развития ОГС и съёмки ситуации и рельефа

Приёмники, предназначаемые для производства работ по развитию ОГС и съёмке ситуации и рельефа, должны быть сертифицированы для геодезического применения в Российской Федерации и иметь свидетельства о поверке. Поверку необходимо выполнять ежегодно перед выездом на полевые работы. Ответственными за проведение сертификации и получение свидетельства о поверке являются метрологические службы предприятий и организаций, выполняющих съёмочные работы.

Приёмники должны соответствовать следующим техническим требованиям:

1) Должно иметься не менее 6 каналов приёма радиосигналов.

2) Должна быть обеспечена возможность измерения фазы несущего радиосигнала.

3) Встроенное программное обеспечение должно поддерживать необходимые для работы методы спутниковых определений.

4) Во время наблюдения спутников должна обеспечиваться возможность получения и вывода на дисплей следующей основной информации:

- числа наблюдаемых спутников;

- числа эпох наблюдений;

- значения фактора PDOP (или GDOP);

- сообщения о потере связи.

5) Должна быть обеспечена возможность ввода, хранения и вывода в ЭВМ семантической информации.

6) В комплект приёмника должен входить программный пакет для ЭВМ, обеспечивающий вычислительную обработку,

7) Входящий в комплект приёмника программный пакет для ЭВМ должен обеспечивать прогнозирование спутникового созвездия.

1.3.1 Порядок проверки готовности аппаратуры и исполнителей к проведению работ на объекте

Перед выездом на пункты наблюдений необходимо проверить комплектность каждой станции, работоспособность отдельных компонентов. Механические узлы станций должны работать исправно, устройства принудительного центрирования не должны иметь механических дефектов, ведущих к срыву наблюдений. Загрузочный тест блока управления должен проходить без сбоев. Регистрирующие устройства (карточки памяти, полевые компьютеры) должны иметь достаточный объем памяти для регистрации наблюдений требуемой продолжительности. Аккумуляторы должны быть в исправном состоянии и подготовлены к проведению наблюдений требуемой продолжительности с учетом температуры окружающей среды.

Создаются (формируются) и записываются в память блока управления единые для всех станций рабочие установки (параметры наблюдений):

- режим наблюдений;

- маска по углу возвышения;

- параметры сбора данных;

- частота регистрации данных.

К производству полевых работ, как правило, допускаются лица, прошедшие курс обучения работе с приёмниками того типа, который предполагается применять для спутниковых определений.

Перед выездом на полевые работы с целью освоения технологии и обеспечения надёжности проведения работ рекомендуется выполнять пробные спутниковые определения в следующих случаях:

1) если приёмник данного типа или метод спутниковых определений используется исполнителем работ впервые;

2) если техническим проектом предусмотрено выполнение спутниковых определений при таких расстояниях между базовой и подвижной станциями, которые ранее не реализовывались спутниковой аппаратурой данного типа или данным исполнителем;

3) если приёмник данного типа применяется впервые при данном характере местности или если исполнитель впервые производит спутниковые наблюдения в окружении препятствий, характерных для данной местности;

4) если приёмник данного типа применяется впервые или если исполнитель впервые производит спутниковые наблюдения в реализуемой по техническому проекту организационной структуре.

Пробные спутниковые определения необходимо выполнять теми же методам и, по возможности, в тех же условиях, что и на предполагаемом объекте работ.

По окончании пробных спутниковых определений составляется акт о готовности аппаратуры и исполнителей к производству работ.

1.3.2 Общие указания по выполнению спутниковых определений

В продолжение приёма необходимо непрерывно наблюдать как базовой, так и подвижной станциями не менее 4 спутников одновременно; при применении динамических методов и особенно кинематического метода, рекомендуется наблюдать не менее чем 5 спутников. Состав спутников в продолжение приёма может меняться.

При выборе значения интервала регистрации необходимо руководствоваться эксплуатационной документацией используемого типа приёмника с учётом применяемого метода спутниковых определений. Значение интервала регистрации должно быть одинаковым для всех приёмников, используемых в сеансе.

Высоту антенны необходимо определять на каждом пункте и пикете. При этом следует руководствоваться эксплуатационной документацией комплекта приёмника. Во избежание ошибок, рекомендуется производить измерения в метрической мере и в дюймах.

При работе со спутниковой аппаратурой необходимо соблюдать следующие правила:

1. Следить за индицируемым на дисплее значением свободного объёма запоминающего устройства приёмника и вовремя принимать меры по передаче накопившейся информации в ЭВМ.

2. Во избежание утраты данных спутниковых определений, по окончании каждого рабочего дня копировать полученные данные на дискету (PC-карту).

3. Всегда отражать в полевом журнале (или его электронном аналоге) ход выполнения работ: время начала и конца приёма, инициализации, потери связи и т. п.

4. Не допускать образования толстого снежного покрова на поверхности антенны приёмника и её обледенения.

5. Беречь антенну от попадания разряда молнии.

6. По окончании рабочего дня упаковывать комплект спутниковой аппаратуры в транспортировочные ящики во избежание механических повреждений или воздействия метеофакторов.

1.3.3 Порядок производства полевых работ и общие рекомендации по вычислительной обработке результатов наблюдений спутников

Полевым работам по развитию ОГС с применением спутниковой технологии должна предшествовать подготовка.

Полевые работы следует производить в соответствии с техническим проектом, разработанным с учётом указаний, по рабочей программе полевых работ, откорректированной по результатам рекогносцировки. При этом должны быть реализованы как метод развития ОГС, предусмотренный проектом, так и методы спутниковых определений: быстрый статический, метод реоккупации или статический: указанные в рабочей программе полевых работ для тех или иных сеансов.

Укрупнёно полевые работы на объекте складываются из доставки приёмников и оборудования на пункты и выполнения сеансов в соответствии с программой полевых работ. При этом, реализуя быстрый статический и статический методы спутниковых определений, на каждом пункте необходимо выполнить один приём, а реализуя метод реоккупации - два приёма с интервалом от 1 до 4 часов.

В сеансе для осуществления приёма на каждом пункте необходимо выполнить следующие операции, и руководствуясь эксплуатационной документацией применяемого типа приёмника:

1. Провести развёртывание аппаратуры, установить приёмник на пункте и определить высоту антенны.

2. Подготовить приёмник к работе, как указано в эксплуатационной документации.

3. Установить режим регистрации данных наблюдения спутников.

4. Пользуясь клавиатурой, ввести в запоминающее устройство: значение номера пункта, значение высоты антенны и вспомогательную информацию: время начала и конца приёма, потерь связи и др.

5. Провести приём наблюдений спутников в течение времени, указанного в рабочей программе полевых работ для применяемого метода спутниковых определений.

6. Выключить режим регистрации данных и выполнить свёртывание аппаратуры.

В заключение работ на объекте следует выполнить вычислительную обработку данных наблюдений спутников.

Вычислительная обработка производится по следующим этапам:

- предварительная обработка - разрешение неоднозначностей фазовых псевдодальностей до наблюдаемых спутников, получение координат определяемых точек в системе координат глобальной навигационной спутниковой системы и оценка точности;

- трансформация координат в принятую систему координат;

- уравнивание геодезических построений и оценка точности.

В качестве программного обеспечения для производства вычислительной обработки следует использовать программные пакеты, прилагаемые к спутниковой аппаратуре, применявшейся для производства полевых работ. Примером таких наиболее распространённых программных пакетов является Topcon Tools.

Программное обеспечение Topcon Tools компании Topcon предназначено для обработки и уравнивания наблюдений, полученных различными геодезическими приборами. представляет собой интегрированный пакет, состоящий из нескольких модулей: GPS PP; RTK; Complete; GIS; TS; Adv; GPS PP+Advanced; Design; Complete (PP, RTK, TS, Adv).

Программа Topcon Tools разрабатывалась таким образом, чтобы упростить основные операции по обработке и уравниванию полевых наблюдений, что особенно важно как для опытных, так и для только начинающих геодезистов.

Программа легко устанавливается на любой персональный компьютер, совместима с различными операционными системами Windows. Для работы с лицензионной версией используется USB-ключ аппаратной защиты или код активации связанный с аппаратной частью персонального компьютера.

Программа имеет удобный пользовательский интерфейс, который легко изучить и использовать, позволяет обрабатывать данные, полученные со всех ГНСС приемников Topcon, а также данные с приемников иных производителей, при условии конвертирования файлов наблюдений в формат RINEX. Все данные в программе хранятся в виде проектов, настройки любого проекта легко изменить, добавив или удалив необходимую информацию.

Пользователю предложен большой выбор систем координат, возможность создавать свои и вычислять параметры местной системы координат по измерениям на пунктах с известными координатами (2D и 3D калибровки), с последующим их сохранением. Имеется большой выбор форматов для импорта и экспорта данных. Предусмотрен импорт и экспорт из/в геодезические инструменты. Импорт файлов возможен по принципу drag&drop, т.е. файл достаточно перетащить в окно программы из проводника.

Данные загружаемые в программу могут быть отображены в следующем виде:

- таблицы, который включает подробную информацию по точкам, измерениям и результатам их обработки, уравнивания, а так же другую информацию

- карты, который включает графическое отображение выполненых измерений

- сеансов ГНСС наблюдений на точках, который включает графическое отображение сеансов наблюдений, с указанием информации по каждому наблюдаемому спутнику

- CAD, который включает отображение координатной сетки, настройки картографической подложки и выбора подписей для точек.

Одной из отличительных особенностей программы является функция просмотра результатов наблюдений в Google Earth. Пользователю достаточно создать проект, загрузить файлы наблюдений в него и нажав одну лишь кнопку, программа автоматически покажет место съемки в Google.

В Topcon Tools можно создавать свои и редактировать существующие шаблоны отчетной документации, с указанием необходимого перечня данных входящих в них.

Программа построена по модульному принципу, каждый модуль может быть заказан отдельно. Таким образом, пользователю предоставляется мощный и надежный рабочий инструмент, который может быть сконфигурирован им в соответствии с текущими задачами.

Рис. 10 Возможности Topcon Tools

Функции программных модулей:

Модуль GPS PP (Postprocessing) - содержит математический аппарат для обработки и уравнивания измерений полученных ГНСС приемниками.

В данном модуле имеются следующие возможности:

- Импорт сырых данных с приемников Topcon и Sokkia^ также файлов в формате RINEX

- Обработка сырых измерений полученных ГНСС приемниками по всем частотам

- Уравнивание координат точек

- Автоматическая отбраковка измерений при уравнивании

- Просмотр сеансов наблюдений и возможность их редактирования

- Поверка на замыкание полигонов

- Расчет обратной геодезической задачи

- Вывод отчетов с возможностью настройки их содержания.

Модуль RTK предназначен для обработки данных полученных в программном обеспечении контроллера при RTK измерениях.

- Импорт данных RTK измерений с контроллеров Topcon и Sokkia^ также файлов в различных форматах.

- Расчет координат точек

- Уравнивание координат точек

- Автоматическая отбраковка измерений при уравнивании

- Поверка на замыкание полигонов

- Расчет обратной геодезической задачи

- Вывод отчетов с возможностью настройки их содержания.

Модуль complete (PP, RTK, TS) - включает в себя три модуля -Postprocessing, RTK, Total Station, для полноценной обработки ГНСС данных, а также данных полученных электронными тахеометрами. Приобретая данный модуль, пользователю предоставляется мощный, надежный и гибкий инструмент для работы, позволяющий пройти полный цикл, начиная от обработки результатов полевых измерений, до получения конечной отчетной документации.

Модуль GIS - менее точная, менее сложная версия модуля Postprocessing для обработки данных, полученных при съемки в режиме DGPS.

Несмотря на свою упрощенность, данный модуль содержит следующие возможности:

- Импорт данных наблюдений с приемников Topcon, а также файлов в формате RINEX

- Просмотр данных съемки в различных видах: вид карты, таблицы

- Просмотр сеансов наблюдений на точках стояния и возможность их редактирования

- Добавление информации по кодам и слоям

- Просмотр данных наблюдений в GoogleEarth

- Обработка сырых измерений DGPS наблюдений

- Экспорт полученных данных в различных форматах

- Расчет обратной геодезической задачи

- Вывод отчетов с возможностью настройки их содержания.

Модуль TS - это модуль, предназначенный для обработки полевых измерений, полученных электронными и роботизированными тахеометрами, а также цифровыми нивелирами.

В модуле TS пользователь имеет возможность:

- Импорт данных полевых измерений с тахеометров и цифровых нивелиров Topcon и Sokkia

- Просмотр результатов полевых наблюдений в различных видах (вид карты, вид CAD, таблицы), а также в GoogleEarth

- Работа с системами координат (выбор системы координат из списка, создание новых систем координат, используя параметры перехода)

- Создание списка кодов и слоев, и распределение информации данных полевых измерений в соответствии с ними

- Ввод параметров уравнивания и уравнивание полевых измерений

- Экспорт результатов в различных форматах

- Решение обратной геодезической задачи - расчет прямого и обратного азимутов, расстояний

- Вывод отчетов/ведомостей по результатам обработки с возможностью настройки их содержания.

Модуль Advanced - модуль расширенной обработки, дает возможность установить дополнительные параметры для обработки ГНСС измерений и уравнивания. При обработке спутниковых измерений можно выбрать необходимый алгоритм обработки, исходя из особенностей измерений, выполненных в статическом, кинематическом Stop-Go или непрерывном кинематическом режимах (обработка данных только на частоте L1, только на частоте L2, совместная обработка L1+L2, обработка только кодовых измерений и т.д., совместная обработка данных GPS и ГЛОНАСС или только GPS), появляется возможность использования параметров тропосферы и возможность разбиения/объединения нескольких сеансов наблюдений. При уравнивании пользователю предоставляется возможность выбора типа уравнивания, назначения весов исходным пунктам, возможность уравнивания 1D - только по высоте, 2D - только в плане, 3D - по высоте и в плане. Данный модуль работает только в сочетании с модулем GPS PP.

Для производства вычислений необходимо использовать IBM-совместимые ЭВМ, технические характеристики которых удовлетворяют требованиям, изложенным в эксплуатационной документации, прилагаемой к программному пакету.

При осуществлении вычислительных работ в качестве руководства должна использоваться эксплуатационная документация, прилагаемая к каждому программному пакету.

1.4 Опорная геодезическая сеть

Основные положения об опорной геодезической сети регламентируют работы по их созданию как геодезических сетей специального назначения Росземкадастра для ведения государственного земельного кадастра, мониторинга земель и землеустройства.

Опорные геодезические сети (ОГС) создаются во всех случаях, когда точность и плотность государственных, городских или иных геодезических сетей не соответствует требованиям настоящих Основных положений.

Основные положения определяют статус, назначение, структуру и технические характеристики ОГС. Создание ОГС ориентировано в основном на применение спутниковых методов определения координат. Координаты пунктов ОГС могут определяться с помощью современных геодезических и фотограмметрических методов на основе новейших технологий. Основные положения обязательны к применению при разработке нормативно -технических документов, соответствующих инструкций и руководств по созданию и развитию опорных геодезических сетей на территории Российской Федерации.

1.4.1 Статус и назначение опорной геодезической сети

- Опорная геодезическая сеть (ОГС) является геодезической сетью специального назначения, создаваемой для координатного обеспечения государственного земельного кадастра, мониторинга земель, землеустройства и других мероприятий по управлению земельным фондом России.

- Создание опорной геодезической сети является компетенцией Федеральной службы земельного кадастра России.

- Работы по созданию опорной геодезической сети выполняется физическими и юридическими лицами, получившими в установленном порядке лицензии Росземкадастра на данный вид работ.

- Государственный надзор за работами по созданию ОГС осуществляют Федеральная служба земельного кадастра и ее территориальные органы.

- Опорная геодезическая сеть предназначена для:

1. Установления координатной основы на территориях кадастровых округов, районов, кварталов;

2. Ведения государственного реестра земель кадастрового округа, района, квартала и дежурных кадастровых карт (планов);

3. Проведения работ по государственному земельному кадастру, землеустройству, межеванию земельных участков, мониторингу земель и координатного обеспечения иных государственных кадастров;

4. Государственного контроля за состоянием, использованием и охраной земель:

5. Проектирования и организации выполнения природоохранных, почвозащитных и восстановительных мероприятий, а также мероприятий по сохранению природных ландшафтов и особо ценных земель;

6. Установления границ земель особо подверженных геологическим и техногенным воздействиям;

7. Информационного обеспечения государственного земельного кадастра данными о количественных и качественных характеристиках и местоположении земель для установления их цены, платы за пользование, экономического стимулирования и рационального землепользования;

8. Инвентаризации земель различного целевого назначения:

9. Решения других задач государственного земельного кадастра, мониторинга земель и землеустройства.

1.4.2 Классификация опорной геодезической сети и ее точность

Согласно принципу перехода «от общего к частному» вся опорная сеть подразделяется на классы и построение ее осуществляется несколькими ступенями: от сетей высшего класса к низшему, от крупных и точных геометрических построений к более мелким и менее точным. Пункты высших классов располагаются на больших (до нескольких десятков км) расстояниях друг от друга и затем последовательно сгущаются путем развития между ними сетей более низких классов. Такой подход позволяет в сжатые сроки с высокой точностью распространить единую систему координат на всю территорию страны.

Различают плановые геодезические сети, в которых для каждого пункта определяются прямоугольные координаты (х, у) в общегосударственной системе, и высотные, в которых высоты (Н) пунктов определяются в Балтийской системе высот.

Геодезические сети России принято подразделять на государственную геодезическую сеть, геодезические сети сгущения и съемочные геодезические сети. Густота геодезических сетей и необходимая точность нахождения планового положения пункта определяется характером научных и инженерно-технических задач, решаемых на этой основе. Поэтому для обеспечения требуемой точности построения геодезических сетей угловые и линейные измерения ее элементов должны выполняться соответствующими приборами и методами.

1.4.3 Построение опорной геодезической сети

Опорная геодезическая сеть - это геодезическая сеть заданного класса (разряда) точности, которая строится в процессе инженерных изысканий и служит геодезической основой для обоснования проектной подготовки строительства, выполнения топографических съемок и аналитических определений положения точек местности и сооружений. Кроме того, для планировки местности, создания разбивочной основы для строительства, обеспечения других видов изысканий, а также выполнения стационарных геодезических работ и исследований.

Геодезические работы по построению опорных геодезических сетей встречаются достаточно часто. Такие сети создаются для последующей топографической съемки территории (съемочное обоснование), для наблюдения за деформациями различных сооружений и для выполнения землеустроительных (опорные геодезические сети) или геодезических разбивочных работ. При строительстве крупных промышленных предприятий опорные геодезические сети могут создаваться в виде сетки квадратов со сторонами в 100 и 200 метров.

Геодезические сети могут создаваться как в результате проведения спутниковых геодезических работ, так и проложением полигонометрических ходов, в которых измеряются углы и расстояния. Отметки пунктов геодезических сетей определяются, как правило, методами геометрического и тригонометрического нивелирования.

Опорная геодезическая сеть должна проектироваться и создаваться с учетом ее последующего использования при геодезическом обеспечении строительства и эксплуатации объекта. В геодезии плотность пунктов опорной сети при производстве инженерных изысканий устанавливается в программе изысканий из расчета не менее четырех пунктов на один квадратный километр на застроенных территориях или один пункт на один квадратный километр на незастроенных территориях. Точки геодезической опорной сети надежно закрепляются на местности.

Плановое положение пунктов опорной сети при инженерных изысканиях определяется методами триангуляции, полигонометрии, трилатерации, построения линейно-угловых сетей, а также на основе использования спутниковой геодезической аппаратуры.

Высотная опорная геодезическая сеть на территории проведения инженерно-геодезических изысканий развивается в виде сетей нивелирования

II, III и IV классов, а также технического нивелирования в зависимости от площади и характера объекта строительства. Исходными пунктами в геодезии для развития высотной опорной сети являются пункты государственной нивелирной сети.

По результатам геодезических измерений производят расчёт плановых координат точек сети и их высотных отметок. Предельная погрешность взаимного планового положения смежных пунктов опорной геодезической сети после выполнения полевых геодезических работ и ее уравнивания не должна превышать заданных значений. Создаются каталоги координат и высот пунктов сети для дальнейшего использования. Геодезические услуги по созданию сетей специального назначения требуют высокой квалификации персонала. Расценки на геодезические работы по созданию опорных сетей зависят от размеров создаваемой геодезической сети, местоположения объекта и режима его работы.



1.4.4 Геодезические системы координат и проекция

Для решения многих задач гораздо удобнее и практичнее перейти от геодезических координат В и L к системе плоских прямоугольных геодезических координат X, Y. При этом должна быть обеспечена однозначная связь геодезических и плоских прямоугольных геодезических координат точек (в дальнейшем плоских прямоугольных координат). Указанной цели достигают, если поверхность общего земного эллипсоида (референц-эллипсоида) изобразить на плоскости по соответствующим математическим правилам, которые образуют так называемые «картографические проекции».

Аналитически картографические проекции описывают соответствующими математическими уравнениями, позволяющими определить по геодезическим координатам точки (В, L) ее плоские прямоугольные координаты (Х, Y) в соответствующей картографической проекции. Отметим важное обстоятельство -- отобразить поверхность эллипсоида на плоскости без искажений невозможно. По характеру искажений картографические проекции могут быть равноугольными, равновеликими и произвольными.

Основное условие равноугольного отображения поверхности эллипсоида на плоскости -- подобие бесконечно малых фигур, что обуславливает отсутствие при переходе от поверхности эллипсоида на плоскость искажений углов малых геометрических фигур. В равновеликих картографических проекциях отношение соответствующих площадей геометрических фигур сохраняется постоянным.

На практике удобно, чтобы меридианы и параллели на картах представляли собой прямые линии. Для этого при преобразовании на плоскость поверхности эллипсоида (шара) используют цилиндрические картографические проекции.

В Российской Федерации для перехода от геодезических координат (В, L) к плоским прямоугольным геодезическим координатам (X, Y) используют поперечную цилиндрическую равноугольную картографическую проекцию, получившую название «проекция Гаусса--Крюгера», а соответствующую ей систему координат называют государственной. Она разработана исходя из следующих условий:

* проекция сохраняет равенство соответствующих горизонтальных углов на поверхности эллипсоида и на плоскости;

* бесконечно малый контур на эллипсоиде изображается подобным ему контуром на плоскости;

* масштаб изображения в каждой точке проекции зависит только от ее координат и не зависит от направления;

* при использовании проекции земной эллипсоид разделяется меридианами на зоны, имеющие свое начало координат -- пересечение осевого меридиана с экватором;

* масштаб проекции вдоль осевого (среднего) меридиана зоны равен единице, т. е. его изображают без искажения.

Осевой меридиан зоны и экватор изображают на плоскости двумя взаимно перпендикулярными линиями.

Принцип построения картографической проекции Гаусса-- Крюгера показан на рисунке. Как отмечалось ранее, при использовании проекции Г аусса--Крюгера в основу положено разделение поверхности общего земного эллипсоида на ряд одинаковых меридианных полос с заданной разностью долгот 6° граничных меридианов. Изображение на плоскости каждой шестиградусной полосы представляет собой колонну листов Международной карты мира в масштабе 1: 1 000 000. Шестиградусная полоса в свою очередь является шестиградусной координатной зоной, ограниченной изображениями соответствующих меридианов. В зоне с номером n кривые PQP₁ и PQ P₁ являются граничными меридианами 6° зоны; пунктирная линия -- осевой меридиан, долгота которого L₀ = 6°n - 3°. Эта зона на плоскости изображена в проекции. Кривые pqp₁ и pq'p₁ -- изображения граничных меридианов; прямая рр₁ -- изображение осевого меридиана, а прямая qq '-- изображение экватора. Прямолинейное изображение осевого меридиана и экватора на плр-скости позволяет их использовать в качестве осей плоской прямоугольной системы координат. Ось ординат У направлена на восток и совмещена с изображением линии экватора, а ось абсцисс X совмещена с изображением линии осевого меридиана зоны и направлена на север. Если а -- изображение точки А на плоскости, то ее положение определяется плоскими прямоугольными координатами х_а и у_а.

Каждую шестиградусную зону нумеруют арабскими цифрами. На территории Российской Федерации принята нумерация зон, отличающаяся от нумерации зон мировой карты масштаба 1: 1 000 000 на тридцать единиц, т. е. крайняя западная зона с долготой L₀ осевого меридиана, равной 21°, имеет номер 4, а к востоку номера зон возрастают (до 32-й на Чукотке).

Системы плоских прямоугольных геодезических координат каждой координатной зоны совершенно идентичны. Из этого следует, что плоские прямоугольные координаты Х и Y, вычисленные по геодезическим координатам В и L, в любой координатной зоне имеют одни и те же значения. Данное обстоятельство обусловлено тем, что проекция Гаусса--Крюгера является симметричной относительно оси абсцисс. При этом абсциссы точек, имеющих одинаковую широту, являются функциями не долгот, а разностей между ними и значением долготы осевого меридиана. Две точки в А и В с одинаковой широтой и с одинаковой разностью долгот относительно осевых меридианов соответствующих зон после их изображения на плоскости имеют одинаковые абсциссу и абсолютное значение ординаты.

Чтобы исключить из обращения отрицательные ординаты и облегчить использование плоских прямоугольных координат, ко всем ординатам добавляют постоянное число 500000 м. Кроме того, чтобы знать, к какой координатной зоне относятся плоские прямоугольные координаты точки, к ординате слева приписывают номер зоны. В результате получают число, представляющее собой условную ординату. Например, условная ордината точки, равная 21 349 821, 425 м, означает, что точка с этой ординатой расположена в 21 зоне, ее действительная ордината --150178,575 м, а долгота осевого меридиана зоны L₀= 6° * 21 -- 3° = 123°.

Ввиду обособленности систем координат каждой зоны возникают некоторые неудобства в местах их стыковки. В этих случаях доя описания положения точек используют системы координат обеих смежных зон.

Положение точки Р, расположенной на одном и том же граничном меридиане двух смежных координатных зон, показано на рисунке. Допустим, что ее геодезические координаты равны соответственно В_Р и L_P. После изображения данной точки на плоскости ее плоские прямоугольные координаты в системе координат первой зоны будут X_P1 и Y_P1. Эта же точка во второй системе будет иметь координаты Х_Р2 и Y_P2. Примем, что координаты Х_Р1 и Y_P1 известны и требуется вычислить координаты точки Р в системе координат второй зоны, это часто требуется на практике. Переход от системы координат с одним осевым меридианом к системе координат с другим осевым меридианом называют «переходом из зоны в зону». В общем случае его осуществляют в такой последовательности. Вначале по известным плоским прямоугольным координатам Х_Р1 и Y_P1вычисляют геодезические координаты B _Р1 и L_Р1. Затем с учетом разности долгот осевых меридианов соответствующих зон, используя найденные геодезические координаты, вновь определяют плоские прямоугольные координаты Х_Р2 и Y_P2 точки Р, но во второй, т. е. «левой» зоне.

1.4.5 Математическая обработка геодезических измерений

- Программу математической обработки результатов геодезических измерений регламентируют соответствующие руководства и инструкции.

- Математическая обработка результатов геодезических измерений должна сопровождаться оценкой их точности. Значения средних квадратических ошибок элементов ОГС, вычисленные по результатам уравнивания, должны соответствовать их классификационным значениям, установленным для каждого класса настоящими основными положениями.

Предварительная (математическая) обработка - математическая обработка геодезических измерений, связанная с проверкой качества и получением первичной информации по результатам геодезических измерений на отдельных пунктах геодезических построений.

Уравнительные вычисления - комплекс вычислительных работ, проводимых с целью уравнивания и оценки точности результатов измерений.

Уравнивание геодезических измерений - математическая обработка результатов геодезических измерений, выполняемая с целью нахождения оптимальных оценок измеренных величин и их функций для устранения несогласованности между результатами измерений.

Уравненное значение - оценка искомой геодезической величины, полученная из уравнивания.

Поправка из уравнивания - разность между уравненным и измеренным значением результатов измерений.

Невязка (w) - Разность между значением функции, вычисленным по результатам измерений, и истинным ее значением.

Вес результата измерений (p) - относительная характеристика точности результата геодезических измерений, обратно пропорциональная дисперсии результата измерений.

Обратный вес результата измерений (Q) - относительная характеристика точности результата геодезических измерений, обратная его весу.

1.4.6 Составление каталогов (списков) координат пунктов ОГС в написание технического отчета

- Каталоги координат пунктов ОГС Составляются в местной системе координат и границах кадастрового округа Российской Федерации.

- Каталог координат пунктов ОГС ведется в установленном порядке, как правило, в электронном виде.

- В каталоге координат для каждого пункта OMС указывается его номер, название, класс, плоские прямоугольные координаты и высоты пунктов ОГС.

- Каталоги координат пунктов ОГС составляются и издаются в установленном порядке. Составление, ведение, издание и хранение каталогов координат пунктов ОГС является исключительной компетенцией Росземка-дастра.

- Порядок составления, ведения, издания н хранения каталогов пунктов ОГС в местных системах координат определяет Росземкадастр по согласованию с Минобороны РФ.

- Номер пункта ОГС устанавливается в границах кадастрового округа РФ в порядке возрастания.

- Название пункту ОГС присваивается по названию ближайшего населенного пункта или географического объекта.

- Тип знака и центра пункта ОГС записывается в соответствии с требованиями основных положений.

- Плоские прямоугольные координаты и высоты пунктов ОГС округляются до 0,01 метра. Высоты пунктов ОГС, определенные геометрическим нивелированием.

- Технический отчет составляется в соответствии с техническим заданием на выполнение работ.

Каталог координат пунктов опорной геодезической сети

Таблица 3

Имя	Карт.Х (м)	Карт. Y (м)	Высота (м)
Михайловский	5932270.480	9599736.440	197.100
Наумовка Зап.	5938143.870	9603418.620	142.919
Родник	5931300.640	9605425.720	184.278



1.4.7 Виды знаков опорной геодезической сети (ОГС)

Пункты ОГС должны быть закреплены на местности знаками, обеспечивающими долговременную сохранность пунктов и временными знаками, с расчётом на сохранность точек на время съёмочных работ.

При закреплении пунктов ОГС знаками долговременного типа надлежит руководствоваться следующим:

1. В качестве знаков долговременного типа применяют:

* бетонный пилон размерами 12 X 12 X 90 см, в верхний конец которого заделан кованый гвоздь, а в нижнюю часть для лучшего скрепления с грунтом вцементированы два металлических штыря (рис. 11);

Рис. 11 Бетонный пилон

* бетонный монолит в виде усечённой четырёхгранной пирамиды с нижним основанием 15x15 см, верхним 10 X 10 см и высотой 90 см, с заделанным в него кованым гвоздём (рис. 12);

Рис. 12 Бетонный монолит

* стальная труба диаметром 35-60 мм, отрезок рельса или уголкового стального профиля 50 X 50 X 5 мм (либо 35 X 35 X 4 мм) длиной 100 см с железобетонным якорем внизу и металлической пластиной для надписи вверху; якорь выполнен как скреплённая с трубой (рельсом, уголком) стальная арматура,

2. Знаки долговременного типа должны быть окопаны канавой в виде квадрата со стороной 1,5 м, глубиной 0,3 м, шириной 0,2 м в нижней части и 0,5 м в верхней части. Вокруг знака должна быть сделана насыпь грунта высотой 0,10 м. В районах болот, залесённой местности и многолетней мерзлоты насыпь заменяют срубом (1,0 X 1,0 X 0,3 м), заполненным грунтом. При этом знак не окапывают.

3. Во всех случаях знаки долговременного типа устанавливают в местах, обеспечивающих их сохранность, технику безопасности и удобство использования при топографической съёмке, изысканиях и строительстве, а также при последующей эксплуатации построенного объекта. Не разрешается производить закладку долговременных знаков на пахотных землях и болотах, проезжей части дорог, вблизи размываемых бровок русел рек и берегов водохранилищ и в других местах, где может нарушиться сохранность знака и где сам знак может явиться помехой хозяйственной деятельности.

При закреплении пунктов ОГС временными знаками необходимо придерживаться следующих рекомендаций.

1. Временными знаками могут служить пни деревьев, деревянные колья диаметром 5 - 8 см, деревянные столбы или металлические трубы (уголковая сталь), забитые в грунт на 0,4 - 0,6 м, с установленными рядом сторожками, либо нанесённый краской крест на валуне. Временные знаки окапывают канавой по окружности диаметром 0,8 м.

2. Центр временного знака обозначают гвоздём, вбитым в верхний срез кола (столба) или насечкой на металле. В залесённой местности для облегчения нахождения знака в случае необходимости делают отметки на деревьях краской.

Каждому знаку ОГС присваивают порядковый номер с таким расчётом, чтобы на объекте не было знаков с одинаковыми номерами.

При включении в состав ОГС знаков, принадлежащих ранее созданным геодезическим построениям, номера этих знаков изменять не разрешается.

На долговременных знаках масляной краской, а на временных -- пикетажным карандашом - пишут: сокращённое название организации, проводящей работу, номер закреплённого пункта (точки) и год установки знака.

Пункты ОГС следует, по возможности, размещать на землях, находящихся в государственной или муниципальной собственности с учетом их доступности. В других случаях размещения пунктов ОГС необходимо письменное согласие собственника, владельца или пользователя земельным участком, на котором размещаются эти пункты. Отвод земельных участков для этих целей осуществляется в соответствии с законодательством Российской Федерации.

Пункты ОГС после закладки сдаются для наблюдения за их сохранностью по акту:

- городской, поселковой или сельской администрации, если они расположены на землях, находящихся в государственной или муниципальной собственности;

- собственнику, владельцу, пользователю земельного участка, если они находятся на его земельном участке.

Если пункт ОГС совмещен с межевым знаком, то он сдается на наблюдение за сохранностью всем собственникам, владельцам и пользователям земельных участков.

Территориальные органы осуществляют контроль за установлением и сохранностью пунктов ОГС.

1.4.8 Указания по проектированию опорной геодезической сети

Проектирование ОГС должно производиться с учётом требований Инструкций в зависимости от масштаба и метода предстоящей съёмки. При этом должны быть также учтены специальные требования к геодезическим сетям проектных и других организаций. Основой для проектирования должны служить: сбор и анализ сведений и материалов обо всех ранее выполненных геодезических работах на объекте съёмки; изучение района предстоящих работ по имеющимся картам наиболее крупного масштаба и литературным источникам; изучение материалов проведённого специального обследования района работ, включающее обследование и инструментальный поиск геодезических знаков ранее выполненных работ; выбора наиболее целесообразного варианта развития геодезических построений с учётом перспективы развития территорий.

Графическую часть проекта ОГС составляют, как правило, на картах масштаба 1:50 000 - при проектировании съёмки масштаба 1:10000, и на картах масштаба 1:10 000 и 1:25 000 - при проектировании крупномасштабных съёмок.

В процессе проектировочных работ необходимо выполнить общие требования по проектированию, ряд нижеследующих специфических требований, относящихся к применению спутниковой аппаратуры для создания ОГС:

1. Определить тип и эксплуатационные характеристики спутниковой аппаратуры, которую надлежит использовать для производства работ.

2. В соответствии с заданным масштабом съёмки и высотой сечения рельефа выбрать метод спутниковых определений и метод развития ОГС.

3. Выбрать по материалам топографо-геодезической изученности объекта работ пункты геодезической основы для развития ОГС.

4. Составить проект ОГС, удовлетворив требования по беспрепятственному и помехоустойчивому прохождению радиосигналов.

5. Подготовить рабочую программу полевых работ по развитию ОГС с применением спутниковой технологии, если проектируют развитие ОГС, методом построения сети, если развитие ОГС планируют выполнить методом определения висячих пунктов.

6. Уточнить рабочую программу полевых работ по результатам рекогносцировки.

7. Запланировать проверку готовности аппаратуры и исполнителей к проведению работ на объекте.

8. Дать общие указания по выполнению спутниковых определений.

9. Запланировать проведение вычислительной обработки результатов наблюдений спутников.

Геодезическая основа, используемая для развития ОГС и съёмки ситуации и рельефа посредством спутниковых определений, должна удовлетворять требованиям по беспрепятственному и помехоустойчивому прохождению радиосигналов.

В случае, если на объекте предполагается проведение съёмки ситуации и рельефа с применением спутниковой технологии, создания геодезических сетей сгущения, ОГС и её сгущения не требуется, поскольку методы спутниковых определений по дальности и точности принципиально обеспечивают возможность проведения съёмочных работ непосредственно на основе государственной геодезической и нивелирной сети. При этом на пунктах этой сети должны отсутствовать факторы, понижающие точность спутниковых определений.

В качестве исходных пунктов, от которых развивается ОГС (далее -исходных пунктов) следует использовать все пункты геодезической основы, не менее 4 пунктов с известными плановыми координатами и не менее 5 пунктов с известными высотами, так чтобы обеспечить приведение ОГС в систему координат и высот пунктов геодезической основы.

Для развития ОГС с использованием спутниковой технологии, в зависимости от проектируемого масштаба съёмки и высоты сечения рельефа, следует применять один из двух методов -- метод построения сети или метод определения висячих пунктов.

При проектировании ОГС для съёмки конкретного объекта в требуемом масштабе с заданной высотой сечения рельефа необходимо выбрать метод спутниковых определений - статический, быстрый статический или метод реоккупации.

Указания по выбору метода развития ОГС и метода спутниковых определений в зависимости от масштаба съёмки и высоты сечения рельефа содержатся в таблице 4.

1. Метод развития ОГС определением висячих пунктов рекомендовано применять при подготовке съёмочной геодезической основы относительно мелких масштабов с высотами сечения рельефа 1 м, 2 м и более, то есть в тех случаях, когда не требуется получение материалов высокой точности.

2. Метод развития ОГС построением сети рекомендован к применению для получения наиболее точных плановых координат и высот пунктов, необходимых при производстве съёмок наиболее крупных масштабов со всеми регламентированными значениями высоты сечения рельефа.

3. Быстрый статический метод спутниковых определений при производстве работ по развитию ОГС является основным. Он позволяет производить определение плановых координат пунктов и их высоты с достаточной точностью и высокой оперативностью для большей части масштабного ряда и высот сечения рельефа.